阿尔茨海默病中的溶血磷脂酸作用机制探讨

苏裕盛

（宁德师范学院 医学院，福建 宁德 352101 ）

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是一种慢性神经退行性疾病，其病征主要表现为认知障碍和行为异常.AD 的发病率逐年增加，特别是在西方世界[1].尽管进行了持续的研究，但目前尚无AD 的治愈或治疗方法.常规疗法仅提供症状缓解，并且对疾病的自然进程影响有限.AD 的分子发病机制是多方面的，涉及神经递质水平的变化以及炎性、氧化、激素和突触途径的改变，这可能是预防和治疗的药物靶点[2].然而，近年来，旨在鉴定新的分子机制的大量努力已经增进了对疾病发病机理的理解.一种已经受到广泛考虑的机制是自分泌运动蛋白-溶血磷脂酸（ATX-LPA）轴，越来越多的证据表明，ATX-LPA 信号传导在许多细胞过程中起着至关重要的作用[3].另外，目前正在进行各种研究和临床试验，以研究ATX 抑制剂和LPA 受体拮抗剂的治疗潜力[4].ATX-LPA 信号对于胚胎发育至关重要，并促进小鼠的肿瘤形成、血管生成和实验转移[5].ATX 和LPA 在中枢神经系统中都能高度表达.近年来发现，ATX 的功能失调表达和活性以及LPA 信号的相关变化与AD 的发病机理有关[4].本文对由LPA 激活的关键介导体和信号通路加以回顾，并总结新研究在不同AD 模型中由不同LPA 受体拮抗剂调节的信号通路.

1 溶血磷脂酸(LPA)的生理病理

人脑富含脂质，脂质约占脑重的60%～70%，根据它们的功能异质性，这些脂质通常可分为两大类：作为结构成分的脂质和作为信号分子的脂质[6-7].有研究已证明，LPA 通过与G 蛋白偶联受体（LPL-GPCR）结合，参与了以AD 为特征的神经病理学标志的产生.LPA 主要通过激活同源细胞表面G 蛋白偶联受体（GPCR），并通过不同的信号转导途径刺激细胞内应答而主要充当细胞外介质.有学者研究认为，LPA 代谢的复杂且均衡的调节对于发育和成熟的神经系统至关重要[8].大多数神经退行性疾病伴随着LPL 的组成和代谢变化[9].LPA 代谢功能异常会导致Aβ 异常聚集[10]、NFT 形成[11]、神经发炎[12]，并最终导致神经元凋亡[13].已知LPA 为哺乳动物肿瘤及神经发育之重要调节因子，在体内稳态LPA 代谢的丧失可能是多种神经退行性疾发病机制原因之一，尤其是阿尔茨海默病[9].

通常已知磷脂是质膜的结构成分，但是越来越多的证据表明，膜磷脂还起着信号分子的作用，并发挥着广泛的生理反应.LPA 是1 种小的天然存在的甘油磷脂，由具有酯键连接的酰基炼和磷酸酯基团的甘油主链组成.它也通过各种溶血磷脂酶的作用而产生，包括自分泌运动因子（autotaxin，ATX）和磷脂酶A1 或A2（PLA1 和PLA2）.LPA 通过G 蛋白特异性LPA 受体（LPAR1 到LPAR6），具有广泛的细胞反应，如增殖和迁移[7]，并和许多疾病，包括纤维化、癌症、神经性疾病[14]等有关.换言之，LPA-LPA 受体轴可能在AD 的发病机理中起着重要作用.

LPA 信号传导与AD 发病过程的关系如图1 所示.

图1 LPA 信号传导与AD 发病过程的关系图[4]

溶血磷脂酸(LPA)是具有多种生物学功能的最有吸引力的磷脂介体之一，与多种人类疾病有关.在过去的10 a 中，通过一系列有关LPA 作用及其受体的研究，人们对LPA 的生理作用有了很多了解.但是，对LPA 的分子机制了解甚少.LPA 是在细胞和生物液中发生多种合成反应的各种条件下产生的[20].通过其受体充当细胞外信号分子，调节各种细胞过程，包括细胞增殖、存活、迁移、分化、重塑和细胞因子.

