阿尔茨海默病中β淀粉样蛋白对星形胶质细胞的作用

王 琦 周海霞

(九江学院医学部，江西 九江 332000)

阿尔茨海默病(AD)是一种以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病，以老年斑(SP)，神经元纤维缠结(NFT)和突触丢失为主要病理改变。构成SP的主要成分是β-淀粉样蛋白(Aβ)。现在普遍认为AD主要是由大脑特异区域的Aβ神经毒性蓄积所引起〔1〕。星形胶质细胞(Astrocyte，AC)是中枢神经系统的免疫吞噬细胞，是胶质细胞的主要类别，几乎囊括了胶质细胞的所有功能。在神经退行性疾病，如AD和帕金森病患者的大脑中存在大量活化的AC〔2〕。活化后形成的反应性AC既产生和释放神经递质、神经营养因子，也能分泌细胞毒因子、炎症因子、补体蛋白等，参与AD的病理过程〔3〕。AD患者AC的激活及其所分泌细胞因子的改变通常比典型的病理改变早十多年。尽管目前AD病理机制还不清楚，但大多数学者认为Aβ沉积激活AC是AD的重要病理机制。本文就Aβ对AC在AD病变机制中的作用简要综述。

1 Aβ与AC的活化

Aβ是100 kD左右的淀粉样前体蛋白(APP)在β-分泌酶、γ-分泌酶作用下形成的多肽片段，长度在39～43个氨基酸范围，在体内以单体、寡聚体或纤维状形式存在。Aβ是细胞的固有成分，在正常人脑脊髓液中可溶性Aβ和AD中出现的浓度相同，这说明Aβ是一种自然而非病理性的产物〔4〕。

AC增生与激活在AD的发病机制中起着重要的作用。AD患者脑内伴有明显胶质细胞反应，斑块周围发现了大量AC。Aβ可以引起AC的活化，在动物模型中Aβ斑块和激活AC之间具有量效关系。AD患者中激活的AC显著高于对照组，凋亡神经元数目显著增高，说明激活的AC在SP的形成中起到重要作用〔5〕。在大鼠脑内注射Aβ，伴有以AC为主胶质细胞显著增生。Kimura等〔6〕研究发现，在AD典型病理改变出现前即可发现AC对Aβ的反应增强，通过PCR和ELISA检测发现，Aβ可诱导AC快速产生脑源性神经营养因子(BDNF)，从而减轻Aβ所致神经毒性。应用免疫荧光技术发现，混合培养体系中APP/PS1双基因转杂细胞株平均光密度值明显低于单独培养体系，说明AC的存在明显干预了APP/PS1表达，提示AC可能在初期对神经元提供保护，并整理死亡细胞释放的代谢物如APP等〔7〕。在AD的大脑的AC内存在Aβ，同时，活化的AC围绕在神经炎性斑块周围，过度表达一系列有害的炎症分子如白介素1B(IL-1B)、白介素 6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素8(IL-8)、活性氧物质，作为初始的典型炎症反应，这些物质对神经元有毒性作用，促使神经元凋亡〔3，8〕。超微结构分析表明，AD大脑中AC在加工过程中会使Aβ斑块变成碎片，Aβ1-42的数量与AD的局部病理学密度密切相关，并且在Aβ和神经元之间形成保护性的屏障〔9〕。

Aβ可以使AC活化，但是不同状态的Aβ对AC作用后产生的结果不同。Jill White等研究发现寡聚体Aβ介导了早期的IL-1β的高效表达;相比之下，纤维状Aβ作用于AC后，IL-1β含量随时间的延长逐渐增加。寡聚体Aβ可以使AC分泌诱导型一氧化氮合酶(iNOs)、一氧化氮(NO)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)炎症分子，纤维状Aβ则不能，说明寡聚体Aβ可以引起早期且长久的炎症反应，而纤维状Aβ分泌的前炎症分子量很少，这与AD长期的慢性炎症相符〔10〕。

2 Aβ与AC的神经毒性

异常的Aβ的聚集是形成AD病理改变的关键。传统观点认为:异常的Aβ的聚集激活AC，AC激活促进Aβ沉积，形成恶性循环，从而促进AD病理改变。Andrey等利用荧光成像技术发现，Aβ偏爱作用于与神经元混合培养中的源自大鼠大脑皮层和海马的AC，引起Ca2+瞬时增加，结果导致活性氧类似物(ROS)产生和谷胱甘肽的损耗〔11〕。

