β淀粉样蛋白清除的研究进展

杜娟 黄昶荃 何馥倩

(1川北医学院老年医学，四川 南充 637000；2绵阳市第三人民医院·四川精神卫生中心老年医学科；3绵阳市老年学学会；4四川大学华西医老年医学科)

阿尔茨海默病(AD)是常见的痴呆形式，占老年痴呆病人的60%～80%〔1〕，主要表现为进行性记忆力和认知功能下降，死亡常常发生在诊断后几年内，AD的不可逆神经元功能障碍和致残将会造成巨大的社会经济负担，将成为全球最大的公共卫生挑战之一，迫切需要新的治疗方法。针对β淀粉样蛋白(Aβ)产生，聚集或其从脑中清除已成为预防或治疗AD的活跃研究领域。Aβ是由淀粉样前体蛋白(APP)代谢产生，APP可被α-分泌酶的神经外蛋白酶切割，产生可溶性细胞外片段(sAPPα)，被β-分泌酶(BACE1)切割，产生可溶性细胞外片段(sAPP+)和细胞膜结合片段(C99)，细胞膜结合片段在细胞内被γ-分泌酶裂解，释放淀粉样蛋白细胞内结构域和Aβ，Aβ聚集形成寡聚体，原纤维和斑块。在AD中，Aβ浓度的变化出现在脑脊液(CSF)中，依次是脑Aβ积聚，CSF增加，海马和灰质体积减少，葡萄糖代谢减少，记忆障碍和痴呆〔2,3〕。Aβ不仅在脑细胞中表达，也在神经元，星形胶质细胞和小胶质细胞中表达，还在外周器官和组织，例如肝肾胰脾等脏器及各种血液和内皮细胞中表达。本文对近年有关Aβ清除及针对该机制的治疗策略进展进行综述。

1 细胞的清除作用

1.1神经胶质细胞 神经胶质细胞通过产生脑啡肽酶，胰岛素降解酶、内皮素转换酶等切割水解Aβ，释放细胞外伴侣蛋白〔载脂蛋白(Apo)，α2巨球蛋白和α1-抗胰凝乳蛋白酶〕，参与单独清除Aβ并促进其与进入血液循环的受体或(和)转运蛋白结合，可促进大部分生理性Aβ清除。小胶质细胞可通过摄取或吞噬作用来清除Aβ，并且能够在斑块中捕获较大的Aβ沉积物，从而最大限度地减少对邻近神经的损伤。可溶性Aβ可以通过液相胞饮作用及小胶质细胞上的自分泌三磷酸腺苷结合盒转运蛋白(ABC)1信号刺激G蛋白藕联受体(P2Y)4和磷脂酰肌醇3激酶(PI3k)或丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(Akt)级联来诱导其细胞自我摄取〔4〕。星形胶质细胞可以通过肌动蛋白调节来内吞单体和寡聚Aβ，此外，有证据表明星形胶质细胞能够吞噬含有Aβ的神经元。通过研究证实M2c型小胶质细胞免疫反应分泌的白细胞介素可辅助Aβ细胞合成免疫球蛋白(Ig)G1、IgG3及IgE等抗体，同时清除细胞外Aβ沉积，且对周围其他脑组织和神经细胞不造成伤害〔5〕。小胶质细胞可被Aβ激活，导致炎性细胞因子的分泌，可损害神经元并引起毒性，因此，小胶质细胞激活对疾病进展有益或有害不能定论。低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)1是一种多配体单一跨膜受体，已被证明可调节脑Aβ代谢，而其拮抗剂，受体相关蛋白(RAP)显著抑制星形胶质细胞的Aβ降解，LRP1调节星形胶质细胞中Aβ的摄取和降解，星形胶质细胞中低密度脂蛋白受体相关蛋白的缺失减少了Aβ的清除，并增加了小鼠脑中可溶性Aβ和不溶性Aβ的水平〔6〕。虽然需要进一步研究，但星形胶质细胞中的LRP1可能在清除可溶性和不溶性Aβ中起关键作用。

