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淀粉样蛋白与阿尔茨海默病的研究进展【摘要】阿尔茨海默病是老年人常见的神经系统变性疾病,是痴呆中最常见的一种类型。发病机制尚不明确，微管相关蛋白tau异常学说认为tau蛋白具有合成和稳定神经元细胞的作用，老年痴呆病人该蛋白总量显著增加，且增以异常过度磷酸化形式为主。AB毒性学说认为该病是一种淀粉样变性病，它由膜内淀粉样前体蛋白的异常水解和错误的折叠所致。基因突变学说认为21号染色体上APP基因和14号染色体上的早老素1基因突变导致该病。目前认为淀粉样蛋白的异常沉积是阿尔茨海默病主要发病机制之一,这里就目前淀粉样蛋白与阿尔茨海默病的研究进展作一综述。【关键词】淀粉样蛋白;阿尔茨海默病；tau蛋白Progress of amyloid protein way in Alzheimers disease Gen Yu; Zhou Yan【Abstract objective】Alzheimers disease which is a neurological degenerative disease is common to the old and the one of the most common types of stupid. The pathogenesis of this disease is still not clear , the theory of tiny tubes related proteins tau abnormal think that tau protein have the function of synthesis and stable nerve cells,Alzheimers patients this protein is significantly increased And with the abnormal excessive phosphorylation form. The theory of AB toxicity think is a kind of amyloidosis disease , It caused by precursor protein hydrolysis in the amyloid and abnormal folding . The theory of gene mutations think that APP genes on 21 chromosome and early old element 1 on14 chromosome mutations lead to this disease. Now amyloid protein is thought one of the main pathogenesis, here I summarize the research progress of amyloid protein and Alzheimers disease in this review.【Keywords】 amyloid protein ;Alzheimers disease；Tau protein. 阿尔茨海默病(Alzheimers disease, AD)亦称老年性痴呆症，是一种常见的中枢神经系统退行性疾病，主要临床表现为进行性记忆力减退、认知功能障碍以及人格改变等症状。由于老年痴呆与增龄有密切关系，随着人类寿命的普遍延长，老年痴呆的发病率也大大增加。 因此，对于AD发病机理和前景的研究近些年来已经成为热点。AD的主要病理特征有，在大脑皮层和海马出现淀粉样蛋白 ( amyloid protein ,A)聚集形成的老年斑( senilep laques, SP)，Tau蛋白异常聚集形成的神经纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFTs)以及脑皮层和海马区神经细胞减少4。随着研究的逐渐深入，越来越多的证据表明 A在AD的发生、发展中起到主导的作用。A的神经毒性涉及到复杂的分子机制主要包括破坏细胞内的Ca2+稳态，促进自由基的形成，降低K+通道的功能，增强致炎细胞因子引起的炎症反应等。因此，把现阶段对A的研究成果进行综述。1 淀粉样蛋白的生成和代谢1.1 A的产生 A是由其前体蛋白水解产生的，A片段即位于其跨膜区域-分泌酶。在位点将 APP 裂解为- N 端片段( sAPP )和- C 端片段( - CTF) ，然后-分泌酶在- CTF 的近 N 端跨膜区域水解释放出A肽段，此过程被称为 APP 的淀粉样降解途径( amyloidogenic pathway) 而 APP 的非淀粉样降解途径( non- amyloidogenic pathway) 是由-和-分泌酶所介导，水解生成 sAPP，p3 和- CTF， 由于-分泌酶的作用位点在A区域， 从而阻止了A的产生。1.2 A的代谢 在正常的生理状态下，A在血液和脑脊液中都能被检测出，清除A的方式主要是通过运输机制和酶的降解。