自噬在阿尔茨海默病发病机制中的作用及治疗策略

【前言】自噬在阿尔茨海默病发病机制中的作用及治疗策略由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110122， China； 2.School of Pharmacy， China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110122， China [Abstract] Autophagy is one of the important scavenging mechanisms for the intr...

[摘要] 自噬是细胞清除异常积聚蛋白质的重要机制，在阿尔茨海默病（AD）的发病机制中扮演重要角色。自噬囊泡的大量形成与溶酶体功能障碍在AD特征性病理改变如β-淀粉样蛋白沉积、Tau蛋白异常磷酸化的形成与清除密切相关，已成为未来AD潜在治疗靶点之一。深入了解自噬的机制及其与AD的关系对通过药物调节自噬从而延缓AD进展具有重要意义。因此，本文就自噬在AD发病机制中的最新研究进展，对自噬在AD中的作用及药物干预研究进行分析、归纳和总结，为深入研究AD的治疗策略提供理论依据。

[关键词] 自噬；阿尔茨海默病；β-淀粉样蛋白；Tau

[中图分类号] R743 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）12（b）-0036-04

Role of autophagy in the pathogenesis of Alzheimer's disease and its therapeutic strategies

LI Chang1 LIU Mingyan2

1.China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110122， China； 2.School of Pharmacy， China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110122， China

[Abstract] Autophagy is one of the important scavenging mechanisms for the intracellular abnormal accumulated proteins， and plays an crucial role in the pathogenesis of Alzheimer's disease （AD）. Multiple studies have demonstrated that the autophagic vecuoles accumulation and the lysosomal dysfunction are closely related to the formation and elimination of the characteristic pathologic changes such as the Aβ deposits and the aggregation of abnormally phosphorylated Tau， etc， indicating that autophagy becomes one of the AD potential therapeutic targets in the future. Therefore， it has great significance to further explore the mechanism of autophagy and its relationship with AD， and to develop the drugs adjusting autophagic process. In this review， we summarize the recent research progress of the relationship between autophagy and AD， and the promising autophagy-realated treatements for AD， providing the theoretical evidences for generating new anti-AD therapeutic strategies.

[Key words] Autophagy； Alzheimer's disease； β-amyloid； Tau

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一种缓慢隐匿性的进行性神经退行性疾病，主要表现为记忆力衰减和认知功能障碍，其病理学特征主要包括β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）沉积而形成的老年斑（senileplaques，SP），细胞内Tau蛋白异常磷酸化形成的神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）和神经元的丢失等[1]。自噬是细胞清除细胞内异常聚集的蛋白质和受损细胞器的重要机制，其与清除AD相关异常积聚蛋白质密切相关。因而，自噬对进一步揭示AD发生、发展的机制，发现防治AD的新靶点，研发新型抗AD药物具有深远的科学意义和重要的研究价值。因此，本文对自噬机制、自噬与AD的关系及基于自噬的抗AD治疗策略综述如下。

1 自噬概述

自噬是向溶酶体输送胞质配件，高度保守的细胞内代谢过程。其可分为三种形式，①大自噬：细胞受到刺激后，胞质中产生膜结构，包裹需降解的物质形成自噬体，再转运至溶酶体形成自噬溶酶体，进而降解其内容物的过程，即通常所说的细胞自噬[2]；②小自噬：溶酶体主动吞噬需降解的物质，进而降解其内容物[3]；③分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）：指胞质内物质的降解需要与分子伴侣如Hsp70结合，而后被溶酶体相关膜蛋白2A（lysosome-associated membrane protein 2A，LAMP-2A）识别，选择性降解含有五肽蛋白基序的胞{蛋白质[4]。

自噬的形成需要以下几个步骤，①前自噬体的形成：细胞接收到信号刺激，内质网无核糖体部分膜脱落，形成双层膜结构；在哺乳动物体内，雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）作为感受器感受细胞内营养状态，主要对自噬发挥负调控作用；在营养匮乏、低氧等条件下，mTOR活性受抑制，ULK-1活性增强，进而与FIP2000和Atg13结合形成ULK-1-Atg13-FIP2000复合物，并从细胞质转移至内质网或其他区域，自噬泡开始形成[5]；另外，Vps34可先与Vps15互相结合，进而再结合Beclin-1形成复合物，再通过结合其他相关蛋白来调控自噬功能[6]。②膜泡的延伸及扩展：前自噬体形成后，膜泡不断扩张，并将需被降解的物质包裹形成自噬体；Atg12与Atg7链接而被活化，然后被Atg10催化，再与Atg5连接，最终形成Atg5-Atg7-Atg12复合体，可与自噬泡外膜结合，促进自噬泡的延伸及扩展；同时，LC3在Atg3和Atg7的切割下产生LC3-Ⅱ分子，并在自噬泡的内膜及外膜上发生特异结合。③自噬体的运输和膜泡融合：微管骨架将自噬体运输至溶酶体，其外膜与溶酶体膜融合，将含一层膜的自噬体释放到溶酶体内，被溶酶体水解破坏后完成自噬体的降解。

