突触改变与阿尔茨海默病关系的研究进展

更新时间:2023-05-18 06:45:19 阅读: 评论:0

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e778.
(收稿日期:2014-05-28 编辑:陈嘉伟)
fornasari
 *江西省科技支撑计划项目(编号:00168721121204057) △通信作者
突触改变与阿尔茨海默病关系的研究进展
*
古训瑚,刘志强,徐丽君
南昌大学第二附属医院神经内科(南昌330006)
  阿尔茨海默病(Alzheimerdisease,AD)是发生于老年和老年前期、以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的中枢神经系统退行性病变。主要表现为记忆障碍、失语、失用、失认等改变
[1]
。AD是老年期最常见的痴呆类型,为老年期痴
呆的50%~70%。AD典型病理改变是脑神经炎性斑(neu-riticplaques)和神经元纤维缠结(neurofibrillarytangles)
[2]
虽经过大量研究,AD发病机制尚未完全明确,有效的治疗手段尚缺乏,但β-淀粉样蛋白的AD病理生理机制假说仍占有重要地位
[3]
。但有研究发现可溶性的β-淀粉样蛋白低
聚物致AD认知功能损害起着重要作用,而其主要损害目标是脑突触和突触相关信号通路,损害其突触可塑性和学习记忆。越来越多的证据表明脑突触功能障碍于AD疾病进展机制中占有重要地位,且突触密度下降与疾病认知功能障碍减退程度明显相关
[4]
。本文就脑突触与AD可溶性的β-
淀粉样蛋白低聚物之间关系的研究进展作一综述。
1 AD与脑突触改变
早期研究发现AD痴呆前阶段情景和工作记忆减退与β-淀粉样蛋白损害突触联系有关
[5]
。40年前首次发现AD患
者脑组织突触异常,经过大量研究发现陆续证实AD的关键特征是突触数量减少及其可塑性的改变,也证实突触减少与AD严重程度明显相关,突触减少部位以与认知功能相关的区域更明显,如海马等。高含量β-淀粉样蛋白的Tg2576小鼠早期即观察到突触功能异常。突触是脑信息转运、储存的关键部位,由神经细胞轴突或树突突触前膜、突触间隙和
突触后膜组成,胶质细胞也可参与形成突触。突触的功能需要线粒体参与能量的转化,同时调节细胞信号通路、钙稳态
[6]
。突触的线粒体比非突触线粒体对钙超载损害更敏感。
转基因AD小鼠突触线粒体的β-淀粉样蛋白沉积更明显,导致线粒体膜通透性改变、呼吸链功能减弱及细胞色素氧化酶活性下降。AD患者细胞色素氧化酶活性下降,即氧化应激增强,且氧化应激更易损害突触线粒体
[7]
。然而,有研究
发现,转基因AD小鼠与年龄相当的正常对照组突触线粒体生物能量学特性比较相当。突触前蛋白功能异常是众多神经变性疾病(包含AD)的重要发病机制,β-淀粉样蛋白于突触前膜可能发挥重要生理功能,即参与神经递质释放
[8]
然而,低浓度β-淀粉样蛋白损害突触前膜长时程增强。年龄相关的突触形态和生化改变加速突触前膜β-淀粉样蛋白的损害效应,推测β-淀粉样蛋白低聚物可损害突触前膜功能。据上述研究,年长鼠突触终端对β-淀粉样蛋白毒性更敏感,证实与年龄相关的线粒体功能减弱、抗氧化应激减弱及增强氧化应激。同时,暴露于β-淀粉样蛋白不同年龄阶段的小鼠海马超微结构提示突触前膜线粒体体积增大和突触囊泡的明显减少
[9]
。β-淀粉样蛋白也通过抑制突触
前膜钙离子通道而抑制自发性突触活动,同时激活突触前膜乙酰胆碱受体。最新研究发现,β-淀粉样蛋白可直接调控P/Q及N型钙通道从而抑制突触前膜钙内流,最终逆转β-淀粉样蛋白导致的突
nior是什么意思触传递损害
[10]
。同时,β-淀粉样蛋白
增强啮齿类的动物海马钾离子诱导的谷氨酸盐释放。β-淀粉样蛋白低聚物毒性作用也影响突触囊泡转运
[11]
,囊泡池
包含有再循环和静息池,再循环池包括释放和储存池,再循环池的体积和再生动力学是突触功能的重要影响因素。而
β-淀粉样蛋白对活性依赖的突触囊泡释放起关键作用,从而部分代偿早期AD突触减少所致的病理状态。由β-淀粉样蛋白所致的痴呆小鼠经过治疗后,小鼠海马迅速减少囊泡再循环池、增加静息池、减弱囊泡内吞和再生功能,同时增加释放池释放率,但减慢再生速度而最终导致突触传递减弱。β-淀粉样蛋白被其抗体结合后,上述效应均被阻断,且其蛋白酶可阻断囊泡池体积减小,过度表达
