阿尔茨海默病β淀粉样蛋白的研究进展

阿尔茨海默病(AD)即老年痴呆症，是痴呆的最常见类型之一，是一种以记忆能力减退、认知功能障碍、行为异常为特征的脑退行性疾病，AD已成为继心脏病、癌症和中风之后的第4号杀手。

近年来，研究发现AD患者大脑中老年斑的主要成分——Aβ可能是该病发病机制中的起始因素和关键环节〔1～3〕。

Aβ在大脑中的过量生成和聚集、沉积可引起神经元钙稳态失衡，自由基大量产生，激活炎性因子，引起脑组织局部炎症等一系列反应，导致突触减少，神经元缺损，神经网络破坏，继而出现中枢整合功能异常。

在AD患者脑内，包括胆碱能系统在内的多种神经递质系统发生改变。

进一步研究发现，胆碱能系统的紊乱源于Aβ的过度生成和聚集〔4〕。

近年来，AD的研究者也开始在寻找以Aβ为靶点的AD治疗药物。

本文就AD研究领域中最热门的内容——Aβ做一综述。

1 Aβ的历史性发现1930年，Divry用刚果红对AD病人脑中的损害区域进行染色，成功地使沉积在细胞外的老年斑着色，进而发现了老年斑的主要成分是一种嗜刚果红的淀粉样蛋白。

1984年Glenner 等〔5〕分别成功地完成了对这种蛋白的分离和测序工作，发现此蛋白是由39～43个氨基酸残基组成，分子量约为4 24 kD，因其具有一个β片层的二级结构，遂命名为β淀粉样蛋白，简称Aβ，以刚果红染色，偏振光下呈苹果绿双折射性〔6～8〕。

此后，人们克隆了编码Aβ的基因，并在一类较大的跨膜蛋白中发现了Aβ的全部序列，从而阐明Aβ是由该跨膜蛋白分解而来，故称之为β淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)。

2 Aβ的前体蛋白——APPAβ来源于一个大的前体蛋白质，即APP。

APP基因定位于21q21，含19个外显子，具有基因多态性。

由基因转录后，根据剪接位点的不同，所得的mRNA可翻译生成数种亚型(如APP695，751，770)，总称为APP，皆为跨膜糖蛋白。

前两种蛋白在大脑中含量较高，AD患者老年斑的核心成分Aβ是APP 的一个肽段，由APP 水解产生的。

Aβ在正常情况下产生和降解保持平衡〔9〕。

脑内APP有两条代谢途径，一条是非Aβ生成途径，这是一条正常的代谢途径，APP 主要由α分泌酶水解，生成αAPPs和C83，后者在γ分泌酶作用下，进一步降解为P342或P340，该途径是APP代谢的主要途径；另一条是Aβ生成途径，APP首先经β分泌酶水解生成βAPPs和C99，后者再在γ分泌酶作用下，产生Aβ42或Aβ40。

Aβ从可溶状态到不溶状态的转变是AD发病机制中的关键环节〔10〕，这一过程涉及许多因素，主要与分子的疏水性、电荷数等特点有关，也受pH值、温度、金属离子等因素影响。

Aβ的分子构型、状态与Aβ神经毒性关系密切，β片层结构可促进Aβ聚集成不溶性纤维，形成极难溶的沉淀，并由此生成老年斑，导致AD发生。

3 Aβ的组成成分以往研究发现Aβ是由39～43个氨基酸组成的肽，是一个含N端与C端异质的小分子疏水肽，Aβ40和Aβ42是其两种基本类型。

2004年美国田纳西州立大学的徐学敏博士和他所领导的科研组在《生物化学杂志》(JBC)上报道了他们检测到一种更长的Aβ——Aβ46，即具有46个氨基酸组成的肽链〔11〕。

