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第一节 老年性痴呆发病的分子机制（第1页）

第一节老年性痴呆发病的分子机制

一、β淀粉样蛋白级联学说

与AD脑内SP中的淀粉样物质为同系物。基本结构中都含40或42个氨基酸多肽，统称为β淀粉样蛋白（Aβ）。Aβ位于淀粉样前体蛋白基因（amyloidprecursorprotein，APP））跨膜区域和膜外的结合处是由APP经β-分泌酶切割，然后经γ-分泌酶在缬氨酸Val711、丙氨酸Alα713之后裂解分别产生Aβ40、Aβ42，其中Aβ40Aβ42的比率决定了Aβ聚集的程度。AD患者体内存在着很多种基因异常，比如APP基因本身的突变、PS基因（早老蛋白基因）的突变以及ApoE（载脂蛋白E）等位基因的多样性变化。其中APP和PS基因的突变均无一例外地改变了β和γ蛋白酶对APP酶切过程或酶活性，而使Aβ产生过多或高积聚能力的Aβ42比例增高，导致老年斑及Tau样蛋白及慢性炎性反应，最终导致神经元的功能减退，出现痴呆等。APP是一种广泛存在的跨膜蛋白，主要影响神经元及其树突的生长，其代谢异常是AD的一个重要的病理过程。APP酶解除上述Aβ途径外，还存有非Aβ途径酶解，即α-分泌酶在α位点剪切APP产生对神经元具有保护作用的可溶性蛋白sAPPα，α位点落于APP和Aβ之间，从而可以阻断Aβ的形成。可见，β-分泌酶和α-分泌酶竞争同一底物，因此可以从抑制β-分泌酶活性和提高α-分泌酶的活性等方面来减少Aβ的生成。

最早的β淀粉样蛋白级联学说认为Aβ沉积形成SP，沉积后纤维化的Aβ产生神经毒性是AD发病的重要原因。神经毒性的具体机制包括破坏细胞内Ca2+稳态，促进自由基的生成，降低K+通道的功能，增加致炎细胞因子引起的炎症反应，激活补体系统，增加脑内兴奋性氨基酸（主要是谷氨酸）的含量等。有人总结说Aβ的神经毒性表现在两方面，一是放大各种伤害刺激如低血糖、兴奋毒素、自由基等的细胞损伤效应。二是直接的细胞毒性。此外小鼠脑中Aβ沉积与载体中的抗坏血酸有关，亦可能与五肽酰胺有关。但临床却往往发现AD病人大脑中SP数目和认知能力损伤程度相关性并不高，而且在某些正常老化人群的大脑皮质中有大量包含Aβ沉积的弥散斑，而无AD症状出现。另外，在转基因小鼠中也发现，Aβ沉积可随小鼠年龄增大而逐渐增加，但这些小鼠常并无神经元丢失的现象。而对β淀粉样蛋白级联学说质疑的另一个原因是，Aβ的多样性所导致的对其神经毒性和机制的认识不够深入。最近的研究表明Aβ低聚体具有神经毒性，且是导致其他病理变化出现的主要原因，而非先前认为的只有Aβ多聚体或纤维化的Aβ才具有神经毒性。例如，APP基因的转基因小鼠在其出现突触、电生理和行为学变化时，并没有发现SP存在，仅检测到Aβ低聚体，且与上述变化具有很高的相关性。另外，通过在大鼠脑内注射Aβ低聚体的实验，也直接证实了Aβ低聚体具有抑制海马部位与记忆有关的长时程兴奋电位的作用。但由于Aβ种类的多样性，因而每类Aβ低聚体的神经毒性情况还有待进一步研究。β淀粉样蛋白级联学说也随研究的深入处于不断的修整和完善之中。相比最初的β淀粉样蛋白级联学说，新的β淀粉样蛋白级联学说认为可溶性Aβ也具有直接的神经毒性，并且和突触丢失具有很高的相关性，而不仅仅是SP形式的Aβ才具有神经毒性（见图3-1）。因此减少Aβ的形成、抑制Aβ沉积才是预防和治疗AD的根本途径。另有研究指出，在AD病理过程中，Aβ含量增高可能与多肽生长因子有密切关系。但随着AD的进展和痴呆程度的加深，Aβ含量是呈降低趋势的。