mountain
磷脂酰肌醇-4-磷酸-5-激酶可增强囊泡内吞作用,也说明β-淀粉样蛋白低聚物所致突触功能障碍包含这两条通路。另外,β-淀粉样蛋白减少胞外分泌的量及剩余的突触囊泡内吞速度减慢,均损害突触前功能。应用电子显微镜可观察到β-淀粉样蛋白可致神经元突触囊泡减少,特别是邻近突触前活性区域的突触囊泡,同时也减少突触前蛋白[12]。因此,AD患者、β-淀粉样蛋白致AD鼠模型脑内突触前蛋白如SNAP-25、突触小泡蛋白和突触结合蛋白等均减少。最近研究发现β-淀粉样蛋白与海马突触前蛋白突触小泡蛋白之间的相互作用具有时间依赖性。而且,β-淀粉样蛋白损害还可增加功能囊泡数量及其胞外分泌量的突触小泡蛋白与其他囊泡相关蛋白形成的复合体,电生理证实β-淀粉样蛋白影响海马脑片的神经递质基础传递[13]。β-淀粉样蛋白还通过改变动力蛋白-1来影响突触囊泡回收和循环过程。突触间隙谷氨酸递质的清除可通过位于突触前膜和胶质细胞的谷氨酸转运体,若影响谷氨酸递质的清除,可造成兴奋性递质的兴奋性毒性。β-淀粉样蛋白可损害星形胶质细胞与神经元之间信息交流的胶质细胞钙通道和胶质细胞源性神经递质的释放。散发性AD也可由谷氨酸递质的清除失衡导致。因此,β-淀粉样蛋白可降低胶质细胞谷氨酸递质再摄取能力,促进谷氨酸受体的激活[14]。最近证实β-淀粉样蛋白可减少野生型小鼠胶质细胞GLAST和GLT-1的表达。β-淀粉样蛋白影响谷氨酸转运和再摄取,也在脑室注射β-淀粉样蛋白所致AD模型鼠体内证实[15]。β-淀粉样蛋白沉积神经元时,星形胶质细胞和小胶质细胞会发生过度膨胀,以隔离β-淀粉样蛋白纤维与神经元接触,此时胶质细胞发挥重要保护作用。虽存在争论,但也存在证据证实星形胶质细胞可通过不同的内吞作用来清除β-淀粉样蛋白的集聚[16]。
2 AD脑突触改变可能机制
突触重要组成部分树突棘,其稳定性主要由肌动蛋白细胞骨架决定。而β-淀粉样蛋白与树突棘之间的作用致使突触减少的具体机制尚未完全明确。推测β-淀粉样蛋白可能直接与树突棘表面受体结合,致使与记忆形成相关的通路受损,可能的相关表面受体有低亲和力神经生长因子受体及其下游受体[17],但仍存在争议,有学者发现神经生长因子受体促进神经元生存及分化,也有学者发现神经生长因子受体针对β-淀粉样蛋白低聚物的神经元损伤具有保护作用[18],因此,神经生长因子受体可能具有多重身份。其他研究发现β-淀粉样蛋白还可与NMDA受体结合导致钙失稳态、氧化应激,最终导致树突棘损伤和突触减少[19]。神经元表面卷曲受体也参与β-淀粉样蛋白的损伤过程,β-淀粉样蛋白抑制Wnt信号分子从而增加糖原合成酶激酶-3β浓度,最终增加tau磷酸化和神经元纤维缠结。β-淀粉样蛋白低聚物还作用于细胞表面钙离子通道,致使细胞钙失稳态致突触损伤[20],总之,β-淀粉样蛋白如何与神经元解除并导致下游分子通路,尚无没明确定论,但是这些通路中有两条共同最后通路交叉点,最终目标是导致树突棘肌动蛋白细胞骨架,导致细胞骨架肌动蛋白重塑,突触功能异常和数量减少[21]。
2.1 Rho-GTPases通路 Rho-GTPases是Ras超家族GTP酶中的一种,是细胞骨架肌动蛋白的重要调控者。Rho-GT-Pases成员中RhoA及Rac是树突棘形成及其形态扮演重要角色[22]。持续活化的RhoA减少树突棘密度和长度,阻断其活性增
gets加棘密度和长度。而持续活化的Rac有利的一面是促进许多棘的形成,但其占优势的不利的一面是明显减少树突棘的密度,与β-淀粉样蛋白建立的AD模型鼠海马脑片一致[23]。Rnd1也是Rho家族GTPases的一种,可抑制RhoA功能,其主要存在于原始海马突触发生的棘局部,发现其促进原代海马培养树突棘生长。反而抑制其表达可增加树突一些无意义生长的突起,同时伴随减少树突棘数量和密度。AD相关的树突棘的减少与RhoA及Rac的作用密切减少,也有证据表明RhoA的激活需要Rac1的去激活,Rac1需要结合丝氨酸苏氨酸激酶、p21激活酶(p21-activatedkinase)才发挥其活性。AD患者p21激活酶激活存在缺陷,为β-淀粉样蛋白低聚物所致,但具体机制尚有待研究。最近研究发现,β-淀粉样蛋白治疗可增加RhoA-GTP结合活性水平,然而降低Rac1-GTP结合活性水平,持续活化的Rac1可阻断β-淀粉样蛋白减少树突棘密度和突触减少[24]。许多研究发现Rac1的活性由酰肌醇三磷酸激酶(phosphatidyli-nositol3-kinase,PI3K)激活。
