β淀粉样多肽细胞毒性作用的研究进展.docx

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β淀粉样多肽细胞毒性作用的研究进展

β淀粉样多肽细胞毒性作用的研究进展

【关键词】β淀粉样多肽;阿尔茨海默病;炎症;细胞凋亡

阿尔茨海默病（AD）是一种中枢神经系统原发性、退变性疾病，是老年性痴呆中最多见的类型，临床表现为进行性痴呆，经历、明白得、判定等认知功能障碍，严峻阻碍着老年人的生存质量。

AD不管是家族性的，仍是散发性的，目前为止对其发病机制尚不清楚。

　　1β淀粉样多肽的生物学作用

　　AD病理学特点是：

与学习、经历相关的大脑皮层中显现老年斑（SP）、神经纤维缠结及神经元的缺失。

β淀粉样蛋白（Aβ）积聚形成的丝状沉淀是SP的重要组成成份〔1，2〕，在AD的发病中起着相当重要的作用。

　　Aβ的生成和代谢Aβ是由β前体蛋白（APP）通过蛋白酶解途径裂解成长度为39～43个氨基酸的片段，APP基因位于第21号染色体上。

APP是一个110～135kD的跨膜蛋白,其细胞外侧N结尾很长，细胞内C结尾那么很短,两个N糖基化位点位于细胞膜外。

APP至少有3种蛋白酶解途径〔3，4〕:

①α分泌途径。

在α分泌酶的作用下,水解Aβ的lys16leu17位肽键,生成的两个片段均不沉积,称为非淀粉样肽源性途径或结构性分泌,这是APP加工的要紧途径;②β分泌途径。

指在β分泌酶的作用下，APP的第671和672残基间的肽键断裂,它产生Aβ的N端;③γ分泌途径。

γ分泌酶切割Aβ39～44之间的肽键,生成完整的Aβ。

在某些病理条件下,如APP基因突变，APP要紧经β和γ分泌途径,产生过量的Aβ,致使AD发病。

Aβ由39～43个氨基酸残基组成,分子量在4kD左右。

Aβ的2/3左右的序列位于APP的N结尾,1/3左右的序列位于APP的跨膜结构域。

Aβ在N端被修饰,改变其表面电荷增强了疏水性,形成丝状沉淀，增进Aβ聚集和神经毒性的产生。

另外，家族遗传性AD与3个不同的基因突变相关〔5，6〕：

APP基因、早老素（presenilin，PS）基因1及PS基因2，细胞培育结果显示上述基因突变蛋白产物加速丝状Aβ的生成。

　　Aβ的生物学特性Aβ在正常老年人脑组织中也存在,是机体细胞如神经细胞和胶质细胞正常代谢的产物,Savory等〔7，8〕研究说明可溶性Aβ单体是一种天然的抗氧化剂，能够爱惜脑细胞，抑制氧化应激;Aβ在水溶液中以α螺旋、随机螺旋和β片层结构三种形式混合存在。

其中β片层结构可增进Aβ单体聚集，形成淀粉斑块;β片层结构形成抑制物能够抑制Aβ的聚集并分解Aβ聚合物，从而阻止Aβ对培育神经元的毒性作用。

β片层结构的生成数量具有温度、时刻和浓度依托性，温度升高、放置时刻延长和Aβ浓度增加均能够增进β片层结构形成。

在环境溶液的pH值为4～7时，β片层结构最易生成。

另外，溶液中的β螺旋在必然条件下也能够形成β片层结构。

某些金属离子，如Zn2+，能够加速Aβ聚集和沉积。

当APP基因发生突变或环境因素、代谢因素作用，引发Aβ表达增加，在杏仁核、海马及新皮质等部位的浓度增高，作历时刻延长，和局部体液异样，从而致使β片层结构生成，增进Aβ聚集，沉积在这些区域。

