【摘要】：阿爾茨海默病(AD)是一種起病隱匿的進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。臨床上以記憶障礙、失語、失用、失認(rèn)、視空間技能損害、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變等全面性癡呆表現(xiàn)為特征，病因迄今未明。65歲以前發(fā)病者，稱早老性癡呆;65歲以后發(fā)病者稱老年性癡呆。文章發(fā)表在《molecular biology of the cell》上，是SCI論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　【關(guān)鍵詞】：阿爾茨海默病;β淀粉樣蛋白;線粒體;載脂蛋白E;Tau蛋白

　　阿爾茨海默病可能是一組異質(zhì)性疾病，在多種因素(包括生物和社會心理因素)的作用下才發(fā)病。從目前研究來看，該病的可能因素和假說多達(dá)30余種，如家族史、女性、頭部外傷、低教育水平、甲狀腺病、母育齡過高或過低、病毒感染等。

　　阿爾茨海默病(AD)亦稱老年性癡呆癥，是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，臨床主要表現(xiàn)為進(jìn)行性記憶力減退、認(rèn)知功能障礙以及人格改變等癥 狀。AD的主要病理特征有：大腦皮層和海馬出現(xiàn)β淀粉樣蛋白(Aβ)聚集形成的老年斑(SP)、Tau蛋白常聚集形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)以及腦 皮層和海馬區(qū)神經(jīng)細(xì)胞大量減少丟失〔1〕。最近研究表明，AD病變過程與線粒體能量代謝障礙有著密切的聯(lián)系，本文綜述了AD病變與線粒體結(jié)構(gòu)功能異常間的 聯(lián)系。

　　1 載脂蛋白 E對線粒體的影響

　　載脂蛋白E(ApoE4)是影響AD晚期的一個重要因素。AD患者，特別是具有各種ApoE4等位基因的病例，發(fā)現(xiàn)有線粒體功能障礙 〔21，22〕。在對神經(jīng)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)人 ApoE3和 ApoE4的轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)實驗表明，不論 Aβ是否參與，ApoE4都會對神經(jīng)病理學(xué)變化產(chǎn)生影響〔23〕，這加深了對 ApoE4與神經(jīng)病理學(xué)變化關(guān)系的認(rèn)識。Latha等〔24〕研究發(fā)現(xiàn)，ApoE4和 ApoE3在蛋白激酶(特別是蛋白激酶A與蛋白激酶C)的調(diào)控下，線粒體可以調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而調(diào)節(jié)APP在線粒體的定位。Jay等〔25〕研究老齡 與潛在毒性的ApoE4可能促使代謝效率降低導(dǎo)致線粒體與神經(jīng)元的凋亡。Risner等人〔26〕等人報道稱AD患者ApoE4多態(tài)和腦內(nèi)葡萄糖代謝變化 相關(guān)，對AD患者使用線粒體刺激劑馬來酸羅格列酮治療后，可緩解具有ApoE4者的認(rèn)知功能低下，這些研究均說明 ApoE4與線粒體功能障礙有關(guān)。

　　2 Tau蛋白對線粒體的影響

　　Tau蛋白是一類神經(jīng)元微管蛋白，它通過mRNA選擇剪切后表達(dá)形成的，Tau蛋白也是一種磷酸化蛋白，其磷酸化對微管的裝配起負(fù)調(diào)控作用，高 度磷酸化的Tau蛋白是形成神經(jīng)纖維纏結(jié)NFTs的主要成分，NFTs則是神經(jīng)退化疾病如AD的主要病理特征，由于臨床上認(rèn)知能力下降早于NFTs的形 成，所以NFTs被認(rèn)為是AD病例的晚期特征。David等〔27〕對表達(dá)人Tau蛋白的P310L轉(zhuǎn)基因鼠中線粒體的蛋白組及其功能分析，發(fā)現(xiàn)Tau蛋 白可以降低呼吸鏈上復(fù)合體ⅠNADH還原酶活性，損傷線粒體呼吸鏈和抑制ATP的合成，在研究Tau蛋白與Aβ協(xié)同作用線粒體時發(fā)現(xiàn)線粒體對Aβ的損傷更 加敏感〔28〕。以上證據(jù)表明Tau蛋白在線粒體代謝機能障礙起著重要作用。然而Tau蛋白對線粒體的影響機制還未研究清楚。Tau蛋白對線粒體影響的可 能機制是Tau蛋白間接抑制微管的動態(tài)平衡及與微管結(jié)合蛋白的結(jié)合而影響線粒體的正常功能或直接抑制線粒體的能量代謝。