2 AD与自噬

AD特征性病理改变为Aβ沉积形成的细胞外SP和Tau蛋白异常磷酸化形成的神经细胞内NFTs及神经元丢失伴胶质细胞增生等。研究发现，正常脑组织中神经细胞中自噬囊泡少，但在APP695小鼠脑中则存在很多与Aβ相关的自噬囊泡[7]，聚集在营养不良的突起部位；同时，AD患者脑组织中存在自噬囊泡，提示自噬作为一种异常蛋白质聚集和受损细胞器的处理过程，对AD发生、发展过程中Aβ沉积及其引起的细胞器损伤发挥重要调控作用，可成为AD的新潜在治疗靶点。

2.1 Aβ沉积与自噬

APP是细胞中的Ⅰ型膜蛋白，可被β-分泌酶（BACE）和γ-分泌酶顺序切割而产生Aβ。Aβ大量沉积将干扰细胞内细胞器如溶酶体的正常形成及功能的发挥，进而加剧Aβ的沉积，促进AD的发生、发展[8]。研究发现，累积在AD神经轴突的自噬小体中含有APP、BACE及Aβ等成分，并以此为发生自噬反应的底物，导致细胞内Aβ进行降解，因此自噬与Aβ的生成和清除密切相关[9]。最近研究表明，自噬诱导剂雷帕霉素处理神经元后可增加自噬及诱导其分泌Aβ，抑制自噬的spautin-1处理神经元，则可通过抑制USP10/13及促进Vps34复合物降解而降低Aβ的分泌[10]。另外，磷脂酰肌醇结合网格蛋白装配蛋白（PICALM），作为自噬载体受体，可与APP-CTF和LC3相互作用，直接使APP-CTF从内含体募集到自噬体，并进一步加工为Aβ，与Aβ的代谢密切相关[11-12]。

APP也可被α-分泌酶裂解形成可溶性裂解产物sAPP-α，从而减少Aβ的生成。解联蛋白和金属肽酶结构域10（ADAM10）是一种α-分泌酶，可促进LRP1的胞外结构域脱落，降低Aβ透过血脑屏障的转运，阻止脑内Aβ聚集[13]。Maurer等[14]发现，干预Atg16L1可影响自噬功能，因此作为Atg16L1表达产物的ADAM10的水平与自噬功能相关。

2.2 早老素与自噬

体内早老素基因分为PS1和PS2两种，其突变与AD的发生关系密切。早老素可促进溶酶体酸化和自噬降解，其异常会引起溶酶体和自噬功能障碍。研究显示，野生型PS1可抑制自噬，而突变型PS1可增强γ-分泌酶的活性，从而促进Aβ生成[15]，同时PS1突变的转基因动物脑内神经元出现大量自噬囊泡，溶酶体系统激活[16]；而自噬也能促进PS1表达和增加γ-分泌酶的活性[17]，提示早老素与自噬存在相互作用。

2.3 Tau蛋白与自噬

Tau蛋白是一种微管结合蛋白，它能与微管结合稳定微管结构。稳定的微管可正常高效地介导自噬泡向溶酶体运输，保证自噬功能的正常发挥。AD患者神经元中，Tau蛋白高度磷酸化形成NFTs，失去与微管正常结合的能力，使自噬小体不能结合于微管蛋白而向溶酶体运输，从而导致自噬功能障碍。Kim等[18]发现，异常高磷酸化Tau蛋白的清除有赖于NDP52受体介导的自噬功能。同时，雷帕霉素可通过上调自噬降低Tau蛋白聚集所引起的神经毒性。因此，AD患者脑内自噬功能受损，可促进Tau聚合体的形成，而形成的Tau复合体又进一步导致自噬功能障碍，从而形成恶性循环。

2.4 APOE与自噬

APOE是一系列的载脂蛋白，与AD发病密切相关的主要是APOE4。APOE4可诱导Aβ的增加及聚集，导致溶酶体不稳定，妨碍自噬功能的正常发挥，进而介导AD的发生[19]。同时，作为在AD发生、发展过程中发挥重要作用的星形胶质细胞的自噬功能对Aβ的清除也具有重要意义。在过表达APOE4的小鼠源性星形胶质细胞中，自噬功能降低，清除Aβ能力也降低[20]。

2.5 TREM2与自噬

TREM2是表达在骨髓亚群细胞膜上的特异免疫性受体，可能与AD的发生密切相关。一方面，TREM2是APOE的配体，这可能会导致自噬的异常，进而促进AD的发展[21]；另一方面，TREM2在小胶质细胞的回收由Beclin-1来调节。AD患者脑内小胶质细胞的Beclin-1水平降低，这与TREM2的回收障碍密切相关[22]。

