阿爾茨海默病的致病因素和發病機制研究進展

盛國紅，孫琳，朱麗萍

（上海交通大學附屬精神衛生中心，上海 201108）

阿爾茨海默病的致病因素和發病機制研究進展

盛國紅，孫琳，朱麗萍

（上海交通大學附屬精神衛生中心，上海 201108）

目前全世界有兩千四百萬人罹患癡呆，其中60%診斷為阿爾茨海默病（AD）。作為一個危害公共健康的疾病，了解其發病機制對于完善診斷和治療十分重要。AD的兩大核心病理標志是淀粉蛋白斑塊沉積和神經元纖維纏結，而AD的確切病因及病理機制仍未完全明了，亟需進一步研究。

1 阿爾茨海默病的致病因素

1.1 β淀粉蛋白 淀粉蛋白瀑布假說始于二十世紀八十年代中期，認為38～42個氨基酸組成的β淀粉蛋白（Aβ）多肽沉積誘發腦內神經細胞功能失調及死亡。淀粉蛋白產生于正常生理條件下，而Aβ形成、沉積和清除的失衡則導致了Aβ異常沉積。

正常生理條件下，淀粉前體蛋白（APP）通過α分泌酶的切割，產生包含Aβ在內的序列片段，可阻止Aβ的形成。而β位點APP清除酶（BACE1）在Aβ序列的N末端切割APP，產生一段99氨基酸長度的C終末片段（CTF99）粘附在細胞外膜上，同時釋放可溶性APPβ片段到細胞外間隙中。CTF99在Aβ序列的C末端受到γ分泌酶的切割，產生Aβ片段和淀粉樣細胞內主鏈（AICD），Aβ多肽的長度依賴于γ分泌酶的切割位點。其中Aβ1-42最易形成纖維狀淀粉蛋白聚集物，被廣泛的認為是AD病變的主要病理物質；Aβ1-40則更普遍存在，但纖維聚集能力相對較弱；Aβ小寡聚體較之成熟的纖維毒性更強；Aβ56是一個特別的多肽，它與APP小鼠的認知下降呈負相關，但注射到大鼠的腦內則誘導記憶缺陷［1］。

近來有實驗發現α分泌酶是整合素和金屬蛋白酶（ADAM10）家族的一員［2］，ADAM10介導了非淀粉樣蛋白通路，使APP釋放一種可溶性、具有神經營養作用的片段-sAPPα及粘附于細胞膜上的殘基CTF83，該殘基隨后被γ分泌酶切割，釋放p3到細胞外間隙及AICD。淀粉樣和非淀粉樣通路在細胞內是獨立分開的，α分泌酶定位于高爾基體膜，而BACE1則局限于內質網和溶酶體系統［3］。Aβ的清除與蛋白水解酶有關，例如腦啡肽酶（neprilysin）和胰島素降解酶（IDE）［4］，與監護分子有關，例如載脂蛋白E（ApoE）［5］，與溶酶體自噬和蛋白酶體有關［6］。

家族型AD中基因變異導致了Aβ過量生成和沉積，已知的致病基因包括編碼APP、早老素1（PSEN1）和早老素2（PSEN2）的主要變異型基因［7］。這些基因對了解阿爾茨海默病機制十分重要，盡管只占阿爾茨海默病發病人群的5%。PSEN1和PSEN2變異體影響Aβ1-42的濃度，因為早老素蛋白是γ分泌酶的部分結構，參與到分解APP產生Aβ的過程中。SORL1是導致晚發型阿爾茨海默病的重要基因［8］，可以降低APP與β分泌酶之間的關聯［9］。另外一種公認的風險基因是ApoE，具有兩種ApoEε4等位基因的個體較之正常個體有超過7倍的發病風險［10］，ApoE可能影響Aβ的清除速率。家族性阿爾茨海默病基因可能定位于第10位染色體［11］。

1.2 Tau蛋白 Tau蛋白的發現始于1975年，是一種微管相關蛋白（MAPs），負責穩定細胞形態和軸索運輸，構成細胞內神經元纖維纏結的核心部分。目前對于tau是AD的病因或只是其副產物仍存爭議，但已經確認tau基因變異是額顳癡呆的病因性因素［12］，同時tau也是核上性麻痹及帕金森病的風險因素［13］。在AD動物模型中，tau在Aβ毒性的誘導中具有重要作用［14］。