　　3 線粒體作為治療AD靶點的研究進(jìn)展

　　為了預(yù)防和治療AD，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多策略和方法，如抗APP裂解治療的策略、抗Aβ等策略，針對Aβ的產(chǎn)生和積累的藥物等，這些對治療AD 都有一定的療效，在臨床有很大的意義，但這些藥物對身體或多或少有副作用。基于對AD患者細(xì)胞線粒體形態(tài)學(xué)，病理學(xué)的研究，通過保持線粒體結(jié)構(gòu)功能的完整 性，改善線粒體所處的細(xì)胞環(huán)境，加強線粒體的防御能力及抗脅迫能力特別是抗氧化能力將是預(yù)防和治療AD患者的新策略。科學(xué)家們開始尋求能夠改善線粒體機能 或預(yù)防對線粒體損傷的藥物，通過這些藥物達(dá)到治療AD 的效果。

　　4 AD病變與線粒體異常

　　隨著研究的逐漸深入，越來越多的數(shù)據(jù)表明，線粒體能量代謝障礙在AD的發(fā)生中占有重要地位。正電子斷層掃描(PET)檢查顯示AD患者腦組織氧 化和能量代謝受損，與正常人相比，AD患者腦部對葡萄糖的吸收和利用減少約21%～28%，腦葡萄糖代謝水平下降會發(fā)生輕度認(rèn)知障礙〔2〕，此外，AD患 者腦脊液中乳酸含量增高，琥珀酸、延胡索酸等含量降低，患者腦中線粒體呼吸鏈上復(fù)合物Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ都降低，細(xì)胞色素氧化酶活性降低，表明AD患者腦細(xì)胞線粒 體氧化代謝過程受到損傷〔3〕。有研究表明，在神經(jīng)纖維纏結(jié)形成之前，線粒體內(nèi)細(xì)胞色素氧化酶(COX)與線粒體DNA的水平有所改變〔3〕，進(jìn)而得到線 粒體異常是AD病理的早期特征〔4〕。

　　阿爾茨海默病起病緩慢或隱匿，病人及家人常說不清何時起病。多見于70歲以上(男性平均73歲，女性為75歲)老人，少數(shù)病人在軀體疾病、骨折或精神受到刺激后癥狀迅速明朗化。女性較男性多(女∶男為3∶1)。主要表現(xiàn)為認(rèn)知功能下降、精神癥狀和行為障礙、日常生活能力的逐漸下降。

　　4.1 線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)異常

　　電鏡下正常的線粒體是由兩層單位膜套疊而成的封閉囊狀結(jié)構(gòu)，從外向內(nèi)依次分為外膜、膜間隙、內(nèi)膜、基質(zhì)。而與病變有關(guān)的線粒體結(jié)構(gòu)發(fā)生兩個方面 的改變，一是線粒體的體積腫脹增大，嵴變短、減少或消失;二是線粒體變性，主要為水變性，基質(zhì)稀薄，可見空泡。研究發(fā)現(xiàn)，AD大鼠神經(jīng)元線粒體平均體積增 大、比表面減小，表明神經(jīng)元線粒體腫脹;而線粒體數(shù)密度減低，揭示其線粒體數(shù)目減少;此外，可見AD患者腦神經(jīng)元線粒體輕度腫脹，結(jié)構(gòu)模糊不清，部分出現(xiàn) 空泡樣變，在電子顯微鏡可以觀察到線粒體嵴的形態(tài)和在線粒體中的排列上發(fā)生了變化，嚴(yán)重時嵴發(fā)生裂解現(xiàn)象〔5〕。

