阿爾茨海默病中β淀粉樣蛋白對星形膠質細胞的作用

王 琦 周海霞

(九江學院醫學部，江西 九江 332000)

阿爾茨海默病(AD)是一種以進行性認知障礙和記憶力損害為主的中樞神經系統退行性疾病，以老年斑(SP)，神經元纖維纏結(NFT)和突觸丟失為主要病理改變。構成SP的主要成分是β-淀粉樣蛋白(Aβ)。現在普遍認為AD主要是由大腦特異區域的Aβ神經毒性蓄積所引起〔1〕。星形膠質細胞(Astrocyte，AC)是中樞神經系統的免疫吞噬細胞，是膠質細胞的主要類別，幾乎囊括了膠質細胞的所有功能。在神經退行性疾病，如AD和帕金森病患者的大腦中存在大量活化的AC〔2〕。活化后形成的反應性AC既產生和釋放神經遞質、神經營養因子，也能分泌細胞毒因子、炎癥因子、補體蛋白等，參與AD的病理過程〔3〕。AD患者AC的激活及其所分泌細胞因子的改變通常比典型的病理改變早十多年。盡管目前AD病理機制還不清楚，但大多數學者認為Aβ沉積激活AC是AD的重要病理機制。本文就Aβ對AC在AD病變機制中的作用簡要綜述。

1 Aβ與AC的活化

Aβ是100 kD左右的淀粉樣前體蛋白(APP)在β-分泌酶、γ-分泌酶作用下形成的多肽片段，長度在39～43個氨基酸范圍，在體內以單體、寡聚體或纖維狀形式存在。Aβ是細胞的固有成分，在正常人腦脊髓液中可溶性Aβ和AD中出現的濃度相同，這說明Aβ是一種自然而非病理性的產物〔4〕。

AC增生與激活在AD的發病機制中起著重要的作用。AD患者腦內伴有明顯膠質細胞反應，斑塊周圍發現了大量AC。Aβ可以引起AC的活化，在動物模型中Aβ斑塊和激活AC之間具有量效關系。AD患者中激活的AC顯著高于對照組，凋亡神經元數目顯著增高，說明激活的AC在SP的形成中起到重要作用〔5〕。在大鼠腦內注射Aβ，伴有以AC為主膠質細胞顯著增生。Kimura等〔6〕研究發現，在AD典型病理改變出現前即可發現AC對Aβ的反應增強，通過PCR和ELISA檢測發現，Aβ可誘導AC快速產生腦源性神經營養因子(BDNF)，從而減輕Aβ所致神經毒性。應用免疫熒光技術發現，混合培養體系中APP/PS1雙基因轉雜細胞株平均光密度值明顯低于單獨培養體系，說明AC的存在明顯干預了APP/PS1表達，提示AC可能在初期對神經元提供保護，并整理死亡細胞釋放的代謝物如APP等〔7〕。在AD的大腦的AC內存在Aβ，同時，活化的AC圍繞在神經炎性斑塊周圍，過度表達一系列有害的炎癥分子如白介素1B(IL-1B)、白介素 6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素8(IL-8)、活性氧物質，作為初始的典型炎癥反應，這些物質對神經元有毒性作用，促使神經元凋亡〔3，8〕。超微結構分析表明，AD大腦中AC在加工過程中會使Aβ斑塊變成碎片，Aβ1-42的數量與AD的局部病理學密度密切相關，并且在Aβ和神經元之間形成保護性的屏障〔9〕。

Aβ可以使AC活化，但是不同狀態的Aβ對AC作用后產生的結果不同。Jill White等研究發現寡聚體Aβ介導了早期的IL-1β的高效表達;相比之下，纖維狀Aβ作用于AC后，IL-1β含量隨時間的延長逐漸增加。寡聚體Aβ可以使AC分泌誘導型一氧化氮合酶(iNOs)、一氧化氮(NO)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)炎癥分子，纖維狀Aβ則不能，說明寡聚體Aβ可以引起早期且長久的炎癥反應，而纖維狀Aβ分泌的前炎癥分子量很少，這與AD長期的慢性炎癥相符〔10〕。

2 Aβ與AC的神經毒性

異常的Aβ的聚集是形成AD病理改變的關鍵。傳統觀點認為:異常的Aβ的聚集激活AC，AC激活促進Aβ沉積，形成惡性循環，從而促進AD病理改變。Andrey等利用熒光成像技術發現，Aβ偏愛作用于與神經元混合培養中的源自大鼠大腦皮層和海馬的AC，引起Ca2+瞬時增加，結果導致活性氧類似物(ROS)產生和谷胱甘肽的損耗〔11〕。