淀粉蛋白假說認為tau蛋白與神經元纖維纏結由Aβ毒性激發，但Aβ與tau之間的關聯通路仍不明。Tau核心假說認為Aβ在突觸后的毒性作用呈tau依賴。Tau與絲氨酸激酶Fyn蛋白相互作用，激活NMDA受體及游信號通路，Tau可以提高NMDA對Aβ毒性的敏感性。同時Aβ可以提高tau蛋白的磷酸化，與神經元內微管結合并聚集［15］。

Tau蛋白是一種可溶性蛋白，在形成神經元纖維纏結的過程中則形成不可溶的聚集物，進而破壞神經元結構和功能。Tau單聚體首先形成寡聚體，然后聚集成β折疊結構。神經元纖維纏結中tau蛋白過度磷酸化，但tau蛋白磷酸化是否與沉積有關仍不清楚［16］。當纖維絲狀tau蛋白形成，將移動至其他腦區。一些磷酸激酶，包括糖原合成激酶3β（GSK3β）、細胞周期依賴激酶5（CDK5）和細胞外信號相關激酶2（ERK2），均是減少tau磷酸化的潛在治療靶點［17］。雙特異性酪氨酸磷酸化調節激酶1A（DYRK1A）指導tau分子通過GSK3β進行磷酸化進程，可能在Aβ和tau的關聯中扮演重要作用［18］。Tau基因變異可以導致tau疾病，例如皮質基底節變性和額顳葉癡呆，但與阿爾茨海默病無關［19］。然而，tau纏結較之Aβ斑塊與癡呆的嚴重性更具有相關性［20］。磷酸激酶的多態性，例如DYRK1A，可能與阿爾茨海默病的發病風險相關，也可能解釋Aβ與tau疾病的關聯，因為Aβ可以上調DYRK1A。近來，阿爾茨海默患者的基因研究確認了CLU和PICALM變異型的致病作用，但是其風險比率較小，仍需要大樣本進一步研究（大于10 000人），這些基因并不能明顯的預測阿爾茨海默病風險，但是可能在研究疾病和潛在藥物治療靶點上扮演重要作用。1.3 谷氨酸系統 谷氨酸是中樞神經系統中的重要興奮性神經遞質，參與到突觸傳遞、神經生長分化、突觸可塑及學習記憶等多種過程［21］。谷氨酸能神經元位于AD病變的易受累區，最早的損傷區開始于新皮層的Ⅲ層和Ⅳ層錐體神經元及谷氨酸能支配的皮層和海馬神經元［22］。

短時激活NMDA受體和代謝性谷氨酸受體1（mGluR1）可以提高可溶性APPα釋放及細胞內α-CTF片段聚集，減少Aβ形成。這可能是NMDA受體和mGluR1受到激活后，提高了APP的非淀粉樣蛋白通路活力。NMDA受體與突觸相關蛋白97相互作用，可以提高ADAM10運輸到突觸質膜處，mGluR1受到激活，可以提高α分泌酶活力［23］。大多數APP位于細胞質膜，NMDA受體誘導的轉運和mGluR1受到的ADAM10激活均位于細胞質膜處，有利于可溶性APPα釋放，并降低淀粉樣蛋白通路的活力［24］。相反的，長時激活NMDA受體將提高淀粉蛋白通路活力。當神經元受到高濃度谷氨酸的長期作用，突觸上的NMDA受體通過鈣／鈣調蛋白依賴的蛋白激酶Ⅳ（CaMKⅣ）誘導APP695向APP751和APP770轉變［25］。更長的APP異構體更趨向于淀粉蛋白通路，提高Aβ含量。突觸前端過量釋放谷氨酸并通過NMDA受體介導鈣內流被認為是Aβ增多的機制之一，鈣濃度增多促使突觸囊泡運輸到細胞質膜處，從而提高囊泡內吞循環的比率。內吞作用可以將APP從細胞質膜處（即非淀粉蛋白通路中α分泌酶所在點）轉移到細胞內包涵體（即淀粉蛋白通路中BACE1所在點）［26］。近來的研究顯示，mGluR也參與到提高淀粉樣蛋白通路的活力，尤其是mGluR5可以提高Aβ1-40的產生，而mGluR2可以提高Aβ1-42的產生［27］。

