阿尔茨海默病相关信号转导通路研究进展

张跃其(综述)，王培昌(审校)

(首都医科大学宣武医院检验科，北京 100053)

阿尔茨海默病相关信号转导通路研究进展

张跃其△(综述)，王培昌※(审校)

(首都医科大学宣武医院检验科，北京 100053)

摘要：阿尔茨海默病(AD)是引起老年人痴呆的主要原因，目前尚无有效的治疗方法，其发病机制仍未完全阐明。一般认为基因突变、激素水平、环境影响、年龄等多个方面的因素均可导致AD的发生。目前研究发现多条信号转导通路参与了AD的发病机制。各通路之间可相互影响，加速AD的病程。新信号转导通路的发现不仅加深了AD发病过程的认识，还使发现新的AD治疗靶点成为可能。

关键词：阿尔茨海默病；信号转导通路；淀粉样蛋白前体

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是一种神经退行性疾病，早期一般表现为多种精神症状，随着病情的进展，认知水平逐步下降，影响记忆力、语言能力、计算力等认知水平而出现痴呆的临床症状。随着诊断水平的进步和人类平均寿命的延长，确诊为AD的患者逐年增多。据估计到2030年全世界的AD患者将达到6500万[1]，还有更多的患者处于AD临床前期和轻度认知障碍期，AD将会给未来人们的生活造成沉重的负担。AD的主要病理表现为由β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)沉积为核心形成的细胞外老年斑、Tau蛋白过度磷酸化形成的神经原纤维缠结和神经元损伤，另外还有颗粒空泡变性、平野小体及脑血管改变。据2011年美国阿尔茨海默病诊断标准[2-3]，依然强调Aβ及Tau蛋白的AD病理诊断标准关联的重要性，因此现对各个信号转导通路与Aβ、Tau蛋白的关系进行总结概述。

1胰岛素受体-磷脂酸肌醇3激酶-蛋白激酶B通路

Steen等[4]于2005年提出了AD是3型糖尿病的观点。在对AD患者脑组织解剖后发现，AD患者具有胰岛素水平下降和胰岛素抵抗的特点。大量研究表明，AD的病理变化与神经元胰岛素受体(insulin receptor，IR)信号转导通路障碍有关[4-6]，其中磷脂酸肌醇3激酶-蛋白激酶B(phosphoinositide 3 kinase-protein kinase B,PI3K-PKB)途径是4种胰岛素传导通路里最重要的通路。在体外实验研究中发现，抑制PI3K-PKB通路后，淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)量无变化，而β分泌酶的切割产物增加[7]，同时γ分泌酶活性增加[8]，从而促进了Aβ40和Aβ42的生成。另外，PKB可以调节下游的caspase 9、Bcl-xL/Bcl-2相关的死亡启动因子、叉头转录因子等底物，对细胞凋亡产生阻遏作用，发挥神经保护作用。PKB被激活后其下游的糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase-3，GSK-3)被磷酸化后失去活性。GSK-3存在α及β两种亚型，在对AD患者的尸体解剖中发现GSK-3β升高[6]，而GSK-3α被证实可以调节γ分泌酶来促进Aβ的生成[9]，有学者认为GSK-3α在年龄相关的病理过程中起着枢纽调节的作用[10]，并对调节哺乳动物雷帕霉素靶蛋白1型(mechanistic target of rapamycin complex 1,mTORC1)、自噬、老化起重要作用。

