β-淀粉样蛋白与缺血性脑血管病

【摘要】 β淀粉样蛋白(Aβ)沉积被认为是Alzheimer病的特征性病理改变之一。近年的研究表明,在缺血性脑损伤后,Aβ也发生沉积,笔者推测Aβ可能参与了缺血后脑损伤的发生与发展。本文就脑缺血损伤后Aβ在脑组织中的表达、作用机制进行综述。

【关键词】 淀粉样β蛋白； 脑缺血

脑血管疾病是目前严重危害人类健康的主要疾病之一,随着我国人口老龄化,缺血性脑血管病发病率也在不断提高。研究已证实, β淀粉样蛋白(amyloidβ peptide, Aβ) 与Alzheimer病(AD)的发生发展存在密切关系。随着神经病理研究的不断深入,Aβ在缺血性脑损伤中的表达及机制日益受到关注。本文就Aβ与脑缺血损伤的关系进行综述。

1 β-淀粉样蛋白的生成、结构和功能

β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein,Aβ)是β-淀粉样前体蛋白(β-Amyloid precurrsor protein, β-APP) 的一种降解产物［1,2］,在正常脑组织中及脑脊液中有微量表达,是Alzheimer病老年斑的主要成分,主要包括Aβ1-40 和Aβ1-42。

1.1 Aβ的生成和降解 β-APP蛋白有3种并存的分解途径：(1)溶酶体/包涵体代谢途径。溶酶体/包涵体的蛋白酶水解Aβ两端的肽键,生成包含完整Aβ在内的C端片段。由于溶酶体蛋白酶特异抑制剂亮胰蛋白酶肽(leupeptin)不能抑制Aβ的产生,而且纯化的溶酶体中也未检测到Aβ的存在，表明Aβ不是通过溶酶体/包涵体途径生成的。(2)分泌酶代谢途径。APP有三种分泌酶水解方式。α分泌酶水解Aβ内部687Lys～688Leu之间的肽键产生一个长约687个氨基酸的可溶性APP大片段,其作用位点落在APP的Aβ区段,从而可以阻断Aβ的形成。β分泌酶水解670Met2671Asp之间的肽键,生成670个氨基酸的APP片段和带完整Aβ的跨膜C段。后者经γ分泌酶进一步酶切形成Aβ。γ分泌酶可能水解镶嵌于脂质双分子层内的AβC末端氨基酸之间的肽键,形成长度不等的Aβ片段。主要类型有Aβ1-42、Aβ1-43 、Aβ1-40,正常情况下多数为Aβ40(90%),只有少量Aβ42/43产生。(3)半胱天冬蛋白酶(caspase)代谢途径。研究发现caspase蛋白酶参与体内β-APP的酶切降解,其中以caspase3的酶切活性最强。有实验证实在海马神经元内caspase3识别酶切β-APP胞内羧基末端,形成含Aβ的6.5kD长片段capp6.5和一个3kDa的C端酶切产物capp3。Aβ产生的增加反过来又可激活caspase蛋白酶原(procaspase),释放具有蛋白酶活性的caspase［3］。Aβ的生成是由β分泌酶和γ分泌酶裂解APP所产生的。

1.2 Aβ的结构与聚集 研究显示，Aβ的空间构型明显影响其聚集能力,Aβ的二级结构主要由α螺旋、β折角和β折叠组成［4］。当其二级结构以α螺旋为主时,聚集较慢，而以β-折叠为主时,聚集较快［5］。因此,Aβ聚集的核心事件是Aβ的二级结构由α螺旋向β-折叠的转化,这一转化与多种因素有关,如金属离子(Al+3,Zn+2)、病理性分子伴侣(载脂蛋白E,淀粉样蛋白P组分)、pH值改变、氧化应激、Aβ浓度升高等。

1.3 Aβ的功能 Aβ确切的功能目前还不清楚,可能具有调节细胞生长和黏附力、建立或保持神经元之间连接的功能,是维持神经功能不可缺少的多肽。还有实验证实,Aβ对神经元具有神经营养和神经毒双重作用,低浓度的Aβ对未成熟分化的神经元表现出营养作用，随Aβ逐渐积累浓度升高,对成熟分化的神经元则呈现出神经毒性,使树突和轴突退缩,导致神经元减少或缺失［6］。

2 脑缺血损伤后Aβ表达的变化

多项研究表明,脑缺血后APP表达上调,Aβ增多并且与时程及缺血面积相关,沉积于缺血梗死区周围和胆碱能丰富的区域如海马。Ho等［7］报道，再灌注6 hAβ表达无明显增加,4 d开始增加,8 d达到高峰。再灌注16 d开始下降,35 d继续下降趋于消失［8］。Edward等［9］结扎沙土鼠双侧颈动脉造成短暂性前脑缺血,48 h后Aβ在海马CA1区出现,第4天达到高峰,第7天开始下降。Yokata等［10］研究大鼠短暂性前脑缺血后发现CA1区缺血敏感性神经元中APP的一种毒性裂解片段聚集,7 d后受损神经元死亡,该片段消失。Ishimaru 等［11］在沙土鼠前脑短暂性缺血5 min后海马区迟发性神经细胞死亡的研究中发现,3个月时CA1区Aβ免疫活性明显增强,6个月时最强。