APP，PS1和PS2基因的错义突变

↓

Aβ产生和聚集增加

↓

Aβ42寡聚化并且沉积成弥散斑

↓

Aβ寡聚体对突触产生细小的神经毒性

↓

小胶质细胞和星形胶质细胞激活

（补体，细胞因子等）

↓

进展性突触和神经元损伤

↓

神经元离子代谢发生紊乱：氧化损伤

↓

激酶磷酸化酶活性发生改变神经原纤维缠结

↓

广泛的神经元神经突触功能障碍以及

由于细胞死亡所导致的递质缺乏

↓

痴呆

图3-1β淀粉样蛋白级联学说

二、T形（Tau）微管联合蛋白学说

该学说认为Tau蛋白的异常积聚是AD发病的主要环节。Tau蛋白与神经元纤维缠结（NFT）的主要脑病理改变是NFT和SP，且前者与AD临床痴呆症状呈相关关系。SP数目多少并无太大关系。在带有3个外源性基因--突变淀粉样前体蛋白（amyloidprecursorprotein，APP）、早老素（prese-nilin，PS）和Tau基因的转基因小鼠中，发现神经元突触的丢失出现在Aβ斑块沉积形成之前。另外，在某些AD病人脑内并无成熟的SP，而仅发现有弥散斑。NFT的主要成分是以成对双螺旋丝样结构（pairedhelicalfilament，PHF）形成聚集的异常磷酸化的Tau蛋白。当Tau蛋白发生高度磷酸化、异常糖基化、异常糖化以及泛素蛋白化时，Tau蛋白失去对稳定微管的束缚，神经纤维退化，产生AD。实验证明，体内蛋白磷酸激酶-2A、蛋白磷酸激酶-2B和蛋白磷酸激酶-1可能参与Tau蛋白异常磷酸化过程，保持这些磷酸酯酶的活性有可能抑制AD神经元纤维退化。神经元内存在的多种蛋白激酶在体外均可使重组Tau蛋白发生磷酸化，其中cAMP依赖性蛋白激酶（PKA）通过参与Tau蛋白的磷酸化、细胞质中某些调节蛋白的磷酸化、及特定核转录因子的磷酸化等而参与AD的发病机制。磷酸酶可从结构和功能上直接抑制和逆转AD的神经元变性，而糖苷酶可促进磷酸酶对AD脑损伤的保护作用。更深入的研究发现可能Tau蛋白的丝氨酸-262356（Ser-262356）位磷酸化与动物的学习记忆障碍相关。而另一项实验结果则指出Tau蛋白Ser-235位的磷酸化不是决定其功能的关键位点，苏氨酸-231（Thr-231）的磷酸化可能与微管组装早期的成核聚集作用有关。此外，Tau蛋白的沉积与Aβ40的数量和载脂蛋白E4（apoE4）等位基因的表达密切关联，而与Aβ42（43）的数量是没有关系的。Tau基因的突变可导致前颞性痴呆症的发生，但在这种疾病中，即使脑内出现严重的NFT，也并不产生淀粉样蛋白沉积。相比单转染突变Tau基因的转基因小鼠，转染有突变APP和Tau双基因的小鼠具有更多的NFTs，而淀粉样蛋白斑块的结构和数目却没有发生改变。该实验结果也充分说明，Aβ比较Tau蛋白确实是导致NFT出现的原因。

二、载脂蛋白E（ApoE）及其基因多态性

体外实验表明，apoE各种表型中，apoE4基因型相对应的ApoE4将Aβ单体凝结成不溶性物质，从而促进SP形成，又可活化微管，形成NFT。临床研究表明携带apoE4等位基因的AD患者使用乙酰胆碱酯酶抑制剂如四氢氨基吖啶不如无apoE4的AD患者有效。故可认为apoE4在AD神经进行性病变中起重要作用。人apoE4与apoE7基因过度表达均可使转基因小鼠大脑皮质功能受损害，所以人apoE基因突变可能与apoE4表型一样，也与AD发病有一定关系。在AD模型小鼠脑内斑块形成前或形成后，ApoE都可改变Aβ的代谢。此外，检测apoE外显子4和内含子1内增强子元件（IEI）基因型，发现apoE4与IEIGG呈显著正相关。但IEIGG并非AD发病真正风险因素，只因其与E4相关有统计学意义。由于apoE基因型与AD有密切的关系，因此应用它与临床诊断标准组合评价，可以提高诊断的特异性，也可尝试通过调节apoE基因表达来治疗AD。c-fos基因过度表达，c-fos是早期快反应基因中研究最多的一种。正常情况下，c-fos在绝大多数神经元中有低水平表达，但各种刺激可诱导其表达。近年的研究发现AD患者的大脑皮质及海马中c-fos有过度表达。c-fos的过度表达可能通过诱导神经元凋亡和或淀粉样前体蛋白（APP）过量生成而参与AD的病理过程。淀粉样蛋白（AP）是通过激活细胞凋亡而引起神经元的退变，在AP的神经毒性与c-fos转录之间似存因果关系：AP可诱导神经元内氧自由基的增加，而氧自由基可通过触发c-fos引起细胞凋亡。另一种观点认为，APP基因有一个潜在的蛋白激活子-1（APH-1）的结合位点，而APH-1是一个由c-fos成员和成员组成的异二聚体的基因调节蛋白，c-fos的过度表达生成的Fos蛋白可作为第三信使结合到靶基因（APP基因）的调节区，进而调节其表达和转录速度，使生成大量的APP，致AP聚积，SP形成。