雖然目前Aβ直接激活AC釋放炎性分子，并產生細胞因子和神經毒性物質機制沒有完全被闡明，但Aβ和AC細胞表面受體互相作用已被證實。這些細胞受體包括高級糖基化終產物受體、清道夫受體，還有鈣通道信使通路、蛋白激酶C、酪氨酸蛋白激酶依賴第二信使通路等都和Aβ介導的信號傳導有關〔12〕。激活的AC具有吞噬功能，可吞噬并降解Aβ，同時分泌細胞因子如 IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-8、活性氧物質，表明神經元的損傷是由激活的AC分泌的產物引起的，而不是由Aβ直接作用引起神經元損傷。而在Aβ沉積部位，一旦活化的AC吞噬清除Aβ，可能導致其本身進一步的活化。

中樞神經系統NO表達水平的增高和神經變性疾病，如AD密切相關。激活的AC是腦氧自由基的主要來源。被Aβ激活的AC不僅有形態學上的改變，也活化了誘導性iNOS，一氧化氮產物增加。免疫反應和炎癥刺激可以激活NOS，使細胞釋放NO。神經炎癥和神經變性激活小膠質細胞和AC，大量表達 iNOS，產生大量的 NO〔13，14〕。NO 可以直接抑制參與線粒體電子傳遞及檸檬酸循環有關的酶，氧自由基與一氧化氮結合形成高度攻擊性的過氧化亞硝基陰離子，損傷神經元。被Aβ激活的AC能夠產生ROS(reactive oxygen species)等活性氧介質，ROS誘導了Aβ的神經毒性作用，激活了NF-κB(nuclear factorkappa B)，增加了Caspase-3酶的活性，加速了細胞凋亡〔15〕。但Jacobsen等〔16〕研究發現，小于18月齡的TG轉基因AD鼠腦中AC雖處于激活狀態，但Aβ總量并無明顯增加。

AC對Aβ代謝途徑同樣產生影響。AC可能通過下調小膠質細胞清道夫受體或改變與吞噬有關的營養因子來調節小膠質細胞的吞噬功能，抑制小膠質細胞對SP的吞噬功能，以促進腦內Aβ的沉積。但Wyss-Coray等〔17〕報告 AC釋放的 TGF-β1促進小膠質細胞對Aβ的清除，抑制典型AD病理改變。另外，Aβ沉積與AC對局部微循環調節障礙有關。Takahino等〔18〕通過組織學研究發現，由于AC的異常激活導致Ca2+內流的增加，產生血管收縮異常和不穩定性增加，從而導致早期AD模型鼠腦血管周圍的Aβ沉積。

3 Aβ對AC脂質代謝的影響

3.1 Aβ對AC中載脂蛋白E的影響 載脂蛋白E(ApoE)被認為是與脂質體轉移和神經元動態平衡功能相關的重要的脂蛋白，在AC中其功能是轉運膽固醇和磷脂到神經元以供樹突及突觸重塑。ApoE主要由AC、Schwann細胞等合成，大腦皮層神經元攝取AC合成的ApoE，從而影響神經元的代謝。ApoE由三種相似的變異體表達，ApoE4的變異體是AD形成的一個重要的危險因素。

通過對ApoE轉基因小鼠的研究發現，ApoE4與發病危險的增加有很大關系。Mahley等〔19〕通過對神經元和AC表達ApoE3或ApoE4的轉基因鼠的病理改變和行為學的研究發現，表達ApoE4的鼠腦組織病理切片中突觸前末梢明顯減少，淀粉樣斑沉積增加，tau蛋白磷酸化增加，學習和記憶能力下降，而表達ApoE3的轉基因鼠卻未出現明顯的上述改變。因此，AD患者所具有的ApoE基因型的差異和攜帶比例決定了其發病年齡和預后的差異〔20〕。當個體同時攜有編碼腦內膽固醇消除限速酶的膽固醇24S-羥化酶的CYP46基因TT基因型和ApoE等位基因時，可使個體晚發性AD的風險提高5～8倍〔21〕。

LaDuetal和Ighavboa等證實在AC中只有Aβ1-42蛋白能增加細胞內ApoE的含量，這可能起到緩解Aβ的炎癥效應和保護神經的作用，故推測:Aβ介導的AC中ApoE的增加，可能是由于βA刺激引起cAMP的增加，導致ApoE的聚集〔22〕。

