淀粉样蛋白与A1zheimer病
作者：李秀珍 张宝成 韩恩吉
单位：李秀珍(解放军第456医院，山东济南250031)；张宝成(淄博市第一人民医院)；韩恩吉(山东医科大学附属医院)
关键词：
现代康复000556
Alzheimer病(AD)是以进行性痴呆为主要临床表现的中枢神经系统最常见的变性病。过去把发生在60岁以前的病人称早老性痴呆，而将60岁以后发病者称老年性痴呆。事实上二者的临床表现和病理变化均相同，实属一种疾病，现通称AD。本病特征性病理变化为：(1)老年斑(Senile Plaque)，散在于病变部位，由退变的神经轴突围绕淀粉样蛋白(β-AP)组成。(2)神经原纤维缠结(Neurofibrillary Tangle)，存在于病变部位的神经元胞浆内，电子显微镜下呈双股螺旋状细丝扭曲。显然，这些变化也可在无痴呆症状的老年人大脑中发现，但是二者之间存在着差异。目前为止，AD的病因仍不清楚。近年来，β-AP在AD发病中的作用日益受到重视，本文综述了β-AP与AD之间的研究进展。
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1 β-AP的发现
早在Alzheimer描述老年斑以前，病理学家就知道有时大脑皮层含有很多球状斑，这种斑的中心是一种细丝样物质沉积，周围是一些不正常的神经突。1853年德国病理学家Virchow称这些细丝样物质为“Amyloid”，他认为是一种淀粉样物质。1907年Alzheimer第一次报告了老年斑是进行性痴呆的病理基础[1]。由此这种以老年斑为病理特点的进行性痴呆称之为Alzheimer病。直到本世纪90年代，对AD的研究有了突破性进展。1984年，Glenner和Wong从AD患者的脑膜血管壁中首次分离出了Amyloid[2]。他们发现这种物质含有39～43个氨基酸，分子量大约有4KD，并且在三维结构中呈β型折叠，从而称“β-Amyoid”。1985年Masters和Beyreuther从老年斑中心分离出了一种蛋白质[3]，这种蛋白质与β-Amyloid具有相同的分子量和氨基酸序列，并且能与相同的抗体结合。从而证实了老年斑中心也是β-AmyloidProtein(β-AP)组成。1987年Kang等在21号染色体长臂中段发现了一个基因，它含有β-AP的全部密码，这个基因编码的一组蛋白被称为β-AP前体蛋白(β-Amyloid Preursor Protein,β-APP)。这组蛋白由695～770个氨基酸组成，是一种跨膜糖蛋白。β-AP是β-APP的一个片断，由β-APP细胞膜外的28个氨基酸和跨膜部分的12个氨基酸组成[4]。这一发现不仅奠定了AD的遗传病学基础，而且也解释了为什么21号染色体3体畸形所致的伸舌痴愚与AD有相同的病理特点。
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2 β-AP对神经元的作用
自从发现β-AP是老年斑的中心以后，掀起了对β-AP研究热潮。体外实验显示β-AP对神经元的作用与它的状态有关。溶解状态的β-AP在一个短时间内能促进神经突生长和提高神经元的存活率，而沉积状态的β-AP对神经元呈现相反的作用，引起与AD相似的病理改变——神经突退缩、神经元变性[5]。β-AP除直接引起神经元变性外，它还能增强神经元兴奋性中毒反应和低糖代谢对神经元的损害。
与体外研究相一致，脑内注射β-AP也引起了神经元变性，最明显的改变发生在衰老的哺乳类动物大脑，Frautscky[6]从Alzheimer病患者的大脑分离出β-AP，然后注入老鼠的海马和皮层中均引起了神经元变性。但是体内实验也得到了相反的结果[7]。β-AP对神经元的作用机制还不清楚，现在认为它激发了神经细胞凋亡过程(Apoptosis)[8]。扫描电镜观察接触β-AP24h的神经元，发现神经突消失和细胞膜突起，随着时间的延长突起变大变多，最后神经细胞被这些突起分裂成多个小体—“自杀”小体。透射电镜观察β-AP处理过的神经元，胞浆内出现空泡，染色体浓缩成斑片状，继而分裂成一定长度的片断进入“自杀”小体。这些形态学的变化符合细胞凋亡的过程。生物化学的特点也支持这一观点，从β-AP处理24h的神经元提取DNA，然后应用琼脂糖电泳可得到典型的DNA“梯形带”[9]。
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3 β-AP在AD发病中的作用
