阿爾茨海默病發生機制的研究進展

張靜爽 王 蓉

(首都醫科大學宣武醫院中心實驗室 北京市老年病醫療研究中心 北京腦重大疾病研究院阿爾茨海默病研究所神經變性病教育部重點實驗室，北京100053)

阿爾茨海默病是一種起病隱襲的進行性發展的神經系統退行性疾病，具有年齡相關性，嚴重影響老年人的生活質量。在英國，阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)位居65歲以上人群死亡原因的第6位，而在美國位居第5位［1］。德國巴伐利亞精神病學家Alois Alzheimer首次描述了一種神經退行性疾病的病理特征，后來人們以他的名字將此病命名為Alzheimer’s disease，亦稱老年癡呆［2］。此后研究［3］顯示 AD的兩個特征性病理改變:β淀粉樣蛋白沉積形成的老年斑(senile plaques，SPs)和tau蛋白過度磷酸化形成的神經細胞內神經元纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFTs)，另外伴有顆?？张葑冃?、平野小體和腦血管的改變。近些年，關于阿爾茨海默病發生機制的研究突飛猛進，AD的發病機制復雜多樣，由多種因素共同作用導致。

1 β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)異常沉積

AD的特征性病理變化之一是SPs的形成，而SPs的核心成分是Aβ，包括Aβ40和Aβ42(其中Aβ42更易發生淀粉樣變性)。因此，Aβ的聚集和異常沉積是AD發病機制中的首要和中心環節。Aβ是機體的正常代謝產物，由β-淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein，APP)水解而來，在正常情況下它的產生和降解處于動態平衡，當某些原因導致APP代謝異常時，Aβ生成增多和(或)降解減少就會造成Aβ大量沉積。在AD的發病中起重要作用的是Aβ異常沉積對神經元的毒性作用，到目前為止，Aβ對神經細胞毒性作用的機制尚未明確。有研究［4］表明，Aβ的分子構型、狀態與Aβ神經毒性關系密切，β片層結構可促進Aβ聚集成不溶性纖維，形成極難溶的沉淀，并由此生成SPs，導致AD發生。Aβ寡聚物學說支持者則認為，與纖維狀的Aβ聚合物相比，可溶性的Aβ寡聚物更具有毒性，可通過多種途徑導致神經元死亡［5］。Aβ寡聚體可引起大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12細胞的tau蛋白異常磷酸化，細胞凋亡增多［6］。也有報道［7］顯示，Aβ 引起的細胞內鈣超載被視為Aβ發揮神經毒性作用的一個共同通路，細胞內的鈣持續升高，可最終造成細胞器受損，細胞功能減退，神經元出現凋亡。另外，它對于凋亡的影響也一直是許多研究人員關注的熱點。Aβ導致神經元凋亡可能與半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)有關，Aβ能夠通過誘導膠質細胞表達誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)來產生大量NO，致使神經元被殺傷，因此有關Aβ的毒性作用機制仍需進一步的深入研究［8］。

2 Tau蛋白過度磷酸化

目前，tau蛋白過度磷酸化已是公認的AD神經病理學機制之一。研究［9-10］顯示，老年癡呆患者中的tau蛋白較非癡呆老年對照高約300%，其中起主要作用的是磷酸化的tau蛋白，而在健康對照中也存在與年齡相關的廣泛升高，而且其對于診斷AD的敏感性和特異性約80%～90%。在正常體內，tau蛋白的磷酸化和去磷酸化處于動態平衡之中，但當機體由于某些原因發生異常致使tau磷酸化的速度高于去磷酸化速度時，體內的tau就會增加，從而致病。有學者［11］稱已經有試驗表明了tau蛋白含量與AD發病之間的關系，并解釋為是磷酸化的tau蛋白形成了雙螺旋纖維絲，并最終形成了一些不溶物，影響了微管的結構和功能，但對于微管結構功能的改變與AD之間的聯系，尚有待進一步的研究。Xiao等［12］的實驗證明，軸突漏與β-淀粉樣蛋白沉積和tau蛋白過度磷酸化的形成及發展有關，它可能是導致SPs和NFTs發生發展的一種重要的最初的神經病理學改變，并對軸突漏如何導致SPs和NFTs發生發展的可能解釋進行了闡述，但是具體的機制仍需進一步探究。有研究［13］顯示，Aβ寡聚物可以和卷曲蛋白受體結合，激活糖原合成激酶-3β(glycogen synthesis kinase-3 beta，GSK-3β)，導致tau過度磷酸化而形成 NFTs。也有研究［14］表明，腦內胰島素信號對tau蛋白磷酸化有重要影響，雖然這種影響的分子機制還不十分清楚。還有文獻［15］顯示，AD患者腦內tau蛋白過度磷酸化及NFTs的形成是發生在Aβ毒性基礎上演變而來的結果。所以tau蛋白過度磷酸化的具體機制仍存在許多爭議，有待更深入的研究。

