关于神经细胞黏附分子与老年性痴呆的探讨

作者                       作者单位

卢圣锋       成都中医药大学针灸推拿学院，四川 成都 610075

唐勇         成都中医药大学针灸推拿学院，四川 成都 610075

尹海燕       成都中医药大学针灸推拿学院，四川 成都 610075

郭玲玲       成都中医药大学针灸推拿学院，四川 成都 610075

余曙光　　   成都中医药大学针灸推拿学院，四川 成都 610075

老年性痴呆即阿尔茨海默病(AD),是一种中枢神经系统退行性疾病，临床上首先表现早期出现记忆力障碍,以后各种认知功能逐渐受损,晚期则智能严重衰退,生活完全不能自理。其病理改变包括广泛的神经元丢失、脑内神经元纤维缠结(NFT)和老年斑(SP)，并以大脑海马区受累最严重〔1，2〕。随着研究的不断深入，人们发现神经细胞黏附分子(NCAM)在AD中扮演着重要角色。

1 NCAM的生物特性

NCAM作为细胞黏附分子家族中的一员，属免疫球蛋白超家族，是位于胞膜上的一种糖蛋白，是轴突/树突生长、分支，突触延伸、塑形及认知功能的主要调节因子。根据其分子量的不同，主要分为NCAM120、NCAM140、NCAM180三种亚型NCAM120主要分布于神经胶质，通过GPI锚定在膜上。NCAM180主要在神经元上表达，NCAM140则在神经元和神经胶质都有表达，二者都是跨膜蛋白，但其在胞内区的长度不一样，其中NCAM140在胞内有长为119个氨基酸残基，主要参与几种信号途径去激活轴突和树突生长和分支;而NCAM180在胞内则另外附加一段长271个氨基酸残基，即长达390个氨基酸残基，主要与细胞骨架成分互相作用从而在突触的稳定和记忆的形成中起显著作用〔3～5〕。

NCAM能够被多聚唾液酸(PSA)修饰，形成PSANCAM复合物，后者是NCAM高度糖基化形式，也是突触可塑性所必需的，并在学习记忆的形成过程中表达加强〔4，6〕。研究表明，缺乏PSA转移酶的小鼠表现出空间学习记忆和反转学习障碍，而这两种学习主要依赖前额皮质和海马的功能〔7〕。同样，缺乏NCAM各种亚型的动物模型显示长时程增强(LTP)、长时程抑制(LTD)被破坏，并损害其空间学习和感觉运动门控〔8，9〕。PSA是NCAM的关键调节因子，二者有协同作用，影响着在脑和神经系统的发育、生长、存活及可塑性〔10～12〕，学习可诱导NCAM和PSA表达的增加〔13〕，而其在各类神经退行性疾病中呈现表达异常的现象。

2 NCAM与AD

2.1 AD的病理特征 AD是最常见的一类神经退行性疾病，常见病理表现有：神经元死亡、突触缺失、脑体积缩小、胆碱性系统破坏及认知功能障碍，其中以β淀粉样蛋白(Aβ)和Tau蛋白堆积引起的脑内神经元纤维缠结和老年斑最为典型〔14，15〕。Aβ的水平和不必要斑块的形成在AD的进程中非常重要，能导致认知功能障碍〔14，16〕。大多数家族性的AD主要是由于作用于淀粉样前体蛋白(APP)的γ分泌酶PS1的突变，此外还有PS2的突变，二者都能使Aβ增多〔14，15，17〕。

2.2 NCAM与AD海马神经元突触可塑性 研究发现，海马神经元突触可塑性的变化在AD的病理变化中占有重要的地位，它可能是AD学习记忆功能障碍的神经生物学基础〔18〕。NCAM在突触可塑性中具有重要的作用，是突触可塑性的标志之一〔19〕。其参与可塑性主要有两个机制〔20〕：其一为NCAM通过介导细胞骨架动力改变，从而参与活动依赖的突触重建;其二对胞内信号系统的影响，即胞内信号的改变可反馈到突触后膜，通过NCAM调控细胞与细胞的黏附，以迅速地改变突触的结构和交通。资料显示，改进胆碱能系统功能，能增加PSANCAM在海马区的表达〔21〕，而这种增加和促进AD海马神经发生是有一定关系的，并可能显示出病情的程度〔22〕。可溶性NCAM在AD病人的脑脊液中增多，并和衰老、神经退行性病变及认知损害程度相关〔23，24〕。存活的神经元能够通过轴突和树突的重构、出芽来代偿神经元和突触的缺失所产生的影响。NCAM和PSANCAM是轴突生长必需的。近年来载体和离体实验研究都显示：裂解NCAM产生的可溶性片段抑制轴突和树突的生长、分支〔25，26〕，而使用NCAM类似物后，通过突触三维重构，显示能使突触形态发生改变〔27～30〕。在针灸治疗AD的研究中，AD模型学习记忆改善的同时，其突触结构及NCAM表达都发生了改变〔31，32〕。

