钙离子调节Aβ淀粉样蛋白堆积的作用机制



钙离子调节Aβ淀粉样蛋白堆积的作用机制

盖璐白洁

(昆明理工大学医学院，云南昆明650500)

〔关键词〕老年痴呆；钙稳态；β淀粉样肽

老年痴呆(AD)是一种常见的神经退行性疾病，主要特征是β淀粉样蛋白(Aβ)堆积和神经纤维缠结，主要区域是内嗅皮质和海马区〔1〕。临床表现为认知功能下降，包括远近期记忆力障碍，分析判断能力衰退，情绪改变，行为失常，记忆损害等，目前还没有效的治疗方法〔2〕。Aβ可以通过激活钙敏感受体，引起的AD激活神经细胞释放Aβ42，导致星形胶质细胞聚集和Aβ42聚集。早老蛋白(PS-1)在雌激素受体(ER)引起钙流出，包括对肌质网钙-ATP酶2b和肌醇三磷酸(IP3)受体门控的影响，导致Aβ的产生〔3〕，并且发现在淀粉样蛋白斑邻近的树突棘中出现钙稳态紊乱。因此可见，钙紊乱和AD密切相关〔4〕。

1钙对Aβ生成的调节

在AD中，钙异常的作用包括：(1)改变神经元钙稳态影响新陈代谢和Aβ以及微管相关蛋白tau形成。(2)病理性蛋白聚集进一步恶化钙异常调节，引起突触功能紊乱和神经退行性病变。Ca2+通过肌醇1，4，5-三磷酸(Insp3)调节不同细胞类型的特定功能，在信号传导中起作用，Ca2+浓度太高或太低均与AD发病相关〔5〕。Ca2+调节细胞内信号〔6〕，与大脑神经细胞的生物学功能、生理结构变化相关〔7〕。钙稳态还与突触可塑性，年龄的变化相关〔8〕。在N2A细胞和AD小鼠模型，Cav3.1表达的下降，可能加速大脑衰老过程中淀粉样蛋白前体形成。此外，轻度认知障碍患者(MCI)中Ca2+增加是正常组的两倍，MCI和散发性AD(SAD)患者外周细胞Ca2+稳态扰乱。因此，淋巴细胞钙浓度可作为MCI及SAD的早期诊断〔9〕。

1.1离子通道有关的Ca2+调节合成Aβ直接调节P/Q型Ca2+通道，可能导致兴奋性毒性和突触的减少，在人胚肾细胞293(HEK293)细胞中，突触前的Ca2+通道抑制剂，减少Aβ引起的功能损伤〔10〕。在大鼠中，L型Ca2+通道阻滞剂(CCB)，缓解Aβ导致的分子和空间学习记忆的改变〔11〕。双边注射Aβ到大鼠的内嗅皮层模型中，不同剂量的CCB，可以改善早期阶段的AD。CCB可以通过信号转导和转录激活子磷酸化(STAT3)信号通路，抑制干扰素(IFN)诱导的星形胶质细胞的毒性〔12〕。

神经元L型电压敏感的Ca2+通道(L-VCSS)的功能与记忆缺失及大鼠海马突触可塑性的改变相关。L-VCSS的有效密度在淀粉样前β蛋白(APP)/(presenilin，PS1)组显著地减少，然而，Ca2+异常调节机制在正常和衰老模型中作用不同〔13〕。

神经元钙稳态失调发生在AD的早期，与突触功能障碍和神经毒性有关。钠钙交换器(NCXS)在调节细胞内Ca2+浓度起重要的作用〔14〕，减少NCXS功能，导致异常蛋白裂解，在AD脑组织中，NCX3蛋白水解程度和与Aβ1-42增加相关，由此可见，NCX3功能丧失和Aβ毒性有关。

1.2Ca2+的调节相关受体Ca2+相关的兰尼体碱受体(RyR)与AD密切相关，MCI与没有认知障碍的大脑相比，RyR2表达增加，在MCI和AD中，RyR2剪接变异体减少导致细胞凋亡〔15〕。可溶性Aβ低聚物与谷氨酸受体结合与细胞型朊蛋白(Prpc)结合，均导致AD的病理特征。在突触后密度(PSD)，细胞外Aβ低聚物与Prpc结合，激活细胞内Fyn激酶，导致突触破坏，而Aβ-Prpc-mGluR5结合与细胞中的钙调节有关，而mGluR5可以逆转学习、记忆和突触密度的减少〔16〕。

1.3线粒体及ER有关的Ca2+调节在AD患者脑中，线粒体α-酮基戊二酸脱氢酶(KGDHC)减少〔17〕，KGDHC的变化会影响Ca2+的变化，促进斑块和纤维状缠结的形成。

