阿爾茨海默病阿爾茨海默病1

阿爾茨海默病(Alzheimer’sdisease，AD)是一種以智力損害和認知障礙為主要臨床表現(xiàn)的神經(jīng)退行性疾?。瓵D的發(fā)病因素和發(fā)病機制十分復雜，國際上對AD多年的研究提出幾種假說，其中以β淀粉樣蛋白(β

-amyloid，Aβ

)為AD主要致病因子的Aβ假說一直占據(jù)重要地位阿爾茨海默病(Alzheimer’sdisea2

Aβ可以分為單體、寡聚體和纖維狀Aβ，其中寡聚體Aβ

是導致AD中認知功能障礙和神經(jīng)退變的主要因素．Aβ寡聚體又可以細分為不同的聚集狀態(tài)，不同聚集狀態(tài)的Aβ寡聚體在AD發(fā)生發(fā)展過程中起到的作用不同．本次主要綜述幾種不同聚集狀態(tài)的寡聚體在AD發(fā)病中的作用及機制Aβ可以分為單體、寡聚體和纖維狀Aβ，其中寡聚體A3

AD的病因及發(fā)病機制尚未闡明，主要病理學特癥為神經(jīng)元丟失、tau蛋白異常磷酸化造成的神經(jīng)纖維纏結(neurofibrillarytangles，NFT）和β淀粉樣蛋白沉積形成的老年斑(senileplaque，SP)．神經(jīng)原纖維增粗扭曲形成纏結，多見于較大的神經(jīng)元，尤以海馬、杏仁核、顳葉內(nèi)側(cè)，額葉皮質(zhì)的錐體細胞最為多見，這一變化是神經(jīng)元趨于死亡的標志。AD的病因及發(fā)病機制尚未闡明，主要病理學特癥為神經(jīng)元4β-淀粉樣蛋白在大腦沉積形成淀粉樣斑塊，俗稱“老年斑”β-淀粉樣蛋白在大腦沉積形成淀粉樣斑塊，俗稱“老年斑”5醫(yī)學阿爾茨海默病專題培訓課件6Aβ寡聚體與N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-asparticacidreceptor，NMDAR)結合可以升高神經(jīng)細胞內(nèi)Ca2+濃度，導致細胞內(nèi)氧化應激增加、樹突棘缺失，甚至引起神經(jīng)細胞死亡；Aβ寡聚體與α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑受體(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionicacidreceptor，AMPAR)結合后，使AMPAR活性降低，促進AMPAR的胞吞和酶解，干擾長時程增強(longtermpotentiation，LTP)的誘導和維持，造成認知功能障礙Aβ寡聚體與神經(jīng)元表面的胰島素受體(insulinreceptor，InsR)結合，起到類似于胰島素抑制劑的作用，影響與LTP相關的激酶及磷脂?；〈?3-蛋白激酶(phosphatidylinositol3-kinase，PI3K)的活性，損害PI3K-Akt通路，造成神經(jīng)元樹突棘缺失，干擾LTP的維持，損傷小鼠空間記憶；Aβ寡聚體與N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-m7醫(yī)學阿爾茨海默病專題培訓課件8Aβ寡聚體作用于神經(jīng)生長因子受體(nervegrowthfactorreceptor，NGFR)受其濃度的影響，當Aβ寡聚體濃度為20nmol/L時，具有與神經(jīng)生長因子類似的作用，能增強轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的活性、促進樹突的生長，但當Aβ寡聚體濃度為500nmol/L時，則損害PI3K/Akt通路，抑制神經(jīng)細胞的生長，干擾海馬長時程增強，作用與NGFR拮抗劑相似．Aβ寡聚體還能夠引起膠質(zhì)細胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子α(tumornecrosisfactor-α，TNF-α)，參與細胞內(nèi)的炎癥反應．Aβ寡聚體作用于神經(jīng)生長因子受體(ne9如上所述寡聚體Aβ在AD發(fā)病中起了重要的作用．隨著阿爾茨海默病的研究不斷深入，Aβ寡聚體根據(jù)分子質(zhì)量和聚集狀態(tài)的不同可以進一步的分為：二聚體三聚體Aβ*56Aβ來源的可溶性配體(Aβ-deriveddiffusibleligands，ADDL）球聚體(globulomers)環(huán)狀原纖維(annularprotofibrils，APFs)如上所述寡聚體Aβ在AD發(fā)病中起了重要的作用．10然而二聚體的來源問題仍然只是推測。在對腦中淀粉樣蛋白斑塊染色實驗中發(fā)現(xiàn)，二聚體和老年斑共定位．采用甲酸提取腦內(nèi)蛋白的實驗發(fā)現(xiàn)，二聚體存在于非可溶性蛋白質(zhì)部分而不是可溶性蛋白質(zhì)部分，于是推測Aβ二聚體與纖維狀Aβ彼此相關，很可能是構成老年斑的最主要成分．二聚體

