β淀粉样肽与阿尔茨海默病的研究进展

董雯，王蓉,3

β淀粉样肽与阿尔茨海默病的研究进展

董雯1,2，王蓉1,2,3

阿尔茨海默病（AD）是痴呆中最常见的类型。β淀粉蛋白（Aβ）被认为是导致该疾病的主要毒性物质，但具体是Aβ纤维丝还是寡聚体存在着争论。本综述以淀粉样蛋白级联假说为线索，阐述不同状态的Aβ的神经毒性以及它们之间的联系，对以Aβ为靶点的AD治疗有重要意义。

阿尔茨海默病；β淀粉样肽；Aβ纤维丝；Aβ寡聚体

rong_wang72@aliyun.com

阿尔茨海默病（A lzheimer's disease，AD）是发生于老年期的最常见痴呆类型之一，属于中枢神经系统退行性疾病，典型症状是进行性认知功能障碍，包括记忆、定位、判断和推理，最终丧失说话和活动能力[1]。AD患者的脑部，特别是海马、杏仁核及颞叶，会发生选择性神经元丢失和突触功能异常，并伴随着细胞外β淀粉样肽（β-amyloid peptide，Aβ）沉积为核心的老年斑（senile plague，SP）和细胞内过度磷酸化的Tau蛋白为核心的神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFT）的形成[2]。AD 影响着全球约4 400万人，据最新发布的《2013年世界阿尔茨海默病报告》显示，我国AD患者数量约为800万～1 000万。该病的患病率和致残率高，病程长且治疗费用高，给患者家庭和社会带来极大的负担[3]。

AD的发病机制学说众多，有自由基损伤假说、微管相关蛋白功能异常假说、Aβ毒性假说、血管因素假说、胰岛素假说、基因突变假说，其中最受到关注的是Aβ毒性假说[4]。

Aβ是淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）经过2种酶的裂解过程产生。先通过β分裂酶将APP剪切为sAPPβ片段和C末端片段（CTFβ），接着CTFβ由γ分裂酶剪切为Aβ单体（主要有Aβ40和Aβ42）和淀粉样蛋白胞内结构域（AICD）[5]。这些Aβ单体从不规则螺旋或α螺旋转变为β折叠结构，促进了单体之间的聚集，形成短的可溶的相对稳定的中间产物，称为寡聚体（oligomer）。这些小的β片层寡聚体发生构象重排后积聚形成晶核，并继续和具有一定亚单位组成的结构可变的寡聚体相互作用，形成原纤维。原纤维成束聚集成不溶性的β片层纤维丝（fibril），并在神经纤维网内沉积形成SP[6]。基于Aβ毒性假说，认为Aβ是AD的主要致病因子，但是哪种类型的Aβ存在真正的毒性一直有争议，是不溶性的Aβ纤维丝，还是可溶性的Aβ寡聚体？本综述阐述不同状态的Aβ的神经毒性及它们之间的联系，对以Aβ为靶点的AD治疗有重要意义。

1 Aβ纤维丝的毒性作用

1984年，Glenner和 Wong[7]从 AD 和 Down综合征患者脑膜血管壁发现一种由39～43个氨基酸组成的具有β折叠的Aβ多肽，相对分子质量约为4 kDa。1985年，Aβ被认为是AD患者脑组织SP的最主要的组成成分[8]。1992年，Hardy和Higgins[9]提出“淀粉样蛋白级联假说”，认为Aβ以SP的形式沉积下来激发了神经毒性级联反应，继而发生神经退行性病变，导致AD的发生。不溶性Aβ纤维丝是触发AD的首要毒性物质。大量的研究支持了该假说，表明Aβ纤维丝有毒性。Aβ纤维丝沉积并形成SP对突触及神经元的结构和功能产生损伤，破坏神经元离子平衡，诱导氧自由基增加，从而加速细胞凋亡，导致大范围的神经功能异常和信号传导障碍。

尸检脑组织已发现，与非AD患者相比，AD患者脑中存在显著高浓度的淀粉样斑块。将凝集的Aβ纤维丝注入啮齿类动物脑中，出现类似AD患者的神经系统病变。Kwon等[10]将Aβ25-35纤维丝注射入小鼠，发现其学习和记忆能力损伤。观察APP转基因大鼠脑组织，发现Aβ纤维丝沉积区神经元发生了畸变，海马的结构和功能受到损伤[11]。在果蝇AD模型中，这些果蝇出现了与AD患者类似的功能异常，表现为运动能力减弱和突触传递障碍，而且寿命也明显缩短[12]。体外培养海马神经元实验也证实Aβ纤维丝具有神经毒性。1993年，Pike等[13]发现人工合成的具有典型聚合态的Aβ纤维丝对培养的大鼠海马神经元具有毒性。解除Aβ的聚集状态后，其毒性下降。之后，Lorenzo和Yankner[14]也发现人工合成的Aβ纤维丝对海马神经元有毒性，而刚果红可以减轻其毒性，因为刚果红可以抑制纤维丝的形成。另外，非结晶态的非淀粉样Aβ聚合物是没有毒性的。