以往认为人脑组织中不存在IR，随着人们对AD研究的深入，发现脑组织中不仅有IR，还有胰岛素生长因子1受体(insulin-like growth factor-1 receptor,IGF-1R)，在IR基因敲除的小鼠(nIR-/-)及IGF-1R基因敲除的小鼠(nIGF-1R-/-)脑组织都发现了Aβ聚集的现象[11]。基于IR-PI3K-PKB在AD中的重要作用，研究人员开始寻找治疗AD新的方法。临床研究发现在鼻内及外周应用胰岛素可以改善AD患者的记忆水平[11]，罗格列酮是胰岛素作用增敏剂，为噻唑烷二酮氧化物酶增殖物激活受体激动剂(peroxisome proliferator activated receptor γ,PPARγ)，可减轻胰岛素抵抗。Sato等[12]对42例AD患者使用罗格列酮治疗后发现血浆Aβ40及Aβ42较对照组明显降低，并且认知水平改善，局部脑血流量提高。很多因素的神经保护作用可能与PI3K-PKB途径有关。在对α突触核蛋白拮抗Aβ神经毒性的研究中发现PI3K-PKB途径参与了神经保护机制[13]。针对PI3K-PKB通路的相关研究是目前AD领域内的热点之一，其对其他神经退行性疾病的发生、发展亦有重要影响。

2哺乳动物雷帕霉素靶蛋白-核糖体蛋白S6激酶通路

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)可接受PKB、腺苷酸活化蛋白激酶、GSK-3等蛋白的调控，其与不同的蛋白结合而形成mTORC1及mTORC2两种复合体，作用于下游的核糖体蛋白S6激酶(70kDa ribosomal protein S6 kinase,P70S6K)、PPARγ、自噬相关蛋白13等，由于其调控模式复杂，能整合能量代谢、生长因子、氨基酸、激素等作用因素并作出反应，因而被认为是一个调节细胞周期进程和细胞生长的信号枢纽。雷帕霉素可特异性抑制mTORC1，美国食品药品管理局已批准雷帕霉素结合抑免蛋白FKBP12作为一种治疗药物，它可以延长大鼠寿命，且能通过增加自噬来减少早老素的聚集，因而可被用来治疗包括AD在内的神经退行性疾病[14]。mTOR通过p70S6激酶使Tau蛋白发生超磷酸化，有研究发现mTOR不仅可以直接作用于Tau蛋白的3个磷酸化位点，还调节了Tau蛋白的合成和聚集[15]；mTOR信号通路还可以促进Aβ的形成[16]，mTOR介导的自噬减少在其中起重要作用。化感器突触缺陷蛋白A(synapses of amphids defective kinase-A,SAD-A)为5′单磷酸腺苷活化蛋白激酶相关蛋白激酶，仅在胰腺及大脑中表达，而mTOR在全身细胞均有表达，最近发现SAD-A能作为mTORC1的信号传递因子[17]，参与mTORC1的调控作用，因此对SAD-A的进一步研究将有助于开发出针对AD的特异性药物。

3Wnt通路

Wnt蛋白是一种分泌型糖蛋白，Wnt信号转导通路是一条十分保守的信号转导通路，对细胞间黏附和细胞分化方面有着十分重要的作用。β-联蛋白(是Wnt下游的一个主要调控因子，研究发现Wnt/β联蛋白可以阻止Aβ介导的细胞毒性作用[18]，其传导受损还可导致Tau蛋白过度磷酸化及神经突触可塑性受损。GSK-3β活性升高可以直接抑制Wnt/β联蛋白信号通路，使β联蛋白磷酸化修饰增强并促进其降解，进而促进细胞凋亡[19]。最近在对石杉碱作用机制的研究中发现[20]对转基因模型小鼠使用石杉碱鼻凝胶后可通过Wnt信号通路实现神经保护作用，同时还发现非淀粉样小体APP切割增强。基于Wnt信号通路多方面的功能，有学者认为Wnt蛋白及其配体在神经保护和触可塑性中起关键作用[21]。

