阿尔茨海默病信号转导机制的研究进展＊

西安体育学院健康科学系（西安710068） 刘 涛 综述 黄志刚 审校

阿尔茨海默病（AD）是以渐进性遗忘为主要症状的一种神经退行性疾病，其主要病理改变是神经元外β－淀粉样蛋白（Aβ）聚集形成的老年斑和神经元内过度磷酸化的tau蛋白形成的纤维缠结细丝以及累及小动脉的血管淀粉样变性。磷酸化tau蛋白构成的神经纤维缠结和血管淀粉样变性的核心物质为淀粉样前体蛋白（APP），APP在β和γ裂解酶的作用下生成Aβ。在AD的这些特征性病理改变形成过程中，各种信号转导机制起了非常重要的作用，本文对阿尔茨海默病信号转导机制的研究进展综述如下。

1 AD与Wnt信号传导通路 Wnt信号通路是生物进化中一条极为保守的通路。β－连环蛋白（β－catenin）和糖元合成激酶－3β（GSK－3β）是 Wnt信号通路的重要成员，这条通路的信号转导对细胞粘附和细胞命运决定有关键性的作用。已经发现该信号转导通路的异常一定程度上引起了AD主要病理学改变的发生、发展。据报道，家族性AD的早老素－1（PS－1）蛋白来自与细胞粘附有关的Wnt信号蛋白β－catenin，在常染色体PS－1基因占优势突变引起的AD病人中，其β－catenin的水平明显下降。PS－1基因突变可以使β－catenin转移到核内，影响 Wnt信号的活性［1］。锂是Wnt通路的抑制剂，研究表明，当神经元与Aβ原纤维共孵育时可显示一个明显的浓度依赖性的β－catenin的水平下降，当Aβ与锂共孵育时可逆转这种下降，使神经元免受Aβ的细胞毒性，维持神经元胞体、轴突和树突的形态结构［2］。这些发现证实，β－catenin水平可以作为Aβ细胞毒性大小的标志物。更进一步的研究证实，Wnt信号阻止Aβ注入大鼠海马引发的行为障碍，同时也证明当将锂和Aβ同时注入脑内，锂可以提高大鼠的空间记忆能力并阻止Aβ引发的行为学异常［3］。GSK－3β是一个进化保守的丝／苏氨酸激酶，它是 Wnt信号通路的中心环节。研究表明，Aβ可激活GSK－3β，活化的GSK－3β可诱导tau蛋白的过度磷酸化，导致神经轴突运输障碍，引起神经细胞死亡［4］。组织病理学显示注入Aβ引起大鼠海马齿状回上叶神经元丢失，并且有一个强烈的GSK－3β免疫阳性产物围绕Aβ沉淀物，这些数据与过度表达GSK－3β的转基因小鼠引起的神经退化相一致。在AD病人脑中，GSK－3β在富含神经纤维缠结的神经元中高度表达，GSK－3β的表达与神经纤维缠结的产生是平行的。在细胞水平，培养的原代海马神经元暴露于Aβ一定时间后可以激活GSK－3β。应用GSK－3β反义核苷酸或GSK－3β抑制剂锂可以抑制GSK－3β的活性，从而保护神经元免受 Aβ的毒性［5－6］。GSK－3β也能调节 APP代谢过程，活化的GSK－3β可通过增强APP的β裂解途径增加Aβ的产量，这一过程与 AD的早期病理过程相似［7］。GSK－3β也是使tau蛋白过度磷酸化的激酶之一，过度磷酸化的tau蛋白是神经纤维缠结的主要成分。GSK－3β可以顺次激活tau的磷酸化位点，形成双股螺旋结构。GSK－3β在转基因鼠的过表达会导致海马神经元的tau蛋白过度磷酸化，当通过锂抑制GSK－3β的活性后，tau的过度磷酸化被阻滞，去磷酸化的tau蛋白与微管结合，促进微管组装，保证神经轴突的运输正常［8］。由GSK－3β活化引起的过度磷酸化的tau蛋白也会诱导Caspase－3裂解APP产生羧基端片段C31，C31的产生会反过来增强GSK－3β的表达和tau蛋白的磷酸化［9］。一些研究表明，Aβ的刺激也可导致蛋白激酶C（PKC）及其同工酶活性以不同的方式降低，而GSK－3β的失活可导致PKC激酶的激活。激活的PKC可以明显增加细胞的活性，如在培养的原代大鼠海马神经元中，PKC的激活可以有效对抗Aβ的毒性［10］。虽然，Aβ的毒性与Wnt信号通路之间确切的联系还不十分清楚，但针对Wnt信号的治疗策略也是治疗AD的方向之一。