虽然目前Aβ直接激活AC释放炎性分子，并产生细胞因子和神经毒性物质机制没有完全被阐明，但Aβ和AC细胞表面受体互相作用已被证实。这些细胞受体包括高级糖基化终产物受体、清道夫受体，还有钙通道信使通路、蛋白激酶C、酪氨酸蛋白激酶依赖第二信使通路等都和Aβ介导的信号传导有关〔12〕。激活的AC具有吞噬功能，可吞噬并降解Aβ，同时分泌细胞因子如 IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-8、活性氧物质，表明神经元的损伤是由激活的AC分泌的产物引起的，而不是由Aβ直接作用引起神经元损伤。而在Aβ沉积部位，一旦活化的AC吞噬清除Aβ，可能导致其本身进一步的活化。

中枢神经系统NO表达水平的增高和神经变性疾病，如AD密切相关。激活的AC是脑氧自由基的主要来源。被Aβ激活的AC不仅有形态学上的改变，也活化了诱导性iNOS，一氧化氮产物增加。免疫反应和炎症刺激可以激活NOS，使细胞释放NO。神经炎症和神经变性激活小胶质细胞和AC，大量表达 iNOS，产生大量的 NO〔13，14〕。NO 可以直接抑制参与线粒体电子传递及柠檬酸循环有关的酶，氧自由基与一氧化氮结合形成高度攻击性的过氧化亚硝基阴离子，损伤神经元。被Aβ激活的AC能够产生ROS(reactive oxygen species)等活性氧介质，ROS诱导了Aβ的神经毒性作用，激活了NF-κB(nuclear factorkappa B)，增加了Caspase-3酶的活性，加速了细胞凋亡〔15〕。但Jacobsen等〔16〕研究发现，小于18月龄的TG转基因AD鼠脑中AC虽处于激活状态，但Aβ总量并无明显增加。

AC对Aβ代谢途径同样产生影响。AC可能通过下调小胶质细胞清道夫受体或改变与吞噬有关的营养因子来调节小胶质细胞的吞噬功能，抑制小胶质细胞对SP的吞噬功能，以促进脑内Aβ的沉积。但Wyss-Coray等〔17〕报告 AC释放的 TGF-β1促进小胶质细胞对Aβ的清除，抑制典型AD病理改变。另外，Aβ沉积与AC对局部微循环调节障碍有关。Takahino等〔18〕通过组织学研究发现，由于AC的异常激活导致Ca2+内流的增加，产生血管收缩异常和不稳定性增加，从而导致早期AD模型鼠脑血管周围的Aβ沉积。

3 Aβ对AC脂质代谢的影响

3.1 Aβ对AC中载脂蛋白E的影响 载脂蛋白E(ApoE)被认为是与脂质体转移和神经元动态平衡功能相关的重要的脂蛋白，在AC中其功能是转运胆固醇和磷脂到神经元以供树突及突触重塑。ApoE主要由AC、Schwann细胞等合成，大脑皮层神经元摄取AC合成的ApoE，从而影响神经元的代谢。ApoE由三种相似的变异体表达，ApoE4的变异体是AD形成的一个重要的危险因素。

通过对ApoE转基因小鼠的研究发现，ApoE4与发病危险的增加有很大关系。Mahley等〔19〕通过对神经元和AC表达ApoE3或ApoE4的转基因鼠的病理改变和行为学的研究发现，表达ApoE4的鼠脑组织病理切片中突触前末梢明显减少，淀粉样斑沉积增加，tau蛋白磷酸化增加，学习和记忆能力下降，而表达ApoE3的转基因鼠却未出现明显的上述改变。因此，AD患者所具有的ApoE基因型的差异和携带比例决定了其发病年龄和预后的差异〔20〕。当个体同时携有编码脑内胆固醇消除限速酶的胆固醇24S-羟化酶的CYP46基因TT基因型和ApoE等位基因时，可使个体晚发性AD的风险提高5～8倍〔21〕。

LaDuetal和Ighavboa等证实在AC中只有Aβ1-42蛋白能增加细胞内ApoE的含量，这可能起到缓解Aβ的炎症效应和保护神经的作用，故推测:Aβ介导的AC中ApoE的增加，可能是由于βA刺激引起cAMP的增加，导致ApoE的聚集〔22〕。