4Nocth通路

Notch信号转导通路在动物中广泛存在且高度保守，其在多种器官及细胞的生长发育中起重要作用。哺乳类动物中Notch通路的功能复杂多样,其参与T细胞发育、血管生成、造血等重要生理过程，还与肿瘤和某些神经系统疾病有密切关系。当Notch受体与配体结合后相继发生2次蛋白水解[22]，先由金属蛋白酶(a disintegrin and metalloproteinase,ADAM)家族的ADAM10、ADAM17切割为2个片段，N端裂解产物被配体表达细胞内吞，C端裂解产物随后被早老素1/2、Pen-2、APH-1和Nicastrin组成的γ-分泌酶复合体酶切，形成Notch结构域片段，Berezovska等[23]对散发AD患者大脑组织进行免疫组织化学分析后发现Notch水平明显升高。

γ-分泌酶是一种膜内蛋白酶，还可以切割β-APP而生成Aβ。Placanica等[24]在模拟PS1/2突变的小鼠中发现雌鼠的γ-分泌酶作用于β-APP的活力明显升高，具有性别差异，而雄鼠和雌鼠随着年龄增加γ-分泌酶切割Notch-1的活力下降，表明γ-分泌酶的活力和作用特异性的改变可能是散发AD的机制之一。在对γ-分泌酶细胞移行的研究中发现[25]，APP在细胞内的聚集可影响γ-分泌酶复合体其他3个组分(Pen-2、APH-1和Nicastrin)的稳定性，PS1/γ-分泌酶在细胞内移行受多种因素影响，包括APP和磷脂酶D1。Notch信号通路相对于其他通路结构简单，无第二信使，但其功能复杂，存在较多的修饰调节机制。Notch信号处于复杂的多维调控网络之中，随着研究的深入，AD与Notch通路的关系将更进一步揭示。

5有丝分裂原激活的蛋白激酶通路

有丝分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)参与了细胞生长、发育、细胞间的功能同步以及分裂等多种生理过程。真核细胞中存在4条MAPK通路：p38通路、细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)通路、ERK5通路和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,c-JNK)通路，其中p38通路与AD关系研究较多，其在炎症、应激反应及细胞的分化发育等过程中起重要作用，影响细胞的凋亡，而ERK通路主要促细胞存活。Swatton等[26]在对AD患者的尸解中发现,p38、SAPK、ERK1/2的活性均升高，证实了MAPK通路参与了AD的病理反应。将Aβ42注入小鼠双侧海马发现[27]，甘草酸二胺阻遏小胶质神经细胞炎症反应的机制可能与MAPK信号通路被抑制有关。在AD的病理改变中，小胶质细胞和星形胶质细胞活化参与炎症反应为一个重要表现，一般认为p38参与了炎症反应并与Aβ的毒性有关。大量体外研究证明p38通路与Tau蛋白过度磷酸化有关[28-29]，也有研究发现c-JNK通路亦参与了Tau蛋白的过度磷酸化[30]。APP的T668位点磷酸化可以改变Aβ的沉积位置，诱发神经变性，当机体在应激状态时c-JNK 可以磷酸化T668位点[31]，Sclip等[32]用JNR抑制剂阻断c-JNK对T668位点的磷酸化，发现APP的淀粉样切割减少，Aβ生成减少，实验转基因小鼠的认知水平改善。JNK相互作用蛋白1(JNK interacting protein 1,JIP-1)是c-JNK通路束缚酶的支架蛋白，在脑组织中高度表达[33]，它可以将c-JNK、 促丝裂原活化蛋白激酶激酶7、促丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶家族等蛋白进行组装，进而抑制c-JNK的生理作用[34]。因此有学者认为将JIP-1作为AD的治疗靶点有可能会取得良好的治疗效果[33,35]。