这一新的长Aβ是由APP在一个先前未知的δ裂解点裂解而形成的。

值得注意的是，这个新的裂解点恰好和一个与家族性AD早期发病相关的APP突变点(APP717突变，也称伦敦突变)处于同一位点。

这一新发现无疑为解答为什么该突变会导致产生相对较长的新的Aβ提供了答案。

由于实验已证明Aβ越长越易凝聚沉淀、致病性越强，故这一新发现的长Aβ可能为诊治AD提供新线索。

该研究中的另一重要发现是，一直被用来抑制分泌性Aβ产生的一些化合物实际上却导致了这种更长Aβ在细胞内的聚集。

研究者认为，这一发现对于特殊抑制剂的设计和开发极为重要，可能成为AD治疗的“利器”。

4 Aβ的构象变化2005年中国科学院上海药物研究所的研究人员在AD形成相关Aβ构象变化机制研究方面取得重要进展〔12〕。

他们的研究表明Aβ在聚集状态下以β 折叠为主，而非聚集时则根据不同的环境采用不同构象，如在生物膜和有机溶剂中以α 螺旋为主，在水溶液中则以卷曲为主。

由于Aβ非常容易聚集，且构象转变所需时间非常短，因此，到目前为止仍无法检测Aβ从α 螺旋到β 折叠或者从卷曲到β 折叠的构象转变过程，而仅仅是通过理论计算进行模拟。

该研究所通过对Aβ在水溶液和磷脂双层中的多次长时间分子动力学模拟(模拟时间接近1 s)，第1次在原子水平上捕捉到Aβ在水溶液中从α 螺旋到β 折叠的构象转变；通过残基突变找到导致这种构象转变的原因是疏水C端4个甘氨酸的有序排列，从而提出了Aβ的构象变化具有序列依赖性。

他们还模拟了Aβ在磷脂层中的构象变化分子动力学行为，发现Aβ从其前体蛋白水解后趋向生物膜表面运动，而且与水溶液中的构象变化不同，在磷脂双层中Aβ没有形成β 折叠结构。

Aβ在不同环境中的不同构象变化以及对导致其向β 折叠结构转变的关键因素进行分析所得结果为阐明Aβ在AD致病过程中的作用机制和设计阻止Aβ聚集的药物方面奠定了基础。

5 Aβ降解的新发现美国Texas大学西南医疗中心Miller等人的最新研究结果显示，一种被称为insulysin 的酶类能够降低AD小鼠大脑内相关蛋白质的水平，从而降低AD发病的危险〔13〕。

insulysin 在大脑内对Aβ的降解起着十分重要的作用，亦即其活性下降，将会增加AD的发病危险。

Miller利用转基因小鼠进行了研究，这种小鼠体内缺乏相关基因，而不能产生insulysin。

他们研究发现，即使小鼠体内的insulysin活性稍有下降，其大脑内的Aβ水平都会明显增加。

该酶也是降解胰岛素的几种酶之一。

这提示insulysin在人体内有多种作用。

Miller认为，AD患者和具有某些基因变异的人大脑内的insulysin水平只有正常人的一半。

她推测在AD 患者中insulysin活性降低可能与该病发病有关。

6 Aβ的转运Aβ在内质网产生后，早期少量的Aβ会停留在细胞内进行代谢，而不运至胞膜进行分泌。

然而，对于大部分Aβ来说，必须运往胞膜，分泌至胞外。

在人脑脊液中不规则卷曲A β的水平范围在3～8 nmol/L之间，而血浆中Aβ的水平极低，普遍在500 pmol/L以下。

A β40和Aβ42都能在细胞外液中检测到。

美国圣路易斯大学的研究人员指出〔14〕，在运送一种蛋白穿过血 脑脊液屏障和运出脑外方面出现问题是AD的直接原因。

他们分析了Aβ在AD小鼠模型脑内聚集的现象，发现这种蛋白被堵在脑内且不能穿过血 脑脊液屏障。

这种蛋白聚集得越多，就越难透过血 脑脊液屏障移出脑外，病人的致病程度也就越严重。

由于这是一种转运方面的问题，因此寻找用酶破坏这种蛋白的方法或者设法将其推过血 脑脊液屏障并送出脑外就显得十分重要。

美国罗斯特医学中心研究人员发现，Aβ分子并不能独立通过血 脑脊液屏障，要借助一种被称为RAGE无毒大分子携带穿过血 脑脊液屏障。

但是形成血 脑脊液屏障的细胞所产生的RAGE的数量很少。

当RAGE分子失去功能时，Aβ穿过血 脑脊液屏障的转运就停止了。

此外，为阻止Aβ进入脑内，研究人员找到一种与RAGE相似的可溶性RAGE 分子。

当RAGE携带大量的Aβ进入脑内时，脑内的血流量就会减少一半。

而在输注可溶性RAGE阻断此过程后，血流量可恢复正常。

脑血流量的降低可以解释AD患者意识模糊和痴呆的形成〔15〕。

7 针对Aβ相关药物的研究目前国际研究热点集中在减少致病物质Aβ，通过抑制Aβ产生、聚集，甚至制造针对Aβ的抗体等手段来对抗其对大脑的损伤，如Vit E、刚果红、烟酸等〔16〕，它们均处于动物实验阶段。

