戴雪伶;姜招峰平衡梁
【摘 要】阿尔茨海默症（Alzheimer′s Disease， AD）是一种中枢神经系统退行性病变，目前发病机制不清。淀粉样蛋白级联假说是有关AD发病机制的主流学说，认为脑内过量产生的β-淀粉样蛋白（β-amyloid peptide ，Aβ）是引发AD的主要原因。针对Aβ的生成、聚集、清除及靶向相关的药物开发是目前的研究热点，就淀粉样蛋白级联假说的最新研究进展及AD的预防现状作一综述。%Alzheimer′s disease ( AD) is one of the main degenerative disorders of the central nervous system , but the mechanism of which is yet to be clarified .The β-amyloid peptide ( Aβ) cascade hypothesis is the most prevailing hypothesis for the pathological process of AD, which suggests that the etiology of AD should be attributed to the overproduction of Aβin AD brain.Therefore, the therapeutic strategies aim at inhibiting Aβoverproduction , aggregation or increasing Aβclearance appear to be research hotspots for drug development .In this paper , the research advances in amyloid cascade hypothesis and correlated therapeutic strategies for AD were reviewed. 导联线
【期刊名称】《生物学杂志》
【年(卷),期】2014(000)004
【总页数】5页(P85-89)
【关键词】阿尔茨海默症;淀粉样蛋白级联假说;β-淀粉样蛋白
【作 者】戴雪伶;姜招峰导电夹
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【作者单位】北京联合大学生物活性物质与功能食品北京市重点实验室;北京联合大学功能食品科学技术研究院，北京100191
【正文语种】中 文
【中图分类】R749.1+6
阿尔茨海默症(Alzheimer′s disease, AD)是一种多发于中老年的中枢神经系统退行性疾病，年龄是其最主要的风险因素。随着全球老龄化时代的到来，该病的发病率将急剧增高，成
为威胁社会福利和医疗制度的一大挑战[1-2]。根据阿尔茨海默症国际组织(Alzheimer′s Disease International, ADI)的年度报告显示，至2010年全球保守估计约有3560万人罹患AD，而这一数字到2050年将增长至1.15亿[3]。
AD的主要病理学特征为患者大脑皮层和海马区出现大量老年斑(Senile plaques, SP)、胞内积聚神经纤维缠结(Neurofibrillary tangles, NFT)以及神经元的大量丢失[4]。AD发病机制目前尚不明确，但β-淀粉样蛋白(β-amyloid peptide, Aβ)有关学说逐渐占据主流地位，相关证据包括：Aβ聚集形成老年斑斑块的出现早于AD的临床症状表现；目前所有已知与家族型AD相关的常染体突变，如21号染体上的APP基因、14号染体上的PS1基因和1号染体上的PS2基因发生突变，均能导致Aβ表达增多及沉积的发生[5]；AD病人脑内Aβ42清除能力下降，而脑脊液中Aβ的水平则较正常人低，提示Aβ可在脑组织内发生沉积[6]；AD转基因动物的出现证实了过量表达Aβ及其发生聚集沉积形成老年斑与认知能力下降存在因果关系，并能够诱导以磷酸化的tau蛋白为主要组分的神经元纤维缠结的形成[7]。基于Aβ建立的淀粉样蛋白级联假说认为Aβ在脑内沉积是AD病理改变的中心环节，可引发一系列病理过程，这些病理过程又进一步促进Aβ沉积，从而形成一种级联式放大效应[8-9]。本文拟就淀粉样蛋白级联假说的最新研究进展及阿尔茨海默症防治的研究现状作一综述。 1 β-淀粉样蛋白的产生
diypda淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)是一种广泛存在的I型跨膜糖蛋白，其成熟过程历经N-, O-糖基化、磷酸化及酪氨酸硫化修饰，几乎所有哺乳类动物细胞的整个生命过程都可以正常产生APP[10]。成熟的APP将至少可能被3个酶水解切割形成不同片段长度的肽链，见图1。APP在其跨膜的胞外部分被α-分泌酶或β-分泌酶(BACE1，激活位点在腔内的跨膜天冬氨酰蛋白酶)切割将产生N端可溶性APP大片段，分别被称为APPsα或APPsβ，其残留在细胞膜上的C端APP片段则被称为CTFα或CTFβ。残留在膜上的CTFα或CTFβ随后分别经γ-分泌酶(催化位点含有早老素的膜内天冬氨酰蛋白酶)水解剪切，形成分子量3 kD的p3片段(非淀粉样蛋白途径)或Aβ片段(淀粉样蛋白途径)与APP胞内结构片段(APP intracellular domain, AICD)。APP的这一水解过程可能发生于不同器官部位的细胞膜上[9]。