6核因子κB通路

核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)是一种调控转录的蛋白复合体，静息状态下，NF-κB二聚体与核因子κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)结合形成三聚体，当受到胞外刺激可激活IκB泛素化降解途径，而使NF-κB二聚体进入胞核，调节基因转录活性[36]。NF-κB可以被多种因子所激活，其中包括细胞因子、病毒感染、病毒蛋白、钙离子载体，亦与突触可塑性及记忆过程有着密切关系[37]。在对多奈哌齐和银杏叶提取物的研究发现[38]，两种药物都可以作用于NF-κB通路，同时提高了外周白细胞的抵抗能力。Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)是近年来发现的一组Ⅰ型跨膜模式识别受体，能直接识别某些病原体共有的高度保守分子结构，其被激活后可导致神经变性及炎症反应，在AD的发病中起重要作用[39]。最近在对小鼠的研究中发现TLR通过NF-κB通路参与了Aβ介导的炎症反应[40]。在稳定转染的表达β-APP的HEK293细胞中，Chami等[41]发现NF-κB活化了β位点APP剪切酶1和部分γ-分泌酶亚基的转录，增加了蛋白表达和酶的活性，从而促进了Aβ的生成，同时还发现经典和非经典的NF-κB通路均介导了Aβ的生成。

7结语

AD是多种因素长期共同作用的结果。有学者认为AD的各种机制间不仅是相容的，如代谢紊乱机制和血管损伤机制中包括了炎症反应[42]，而且还互相影响，例如：胰岛素受体可以作用于Wnt通路、MAPK通路等，并因影响ATP的形成而参与调节AMPK途径，非经典Wnt通路可以经过卷曲蛋白激活钙调蛋白激酶Ⅱ及蛋白激酶C[19]从而参与AD的发病。虽然现已明确多个通路与Aβ形成、Tau蛋白过度磷酸化及神经元凋亡有关，但其中的具体作用机制尚不清楚，并且AD的发病因素涉及年龄、环境影响、基因异常等方面，使各个信号系统在具体的AD发病过程中占有不同的权重，因此对AD中的各个信号转导系统还需更深入的研究。

参考文献

[1]Claeysen S,Cochet M,Donneger R,etal.Alzheimer culprits:cellular crossroads and interplay[J].Cell Signal,2012,24(9):1831-

1840.

[2]Jack Jr CR,Albert MS,Knopman DS,etal.Introduction to the recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer′s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer′s disease[J].Alzheimers Dement,2011,7(3):257-262.

[3]McKhann GM,Knopman DS,Chertkow H,etal.The diagnosis of dementia due to Alzheimer′s disease:Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer′s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer′s disease[J].Alzheimers Dement,2011,7(3):263-269.

[4]Steen E,Terry BM,Rivera EJ,etal.Impaired insulin and insulin-like growth factor expression and signaling mechanisms in Alzheimer′s disease-is this type 3 diabetes?[J].J Alzheimers Dis,2005,7(1):63-80.

[5]de la Monte SM,Wands JR.Alzheimer-associated neuronal thread protein mediated cell death is linked to impaired insulin signa-ling[J].J Alzheimers Dis,2004,6(3):231-242.

[6]Liu Y,Liu F,Grundke-Iqbal I,etal.Deficient brain insulin signalling pathway in Alzheimer′s disease and diabetes[J].J Pathol,2011,225(1):54-62.

[7]Adlerz L,Holback S,Multhaup G,etal.IGF-1-induced processing of the amyloid precursor protein family is mediated by different signaling pathways[J].J Biol Chem,2007,282(14):10203-10209.

[8]Rickle A,Bogdanovic N,Volkman I,etal.Akt activity in Alzheimer′s disease and other neurodegenerative disorders[J].Neuroreport,2004,15(6):955-959.

[9]Phiel CJ,Wilson CA,Lee VM,etal.GSK-3α regulates production of Alzheimer′s disease amyloid-β peptides[J].Nature,2003,423(6938):435-439.

[10]Zhou J,Freeman TA,Ahmad F,etal.GSK-3α is a central regulator of age-related pathologies in mice[J].J Clin Invest,2013,123(4):1821-1832.

[11]Zemva J,Schubert M.The role of neuronal insulin/ IGF-1 signaling for the pathogenesis of Alzheimer′s disease:possible therapeutic implications[J].CNS Neurol Disord Drug Targets,2014,13(2):322-337.

