鈣離子調(diào)節(jié)Aβ淀粉樣蛋白堆積的作用機(jī)制

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鈣離子調(diào)節(jié)Aβ淀粉樣蛋白堆積的作用機(jī)制

蓋璐白潔

(昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，云南昆明650500)

〔關(guān)鍵詞〕老年癡呆；鈣穩(wěn)態(tài)；β淀粉樣肽

老年癡呆(AD)是一種常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，主要特征是β淀粉樣蛋白(Aβ)堆積和神經(jīng)纖維纏結(jié)，主要區(qū)域是內(nèi)嗅皮質(zhì)和海馬區(qū)〔1〕。臨床表現(xiàn)為認(rèn)知功能下降，包括遠(yuǎn)近期記憶力障礙，分析判斷能力衰退，情緒改變，行為失常，記憶損害等，目前還沒(méi)有效的治療方法〔2〕。Aβ可以通過(guò)激活鈣敏感受體，引起的AD激活神經(jīng)細(xì)胞釋放Aβ42，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞聚集和Aβ42聚集。早老蛋白(PS-1)在雌激素受體(ER)引起鈣流出，包括對(duì)肌質(zhì)網(wǎng)鈣-ATP酶2b和肌醇三磷酸(IP3)受體門控的影響，導(dǎo)致Aβ的產(chǎn)生〔3〕，并且發(fā)現(xiàn)在淀粉樣蛋白斑鄰近的樹(shù)突棘中出現(xiàn)鈣穩(wěn)態(tài)紊亂。因此可見(jiàn)，鈣紊亂和AD密切相關(guān)〔4〕。

1鈣對(duì)Aβ生成的調(diào)節(jié)

在AD中，鈣異常的作用包括：(1)改變神經(jīng)元鈣穩(wěn)態(tài)影響新陳代謝和Aβ以及微管相關(guān)蛋白tau形成。(2)病理性蛋白聚集進(jìn)一步惡化鈣異常調(diào)節(jié)，引起突觸功能紊亂和神經(jīng)退行性病變。Ca2+通過(guò)肌醇1，4，5-三磷酸(Insp3)調(diào)節(jié)不同細(xì)胞類型的特定功能，在信號(hào)傳導(dǎo)中起作用，Ca2+濃度太高或太低均與AD發(fā)病相關(guān)〔5〕。Ca2+調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)〔6〕，與大腦神經(jīng)細(xì)胞的生物學(xué)功能、生理結(jié)構(gòu)變化相關(guān)〔7〕。鈣穩(wěn)態(tài)還與突觸可塑性，年齡的變化相關(guān)〔8〕。在N2A細(xì)胞和AD小鼠模型，Cav3.1表達(dá)的下降，可能加速大腦衰老過(guò)程中淀粉樣蛋白前體形成。此外，輕度認(rèn)知障礙患者(MCI)中Ca2+增加是正常組的兩倍，MCI和散發(fā)性AD(SAD)患者外周細(xì)胞Ca2+穩(wěn)態(tài)擾亂。因此，淋巴細(xì)胞鈣濃度可作為MCI及SAD的早期診斷〔9〕。

1.1離子通道有關(guān)的Ca2+調(diào)節(jié)合成Aβ直接調(diào)節(jié)P/Q型Ca2+通道，可能導(dǎo)致興奮性毒性和突觸的減少，在人胚腎細(xì)胞293(HEK293)細(xì)胞中，突觸前的Ca2+通道抑制劑，減少Aβ引起的功能損傷〔10〕。在大鼠中，L型Ca2+通道阻滯劑(CCB)，緩解Aβ導(dǎo)致的分子和空間學(xué)習(xí)記憶的改變〔11〕。雙邊注射Aβ到大鼠的內(nèi)嗅皮層模型中，不同劑量的CCB，可以改善早期階段的AD。CCB可以通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子磷酸化(STAT3)信號(hào)通路，抑制干擾素(IFN)誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞的毒性〔12〕。

神經(jīng)元L型電壓敏感的Ca2+通道(L-VCSS)的功能與記憶缺失及大鼠海馬突觸可塑性的改變相關(guān)。L-VCSS的有效密度在淀粉樣前β蛋白(APP)/(presenilin，PS1)組顯著地減少，然而，Ca2+異常調(diào)節(jié)機(jī)制在正常和衰老模型中作用不同〔13〕。