图1 淀粉样前体蛋白(APP)水解酶切过程示意图Fig 1 The schematic diagram of APP proteolytic processing
Aβ片段一般由38～43个氨基酸残基所构成(以Aβ40或 Aβ42较为常见)，一旦产生，单个Aβ
(尤其是Aβ42)倾向于聚集形成聚合物，初始表现为二聚体、三聚体，之后形成寡聚物、原纤维乃至出现在老年斑中的不溶性纤维[11]。Stohr等[12]研究发现AD患者脑内提取的Aβ不溶性聚集物或化学合成的Aβ所形成的沉积注入小鼠脑内后均会导致大范围的淀粉样变性发生，因此推测Aβ沉积具备朊蛋白(一种感染性蛋白质)的特点即可聚集装配形成蛋白聚集体。Prusiner甚至提出“与神经退行性病变相关的蛋白均具有类似朊蛋白性质”的观点[13]。
隔热断桥铝型材2 β-淀粉样蛋白的异常聚集与神经毒性
APP经酶解产生的Aβ经过纤维化聚集等过程最终形成AD患者脑内的老年斑。正常情况下细胞产生的Aβ是可溶的，几乎不表现出神经毒性；在异常或病理状态下，Aβ可经过聚集形成致密的不溶性的纤维状聚集物，在低浓度下即表现神经毒性[14]，它能诱导神经元的凋亡和突触丢失、诱导机体发生氧化应激、炎症反应并打破钙平衡，其机制可能与其结合细胞膜有关[15]。
老年斑是AD的重要病理学特征，主要由Aβ聚集而成，然而研究并未发现老年斑的数量与病情的严重程度具有明显的相关性[16]。研究者最初以纤维状Aβ作为药物干预的靶点，然而研究发现大部分的纤维前体及非纤维状Aβ也具有神经毒性，使得AD发病过程以纤维状A
β为主导的观点受到挑战，人们也因此将注意力逐渐转移至Aβ的折叠及聚集的动态过程。一般认为成熟Aβ纤维丝的聚集过程是一个依赖于成核反应的动态聚合过程。然而，由于聚集是一个随机过程，分子在反应过程中无法同步化进行，因此在给定时间内反应体系中都极可能是几种不同聚集体形式的混合物，即使在聚合反应完成后已形成的成熟Aβ纤维丝也未必是长期稳定的[17]。另外，反应体系成分的复杂程度还与体系内Aβ的浓度、理化参数如温度、离子强度和pH值等。
Aβ的存在形式包括可溶性Aβ单体(monomer)、寡聚体(oligomer)和不可溶的Aβ纤维(fibrils)等，这些不同形式的Aβ均能引起神经元损伤并损伤记忆功能。其中，可溶性的Aβ寡聚体根据分子量及形态的不同分为低分子量聚集体、原纤维、纤维亚单位和ADDLs等[18]。Aβ聚集不是简单的从单体到纤维的转变，而是一个相对复杂的过程：经原子力显微镜观察，孵育早期的Aβ主要形成5～10 nm的球形颗粒，随着孵育时间的延长颗粒消失并形成纤维状结构，这些球形的寡聚体被认为是形成纤维过程中的中间产物[19]。也有人认为可溶性寡聚体和纤维聚集过程可能是互斥的，即有些寡聚体是终末形式，不会再进一步聚集形成纤维结构，而大多数在形成寡聚体后再继续聚集形成纤维，但是导致这两种聚集路径的原因还不清楚[18]。部分抑制Aβ聚集的小分子抑制剂仅对寡聚体发挥作用而其他抑制剂则特异性
抑制纤维的形成，表明寡聚体并不是纤维形成过程中必要的中间物，寡聚体和纤维可能是完全不同的聚集过程[20]。
研究表明无论Aβ是否形成纤维状形态，均表现出细胞毒性，诱发神经突触的减少和神经元死亡，且寡聚态Aβ的神经毒性强于Aβ纤维[21]。目前研究倾向于认为聚集早期的可溶性Aβ寡聚体的神经毒性最强，能引起神经细胞损伤乃至死亡，在AD发病过程中起关键性作用[14]。然而，用可溶性Aβ的神经毒性来解释毒性效应时，还不能完全涵盖AD更长期的改变，包括神经元变性、丢失以及老年斑的产生。老年斑对于神经元发生损伤是必要的，那么是否与老年斑中存在大量的能够持续释放出损伤周围细胞的Aβ寡聚体有关？从这个意义上说，老年斑很可能是伴随着AD发病而产生，而并非导致神经细胞损伤的源头。
3 靶向Aβ的AD防治策略
美国食品与药物管理局(FDA)目前已批准用于AD的5种药物包括乙酰胆碱酯酶抑制剂(轻中度AD，包括Tacrine、Donepezil、Galantamine、Rivastigmine)和NMDA受体拮抗剂(中重度AD，主要为Memantine)，但效果均不尽如人意[22]。由于淀粉样蛋白级联假说在目前阶段的广为接受，靶向Aβ生成、聚集及清除等环节的药物研发逐渐成为
近年的研究热点。
3.1 对Aβ生成的抑制
用药物干扰APP的加工和酶解过程，减少Aβ过度生成是AD的潜在策略之一。APP由β-分泌酶和γ-分泌酶酶切水解形成Aβ，因此到β-分泌酶或γ-分泌酶的抑制用于早期AD的是该领域的主要研究方向[23-24]。早老素1/早老素2是γ-分泌酶的催化亚基，目前发现的显性点突变均位于其上，可直接导致Aβ生成量的异常增加。然而，由于γ-分泌酶参与体内包括Notch在内的多条信号通路，对其抑制将会引起人体的异常反应：礼来公司开发的γ-分泌酶抑制剂semagacestat在III期临床试验中由于发现受试者的认知恶化而被迫停止，其他γ-分泌酶抑制剂如Tarenflurbil和LY451039也由于缺乏特异性等问题而宣告失败[25]。
