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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,神经退行性疾病,Neurodegenerative disease,神经退行性疾病是一类由于神经细胞发生渐进性的功能异常，进而导致行为异常的神经性疾病。目前已分类的神经退行性疾病有上百种。,神经退行性疾病的发生发展与年龄密切相关，随着社会结构的不断老龄化，患有神经退行性疾病的人群越来越多，给个人、社会和国家带来巨大的财政与精神负担。据估计，在美国，,65,岁以上人群中约有,10%,患有老年性痴呆，而,85,岁以上人群中约有,50%,患有此病。美国每年用于,老年性痴呆疾病的费用达一千亿美元（包括治疗和照顾费用）。,John Nash,(Schizophrenia),Ronald Reagan,(Alzheimers disease),Muhammad Ali,(Parkinsons disease),bovine spongiform encephalopathy,(mad cow disease),神经退行性疾病的分类,神经退行性疾病按其表现出的症状大致可分为两类：,1.,共济失调,ataxia,（运动障碍）,2.,痴呆,dementia,（认知障碍共济失调,共济失调是由于神经系统内控制运动的部位发生异常，使得机体无法协调一致地控制肌肉活动，完成正常的运动。由于中枢神经系统中对机体运动的控制是由多个部位协调完成，但又各有侧重，因此发生在不同部位的病变所引发的共济失调表现既有所相似，也有所不同。,www.dinf.ne.jp/doc/english/global/david/dwe002/dwe002g/dwe00211g18.gif,痴呆,痴呆是由于中枢神经系统中控制认知的部位发生异常而引起的渐进式的认知障碍，病人表现出记忆、注意力、语言、解决问题能力等等的逐渐丧失，以及在后期表现出来的对时间、地点、自身认识等缺乏判断力的症状。,造成神经退行性疾病的原因,目前对于绝大多数神经退行性疾病的发病原因还不清楚。由于神经退行性疾病是神经细胞异常死亡而造成。而神经细胞数量巨大，需要众多神经细胞共同完成一项功能，因此只有当神经细胞死亡数量达到一定时，才会表现出病理症状。因此年龄的增长是神经退行性疾病发生的最重要的风险因子。,老年性痴呆,老年性痴呆,（又称阿尔茨海默病,Alzheimers disease,AD,）,，是一种最普遍的、与年龄密切相关的神经退行性痴呆疾病（约占,60-70%,），患者表现出记忆减退，认识障碍，人格改变等症状。后期病人生活无法自理，最终死亡。,老年性痴呆的研究历史,1901,年，德国心理医生,Alois Alzheimer,鉴定了一名,50,岁的患者,Auguste D,，并对其跟踪研究，直到,1906,年患者死亡。由于,Alzheimer,医生首先对这一疾病进行了详细报导，因此命名为,Alzheimer,s disease(AD).,Dr.Alois Alzheimer,Auguste D,美国在,65,岁以上人群中约有,10%,，,85,岁以上人群中约有,30-50%,患有,AD,。美国每年花费在,AD,上的费用（包括直接和间接费用）高达,1000,亿美元。,来源：中国,2011,年人口普查数据,超过一亿,超过,1000,万,AD,患者,老年性痴呆的现状,导致,AD,的因素,年龄：,年龄是导致AD,的最关键因素，,65,岁以上的人群中有约,10,的人，,85,岁以上的人群中有约,30-50,的人患有此病。,遗传：,除年龄外，一部分,AD(10%),也与常染色体显性遗传相关，某些携带致病基因的人群在,30,或,40,岁之前就会发病。此类,AD,可在家族内遗传，故又称家族性,AD,（,Familiar AD,FAD,）。,发生在,APP,presenilin 1,和,presenilin 2,基因上的突变导致早发性,AD(65,岁,),相关，其中,ApoE4,会促发,AD,发生，而,ApoE2,具有保护作用。,环境：,绝大多数,AD,为散发性的，无家庭遗传背景。引起,AD,的环境因素还不清楚，有多方面的可能性，如铝金属污染、单纯疱疹病毒感染、头部创伤等。