PPARγ与阿尔茨海默病相关性的研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种起病隐匿的神经退行性疾病,主要表现为学习记忆能力下降和认知功能减退,以记忆障碍、失语、失用、失认、视空间技能损害、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆为特征[1]。越来越多的数据显示,AD在世界范围内的患病率逐渐增加,已成为危害老年人健康、加重家庭和社会负担的主要疾病之一,而对AD的发病机制、早期诊断和治疗仍未取得理想进展。目前AD的发病机制主要有以下几种学说:β-淀粉样蛋白(Aβ)毒性、tau蛋白异常修饰、炎症、氧化应激、基因突变、胆碱能损伤、神经血管学说等[2]。过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)属于非类固醇激素类核内激素受体超家族,是依赖配体激活的转录因子,在脂肪细胞生成、糖脂代谢、炎症、免疫以及肿瘤细胞的分化和凋亡等多种生物学过程中发挥关键作用[3]。PPARγ在Aβ稳态、炎症和能量代谢的各种基因的调节中起作用,使其成为AD风险的候选基因[4]。最近研究发现,在AD的动物模型中,PPARγ激动剂治疗可以使动物模型中淀粉样蛋白斑块负荷的减少、炎症减轻和疾病相关行为障碍的逆转[5]。但具体机制尚不明确,因此探明“PPARγ-AD”关系,对探明新的抗AD作用靶点有重要意义。

1 PPARγ结构的研究

PPARγ基因位于人的3p25染色体,并且根据启动子、外显子和拼接方式,PPARγ的mRNA具有4个不同的剪接体,即PPARγ1,PPARγ2,PPARγ3和PPARγ4。PPARγ有4个功能结构域:(1)N-末端A/B结构域,其是具有磷酸化结合位点的调节区,调节PPARγ的活性;(2)两个锌指结构组成的DNA结合结构域(C结构域),在与过氧化物酶体增殖物应答元件结合后启动和调节基因转录;(3)D结构域,参与转录活性的调节结构域,通过活性因子结合到该域调节PPARγ的活性;(4)C末端配体结合结构域(E/F结构域),显示出其对靶基因表达和对结合配体的下游效应[6]。研究表明不同种属之间PPARγcDNA具有高度同源性[7]。PPARγ在多种细胞类型中表达,包括脂肪组织、免疫细胞和脑细胞。它调节葡萄糖稳态,胰岛素敏感性,脂质代谢,细胞命运,免疫反应,炎症和心血管功能[8]。由于PPARγ具有多个功能结构域且在细胞中广泛表达,因此保证了其在多种疾病中的调控作用。

2 PPARγ对AD作用机制的研究

2.1 PPARγ激活剂减轻Aβ的产生 Aβ的产生依赖于2种蛋白酶:β-分泌酶和γ-分泌酶的蛋白水解切割淀粉样蛋白前体蛋白(APP)。β-分泌酶亦称β位淀粉样蛋白前体蛋白裂解酶1(BACE1),作为切割APP生成Aβ的关键酶,在AD发生发展过程中至关重要,引发有毒Aβ的产生[9]。研究发现高水平的BACE1活性增加Aβ沉积引发体内神经变性和神经衰退[10]。动物实验证明BACE1的活性降低50%显著改善Aβ的沉积,BACE1可以调节海马的突触功能,使突触释放缺陷[11]。这些发现证实了Aβ负荷与BACE1升高之间的相关性,并且也表明,BACE1升高可增加Aβ产生和散发性AD病人中淀粉样斑块沉积。而PPARγ激活剂,可以通过抑制BACE1的表达减少Aβ的分泌[12]。

2.2 PPARγ信号的激活促进脑内Aβ的清除 一方面小胶质细胞(MG)的活化可通过释放金属基质蛋白酶来降解Aβ,但过多的MG在对Aβ起吞噬作用的同时加速了Aβ的形成[13]。PPARγ的激活配体与PPAR-γ结合后抑制信号转导和转录激活因子-1(signal transducer and activator of transcription 1,STAT-1)、核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)从而抑制活化的MG中炎症因子的释放以及主要组织相容性复合体-Ⅱ(major histo-compatibility complex, MHC-Ⅱ)分子的表达,从而减弱MG的过度活化[14]。另一方面Aβ也可以被肽链内切酶降解,最主要的有胰岛素降解酶(insulin-degrading enzyme,IDE),当 PPARγ受到配体激活后转入细胞核中,通过与IDE基因启动子区的响应元件结合从而激活IDE基因的转录活性[15]。

2.3 PPARγ激动剂抑制神经炎症 PPAR-γ在神经炎症中有重要作用,PPAR-γ在MG中表达并通过诱导MG极化进入M2样表型而介导抗炎活性[16]。此外,已知PPAR-γ通过抑制转录因子如NF-κB,STAT和AP-1来抑制促炎细胞因子、趋化因子和MMP的表达[17],从而在转录水平上抑制促炎基因的表达,其激动剂可有效地抑制中枢神经系统中MG、星形胶质细胞介导的炎症分子的产生。

2.4 PPARγ的激活可以保护神经元免受损伤 在有关神经元与胶质细胞混合培养的实验中发现PPARγ的激动剂能抑制MG诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表达和NF-κB的结合活性保护神经元[18],阻止脂多糖(LPS)诱导的神经元死亡。而且发现PPARγ激动剂处理组能够减轻学习和记忆缺陷,减少MG的激活,并防止海马和皮质神经元死亡[8]。

