1、淀粉样多肽细胞毒性作用的研究进展淀粉样多肽细胞毒性作用的研究进展【关键词】 淀粉样多肽;阿尔茨海默病;炎症;细胞凋亡阿尔茨海默病(AD)是一种中枢神经系统原发性、退变性疾病，是老年性痴呆中最多见的类型，临床表现为进行性痴呆，经历、明白得、判定等认知功能障碍，严峻阻碍着老年人的生存质量。AD不管是家族性的，仍是散发性的，目前为止对其发病机制尚不清楚。1 淀粉样多肽的生物学作用AD病理学特点是：与学习、经历相关的大脑皮层中显现老年斑(SP)、神经纤维缠结及神经元的缺失。淀粉样蛋白(A)积聚形成的丝状沉淀是SP的重要组成成份1，2，在 AD 的发病中起着相当重要的作用。 A的生成和代谢 A是由前体蛋
2、白(APP)通过蛋白酶解途径裂解成长度为3943个氨基酸的片段，APP基因位于第21号染色体上。APP是一个 110135 kD 的跨膜蛋白,其细胞外侧 N 结尾很长，细胞内C结尾那么很短,两个N 糖基化位点位于细胞膜外。APP 至少有3种蛋白酶解途径3，4:分泌途径。在分泌酶的作用下,水解 A 的 lys16 leu17 位肽键,生成的两个片段均不沉积,称为非淀粉样肽源性途径或结构性分泌,这是 APP 加工的要紧途径;分泌途径。指在分泌酶的作用下，APP 的第 671 和 672 残基间的肽键断裂,它产生 A 的N 端;分泌途径。分泌酶切割 A3944 之间的肽键,生成完整的 A。在某些病理
3、条件下,如 APP基因突变，APP 要紧经和分泌途径,产生过量的A,致使AD发病。A由3943个氨基酸残基组成,分子量在4 kD 左右。A的 2/3 左右的序列位于 APP 的 N 结尾,1/3 左右的序列位于 APP 的跨膜结构域。A 在 N 端被修饰,改变其表面电荷增强了疏水性,形成丝状沉淀，增进 A 聚集和神经毒性的产生。另外，家族遗传性AD与3个不同的基因突变相关5，6：APP基因、早老素 (presenilin，PS)基因1及PS基因2，细胞培育结果显示上述基因突变蛋白产物加速丝状A的生成。 A的生物学特性 A 在正常老年人脑组织中也存在,是机体细胞如神经细胞和胶质细胞正常代谢的产物
4、,Savory等7，8研究说明可溶性A单体是一种天然的抗氧化剂，能够爱惜脑细胞，抑制氧化应激;A在水溶液中以螺旋、随机螺旋和片层结构三种形式混合存在。其中片层结构可增进 A单体聚集，形成淀粉斑块;片层结构形成抑制物能够抑制A的聚集并分解A聚合物，从而阻止 A对培育神经元的毒性作用。片层结构的生成数量具有温度、时刻和浓度依托性，温度升高、放置时刻延长和A浓度增加均能够增进片层结构形成。在环境溶液的pH值为47时，片层结构最易生成。另外，溶液中的螺旋在必然条件下也能够形成片层结构。某些金属离子，如 Zn2+，能够加速 A聚集和沉积。当 APP 基因发生突变或环境因素、代谢因素作用，引发A表达增加，
5、在杏仁核、海马及新皮质等部位的浓度增高，作历时刻延长，和局部体液异样，从而致使片层结构生成，增进 A聚集，沉积在这些区域。2 A的毒性作用 A与氧化应激及一氧化氮 在AD的形成的进程中,氧化应激起着超级重要的作用。在脑内,自由基的产生和排除的速度维持着一种动态平稳,当A堆积时,这种平稳被打破。A能够看做是氧化应激与AD脑细胞死亡之间的偶联分子。A通过量种途径诱导氧化应激。Stadelmann等9研究报导A损伤了线粒体氧化还原活性，增加了活性氧(ROS)的堆积。抗氧化剂能够抑制A介导的氧化应激反映10。A本身可作为氧自由基供体，产生ROS，这些产物可破坏细胞膜，促使脂质过氧化，损伤膜蛋白。A还可
