朊蛋白在阿尔兹海默症中作用的研究进展

朊蛋白在阿尔兹海默症中的作用摘要：蛋白质构象病是一类由于蛋白构象错误而引发组织病变的疾病。阿尔兹海默症是一类典型的蛋白质构象病，而关于其相关蛋白，β淀粉样多肽（Aβ）诱发疾病的机理目前有很多种说法，最近发现朊蛋白在Aβ诱发阿尔兹海默症的过程中有着较为重要的作用。本文综述了朊蛋白与Aβ的主要作用方式以及这些相互作用与阿尔兹海默症关系研究的最新研究进展。

关键词：生物化学；阿尔兹海默症；β淀粉样多肽；朊蛋白

阿尔兹海默症（Alzheime r’s Disease，AD）是一类最常见的老年痴呆症，由阿尔兹海默（Alois Alzheimer）博士最早于1906 年报道[1]。其临床表现为认知功能退化、记忆力和学习能力降低，最终丧失自主生活能力[2]。随着我国人口老龄化程度的加剧，阿尔兹海默症已经成为了我国国民的重要的健康隐患[3]。

目前对于阿尔兹海默症尚无有效的早期诊断手段和治疗方法，已发现的病理特征为神经元内部的神经缠结和细胞外的淀粉样斑块[4]。神经纤维缠结是由一种微管结合蛋白（tau 蛋白）因过磷酸化从微管上脱离并且自聚集成为纤维状蛋白所导致的。此聚集容易造成神经元细胞骨架崩解，进而引发神经炎症，同时聚集的纤维在细胞内堆积会造成神经信号通路的敏感性降低[5]。淀粉样斑块是由β淀粉样多肽（Amyloid-β，Aβ）在大脑的海马区及皮层发生沉积（聚集）造成的，Aβ是一段长度为40 多个氨基酸的多肽，由其前体——淀粉样蛋白前体（Amyloid Precusor Protein，APP）水解得到[6-8]。APP 是一个一次跨膜蛋白，其N 端暴露在细胞外，在β分泌酶（β-secretase，又称Beta site APP Cleaving Enzyme，BACE1）和γ 分泌酶（γ-secretase）的共同切割下可以得到完整的Aβ蛋白[9-11]。由于切割位点的多样性，得到的蛋白会含有不同数量的氨基酸残基，在人体内含量较多的Aβ形式是含

有40 个氨基酸的Aβ1-40（Aβ40）和含有42 个氨基酸的Aβ1-42（Aβ42）.

目前的研究进展表明，Aβ蛋白的聚集在阿尔兹海默症的发病过程中有着重要的作用，

是最重要的致病因素之一[13, 14]。目前的研究又发现，在神经系统中有着关键生理作用的朊蛋白在Aβ诱发阿尔兹海默症的过程中有着重要的调控作用[15]。因此，本文旨在讨论朊蛋白在阿尔兹海默症的发病过程中所起到的复杂作用，同时对多种复杂关系进行分析，对以朊蛋白为靶点的治疗手段进行了预测。

1 Aβ的致病过程和朊蛋白的生理功能

(1).Aβ的致病过程

在Aβ的聚集过程中，通常会经过两种状态，首先形成球状的可溶性寡聚体，寡聚体再进一步形成纤维丝状结构沉淀在细胞膜表面。从单体到寡聚体再到纤维丝要经历不同的构象，通常Aβ蛋白形成纤维丝时会呈现出大量的反向平行的β折叠结构，此结构对于细胞膜会有伤害并引发细胞凋亡[16]。

然而，有研究表明，在Aβ聚集的过程之中，寡聚体往往具有更大的毒性[18]。实验证明将寡聚体注射到小鼠脑内会造成小鼠的学习记忆能力降低[19]，大量细胞实验也证明寡聚体对于细胞具有更大的毒性[20-22]，甚至有研究表明tau 蛋白的过磷酸化也可能是由于Aβ寡聚体造成的[23]。