Aβ低聚物引起细胞内Ca2+的增加，这与磷脂酶C(PLC)活性及ER内Ca2+释放的有关〔18〕。且Aβ会引起胶质纤维酸性蛋白(GFAP)表达的增加，引起ER氧化应激、eIF2磷酸化和GRP78的过表达。在星形胶质细胞和内嗅皮层及海马细胞培养中，这些作用被兰尼碱受体和Insp3受体抑制剂抑制。侧脑室注射Aβ寡聚物，触发海马星形胶质细胞中GRP78和GFAP过表达。总的来说，Aβ低聚破坏ER内钙稳态，从而引起ER应激，导致星状细胞增生，而这些都和AD病理特征相关。

2Aβ对钙影响作用

Aβ沉积破坏膜结构并导致细胞内Ca2+浓度的升高〔19〕，与Aβ影响脂质的稳定，膜通道的激活及Aβ聚合到Ca2+孔有关。Aβ导致Ca2+信号改变及胶质细胞中转录变化〔20〕。因此，星形胶质细胞在产生Aβ起重要作用。Aβ和神经元细胞膜交互诱导穿孔，引起Ca2+内流，并增加突触小泡的释放，延迟突触囊泡的破坏〔21〕。抗Aβ复合体G33LMVG37通过抑制甘氨酸拉链的C末端区域序列，抑制Aβ联合和插入到脂质膜，G33LMVG37抑制了Aβ诱导的急性和慢性突触毒性，这为AD的药物研发提供了新的方向。Aβ可能和短杆菌肽，即一个公认的破坏肽的穿孔性相关。Aβ和短杆菌肽造成的神经毒性相同，包括肽的聚集、空隙的形成和钙的失调。Aβ和短杆菌肽造成的突触毒性都是Ca2+依赖机制，Aβ产生了一个由小到大的孔，允许流动的分子通过，Aβ的细胞膜穿孔是一个动态的过程〔22〕。

研究表明含有斑块的转基因小鼠，与同一年龄的非转基因小鼠的对照组相比，其细胞质基质中的Ca2+浓度偏高，突触可塑性的诱导依赖于突触后Ca2+水平的增加〔23〕。棘的能动性受钙水平的浓度调节，在纤维状肌动蛋白重构过程中，许多蛋白质是钙依赖性的，钙水平的增加与棘的能动性和纤维状肌动蛋白的丢失相关，而钙水平的增加，能被钙调磷酸酶拮抗剂阻止，这些结果说明Aβ斑诱导钙的异常。此外，Ca2+细胞内外转运与tau蛋白活性有关〔24〕。

3早老蛋白和钙稳态

PS突变体对细胞钙的作用不影响家族AD(FAD)的发展，其次，当FAD中PS突变体增加Aβ长度时，引起的钙紊乱，导致FAD进一步加重了疾病的表现以及促进疾病的发展。FAD中Aβ的聚集，会引发突触的减少及神经认知功能的减退〔25〕。基因突变导致的FAD也会导致神经元钙的失调。在FAD中PS的突变占大多数，PS催化亚基和Aβ肽的产生相关，FAD中PS突变可导致ER中Ca2+泄漏功能的损失和ER中Ca2+超载。PS1导致FAD，FAD相关的PS1M146V突变影响Ca2+通道活性〔26〕。PS1M146V突变会增加细胞内Ca2+的储存。PS1引起FAD的主要因素和细胞内钙稳态的扰乱相关〔27〕。在FAD中PS1突变最常见的是容量钙内流(CCE)衰减，CCE中关键蛋白基质交感分子1(STIM1)和 STIM2与PS关系密切。小鼠成纤维细胞缺乏PS，STIM1水平升高，STIM2水平降低，随着CEE的衰减。进一步研究，PS突变与FAD相关，与IP3介导的钙从ER腔的释放有关。这些结果证明了PS FAD突变体在多个水平上影响ER钙动力学。

4结论

高Ca2+浓度会使细胞凋亡，控制细胞内Ca2+可以防止认知功能下降。锂已被证明能通过抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA R)和肌醇单磷酸酶(IMP)降低细胞内Ca2+浓度，且最近研究表明锂降低痴呆程度的患病率〔28〕。此外，ER钙的调节与心肌肌浆网Ca2+-ATP酶，IP3Rs和RyRs有关〔29〕。一氧化氮(NO)对RyRs活性具有重要的调节作用。因此，调节NO途径可能可以改善AD症状〔30〕。

综上所述，胞内或ER钙调节与Aβ生成相关，这些机制与离子通道、相关受体、线粒体途径及和PS相关，以这些为靶点，将为延缓或治疗AD的提供新的研究方向。

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〔2016-01-22修回〕

(编辑袁左鸣)

〔中图分类号〕Q593+.2

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)05-1249-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.05.104

通讯作者：白洁(1966-)，女，教授，博士生导师，主要从事神经退行性疾病和毒品成瘾分子机制研究。

基金项目：国家自然科学基金(No.81160162，U1202227)

第一作者：盖璐(1988-)，女，硕士，主要从事氧化应激和老年痴呆方面的研究。