,AD,病理的发展变化,（海马,-,皮层,-,大脑其它部位）,From www.alz.org,海马,AD,大脑病理,From www.alz.org,AD,的两个重要病理学特征,神经元细胞外由,-,淀粉蛋白（,-amyloid,A,）,聚合形成的不可溶淀粉蛋白纤维所组成的细胞外淀粉样斑（,amyloid plaques,）。,神经元细胞内由高度磷酸化的,微管结合蛋白,tau,所聚合形成的神经元内纤维缠结,(neurofibrillar tangles,NFTs),-amyloid(A,40/42),Neuritic Plaques,Neurofibrillary Tangles,Hyperphosphorylated Tau,(microtubule-binding protein),Intraneuronal,“,Extracellular,”,Hallmark of Alzheimers disease(AD),AD,的细胞与分子致病机理,-,淀粉蛋白,A,级联假说,A,具有细胞毒性，在体外用,A,处理细胞，以及将,A,注射到老鼠的大脑中都会引起细胞死亡，因此,A,的过量生成被认为是导致,AD,的一个主要原因。,Golde 2003,J Clin Invest 111:11.,-a,myloid production from amyloid precursor protein(APP),N,C,A,b,1 11,b,-secretase,(BACE),b,CTF,A,b,3,kD A,b,11/17,40/42,1,40/42,b,-amyloid,Amyloidogenic,Oligomerization,Toxic,a,-secretase,17,sAPP,a,a,CTF,Non-amyloidogenic,40 42,g,-secretase,P83,AICD,caspase,caspase,A,42/A40,的比例增加是引起,A,聚集的关键因素,所有研究过的与,FAD,相关的突变（,APP,和,presenilin,突变）都无一例外地增加了,A,总量和,/,或,A,42/A40,的比例。,A42,的疏水性比,A40,强，可能提供了,A,聚集起始的种子。,Robner et al.2006,Prog Neurobiol 79:95,I:isoleucine,异亮氨酸,A:alanine,丙胺酸,APP FAD,突变,From www.alzforum.org,APP,保护性突变,A673T,突变,携带者患,AD,的几率显著降低。细胞实验显示突变,APP,生成,A,的水平比野生,APP,的低,40%,（,Nature,2012,）,唐氏综合症（,Downs syndrome,DS,）,DS,是在,1866,年由英国医生唐,约翰,朗顿（,John Langdon Down,）首次报道。患者表现出发育缺陷、残废等畸形和学习障碍、智能障碍等。,1959,年，法国遗传学家杰罗姆,勒琼,(Jerome LeJeune),发现唐氏综合症是由人的第,21,对染色体的三体变异造成，因此又称,21,三体综合症。,高龄初产妇会加剧婴儿患有,DS,的风险。在,20,到,24,岁之间，患病率为,1/1490,，,40,岁为,1/106,，,49,岁为,1/11,。原因是随着产妇年龄的增加卵子形成过程中会引起染色体不分离现象的増加。偶尔也有多余的染色体来自父亲一方的情况。,Downs syndrome(Trisomy 21),www.biotechnologyonline.gov.au/images/contentpages/trisomy21.jpg,fig.cox.miami.edu/cmallery/150/mendel/c15x11nondisjunction.jpg,DS,与,AD,的相似性及内在原因,DS,患者在后期都会表现出,AD,的病理症状包括,A,淀粉样斑和,tau,神经纤维缠结等,，以及记忆丧失、人格变化等症状，表明这两种疾病的发病机理上存在着共同性。,由于,DS,患者多了一条,21,号染色体，因此该染色体上的蛋白编码基因以及非编码,RNA,基因等的过度表达是导致疾病的原因。而,APP,正好位于第,21,号染色体，提供了,APP,参与,AD,和,DS,的证据。,但其它,21,号染色体上的基因是否及如何参与,AD/DS,，有待于进一步研究。,其它,21,号染色体基因参与疾病的研究发现,-miR-155/C/EBP,/SNX27,通路,（神经科学研究所最新发现,Nat Med,2013,）,-,分泌酶在细胞膜上水解,APP,-,分泌酶的活性主要集中在细胞膜上。