2.3 NCAM与Aβ、Tau蛋白及神经保护 AD患者Aβ和Tau蛋白的异常也影响到NCAM的表达和功能。γ分泌酶PS1的整体缺失减少NCAM的表达，然而动物模型表达类似人类的PS1突变体时，能够增加前皮质、梨状皮质及海马区NCAM的表达〔33，34〕。Aβ也能直接影响NCAM的功能，HNK1是NCAM上的糖基化修饰，能够响突触传递〔35，36〕。Aβ产生的活性氧化物(ROS)能够氧化萄糖醛酸基转移酶，而后者能合成HNK1。ROS诱导HNK1的减少，使后者不能影响NCAM表达水平，表明NCAM在突触上的功能被AD脑内Aβ水平所折损〔37〕。

NCAM具有神经保护的作用，可以与成纤维细胞生长因子(FGFR)相互作用，通过蛋白激酶(PKC)和磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)通路来激活相应的信号通路，使糖元合成酶激酶β3(GSK3β)磷酸化〔16〕。在AD中，由于Aβ的作用，GSK3β上调，导致Tau丝、神经元死亡、轴突/树突回缩增多，认知功能障碍。Tau是一种微管相关蛋白，AD中，由于GSK3β(Tau激酶)的活性失调，高度磷酸化，产生神经毒性作用〔14，15〕。缺少NCAM介导的信号传导对GSK3β的抑制作用，可以促使神经纤维缠结病理现象的产生。

2.4 NCAM及其多肽衍生物 NCAM通过其活性的功能性或缺失，参与AD的形成过程。在当前的临床试验中，NCAM的多肽衍生物对AD有潜在的治疗作用。FGL肽(NCAM类似物)是FGFR和NCAM黏着后从中截取的一种肽类物质，截点位于Glu681Ala695〔27〕。研究证明，其能作用于FGFR，激活PI3K和PKC信号通路，进而抑制GSK3β的活性，促进神经元存活、分化和突触发生〔38～40〕。在大鼠内注射Aβ能损害其认知功能，增加神经元死亡、退化及Tau蛋白磷酸化，并诱发脑萎缩。早期给予FGL肽治疗能减少Aβ、Tau磷酸化，阻碍止神经元丢失，同时改善其认知功能〔16〕。即使SP已形成，并出现明显的认知损害，FGL也可以作为一种潜在的治疗手段，其能加强学习记忆，阻止或克服由于胆碱能系统功能破坏引起的记忆丧失。因此，调节脑内NCAM信号传导能使治疗AD成为可能。

3 展 望

从上述NCAM和AD的密切关系，相信增加NCAM及PSA的表达，减少NCAM的裂解，能够有效改善神经元间连接及认知功能。在青春期，NCAM的裂解伴随PSA水平的降低，使可溶性的NCAM跨膜的胞外域(NCAMEC)缠结，从而抑制NCAM上调及突触形成〔26，34〕。NCAMEC也能通过抑制突触生长、分支来阻止神经元纠正其突触缺陷〔25，26〕。在脑内抑制NCAM的裂解能够减轻这种不足。用PSA进行治疗能帮助提高可塑性，此外PSA也可改善由于其本身的缺乏所引起的学习记忆障碍〔34，39〕，并且促进轴突生长和突触发生〔40，41〕。

NCAM通过同源或异源性连接，能诱导胞内一系列信号级联反应的复杂网络活性，激活信号分子，如FGFR，GAP43，Ca2+，PKA，PKC，PKG等，但对其作用持续时间和激活程度尚不清楚，值得深入探讨。

此外，NCAM还存在其他多样性的拼接方式，还有除糖基化外，磷酸化、硫酸化等翻译后修饰的差异。如目前发现硫酸化氨基聚糖(HSPG类和CSPG类)对NCAM及记忆有一定的影响作用，但其具体作用机制尚不明朗。近年来研究表明神经干细胞(NSC)与AD等神经退行性疾病关系密切〔42〕，NCAM作为NSC迁移阶段的标志，能抑制NSC增殖，诱导NSC向神经元方向分化，对神经干细胞移植治疗AD的可行性提供了重要依据，为AD的药物治疗提供了新的可能靶点。当然，单靠一种蛋白是不能解决AD的各个方面，但NCAM结合其他药物联合使用，也许会给AD患者带来新的希望。

【参考文献】

1 St GeorgeHyslop PH，Petit A.Molecular biology and genetics of Alzheimer′s disease〔J〕.C R Biol,2005;328(2)：11930.

2 张均田.老年痴呆的发病机制及防治药物〔J〕.医药导报，2002;21(8)：46971.