[12]Sato T,Hanyu H,Hirao K,etal.Efficacy of PPAR-γ agonist pioglitazone in mild Alzheimer disease[J].Neurobiol Aging,2011,32(9):1626-1633.

[13]Resende R,Marques SC,Ferreiro E,etal.Effect of α-synuclein on amyloid β-Induced toxicity:relevance to lewy body variant of Alzheimer disease[J].Neurochem Res,2013,38(4):797-806.

[14]Mendelsohn AR,Larrick JW.Rapamycin as an antiaging therapeutic:targeting mammalian target of rapamycin to treat Hutchinson-Gilford progeria and neurodegenerative diseases[J].Rejuvenation Res,2011,14(4):437-441.

[15]Tang Z,Bereczki E,Zhang H,etal.Mammalian target of rapamycin (mTor) mediates tau protein dyshomeostasis implication for Alzheimer disease[J].J Biol Chem,2013,288(22):15556-15570.

[16]Caccamo A,Majumder S,Richardson A,etal.Molecular interplay between mammalian target of rapamycin (mTOR),amyloid-beta,and Tau:effects on cognitive impairments[J].J Biol Chem,2010,285(17):13107-13120.

[17]Nie J,Liu X,Lilley BN,etal.SAD-A kinase controls islet β-cell size and function as a mediator of mTORC1 signaling[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2013,110(34):13857-13862.

[18]Inestrosa NC,Montecinos-Oliva C,Fuenzalida M.Wnt signaling:role in Alzheimer disease and schizophrenia[J].J Neuroimmune Pharmacol,2012,7(4):788-807.

[19]Clevers H.Wnt/β-catenin signaling in development and disease[J].Cell,2006,127(3):469-480.

[20]Wang CY,Zheng W,Wang T,etal.Huperzine A activates Wnt/β-catenin signaling and enhances the nonamyloidogenic pathway in an Alzheimer transgenic mouse model[J].Neuropsychopharmacology,2011,36(5):1073-1089.

[21]Inestrosa NC,Arenas E.Emerging roles of Wnts in the adult nervous system[J].Nat Rev Neurosci,2009,11(2):77-86.

[22]Fischer DF,van Dijk R,Sluijs JA,etal.Activation of the Notch pathway in Down syndrome:cross-talk of Notch and APP[J].FASEB J,2005,19(11):1451-1458.

[23]Berezovska O,Xia MQ,Hyman BT.Notch is expressed in adult brain,is coexpressed with presenilin-1,and is altered in Alzheimer disease[J].J Neuropathol Exp Neurol,1998,57(8):738-745.

[24]Placanica L,Zhu L,Li YM.Gender-and age-dependent γ-secretase activity in mouse brain and its implication in sporadic Alzheimer disease[J].PLoS One,2009,4(4):e5088.

[25]Liu Y,Zhang YW,Wang X,etal.Intracellular trafficking of presenilin 1 is regulated by beta-amyloid precursor protein and phospholipase D1[J].J Biol Chem,2009,284(18):12145-12152.

[26]Swatton JE,Sellers LA,Faull RL,etal.Increased MAP kinase activity in Alzheimer′s and Down syndrome but not in schizophrenia human brain[J].Eur J Neurosci,2004,19(10):2711-2719.

[27]Zhao H,Wang SL,Qian L,etal.Diammonium glycyrrhizinate attenuates Abeta(1-42)-induced neuroinflammation and regulates MAPK and NF-kappaB pathways in vitro and in vivo[J].CNS Neurosci Ther,2013,19(2):117-124.

[28]Cao M,Liu F,Ji F,etal.Effect of c-Jun N-terminal kinase (JNK)/p38 mitogen-activated protein kinase (p38 MAPK) in morphine-induced tau protein hyperphosphorylation[J].Behav Brain Res,2013,237:249-255.

[29]Yasuda S,Sugiura H,Tanaka H,etal.p38 MAP kinase inhibitors as potential therapeutic drugs for neural diseases[J].Cent Nerv Syst Agents Med Chem,2011,11(1):45-59.