,APP,在细胞膜上被,-,分泌酶水解后，其胞外可溶性片段,sAPP,直接分泌到细胞外间质。,sAPP,具有神经保护的功能。由于,-,分泌酶的切割位点位于,A,的,16,和,17,氨基酸之间，因此,CTF,进一步被,-,分泌酶水解所生成的,p83,片段不具有致病性。,通过对不同蛋白酶抑制剂对,sAPP,生成影响的研究表明,-,分泌酶是一种金属蛋白酶,(metalloprotease),。,ADAM,蛋白家族的几个成员，如,肿瘤坏死因子,(tumor necrosis factor-,TACE,或,ADAM17),ADAM10,ADAM9,等，都具有,-,分泌酶的特性。最近的研究提示,-,分泌酶的活性可能不仅是来自于单个蛋白，而且来自于几个蛋白的共同作用。,sAPP,具有神经保护的功能,sAPP,在神经细胞存活中起重要作用，保护神经细胞防御兴奋毒性刺激。,sAPP,还可以抑制因胁迫诱导引起的,CDK5,活性，以及因此导致的,tau,蛋白磷酸化。,Han et al.J neurosci 2005,25:11542,-,分泌酶水解,APP,引发,A,产生,-,分泌酶,(,也称,BACE1),是,I,型跨膜天冬氨蛋白酶。,BACE1,主要位于酸性的细胞器如内吞体,(endosome),反式高尔基体网络,(trans-Golgi network,TGN),等。纯化的,BACE1,在酸性条件下活力最大。,在细胞中过度表达,BACE1,会增加,APP,的,CTF,，降低,sAPP,的分泌。在一些散发性,AD,中发现,BACE1,的活性增加。,在转基因小鼠研究中发现，将,BACE1,完全敲除后，这些转基因小鼠没有,A,产生，但小鼠仍然健康存活，表型正常。这一结果为通过抑制,BACE1,的活性来降低,A,，从而治疗,AD,提供了直接的动物模型证据。,但最近研究显示,BACE1,敲除的小鼠其周围神经的髓鞘变薄，而对疼痛的敏感性增加以及攀爬握力减弱。提示将,BACE1,作为治疗靶点也可能有一定副作用。,-,分泌酶水解产生,A,和,AICD(APP intracellular domain),-,分泌酶是高分子量的复合体，包括至少四个跨膜蛋白：早老素（,Presenilins,，,PSs,），,nicastrin,APH1,和,PEN-2,。,-,分泌酶对的水解产生,A,和,AICD(APP intracellular domain),。,Nicastrin,PEN-2,Lumen,Cytosol,-secretase,是一个高分子量的蛋白复合体,Presenilin,NTF,CTF,PS1,PS2,Mutations associated with FAD,APH-1,APH-1a(S,L),APH-1b,(APH-1c),Presenilin 1,突变,Vetrivel et al.Mol Neurodegen 2006,1:4.,Presenilin 2,突变,From www.alzforum.org,Zhang et al.JBC 2004,280,：,17020,-,分泌酶的各组分之间存在相互调控的作用,-,分泌酶中任一组分的缺失都会影响到其它组分的稳定性和,/,或其在细胞内的转运。,-,分泌酶的其它底物,-,分泌酶的底物除了,APP,以外，还包括,Notch,，低密度脂蛋白受体相关蛋白,(low-density lipoprotein receptor-related protein,LRP),，钙粘着蛋白,(cadherin),，,p75,神经营养蛋白,(neurotrophin),受体,(p75NTR),等等。,-,分泌酶对这些蛋白的处理有着非常重要的生理学功能，例如,Notch,信号转导在生长发育中起着极为关键的作用。,Notch,被,分泌酶水解后生成的细胞膜内片段,NICD(Notch intracellular domain),可以进入细胞核，参与转录调节，在发育过程中起着非常重要的作用。而其它底物被,-,分泌酶水解后生成的细胞膜内片段也可能具有类似功能。,AICD,的功能,由于,AICD,的产生与,NICD,的生成过程非常相似，,AICD,有可能像,NICD,一样参与基因的转录调控。