阿爾茲海默癥發(fā)病機制及主流觀點
圖 1.《勿忘我》結(jié)尾片段
令人遺憾的是，阿爾茲海默癥的發(fā)病機制復雜，至今仍未完全破譯具體機制，目前主流觀點是腦內(nèi)細胞外 β-淀粉樣蛋白 (Aβ) 逐漸沉積和細胞內(nèi) Tau 蛋白聚集導致的神經(jīng)元死亡和認知障礙。
■ Aβ 蛋白沉積
Aβ 蛋白是淀粉樣神經(jīng)炎斑塊的主要成分，由淀粉樣前體蛋白 (APP) 代謝產(chǎn)生的，從 APP 變身 Aβ 蛋白有以下歷程
APP 是 I 型跨膜糖蛋白，APP 在膜附近被 α-分泌酶的細胞外蛋白酶裂解，切割釋放出可溶性細胞外片段 sAPPα；同時也被 β-分泌酶 1 (BACE1) 的天冬氨酰蛋白酶裂解，釋放可溶性細胞外片段 APPβ 與膜結(jié)合片段 (C99)。緊接著，C99 在膜內(nèi)被 γ-分泌酶復合物切割，釋放 Aβ 蛋白和細胞內(nèi)肽 (AICD)。
Aβ 蛋白在神經(jīng)元活動增強的環(huán)境下分泌釋放到細胞間質(zhì)液中，聚集形成寡聚體、原纖維，最終形成斑塊 (圖 2)。
2021 年 6 月 7 日，F(xiàn)DA 批準阿杜卡努單抗 (Aducanumab) 作為早期阿爾茲海默癥的治療藥物。作為近 20 年來首款用于阿爾茲海默癥的批準藥物，阿杜卡努單抗的主要作用機制是：作為一種高親和靶向 Aβ 構(gòu)象的單抗，與阿爾茨海默癥 (AD) 患者腦中的淀粉樣蛋白結(jié)合最終達到清除目的。
圖 2. Aβ 蛋白沉積[1][2]
■ Tau 蛋白聚集驅(qū)動 AD 發(fā)展
Tau 蛋白與認知障礙的進展密切相關(guān)。研究表明，隨著年齡的增長，即使沒有認知能力下降，Tau 病理也會在內(nèi)嗅皮層和內(nèi)側(cè)顳葉中積累，即所謂的原發(fā)性年齡相關(guān) Tau 病變 (PART)。Tau 蛋白已經(jīng)被證明在微管組裝和神經(jīng)元軸突的穩(wěn)定以及微管運輸?shù)恼{(diào)節(jié)中具有重要作用，Tau 敲除 (KO) 小鼠雖然沒有表現(xiàn)嚴重的發(fā)育表型，但在細胞培養(yǎng)中會表現(xiàn)出明顯神經(jīng)元成熟延遲和突觸可塑性受損。
在正常情況下，Tau 蛋白通常以其天然單體形式存在，但是在阿爾茲海默癥患者的大腦中，Tau 蛋白聚集物以一種固定的方式沿著神經(jīng)解剖連接線發(fā)生。錯誤折疊的 Tau 蛋白促進天然 Tau 單體的錯誤折疊，進一步導致新的病理 Tau 蛋白聚集物產(chǎn)生。
圖 3. Tau 蛋白聚集[2][3]
Tau 蛋白也受多種翻譯后修飾的影響，包括磷酸化、乙�；⑻腔�、O-GlcNAcylation 等多種修飾。Tau 在不同位點的磷酸化反映疾病的進程。在 AD 早期，神經(jīng)原纖維纏結(jié) (NFTs) 尚未形成，Tau 的磷酸化位點主要發(fā)生在 Ser199 和 Ser422 等位點，隨著疾病的進展，Ser202 和 Thr205 位點的磷酸化將不斷增強。Thr231 位點的磷酸化一般標志著有更多的成熟的 p-Tau 組裝形成 NFTs，推動疾病進入晚期階段。乙�；揎椧灿兄匾饔�，最近發(fā)表于 Cell 的文章 Reducing acetylated tau is neuroprotective in brain injury 一文表明，創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI) 是 AD 中的非遺傳性、非衰老相關(guān)風險因素，在有 TBI 史的 AD 患者大腦中的乙�；稽c誘導 tau 乙酰化 (ac-tau)。
阿爾茲海默癥的相關(guān)發(fā)病機制較為復雜，那么用于阿爾茲海默癥研究的動物模型有哪些呢
■ 表現(xiàn) Aβ 病變的小鼠模型
Aβ 蛋白的注射：有很多研究者選擇直接向小鼠和大鼠腦內(nèi)注射毒性 Aβ 多肽來模擬阿爾茨海默病 (圖 4)。這種使用注射的方法能夠模擬在分子層面以及行為層面上的改變，例如：學習和記憶能力削弱。這種造模方式造模時間短，但個體差異較大，且注射的方法比較考驗技巧。
圖 4. Aβ 蛋白注射誘導疾病模型[5]
除了上述方法，還有基于人源性 APP 或 PS1 突變基因構(gòu)建而成的小鼠模型。野生型小鼠與人的 APP 蛋白存在氨基酸位點差異, 一般無法自發(fā)生成 Aβ 沉積。因此只有通過轉(zhuǎn)入人源性 APP 基因才能表現(xiàn)出 Aβ 相關(guān)的病理改變。例如：PDAPP 小鼠在 PDGF-β 啟動子的調(diào)節(jié)下表達人類 APP Indiana 突變 (APPV717F)，使得 APP 表達量上調(diào) (小鼠內(nèi)源性 APP 的 10 倍)。該模型小鼠在 6~9 月齡時開始出現(xiàn) Aβ 斑塊，在大腦中表現(xiàn)出年齡依賴性淀粉樣蛋白沉積以及硫代黃素-S 陽性斑塊，包括具有致密核心的致密斑塊，這些斑塊與人類 AD 中所見的相似。