3 Hinkle CL,Maness PF.Regulation of neural cell adhesion molecule function by ectodomain shedding.In：Pandalai SG. Recent research developments in molecular and cellular biology〔M〕.India: Research Signpost,2006：12136.

4 Maness PF,Schachner M.Neural recognition molecules of the immunoglobulin superfamily：signaling transducers of axon guidance and neuronal migration〔J〕.Nat Neurosci,2007;10(1):1926.

5 Büttner B,Horstkorte ZR.Intracelluar ligands of NCAM〔J〕.Neurochem Res，2008;〔Epub ahead of print〕.

6 Cremer H，Chazal G，Lledo PM,et al.PSANCAM:an important regulator of hippocampal plasticity〔J〕.Int J Dev Neurosci，2000;18(3):21320.

7 Markram K，GerardySchahn R,Sandi C.Selective learning and memory impairments in mice deficient for polysialylated NCAM in adulthood〔J〕. Neuroscience,2007;144(3):78896.

8 PoloParada L,Bose CM,Plattner F,et al.Distinct roles of different neural cell adhesion molecule(NCAM) isoforms in synaptic maturation revealed by analysis of NCAM 180 kD isoformdeficient mice〔J〕.J Neurosci,2004;24(8):185264.

9 Stork O,Welzl H,Wolfer D,et al.Recovery of emotional behaviour in neural cell adhesion molecule (NCAM) null mutant mice through transgenic expression of NCAM180〔J〕.Eur J Neurosci,2000;12(9):3291306.

10 OltmannNorden I,Galuska SP,Hildebrandt H,et al.Impact of the polysialyltransferases ST8SiaⅡ and ST8SiaⅣ on polysialic acid synthesis during postnatal mouse brain development〔J〕.J Biolchem,2008;283(3):146371.

11 Galuska SP,Gever R,GeradySchahn R,et al.Enzymedependent variations in the polysialylation of the neural cell adhesion molecule(NCAM) in vivo〔J〕.J Biological Chemistry,2008;283(1):1728.

12 Hildebrandt H,MüHhlenhoff M,Weinhold B,et al.Dissecting polysialic acid and NCAM functions in brain development〔J〕.J Neurochem，2007;103(1):5664.

13 Gago N，AvellanaAdalid V，Evercooren AB，et al.Control of cell survival and proliferation of postnatal PSANCAM(+)progenitors〔J〕.Mol Cell Neurosci，2003;22(2)：16278.

14 Goedert M，Spillantini MG.A century of Alzheimer′s disease〔J〕. Science，2006;314(5800):77781.

15 Yaari R，CoreyBloom J.Alzheimer′s disease〔J〕.Semin Neurol，2007;27(1):3241.

16 Klementiev B,Novikova T，Novitskaya V,et al.A neural cell adhesion moleculederived peptide reduces neuropathological signs and cognitive impairment induced by Abeta2535〔J〕.Neuroscience，2007;145(1):20924.

17 张兵林，秦 川.早老素基因的研究进展〔J〕.中国实验动物学杂志，2002;12(2):1136.

18 陈 忠，魏尔清.突触可塑性的机制〔J〕.中国神经科学杂志，2001;17(3)：24753.

19 Bonfanti L.PSANCAM in mammalian structural plasticity and neruogenesis〔J〕.Prog Neurobiol,2006;80(3):12964.

20 Kiss J Z，Troncoso E，Djebbari Z，et al.The role of neural cell adhesion molecules in plasticity and repair〔J〕.Brain Res Rev，2001;36(23)：17584.

21 Murphy KJ，Foley AG,O′connell AW,et al.Chronic exposure of rats to cognition enhancing drugs produces a neuroplastic response identical to that obtained by complex environment rearing〔J〕. Neuropsychopharmacology,2006;31(1):90100.

22 Jin K，Peel AL，Mao XO,et al.Increased hippocampal neurogenesis in Alzheimer′s disease〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2004;101(1):3437.