这些基础性研究已成为药物开发的源泉〔17〕，这类药物也已成为国际上研究AD治疗的最热门、发展最快的一类药物，按作用机制主要分为以下几类：7 1 疫苗用人工合成的Aβ1～42免疫接种可产生抗Aβ1～42抗体，它可激活单核细胞和小胶质细胞，从而清除Aβ1～42。

Schenk等〔18〕首次实验证明用Aβ疫苗免疫转基因AD模型鼠(PDAPP)后,基本上可以阻止幼年鼠(6周龄)淀粉样沉积的形成以及神经性营养不良和星形胶质细胞增生，同时对老年鼠(11月龄)可以明显缩小AD样病变的范围和缓解其类似AD的病理进程。

Dodart等〔19〕用抗Aβ的抗体治疗PDAPP后能迅速逆转其记忆缺失，并且发现PDAPP的血浆和脑脊液中均有抗原/抗体复合物的出现。

利用这一原理设计的Aβ免疫疗法有望成为AD的一种新的治疗方法。

近年来，美国、英国、爱尔兰等国家的科学家分别研制出针对Aβ的特异性疫苗，但是在进行Ⅱ期临床试验时都出现了始料不及的严重脑炎，导致试验被迫终止。

不过，瑞士苏黎世大学的研究人员对参与疫苗临床试验的患者进行分析时发现，接受AD疫苗治疗后，患者体内确实形成了针对Aβ的抗体，说明这种方法的确有效。

瑞典科学家正在研制一种名为“CAD 106”的疫苗，这种疫苗效果更为显著，应该可以在不导致发炎的情况下成功地诱导抗体产生〔20〕。

最近，日本专家也宣布他们新开发了一种脱氧核糖核酸(DNA)疫苗〔20〕。

这种疫苗注入肌肉后，所含有的DNA指导肌肉细胞合成Aβ。

机体免疫反应会促使针对Aβ的抗体生成。

抗体进入大脑攻击脑内Aβ，使之减少，起到治疗作用。

目前，研制还处于动物试验阶段，有望减轻现有疫苗疗法的副作用。

另外，一种可以防止或减少实验鼠大脑中斑块形成的试验性疫苗也许可以用于防止甚至治疗AD。

爱尔兰埃兰制药集团公司的科学家称AN 1792疫苗也是以人工合成的Aβ为基础，引起免疫反应，以防止或清除大脑中的斑块。

在对通过基因改造诱发出这种症状的实验鼠所做的两项研究表明，每月接种AN 1792疫苗可防止幼鼠形成斑块，或者防止老年实验鼠长出更多的斑块。

目前疫苗只是在鼠类身上进行了试验，但该公司负责神经生物学研究的戴尔·申克说，随着年龄的增长在动物大脑中会产生淀粉样斑块，其过程与人类相似，期望可以成功地过渡到人体的应用〔21〕。

7 2 抗Aβ纤维化、聚集及沉积的药物Aβ在一定条件下可与细胞内糖类物质醛基氧化形成Schiff 碱，产生难溶的、不可逆性纤维凝聚物高度糖基化终产物(AGEs)〔22〕。

另外，合成的Aβ尤其是含40个氨基酸的Aβ1～40，在体外培养时可形成β 折叠结构，进而沉淀形成Aβ纤维丝。

促使Aβ聚集、沉淀的因素可能有自由基增加，pH值下降，铝、锌浓度增加等。

这些因素可能使Aβ的构象发生变化，疏水区域显露(疏水性增加)，促使A β形成β 折叠，进而启动淀粉样纤维丝形成和沉淀。

Soto等〔23〕设计了一个含11个氨基酸的抗β 折叠肽链(anti β sheet peptide，iAβ11)，能与Aβ高亲和性地结合，降低Aβ的疏水性。