神經(jīng)元鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)發(fā)生在AD的早期，與突觸功能障礙和神經(jīng)毒性有關(guān)。鈉鈣交換器(NCXS)在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度起重要的作用〔14〕，減少NCXS功能，導(dǎo)致異常蛋白裂解，在AD腦組織中，NCX3蛋白水解程度和與Aβ1-42增加相關(guān)，由此可見(jiàn)，NCX3功能喪失和Aβ毒性有關(guān)。

1.2Ca2+的調(diào)節(jié)相關(guān)受體Ca2+相關(guān)的蘭尼體堿受體(RyR)與AD密切相關(guān)，MCI與沒(méi)有認(rèn)知障礙的大腦相比，RyR2表達(dá)增加，在MCI和AD中，RyR2剪接變異體減少導(dǎo)致細(xì)胞凋亡〔15〕?？扇苄訟β低聚物與谷氨酸受體結(jié)合與細(xì)胞型朊蛋白(Prpc)結(jié)合，均導(dǎo)致AD的病理特征。在突觸后密度(PSD)，細(xì)胞外Aβ低聚物與Prpc結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)Fyn激酶，導(dǎo)致突觸破壞，而Aβ-Prpc-mGluR5結(jié)合與細(xì)胞中的鈣調(diào)節(jié)有關(guān)，而mGluR5可以逆轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)、記憶和突觸密度的減少〔16〕。

1.3線粒體及ER有關(guān)的Ca2+調(diào)節(jié)在AD患者腦中，線粒體α-酮基戊二酸脫氫酶(KGDHC)減少〔17〕，KGDHC的變化會(huì)影響Ca2+的變化，促進(jìn)斑塊和纖維狀纏結(jié)的形成。

Aβ低聚物引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加，這與磷脂酶C(PLC)活性及ER內(nèi)Ca2+釋放的有關(guān)〔18〕。且Aβ會(huì)引起膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)表達(dá)的增加，引起ER氧化應(yīng)激、eIF2磷酸化和GRP78的過(guò)表達(dá)。在星形膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)嗅皮層及海馬細(xì)胞培養(yǎng)中，這些作用被蘭尼堿受體和Insp3受體抑制劑抑制。側(cè)腦室注射Aβ寡聚物，觸發(fā)海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞中GRP78和GFAP過(guò)表達(dá)?？偟膩?lái)說(shuō)，Aβ低聚破壞ER內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，從而引起ER應(yīng)激，導(dǎo)致星狀細(xì)胞增生，而這些都和AD病理特征相關(guān)。

2Aβ對(duì)鈣影響作用

Aβ沉積破壞膜結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的升高〔19〕，與Aβ影響脂質(zhì)的穩(wěn)定，膜通道的激活及Aβ聚合到Ca2+孔有關(guān)。Aβ導(dǎo)致Ca2+信號(hào)改變及膠質(zhì)細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄變化〔20〕。因此，星形膠質(zhì)細(xì)胞在產(chǎn)生Aβ起重要作用。Aβ和神經(jīng)元細(xì)胞膜交互誘導(dǎo)穿孔，引起Ca2+內(nèi)流，并增加突觸小泡的釋放，延遲突觸囊泡的破壞〔21〕?？笰β復(fù)合體G33LMVG37通過(guò)抑制甘氨酸拉鏈的C末端區(qū)域序列，抑制Aβ聯(lián)合和插入到脂質(zhì)膜，G33LMVG37抑制了Aβ誘導(dǎo)的急性和慢性突觸毒性，這為AD的藥物研發(fā)提供了新的方向。Aβ可能和短桿菌肽，即一個(gè)公認(rèn)的破壞肽的穿孔性相關(guān)。Aβ和短桿菌肽造成的神經(jīng)毒性相同，包括肽的聚集、空隙的形成和鈣的失調(diào)。Aβ和短桿菌肽造成的突觸毒性都是Ca2+依賴機(jī)制，Aβ產(chǎn)生了一個(gè)由小到大的孔，允許流動(dòng)的分子通過(guò)，Aβ的細(xì)胞膜穿孔是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程〔22〕。