2 AD与MAPK激酶途径 MAPK是一组丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，MAPK信号转导胞外和胞内的各种刺激引起细胞反应。这些反应包括细胞质或细胞核靶蛋白的磷酸化从而激活转录因子，进而调节基因的表达。哺乳动物的MAPK家族包括细胞外调节蛋白激酶（ERK）、c－Jun氨基末端激酶（JNK）和p38蛋白激酶（p38kinases）。激活MAPK激酶可以调节细胞的分化、增殖、死亡和生存。不同的研究都证实ERK1／2在促细胞生存信号通路中扮演着重要的角色，ERK1／2的激活对神经元的存活是非常必要的［11］。在培养的小鼠原代神经细胞系中，抑制ERK1／2的活性可以对抗氧化应激引起的神经毒性［12］。有人还研究了ERK通路在Aβ所致细胞毒性中的作用，观察到大鼠大脑皮层细胞在暴露于Aβ24h后引起ERK1／2的下调［13］。另有研究表明 MAPK通路在海马长时程增强（LTP）中起非常重要的作用，高频刺激后可以引起海马CA1／CA2区活化的MAPK蛋白含量升高，而预先用ERK通路抑制剂PD098059或U0126可抑制MAPK的激活引起的大鼠空间学习记忆损害。有趣的是，在研究人类AD大脑，AD小鼠模型脑和各种体外AD模型发现激活压力应激性激酶特别是JNK，是AD相关性的神经元退化的关键因素。将Aβ加入到培养的原代皮层神经元中可以看到JNK通路被激活，并顺次激活下游的Caspases蛋白和凋亡基因Bax［14］。免疫染色显示，在AD病人脑中退化的神经元中，JNK显著激活并伴随着细胞内Aβ的聚集，JNK的活化也会导致tau蛋白的过度磷酸化［15］。所有证据都显示抑制JNK的活性可以抑制Aβ的毒性并阻止Caspase的活化。以往的观点认为，激活ERK1／2与细胞生存有关，而JNK和P38的激活与凋亡有关，现在看来这种观点过于简单。MAPK确切的作用机制高度依赖于细胞类型，细胞的生长状态及所受刺激的种类和强度。

3 AD与Akt激酶途径 Akt又称蛋白激酶B（PKB）是一种丝氨酸／苏氨酸激酶，它可以调节细胞的生长、增殖、迁移、糖代谢、转录、蛋白合成、血管发生和细胞生存等效应。成年人的Akt1和Akt2基因在正常情况下处于失活状态，在一些神经营养因子或细胞因子刺激后其基因表达迅速增加。叉头转录因子（Foxo3a，FKHRL1）、GSK－3β和Bad是 Akt的三种重要底物。Foxo3a存在于胞质中，随着其活化而转移到细胞核中，可导致细胞变性以至死亡。在AD细胞模型中，当Foxo3a保持磷酸化状态超过12h后，就会引起Caspase级联反应导致神经元凋亡，这可能是AD的发病机制之一。据报道［16］，在神经系统遭受氧化应激的损伤过程中，Foxo3a的苏氨酸32位点和丝氨酸253位点被磷酸化而处于活化状态，而活化的Akt可使Foxo3a去磷酸化从而起到保护效应。Akt也调节GSK－3β的活性，激活Akt信号通路可以抑制GSK－3β的活性。在AD动物模型和细胞模型受损的神经元中发现，通过激活Akt可降低GSK－3β的活化从而减轻 Aβ的神经毒性效应［17］。Bad是Bcl－2同源性亚科成员，它是促凋亡蛋白之一，也是Akt的重要底物。Akt可以通过磷酸化Bad的丝氨酸残基使其失活，维持线粒体膜电位，阻止细胞色素C释放到胞质中，从而抑制凋亡［18］。Bcl－2家族成员与AD的神经元损伤有密切关系。Aβ1－42可以激活Bax和Caspse－3引起细胞凋亡。另有研究报道，将Aβ1－40注射到大鼠的侧脑室可导致Bax的上调和Bcl－2表达的下降，而应用药物激活Akt信号通路可以逆转Aβ1－40引起的变化，起到保护效应［19］。当然，Akt信号通路非常复杂，它的下游分子还有很多，和其它信号通路也有“串话”效应，其保护机制值得进一步探索。

4 展望与前景 从以上综述可以看出，在AD的特征性病理改变形成过程中 Wnt、MAPK和Akt以及其它一些信号转导分子起了很重要的作用，但是，目前的研究还仅仅停留在对不同信号转导分子进行检测的水平上，尚无同时检测几种不同的信号转导分子，然后对它们之间的关系做一个系统的分析，从而得出关于AD的信号机制的大致面貌的研究。因此，有必要进行这方面的研究，并希望以此能为AD治疗开辟一条新的途径。

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