认知功能障碍相关信号通路



认知功能障碍相关信号通路

曹燕王旭梁枫

(启东市中医院，江苏南通226000)

关键词〔〕认知障碍；信号通路

第一作者：曹燕(1988-)，女，硕士，主要从事内分泌相关病研究。

认知功能障碍主要表现为学习能力下降、忆力减退和理解、语言、判断受到影响，也可伴有神情淡漠、反应迟钝、表情呆滞等症状。认知功能依赖于足量的神经元及突触间的复杂联系。海马、下托、齿状、杏仁核、皮质等〔1〕区可以控制相关的认知功能。认知功能可受诸多疾病的影响：糖尿病、阿尔茨海默病(AD)、帕金森病等。此外，也有很多信号通路影响认知功能，包括：环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)信号通路、PI3K/Akt信号通路、ERK信号通路等。本文将就认知功能障碍的信号通路作一综述。

1CREB信号通路

CREB作为多种蛋白激酶的磷酸化底物，主要通过自身磷酸化来实现调节转录功能。它是长期记忆形成过程所必需的一种关键调节分子，能促进果蝇和小鼠等动物长时程记忆(LTP)的形成；另外，其蛋白磷酸化水平的变化可影响神经元突触可塑性和神经网络的形成。脑源性神经营养因子(BDNF)是CREB最重要的靶基因之一，具有促进神经生长活性，由德国神经化学家Barde等人从猪脑中首次分离而出。磷酸化(p-)CREB可以促进BDNF的表达〔2〕。目前研究表明，CREB的磷酸化可受PI3K/Akt信号通路、钙/钙调节蛋白依赖性蛋白激酶(Ca2+-CAMKⅡ)信号通路、环磷酸腺苷(cAMP)信号通路、Ras/MEK/ERK信号通路及应激状态诱导的p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路等多种信号转导通路的调控〔3〕。

1.1P13K/Akt信号通路使用LY294002 P13K/Akt阻滞剂干预仔鼠后，仔鼠的学习记忆能力显著降低，同时，p-Akt、p-CREB和BDNF的蛋白质表达也显著减少，说明此信号通路可能是调控神经发生认知功能障碍的重要分子机制〔4〕；提示抑制PI3K/Akt信号通路能造成大鼠认知功能缺陷，阻断PI3K/Akt信号通路可能会降低CREB磷酸化。

1.2cAMP信号通路cAMP是细胞内重要的第二信使，当细胞内的cAMP浓度增加时，可激活蛋白激酶(PK)A。PKA的C亚基位移到细胞核内，使包括CREB在内的多种蛋白质磷酸化，磷酸化后的CREB可增强多种靶基因表达，形成新的突触联系，从而使获得的信息得以长期储存，即LTP形成〔5〕。针刺能促进神经细胞再生功能，影响学习与记忆，主要是通过调节cAMP-CREB信号通路，促进BDNF合成及分泌来实现的〔6〕。

1.3Ca2+-CaMKⅡ信号通路CaMKⅡ是一种存在于突触后膜的钙调蛋白依赖的蛋白激酶，是LTP产生的关键性激酶。短期刺激能提高学习和记忆能力，可能与增加突触前蛋白如syn即sinl、突触后蛋白PSD95、PSn93表达水平，从而激活PKA和CaMKⅡ，增加synapsinl和CREB的磷酸化；研究证明，厌恶的气味可削弱记忆能力，CaMKⅡ失活，促使突触后蛋白表达量和CREB磷酸化程度减少〔7〕。

1.4Ras/MEK/ERK信号通路MAPK信号分子在海马区表达丰富，对神经细胞信号转导起着重要的介导作用。MEK/ERK是最典型的MAPK信号转导途径，在LTP形成过程中，海马中组蛋白修饰的变化受ERK通路的调控，生长因子可通过Ras/ERK通路激活下游靶点CREB。缺锌能够导致海马神经的损伤，与它抑制此信号通路的磷酸化及其下游信号分子CREB和BDNF蛋白的表达相关〔8〕。

