自噬与阿尔茨海默症脑Aβ的研究进展

肖　瑶，徐　波

自噬与阿尔茨海默症脑Aβ的研究进展

肖瑶，徐波

华东师范大学体育与健康学院，上海200241

摘要：阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease AD)是一种神经退行性疾病，它的主要病理性表现为脑内淀粉样蛋白Aβ过多。自噬作为细胞内清除错误蛋白的重要机制参与调节Aβ的代谢。本文简要介绍了自噬在AD发生发展中的多重作用。

关键词：阿尔茨海默病; 自噬；清除

前言

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease AD)是慢性进行性中枢神经系统变性导致的疾病，也是老年痴呆中最常见的形式。AD的特点为渐进性认知功能减退，日常生活能力下降和精神行为异常。[1]AD的主要病理改变是细胞内神经纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFT)、大脑皮层及海马区大量老年斑(senile plaque, SP)沉积、神经细胞死亡。[2]经证实β淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)是老年斑的主要成分，而细胞内高度磷酸化的Tau蛋白使细胞内神经纤维缠结。[3]

β淀粉样前体蛋白APP被β分裂酶剪切成分泌型APP(sAPP)以及C末端(CTF-99),后CTF-99经γ分裂酶作用从而产生Aβ和APP的细胞内片段(AICD)。Aβ在AD发展中的毒性作用主要包括：损伤神经元突触传导功能、自由基及过氧化损伤、诱发炎症反应、导致神经元死亡。[4]

随着人口老龄化形势越发严峻AD对社会和经济造成沉重负担，但目前AD的具体机制还未明确。近年来自噬在AD中发挥的作用引起重视。本文就阿尔茨海默病中自噬与Aβ的关系做进一步的阐明。

1自噬的机制

自噬是存在于真核生物细胞内的生命现象，依据待降解物进入自噬体的形式可以将自噬分为以下三种巨自噬、分子伴侣自噬。目前对自噬的研究集中在巨自噬。当饥饿、生长因子缺乏或能量需求增加时，细胞自噬会迅速发生。细胞质内错误折叠蛋白或受损细胞器被非溶酶体来源的囊泡样双层膜结构包裹形成自噬体，然后通过细胞骨架微管系统将自噬体运送至溶酶体。两者融合形成自噬溶酶体，并降解内容物。最后自噬体膜脱落再循环利用，部分自噬产物(氨基酸、脂肪酸等)输送到细胞质中供细胞重新利用。[5]

2阿尔茨海默病与自噬

2.1自噬紊乱伴随着AD发病

尽管AD的确切分子机制还未明确但越来越多的证据表明在AD发展过程中伴随着自噬功能障碍，在AD脑内发现大量的自噬体聚集。[6]

自噬紊乱与Aβ的产生，清除有密切联系。利用免疫组织化学方法发现野生型小鼠和转基因AD小鼠各脑区自噬标记蛋白微管相关蛋白1的轻链3(LC3)与Aβ的分布趋势一致。提示自噬可能参与AD发生发展。[7]用不同月龄的AD小鼠和同龄正常野生小鼠对照发现，AD小鼠大脑和脊髓存在自噬改变，且该变化可能与细胞内淀粉样蛋白有关。[8]

2.2自噬是清除AD脑内Aβ的可能机制

自噬清除AD脑内Aβ的作用已被证实但其中的分子机制还未明确。

Hung[9]等人发现细胞外的Aβ诱导自噬发生，通过自噬作用抑制Aβ的神经毒性。在SH-SY5Y/pEGFP-LC3细胞实验和TgEGFP-LC3小鼠实验中过表达自噬重要标志物LC3后发现，与对照组相比过表达LC3不仅可降低Aβ的神经毒性，而且提高α7 型烟碱样乙酰胆碱受体(a7nAChR)表达水平及自噬水平。实验表明LC3的神经保护作用是通过提高Aβ载体a7nAChR表达水平，同时促进自噬清除细胞内外Aβ实现的。

Chen[10]等人实验证实将增强型绿色荧光蛋白LC3注射入脑后利用双光子显微镜能观察到活体神经元内的自噬体。实时成像证实饥饿增加神经元中自噬体的数量、大小以及信号强度。在AD模型中饥饿前的自噬基础水平较高，而且与对照组相比AD模型自噬水平能迅速被饥饿诱导。激活自噬不足以降解饥饿后细胞内的Aβ。饥饿引起细胞内源性Aβ聚集导致细胞功能紊乱但不能减少细胞外的Aβ聚集。

越来越多的药物被证实能提高自噬水平清除Aβ进而缓解AD的病理进程。

利用切除卵巢的APP/PS1小鼠实验表明，与对照组相比卵巢切除后小鼠脑内老年斑数量增多分布变广，自噬相关蛋白LC3、Beclin1阳性神经元数量下降，神经元突起周围自噬体聚集。实验表明雌性激素缺乏导致自噬能力降低从而加重AD的病理表现。[11]