　　2Aβ的毒性作用

　　Aβ与氧化应激及一氧化氮在AD的形成的进程中,氧化应激起着超级重要的作用。

在脑内,自由基的产生和排除的速度维持着一种动态平稳,当Aβ堆积时,这种平稳被打破。

Aβ能够看做是氧化应激与AD脑细胞死亡之间的偶联分子。

Aβ通过量种途径诱导氧化应激。

Stadelmann等〔9〕研究报导Aβ损伤了线粒体氧化还原活性，增加了活性氧（ROS）的堆积。

抗氧化剂能够抑制Aβ介导的氧化应激反映〔10〕。

Aβ本身可作为氧自由基供体，产生ROS，这些产物可破坏细胞膜，促使脂质过氧化，损伤膜蛋白。

Aβ还可通过与特异的受体结合激活小胶质细胞释放炎症因子，同时诱发小胶质细胞产生自由基，加重氧化应激。

Vodovotz和Hashimoto等〔11，12〕研究说明一氧化氮合酶（NOS）合成的一氧化氮（NO）参与AD的发病进程。

丝状的Aβ沉淀与AD患者脑内神经元的缺失关系紧密，病理学和生物化学研究证明丝状的Aβ诱导产生的NOS具有神经毒性。

在AD患者脑内的神经元纤维缠结中含有诱导型NOS。

NOS抑制剂能够阻止家族性ADPS1基因的突变〔11，13〕。

从而推测，ROS与NO可能是Aβ诱导神经元细胞死亡的重要介导物质。

可是ROS和（或）NO的靶分子尚未明确。

　　Aβ与ASK1JNK信号转导系统及内质网应激ASK1JNK信号转导系统是一个重要的凋亡信号转导途径。

Kadowaki等〔14〕研究发觉等以丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶途径（mammalianmitogenactivatedproteinkinasekinasekinase，MAPKKK）为特点的细胞凋亡信号转导激酶1（ASK1）途径包括IRE1TRAF2ASK1级联反映最终激活了内质网应激途径的激酶（cJunNH2terminalkinase;JNK）。

Nishitoh等〔15〕研究说明，ASK1基因敲除小鼠能够抗击内质网应激引发的细胞死亡。

Aβ激活JNK，引发cJun磷酸化〔16，17〕。

Aβ介导的神经细胞死亡可被显性负相突变cJun的表达、JNK抑制剂、cJun或JNK靶向断裂所抑制〔16～18〕。

可是Aβ激活JNK的机制尚不清楚。

Imaizumi等〔19〕研究发觉，内质网腔内未折叠蛋白的堆积诱导的内质网应激参与AD患者神经元细胞的退行性变。

内质网应激是AD的发病缘故之一，ASK1是内质网应激介导细胞死亡的关键分子，Nakagawa等〔20〕报导Aβ通过内质网应激激活ASK1JNK途径，引发细胞死亡。

综上所述，ASK1或许会成为医治和预防AD的靶分子。

　　Aβ与炎症Aβ通过慢性免疫炎症应答对神经元细胞产生直接和间接的毒性作用。

SP内含有补体、急性期蛋白、激活的小神经胶质细胞等炎性标记物。

小胶质细胞和星形细胞都可被丝状或可溶性Aβ激活,激活的小胶质细胞能够分泌多种细胞因子,如白细胞介素（IL）1β，IL六、肿瘤坏死因子α（TNFα），还能够分泌多种蛋白如α2巨球蛋白，致使神经细胞损伤。

正常神经元细胞Aβ的清除维持在一个动态的平稳中，可是细胞如何通过胞饮或吞噬作用对Aβ清除的分子学机制并非清楚。

最近直接针对Aβ的免疫医治为医治AD提供了一条有利的新思路。

在AD的动物模型实验中，Aβ疫苗能够抑制Aβ斑的形成，阻止认知能力的衰退。

CD14是一个由小神经胶质细胞表达的、分子量为55kD的糖基磷脂酰肌醇髓细胞样醣蛋白。

CD14要紧功能是通过胞饮作用清除细菌细胞壁的脂多糖成份。

研究发觉CD14在Aβ42激活小神经胶质细胞进程中起重要作用。

CD14参与细胞吞噬细菌及病原体成份细胞炎症反映，同时也在脑细胞清除Aβ进程中很关键〔21〕。

脂多糖受体CD14干扰Aβ纤维沉积，增进神经胶质细胞对Aβ纤维的吞噬清除作用。

对CD14分子的研究为说明AD临床医治提供了一个专门好的前景。

　　Aβ与钾离子通道K+通道是一个大的家族，它们参与细胞的增殖和凋亡的调控。

在肿瘤细胞，生长因子通过激活K+通道，增加K+通道活性，增进肿瘤细胞的增殖。

在表达原癌基因ras的细胞中，Ca2+灵敏性K+通道是通过细胞内Ca2+浓度的转变反复激活，致使细胞膜电位不稳固〔22〕。

研究说明K+通道阻断剂抑制细胞的增殖，K+通道的激活对细胞周期G1期的阻碍超级关键，K+通道开放时K+外流，细胞内K+浓度降低增进细胞的凋亡〔23〕。

Colom等〔24〕研究证明K+通道激活增进细胞凋亡;反之，细胞外K+浓度升高，抑制K+通道开放，阻止细胞凋亡。

K+和Cl是细胞中与凋亡相关的重要离子，细胞膜上的K+通道开放，细胞膜去极化，增加了膜对Cl的通透性，Cl外流到细胞外间隙，致使细胞内渗透性失水，细胞容积减小，引发凋亡。