1.5p38MAPK通路p38MAPK参与细胞增殖、凋亡和分化，在神经细胞凋亡过程中起重要作用。腹腔注射p38通路特异性抑制剂SBZO3580后，可有效抑制异氟烷大鼠p38通路表达，降低 CREB磷酸化，减轻认知功能损伤，说明p38MAPK也是与认知功能障碍相关的信号通路〔9〕。

2Akt信号通路

PI3K/Akt能促进细胞生存。应用PI3K/Akt特异性抑制剂wortmannin脑室预注射后发现凋亡细胞比对照组明显增加〔10〕。Akt是信号通路的主要效应分子，受体酪氨酸激酶受到生长因子或胰岛素刺激后，可以激活PI3K，磷酸化后的PI3K转化PIP2为PIP3，从而磷酸化两个Akt的激酶，激活Akt，被激活的Akt从细胞膜转移到细胞核，影响许多转录子调节器和因子，包括CREB、核因子(NF)-κB、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、糖原合成激酶(GSK)-3β、半胱氨酸天冬氨酸蛋白(Caspase)-9〔11～15〕等。同时，很多因子可以影响到Akt信号通路的传导，包括肿瘤抑制因子磷酸化酶(PTEN)、胰岛素生长因子(IGF)-1等。

2.1PI3K/Akt/mTORmTOR是S/T的蛋白激酶，也是Akt下游的靶点之一。用PI3K和mTOR抑制剂处理处于衰老的细胞，能够阻止细胞老化的进程〔12〕。研究发现，Akt通过激活血管生成和蛋白合成过程中的调节器mTOR复合物，从而促进细胞增殖和存活〔14〕。

2.2PI3K/Akt/GSK-3β在痴呆的发生中，tau蛋白磷酸化和β-淀粉样蛋白(Aβ)神经毒性是2个重要的病理变化。

GSK在PI3K/Akt许多下游事件中发挥重要作用，包括细胞生长分化、凋亡。其中，GSK-3β是Akt的重要底物，广泛参与多种细胞功能，对于认知功能主要起着负性调节作用。吗啡通过阿片受体途径使phosphor-Akt和PhosPho-GSK-3β水平降低，呈时间和剂量依赖性。用GSK-3β的特异抑制剂SB216763预处理小胶质细胞，它能显著增强吗啡诱导的小胶质细胞凋亡〔13〕。 被激活后的GSK-3β促进tau蛋白磷酸化、使GSK失活，进而影响能量代谢及乙酰胆碱的合成。这些改变均都可促进tau蛋白堆积等病理改变和神经凋亡，导致认知功能障碍〔14〕。

2.3PI3K/AKT/Caspase-9Caspase-9和Caspase-3都是Caspase家族成员，在细胞凋亡过程中发挥了重要作用。此途径控制细胞的凋亡级联反应，当此途径中的信号转导蛋白发生异常时可导致神经细胞凋亡，进而影响大鼠认知功能。王暖等〔15〕研究银杏叶提取物对AD大鼠认知功能的影响及机制，发现与假手术组相比，对照组大鼠海马中，p-PI3K及p-Akt的活性明显降低，Caspase-9 p35的表达明显增加，说明此信号通路也是导致认知功能障碍相关通路之一。

2.4PTEN/PI3K/Akt通过海马局部注射siPTEN腺病毒后PTEN表达下降，而Akt、CREB水平明显升高，表明PTEN的下调可能增加了PI3K/Akt通路相关因子的表达，增加对神经元缺血性损伤的保护作用〔16〕。反之，可以推测，PTEN上调可阻断PI3K/Akt信号通路，抑制细胞生长。

2.5IGF-1/PI3K/AktIGF-1是一种在结构和功能上都与胰岛素同源的多肽类神经营养因子。血清中IGF-1水平与脑内Aβ水平有着密切的联系〔17〕。IGF-1与其受体结合后可具有抗细胞凋亡的作用，可能与激活Akt信号通路，从而调节糖代谢、抵抗细胞凋亡密切相关〔18〕。