A的运输，可溶性的A通过脑间质液( ISF) -脑脊液( CSF) -血液的循环流通，被缓慢地移除出脑， 另一种由受体介导的A 跨血脑屏障( BBB)运输来完成，为主要途径。1.3 A的降解 A可被多种肽酶降解，最主要的是两种锌依赖性金属内切蛋白酶,NEP和IDE。NEP( neutral endopeptidase，NEP中性肽链内切酶)是A降解的限速酶1，转染NEP基因能显著减少AD小鼠脑内淀粉样斑块的沉积4， 而NEP基因缺失或是活性受到抑制时会导致A沉积增多，在AD脑内,其分布范围与A沉积区域呈反向关系，在海马和大脑皮质区分布最少。IDE( insulin degrading enzyme，胰岛素降解酶)3，胰岛素为IDE降解A的一种有效抑制剂，使高胰岛素血症和 型糖尿病患者可能会成为AD 的易感人群。在AD脑内，NEP 和 IDE 的表达水平和反应活性都会受到抑制，使得A降解减少。2 A致 AD的作用机制 阿尔茨海默病的发病机制目前主要有3种假说:淀粉样蛋白级联假说、 Tau蛋白假说和血管源性假说。其中,淀粉样蛋白级联假说占主导地位。在AD患者的脑内有老年斑沉积 ,而 A是构成老年斑的主要成分。A沉积可导致AD的发病 ,降低A在大脑内的蓄积量可延缓或者减轻AD的症状。,A是各种原因诱发 AD的共同通路 ,是AD形成和发展的关键因素。2. 1 A与细胞凋亡 细胞凋亡是能量依赖的细胞内死亡程序活化而致的细胞自杀 ,是由基因控制的细胞自主有序的主动死亡过程. 正常情况下 ,细胞凋亡是一种生理性调节机制 ,参与调节机体的胚胎发育、 细胞分化及体内正常细胞更新. 但在病理因素干扰下细胞凋亡则会异常 ,而导致多种疾病发生. 皮质和海马区的神经元减少是 AD的主要病理特征 ,而经研究发现神经细胞凋亡是 AD神经元丢失的主要原因. 2.1.1 A引起线粒体损伤 AD的发病与脑能量代谢障碍有着密切的关系.作为能量代谢的主要场所 ,线粒体对神经元的功能有着重要的意义。线粒体是具有核外遗传物质的细胞器，线粒体DNA (mt DNA)编码着细胞色素氧化酶 (COX)的3个最大的亚基 (COX I , COX II , COX III ) 。由于mt DNA缺乏组蛋白的保护，且位置靠近易产生自由基的线粒体内膜附近，所以极易受到自由基的攻击发生突变，进而影响COX的活性。作为电子传递链复合体 I V的 COX的主要作用是将电子转移给氧分子形成水并产生 ATP，其活性被认为是同神经元的功能活动呈正相关的。AD患者的血小板和脑中COX发生了特异性的下降。A本身可以产生活性氧 ( reactive oxygen species, ROS)，也可以通过多种途径诱导 ROS的产生，使神经细胞胞浆中自由基浓度升高，从而使脂质过氧化，形成脂质过氧化物，如醛基、 酮基等。APP和 A氧化胆固醇可以产生 7- 羟基胆甾醇，7- 羟基胆甾醇可以在nmol浓度即产生神经毒性，并且进一步产生氧化应激。当线粒体和内质网的膜结构氧化损伤后，将使大量Ca2 +进入胞质。同时，A还可以刺激神经细胞使大量 Ca2 +内流，细胞将发生Ca2 +超载 ,使线粒体发生肿胀。这样，由A产生的ROS和Ca2 +超载对线粒体所产生的损伤可以导致线粒体的功能障碍，造成 mt DNA的缺失或突变，进而影响 COX的活性18。由于 COX是电子传递链的关键酶，其活性的下降会直接导致电子渗漏的大量增加以及ATP水平的下降，从而进一步使一氧化氮 (NO)产生增多和Ca2 +内流增加，损伤线粒体。线粒体的功能下降还会使更多的 APP被加工为有毒性的 A，进一步的对线粒体产生损伤。线粒体受损，COX的表达和活性下降可以导致细胞色素C的释放和半胱胺酸天冬氨酸蛋白酶 ( caspase)的活化11。 而此过程只有在有功能的呼吸链存在时才会产生，所以线粒体不仅是A损伤的目标 ,而且介导了 A对神经元的毒性，启动了神经元的凋亡过程。2.1.2 A引起神经元凋亡 A对神经元的毒性作用主要表现在破坏细胞膜的完整性，扰乱细胞内环境的稳定，诱发中枢免疫炎性反应等方面。A沉积可能是导致神经元变性和突触丢失的重要原因。A沉积，神经元死亡，胶质细胞浸润，背侧细胞带受损长度增加45倍。A是通过线粒体引起神经元的凋亡。P53与AD患者的脑内细胞凋亡活动密切相关。在转基因表达A的AD模型脑内发现有A的沉积同时伴有P53蛋白的广泛表达。p53基因诱导细胞凋亡的机制可能是：1)降低细胞内源性Bcl2 2蛋白表达并抑制其功能，恶性肿瘤中p53基因与Bcl2 2蛋白表达呈明显的负相关；2)提高细胞内Bax蛋白的表达，使Bcl2 2 / Bax蛋白比例失调而促进细胞凋亡。目前的资料显示，P53蛋白可能是程序化细胞死亡的强诱导剂12。p53基因在抑制细胞转化和调控细胞周期中起着关键性的作用，通过使 DNA受损，细胞停滞于G0期或诱发细胞凋亡。A沉积对神经元的毒性8在AD发病中发挥着重要作用，它除了参与神经退化过程，还损害神经递质的信号通路，抑制乙酰胆碱的产生，损害脑血管并造成脑实质营养运输不足，也能影响内皮细胞的葡萄糖运输，并使这些细胞的屏蔽作用下降。