尸检、动物和细胞模型都验证了Aβ纤维丝对AD具有毒性，但仍存在不少疑问。首先，AD患者的痴呆严重程度与SP的数量和分布并无恒定相关性[15]。其次，SP的形成需要时间，多种APP转基因大鼠神经元缺失并伴有学习记忆障碍的现象发现早于SP沉积[16]。第三，细胞实验只注意到培养液中含有Aβ单体是无毒害的，但认为聚合的终产物仅有Aβ纤维丝，没考虑到中间产物，如Aβ寡聚体[14]。细胞实验也缺乏类似于体内的大分子群集现象，不出现脑组织中的细胞复制和突触交互作用。

2 Aβ寡聚体的毒性作用

随着研究的深入，越来越多的研究认为可溶性Aβ寡聚体，在AD早期阶段起毒性作用，比不溶性Aβ纤维丝毒性更强。1998年，Selkoe及其团队便发现Aβ寡聚体可迅速诱导突触可塑性功能丧失，提出Aβ寡聚体毒性致AD假说[17,18]。

随后不断发现在AD患者和AD模型动物大脑中突触功能的异常和神经元丢失与可溶性Aβ寡聚体有关，而不是Aβ单体或不溶性的Aβ纤维丝。Holscher等[19]将可溶性Aβ25-35寡聚体注入动物侧脑室后，放射迷宫行为学测试发现动物空间学习能力明显下降。Dineley等[20]往小鼠脑室内注射Aβ寡聚体引起恐惧记忆受损。使用人类APP转基因小鼠模型，让其过量表达多种与家族性AD相关的APP突变产物，产生了与AD患者神经病理学结构类似的斑块。Lesné等[21]在Tg2576转基因小鼠试验中，发现表达一种56 kDa的Aβ多肽（Aβ*56），严重破坏记忆力。纯化得到的Aβ*56注射到正常小鼠脑中，能导致小鼠记忆损伤。Aβ*56被认为是AD的触发分子，在AD发生早期起关键作用[22,23]。离体海马脑片灌流实验证明了Aβ寡聚体的毒性。将AD患者脑中纯化的Aβ寡聚体给予离体灌流脑片时，海马长时程增强（long-term potentiation，LTP）的诱导可被抑制[18]。海马LTP被公认是研究认知功能障碍疾病如AD的理想模型，Aβ寡聚体通过与α7-nACh受体结合，引起Ca2+内流甚至Ca2+超载从而激活钙调磷酸酶，导致N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR）去磷酸化，从而减少NMDAR在突触上的密度，使谷氨酸能通路传导受损，最终影响突触功能并减弱LTP[24,25]。Decke等[26]通过培养敲除NMDAR基因的海马神经元，发现可避免由Aβ寡聚体引起的毒性损伤。这可能是防止Ca2+内流，维持了Ca2+稳态。Aβ寡聚体还可激活AMPA受体，使线粒体Ca2+超载，功能紊乱，诱导氧化应激，导致突触改变和神经元死亡[24]。神经元培养试验支持Aβ寡聚体具有毒性的假说，且毒性作用与Aβ寡聚体浓度呈正相关[27]。从AD患者脑中纯化的Aβ寡聚体能诱导海马神经元Tau蛋白的过度磷酸化，失去原本稳定微管的作用，导致微管解聚，细胞骨架破坏，正常轴突转运系统受损，神经功能障碍和神经元死亡[28]。海马神经元敲除Tau蛋白后可以减轻Aβ寡聚体对细胞骨架的破坏和神经营养的障碍[29]。Aβ寡聚体通过NMDAR可激活CaMKKβ和AMPK，使Tau蛋白过度磷酸化从而影响微管结构的稳定，导致神经病变[30]。