2.5 PPARγ与氧化应激的研究 有很多文献证实了PPARγ可以负调控机体在感染或者病体条件下的氧化应激炎症[19]。据报道PPARγ具有抗氧化功能,可以通过与以下几个抗氧化基因如HO-1、CAT、GPX-3和锰超氧化物歧化酶(MnSOD)的启动子区结合,从而使抗氧化基因转录激活达到减弱氧化应激作用[20]。

3 PPARγ基因多态性与AD的研究

PPARγ基因中最常见的功能多态性是外显子B第12位密码子CCA-to-GCA错义突变(rs1801282),导致用丙氨酸取代脯氨酸12(Pro12Ala)降低PPARγ的转录活性[21]。Pro12Ala 单核苷酸多态性(SNP)位点的Ala12等位基因频率在不同的地域和民族间差异很大,有报道Ala12等位基因频率在芬兰人群中为0.15,德国人群为0.12,意大利人群为0.082,中国人群为0.034[22]。这种变异可能导致这种多态性在不同人群中的不同遗传角色。近年来很多学者对其进行了研究,结果也不近相同。Helisalmi等[23]为538例芬兰AD病人和672例对照者分析了PPARγ基因的8个SNP位点,并进行了单个等位基因和基因型分布比较以及估计病例和对照之间的单体型频率。在研究组之间单个SNP和PPARγ基因的单体型分析中发现AD风险没有显着差异。得出结论:PPARγ基因在芬兰人群中对AD的遗传易感性中不起主要作用。Shibata N等[24]以171例AD病人、136名年龄匹配对照为研究对象,对2组PPARγ基因的rs1801282和rs3856806外显子SNP进行了基因分型比较,认为这2个SNPs不影响日本人群的AD风险。何雯等[25]对中国汉族人群的研究报告称,PPARγ2基因rs1801282位点单核苷酸Pro12Ala多态性可能与散发性AD的发病无相关性。但一项对拉丁人的研究结果表明男性Ala丙氨酸携带者可能具有较高的痴呆风险[26]。虽然大多数研究提示PPARγ基因多态性与AD的易感风险无明显相关性,但是有学者通过随访研究发现,PPARγAla12-478T基因型携带者痴呆发病年龄比非携带者显著年轻(P=0.026),表明PPARγ基因可能会改变晚发型AD发病的年龄[27]。通过对迟发型AD病人样本中基因外显子2的Pro12Ala多态性的研究发现,与对照组相比,80岁以上病人中Ala基因型比例显著偏高(P=0.034),在80岁以上人群中携带Ala等位基因的发生AD的风险增加了近2倍(OR=1.98;95%CI:1.03～3.80,P=0.04)。研究结果表明PPARγ基因可能影响80岁以上的迟发型AD的易感性[4]。具有Pro/Ala基因型的AD病人比Pro/Pro基因型的携带者提前4年发病。进一步调查发现携带Pro/Ala基因型的AD病人血浆sRAGE水平显著低于Pro/Pro基因型病人。这些发现提示功能性PPARγPro12Ala多态性可能会改变AD发病的年龄[22]。并且PPARγ基因与AD的易感基因存在基因-基因的相互作用,与AD的危险因素存在基因-环境的相互作用,使其携带者与对照组相比具有较高的AD风险[28]。

4 高原低氧环境下PPARγ与AD的相关性研究

高原具有低氧、低气压、高寒、强辐射、昼夜温差大等特点,其中高原低氧是其独特环境特点的重要分支,对人体造成了严重的生理压力[29]。随着高原医学的发展,有关研究人员经多年研究发现,高原地区人群记忆力减退的年龄相比于平原地区提前了10年,且高海拔地区老年人AD发病率与内地相比明显增高[30]。低氧参与AD发病的多种机制已经得到证实,而低氧环境下PPARγ对AD的影响仍存在争议[31]。有研究表明在小鼠脂肪3T3细胞,低氧诱导因子1α(HIF-1α)通过上调DEC1/Stra13的表达,进而抑制PPARγ2的表达,导致对BACE1的抑制作用减弱,BACE1表达升高[32]。同时在β分泌酶BACE1的基因启动子区有HIF-1α的结合位点(hypoxia-responsive element,HRE),缺氧时HIF-1转录活性增加,进而上调BACE1的基因表达。BACE1表达的上调导致Aβ沉积的增加[33]。相反的,刘晓玲等[34]发现PPARγ2在2种肿瘤细胞MCF-7(人乳腺癌细胞癌细胞系)和Hep G2(人肝癌细胞系)中是低氧诱导表达的,并且证明PPARγ2是HIF-1α的靶基因,HIF-1α正调控PPARγ2表达,抑制STAT-1、NF-κB从而抑制活化的MG中炎症因子的释放以及晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation endproducts,RAGE) 基因启动子区HIF-1和NF-κB结合位点的激活,增强内皮细胞和脑内RAGE的基因表达,从而减弱RAGE介导Aβ由外周进入脑内[35]。

5 总结与展望

总之,PPARγ广泛参与AD的病理过程,在被激动剂激活后,PPARγ作用于多种细胞和多个分子位点从而改善认知功能,这给AD的治疗提供了一个新的思路。虽然PPARγ基因多态性与AD的易感性在不同人群的研究结果不一致,究其原因,除基因多态性的分布频率有显著的地区、种族差异外,还与研究的样本量不够大有关,因此为保证结果的可靠性,要求研究样本量足够大,同时对PPARγ基因多态性与环境因素的交互作用进行分析,对有关联的多态性位点应进行深入的功能学研究。从遗传学角度进一步阐明AD发生的可能机制,研究干预PPARγ基因转录的药物,可能从基因水平为AD的一级预防、早期诊断和靶向治疗开辟新的途径。