脂質(zhì)筏與AD 發(fā)病機(jī)理的相關(guān)性

1、脂質(zhì)筏與AD 發(fā)病機(jī)理的相關(guān)性     脂質(zhì)筏與AD 發(fā)病機(jī)理的相關(guān)性范文阿爾茨海默病 ( AD) 是癡呆中最常見(jiàn)的一種類型，是以漸進(jìn)性記憶力和智能減退為特征的彌漫性中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。年齡是阿爾茨海默病的主要危險(xiǎn)因素。在 65 歲以上人群，阿爾茨海默病的發(fā)生率為 4 4% ，而在 95 歲以上人群則為4 0 % 5 0 %1。截 至 2010 年，全 球 約 有 35 6 ×1 06例阿爾茨海默病患者。預(yù)計(jì)此數(shù)字每 20 年增加近 1 倍，至 2050 年，世界上約有 65 7 × 106例患者2。阿爾茨海默病顯著的神經(jīng)組織學(xué)病

2、理特征為大腦皮質(zhì)和海馬神經(jīng)細(xì)胞外-淀粉樣蛋白( -amyloid protein，A) 沉積形成的老年斑和腦神經(jīng)細(xì)胞內(nèi) tau 蛋 白 異 常 聚 集 形 成 神 經(jīng) 元 纖 維 纏 結(jié)。雖然目前關(guān)于阿爾茨海默病的具體發(fā)病機(jī)制仍不十分明確，但腦組織內(nèi) A 片段異常增加或聚集是導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的主要原因，因此 A 的產(chǎn)生和聚集被認(rèn)為是 AD 發(fā)生和進(jìn)展重要因素之一。目 前研究表明膽固醇的體內(nèi)平衡影響 A 的產(chǎn)生，對(duì)于中年患高膽固醇血癥的個(gè)體，其晚年發(fā)生淀粉樣蛋白沉積及患阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)增高，而應(yīng)用降脂類藥物可降低阿爾茨海默病的發(fā)病率，但其具體分子機(jī)制仍不明確3，4。最近研究認(rèn)為 A 的產(chǎn)生、代謝

3、及 聚 集 依 賴 于 細(xì) 胞 膜 上 的 富 含 膽 固 醇 的 微區(qū)脂質(zhì)筏5。而且還發(fā)現(xiàn)作為 脂 質(zhì) 筏 的 另 一個(gè)主要組成成份神經(jīng)鞘磷脂同樣參與 APP 的加工6。因此研究脂質(zhì)筏與AD發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性是極其必要的，本文將對(duì)此進(jìn)行綜述。1 A 的產(chǎn)生1 1 淀粉樣蛋白生成途徑A 由兩種膜結(jié)合酶 -及 -分泌酶裂解淀粉樣前體蛋白( APP) 產(chǎn)生7。-分泌酶的主要成分為淀粉樣蛋白前體 位點(diǎn)剪切酶-1 ( BACE-1 ) ，其在 A 序列的氨基末端( N 末端) 裂解 APP 產(chǎn)生一可溶性片段 sAPP，之后由 分泌酶裂解剩余羥基端片段 CTF 上 A39-43 殘基的任一肽腱，生成長(zhǎng)短不

4、等的 A 分子8。-分泌酶由早老素( PS) 、nicastrin ( NCT ) 、APH -1 ( anterior pharynx defective -1 )和早老素增強(qiáng)因子-2( PEN-2) 四種蛋白組成，其中早老 素 為 分 泌 酶 的 主 要 成 份，分 為 早 老 素-1( PS-1) 和早老素-2( PS-2)8。1 2 非淀粉樣蛋白生成途徑另外一種能裂解 APP 的酶為 分泌酶，屬 AD-AMs ( a disintegrin and metalloprotease ) 家族成員 ，其水解 APP 氨基酸序列第 687 位，生成一個(gè)可溶性片段 sAPP 和 -CTF，后