3 Aβ在缺血性脑损伤中的作用和机制

在缺血性脑损伤中，对Aβ的毒性作用机制主要详述如下。

3.1 炎症机制 Aβ可以激活补体、星形胶质细胞及小胶质细胞，促进肿瘤坏死因子-α（TNF-α），IL-1，IL-6 及一氧化氮（NO）的表达和释放，可以引起炎症反应［12］。小胶质细胞膜上有淀粉样β蛋白和载脂蛋白E受体，沉积在神经元周围的淀粉样β蛋白作用于β淀粉样蛋白受体，或通过与载脂蛋白E结合后作用于载脂蛋白E受体，使小胶质细胞活化、增殖，并过量分泌细胞因子如肿瘤坏死因子α，白细胞介素1，8，一氧化氮等介导炎症损伤。其中白细胞介素1过度表达和释放是始动环节，除上调小胶质细胞和星形胶质细胞表达细胞因子，如白细胞介素6、肿瘤坏死因子α、γ干扰素等之外，还诱导补体、黏附分子、急性期蛋白、氧自由基、前列腺素、一氧化氮、S100β、β淀粉样蛋白前体等生成增加［13］。这些分子通过作用于胶质细胞或神经元，促使其他炎症分子的产生，这种交互作用促成了慢性炎症产物分别在阿尔茨海默病病理损伤的不同阶段起作用，并贯穿其病理发展的全过程。

3.2 Aβ在迟发性神经细胞死亡中的作用 1982年Kirino［14］首次提出迟发性神经细胞死亡(delayed neuronal death,DND)的概念。完全性或不全性脑缺血再灌注损伤能导致DND,急性脑缺血后48～72 h,海马CA1区锥体细胞死亡,其过程有许多神经毒性物质参与。有研究结果显示,Aβ的表达与海马CA1区神经细胞迟发性死亡在时间上具有一致性。既往研究结果显示,细胞外谷氨酸的增加是导致DND的主要因素。脑缺血可致病变区神经元持续性去极化,大量释放 Glu ［15］。脑缺血时能量耗竭造成Glu能量依赖式重吸收障碍，缺血所导致的胞浆膜完整性损害造成细胞内 Glu以不依赖 Ca+2的方式透过胞浆膜释放到细胞外液中［16］，这些均可引起胞外 Glu 的增多。

3.3 细胞凋亡 越来越多的研究发现脑缺血再灌注损伤可诱导神经细胞凋亡［17］。哺乳动物细胞凋亡中,caspase家族具有非常重要作用,其中caspase3是细胞凋亡的关键酶和“执行者”。Krupinski等［18］采用免疫组化双染证明TUNEL 阳性细胞在梗死区和梗死周边区表达,与caspase表达一致。在缺血性神经损伤过程中,抑制caspase3活性可产生明显的神经保护作用［19,20］。有研究表明，caspase3可直接作用于APP。Gervais等［21］研究结果显示，APP 能被caspase3直接有效地剪切,这种剪切可被caspase3的特异性抑制剂Z-DEVD-CHO抑制caspase3对APP的剪切破坏了细胞内APP的正常代谢过程,从而向着生成Aβ的方向进行。生成的Aβ具有神经毒性,是细胞凋亡的信号。通过刺激和活化凋亡通路中的上游caspase，经酶级联放大反应激活caspase3,从而加速APP的水解、Aβ的生成和聚集,进而促进了神经细胞的凋亡,这是一个正反馈的调节过程。

3.4 对血管舒缩功能的影响 Aβ可以增强血管的收缩性,Aβ升高后可通过去甲肾上腺素或其他内源性收缩活性物质导致神经元缺血而死亡。合成的Aβ可以使孤立的大动脉和人脑动脉收缩,削弱内皮细胞依赖的乙酰胆碱引发的血管扩张［22］,Zhang等［23］用过度表达APP的转基因小鼠MCAO模型来研究缺血性脑损伤后Aβ对血管活性和血流量的影响和机制。研究发现,Aβ降低了乙酰胆碱(ACh)对血管的活性,破坏了脑血管的调节,降低了梗死区边缘小动脉的舒张能力,阻碍了侧支循环的建立,因此使缺血半影区脑血流(CBF)明显减少,加重了缺血性脑损伤。Deane等［24］也证实Aβ可以通过内皮素-1(Endothelin-1)作用于血管内皮细胞,使血管收缩,从而降低脑血流量。

Aβ的沉积在AD发病机制中的重要作用已得到公认,与此同时,Aβ在缺血性脑损伤中的作用机制也逐渐受到人们广泛关注。因此，针对Aβ的神经毒性进行干预,研究抗Aβ的药物,无论是对AD还是对缺血性脑损伤的有效防治及延缓其发生、发展均产生重要影响。

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（收稿日期：2011-11-07）