1.2间充质干细胞(MSC)衍生的周细胞 周细胞是神经血管单元中具有多种功能的关键组分，在AD患者中已经证实微血管上的周细胞覆盖减少，一些实验证明周细胞植入减少了海马中的Aβ沉积，周细胞可通过多种途径直接或间接地促成Aβ清除。MSC移植可增加Aβ降解并激活小胶质细胞，从而改善小鼠模型中的Aβ病理学，离体和体外实验表明C3H/10T1/2细胞衍生的周细胞可能通过吞噬作用促成Aβ清除。C3H/10T1/2细胞衍生的周细胞能有效地从小鼠脑切片中去除Aβ沉积，但在没有LRP1的情况下功能减弱。MSC衍生的周细胞具有通过吞噬作用或蛋白酶介导的降解消除脑Aβ的能力〔7〕。因此，移植的MSC可能通过分化成血管壁细胞谱系来促进Aβ清除。周细胞和平滑肌细胞可通过LRP1介导内化Aβ，他们还能把Aβ从脑组织转运至脑血管，但是当内化作用达到饱和时，随着疾病的发展，Aβ沉积于大脑血管壁，也可能造成脑血管功能退化和淀粉样脑血管病的发展。因此，通过周细胞移植的基于细胞的疗法可能是预防或治疗AD的有希望的方法。

1.3外周和单核细胞 研究证明输入源自外周人脐带血的单核细胞降低了Aβ负荷，改善了AD46小鼠模型中的认知缺陷，这意味着外周单核吞噬细胞在Aβ清除中具有重要作用〔8〕。由于单核细胞对Aβ的吞噬作用增强了Aβ清除率并减弱了AD的发病机制，因此，促进外周血单核细胞的吞噬功能或促进外周巨噬细胞向脑中的转运可能会改善大脑中的Aβ清除。

2 靶向清除Aβ

2.1抗β免疫疗法 近年来，许多针对Aβ候选药物已进入临床试验阶段;然而，由于安全问题或缺乏疗效，大多数都失败了,主动免疫包括可引发针对Aβ免疫应答的Aβ抗原,过去10余年来研究了包括AN-1792疫苗，Vanutide(与灭活的白喉毒素载体连接的多个短Aβ片段的缀合物)等方法，均因药物副反应及无明显临床效果已停止研究，目前只有一种活性抗Aβ疫苗CAD106正在进行一项5年，双盲，安慰剂对照Ⅱ/Ⅲ期研究,该研究预计将于2024年5月完成〔9〕。

2.2单克隆抗体 Solanezumab是一种人源化单克隆抗体，可识别Aβ的中间区域并结合肽的可溶性单体形式，可逆转记忆缺陷而不影响脑淀粉样蛋白斑，提高了靶向可溶性Aβ44的可能性。2017年6月，Solanezumab的静脉注射剂量从400 mg增加到1 600 mg，每4 w一次，研究持续时间为4～5年，该试验预计将于2022年完成。Gantenerumab是一种完全人重组单克隆IgG1抗体，可与Aβ的氨基末端和中心区域结合，Gantenerumab也正在DIAN-TU Ⅱ/Ⅲ期试验中进行研究。Crenezumab是一种人源化抗Aβ单克隆IgG4抗体，可与多种Aβ结合，对聚集的Aβ的寡聚体具有特别的亲和力。Crenezumab正在一项双盲，安慰剂对照研究(API ADAD)中作为预防性治疗进行测试，该试验应于2022年3月完成。Aducanumab是重组人IgG1抗体，其与可溶性Aβ聚集体和不溶性原纤维结合，选择性比单体高10 000倍。它能识别Aβ序列的氨基末端残基，两项为期18个月，双盲，安慰剂对照的III期研究(ENGAGE和EMERGE)，预计将于2022年12月完成〔10〕。