Aβ二聚體可能是目前研究最多的寡聚體種類

最新的研究表明，Aβ二聚體是形成Aβ纖維的核心和基礎結構．然而二聚體的來源問題仍然只是推測。在對腦中淀粉樣蛋白斑塊染11醫(yī)學阿爾茨海默病專題培訓課件12Aβ二聚體在產(chǎn)生認知減退的6月齡Tg2576模型鼠中檢測到，說明二聚體可以直接對神經(jīng)元產(chǎn)生毒害作用從而影響認知能力。Aβ二聚體處理3～5天，導致體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元樹突棘缺失．Aβ二聚體改變神經(jīng)元突觸可塑性，抑制LTP和促進長時程抑制(longtermdepression，LTD)Aβ二聚體在產(chǎn)生認知減退的6月齡Tg2576模型鼠中13Aβ二聚體引起神經(jīng)細胞膜上NMDA受體NR2B亞單位含量減少，在神經(jīng)元中過表達NR2B亞單位可以改善Aβ二聚體引起的突觸可塑性和學習記憶損傷Aβ二聚體減少了谷氨酸在突觸的再攝取，導致了細胞外谷氨酸含量增加，從而刺激突觸外NMDA受體，抑制LTP以及導致神經(jīng)元死亡Aβ二聚體引起神經(jīng)細胞膜上NMDA受體NR2B亞單位14醫(yī)學阿爾茨海默病專題培訓課件15Aβ二聚體還能夠通過激活糖原合成激酶3β(glycogensynthasekinase-3β，GSK3β)誘發(fā)tau蛋白的過度磷酸化以及tau依賴的細胞骨架的畸形．研究表明，Aβ二聚體可以引起tau蛋白在Ser202/Ser205(AT8位點)、Ser262(12E8位點)和Thr181(AT270位點)而不是其他位點的磷酸化顯著增加．tau蛋白的過度磷酸化修飾會降低其與微管結合能力，從而導致細胞骨架的穩(wěn)定性降低，進而引起細胞骨架畸形Aβ二聚體還能夠通過激活糖原合成激酶3β(glycogen16醫(yī)學阿爾茨海默病專題培訓課件17在Tg2576轉(zhuǎn)基因AD小鼠模型中，早在胚胎期第14天就有三聚體在腦組織中表達并且終其一生．三聚體的Aβ來源也尚不清楚，有可能是體內(nèi)形成三聚體的能量要求較低或者缺少能協(xié)助生成二聚體的未知分子伴侶X三聚體