■ 表現(xiàn) Tau 病變的轉(zhuǎn)基因小鼠模型
JNPL3 小鼠是最早利用 P301L 突變構(gòu)建的 Tau 轉(zhuǎn)基因小鼠模型，該模型小鼠可在小腦、海馬體，以及脊髓等處過表達人源性 TauP301L 蛋白，并且使得神經(jīng)原纖維纏結(jié)以年齡和基因劑量依賴性方式發(fā)展。除 P301L 突變之外，P301S 也是常見的 Tau 轉(zhuǎn)基因小鼠模型。例如，在 6 月 21 日在 Neuron 上發(fā)表的 Overexpressing low-density lipoprotein receptor reduces tau-associated neurodegeneration in relation to apoE-linked mechanisms 中，作者團隊證明了 LDLR OX 降低 apoE 表達，并減少 P301S 小鼠的 Tau 病理和神經(jīng)變性。
作者團隊將 LDLR 轉(zhuǎn)基因小鼠與 P301S 小鼠雜交，產(chǎn)生 P301S/LDLR 雜交小鼠。研究結(jié)果表明，在 P301S 小鼠中，P301S 小鼠的海馬和梨狀/內(nèi)嗅皮層表現(xiàn)出嚴重的腦萎縮 (圖 5A)，突觸蛋白染色結(jié)果顯示 P301S 小鼠的海馬 CA3 區(qū)的透明層突觸丟失明顯 (圖 5B)。而 P301S/LDLR 小鼠相對 P301 小鼠，上述癥狀都有緩解，并且原本由一到四型逐加重的并且將 p-tau 染色也被 LDLR OX 轉(zhuǎn)變至早期模式 (圖 5C, 5D)。
圖 5. P301S 小鼠中的 LDLR OX 減輕神經(jīng)變性[6]
A: 蘇丹黑染色；B: 突觸蛋白染色；C: AT8 染色的四種不同的 p-tau 模式；D. P301S和 P301S/LDLR 小鼠 p-tau 染色模式分布式
■ 同時表現(xiàn) Aβ 和 Tau 病變的轉(zhuǎn)基因小鼠模型
除了上述轉(zhuǎn)基因模型，目前公認的可較為全面模擬 AD 病理改變的模型是 3xTg 小鼠，該模型小鼠同時攜帶 APPK670N/M671L、TauP301L 以及 PS1M146L 三種 FAD 突變。例如近期在 Cell 上發(fā)表的題為 Chaperone-mediated autophagy prevents collapse of the neuronal metastable proteome 文章，證明了 CMA 激活對 AD 樣病變的改善作用。作者團隊使用了 AD (Tg) 三轉(zhuǎn)基因小鼠模型，同時從小鼠第八個月起，開始給 CMA 激動劑 CA77.1 (簡稱 CA) (圖 6A)。Tg 小鼠表現(xiàn)出類似焦慮和抑郁的行為，并且記憶明顯下降。
免疫熒光的結(jié)果表明 3xTg 小鼠的海馬背側(cè)早期 p-T231tau 蛋白水平，未成熟淀粉樣斑塊 (MOAB2)、成熟淀粉樣沉積 (6E10)、β 樣折疊蛋白以及 pThr231tau 都發(fā)生了顯著的上調(diào) (圖 6B)。結(jié)果還顯示海馬背側(cè)的小膠質(zhì)細胞 (Iba 染色) 和星形膠質(zhì)細胞數(shù)量明顯增多，膠質(zhì)細胞與淀粉樣斑塊樣沉積物的共定位染色明顯 (圖 6C)。而 CA 給藥組會明顯改善上述狀況�？傊�，這些結(jié)果證明了 CA 對 AD 相關(guān)病理具有有益的影響。
圖 6. 3xTg 小鼠的海馬背側(cè)染色[7]
A: 3xTg 模型示意; B: AD 疾病相關(guān)指標染色; C: 膠質(zhì)細胞染色
總結(jié)：
在這篇文章中，小 M 給大家介紹了目前關(guān)于阿爾茲海默癥發(fā)病機制的主流觀點Aβ 作為斑塊或非纖溶、寡聚物形式，最后形成致密的蛋白斑塊 (“老年斑”)；tau 蛋白錯誤折疊和組裝，不斷擴散，最后導致神經(jīng)并擴散到整個皮質(zhì)，導致神經(jīng)系統(tǒng)衰竭、神經(jīng)退行性變和認知能力下降。
關(guān)于阿爾茲海默癥的研究，研究者們從未停止探索的腳步，小 M 相信，總有一天，守得云開見月明。
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BACE1 抑制劑 |
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血腦屏障的 BACE1 抑制劑，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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具有口服活性的、可透過大腦屏障的 BACE1 抑制劑，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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BACE-1 抑制劑，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