研究表明含有斑塊的轉(zhuǎn)基因小鼠，與同一年齡的非轉(zhuǎn)基因小鼠的對(duì)照組相比，其細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的Ca2+濃度偏高，突觸可塑性的誘導(dǎo)依賴于突觸后Ca2+水平的增加〔23〕。棘的能動(dòng)性受鈣水平的濃度調(diào)節(jié)，在纖維狀肌動(dòng)蛋白重構(gòu)過(guò)程中，許多蛋白質(zhì)是鈣依賴性的，鈣水平的增加與棘的能動(dòng)性和纖維狀肌動(dòng)蛋白的丟失相關(guān)，而鈣水平的增加，能被鈣調(diào)磷酸酶拮抗劑阻止，這些結(jié)果說(shuō)明Aβ斑誘導(dǎo)鈣的異常。此外，Ca2+細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)與tau蛋白活性有關(guān)〔24〕。

3早老蛋白和鈣穩(wěn)態(tài)

PS突變體對(duì)細(xì)胞鈣的作用不影響家族AD(FAD)的發(fā)展，其次，當(dāng)FAD中PS突變體增加Aβ長(zhǎng)度時(shí)，引起的鈣紊亂，導(dǎo)致FAD進(jìn)一步加重了疾病的表現(xiàn)以及促進(jìn)疾病的發(fā)展。FAD中Aβ的聚集，會(huì)引發(fā)突觸的減少及神經(jīng)認(rèn)知功能的減退〔25〕?；蛲蛔儗?dǎo)致的FAD也會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元鈣的失調(diào)。在FAD中PS的突變占大多數(shù)，PS催化亞基和Aβ肽的產(chǎn)生相關(guān)，F(xiàn)AD中PS突變可導(dǎo)致ER中Ca2+泄漏功能的損失和ER中Ca2+超載。PS1導(dǎo)致FAD，F(xiàn)AD相關(guān)的PS1M146V突變影響Ca2+通道活性〔26〕。PS1M146V突變會(huì)增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+的儲(chǔ)存。PS1引起FAD的主要因素和細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的擾亂相關(guān)〔27〕。在FAD中PS1突變最常見(jiàn)的是容量鈣內(nèi)流(CCE)衰減，CCE中關(guān)鍵蛋白基質(zhì)交感分子1(STIM1)和 STIM2與PS關(guān)系密切。小鼠成纖維細(xì)胞缺乏PS，STIM1水平升高，STIM2水平降低，隨著CEE的衰減。進(jìn)一步研究，PS突變與FAD相關(guān)，與IP3介導(dǎo)的鈣從ER腔的釋放有關(guān)。這些結(jié)果證明了PS FAD突變體在多個(gè)水平上影響ER鈣動(dòng)力學(xué)。

4結(jié)論

高Ca2+濃度會(huì)使細(xì)胞凋亡，控制細(xì)胞內(nèi)Ca2+可以防止認(rèn)知功能下降。鋰已被證明能通過(guò)抑制N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA R)和肌醇單磷酸酶(IMP)降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，且最近研究表明鋰降低癡呆程度的患病率〔28〕。此外，ER鈣的調(diào)節(jié)與心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶，IP3Rs和RyRs有關(guān)〔29〕。一氧化氮(NO)對(duì)RyRs活性具有重要的調(diào)節(jié)作用。因此，調(diào)節(jié)NO途徑可能可以改善AD癥狀〔30〕。

綜上所述，胞內(nèi)或ER鈣調(diào)節(jié)與Aβ生成相關(guān)，這些機(jī)制與離子通道、相關(guān)受體、線粒體途徑及和PS相關(guān)，以這些為靶點(diǎn)，將為延緩或治療AD的提供新的研究方向。

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〔2016-01-22修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類號(hào)〕Q593+.2

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2016)05-1249-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.05.104

通訊作者：白潔(1966-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事神經(jīng)退行性疾病和毒品成癮分子機(jī)制研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(No.81160162，U1202227)

第一作者：蓋璐(1988-)，女，碩士，主要從事氧化應(yīng)激和老年癡呆方面的研究。