全基因组实验发现ROS可激活自噬中重要启动因子typeⅢPI3K。此外ROS在诱导Aβ自噬清除中发挥重要作用。[12]

研究发现AP2与PICAML共同发挥微管相关蛋白1和LC3结合蛋白的作用。进一步研究发现AP2调节细胞内APP-CTF水平，自噬降解APP-CTF片段与AP2水平呈正比。免疫沉淀及活体成像实验表明AP2和PICAML使LC3和APP-CTF交叉结合。提示AP2，PICAML复合物在LC3标记的自噬降解APP-CTF途径中发挥识别及转运的作用。[13]

2.3自噬的双重作用

但也有部分研究认为自噬在AD的发生发展中起到双重作用。自噬不仅是细胞内Aβ的清除机制，自噬体也可能是Aβ的产生场所。自噬能调节细胞内Aβ分泌，同时影响细胞外Aβ斑块沉积。[14]对于这种说法后期的文献证实，APP的水解进程并不直接依赖于自噬体形成，而是由APP自细胞表面内陷形成早期胞内体，并转移至高尔基体或晚期胞内体(也称为多泡体)所决定的[7]

小结

目前越来越多的研究认识到自噬在AD中发挥的作用，在AD神经细胞中自噬的调控、成熟以及转运至溶酶体等环节成为了研究热点。因此，自噬可能是未来预防治疗AD的有效手段。

参考文献：

[1]王荫华，纪勇. 世界阿尔茨海默病发展现状. 中国现代神经疾病杂志, 2015,(7): 507-511.

[2]应侠,等.阿尔茨海默病的发病机制及治疗药物研究进展. 中国药房, 2014,(33): 3152-3155.

[3]张松江, 王建人,邬力祥.阿尔茨海默病中的β-淀粉样蛋白和Tau蛋白[J]. 生命的化学, 2012,(3): 254-258.

[4]沈阳,等. 老年痴呆症的分子机制[J]. 生命科学, 2014,(6): 550-559.

[5]邱冬梅,陈莉. 细胞自噬:病理学研究的新热点[J]. 临床与实验病理学杂志, 2012,(3): 309-313.

[6]Peric, A. and W. Annaert, Early etiology of Alzheimer’s disease: tipping the balance toward autophagy or endosomal dysfunction[J]. Acta Neuropathologica, 2015. 129(3): 363-381.

[7]林仁,等.阿尔茨海默病小鼠脑Aβ和LC3分布差异及相关性[J]. 福建医科大学学报, 2013,(2): 70-75.

[8]李丽喜,等.阿尔茨海默病小鼠大脑和脊髓自噬变化的研究[J]. 上海交通大学学报(医学版), 2012,(5): 536-542.

[9]Hung, S., et al., LC3 overexpression reduces Aβ neurotoxicity through increasing α7nAchR expression and autophagic activity in neurons and mice[J]. Neuropharmacology, 2015. 93: 243-251.

[10]Chen, X., et al., Fasting activates macroautophagy in neurons of Alzheimer’s disease mouse model but is insufficient to degrade amyloid-beta[J]. Scientific Reports, 2015. 5: 12115.

[11]徐明亮,等. 卵巢切除对APP/PS1双转基因小鼠脑内老年斑及自噬的影响. 解放军医学杂志, 2015,(1): 26-29.

[12]Lipinski, M.M., et al., Genome-wide analysis reveals mechanisms modulating autophagy in normal brain aging and in Alzheimer's disease[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010. 107(32): 14164-14169.

[13]Tian, Y., et al., Adaptor complex AP2/PICALM, through interaction with LC3, targets Alzheimer's APP-CTF for terminal degradation via autophagy[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013. 110(42): p. 17071-6.

[14]Nilsson, P. and T.C. Saido, Dual roles for autophagy: degradation and secretion of Alzheimer's disease Aβ peptide[J]. Bioessays News & Reviews in Molecular Cellular & Developmental Biology, 2014. 36(6): 570-578.

Research Progress of Autophagy and Aβin AD Brain

Xiao Yao, Xu Bo

Abstract:Alzheimer's disease is a neurodegenerative disorder with aberrant accumulation of proteinsβ-amyloid peptides as the main pathological manifestations. As important intracellular degradation mechanisms, autophagy is involved in Aβ metabolism. This paper briefly introduced the dual effects of autophagy in AD.

Key words:alzheimer's disease；autophagy；clearance

基金项目：国家自然科学基金面上项目(项目编号：31571225)

第一作者简介：肖瑶(1991-)，女，湖南娄底人，在读硕士研究生，研究方向：体育运动与身心健康。

中图分类号：G804

文献标识码：A

文章编号：1005-0256(2016)06-0004-2

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.06.002

Sport and Health College of East China University, Shanghai 200241, China.