AD脑神经元的凋亡率比正常人高出3050倍，新皮层（额、颞、顶叶）、海马、内嗅区和杏仁核等处出现神经元数量减少，胶质细胞增生及皮层下继发性脱髓鞘改变，且存活能力明显降低。AD脑组织中Bcl-2蛋白未表达，而Bax及Bcl-xS蛋白则广泛表达，A沉积明显的脑区神经元凋亡现象也越明显。 A氧化应激可以激活一氧化氮合酶(NOS)15产生NO促进细胞凋亡。NO对神经细胞的毒性作用的中心环节是损伤DNA，NO导致的 DNA损伤可激活核酶PARS通过 ADP2 核糖途径使神经细胞能量枯竭而死亡;还可通过介导谷氨酸的毒性作用和氧化自由基作用促进神经细胞凋亡。NO和细胞因子协同作用也可加速神经组织损伤。2.2 A与炎症反应 A可以激活神经胶质细胞 ,释放细胞因子和炎症介质 ,产生炎症反应 ,从而间接损伤神经细胞。AD患者脑内有强烈的局灶性炎症反应 ,神经胶质细胞可产生许多炎性细胞因子(如 I L2 1 , I L2 6, I NF2 , TGF2 等 )、补体蛋白及其他免疫分子19。Meynert核、海马区9和皮层区均可见神经胶质细胞增生，其中以小胶质细胞为主，星形胶质细胞次之；血管周围可见增生活跃的小胶质细胞聚集并吞噬变性神经细胞;神经元胞体皱缩，胞浆浓缩 ，核染色质固缩成团块状并见边聚现象，核膜尚完整，有发生凋亡的趋势; 突触结构数量减少，前、 后膜不清晰，突触间隙消失，突触小泡数量减少且不显著。炎性蛋白质的增多和小胶质细胞活化同 AD病变间有密切关系，因此免疫炎症可能是 A诱发AD的重要因素之一，A作为刺激物质通过激活周围小胶质细胞产生细胞因子和神经系统免疫炎症应答，加速神经细胞死亡，而致记忆减退和认知障碍，也可以增强 Toll样受体 2和 4(T LR2 2, T LR2 4)激动剂的活性，从而增强免疫反应;但是同时A12 40可以拮抗 T LR2 9介导的免疫反应。另一项新的研究表明，APP也可以通过酪氨酸激酶通路激活单核细胞和小胶质细胞，导致炎症因子的大量释放，同时引起A的产生和沉积。3 淀粉样蛋白假说的最新进展31 APP、PS- 1和 PS-2基因都是和淀粉样蛋白的产生相关的基因20, 这些基因的很多突变都能够增加淀粉样蛋白的产生, 从而导致家族型阿尔茨海默症的发生。32 编码tau蛋白基因的突变引起帕金森综合征2 其病理表现为脑组织中出现大量的神经原纤维缠结, 但脑组织中无淀粉样蛋白沉积形成的老年斑。这提示: tau蛋白改变的结果不足以诱导AD病体的特征性的淀粉样斑块的形成, tau蛋白改变的最严重的结果是神经原纤维缠结导致严重的神经病变。因而, 在AD 病的脑中看到的神经原纤维缠结可能发生在 A蛋白新陈代谢改变和初始的斑块形成之后, 而不是之前。33和tau单转基因的小鼠比较, APP及tau双转基因的小鼠大脑皮层中的神经纤维缠结增加, 但淀粉样蛋白积累不变。提示: 淀粉样蛋白积累发生先于 Tau改变。34 通过杂交APP转基因老鼠和APOE基因敲除老鼠产生的后代, 在它们的大脑中A蛋白的沉积减少26。这也提供了有力的证据, 证明在人的APOE位点的遗传变异可能通过影响 A 蛋白的代谢而引起阿尔茨海默症。35 A蛋白的可溶性低聚物与AD病患者和AD病动物模型大脑中的突触功能的异常和神经元丢失有关，而不是A单体或不溶性的淀粉纤维。4 结语 综上所述，淀粉样蛋白的异常沉积与阿尔茨海默病发病有很大关联，能够作用于线粒体，破坏细胞膜完整性导致细胞凋亡，引发脑区A 沉积明显，也能致机体炎性反应，从而引发A的产生和沉积.5 参考文献1 Canton DALitehfield DW11Ie shape ofthings to come：an emerging role for protein kinase CK2 in the regulation 0f cell morphology and the cytoskdetonJ)Cell Signal，20062Poorkaj P, Bird TD,Wijsman E et al. Tau is a candidate gene for chromosome 17 frontotemproal dementia. Ann Neurl,1998;43;815825 3 Varela I，Cedinanos J，Pendas AM，et aAccelerated aging in mice deftcientin Zmpste24 protease is linked to p53 signalling activationJNature，2005 4 Jarrett JT, Berger EP, Lansbury PT. The carboxy term inus of the beta amy loid protein critical for the seeding of amyloid forma tion:imp lications for th e pathogenesis ofA lzh eimercs d isease J .B ioch emistry, 1993, 32( 18 ): 469324697.5 Ohten ME，Litehfield DWOrder Or chaos?An evaluation