3.2 Aβ對高爾基體中膽固醇分布的影響 AC不僅僅合成膽固醇，而且還能內化和再循環利用退變的神經末梢釋放的膽固醇。高爾基體在細胞的膽固醇轉移中發揮著重要的作用。研究證實Aβ1-42對AC中的高爾基體膽固醇動態平衡起調節作用，并且這種調節作用與Aβ1-42的制備程度有關。新制備的Aβ1-42能使AC中膽固醇的含量明顯的增加，而聚集態的Aβ1-42則使膽固醇的含量明顯減少，說明不同性狀的Aβl-42在AC中高爾基體的膽固醇分布中發揮的作用不同〔23〕。

膽固醇影響APP代謝和Aβ的形成過程中酶的活性。APP在β和γ分泌酶切割產生能夠在細胞外聚集的Aβ，而在α分泌酶作用下則產生非淀粉樣或可溶性APP。動物試驗顯示高膽固醇飲食加速腦中Aβ生成和沉積，而給予降膽固醇的藥物可以減少Aβ，體外研究證明高膽固醇環境可以促進APP生成〔24，25〕。膽固醇影響Aβ形成的確切機制尚不清楚，故推測是由于細胞膜中膽固醇含量異常增加可導致脂質筏形成，即富含膽固醇區域，在該區域膽固醇呈跨膜雙分子層分布，可見β和γ分泌酶共存，在它們共同作用下APP沿著β裂解途徑進行，造成 Aβ 生成增加〔26〕。

Aβ促進AC中脂質體的釋放。Aβ和脂質體之間的相互作用被認為在AD的病理學變化中發揮重要作用。但是兩者之間的相互作用機制還沒有得到完全解釋。脂質體的釋放與Aβ的狀態有關。將不同狀態的Aβ加入到培養的AC中觀察脂質體的代謝，發現只有寡聚體Aβ可以提高AC中脂質體的釋放，這種釋放具有時間和劑量上的依賴性〔27〕，說明寡聚體Aβ促進脂質體從AC膜上釋放，引起神經元脂質體的動態平衡紊亂和神經元功能的缺失，從而引發AD的病變。膽固醇和磷脂的代謝紊亂和氧化應激共同作用可導致突觸功能障礙和神經元的變性，并可促進Aβ毒性作用〔3〕。

4 Aβ增加AC外谷氨酸的清除

谷氨酸(Glutamate，Glu)是腦內主要的內源性興奮性神經遞質，在認知和記憶中均發揮重要的作用。

AC參與并調節Glu對神經元的興奮毒性作用。雖然Glu是正常神經元和神經遞質的必需因子，但在中樞神經系統的細胞外液中過度的激增可以使神經元產生興奮毒性從而引發神經元破壞，進而產生AD病變，而AC可以利用細胞外谷氨酸載體清除細胞外Glu。Sacha等〔28〕應用免疫組化技術發現在AD部分腦區AC特異表達谷氨酸羧肽酶Ⅱ(GCPⅡ)，釋放游離Glu，引起興奮毒性損傷。同時Glu主要由位于突觸間隙及膠質細胞的Na+依賴性載體攝取清除，其中的EAAT2轉運載體位于AC上，AC的Glu攝取系統可迅速清除突觸間隙的Glu，終止其興奮毒性效應。當Glu傳遞障礙時，可增加細胞外Glu水平，持續的去極化將導致Cl-內流，進而引起Ca2+和水內流，導致細胞超微結構破壞，神經元潰變，細胞內Ca2+的增多又可促進AC釋放Glu，產生興奮中毒的級聯反應〔29〕。AC分泌的D-serin和谷氨酸一同激活NMDA受體也是導致細胞毒性增強的因素之一〔30〕。

實驗發現，加入Aβ后細胞外Glu的濃度隨著時間的延長而迅速下降，說明Aβ增強了AC清除Glu的能力，同時Aβ可以上調AC的谷氨酸攝取系統，從而提高細胞外Glu的清除能力，但也有報道Aβ抑制 AC對Glu的攝取能力〔31，32〕。

在AD病人大腦中，活化AC是神經炎斑塊的基本組成成分，在神經退行性疾病發病機制中有著不容忽視的作用。在疾病早期，AC可局限、吞噬病變的神經元，維護細胞微環境。但隨著疾病進展，AC本身受到損傷，釋放各種有害因子，參與氧自由基形成及興奮性毒性作用，加重神經元損傷。雖然AC在AD發病中的作用，以及Aβ對AC的作用的了解還處于初級階段，但調控AC的功能并使其向保護神經元的方向發展的研究必將對神經系統退行性疾病的認識及治療產生推動作用。

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