3 氧化應激

氧化應激與阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥等多種神經變性疾病的發病密切相關，在阿爾茨海默病中的作用尤為明顯。在氧化應激中，發揮主要作用的是過量的活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和活性氮自由基(reactive nitrogen species，RNS)，細胞內氧化應激增強是由于ROS/RNS與細胞的抗氧化機制失衡引起。AD患者腦內可顯示出過氧化表現，通過檢測發現其腦中具有典型的氧化應激標記物，如在AD發病的早期，神經細胞內未形成NFTs時，即可觀察到8-羥化脫氧鳥苷(8-hydroxyl deoxyguanosine，8-OHdG)與 8-OHG的增高，而 8-OHdG是敏感的DNA氧化損傷標志物，8-OHG是RNA氧化損傷標志物;在AD患者的腦脊液、血液和尿液中的異前列烷含量明顯增高，而異前列烷是體內脂質過氧化的特異性標記物，且其質量濃度與疾病的嚴重程度相關，說明氧化應激與AD有明確的相關性，甚至可以作為AD的一個早期指標，同時，AD時糖基化、羰基化以及硝基化等氧化應激標志物的產生或含量也會增加［7］。也有研究［16-17］表明，氧化應激可以引起神經元內Aβ的沉積，另一方面，當Aβ沉積到一定程度就可以對神經元產生損傷作用，并可引發進一步的氧化應激，但是其中的具體分子機制尚不清楚。有文獻［18-19］顯示，Aβ寡聚物可以通過減少突觸的數目，使神經元之間物質的胞質運輸發生異常改變，從而參與AD早期的氧化應激損傷。另外，氧化應激也可以作用于tau蛋白，脂肪酸的氧化可以加快tau蛋白的聚合，從而把氧化應激與NFTs的形成及發展聯系起來，這種聚合作用有可能是通過依賴半胱氨酸的機制發生的，但是仍然需要深入研究才能闡明氧化應激在tau 病理學中的作用［16］。

4 炎性反應

現已公認炎性反應在AD發病過程中發揮重要作用，而在炎性反應中起主要作用的有小膠質細胞、星形膠質細胞、補體系統和炎性因子等。小膠質細胞介導的炎性反應是AD患者腦中的顯著病理特點［20］。小膠質細胞經β-淀粉樣蛋白刺激后可以誘導促炎因子的合成和分泌，包括白細胞介素1β(interleukin 1β，IL-1β)、白細胞介素 6(interleukin 6，IL-6)、腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、干擾素 γ(interferon γ，IFN-γ)、轉 化 生 長 因 子-β (transforming growth factor β，TGF-β)、生長因子、趨化因子以及巨噬細胞炎性蛋白等，還包括ROS和RNS［21-22］。其中IFN-γ和TNF-α既有神經毒性，又可降低胰島素降解酶，而胰島素降解酶是Aβ降解的關鍵酶，因此IFN-γ和TNF-α可通過這種機制增加Aβ沉積。星形膠質細胞在中樞神經系統(central nervous system，CNS)中的作用尚不完全清楚，然而在體外實驗中發現星形膠質細胞可以釋放神經毒性物質，具體機制不明［23］。補體系統在CNS中發揮著重要作用，有助于維持微環境的平衡。補體系統一旦被激活，將會發生級聯反應以致產生更多毒性物質，如調理素及直接溶解細胞的膜攻擊復合物(membrane attack complex，MAC)，從而導致更嚴重的炎性反應。MAC有很強的攻擊力，在AD患者尸檢中可以找到很多MAC存在的免疫組織化學的證據［21，24］。炎性反應可以促進Aβ的沉積，從而導致神經元丟失和認知功能障礙，在AD發生發展過程中起著至關重要的作用。有研究［21，25］表明，局部的炎性反應，如骨關節炎也可能誘發神經炎性反應，進而促進AD的發展。然而，炎性因子在AD中的作用機制目前尚不完全清楚，炎性反應與AD的關系也有待更深入的研究。

5 胰島素信號傳導通路障礙

近年來，關于胰島素及其信號傳導通路與AD關系的研究迅猛發展。腦內胰島素信號傳導通路異常在散發性老年癡呆的發生、發展過程中有重要作用［26］。眾所周知，主要的胰島素信號傳導通路有4條:磷脂酸肌醇激酶蛋白激酶B(phosphatidyl inositol3-kinase/protein kinase B，PI3-K/PKB)途徑、磷脂酶C(phospholipase C，PLC)途徑、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinas，MAPK)途徑和 Wnt途徑，其中PI3-K/PKB途徑是主要的信號傳導通路。胰島素PI3-K/PKB信號傳導通路被激活后，抑制通路下游多個位點糖原合成酶激酶-3(glycogen-synthase kinase-3，GSK-3)的活性，GSK-3(包括 GSK-3α 和 GSK-3β)在tau磷酸化的調節中有著潛在的生理功能，尤其是GSK-3β的激活會增加tau蛋白的異常磷酸化，異常磷酸化的tau蛋白與微管的結合能力減弱，最終導致神經元纖維纏結;而GSK-3α也被證實可以通過干擾α分泌酶的活性促進Aβ的生成及沉積。另外，MAPK途徑也和AD的發病有著緊密的聯系，胰島素通過該途徑可加速APP通過高爾基網轉運至漿膜，從而抑制了Aβ的過量沉積［27-28］。由此可見，胰島素信號傳導通路對Aβ的沉積和tau蛋白的磷酸化都有著重要的調控作用，一旦這些通路發生障礙，就會造成Aβ過量沉積及tau蛋白過度磷酸化，從而導致AD的發生。

除了上述幾種機制外，還有很多可能導致AD的途徑，如膽堿能學說、能量代謝障礙、線粒體功能紊亂、突觸及神經遞質衰竭、基因異常和環境因素等，但是沒有任何一條途徑是引起AD的獨立因素，它們都是相互交織在一起的。正如三分之二相關遺傳變異位于血管緊張素轉化酶、sortilin相關性受體、半胱氨酸蛋白酶抑制劑C基因等AD候選基因上［29］。不可否認，近年來關于AD的病因及發病機制的研究已經取得了很大進展，但是神經元的變性、凋亡、直至最后死亡是一個極其復雜的過程，其中包含許多種因素相互影響，因此對于AD發生發展的研究還遠遠不夠，需要更深入的探索。

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