3.2 Aβ对高尔基体中胆固醇分布的影响 AC不仅仅合成胆固醇，而且还能内化和再循环利用退变的神经末梢释放的胆固醇。高尔基体在细胞的胆固醇转移中发挥着重要的作用。研究证实Aβ1-42对AC中的高尔基体胆固醇动态平衡起调节作用，并且这种调节作用与Aβ1-42的制备程度有关。新制备的Aβ1-42能使AC中胆固醇的含量明显的增加，而聚集态的Aβ1-42则使胆固醇的含量明显减少，说明不同性状的Aβl-42在AC中高尔基体的胆固醇分布中发挥的作用不同〔23〕。

胆固醇影响APP代谢和Aβ的形成过程中酶的活性。APP在β和γ分泌酶切割产生能够在细胞外聚集的Aβ，而在α分泌酶作用下则产生非淀粉样或可溶性APP。动物试验显示高胆固醇饮食加速脑中Aβ生成和沉积，而给予降胆固醇的药物可以减少Aβ，体外研究证明高胆固醇环境可以促进APP生成〔24，25〕。胆固醇影响Aβ形成的确切机制尚不清楚，故推测是由于细胞膜中胆固醇含量异常增加可导致脂质筏形成，即富含胆固醇区域，在该区域胆固醇呈跨膜双分子层分布，可见β和γ分泌酶共存，在它们共同作用下APP沿着β裂解途径进行，造成 Aβ 生成增加〔26〕。

Aβ促进AC中脂质体的释放。Aβ和脂质体之间的相互作用被认为在AD的病理学变化中发挥重要作用。但是两者之间的相互作用机制还没有得到完全解释。脂质体的释放与Aβ的状态有关。将不同状态的Aβ加入到培养的AC中观察脂质体的代谢，发现只有寡聚体Aβ可以提高AC中脂质体的释放，这种释放具有时间和剂量上的依赖性〔27〕，说明寡聚体Aβ促进脂质体从AC膜上释放，引起神经元脂质体的动态平衡紊乱和神经元功能的缺失，从而引发AD的病变。胆固醇和磷脂的代谢紊乱和氧化应激共同作用可导致突触功能障碍和神经元的变性，并可促进Aβ毒性作用〔3〕。

4 Aβ增加AC外谷氨酸的清除

谷氨酸(Glutamate，Glu)是脑内主要的内源性兴奋性神经递质，在认知和记忆中均发挥重要的作用。

AC参与并调节Glu对神经元的兴奋毒性作用。虽然Glu是正常神经元和神经递质的必需因子，但在中枢神经系统的细胞外液中过度的激增可以使神经元产生兴奋毒性从而引发神经元破坏，进而产生AD病变，而AC可以利用细胞外谷氨酸载体清除细胞外Glu。Sacha等〔28〕应用免疫组化技术发现在AD部分脑区AC特异表达谷氨酸羧肽酶Ⅱ(GCPⅡ)，释放游离Glu，引起兴奋毒性损伤。同时Glu主要由位于突触间隙及胶质细胞的Na+依赖性载体摄取清除，其中的EAAT2转运载体位于AC上，AC的Glu摄取系统可迅速清除突触间隙的Glu，终止其兴奋毒性效应。当Glu传递障碍时，可增加细胞外Glu水平，持续的去极化将导致Cl-内流，进而引起Ca2+和水内流，导致细胞超微结构破坏，神经元溃变，细胞内Ca2+的增多又可促进AC释放Glu，产生兴奋中毒的级联反应〔29〕。AC分泌的D-serin和谷氨酸一同激活NMDA受体也是导致细胞毒性增强的因素之一〔30〕。

实验发现，加入Aβ后细胞外Glu的浓度随着时间的延长而迅速下降，说明Aβ增强了AC清除Glu的能力，同时Aβ可以上调AC的谷氨酸摄取系统，从而提高细胞外Glu的清除能力，但也有报道Aβ抑制 AC对Glu的摄取能力〔31，32〕。

在AD病人大脑中，活化AC是神经炎斑块的基本组成成分，在神经退行性疾病发病机制中有着不容忽视的作用。在疾病早期，AC可局限、吞噬病变的神经元，维护细胞微环境。但随着疾病进展，AC本身受到损伤，释放各种有害因子，参与氧自由基形成及兴奋性毒性作用，加重神经元损伤。虽然AC在AD发病中的作用，以及Aβ对AC的作用的了解还处于初级阶段，但调控AC的功能并使其向保护神经元的方向发展的研究必将对神经系统退行性疾病的认识及治疗产生推动作用。

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