6、通过与特异的受体结合激活小胶质细胞释放炎症因子，同时诱发小胶质细胞产生自由基，加重氧化应激。Vodovotz和Hashimoto等11，12研究说明一氧化氮合酶(NOS)合成的一氧化氮(NO)参与AD的发病进程。丝状的A沉淀与AD患者脑内神经元的缺失关系紧密，病理学和生物化学研究证明丝状的A诱导产生的NOS具有神经毒性。在AD患者脑内的神经元纤维缠结中含有诱导型NOS。NOS抑制剂能够阻止家族性AD PS1基因的突变11，13。从而推测，ROS与NO可能是A诱导神经元细胞死亡的重要介导物质。可是ROS和(或)NO的靶分子尚未明确。 A与ASK1 JNK信号转导系统及内质网应激 ASK1 JNK
7、信号转导系统是一个重要的凋亡信号转导途径。Kadowaki等14研究发觉等以丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶途径(mammalian mitogen activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)为特点的细胞凋亡信号转导激酶1(ASK1) 途径包括IRE1 TRAF2 ASK1级联反映最终激活了内质网应激途径的激酶(c Jun NH2 terminal kinase;JNK)。Nishitoh等15研究说明，ASK1基因敲除小鼠能够抗击内质网应激引发的细胞死亡。A激活JNK，引发c Jun磷酸化16，17。A介导的神经细胞死亡可被显性负相突变c Jun的
8、表达、JNK抑制剂、c Jun 或 JNK靶向断裂所抑制1618。可是A激活JNK的机制尚不清楚。Imaizumi等19研究发觉，内质网腔内未折叠蛋白的堆积诱导的内质网应激参与AD患者神经元细胞的退行性变。内质网应激是AD的发病缘故之一，ASK1是内质网应激介导细胞死亡的关键分子，Nakagawa等20报导A通过内质网应激激活ASK1 JNK途径，引发细胞死亡。综上所述，ASK1或许会成为医治和预防AD的靶分子。 A与炎症 A通过慢性免疫炎症应答对神经元细胞产生直接和间接的毒性作用。SP内含有补体、急性期蛋白、激活的小神经胶质细胞等炎性标记物。小胶质细胞和星形细胞都可被丝状或可溶性A激活,激活
9、的小胶质细胞能够分泌多种细胞因子,如白细胞介素(IL) 1，IL 六、肿瘤坏死因子 (TNF )，还能够分泌多种蛋白如2巨球蛋白，致使神经细胞损伤。正常神经元细胞A的清除维持在一个动态的平稳中，可是细胞如何通过胞饮或吞噬作用对A清除的分子学机制并非清楚。最近直接针对A的免疫医治为医治AD提供了一条有利的新思路。在AD的动物模型实验中，A疫苗能够抑制A斑的形成，阻止认知能力的衰退。CD14是一个由小神经胶质细胞表达的、分子量为55 kD的糖基磷脂酰肌醇 髓细胞样醣蛋白。CD14要紧功能是通过胞饮作用清除细菌细胞壁的脂多糖成份。研究发觉CD14在A42激活小神经胶质细胞进程中起重要作用。CD14参
10、与细胞吞噬细菌及病原体成份细胞炎症反映，同时也在脑细胞清除A进程中很关键21。脂多糖受体CD14干扰A纤维沉积，增进神经胶质细胞对A纤维的吞噬清除作用。对CD14分子的研究为说明AD临床医治提供了一个专门好的前景。 A与钾离子通道 K+通道是一个大的家族，它们参与细胞的增殖和凋亡的调控。在肿瘤细胞，生长因子通过激活K+通道，增加K+通道活性，增进肿瘤细胞的增殖。在表达原癌基因ras的细胞中， Ca2+灵敏性K+通道是通过细胞内Ca2+浓度的转变反复激活，致使细胞膜电位不稳固22。研究说明K+通道阻断剂抑制细胞的增殖，K+通道的激活对细胞周期G1期的阻碍超级关键，K+通道开放时K+外流，细胞内K
11、+浓度降低增进细胞的凋亡23。Colom等24研究证明K+通道激活增进细胞凋亡;反之，细胞外K+浓度升高，抑制K+通道开放，阻止细胞凋亡。K+和Cl 是细胞中与凋亡相关的重要离子，细胞膜上的K+通道开放，细胞膜去极化，增加了膜对Cl 的通透性，Cl 外流到细胞外间隙，致使细胞内渗透性失水，细胞容积减小，引发凋亡。研究说明，A25 35(20 m)和A1 42(20 m)增进神经元细胞K+外流，引发细胞凋亡;反之，利用K+通道阻滞剂四乙铵(tetraethylammonium,TEA)抑制K+外流，将会阻止细胞凋亡25。 A与胆碱能神经系统的损伤 中枢神经系统中的胆碱能神经元及其突触与大脑的学习