LPA 广泛存在于所有类型的哺乳动物组织中[14].现已知LPA 是水溶性的并且存在于大多数组织和生物流体中[15].LPA 的最高浓度存在于血清（10 μmol/L）及其他体液和组织中，包括血浆、唾液、脑脊髓液、精液、眼泪与卵泡液等[16].LPA 不是单个分子，而是1 组小分子，是最小的具有生物活性的溶血磷脂（分子量：430～480 u），来源于膜磷脂[17]，其甘油骨架被磷酸基团取代，并且在1 或2 位上有酰基链[18].在人类中，LPA 含量最高的物种是16∶0 形式，即它包含棕榈基链[14].

LPA 还通过细胞内/细胞外PLA1 或PLA2 的作用从磷脂酸（PA）中合成，并在体内水解PLA1 和PLA2 的脂肪酸链，以及甘油骨架之间的键SN1（饱和的）或SN2（不饱和的）磷脂酸中广泛表达[19].膜磷脂是LPA 生产的主要来源，通过代谢首先被转化为溶血磷脂，例如溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）、溶血磷脂酰胆碱（LPC）、溶血磷脂酰丝氨酸（LPS），然后被ATX 裂解，该途径被认为是等离子体LPA 水平的决定因素[20-21].ATX 也称为胞外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶-2(ENPP2)，是一种主要在血浆和脑脊液中发现的可溶性酶[22].LPA 生物活性的产生需要磷脂酶A2（PLA2）介导的膜PL（例如磷脂酰胆碱）的裂解.在这种情况下，除了LPL（如溶血磷脂酰胆碱（LPC））外，还生成了花生四烯酸（AA）；然后，AA 通过ATX 的双重功能外切酶充当生产LPA 的底物，而AA 进一步转化为促炎性介质.有学者提出，ATX 的异常表达和ATX-LPA 轴的功能异常可促进AD 病理学的发生和发展[22].

2 LPA 受体和细胞内信号通路

2.1 细胞信号传导中LPA 和G 蛋白偶联受体（GPCR）

LPA 是细胞膜衍生的生物活性LPL，其通过细胞表面上的7 个跨膜GPCR 起作用，以激活多个下游信号传导级联[23]，并在GPCR 介导细胞信号传导过程中起重要作用[4].LPA 通过与特定的LPAR 结合而诱导各种细胞效应，并激活下游细胞内信号传导途径，从而导致各种生理和病理生理反应[7].到现在为止，已经鉴定出6 个LPAR[24].根据不同蛋白质的同源性，它们可以被进一步分成两组，如LPA1 到LPA3 属于内皮分化Edg 基因家族，LPA4 到LPA6 属于P2Y 嘌呤基因簇[14]，包含神经网络形成和形态发生[25-26]、神经分化[27]、神经可塑性[28]和神经胶质细胞调节[12].神经元分化形成神经突，第一步需要通过神经形成的关键过程来完成.1996 年Hecht 等[29]就已发现，LPA 在胚胎大脑的神经突生长中具有控制作用，而Castilla-Ortega E 等[30]研究证实，LPAR 在神经发生和大脑发育中起作用.

LPA1/ Edg2 和LPAR2/ Edg4 受体与Gαi/ o、Gαq/ 11 和Gα12/ 13 偶联.一旦结合在一起，这些复合物就通过分子将细胞外信号转导到细胞内途径.例如，GTPases 的Ras 同源（Rho）蛋白家族磷脂酶C（PLC）、二酰基甘油（DAG）、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-蛋白激酶B（Akt）.这些受体的活化大多最终促进细胞增殖、存活和迁移[31].LPAR4 是唯一可以通过偶联Gs 来增加细胞内cAMP 积累的LPA 受体[32].LPA 通过LPA5 促进血小板的活化和聚集，增加内皮细胞中粘附分子的表达，并增强血管平滑肌细胞中组织因子的表达.LPA5 与Gαq/ 11 相互作用并增加细胞内Ca2+水平[33].LPA 6/ P2Y5 受体结合需要Gαi/o 或Gα12/13，并且诱导细胞形态学的Rho 依赖性变化[34].

