β淀粉样蛋白与阿尔茨海默病

　　作者：王春艳,郭景森,田晶,崔万丽　　作者单位：吉林医药学院：1.生理教研室，2.护理学院，吉林 吉林 132013

　　【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。目前认为β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β淀粉样蛋白与阿尔茨海默病的研究进展作一综述。

　　【关键词】 β淀粉样蛋白,阿尔茨海默病

　　阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)由巴伐利亚的神经病理学家阿尔茨海默于1907年首先发现，并以其名字命名[1]。AD是一种弥漫性中枢神经退化性疾病，以进行性认知障碍，智力衰退和人格改变为特征的常见老年性神经变性疾病[2]，约占所有痴呆的50%～60%。据统计，在西方国家，大于或等于85岁年龄组的患病率在24%至33%之间。虽然发展中国家缺少权威性和代表性的数字统计，但估计世界上60%的痴呆患者存在于发展中国家[3]。

　　1 β淀粉样蛋白

　　1930年，Divry用刚果红对AD病人脑中的损害区域进行染色，成功地使沉积在细胞外的老年斑着色，进而发现老年斑的主要成分是一种嗜刚果红的淀粉样蛋白[4]。1984年Glenner[5]等分别成功地完成了对这种蛋白的分离和测序工作，发现此蛋白是由39～43个氨基酸残基组成，因其具有一个β片层的二级结构，遂命名为β淀粉样蛋白，简称Aβ。

　　脑内Aβ来源于其前体物质β淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)。APP是一种跨膜蛋白质，在体内各种组织广泛存在，而在脑组织的表达最高。在生理条件下，多数APP由α分泌酶裂解成可溶性的APP肽，APP肽再进一步由γ分泌酶裂解产生P3，极少部分APP在胞质溶酶体经β分泌酶和γ分泌酶作用裂解为Aβ[6]。从APP代谢为β淀粉样蛋白肽过程分两步：首先，β分泌酶在Aβ的N末端裂解APP，产生可溶的分泌性的APP衍生物APPSβ和贯穿膜成分的C末端片段。C末端片段进一步由γ分泌酶裂解为Aβ。Aβ有40个氨基酸和42个氨基酸2种形式(Aβ40和Aβ42)，其中Aβ42容易引起聚集，具有较强的细胞毒性[7]。在某些病理条件下，APP主要经β分泌酶和γ分泌酶顺序剪切产生过多的Aβ，导致AD病。γ分泌酶在Aβ产生中起非常重要作用，决定了产生的Aβ42在其中所占的比例。现在认为，此酶至少由presenilin、nicastrin、APH1和Pen2共4种跨膜蛋白组成[8]。Presenilin即早老蛋白，是γ分泌酶的催化亚基，其成熟的形式存在于酸性的内吞体和质膜上。现已发现编码早老蛋白1的基因上的一百多个突变都能引起家族性老年痴呆[9]，其致病机制很可能是因为突变体改变γ分泌酶活性，增加Aβ42产生的比例。

　　2 Aβ致AD的作用机制

　　阿尔茨海默病的发病机制尚未十分清楚，目前主要有3种假说[10]：β淀粉样蛋白级联假说、Tau蛋白假说和血管源性假说。其中，β淀粉样蛋白级联假说占主导地位，并且研究的较为成熟。在AD患者的脑内有老年斑沉积，而Aβ是构成老年斑的主要成分[11]。Aβ沉积可导致AD的发病，降低Aβ在大脑内的蓄积量可延缓或者减轻AD的症状。越来越多证据表明，Aβ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[12]。

　　2.1 诱导细胞凋亡

　　细胞凋亡在AD发病机制中的作用是目前AD研究的热点之一。Aβ引起细胞凋亡的机制至少有2种可能性：1)Aβ的过量产生可能导致APP非淀粉样代谢途径的减少，因而产生较少的可溶性sAPP。由于它的减少，神经细胞对许多损伤的敏感性得到增加和放大。2)APP的突变体和PS1、PS2可与其它蛋白结合而引起细胞死亡，如突变的huntingtin和SOD可与其它蛋白发生异常交互作用，从而引起细胞死亡。Aβ的神经毒性决定于它的聚集状态和构象状态，经Aβ慢性处理的神经元，出现轴突营养不良，神经细胞膜空泡化，染色体固缩、DNA断裂，凋亡小体生成，这些都是细胞凋亡的典型形态学特征。经Aβ处理24 h的神经元中提取DNA，出现寡聚核苷酸的梯状分布，这是细胞凋亡的特征性生化改变。体外研究表明，Aβ能下调Bcl2的表达，同时上调Bax表达,Bax过剩，细胞凋亡加速，Bcl2过多则细胞凋亡被抑制。在AD脑内Bax表达增高，而Bcl2表达的报道却有所不同。高氏等的实验表明，Aβ能引起脑内Bax表达增强，而对Bcl2的表达没有明显影响。推测Aβ可能通过促进Bax的表达来改变Bax/Bcl2之间的平衡，从而导致神经细胞凋亡。