近年来的一些报道表明,AICD,可以调控包括,GSK3,KAI1,脑啡肽（,neprilysin,），,BACE,（,-,分泌酶），,APP,自身以及,EGFR,等多个蛋白的基因转录。,Zhang et al.PNAS 2007,10410613.,早老素,presenilin,的其他一些生理功能,除了,-,分泌酶活性外，许多报道表明,PS,还可能介导其它生理功能，而其中某些功能会被与,FAD,相关的,PSs,突变所影响。如：,Wnt,信号,/,细胞黏连（通过,-catenin,），,钙离子平衡，,神经突触生长，,细胞凋亡，,细胞内蛋白质转运，,肿瘤发生。,与,早老素相关的其他因子,Vetrivel et al.Mol Neurodegen 2006,1:4.,Mahley&Rall,2000,Annu Rev Genomics Hum Genet,01:507,阿朴脂蛋白,E(apolipoprotein E,ApoE)ApoE,是极低密度脂蛋白,VLDLs,的一个重要成分，通过受体介导，引导细胞将,VLDLs,内吞。,ApoE,有,3,个常见的等位基因,ApoE2,，,ApoE3,，和,ApoE4,。,阿朴脂蛋白,E(apolipoprotein E,ApoE),与,AD,统计研究显示,ApoE4,会促发,AD,发生，而,ApoE2,具有保护作用。,ApoE4,促发,AD,的内在机理还不清楚，初步研究显示,ApoE,可以与,A,结合，介导,A,被细胞内吞降解。,100,Non Alzheimer Cases(%of total),0 ApoE4,1 ApoE4,2 ApoE4,60,80,40,20,Age at Onset(years),ApoE4,降低,AD,的发病年龄,60,70,80,90,AD,的另外一个病理学特征：神经元内的纤维缠结,神经元内的纤维缠结是由大量的成对螺旋纤维细丝,(paired helical filaments,PHFs),所组成。,PHFs,由细胞内的微管,(microtubule),相关蛋白,tau,被过度磷酸化后，在细胞内不可溶，稳定存在并聚合而形成。,神经细胞中有,6,种,tau,的同源异构体，其差异在于氨基端两个多肽片段的插入与否以及羧基端微管结合区域数目的不同,(3R,或,4R),。正常情况下,3R,与,4R,的比例为,1,：,1,。而在,AD,病人中4R,的比重明显升高。,352,381,410,383,412,441,A,B,C,D,E,F,微管结合区域,氨基端插入区1,氨基端插入区2,N,C,插入序列,tau,的,6,种同功型结构示意,3R,4R,tau,的生理功能,tau,蛋白通过其羧基端的微管结合区域与微管结合，在微管聚合中发挥稳定微管的作用，这对于神经元突起（,neurite,）的生成和维持是极为重要的。,而,tau,的氨基端插入区可以形成伸展区，从微管表面自由伸展，与其它微管相关蛋白，细胞器和神经元细胞膜等相作用。,此外，,tau,还可以和血影蛋白,(spectrin),以及肌动蛋白纤维,(actin filaments),结合，影响微管的结构动态。,tau,的磷酸化,tau,的丝氨酸和苏氨酸残基可以被磷酸化。正常的,tau,磷酸化是细胞所必需的。,tau,的磷酸化,/,去磷酸化在微管聚合中发挥作用。与磷酸化,tau,相比，去磷酸化的,tau,更易于结合微管，促进它们的聚合，而磷酸化的,tau,则降低了它和微管的结合。,tau,的磷酸化被认为是由激酶和磷酸酶之间的平衡来动态调节的。二者的平衡决定了,tau,磷酸化的时间和持续性，以及磷酸化的特定位点。,Tau,的磷酸化位点,tau,的病理功能,当,tau,被过度磷酸化时，就无法有效地与微管结合。一方面，这些过度磷酸化的,tau,可以被降解。另一方面，过度磷酸化的,tau,更易于聚合，在细胞内形成不可溶的纤维缠结，从而损害了神经元细胞的正常生理学功能，造成神经疾病，称为,tau,疾病,(tauopathy),，其中包括,AD,。,Tau,在病理下的磷酸化,/,去磷酸化,参与,tau,磷酸化的激酶,(kinase),有多种，但在与,AD,相关的,tau,磷酸化中，,GSK3,和,CDK5,起着关键作用。研究表明在具有高活性的,CDK5,和,GSK3,，从而引起,tau,过度磷酸化的神经元中，它们对于神经毒性的刺激更为敏感，如氧化应激,(oxidative stress),，谷氨酸和,A,刺激等。