23 Strekalova H，Buhmann C，Kleene R,et al.Elevated levels of neural recognition molecule L1 in the cerebrospinal fluid of patients with Alzheimer disease and other dementia syndromes〔J〕.Neurobiol Aging，2006;27(1):19.

24 Todaro L，Puricelli L，Gioseffi H,et al.Neural cell adhesion molecule in human serum.Increased levels in dementia of the Alzheimer type〔J〕. Neurobiol Dis,2004;15:38793.

25 Hinkle CL，Diestel S，Lieberman J,et al. Metalloproteaseinduced ectodomain shedding of neural cell adhesion molecule (NCAM)〔J〕. J Neurobiol,2006;66(12):137895.

26 Brennaman LH，Maness PF.Developmental regulation of GABAergic interneuron branching and synaptic development in the prefrontal cortex by soluble neural cell adhesion molecule〔J〕.Mol Cell Neurosci,2008;37(14)：78193.

27 Dhanrajan TM，Lynch MA，Kelly A，et al.Expression of longterm potentiation in aged rats involves perforated synapses but dendritic spine branching results from highfrequency stimulation alone〔J〕. Hippocampus,2004;14(2):25564.

28 Loane DJ，Deighan BF，Clarke RM,et al.Interleukin4 mediates the neuroprotective effects of rosiglitazone in the aged brain〔J〕.Neurobiol Aging，2007;28：84555.

29 Maher FO，Nolan Y，Lynch MA.Downregulation of IL4induced signalling in hippocampus contributes to deficits in LTP in the aged rat〔J〕. Neurobiol Aging,2005;26(5):71728.

30 Stewart M,Popov V,Medvedev N,et al.Dendritic spine and synapse morphological alterations induced by a neural cell adhesion molecule (NCAM) mimetic〔J〕.Neurochem Res,2008;Epub ahead of print.

31 邵 欣，余曙光，卢圣锋，等.电针对快速老化小鼠海马神经元突触超微结构影响的研究〔J〕.中国老年学杂志，2009;29(7)：7802.

32 卢圣锋，唐 勇，尹海燕，等.电针对SAMP8海马神经元NCAM、NFκB表达的影响〔J〕.中华神经医学杂志，2009;8(3)：2669.

33 Mirnics ZK，Yan C，Portugal C,et al.P75 neurotrophin receptor regulates expression of neural cell adhesion molecule 1〔J〕.Neurobiol Dis,2005;20(5):96985.

34 Leann H，Patricia B，Maness F.NCAM in neuropsychiatric and neurodegenerative disorders〔J〕.Neurochem Res,2008;Epub ahead of print.

35 Geyer H，Bahr U，Liedtke S,et al.Core structures of polysialylated glycans present in neural cell adhesion molecule from newborn mouse brain〔J〕.Eur J Biochem,2001;268(24):658799.

36 Strekalova T，Wotjak CT，Schachner M.Intrahippocampal administration of an antibody against the HNK1 carbohydrate impairs memory consolidation in an inhibitory learning task in mice〔J〕.Mol Cell Neurosci，2001;17(6):110213.

37 Thomas SN，Soreghan BA，Nistor M,et al.Reduced neuronal expression of synaptic transmission modulator HNK1/neural cell adhesion molecule as a potential consequence of amyloid betamediated oxidative stress：a proteomic approach〔J〕.J Neurochem,2005;92(4):70517.

38 Popov VI，Medvedev NI，Kraev IV,et al.A cell adhesion molecule mimetic，FGL peptide，induces alterations in synapse and dendritic spine structure in the dentate gyrus of aged rats：a threedimensional ultrastructural study〔J〕.Eur J Neurosci,2008;27(2):30114.

39 Stoenica L，Senkov O，GerardySchahn R,et al.In vivo synaptic plasticity in thedentate gyrus of mice deficient in the neural cell adhesion molecule NCAM or its polysialic acid〔J〕.Eur J Neurosci,2006;23(9):2255264.

40 Brocco MA，Frasch AC.Interfering polysialyltransferase ST8Siall/STX mRNA inhibits neurite growth during early hippocampal development〔J〕.FEBS Lett,2006;580(19):4723726.

41 Dityatev A，Dityateva G，Sytnyk V,et al.Polysialylated neural cell adhesion molecule promotes remodeling and formation of hippocampal synapses〔J〕.J Neurosci,2004;24(42):9372382.

42 李绪领,王德生,孙曼霁.内源性神经干细胞与脑老化的治疗〔J〕.生命科学，2008;(1):869.