目前，普遍认为Aβ寡聚体通过两种方式造成细胞毒性和神经系统退行：一方面是Aβ 寡聚体能够附着于细胞膜上从而改变细胞膜通透性[24, 25]。有实验表明，Aβ蛋白形成的寡聚体在膜环境下，往往倾向于形成α螺旋的构象，这一构象容易插入磷脂膜内形成跨膜蛋白[26]。计算研究发现多个这样的跨膜单位能够组成跨膜通道，进而使得膜内外的水分子和离子的通

透性大大增加，最终由于渗透压的改变导致细胞膜的崩解和神经元的凋亡[27]。在体外的模拟实验中，也观察到Aβ蛋白能够改变磷脂脂质体的离子通透性[28]。

另一方面，Aβ寡聚体能够与受体结合，介导细胞凋亡和细胞炎症的相关通路[29-31]。即

Aβ蛋白寡聚体不直接与磷脂膜作用时，而是作为信号分子或信号分子的抑制剂与细胞膜表面的Aβ受体结合，导致细胞内异常通路的激活或者正常通路的抑制[30]。由于生物信号具有很大的扩增作用，在发病过程中这种效应往往能够发生更大的效用。在目前的研究中，被发现的受体分子有胰岛素受体等[30, 32]。不同的受体会有不同的功能，其中朊蛋白是较为特殊的一种受体[15]。

(2).朊蛋白的生理功能

朊蛋白是动物体内一种高度保守的蛋白，在神经系统中有较高的表达[33]。成熟的朊蛋白包含209 个氨基酸残基并有较为复杂的糖基化修饰，它的C 端通过糖基磷脂酰肌醇锚定在细胞膜的脂筏上，并暴露在细胞膜外侧[34]。游离的朊蛋白容易与糖基化磷脂酰肌醇结合并定位在脂筏上[35, 36]。在其N 端有若干个八肽重复序列，据报道和铜离子有较好的结合能力[37]。

虽然错误折叠的朊蛋白会引发疯牛病、羊搔痒症等很多传染性神经退行疾病，但是正常的朊蛋白（也称细胞型朊蛋白，cellular prion protein，prp c）在神经系统中有着较为重要的功能[35]。目前发现敲除了朊蛋白基因核心区段的小鼠在低龄期已发生神经退行[38, 39]，而敲除不同区段的朊蛋白基因会对神经系统有不同的影响[15]，说明其对于神经发育有着较为重要而复杂的作用。同时，朊蛋白在神经系统中还有调节细胞膜内外氧化压力以及离子平衡的作用[40]，是神经系统中表达量较高而且较为重要的一种蛋白。

2 朊蛋白在在阿尔兹海默症中对Aβ蛋白毒性的影响

目前对于朊蛋白在阿尔兹海默症的发病过程中的影响主要有两种观点：其一认为朊蛋白作为膜锚定蛋白能够起到信号分子受体的作用，通过与细胞外的Aβ寡聚体结合引发细胞内的通路而产生毒性[12]；另一观点认为朊蛋白能够影响Aβ的生成从而起到神经保护作用。实际上，由于朊蛋白本身结构特点以及糖基化修饰的复杂性导致了其本身具有多种功能，此二

种功能可能在体内同时存在并且均发挥一定的作用。

(1). 朊蛋白介导Aβ引发的神经毒性

a.朊蛋白作为受体介导Aβ寡聚体诱发的神经毒性

Stephen 课题组在2009 年报道发现，敲除了朊蛋白基因的细胞系对于Aβ寡聚体介导的神经毒性不敏感[15]。剑桥大学Alun Williams 课题组发现向敲除朊蛋白基因的细胞的培养基中加入游离的朊蛋白时，Aβ 寡聚体对细胞的毒性会随着加入的朊蛋白量的增加而逐渐恢复敏感性[36]，说明很有可能Aβ蛋白寡聚体诱发细胞毒性的过程中需要朊蛋白介导。且Alun