2.2 LPA 及其受体与神经系统疾病

许多研究表明，遗传/生物学因素在精神疾病中有重要作用.发育缺陷被认为涉及不同的条件，如精神分裂症和双相性精神障碍[35].Tigyi 等[36]研究发现，LPA 会引起神经元细胞系中的神经突退缩、细胞变圆和生长塌陷.LPA 可能改变神经元、神经胶质细胞及其祖细胞的生理功能，因此可能会促进精神疾病的发展.这些细胞类型的LPA 效果包括存活、增殖、细胞变圆、生长锥塌陷、迁移和分化[37].LPA 浓度的测量揭示了大鼠大脑中LPA 的生物学含量[38].而且，离体小鼠胚胎脑的培养，LPA 暴露引起皮质折迭，皮质壁增厚，神经祖细胞（NPC）的终末有丝分裂/早期分化增加[39].Dottori 等[40]研究证实，高浓度的LPA 可以通过影响细胞周期或增加细胞死亡来抑制神经元分化.神经元可塑性来自突触连接的重排，需要这样的过程作为神经突起退缩和生长，这都是由LPA 信号传导调节的[27].细胞骨架重排也是长期记忆形成的关键步骤，这过程都涉及Rho-ROCK 途径的激活.Rho-ROCK 途径是受体介导的LPA 信号传导的主要终点，该信号传导途径可解释长期空间记忆中报告的LPA 相关增加[41].

2.3 神经的可塑性

LPA 是一种重要的生物活性脂质，可通过6 个特征性G 蛋白偶联受体（LPA 1-6）在细胞内信号传导中发挥作用.在这些受体中，LPA1 是介导LPA 对情绪的重要作用的强候选者，并且可能参与促进正常的情绪行为.该受体的改变可能引起对压力的脆弱性，并使个体易患精神病学疾病.实际上，缺少LPA1 的小鼠受体在海马依赖性任务中表现出情绪失调和认知改变.此外，该受体的丧失会导致低弹性的表型，响应压力的功能障碍应对，并引起焦虑以及与情绪障碍强烈相关的几种行为和神经生物学变化.但是，尽管LPA-LPA1 途径在情绪和压力应对行为中起着关键作用，但目前描述LPA-LPA1 途径调节情绪机制的可用信息尚不足.总之，Tabbai 等[42]研究认为，海马LPA 物种是压力的主要目标，可能与心理病理状况有关.此外，LPA1 的缺乏可减少皮质宽度以及脑壁厚度，从而导致大脑变小[43].这表明，LPA1 在调节神经发生相关事件中起着至关重要的作用[44].一些证据表明，LPA 介导的皮质发育和神经发生是通过调节神经祖细胞(NPCs)实现的[7].G 蛋白偶联受体(LPAR) LPA1 在人类海马前体细胞中广泛表达，LPA1 在促进成年海马神经元突触修饰中起调节作用[30].有研究指出，LPA 通过调节兴奋性和抑制性突触来调节突触强度和神经元活动[45].LPAR 基因在小鼠大脑发育的整个过程中都处于动态调节之下，以时间和空间依赖的方式调节突触可塑性[46].2019 年，Roza 等[26]也提出LPAR 调节突触可塑性的潜在机制.可见，LPA 在调节突触兴奋性中起双重调节因子的作用.此外，除了LPA 调节的功能可塑性外，还有研究显示，LPAR 在调节神经元的结构可塑性中起着至关重要的作用[26].

2.4 胶质细胞的调节

LPA 在调节神经胶质细胞活性主要有：1）LPA 介导少突胶质细胞的发育[47]；2）LPA 可以增强小胶质细胞的迁移能力，增加促炎细胞因子的分泌[48].LPA 调节小胶质细胞的活化，在调节神经炎症中起关键作用[44]；神经炎症和伴随的小胶质细胞功能障碍与AD 发病机理有关.细胞因子是I 型干扰素（IFN）家族，对神经炎症过程至关重要.有研究指出，废除I 型INF 信号改变了小胶质细胞对AD 中的Aβ1-42 反应[49]；3）星形胶质细胞会增加神经生长因子（NGF）的生成[50]，LPA 与星形胶质细胞相互作用并诱导神经元分化.LPA 通过受体介导信号通路影响绝大多数神经细胞，如神经祖细胞、初级神经元、少突胶质细胞、Schwann 细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞，与神经发生、神经迁移、轴突生成和髓鞘形成等神经发育过程密切相关.同时，LPA 与神经系统疾病的发生发展相关，LPA 受体表达失调、LPA 产生与降解失衡或LPA信号都可引起神经系统发育异常或相关疾病.例如敲除LPA1 小鼠会出现颅面异常、坐骨神经Schwann 细胞凋亡增加，以及嗅觉缺乏、认知功能改变和精神分裂症等.此外，神经痛也与LPAR1 有关.[51]