of the regnlation of protein kinase cmJBiochem Cell Biol，20066 Lewczuk P，Esselmann H，Bibl M，et aTan protein phosphorylated atthreonine 18l in CSFa neurochemical biomarker in Alzheimers disease：original data and lview of the literatureJMol Neuresci，2006 7 Roger N，Bosenberg MDTranslational research on the way to effective therapy for Alzbeimer diseaseJArch Gen Psychiatry，20Q5 8 Dedart JC，Mart RAC,ene dehvery of human apolipoprotein E alters brain AB burden in a mouse model of Alzheimers diseaseJProc Nail AcadSci USA，2005；9 Qo B，Resenberg RN，Li L，et aGene vaccination to bias the inlnlune response to amyloid-p peptide as thempy for Alzheimer disease(JArch Neuro，200710 Jeyas hekanNS, Sandan A, Vod i nh tT. Protei n a m yloi dose m is fol d i ng : m echan is m s , detect i on, and p athol ogical i m p li cat i on s J. M ethodsM ol B i o, l 2005, 300: 41711 N iY, Zh aoX, BaoG , et a l . A ct i vat i on of beta22adrenergic receptorst i mu lat es gamma2s ecretase acti v i ty and accelerates amyl o i d p laquef or mat i on J. N atMed , 2006, 12 ( 12): 139021396. 12 Gruz L ,Urbanc B ,Borregero JM , et al . Solvent and muta2tion effects on the nucleation of amyloid deta - proteinnfloding J . Proc Natl Acad Sci USA ,2005 ,102 : 18258 -18263. 13 Urbanc B ,Gruz L ,Yun S ,et al . In silico standy of amyloid- protein folding and oligomerization J . Proc Natl AcadSci USA ,2005 ,102 :17305 - 17345.14 Yechun Xu ,Jianhua Shen ,Xiaoming Luo ,et al . Conforma2tional transition of amyloid- peptideJ . Proc Natl AcadSci USA ,2005 ,102 :5403 - 5407. 15 Yang SF , Wu ZJ , Yang ZQ , et a l . Protect i ve effect of ecdysterone onPC12 cells cyt otoxicit y i ndu ced by bet a2amy l oi d 25235 J. Ch i n JIn tegrMed , 2005, 11( 3): 2932296. 16 Clemen tiME, Pezz ott iM, Orsi n i F , et a l . A lz hei mercs amyloi d b eta2pep ti de( 1242) i nduces cell death i n human neurob l ast o ma via bax /bcl 22 rat i o i ncrease : an i n tri gu i ng role f ormeth i on i ne J. Bi ochemB i ophysRes Co mmun, 2006 , 342 ( 1): 2062213 . 17 Murray I V, Si ndon iME , Axelsen PH. P ro moti on of ox i dative li p i dmemb rane damage by amyl o i d beta p rotei ns J . Bi ochem i s try ,2005, 44( 37 ): 12606212613 . 