2.2 PI3K/Akt/mTOR通路 哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)是丝氨酸苏氨酸激酶,对调节突触可塑性和学习记忆形成起重要作用。该通路上游分子PI3K、丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(Akt)通过mTOR调控生物合成、翻译来调节突触可塑性及树突棘发生的作用,慢性抑制该通路功能足以造成树突长度缩短和树突突触复合体数量减少,以及减少树突棘密度,但其具体机制尚未阐明,推测可能与该通路作用与
细胞支架肌动蛋白有关。AD患者尸体研究发现磷酸化蛋白激酶Akt活性明显增高,与神经元病理改变表现一致。而且AD颞叶神经元磷酸化蛋白激酶Akt活性与对照组比较明显提高,伴随着Akt下游分子mTOR、tau等下游分子。mTOR是结构和功能研究的比较明确的蛋白质复合体,包括哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白复合体1(mammaliantargetofrapamycincomplex1,mTORC1)和哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白复合体2(mammaliantargetofrapam-ycincomplex2,mTORC2)。近来研究发现,mTORC2与细胞支架肌动蛋白重组有关,尤其与F-肌动蛋白装配有关[25]。学者研究发现,mTOR诱导的细胞支架肌动蛋白重组明确与mTORC2有关,与mTORC1无关。同时,mTORC2诱导地细胞支架肌动蛋白重组是由调控Rho-GTPases信号分子实现的,特别是RhoA和Rac1,相关研究也证实mTORC2可直接
调控Rac1活性,mTORC2基因敲除试验发现Rac1活性明显下降,更进一步证实Rac1是由mTORC2通路调控下游分子。3 结论和展望
七夕节英文AD患者和模型动物均证实突触减少、树突棘密度下降及其形态改变,这些病理改变经过积极有效治疗或移除β-淀粉样蛋白可部分或全部逆转,以上两条通路的研究或许有助治疗。但真正的难题是β-淀粉样蛋白低聚物如何启动连锁反应尚未阐明,未发现β-淀粉样蛋白与神经元表面作用的关键受体,且其直接作用的关键下游通路无法研究,而且很有趣的是低浓度β-淀粉样蛋白低聚物有助于神
经元生存,而高浓度β-淀粉样蛋白低聚物作用且反之。这些难题有待科学研究进一步探索,以期阐明AD真正的病理机制,促进AD药物等治疗的研发。虽然使人类大脑逃离免除老年斑和神经元缠结的困扰比人类逃离地球引力更难,但不懈的探索,终究会逐步阐明AD病理生理机制。虽然目前诸多问题尚未解决,但可喜的是研究发现通过干预逆转AD患者和模型突触和树突棘的减少可逆转电生理改变、行为改变和认知下降,延缓AD患者的持续进展,提高生活质量。AD暂无有效的治疗方法,故预防显得极其重要,持续的精神刺激活动、社会交往,同时避免可识别的危险因素,如肥胖、高血压、糖尿病、缺乏运动及不合理饮食等能起到一定的作用。参考文献
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时尚英文(收稿日期:2014-08-08 编辑:罗劲娜)
突触改变与阿尔茨海默病关系的研究进展
作者:古训瑚, 刘志强, 徐丽君
作者单位:南昌大学第二附属医院神经内科 南昌 330006
刊名:
广东医学
英文刊名:Guangdong Medical Journal
年,卷(期):2015(3)
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