[30]Ando K,Uemura K,Kuzuya A,etal.N-cadherin regulates p38 MAPK signaling via association with JNK-associated leucine zipper protein:implications for neurodegeneration in Alzheimer disease[J].J Biol Chem,2011,286(9):7619-7628.

[31]Whitmarsh AJ.The JIP family of MAPK scaffold proteins[J].Biochem Soc Trans,2006,34(Pt 5):828-832.

[32]Sclip A,Antoniou X,Colombo A,etal.c-Jun N-terminal kinase regulates soluble Aβ oligomers and cognitive impairment in AD mouse model[J].J Biol Chem,2011,286(51):43871-43880.

[33]Helbecque N,Abderrhamani A,Meylan L,etal.Islet-brain1/C-Jun N-terminal kinase interacting protein-1 (IB1/JIP-1) promoter variant is associated with Alzheimer′s disease[J].Mol Psychiatry,2003,8(4):413-422.

[34]Beeler N,Riederer BM,Waeber G,etal.Role of the JNK-interacting protein 1/islet brain 1 in cell degeneration in Alzheimer disease and diabetes[J].Brain Res Bull,2009,80(4):274-281.

[35]Miklossy J,Qing H,Radenovic A,etal.Beta amyloid and hyperphosphorylated tau deposits in the pancreas in type 2 diabetes[J].Neurobiol Aging,2010,31(9):1503-1515.

[36]Niederberger E,Geisslinger G.Proteomics and NF-κB:an update[J].Expert Rev Proteomics,2013,10(2):189-204.

[37]Levenson JM,Choi S,Lee SY,etal.A bioinformatics analysis of memory consolidation reveals involvement of the transcription factor c-rel[J].J Neurosci,2004,24(16):3933-3943.

[38]Sochocka M,Zaczyńska E,Tabo? A,etal.The influence of donepezil and EGb 761 on the innate immunity of human leukocytes:effect on the NF-κB system[J].Int Immunopharmacol,2010,10(12):1505-1513.

[39]Okun E,Griffioen KJ,Lathia JD,etal.Toll-like receptors in neurodegeneration[J].Brain Res Rev,2009,59(2):278-292.

[40]Lin W,Ding M,Xue J,etal.The role of TLR2/JNK/NF-κB pathway in amyloid β peptide-induced inflammatory response in mouse NG108-15 neural cells[J].Int Immunopharmacol,2013,17(3):880-884.

[41]Chami L,Buggia-Prévot V,Duplan E,etal.Nuclear factor-κB regulates βAPP and β-and γ-secretases differently at physiological and supraphysiological Aβ concentrations[J].J Biol Chem,2012,287(29):24573-24584.

[42]Accardi G,Caruso C,Colonna-Romano G,etal.Can Alzheimer disease be a form of type 3 diabetes?[J].Rejuvenation Res,2012,15(2):217-221.

Research Progress of Signal Transduction Pathways in Alzheimer Disease

ZHANGYue-qi,WANGPei-chang.

(DepartmentofClinicalLaboratory,XuanwuHospitalofCapitalMedicalUniversity,Beijing100053,China)

Abstract:Alzheimer disease(AD)is the primary cause of dementia in the elderly worldwide.There is no effective treatment for AD,and its pathogenesis is still not fully elucidated.Gene mutations,hormone level, environmental impact, age, and many other factors are believed to cause the occurrence of AD.Through years′ study many signal transduction pathways have been found to participate in the pathogenesis of AD.Interactions between various pathways can accelerate the course of AD.The discovery of new signal transduction pathways has not only deepened the understanding of the process of AD,but also revealed new therapeutic targets of AD.

Key words:Alzheimer disease; Signal transduction pathway; Amyloid precursor protein

收稿日期：2014-05-19修回日期：2014-09-28编辑：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.008

中图分类号:R741.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)10-1748-04