18 CaoX, Wei Z , Gab ri el GG, et a l . Calci um2s ensit i ve regulati on ofmonoam i ne oxi dase 2A con tri bu t es to the p roduction of peroxyrad i 2cals i n h i ppocampal cu l tures : i mpl i cat i ons for A l zhei mer d i sease2re 2lat ed pathol ogy J . B MC N eurosc, i 2007 , 8 : 73. 19 GaoX, TangXC. H uperzi ne A attenuatesm it ochondrial dysfuncti oni n b eta2amyloi d2treated PC12 cells by reduci ng oxygen free rad i calsaccu mu l at i on and i mprov i ngmitoc h ondri a l energymetabolis m J.JN eurosciRes , 2006 , 83( 6 ): 104821057 . 20 E s positoG , De F ili pp i s D , Mai uriMC, et al . Cannab i d iol i nh i b itsi ndu ci b l e n itri c ox i de s ynthase protei n exp ress i on and n itri c oxi d eproduct i on i n b eta2amyloi d sti mu l ated PC12 neurons t h rough p38MAP k i nase and NF2kappa B involvemen t J . N eurosci Lett ,2006 , 399( 1 /2): 91295 . 21 Cas p ersen C, Wang N , Y ao J , et al . Mitoc h ondri a lA bet a : a poten2t i al focal po i nt for neuronalmetabolic dysfuncti on i n A lz h ei mercsdiseas e J. FAS EB J , 2005, 19 ( 14): 204022041 . 22 Canton DALitehfield DW11Ie shape ofthings to come：an emerging role for protein kinase CK2 in the regulation 0f cell morphology and the cytoskdetonJ)Cell Signal，2006；18(3)：267-75 23 Wil k i nson B , Koenigskn echt 2Tal boo J , Gro mmes C, et al . F i bril l arb eta 2amyl oi d2st i mu lated i ntracell u lar si gnal i ng cascades requ ire Vavfor i nducti on of res p irat ory burst and phagocytos i s i nmonoc ytes andm i crogl i a J. J Bi olChem, 2006 , 281( 30): 20842220850 . 24 Ji n S M, ChoH J , J ungES , et a l . DNA damage 2 i nduci ng agents eli citgamma 2secretase act i vat i on mediat ed by ox i dative stress J . CellDeath Differ , 2008, 15( 9): 137521384 . 25 Ryu SW。WJH，Kim YH，甜aDownregulation of protein kinase CKII is associated with cellular senescenceJFEBS Lett，2006；580(3)：988-94 26 Varela I，Cedinanos J，Pendas AM，et aAccelerated aging in mice deft-cient in Zmpste24 protease is linked to p53 signalling activationJNature，2005；437(7059)：564七27 Seaglioni PP，Yung TM，C8i LF，et以A CK2dependent mechanism fordegradation of the PML tumor suppresserJceu，2006；126(2)：26983