12、经历功能紧密相关。AD患者大脑病理特点之一是大脑基底部胆碱能神经元的慢性、进行性缺失。其特点是胆碱能神经系统标志物的减少，如：胆碱乙酰转移酶(ChAT)的缺失、毒蕈碱和烟碱乙酰胆碱受体水平降低和乙酰胆碱水平的降低。因此目前临床上医治AD的方式要紧基于维持和增加胆碱能神经递质的传递。大量的研究资料说明：脑基底部胆碱能神经递质的传递、APP代谢机制、A斑介导神经胶质细胞激活的炎症因子及神经营养因子信号转导途径之间关系紧密26。乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂和毒蕈碱能够增强APP向可溶性淀粉样蛋白裂解，减缓脑内淀粉样物质的沉积27，28。而且淀粉样物质的沉积与AChE的表达紧密相关，AChE增进A纤
13、维状沉积;在细胞培育实验中和对转基因小鼠和AD患者的研究中A调控AChE的表达、聚集、糖基化。如此在神经斑周围表达的AChE增进了A的形成、沉积，那个进程又刺激了AChE的生成。因此抑制AChE能够阻止APP的裂解和A斑块的形成29，30。研究说明，AChE能够增进A12 28和A25 35的沉积，但可不能阻碍A1 16的沉积 26。A斑块的形成激活了神经胶质细胞，IL 1表达上调，阻碍APP的代谢，干扰了胆碱能神经递质的传递。选择性兴奋膜乙酰胆碱受体M1/M3而不是M2/M4，通过激活蛋白激酶C和/或MAP激酶系统介导，能够增加sAPPa的分泌，减少总A的生成;烟碱样受体兴奋剂能够调剂APP
14、的代谢进程，抑制A的沉积;有活性的星形胶质细胞和小神经胶质产生的细胞炎症因子：IL 1及TNF与A的沉积紧密相关31。IL 1和TNF 选择性的损害脑基底部胆碱能神经元细胞，IL 1上调APP的表达，增进A斑块的形成;IL 1能够增加AChE的活性，增强AChE的表达2931。神经生长因子(NGF)具有维持胆碱能神经元细胞的功能，同时也参与胆碱能介导的APP代谢的调剂32。 A与神经元的凋亡 神经元凋亡是A毒性作用引发AD重要的病理学机制。研究说明，将A1 40别离注入野生小鼠和半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶3 (cystein asparate protease，caspase3)基因缺点小鼠
15、脑内海马区，野生小鼠海马区神经元大量缺失，caspase3 基因缺点小鼠脑对神经元细胞的爱惜呈基因剂量效应，同时还发觉体外培育caspase3 基因缺点小鼠的神经元细胞加入A1 40，细胞死亡率无明显改变，体外培育野生型小鼠神经元细胞加入A1 40，细胞大量死亡，说明A毒性作用于凋亡紧密相关33。另外研究说明氯通道的开放参与A毒性作用，且其毒性作用能够被氯通道阻断剂抑制34。但关于其离子机制国内外尚无此方面的研究。【参考文献】 1 Tanzi gentic dichotomy model for the inheriance of Alzheimers disease and common age related disordersJ. Clin Invest，1999;104(9):1175 9.2 Kadowaki H，Nishitoh H，Urano F,et induces neuronal cell death through ROS mediated ASK1 activationJ.Cell Death and Differentiation，2005;12(1):19 24.3 Tanzi s disease risk and the interleukin l