5、經(jīng) 分 泌 酶 作 用 可 生 成APP17-40和 APP17-42，但由于 分泌酶的作用點(diǎn)位于A結(jié)構(gòu)域內(nèi) ，不能產(chǎn)生完整的 A片段9。2 脂質(zhì)筏概述2 1 脂質(zhì)筏結(jié)構(gòu)脂質(zhì)筏概念先由 Brown 和 Rose10在 1992 年提出，而 Simons 和 Ikonen11在 1997 年觀察到了筏結(jié)構(gòu)。脂質(zhì)筏為膜脂雙層內(nèi)含有特殊脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的微區(qū)，富含膽固醇和鞘脂5，11-13。脂質(zhì)的雙層有不同的脂筏: 外層的微區(qū)主要含有鞘脂，膽固醇及GP1 2 錨定蛋白 。 因鞘脂含有長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸 ，Tm溫度較高，流動(dòng)性 差，而且 粘 稠; 鄰 近 的 磷 脂 區(qū) 其脂肪 酸 多 不 飽 和，Tm 溫

6、度 較 低，所 以 出 現(xiàn) 分相11-13。因缺乏適宜的研究方法，對(duì)內(nèi)層的微區(qū)特性知之甚少。近來(lái) Hayashi 等14應(yīng)用新方法證實(shí)在膜內(nèi)側(cè)也有相似的富含膽固醇的微區(qū)，與外側(cè)的脂質(zhì)不完全相同，主要是在此區(qū)有許多?；牡鞍踪|(zhì)，特別是 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 蛋 白。雖 然 兩 層 分 別 有 脂 質(zhì)筏，但他們是偶聯(lián)的。脂質(zhì)筏的脂質(zhì)和蛋白在反面高爾基復(fù)合體組裝，膽固醇耗竭或抑制鞘糖脂合成會(huì)阻斷反面高爾基復(fù)合體分泌小泡的形成15。脂質(zhì)筏內(nèi)含有特異的蛋白成份，包括糖基磷酯酰肌醇錨固蛋白，雙?；鞍兹?src 酪氨酸激酶，膽固醇偶聯(lián)的軟脂酰化蛋白如 Hedgehog 和軟脂?；目缒さ鞍?3。不同的脂質(zhì)筏有

7、其各自的特異蛋白，并有不同功能。2 2 脂質(zhì)筏的特征脂質(zhì)筏因富含膽固醇、鞘糖脂、鞘磷脂保持一種液態(tài)有序相，并且不溶于某些非離子洗滌劑，筏內(nèi)的特異蛋白亦不溶于這些洗滌劑8。用此類洗滌劑( 如 1% Triton-x100 或者 0 45% 諾乃 p-40 或者 0 45% 吐溫 20) 可以從哺乳動(dòng)物細(xì)胞提取出脂質(zhì)筏8。脂質(zhì)筏很小，約 10 20 nm，傳 統(tǒng) 顯 微 鏡 觀 察不到，當(dāng)細(xì)胞受體受刺激時(shí)，小的脂筏會(huì)通過(guò)蛋白間或蛋白與脂質(zhì)間的相互作用聚集成更大的結(jié)構(gòu)而變得穩(wěn)定12。目前霍亂毒素 B 亞基 ( CTB) ，因其與脂質(zhì)筏成分之一神經(jīng)節(jié)苷酯 GM1 特異性結(jié)合，已廣泛應(yīng)用于檢測(cè)脂質(zhì)筏16

8、。2 3 脂質(zhì)筏的功能脂質(zhì)筏假說(shuō)認(rèn)為以膽固醇和鞘脂構(gòu)成的有堅(jiān)硬的隔間的艙室( 有序的) 漂浮進(jìn)入甘油磷脂類的“海洋”( 無(wú)序的) ，這種堅(jiān)硬的艙室也被稱為 閥，被認(rèn)為參與許多細(xì)胞過(guò)程，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)5，13、病原體 入 侵17、蛋 白 質(zhì) 和 脂 質(zhì) 的 胞 吞 和 細(xì) 胞 內(nèi) 的 運(yùn)輸18、神經(jīng)退行性疾病和血 管 生 成 等。膽 固 醇 被認(rèn)為在脂質(zhì)筏的相關(guān)功能中起重要作用13。3 脂質(zhì)筏在 AD 發(fā)病機(jī)制中的作用3 1 APP 的加工與脂質(zhì)筏關(guān)系許多研究表明 APP 經(jīng)淀粉樣蛋白生成途徑的降解在脂質(zhì)筏內(nèi)進(jìn)行，而經(jīng)非淀粉樣蛋白生成途徑的降解在膜內(nèi)非脂質(zhì)筏區(qū)進(jìn)行16，當(dāng)去除 膽 固 醇后將抑制 分