Aβ三聚體是由初級皮層神經(jīng)元早期分泌并且產(chǎn)量豐富的一類寡聚體多方面的實驗表明，Aβ三聚體很可能是組成Aβ非纖維狀部分的基本結構．在Tg2576轉(zhuǎn)基因AD小鼠模型中，早在胚胎期第118無論是什么來源(細胞系或鼠腦)的三聚體都能改變認知功能，這說明了Aβ三聚體是潛在的具有神經(jīng)毒性的寡聚體．分離自7PA2細胞的Aβ三聚體可以引起LTP抑制，人工合成的Aβ三聚體在1цmol/L時產(chǎn)生明顯的神經(jīng)毒性，能夠?qū)е录毎劳觯∈笏詫m實驗表明三聚體在6月齡之前就已經(jīng)損害了神經(jīng)元的功能，雖然它的相對作用比起Aβ二聚體要顯得弱無論是什么來源(細胞系或鼠腦)的三聚體都能改變認知功19Aβ*56第一次被觀察到是在開始出現(xiàn)認知減退的6月齡Tg2576小鼠中，可以被6E10等許多抗體檢測到．實驗表明，Aβ*56從在小鼠腦中出現(xiàn)開始，數(shù)月之內(nèi)水平相對穩(wěn)定，在AD臨床前的階段達到最高，然后在輕度認知功能障礙期(mildcognitiveimpairment，MCI)和AD階段減少，說明Aβ*56可能是在出現(xiàn)淀粉樣蛋白斑的腦老化階段之前形成．Aβ*56Aβ*56第一次被觀察到是在開始出現(xiàn)認知減退的6月齡20在體外人工培養(yǎng)的神經(jīng)元細胞蛋白質(zhì)提取物中無法檢測到Aβ*56，提示體外培養(yǎng)的初級神經(jīng)元不產(chǎn)生和分泌Aβ*56．這一發(fā)現(xiàn)說明Aβ*56的組裝過程需要一個存在于腦組織中并能促使其形成的輔助因子，而這一輔助因子很有可能受衰老機制的調(diào)控在體外人工培養(yǎng)的神經(jīng)元細胞蛋白質(zhì)提取物中無法檢測到Aβ*521Aβ*56在老化的腦內(nèi)僅以很低的水平被合成，純化的Aβ*56在年輕的健康小鼠中能引起短暫的記憶損傷，說明其在體內(nèi)能損害腦功能，但在Aβ*56形成的階段，Tg2576模型中并沒有神經(jīng)元的丟失，說明Aβ*56可以擾亂神經(jīng)元的功能但并不會引起細胞死亡．Aβ*56在老化的腦內(nèi)僅以很低的水平被合成，純化的Aβ*22通過檢測不同年齡小鼠腦組織中Aβ寡聚體和tau蛋白含量發(fā)現(xiàn)，Aβ*56主要參與可溶性磷酸化tau蛋白的異構體tau-Alz50和tau-CP13的形成．Aβ*56的含量與磷酸化tau蛋白的異構體tau-Alz50和tau-CP13含量呈正相關，而其他寡聚體與這兩個位點tau蛋白磷酸化并不相關．Aβ*56的含量在二聚體和三聚體出現(xiàn)之前增加，并且病理性的tau蛋白與Aβ*56密切相關，因此可以推測Aβ*56在AD早期發(fā)病機理中起著重要的作用通過檢測不同年齡小鼠腦組織中Aβ寡聚體和tau蛋白含量23迄今為止，ADDL已逐漸成為人們研究的熱點．在Tg2576模型鼠中，在認知障礙出現(xiàn)之前，ADDL含量升高了5～100倍，并且在認知障礙出現(xiàn)時迅速增加．用ADDL處理神經(jīng)元可以導致tau蛋白在樹突上異常定位，而這一影響是由酪氨酸激酶Fyn介導的．ADDLADDL被認為是一種可以在體外組裝的Aβ十二聚體，用原子力顯微鏡檢測，發(fā)現(xiàn)它是一種5～6nm的球形顆粒迄今為止，ADDL已逐漸成為人們研究的熱點．在T24體內(nèi)研究證明，F(xiàn)yn參與ADDL引起的神經(jīng)元損傷與認知功能紊亂．Fyn可以引起tau在18號酪氨酸處高度磷酸化并且在腦中積累，而敲除tau基因則能減輕ADDL經(jīng)Fyn引起的認知損害，因此ADDL、tau、Fyn三者組合在ADDL引起的AD損傷中起著重要的作用體內(nèi)研究證明，F(xiàn)yn參與ADDL引起的神經(jīng)元損傷與25ADDL分布廣泛且傳播迅速(MALDI-IMS分析ADDL在海馬組織注射1h后便擴散到所有腦區(qū))．腦內(nèi)注射ADDL一段時間后，在注射位點附近的神經(jīng)元胞體內(nèi)可以檢測到，說明ADDL可以穿過細胞膜．ADDL與神經(jīng)元突觸后致密物PSD95共定位．研究發(fā)現(xiàn)ADDL注射的小鼠不僅在注射部位海馬組織出現(xiàn)PSD95的減少，而且在前額皮層也出現(xiàn)了PSD95的減少．快速擴散的ADDL與空間短時程記憶有關．ADDL可以促進mGluR5受體在突觸部位成簇，引起鈣離子內(nèi)流．