研究说明，Aβ2535（20μm）和Aβ142（20μm）增进神经元细胞K+外流，引发细胞凋亡;反之，利用K+通道阻滞剂四乙铵（tetraethylammonium,TEA）抑制K+外流，将会阻止细胞凋亡〔25〕。

　　Aβ与胆碱能神经系统的损伤中枢神经系统中的胆碱能神经元及其突触与大脑的学习经历功能紧密相关。

AD患者大脑病理特点之一是大脑基底部胆碱能神经元的慢性、进行性缺失。

其特点是胆碱能神经系统标志物的减少，如：

胆碱乙酰转移酶（ChAT）的缺失、毒蕈碱和烟碱乙酰胆碱受体水平降低和乙酰胆碱水平的降低。

因此目前临床上医治AD的方式要紧基于维持和增加胆碱能神经递质的传递。

大量的研究资料说明：

脑基底部胆碱能神经递质的传递、APP代谢机制、Aβ斑介导神经胶质细胞激活的炎症因子及神经营养因子信号转导途径之间关系紧密〔26〕。

乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂和毒蕈碱能够增强APP向可溶性淀粉样蛋白裂解，减缓脑内淀粉样物质的沉积〔27，28〕。

而且淀粉样物质的沉积与AChE的表达紧密相关，AChE增进Aβ纤维状沉积;在细胞培育实验中和对转基因小鼠和AD患者的研究中Aβ调控AChE的表达、聚集、糖基化。

如此在神经斑周围表达的AChE增进了Aβ的形成、沉积，那个进程又刺激了AChE的生成。

因此抑制AChE能够阻止APP的裂解和Aβ斑块的形成〔29，30〕。

研究说明，AChE能够增进Aβ1228和Aβ2535的沉积，但可不能阻碍Aβ116的沉积〔26〕。

Aβ斑块的形成激活了神经胶质细胞，IL1表达上调，阻碍APP的代谢，干扰了胆碱能神经递质的传递。

选择性兴奋膜乙酰胆碱受体M1/M3而不是M2/M4，通过激活蛋白激酶C和/或MAP激酶系统介导，能够增加sAPPa的分泌，减少总Aβ的生成;烟碱样受体兴奋剂能够调剂APP的代谢进程，抑制Aβ的沉积;有活性的星形胶质细胞和小神经胶质产生的细胞炎症因子：

IL1β及TNF与Aβ的沉积紧密相关〔31〕。

IL1β和TNFα选择性的损害脑基底部胆碱能神经元细胞，IL1β上调APP的表达，增进Aβ斑块的形成;IL1β能够增加AChE的活性，增强AChE的表达〔29～31〕。

神经生长因子（NGF）具有维持胆碱能神经元细胞的功能，同时也参与胆碱能介导的APP代谢的调剂〔32〕。

　　Aβ与神经元的凋亡神经元凋亡是Aβ毒性作用引发AD重要的病理学机制。

研究说明，将Aβ140别离注入野生小鼠和半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶3（cysteinasparateprotease，caspase3）基因缺点小鼠脑内海马区，野生小鼠海马区神经元大量缺失，caspase3基因缺点小鼠脑对神经元细胞的爱惜呈基因剂量效应，同时还发觉体外培育caspase3基因缺点小鼠的神经元细胞加入Aβ140，细胞死亡率无明显改变，体外培育野生型小鼠神经元细胞加入Aβ140，细胞大量死亡，说明Aβ毒性作用于凋亡紧密相关〔33〕。

　　另外研究说明氯通道的开放参与Aβ毒性作用，且其毒性作用能够被氯通道阻断剂抑制〔34〕。

但关于其离子机制国内外尚无此方面的研究。

【参考文献】

　1TanzigenticdichotomymodelfortheinherianceofAlzheimer′sdiseaseandcommonagerelateddisorders〔J〕.ClinInvest，1999;104（9）:

11759.

　　2KadowakiH，NishitohH，UranoF,etβinducesneuronalcelldeaththroughROSmediatedASK1activation〔J〕.CellDeathandDifferentiation，2005;12

（1）:

1924.

　　3Tanzi′sdiseaseriskandtheinterleukinl