3ERK信号通路

在中枢系统中作为记忆形成的相关分子，海马ERK的磷酸化为学习记忆过程所必需〔19〕。庞伟〔8〕使用特异性抑制剂UO126处理后海马神经细胞后，发现海马细胞凋亡率开高了1.8倍。Raf/MEK/ERK级联通路被认为是经典的MAPKS信号转导通路之一。研究表明，Raf/MEK/ERK信号通路活化增强可能是微波辐射致神经细胞损伤的重要机制。通过特定丝/苏氨酸残基的磷酸化后，Raf/MEK/ERK1/2蛋白依次被活化，活化的ERK可磷酸化下游蛋白，如CREB，从而促进LTP，改善动物的学习记忆功能。此外，活性氧(ROS)、Ca2+、一氧化氮(NO)〔19～22〕等因子均可致Raf/MEK/ERK通路磷酸化水平降低，介导CREB磷酸化水平下调，影响认知功能。而葡萄糖调节蛋白(GRP)75等因子可以通过此通路抑制缺糖诱导的线粒体凋亡途径的进程〔23〕。

4Smad的信号通路

宝秩〔24〕研究发现在链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病认知功能障碍大鼠海马组织星形胶质细胞中psmadZ和psmad3蛋白的生物活性显著性增高，这提示在糖尿病海马组织中Smad信号通路可能是导致糖尿病认知障碍的病理机制之一。

5Wnt信号通路

此通路在中枢神经系统的神经环路中具有调节突触能效的作用，能促进生存。β-catenin胞内聚集是经典Wnt信号通路激活的标志。AD患者的β-catenin水平可见明显减低。促进β-catenin合成能增强Wnt靶基因表达，拮抗Aβ25～35诱导的LTP抑制，从而抑制神经元凋亡〔25〕。

6NO-胞质可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)-cGMP信号传导通路

许多蛋白激酶如PKC、肌钙蛋白I、钙调蛋白激酶Ⅱ都可磷酸化神经元型一氧化氮合酶(nNOS)，从而诱导突触后神经元释放NO。NO立即扩散并与最突出的靶分子sGC结合。活化后的sGC产生cGMP，释放大量的葡萄糖，从而活化NO等其他第二信使系统，形成LTP，建立长期记忆。过量的NO可通过促进活性氮(RNS)和ROS的产生，引起明显的氧化应激导致神经毒性。研究发现，莲房原花青素可改善认知功能，与抑制年龄相关的NO过度表达，增强NO-sGC-cGMP信号传导相关。说明此信号通路也可能为介导认知功能障碍的重要通路〔26〕。

CREB作为一个核心信号分子，也受到多种上游信号分子的调控。ERK可以直接磷酸化转录因子CREB，影响LTP〔27，28〕；闫长会〔29〕推测ERK-CREB信号途径的抑制可能是毒死蜱(CPF)重复染毒致长时程空间记忆障碍的重要原因。同时，PI3k/Akt也可以直接磷酸化转录因子CREB，影响LTP。AKT信号通路对ERK信号通路具有双向调节作用。在抗肿瘤药物诱导的细胞凋亡中，Akt信号通路对ERK信号通路的激活有一定的抑制作用〔30〕，同时，Akt信号通路也参与了ERK信号通路的活化〔31〕。

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〔2014-05-17修回〕

(编辑杜娟)

通讯作者：王旭(1960-)，女，博士，主任医师，教授，硕士生导师，主要从事内分泌代谢性疾病的研究。

基金项目：江苏省 “六大人才高峰”项目资助(2010-WSN-206-195)；江苏省科技厅自然科学基金项目(BK2011817)；江苏高校优势学科建设工程(中西医结合)资助项目(2011-6-25)

中图分类号〔〕R749.1〔

文献标识码〕A〔

文章编号〕1005-9202(2015)21-6295-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2015.21.138