2.3β及γ-分泌酶抑制剂 β-分泌酶抑制剂介导的APP裂解是产生Aβ的第一步，β-分泌酶抑制剂代表上游对Aβ级联的干扰，影响神经系统内外的许多生理基质和功能。目前很少有β-分泌酶抑制剂处于Ⅲ期临床开发阶段，有几种因人类毒性而被遗弃。Verubecestat是一种口服β-分泌酶抑制剂，对β-分泌酶抑制剂显示出纳亲和力，但因为无确切效果该试验已经提前终止。Lanabecestat是一种口服、长效β-分泌酶抑制剂，目前已停产。Elenbecestat是一种β-分泌酶抑制剂，已被证明可降低大鼠，豚鼠和非人类灵长类动物的脑和脑脊液中的Aβ浓度，目前在研究中，预计完成在2021年3月。Atabecestat是一种非选择性口服β-分泌酶抑制剂，剂量依赖性地降低大鼠和猴子的脑脊液Aβ水平，一项类似的5年，双盲，安慰剂对照，Ⅱ/Ⅲ期研究，研究人员招募了2 000名年龄60～75岁的认知健康，纯合或杂合的ApoE4携带者，将以每天15 mg和50 mg的剂量进行测试，该研究应于2024年8月完成〔11〕。γ-分泌酶的活性由早老素(PS)、Aph1、Pen2和 Nicastrin蛋白(NCT)组成的多蛋白复合体介导，它的亚基被认为是调节Aβ产生及清除的潜在治疗剂〔11,12〕。

2.4炎症小体 大脑中炎症对神经元可产生直接和间接影响，直接作用是免疫细胞参与的神经毒性活动，例如消化酶的产生及健康神经元的吞噬作用。间接作用是由星形胶质细胞和小胶质细胞引起的，这些星形胶质细胞和小胶质细胞通过细胞内和细胞外环境的作用导致神经元死亡，目前研究支持慢性炎症可加速淀粉样蛋白沉积和记忆缺陷，目前已发现NOD样受体热蛋白结构域(NLRP)3和NLRP1炎性体在AD动物模型中的病原性神经炎症中是不可或缺的。炎症小体是非常有前途的新型药理学靶点，是值得进一步研究AD的有效治疗方法〔13〕。

2.5纳米颗粒 目前，成功开发了一种多功能的基于肽聚合物的纳米扫描仪(M3)，能通过被动或主动机制穿透血脑屏障，通过水解裂解或氧化调节Aβ聚集而表现出对AD的潜在治疗活性。体外和体内实验的结果证实了纳米扫描仪对Aβ清除率的高效率。在Aβ处理的细胞中，纳米受体使细胞活力增加，在用纳米受体处理的AD转基因小鼠的脑中，不溶性和可溶性Aβ均降低〔14〕。纳米黏附剂具有临床实用性并为Aβ的清除提供有效的治疗系统，这个研究结果支持这种新的多功能肽聚合物纳米污染物作为治疗AD的有希望的治疗剂的潜力，为治疗应用开辟了新的途径。

2.6金属螯合剂 金属螯合剂已被提议作为AD的潜在治疗剂，它们可以通过从金属-Aβ聚集体中捕获金属离子来抑制或解聚金属诱导的Aβ聚集，Aβ含有金属结合位点，可以与几种金属离子相互作用以影响Aβ聚集和毒性。由于His残基的咪唑侧链与Pt(Ⅱ)的天然亲和力，铂络合物可通过与His残基配位占据Aβ的金属结合位点来调节Aβ聚集及其毒性，此外，金属复合物还可以拯救小鼠海马切片中Aβ诱导的突触毒性〔15〕。用于AD治疗的Aβ靶向金属复合物治疗是一种新兴的策略，目前已经开发了一些金属配合物作为抗击AD的潜在治疗剂，但仍存在一些挑战，例如较差的血脑屏障渗透性，体内毒性及不明的药代动力学和药效学特征。

3 血脑屏障清除Aβ

血脑屏障是由脑微血管内皮细胞(BMECs)、周细胞、星形胶质细胞的终足及基底膜构成〔16〕。是脑组织与血液之间将中枢神经系统与外周隔离的物理性屏障,具有限制分子跨血脑屏障转运及维持中枢神经系统稳态的重要作用。