　　4.2 線粒體基因突變

　　造成線粒體功能損傷、能量代謝異常的原因很多，而線粒體DNA突變是其中最重要的因素之一。研究表明線粒體DNA是遺傳信息最緊湊的結(jié)構(gòu)之一， 它的某些基因甚至是重疊的，這使得線粒體DNA具有不穩(wěn)定性，隨年齡的增長可出現(xiàn)線粒體DNA片段丟失或突變的現(xiàn)象。Hamblet等〔6〕研究表明，與 正常人相比，AD患者中線粒體DNA的突變的幾率增加，編碼細(xì)胞色素c氧化酶亞基的基因出現(xiàn)了突變，另外，AD患者大腦顳葉細(xì)胞色素氧化酶基因coI與 coⅡ的mRNA水平僅為對照組的50%。患者細(xì)胞色素氧化酶基因的突變率比同齡老年人高32%，約有1/5的AD患者有細(xì)胞色素氧化酶基因的缺陷，其腦 中該酶活性皆有所下降〔7〕。由于每個細(xì)胞中含有很多個線粒體，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)線粒體DNA的突變達(dá)到一定范圍時很可能使得線粒體產(chǎn)生ATP的功能受到損傷，造 成AD病理〔8〕。

　　5 淀粉樣前體蛋白及β淀粉樣蛋白對線粒體的影響

　　5.1 淀粉樣前體蛋白對線粒體的影響

　　線粒體改變與淀粉樣前體蛋白(APP)的過表達(dá)有著密切的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，淀粉樣前體蛋白過度表達(dá)會導(dǎo)致細(xì)胞色素C氧化酶活性下降，線粒體腫 脹、內(nèi)外膜破裂、嵴斷裂且模糊不清。Du等〔9〕研究表明，APP的COOH端經(jīng)過β、γ分泌酶依次裂解形成Aβ可增加線粒體內(nèi)活性氧的生成，改變線粒體 膜透性轉(zhuǎn)移孔的開放。APP作為具有神經(jīng)毒性Aβ的前體蛋白直接定位與線粒體膜上，其結(jié)合位點是線粒體基質(zhì)中醇脫氫酶，該酶可以代謝醛，若該酶受到損傷會 使氧自由基的形成。Anandatheerthavarada等〔10〕研究發(fā)現(xiàn)，APP主要通過N端結(jié)構(gòu)域定位于線粒體膜上，APP與線粒體膜上轉(zhuǎn)運蛋 白復(fù)合體結(jié)合，阻斷了蛋白質(zhì)的運輸，影響了線粒體的正常功能，特別是能量的產(chǎn)生，這可能是造成線粒體功能障礙的主要原因。

　　5.2 β淀粉樣蛋白對線粒體的影響

　　β淀粉樣蛋白可以改變線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)，造成線粒體生理功能的改變，甚至促使神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的研究已成為一個不爭的事實。但Aβ造成線粒體變化 的分子機制仍未有定論。目前主要有兩種假說解釋該機制。①細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)中的APP進(jìn)入線粒體，經(jīng)β、γ分泌酶裂解途徑形成Aβ，Aβ在線粒體的積累促使線粒 體結(jié)構(gòu)功能障礙。MARIA等人研究APP通過N端信號在陽性電荷作用下進(jìn)入線粒體，也有許多研究表明APP定位于線粒體膜上。Park等〔11〕研究發(fā) 現(xiàn)線粒體中存在γ裂解活性，這說明線粒體中有調(diào)節(jié)APP產(chǎn)生Aβ的能力，但并未發(fā)現(xiàn)γ分泌酶。②細(xì)胞質(zhì)膜中APP經(jīng)β、γ途徑裂解形成Aβ，可溶性的Aβ 經(jīng)特定的機制進(jìn)入線粒體，在線粒體聚合、積累造成線粒體功能障礙。