9、泌酶對(duì) APP 的裂解和 A 的生成，促進(jìn) 分泌酶對(duì) APP 的裂解16。3 1 1 非淀粉樣蛋白生成途徑有關(guān) 分泌酶同膽固醇及脂質(zhì)筏關(guān)系的相關(guān)研究較少。無(wú)論對(duì)應(yīng)用膽固醇培養(yǎng)的細(xì)胞，還是對(duì)給予高膽固醇飲食的 APP 轉(zhuǎn)基因鼠的研究均表明sAPP 的產(chǎn)量下降 ，而當(dāng)去除細(xì)胞內(nèi)的膽固醇或轉(zhuǎn)基因鼠服用降低膽固醇的藥物治療后 sAPP 的水平升高8。 分泌酶為 ADAMs 蛋白酶家族成員之一，主要為 ADAM10。Kojro 等研究表明去除細(xì)胞內(nèi)膽固醇后可出現(xiàn) ADAM10 的高表 達(dá)，進(jìn) 而 分 泌 酶 的 活性增加。而且，在正常情況下，ADAM10 的部分小片段位于脂質(zhì)筏內(nèi)，當(dāng)應(yīng)用脂筏的破壞劑菲律

10、賓毒素處理細(xì)胞而破壞細(xì)胞膜的脂質(zhì)筏后，位于脂質(zhì)筏內(nèi)的 ADAM10 片段減少，進(jìn)而可見(jiàn) sAPP 產(chǎn)量增加。這些表明細(xì)胞內(nèi)膽固醇水平降低可使 AD-AM1 0 從脂質(zhì)筏區(qū)移位至膜的非脂質(zhì)筏區(qū) ，這一移位增加 分泌酶對(duì) APP 的裂解，亦表明非淀粉樣蛋白生成途徑主要位于非脂質(zhì)筏區(qū)8，9。3 1 2 淀粉樣蛋白生成途徑大量間接的的證據(jù)證明，APP 的淀粉樣蛋白加工過(guò) 程 發(fā) 生 在 脂 質(zhì) 筏 內(nèi)。 首 先，脂 質(zhì) 筏 內(nèi) 含 有BACE19。其次，構(gòu) 成 分 泌 酶 復(fù) 合 體 的 早 老 素、nicastrin 、aph -1 和 pen -2 均存在于脂質(zhì)筏內(nèi) 。 抑制 分泌酶的活性后脂質(zhì)筏

11、內(nèi) APP CTFs 的聚集異常增多?？梢?jiàn)，由 分泌酶介導(dǎo)的 APP 淀 粉 樣 蛋 白加工過(guò)程在脂質(zhì)筏內(nèi)進(jìn)行20。Vetrivel 等21研究發(fā)現(xiàn)在胚胎發(fā)育期 分泌酶位于膜的非脂質(zhì)筏區(qū)，以便于蛋白水解多種底物，成年后 分泌酶移位至脂質(zhì)筏內(nèi)，僅處理加工包括 APP CTFs 在內(nèi)的特殊性底物，而限制對(duì)其它底物的水解。再者，Lee 等22證實(shí) A 可能主要在高爾基復(fù)合體，質(zhì)膜及溶酶體合成。這些細(xì)胞器內(nèi)均有脂質(zhì)筏存在23。亦有研究表明，脂質(zhì)筏內(nèi)含有 A23。因此可以認(rèn)為脂質(zhì)筏與 A 的形成有關(guān)。Ehehalt 等24利用 抗 體 使 APP 與 BACE 在 細(xì) 胞膜上 的 脂 質(zhì) 筏 內(nèi) 交 聯(lián)