3 AD 的发病机制

AD 发病机制的主流理论淀粉样蛋白假说认为，Aβ 积累的主要病理过程是脑内β 和γ-分泌酶连续切割APP 产生的，驱动了Aβ 产生和Aβ 清除之间的不平衡.NFT 的形成以及随后可能由炎症介导的神经元功能障碍和神经退行性变被认为是下游过程[52－53].尽管Aβ 的积累对于AD 的诊断是必要的，但事实是相当一部分老年人死亡，并有明显的β-淀粉样蛋白沉积而无症状，这不足以解决AD 痴呆症.无症状性淀粉样变性患者的Aβ 可溶性低聚物斑块比可能比AD 痴呆患者低，斑块可以作为保护性储库的概念[54].Tau 蛋白显然是导致AD 的至关重要的部分，这一点已得到AD 对Aβ 和tau 病理学诊断，以及神经退行性变和tau 负荷之间是紧密联系的证明.然而，尽管tau 基因突变导致tau 积累和额颞叶痴呆谱内的各种神经变性痴呆[55]，但与Aβ 基因突变不同，仅tau 蛋白突变不会引起AD[53].尽管有大量数据表明，Aβ是AD 的tau 病理学的上游，但一些健康的老年个体显示出无Aβ 的tau 病理学证据，这可能是正常衰老过程的一部分，或反映了非AD 神经退行性途径[56].

AD 的临床特征是进行性痴呆伴有细胞内NFT 的异常病理性沉积和细胞外Aβ 肽的聚集.Sun 等[57]研究发现，氧化低密度脂蛋白（oxLDL）可通过调节Aβ 的产生来促进AD 病理.而Frisardi 等[58]研究认为，LPA 会破坏血脑屏障的正常功能并导致AD 相关的细胞功能障碍.AD 的最近病因学研究集中于参与神经元变性的血管因子[59].Shi 等[10]研究认为，LPA 会在Aβ 产生中起作用，LPA 可通过利用CRE 位点的BACE1启动子显著上调CREB（cAMP 反应组件结合蛋白）的结合活性.换言之，CREB 介导的β-分泌酶（BACE1）的表达，PLA 诱导的BACE1 启动子激活是由PKCδ-MEK-MAPK-p90RSK-CREB 信号级联介导的.除了Aβ 外，tau 过度磷酸化会导致过多的NFT 沉积，这也是为何磷酸化tau 蛋白在形成细胞内NFT 中的功能被认为是AD 病理学中的关键因子之一的原因，tau 蛋白在微管组装以及维持轴突稳态中起着至关重要的作用[60].

3.1 AD 与星形胶质细胞

AD 的另一个重要病理特征是神经胶质细胞的激活，特别是CNS 中星形胶质细胞和小胶质细胞的激活[61].星形胶质细胞是神经胶质细胞的一种，在神经传递、钙稳态、突触的形成、成熟和消除中起着关键的调节作用.有AD 动物模型研究发现，星形胶质萎缩会引起进行性认知退化[62].星形胶质细胞还被证明可以为神经元提供营养和营养支持，星形胶质萎缩和反应性星形胶质增生，与AD 中星形胶质细胞的病理反应密切相关[42].星形胶质细胞正常履行神经营养作用，但在AD 中转化为A1 型反应性星形胶质细胞，可能通过未知机制破坏神经元.研究发现，AD 患者的星形胶质细胞源性外泌体（ADEs）标准化水平的IL-6，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和IL-1β 显著高于对照组，可能在AD 炎性晚期损害神经元[63].