,另一方面，,tau,可以被磷酸酶,(phosphatase)去磷酸化，如,PP1,，,PP2A,，,PP2B,和,PP2C,。,tau,的去磷酸化在,tau,相关疾病中也可能具有重要作用。比如在表达负显性,(dominant negative),的,PP2A,的转基因老鼠中，降低,PP2A,水平导致,tau,的聚集，而,PP2A,水平在人,AD,患者中也降低了。,P,P P P P,P P P P,P P P P,P,P,P,P,P,P,微 管,激酶,磷酸酶,寡聚,解聚?,交叉连接,PHFs,UPS,降解,tau,的磷酸化,/,去磷酸化对,tau,与微管结合和,tau,聚合的作用,Tau,疾病,除了,AD,以外，还有其他一些神经退行性疾病也在病理特征上表现出细胞内有,tau,蛋白的聚集，这类疾病统称为,tau,疾病。,Higuchi et al.Tau protein and tauopathy in,Neuropsychopharmacology:The Fifth Generation of Progress.(,Edited by Davis et al.),American College of Neuropsychopharmacology 2002.,Tau,疾病中引起,tau,聚合的可能因素,Ballatore et al.Nat Rev Neurosci,2007,Tau,突变引起,FTDP-17,与,17,号染色体相关的前颞叶痴呆及帕金森症,(Frontotemporal dementia with parkinsonism-linked to chromosome-17,FTDP-17),，是一种由于脑部皮层的前叶和颞叶部位神经细胞异常而引起的早发性痴呆疾病。病人通常在,40-60,岁发病，表现为运动异常、语言障碍等。,FTDP-17,病人在病理上都表现有过度磷酸化的,tau,聚集形成的内涵体。,发生在,tau,基因上的突变被发现会导致,FTDP-17,。目前已有超过,30,个,tau,突变被发现与家族遗传性,FTDP-17,相关。,Tau,突变引起,FTDP-17,的可能原因有：,1.Tau,突变使得,tau,更易于纤维化发生聚合；,2.,突变的,tau,蛋白更易于磷酸化，而不容易去硫酸化；,3.Tau,突变损害了,tau,与微管的结合能力，使更多的,tau,游离在细胞质中；,4.Tau,突变引起异常拼接，影响了,3R,与,4Rtau,的,1,：,1,比例，造成,4Rtau,在绝大多数情况下比例明显升高。,AD,的诊断,1.,疾病历史；,2.,痴呆测试；,3.,实验室检查；,4.,脑部扫描。,www.health-care-information.org/clip_image002.jpg,AD,的现有治疗药物,生产商,药品名,美国辉瑞、日本卫材,多奈哌齐,Donepezil,（,Aricept,安理申）,瑞士诺华,卡巴拉汀,Rivastigmine,（,Exelon,艾斯能）,美国强生,加兰他敏,Galanthamine,（,Razadyne,）,美国森林制药,盐酸他克林,Tacrine,（,Cognex,）,中国,石杉碱甲,Huperzine-A,美国森林制药和丹麦灵北,盐酸美金刚,Memantine,（,Namenda,）,前面,5,种药物针对乙酰胆碱酯酶，促进神经递质乙酰胆碱的水平。,美金刚抑制神经递质,NMDA,受体的活性。,新型,AD,药物的开发,抑制,A,-,分泌酶抑制剂,：临床实验中，潜在副作用还不清楚。,-,分泌酶抑制剂：临床实验显示副作用，抑制了对其他重要底物的水解。寻求特异性影响对于,APP,水解的,modulators,。,A,疫苗：诱导病人自身产生,A,抗体，清除,A,。需要避免产生其他不良免疫反应。,2.,乙酰胆碱受体激活,特异性针对与记忆相关的乙酰胆碱受体，如,M1 muscarinic receptor agonist,。,共同问题：目前,AD,患者被确诊给药时为时已晚！,AD,的早期诊断,-,有效治疗的关键,风险预测：,FAD,相关突变的检测、,ApoE,的基因型鉴定等。,2.,脑脊液成分分析：,早期,AD,患者中,tau/p-tau,的水平明显增加，而,A,42,的水平明显降低。,3.,血液分析：,A,、,A,抗体的检测等。,AD,的动物模型,APP,转基因小鼠；,Tau,转基因小鼠；,APP/PS1,共转基因小鼠；,APP/PS1/tau,三转基因小鼠。,