2.6 Clusterin与自噬

自噬的发生、发展过程需要Clusterin的表达。Clusterin可通过与LC3共定位，加强LC3-Atg3复合体稳定性，增强自噬的激活。而沉默Clusterin可以减弱自噬激活。这提示Clusterin与自噬关系密切[23-24]。而CLU基因单核苷酸多态性与散发性AD相关，且在AD患者脑内Clusterin的mRNA水平明显升高[25]。Clusterin还与Aβ蛋白相互作用，并使Aβ蛋白的溶解度和聚集度发生改变[26]。

3 基于自噬的AD治

目前，大多数治疗AD的药物只能缓解症状而不能预防AD的发生。研发能够预防AD发病的新药一直是AD研究的热点问题。由于异常蛋白质大量聚集引起AD发病，因此，有效增强蛋白质聚集物降解或预防蛋白质聚集物的形成可能是预防AD的有效方式及途径。自噬作为体内积聚的蛋白质和非必须细胞器清除的主要途径，可作为预防AD发病的治疗靶点。

3.1 基于自噬相关mTOR信号转导通路的AD治疗

mTOR是一种蛋白激酶，也是自噬的主要负调节因子。mTOR抑制剂雷帕霉素已被证实在多种模型中具有上调自噬的作用。其可通过上调自噬而降低APPSwe/PS1/TauP301L三转基因AD小鼠脑内Aβ的生成，抑制Tau聚集，提高其认知能力[27]。另有研究表明，雷帕霉素可通过加强自噬作用改善APP/PS1小鼠和P301S转基因小鼠模型记忆和空间认知能力[28]，这提示雷帕霉素在AD临床治疗方面可能具有良好的应用前景。然而，由于mTOR也参与机体多种生理功能，长期使用雷帕霉素抑制mTOR可能会对患者产生毒副作用，因此不能长期应用。

3.2 基于自噬的依于非mTOR信号转导通路的AD治疗

3.2.1 肌醇信号通路 肌醇信号通路是被发现的第一个调节自噬的依赖非mTOR的信号转导通路。细胞内IP3水平是自噬的负调控因子，其水解产物游离肌醇对肌醇信号通路十分重要。降低细胞内肌醇或IP3水平可诱导自噬，而细胞内水平升高则通过影响自噬小体膜泡的延伸及扩展阶段来抑制自噬。抗躁狂药碳酸锂、抗癫痫药丙戊酸钠和卡马西平可抑制肌醇单磷酸酶而诱导非mTOR通路介导的自噬，维持细胞内较低的肌醇水平，因此诱导抑制淀粉样蛋白聚集和抗细胞毒作用[29]。

3.2.2 Ca2+/钙蛋白酶途径 细胞的自噬功能与细胞内Ca2+浓度有关。高文凡等[30]发现，在大鼠软骨细胞模型中增加细胞内Ca2+浓度可提高自噬相关标志物Beclin-1、ULK1的mRNA水平及LC3Ⅱ蛋白表达水平，提示Ca2+浓度的升高与自噬功能增强具有相关性。二氢吡啶类钙通道阻断剂伊拉地平可选择性结合海马钙通道Cav1.2，通过抑制钙内流，增加LC3B表达，改善自噬功能，减少Aβ寡聚体毒性，降低Tau蛋白磷酸化及Aβ斑块[31]。而Ca2+通道拮抗剂如维拉帕米、胺碘酮、洛哌丁胺和尼莫地平可增加细胞内Ca2+浓度，但其诱导自噬的结果还有待于进一步研究。

3.3 AD免疫用药与自噬

越来越多的研究表明，免疫可能参与自噬过程，Gu等[32]构建的TaumAbs可与p-tau396/404特异结合，通过自噬途径进入细胞，从而清除细胞内病理性Tau蛋白的异常积聚。同时，靶向Aβ寡聚体的单克隆抗体可增加LC3Ⅱ水平，通过改善AD状态下的自噬功能，改善Aβ沉积，这也为AD的治疗提供了新的思路。

4 小结

目前，临床常用药物仍然是以易逆性抑制胆碱酯酶抑制剂提高胆碱能神经元功能来治疗轻中度AD或非竞争性NMDA受体拮抗剂美金刚抑制兴奋性氨基酸的神经毒性来治疗中重度AD，但由于不良反应多，因此AD治疗仍缺乏有效的药物。自噬作为一种广泛存在的细胞内降解方式，在Aβ的产生、分泌、清除以及Tau蛋白的磷酸化和清除等方面起重要作用，被认为是AD治疗的潜在靶点。因此，自噬调节剂的研究为AD治疗提供了光明的前景。目前，有一些依赖于不同通路的自噬调节剂已经取得了良好的效果。然而，对AD患者自噬障碍的分子机制，自噬调节剂如何有效控制AD发生、发展而不影响正常生命活动，仍需要更深程度地探索与研究，也将成为未来AD研究的焦点。

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（收稿日期：2016-09-15 本文编辑：李亚聪）