3 Aβ寡聚体和Aβ纤维丝联合毒性作用

有学者认为Aβ纤维丝没有实际作用，只是作为一种有利于寡聚体扩散的载体，或Aβ纤维丝本身不具有毒性，但是可以间接引发神经毒性。

淀粉样蛋白级联假说认为，在纤维丝的形成过程产生了许多中间毒性因子，其中最主要的是寡聚体[31]。Aβ经孵育老化后能形成Aβ纤维丝，此过程中还能形成大量的可溶性Aβ寡聚体，Aβ毒性增加。小胶质细胞实验表明，大分子不溶性Aβ纤维丝可激活小胶质细胞，识别细胞表面受体如清道夫受体后被吞噬，由溶酶体定向摄取，由溶酶体酶部分降解，产生寡聚体碎片[32]。这些寡聚体使溶酶体膜破裂，释放入细胞，与其他蛋白酶体发生交互作用，导致细胞功能障碍甚至死亡。溶酶体中的Ca2+和水解酶也释放入细胞，共同参与细胞凋亡。Aβ纤维丝引起细胞募集和死亡的恶性循环，原因在于濒死的小胶质细胞释放出多种Aβ寡聚体，破坏了神经元和新的炎性细胞。AD的炎症假说[33]支持以上实验，认为在SP中的Aβ纤维丝及在AD脑内呈弥散性分布的Aβ寡聚体都具有神经毒性作用。

4 相反的结论—Aβ的保护作用

近年来，还是有学者在怀疑Aβ的病理作用，提出Aβ具有保护作用。可溶性Aβ肽类存在于正常人体血清及脑脊液中，是维持神经功能不可或缺的多肽。几乎所有细胞都存在一定量Aβ。2007年，有学者[34]提出了一个新的假说：淀粉样蛋白交替假说（alternate amyloid hypothesis），认为Aβ不是导致AD的启动物质，而是对神经损伤具有保护作用的物质，Aβ具有氧化还原活性，在一定的生理浓度范围，在体内作为抗氧化剂，可以减轻氧化应激损伤，维持突触的结构和功能，保护神经元，有利于维持正常的学习和记忆能力。Giuffrida等[35]证实人工合成的Aβ42单体通过PI-3-K途径，激活IGF-1或其它胰岛素超家族受体起到保护神经元的作用。Bishop等[36]给正常小鼠海马注射皮摩尔级Aβ42单体或寡聚体，Aβ通过螯合作用抑制多过的 Al3+、Fe3+、Cu2+等金属离子的氧化应激，显著增强海马LTP和动物的参考与背景记忆。另外，Aβ还具有抗凝血、保持血管完整性的作用，如果盲目去除患者体内的Aβ将导致脑出血等副作用[37]。

如果淀粉样蛋白交替假说正确，AD的大量研究将受到怀疑，研究的焦点将转向氧化应激和炎症过程。目前，对Aβ在AD中的认识虽然比较模糊，但从大量实验证据可以看出，在一定生理范围内，Aβ可能具有神经保护作用，随着浓度的增加，逐渐具有神经毒性作用，到某一个程度以后，毒性作用大于保护作用。

5 小结

关于哪种类型的Aβ具有真正的毒性仍然存在争议。但到目前为止，多数重要的证据表明Aβ寡聚体最具有毒性，且Aβ纤维丝和寡聚体的神经毒性作用可能不同，两者存在复杂的关系。Aβ寡聚体具有超强的扩散能力，大量聚集在脑组织区域，与神经元和胶质细胞相互作用。Aβ纤维丝在AD发病中的作用和Aβ寡聚体一起完成，而不能独立产生效果。

综上所述，Aβ与AD之间存在密切关系，Aβ是触发AD的必要条件，但非充分条件。靶向Aβ产生、聚集和清除等关键环节的AD治疗药物研发成为临床研究的主要方向之一。Aβ的分子构型、聚集程度和溶解性与其神经毒性的有无和强弱有重要关系，其生理或病理的作用对AD的发生发展具有重要意义。Aβ的沉积发生于AD的早期，因此，Aβ是导致AD的一个重要因素和关键环节。了解Aβ的生成、聚合和清除机制，并以Aβ为切入点，综合应用各种方法抑制Aβ毒性，以较低的药物剂量达到较好的治疗效果并减少副作用，有利于延缓AD的发生和发展。

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R741；R742；R749.1+6

A

DOI10.3870/sjsscj.2014.05.020

1.首都医科大学宣武医院中心实验室 北京100053

2.北京市老年病医疗研究中心 北京100053

3.北京脑重大疾病研究院阿尔茨海默病研究所 北京100053

北京市自然科学基金 （No.7132044） 首都卫生发展科研专项 （No.首发2011-1001-02）

2014-04 -19

王蓉

（本文编辑：唐颖馨）