2 阿爾茨海默病的發病機制

2.1 鈣內流 鈣離子在眾多細胞活動中具有重要作用，在神經元內，鈣是多種生理活動的重要介質，如遞質傳遞和突觸可塑，也是病理活動的重要介質，如興奮性毒性［28］。寡聚體Aβ可以打破神經元內鈣平衡，提高細胞內靜息態鈣濃度，使細胞對于鈣依賴的生理病理活動更加敏感［29］。Aβ如何打破鈣穩態仍存爭議，有的假說認為Aβ在細胞質膜上形成孔洞，導致細胞膜滲透性增高［30］。還有假說認為Aβ通過受體或離子通道，例如L型電壓門控鈣通道來激活鈣內流［31］，進而激活相關分子蛋白，例如鈣依賴磷酸激酶，使神經元對興奮性毒性和線粒體功能失調更加敏感［32］。興奮性毒性可以導致樹突棘突處突觸喪失和結構可塑性損害，最終導致神經變性［33］。淀粉蛋白斑塊和神經元纖維纏結可以通過鈣依賴機制導致附近區域神經元營養不良［34］。廣泛的神經纖維受損可以導致晚期AD，但是這主要是由于樹突結構減少，而非神經元死亡。

2.2 氧化應激 氧化應激是AD病理生理過程中的重要因素。AD與血腦屏障滲透性增高有關，低密度脂蛋白受體相關蛋白1（LRP1）穿過血腦屏障轉運Aβ出腦，同時晚期糖化終產物受體（RAGE）穿過血腦屏障轉運Aβ入腦［35］。氧化應激可下調LRP1又上調RAGE，從而導致腦內Aβ沉積［36］。

凋亡是一種程序性細胞死亡，可發生于AD的病理過程中，由內源性和外源性兩種通路激發［37］。外源性通路是通過刺激跨膜死亡受體，如Fas受體，而內源性通路是通過線粒體釋放信號因子。眾所周知，氧化應激可通過激活內源性和外源性通路誘導凋亡［38］。在外源性通路中，氧化物與靶細胞上跨膜死亡受體結合而誘導凋亡。在內源性通路中，氧化應激尤其是線粒體應激可激活凋亡［39］。

2.3 神經炎癥 炎性反應是機體應對打擊（包括應激、損傷和感染）時的細胞分子反應，以試圖防御損害，其與多種神經變性疾病的發生包括AD密切相關。神經元的炎性反應包括星形膠質細胞、巨噬細胞和淋巴細胞的激活，導致炎癥介質釋放，從而促使單核細胞和淋巴細胞穿越血腦屏障，進一步激活小膠質細胞，并釋放更多炎癥介質［40］。小膠質細胞在細胞病變中，如Aβ沉積和神經元纖維纏結，扮演重要的角色。小膠質細胞受到Aβ的招募和激活，在Aβ沉積區域聚集，激活的小膠質細胞膜表面上主要組織相容復合物Ⅱ（MHCⅡ）表達增多，使促炎癥細胞因子（白介素1β，白介素6，腫瘤壞死因子α）、趨化因子白介素8、巨嗜細胞促炎癥蛋白1α和單核細胞趨化蛋白1釋放增多，這些因子可以提高周圍單核細胞穿越血腦屏障的能力［40］。盡管小膠質細胞具有神經保護作用，但其神經毒性機制包括持續的激活小膠質細胞和釋放毒性因子，導致神經炎性反應，繼而加速了AD病變的進展。

AD的發病因素和機制仍未完全明了，淀粉蛋白與神經元纖維纏結是AD發病因素的經典假說，而其支持性實驗數據正逐漸揭示AD病變的全貌。伴隨AD病變的發生發展，其分子機制十分復雜，而對于分子機制的研究正是臨床改善和治愈AD病變的基石。

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10.3969／J.issn.1672-6790.2014.02.043

2013-04-06）

盛國紅，主治醫師，Email：89768703＠qq.com

朱麗萍，主任醫師，Email：xiaosuan2004＠126.com