3.1晚期糖基化终末产物受体(RAGE) 介导Aβ流出的主要ABC是ABCA1，位于脑内皮的近腔侧，它直接将Aβ输出到血液循环中，以ApoE依赖性方式介导Aβ清除，游离Aβ可以通过RAGE转运，可溶性转运蛋白(如可溶形式的RAGE，抗Aβ IgG，血清淀粉样蛋白P成分(SAP)，可溶形式的LRP，结合血浆Aβ并抑制RAGE的结合，从而阻止Aβ进入间质，阻断Aβ清除。Aβ清除受转运蛋白表达和活性配体亲和力的影响。首先，血液流出转运蛋白LRP1123和ABCB1147的表达降低，而血液流入转运蛋白RAGE的表达上调。第二，阿尔茨海默病中的氧化变化与可溶形式的LRP的变化相关，降低其对Aβ的亲和力，可能促进Aβ流入可溶性转运蛋白的间质〔17〕。血脑屏障提供了大的表面积，并且已被证明是去除脑可溶性转运蛋白的重要介质。

3.2LRP1 是低密度脂蛋白受体家族的成员，在全身多个器官遍布及表达，高度集中在肝、肺和脑中，LRP1通过小胶质细胞，神经元和星形胶质细胞介导Aβ清除。细胞膜结合的LRP1，集中在近腔内侧有助于转胞吞作用。在肝脏中，可溶性-LRP1(sLRP1)合成并分泌到外周循环中。sLRP1结合的Aβ在正常人中可以隔离70%～90%的血浆Aβ，使Aβ的全身浓度保持足够低，从而驱动跨越血脑屏障的Aβ转胞吞作用〔18〕。都被认为在脑的Aβ流出中起关键作用，两种蛋白质在功能上相互连接，通过内皮细胞介导Aβ的协同转胞吞作用。研究发现胰岛淀粉样多肽可通过诱导受体LRP1亚细胞易位到血脑屏障内皮的质膜诱导Aβ通过胰岛淀粉样多肽受体进行血液清除〔19〕。周细胞位于血脑屏障的近腔侧，覆盖其周长约25%。周细胞表达受体LRP1和ABCB1，它们都显示在Aβ清除中起作用〔20〕。作为神经血管单元(NVU)的一部分，周细胞对于血脑屏障的发育和稳定性至关重要，并通过控制细胞收缩/松弛来调节通过毛细血管的血流。

3.3脉络丛(CP)清除Aβ CP是由大脑四个脑室内的毛细血管和立方上皮细胞组成的网络。上皮细胞产生CSF并主动过滤血液和血浆。重金属积累和毒性是AD发病机制和破坏Aβ清除机制的主要变量，活性氧(ROS)水平，胰岛素抵抗受损和胆固醇酯升高在血脑屏障功能障碍中起重要作用。ROS介导的基质金属蛋白酶(MMP)-2和MMP9的活化已经证明了基底膜蛋白的降解和随后的血脑屏障完整性的丧失。此外，ROS诱导的紧密连接蛋白的磷酸化通过蛋白酪氨酸激酶(PTK)的上调(蛋白酪氨酸磷酸酶减少)引发渗漏的血脑屏障〔21〕。

3.4CSF吸收清除 Aβ在循环的CSF中可被蛛网膜颗粒及血脑屏障吸收进入血循环，也可通过血管周围间隙或神经周围间隙(包括脑膜淋巴管)进入淋巴系统。磷脂酰肌醇结合网格蛋白装配(PICLAM)蛋白由PICLAM基因编码，参与膜受体的内化和内吞作用〔22〕。它在脑毛细血管内皮中大量表达，并且已经显示出影响Aβ代谢和通过血脑屏障的转运。