　　APP定位于線粒體外膜上及其裂解片段結(jié)合于線粒體內(nèi)膜通道蛋白絲氨酸蛋白酶HtrA2〔12〕或線粒體基質(zhì)中的醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ABAD)上〔13〕，這種結(jié)合可以改變酶活性位點，降低酶活性。Manczak等〔14〕從過表達(dá)APP的TG2576轉(zhuǎn) 基因鼠線粒體中分離出Aβ單體和寡聚肽，這揭示出線粒體上存在Aβ。Aβ對線粒體結(jié)構(gòu)功能的影響效果主要是通過Aβ直接作用于細(xì)胞分離出的完整線粒體，然 后觀察線粒體形態(tài)及功能有關(guān)生化指標(biāo)的改變。多數(shù)研究表明Aβ的逐漸積累會顯著改變線粒體的形態(tài)、誘導(dǎo)線粒體膨脹，抑制電子傳遞鏈上酶的活性，特別是細(xì)胞 色素氧化酶的活性、改變線粒體膜電勢，抑制呼吸率、降低氧化磷酸化體水平，減少ATP的合成，增加活性氧的產(chǎn)生、開放線粒體膜通透孔〔15，16〕。

　　在AD 患者腦細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，APP定位與線粒體膜上，且Aβ在細(xì)胞內(nèi)的積累會對APP的裂解有調(diào)節(jié)作用〔10〕。通過鼠腦分離線粒體研究結(jié)果證實Aβ影響γ裂解的 功能活性，Aβ在線粒體的不斷積累使得線粒體對Aβ的調(diào)節(jié)能力下降〔17〕。Alikhani等〔18〕研究表明AD患者腦細(xì)胞線粒體包含一種代謝蛋白酶 PREP，可以降解Aβ，這種酶活性的下降會使線粒體Aβ積累。

　　Aβ對線粒體的損傷很可能破壞細(xì)胞內(nèi)Ca2+的平衡和鈣信號的傳導(dǎo)。細(xì)胞內(nèi)高水平Ca2+與鈣信號的失調(diào)發(fā)生在Aβ形成的老年斑處〔19〕，另 外，Aβ及其多聚體還可以刺激神經(jīng)細(xì)胞使大量Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞將發(fā)生Ca2+超載，進(jìn)而造成線粒體膜透性孔開放，使得膜透性選擇能力下降，大量分子進(jìn)入 線粒體或線粒體內(nèi)蛋白的釋放造成線粒體結(jié)構(gòu)功能完整性喪失。

　　Aβ的毒性效果并不僅僅局限于對線粒體功能的影響，而且會影響到細(xì)胞活性，甚至引起細(xì)胞凋亡。Susanne等〔20〕用轉(zhuǎn)染瑞士APP突變株 PC12和人胚胎腎細(xì)胞(HEK)細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)Aβ使細(xì)胞內(nèi)一氧化氮(NO)水平升高，COX酶、α酮戊二酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶活性下降，氧化應(yīng)激加 強，調(diào)節(jié)BAX蛋白在線粒體內(nèi)的比例，誘導(dǎo)線粒體外膜通透性增加，COX釋放，Caspase3活性顯著提高。總之，Aβ導(dǎo)致線粒體能量代謝缺乏，活性 氧產(chǎn)生增加，進(jìn)而使得凋亡因子的釋放,緊接著Caspase家族活性增強，開始誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

　　由于發(fā)病因素涉及很多方面，絕不能單純的藥物治療。臨床細(xì)致科學(xué)的護理對患者行為矯正、記憶恢復(fù)有著至關(guān)重要的作用。對長期臥床者，要注意大小便，定時翻身擦背，防止壓瘡發(fā)生。對興奮不安患者，應(yīng)有家屬陪護，以免發(fā)生意外。注意患者的飲食起居，不能進(jìn)食或進(jìn)食困難者給予協(xié)助或鼻飼。加強對患者的生活能力及記憶力的訓(xùn)練。

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