AD轉(zhuǎn)基因鼠病灶處神經(jīng)元極度活躍和神經(jīng)元代謝增強，ADDL引起的mGluR5的異常改變被認為是導致神經(jīng)元過度活躍的原因ADDL分布廣泛且傳播迅速(MALDI-IMS分析2638～48ku的Aβ球狀寡聚體也在Tg2576AD模型鼠中被檢測出來，多方面的證據(jù)顯示，Aβ*56和ADDL、球聚體是不同的實體，它們的來源尚不清楚．在2～10月齡鼠腦內(nèi)淀粉樣蛋白斑形成之前，球聚體的含量幾乎沒有變化，而在12月齡斑塊開始形成時，球聚體的含量增加了496%．免疫組化結果顯示，使用抗球聚體8F5抗體可以標記腦內(nèi)蛋白斑，這些結果說明球聚體和淀粉樣蛋白斑緊密相關球聚體38～48ku的Aβ球狀寡聚體也在Tg257627透射電子顯微鏡顯示這種球聚體具有球狀結構，直徑為7～8nm．側(cè)鏈流動性分析顯示從N端到C端結構的有序性逐漸增加．在14個氨基酸殘基位點進行分子間距離測量顯示，C端殘基在Gly-29-Val-40形成了一個緊密的核心．透射電子顯微鏡顯示這種球聚體具有球狀結構，直徑為7～828Aβ球聚體可以改變P/Q型和N型鈣離子通道半數(shù)激活電位導致其超極化(達11.5和7.5mV)，使用非聚集狀態(tài)的Aβ則沒有影響．用多肽特異性地阻斷P/Q型和N型鈣離子通道可以完全逆轉(zhuǎn)Aβ球聚體引起的谷氨酸能神經(jīng)傳遞過程的損傷，而阻斷L型鈣離子通道不能逆轉(zhuǎn)Aβ球聚體引起的損傷．Aβ球聚體可以改變P/Q型和N型鈣離子通道半數(shù)激活電29實驗結果表明Aβ球聚體在HEK293細胞中可以直接調(diào)控P/Q型和N型鈣離子通道．用突觸前鈣離子通道調(diào)節(jié)劑可以逆轉(zhuǎn)Aβ球聚體引起的突觸傳遞的功能性損傷．這些發(fā)現(xiàn)指明了突觸前鈣離子通道阻斷劑也許可以作為阿爾茨海默病治療的一種方法實驗結果表明Aβ球聚體在HEK293細胞中可以直接30APFs具有孔道狀結構，被認為是由非纖維狀Aβ組分環(huán)化而來，這些組分分子質(zhì)量超過90ku.目前的數(shù)據(jù)顯示APFs可能來源于早已存在的非纖維狀寡聚體，有研究者認為，APFs是由6個六聚體形成的，這些六聚體可以緩慢融合形成一個光滑的APFAPFsAPFs具有孔道狀結構，被認為是由非纖維狀Aβ組分環(huán)化而來31在17～20月齡的APP23小鼠模型中，部分檢測的突觸中發(fā)現(xiàn)有APFs積累現(xiàn)象，進一步的研究發(fā)現(xiàn)APF和腦中擴散性的斑塊以及細胞中斑點的位置密切相關在17～20月齡的APP23小鼠模型中，部分檢測32APFs常見的一種致病方式就是嵌入到細胞膜中，形成孔狀結構，APFs形成孔狀結構的膜構象轉(zhuǎn)變機制仍不清楚，這可能與細胞膜最初的電荷相互作用有關．單個APF進入磷脂雙分子層的核心，引起了細胞膜構象轉(zhuǎn)變從而使疏水片段暴露出來，形成了孔狀結構．同時，這也是一種獨特的淀粉樣蛋白纖維形成途徑．孔狀結構導致細胞膜完整性破壞，使許多離子如Na+、K+、Cl-，尤其是大量Ca2+通過孔道流入細胞，破壞細胞內(nèi)的離子平衡，導致神經(jīng)沖動的產(chǎn)生、傳導和細胞信號通路的傳遞發(fā)生紊亂，突觸可塑性降低，細胞發(fā)生凋亡甚至死亡APFs常見的一種致病方式就是嵌入到細胞膜中，形成孔狀結構33二聚體在不同類型的Aβ寡聚體中，Aβ二聚體的含量與AD的發(fā)病呈正相關．Aβ二聚體在臨床前期僅以很低的水平表達．健康人群中，在70歲的腦組織中才被檢測到．隨著病程發(fā)展，Aβ二聚體在輕微認知功能障礙期緩慢增加，在AD期達到最高．在AD階段，Aβ二聚體是所有類型寡聚體中的主要部分，Aβ二聚體參與形成老年斑，是AD病程中造成損害最大的一類寡聚體不同聚集狀態(tài)的Aβ寡聚體與AD發(fā)展階段的相關性二聚體不同聚集狀態(tài)的Aβ寡聚體與AD發(fā)展階段的相關性34三聚體Aβ三聚體形成較早，在年輕時期就以很低的水平合成．體內(nèi)形成三聚體的能量要求較低，Aβ三聚體毒性相對于Aβ二聚體較低．在臨床前期，Aβ三聚體含量緩慢增加，MCI期達到最高水平，是MCI期Aβ寡聚體的主要組成部分，MCI期后Aβ三聚體含量迅速下降，在蛋白斑出現(xiàn)的腦老化階段，三聚體僅以極低的水平存在，三聚體不參與蛋白斑的形成三聚體35Aβ*56形成很早，在50歲的腦組織中可以被檢測到，隨著年齡增長Aβ*56含量逐漸增加并在臨床前期達到一個平臺，進入MCI期時迅速下降，僅