4 外周清除途径

研究表明，中枢和外周途径可以相互作用并协同清除脑中的Aβ，大约60%的脑Aβ运输到外周清除。几种外周组织或器官参与Aβ分解代谢并构成潜在的Aβ清除途径，包括单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞及肝细胞的摄取、吞噬、内吞作用，或通过胆汁或尿液排泄，由Aβ结合蛋白和细胞介导的血液清除，如红细胞，白蛋白，抗凝血酶Ⅲ和脂蛋白(包括载脂蛋白E和载脂蛋白J)。肝脏介导Aβ外周清除是维持Aβ稳态所必需的，循环中的Aβ主要通过肝细胞降解或胆汁直接排泄来清除，肝脏也可能通过调节白蛋白水平和Aβ相关脂质代谢间接影响Aβ清除，LRP1介导的肝脏Aβ摄取的治疗减轻了大脑中Aβ的负担和认知障碍。因此，改善肝脏的Aβ清除能力是AD的潜在全身治疗方法。肾功能不全可溶性Aβ是人尿的正常成分。动物实验表明，在颅内或静脉内输注125I标记的Aβ后，随后在肾脏和尿液中检测到放射性，这些发现表明肾脏可能通过将Aβ从血液过滤到尿液而参与Aβ的生理清除，相反，肾功能不全可能导致外周Aβ清除受损。此外，人肾捐献者肾小球滤过率降低并且Aβ的循环水平增加，这表明与单个肾相关的肾功能储备的减少也减弱了外周Aβ清除率。肾功能不全会增加认知障碍和痴呆症的风险，这种关联可能涉及AD途径。因此,肾移植可降低血浆Aβ水平，血液透析可缓解慢性肾脏病患者脑内Aβ沉积〔22〕。这些观察结果表明肾功能的改善是AD预防和治疗的有希望的方法。血浆白蛋白交换既可改善认知，又可降低AD患者的Aβ负担，腹膜透析可降低人体血液Aβ水平，并减弱AD小鼠模型中的病理学;接受血液透析的患者表现出脑内Aβ沉积减少。因此，主动去除过量的外周Aβ是特别有前景的治疗策略。

5 脑膜淋巴管

脑膜淋巴管可能是Aβ清除的新途径。例如，在衰老的哺乳动物中，脑膜淋巴的功能受损,可导致脑实质中毒性Aβ的加速积聚，加重AD相关病理〔16〕。脑实质没有自己的淋巴系统，主要依赖于血管(glymphatic)途径和最近发现的脑膜淋巴管去除代谢废物和毒性代谢物，两种排泄途径都通过CSF代谢废物，“glymphatic”系统代表全脑实质内的实质途径，其通过间质液-CSF交换介导脑代谢物的清除。发表在Nature上，弗吉尼亚大学的Kipnis小组通过注射能够选择性破坏淋巴管内皮细胞的光动力药物，在药理学上消除了小鼠的脑膜淋巴管，包括手术破坏淋巴引流至深颈部淋巴结，使用遗传改变/受损淋巴管的工程小鼠及利用多种示踪剂评估引流。在缺乏脑膜淋巴管的小鼠中，鞘内和实质内注射荧光示踪剂未能到达深颈部淋巴结。正常脑膜淋巴引流的中断损害了CSF和间质溶质的淋巴交换，表明间质液-CSF交换和CSF淋巴引流的过程之间存在功能联系。在AD的转基因小鼠模型中，作者观察到淋巴引流受损促使大脑和脑膜中的Aβ沉积达到与人类病理相似的程度，年轻成年小鼠导致CSF脑灌注受损和伴随的神经认知缺陷。特别是老年小鼠的脑膜淋巴功能降低，作者假设这可能导致年龄相关的认知能力下降。最后，用血管内皮生长因子C治疗老年小鼠增强了脑膜淋巴引流和CSF-大脑间质液清除，改善脑灌注和认知表现。调节脑膜淋巴管代表了一种有前景的新型治疗途径，未来的研究对于确定其在神经认知疾病和脑蛋白病中的作用至关重要〔23〕。

6 小结与展望

目前AD尚无有效的治疗方式，胆碱酯酶抑制剂和N-甲基-D-天冬氨酸拮抗剂的药物主要作用为改善记忆和警觉性，而不改变AD的预期寿命和总体进展。多年来已经进行了大量的努力来了解AD的发病机制并开发有效的抗AD的策略，Aβ级联假说仍然是AD病因学中最广泛接受的解释。目前尽管一些Aβ靶向治疗及外周、脑膜淋巴管代谢等方式正作为抗AD进行研究，但它们仍处于发展的早期阶段，并且在临床试验之前还有很长的路要走，仍存在一些挑战，目前AD患者Aβ清除缺陷的机制尚不完全清楚，有待进一步研究。