12、，之 后 A 的 生 成 量 明 顯 增加，但是當(dāng)脂質(zhì)筏結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，A 的生成量 無(wú) 變化，因此可以認(rèn)為脂質(zhì)筏的存在及其結(jié)構(gòu)的完整性是 A 所必需的。Cordy 等19研究發(fā)現(xiàn) BACE 由非脂質(zhì)筏區(qū)移位至脂質(zhì)筏區(qū)后，sAPP 及 A 的產(chǎn)量上調(diào)。由此可見(jiàn)，BACE 的活性與脂質(zhì)筏結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，BACE 對(duì) APP 的裂解過(guò)程主要發(fā)生在脂質(zhì)筏內(nèi)。然而亦有相反的觀點(diǎn)，近來(lái) Vetrivel 等25通過(guò)抑制 BACE 的 S-棕櫚酰化使 BACE 移除脂質(zhì)筏后，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)細(xì)胞中 BACE 對(duì) APP 的裂解作用及 A的產(chǎn)量均未受影響，據(jù)此認(rèn)為 BACE 對(duì) APP 的加工過(guò)程發(fā)生在非脂質(zhì)筏區(qū)。Ab

13、adrodriguez 等26研究發(fā)現(xiàn)，適度降低膽固醇水平使 BACE 離開(kāi)脂質(zhì)筏區(qū)，促進(jìn) BACE 和 APP 在膜非脂質(zhì)筏區(qū)結(jié)合，增加 分泌酶對(duì) APP 的裂解。由于脂質(zhì)筏很小每個(gè)脂質(zhì)筏個(gè)體僅含不到3 0 個(gè)蛋白分子27，Ehehalt 等24提出相關(guān)假說(shuō)，認(rèn)為在正常情況下，APP 和 BACE 可能存在于脂質(zhì)筏內(nèi)，也可能存在于磷脂區(qū)，而且 APP 和 BACE 即使存在于脂質(zhì)筏內(nèi)，也不可能同時(shí)存在于同一脂質(zhì)筏內(nèi)。脂質(zhì)筏 需 要 經(jīng) 過(guò) 胞 吞 而 聚 集 在 一 起，使 APP和 BACE 相互接觸。當(dāng)衰老或膽固醇水平升高時(shí)，脂質(zhì)筏的數(shù)目及體積均增大，含脂質(zhì)筏的質(zhì)膜相對(duì)增多，APP 及

14、BACE 位于同一脂質(zhì)筏內(nèi)的可能性就會(huì)增大，進(jìn)而使 A生成增多，增加個(gè)體 AD 的患病風(fēng)險(xiǎn)。3 2 脂質(zhì)筏在 AD 發(fā)病機(jī)制中的其它作用目前大多數(shù)有關(guān)膽固醇及脂質(zhì)筏與 AD 發(fā)病相關(guān)性的研究的焦點(diǎn)集中于 A 的生成過(guò)程，然而，近來(lái)亦有研究證實(shí)，脂質(zhì)筏及其重要成份膽固醇與 A 的聚集及毒性作用密切相關(guān)28。隨著年齡增高，突觸質(zhì)膜外層膽固醇濃度增加16，而質(zhì)膜外層膽固醇的增高加速 A 的聚集29，相反，移除細(xì)胞 內(nèi) 膽 固 醇 后，細(xì) 胞 可 抵 抗 A 對(duì) 其 的 毒 性 作用30。另 有 研 究 表 明，在 腦 內(nèi) 形 成 神 經(jīng) 節(jié) 苷 脂GM1 結(jié)合 A ，即 GA ( GM1 ganglioside -bound A ) ，是 AD 的早期的病理改變31，GA 如同“種子”一樣啟動(dòng)并加速 A 的 聚 集32，33。而 且，A 寡 聚 體與神經(jīng)節(jié)苷脂 GM1 結(jié)合會(huì)降低膜的流動(dòng)性，刺激APP 加工 ，進(jìn)而形成一種惡性循環(huán)，導(dǎo)致 A的生成增多34。GA 在富含膽固醇、鞘磷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂 GM1 的脂質(zhì)筏內(nèi)生成31，膽固醇可誘導(dǎo)脂質(zhì)筏內(nèi) GM1 聚集，促進(jìn) GA 生成30。Kohei 等31用鞘磷脂酶 抑 制 劑 處 理 PC12 細(xì) 胞 后 發(fā) 現(xiàn) 細(xì) 胞 表 面GA 依賴的 淀粉樣蛋白的生成明顯增加 。 故可認(rèn)為鞘磷脂聚集促進(jìn)神經(jīng)節(jié)苷脂 GM1 誘導(dǎo)的 淀粉樣蛋白的組裝