3.2 AD 与小胶质细胞

神经炎症是AD 的1 个突出特征，这可以通过反应性小胶质细胞的数量来证明[53].小胶质细胞在1个世纪前首次被认为是中枢神经系统中独特的细胞群.长期以来，它们主要被认为是吞噬细胞，负责在中枢神经系统发育和疾病过程中清除碎片[64].小胶质细胞是存在于中枢神经系统中的一群免疫细胞，其功能是维持大脑内环境的稳定和神经回路的可塑性[65]，是中枢神经系统的常驻巨噬细胞，参与其发育、体内稳态以及对感染和损伤的反应[66].尽管小胶质细胞的组织学变化早已被认为是AD 的病理特征，但最近的基因关联研究也已将小胶质细胞与疾病的病因密切相关.有证据表明，小胶质细胞是AD 发病机制中的促进因素而不是相关特征[67].在不同的刺激下，小胶质细胞通常被激活为两个极化状态，分别称为经典的“ M1”表型和替代的“M2”表型.M1 小胶质细胞被认为可促进AD 的炎症性损伤.相反，M2 小胶质细胞发挥神经保护作用.M1 小胶质细胞过度激活和M2 小胶质细胞功能障碍形式的小胶质细胞极化失衡，明显促进了AD 的发展.此外，越来越多的研究表明，小胶质细胞从M1 型转变为M2 型，可以有效缓解AD 的病理损伤[68].小胶质细胞中表达的几个基因的编码和非编码多态性，包括APOE、TREM2、CD33、GRN 和IL1RAP 改变了AD 风险，因此可被视为治疗干预的切入点.此外，小胶质细胞可能对当前的Aβ和tau 免疫疗法产生实质性影响[69].几项研究提出了1 种可能的小胶质细胞活化机制，该机制是通过PRR与有毒的Aβ 低聚物和原纤维相互作用而引发的，例如NLRP3、NLRP1、CD36、CD14、TLR2、RAGE，从而诱导iNOS 等促炎性介质的释放，TNF-α、IL-1β 和IL-6 以及细胞粘附标志物CD11b 和CD68 的表达升高[44].LPLs 是一类活性中间体的集群,LPA 已经被确认为在其中扮演着重要的角色，其典型的信号脂质调节回路的功能障碍已被证实参与了一系列的病理过程，尤其是神经退行性变.在此，该报导证明了LPA 和调节AD 相关病理的可能机制[44].

4 结论

LPA 是皮层发育和神经发生的关键调节剂.具有ATX 突变（调节LPA 生物合成的关键外部酶）的胚胎无法实现颅神经管闭合.在这方面，使用神经标记基因的表达分析已证明，ATX 突变体胚胎的延髓前脑的侧向扩张减少和中脑-后脑边界受损[61].由于LPAR 基因在小鼠大脑和海马初级神经元的各个发育阶段，以时间和空间依赖性的方式动态调节，因此在皮质发育的调节中也需要LPAR[46].大脑包含各种形式的脂质，这些脂质对于维持其结构完整性和调节各种信号级联至关重要.ATX 是一种外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶2 酶（NPP），最初是作为自分泌运动刺激因子从黑素瘤细胞的条件培养基中分离出来的，可将细胞外溶血磷脂水解为LPA，在胚胎发育的过程中扮演着重要的角色，大部分合成的LPA 通过分泌的酶ATX 的作用而衍生自膜磷脂.ATX 存在于各种生物体液中，例如脑脊液和精液.ATX 和LPA 在中枢神经系统中都高度表达.ATX 的功能失调表达和活性以及LPA 信号的相关变化最近与AD 的发病机理有关[4].

LPA 是第二代脂质介体，与其关联的G 蛋白偶联受体结合，通过它发挥许多生物学功能，包括影响细胞运动性和增殖刺激活性.LPA 的某些生物学作用可以由ATX 介导.但是，还有其他独立于ATX 的LPA产生途径.ATX 的生理和病理功能的越来越多的证据，强烈支持ATX 是重要的治疗靶点[21].活化的小胶质细胞（如巨噬细胞中的）是异质的，可以极化为M1（促炎性）和M2（消炎性）功能性表型.前者精心设计的促炎介质会促进神经炎症和神经元损伤.相反，后者产生抑制神经炎症并促进神经元愈合的抗炎介质和神经营养蛋白.一致地，从M1 到M2 表型的小胶质细胞极化的调节似乎是NDs 治疗的一种出色的治疗和预防方法.尽管目前使用非甾体抗炎药（NSAID）来减轻与ND 发生有关的M1 小胶质细胞相关的神经炎症，但这些药物具有不同程度的不良反应，并且疗效有限.作为新颖的结构，多靶点、高效和低毒性的优点，天然产物作为小胶质细胞极化的调节剂已经引起了NDs 治疗领域的广泛关注[70].未来，若可以通过靶向LPA 途径改变小胶质细胞的极化状态来开发新型药，将极有益于罹患AD 的患者.