　　2.2 激活胶质细胞诱发中枢神经系统炎性级联反应

　　AD具有大脑皮质萎缩、神经元丢失、神经纤维缠结、老年斑和脑血管Aβ沉积等病理特征，除此之外还伴随着一个缓慢的炎性病理过程。β淀粉样蛋白前体蛋白转基因小鼠模型研究结果提示，Aβ可通过持续激活炎症修复机制，将正常情况下的急性反应转变为慢性炎症损伤。在老年斑及散在的Aβ沉积物中可观察到激活的小胶质细胞过度表达神经活化细胞因子白介素I的现象。小胶质细胞膜上的受体复合物(CD36和CD47)与沉积在神经元周围的Aβ相互作用，使小胶质细胞活化、增殖，并过量分泌促炎因子，介导炎症损伤[13]。其中，IL1过度表达和释放是始动环节，IL1除上调小胶质细胞和星形胶质细胞表达细胞因子如IL6、肿瘤坏死因子a(TNFa),γ干扰素(INFY)等之外，还诱导补体、粘附分子、急性期蛋白、氧自由基、前列腺素、一氧化氮、S100β等生成增加，这些分子通过作用于胶质细胞或神经元，促使其它炎症分子的产生，这种交互作用促成慢性炎症产物分别在AD病理损伤的不同阶段发挥作用，并贯穿其病理发展的全过程。

　　2.3 诱发氧化应激产生自由基

　　Aβ肽段可诱发氧化应激，而脑代谢水平高，耗氧量大，细胞膜的不饱和脂肪酸含量较高，抗氧化酶相对不足，所以脑是自由基最易侵袭的靶器官。Aβ可以看作是氧化应激与AD脑细胞死亡之间的偶联分子，并通过多种途径导致氧化应激[14]：1)Aβ本身可作为氧自由基供体，产生活性氧;2)Aβ可通过诱导使氧自由基产生;3)Aβ还可通过与特异的受体结合激活小胶质细胞，同时产生大量自由基，加剧氧化应激。10余年前研究者发现抗氧化剂维生素E能阻断Aβ的神经毒性作用，接着又发现经维生素E预处理的培养细胞能抑制Aβ产生过多的过氧化氢，过氧化氢酶能保护细胞免受Aβ的毒害，进一步证实Aβ可诱导活性氧类物质的产生，如超氧阴离子、羟自由基等。AD的氧自由基损伤事实还包括：AD患者出现较高的蛋白质氧化作用和脂质过氧化作用，并且Cu/ZnSOD及MnSOD活性减少。还有研究表明，氧自由基与Aβ神经毒性有关，应用多光子成像技术，在AD转基因鼠及AD患者的体内外实验都提示Aβ沉积与氧自由基的产生有直接关系，Aβ沉积所形成的淀粉斑聚集物内有大量的氧自由基产生。大量证据表明，自由基损伤可能是β淀粉样蛋白的主要毒性机制之一。

　　2.4 诱发胞内钙稳态失衡

　　第 2 期 王春艳,等.β淀粉样蛋白与阿尔茨海默病Ca2+是可兴奋细胞中一种重要的第二信使，担负着“兴奋信号传感器”的角色。这一过程依赖Ca2+内流、释放和吸收等共同作用，使Ca2+在传递信号的同时，不影响整个细胞Ca2+浓度的水平[15]。研究发现，Aβ与神经细胞膜表面的受体结合，引发Ca2+内流致胞内Ca2+超载及神经元膜流动性降低。其可能机制为Aβ与膜表面受体结合后穿过脂质双分子层，形成Ca2+通道，而导致胞内Ca2+浓度增加。此外，Aβ可使IP3含量增加，IP3作用于内质网上的IP3受体系统，使内质网释放Ca2+。胞内Ca2+增多可通过：激活磷脂酶AZ，生成过氧化脂质，破坏细胞膜的完整性;引发兴奋性递质谷氨酸的释放;激活核酸内切酶致DNA分解等机制造成神经元的损害。膜流动性降低则会引起膜上的酶活性下降，膜受体功能范围缩小及活性降低。膜流动性如过低，可使膜硬度增加，从而压迫膜蛋白并致纵向移位或进一步暴露于膜外，甚至脱落，导致其功能丧失，由此而影响与神经传递有关的细胞膜内过程。

　　3 总结与展望

　　以上关于Aβ致AD机制的研究，虽然各有其道理的一面，但均不能单独全面阐明人Aβ的神经毒性作用。Aβ的神经毒性是多途径、多机制的复杂过程，如超强的炎症反应，氧自由基和Ca2+超载相互影响、相互促进造成细胞线粒体能量代谢障碍、细胞结构破坏甚至坏死，或诱发细胞凋亡，最终导致AD特征性的病理改变和渐进性的认知功能障碍[16]。随着人口老龄化的日益加重，对于AD的研究将越来越紧迫，对Aβ的神经毒性机制的研究必将对AD发病机理的揭示及AD的诊治产生重要影响。Aβ的沉积是AD最重要的原因,清除Aβ是最有效的治疗方法。令人欣慰的是针对Aβ的免疫治疗研究在AD动物中已经取得了满意的疗效，并且在临床试验中获得一定疗效，为防治老年性痴呆提供了新的思路和方法[17]。

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