| γ-secretase 抑制劑 |
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γ-secretase 抑制劑，抑制 Aβ42 和 Aβ40 的產(chǎn)生，用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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γ-secretase 抑制劑，抑制 Aβ42, Aβ38 和 Aβ40 形成，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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γ-secretase 選擇性抑制劑 (IC50: Aβ40=15 nM)，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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β-Amyloid 蛋白相關(guān)產(chǎn)品 |
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由 42 個氨基酸組成的肽，是構(gòu)成老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)的主要成分，在阿爾茲海默癥的發(fā)病機制中起關(guān)鍵作用。 |
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β-淀粉樣蛋白的活性片段，可誘導阿爾茲海默癥相關(guān)的神經(jīng)毒性。 |
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是由 42 個氨基酸組成的肽，有神經(jīng)毒性作用，可用于阿爾茲海默癥的相關(guān)研究。 |
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β-Amyloid (42-1), human 是 β-Amyloid (1-42) 的無活性形式；可用作陰性對照。 |
| 其他產(chǎn)品 |
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β-Amyloid 聚集，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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防止 Aβ 沉積，可恢復細胞中銅和鋅離子的穩(wěn)態(tài)，可用于阿爾茲海默癥的研究。 |
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(-)-Epigallocatechin Gallate (EGCG) 通過抑制 APP 蛋白水解減少 Aβ 蛋白的形成。 |
MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學研究或藥證申報，我們不為任何個人用途提供產(chǎn)品和服務
縮寫
AD: Alzheimer's disease
APP: Amyloid precusor protein
NFTs: Neurofibrillary tangles
CMA: Chaperone-mediated autophagy
FAD: Familial Alzheimer's disease
參考文獻
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2. Justin M Long, David M Holtzman, et al. Alzheimer Disease: An Update on Pathobiology and Treatment Strategies. Cell. 2019 Oct 3;179(2):312-339.3. Marc Aurel Busche, Bradley T Hyman, et al. Synergy between amyloid-β and tau in Alzheimer's disease. Nat Neurosci. 2020 Oct;23(10):1183-1193.
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