随着发现β-AP是β-APP的一个片断[4]，很多研究者试图用分子生物学阐明β-AP在AD发病中的作用。通过家族性AD的研究，几种β-APP基因的突变已经发现[10]，这些突变提供了一个证据—β-AP质或量的异常均可引起AD发病。应用双突变的β-APP基因模型可发现β-AP的产量增加5～8倍[11]。由于β-APP基因突变引起的β-AP增加家族性AD也被证实[12]。除了β-AP的量与AD发病有关外，β-AP质的异常也与AD发病有关。应用β-APP三突变基因模型研究发现，细胞分泌的β-AP有较大的疏水性，它作为β-AP沉积的“种子”加速了其它短链β-AP的沉积[13]，从而引起AD发病。AD根据遗传特点可分为家族性和散发性，按发病时间可分为早发型(<60岁)和晚发型(>60岁)。家族性早发型除与21号染色体的β-APP基因有关外，还与14号染色体的S182基因有关[14]。家族性晚发型和散发性晚发型AD与19号染色体的APOE基因有关[15]；既与家族性早发型又与家族性晚发型有关的基因是1号染色体的STM2基因(16)及1q31～42位点[17]。尽管AD呈常染色体多基因遗传，这些基因缺陷导致AD发病都与β-AP有关。APOE是一种血浆脂蛋白，它能与β-AP结合，促进β-AP的沉积。此外还发现APOε4纯合体血管壁和老年斑的β-AP明显增加，即使APOε4杂合体β-AP也呈中等量增加[18]，APOε4增加β-AP沉积可能与组织清除β-AP的能力降低有关。S182是一种膜蛋白，功能可能与蛋白运输有关，S182基因突变影响到β-APP的代谢和运输[14]。STM2与S182是同源基因，对β-APP的影响与S182相似[16]。β-AP除与老年斑形成有关外，也参与神经原纤维缠结形成[19]。有的研究者发现当老年斑形成后，可溶的β-AP进入神经细胞，使与微管蛋白相结合的Tau蛋白过多磷酸化，过多磷酸化的Tau蛋白脱离微管蛋白而形成神经原纤维缠结。虽然各种家族性AD和散发性AD的起因各异，但是相同的病理特点提示它们的发病机制相似。根据目前的研究推测其发病机制可能是：基因异常使β-APP表达增加或代谢紊乱，导致了β-AP产生和清除不平衡，这种不平衡日积月累造成β-AP的沉积、老年斑和神经原纤维缠结的形成，最后导致神经细胞变性死亡。β-AP在这个过程中起到了中心和共同通道的作用。对这一发病机制提出挑战的是无痴呆老年人也含有β-AP的沉积。但β-AP的沉积在AD患者和正常老年人之间存在着不同。正常老年人大脑中的β-AP沉积是一种弥散形式，而不形成“成熟”的老年斑，用免疫组织化学的方法检查正常老年人的大脑，很少发现破坏的神经突。有人把β-AP在AD发病中的作用比作胆固醇斑在动脉硬化中的作用，胆固醇在全身动脉壁中弥散性的沉积，不一定与心脑血管病有直接的联系。但是胆固醇粥样硬化斑过早出现且关键部位严重，就会直接诱发心脑血管病。
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4 结论
尽管AD的病因不清，综上所述β-AP与AD之间的关系可得出下列结论：(1)β-AP是细胞跨膜蛋白β-APP的一个片断。(2)β-AP能引起神经细胞变性。(3)各种AD发病中β-AP起着重要的作用。但是β-AP与AD的关系中仍有一些重要问题需要进一步探讨，例如，β-AP的细胞来源，β-AP如何从β-APP中产生，β-AP引起AD的机制。一旦这些问题得到解决，在各个环节上干扰β-AP的生成和沉积，必将为预防和治疗AD做出贡献[20]。
参考文献
[1]Selkoe JD.Amyloid protein and Alzheimer's disease[J].Scientific American,1991,265 (5):68
[2]Glenner GG, Wong CW.Alzheimer's dis-ease:initial report of the purification and char-acterization of a novel cerebrovascular amyloid protein[J].Biochem Biophys Res Commun, 1984,120:885
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[3]Masters CL,Simms G.Weinman NA,et al. Amyloid plaque core protein in Alzheimer's disease and down syndrome[J].Proc Natl Acad Sci USA,1985,82:4245
[4]Kang J,Lemaire HG,Unterbeck A,et al.The precursor of Alzheimer's disease amyloid A4 protein resembles a cell-surface receptor[J]. Nature,1987,325:733
[5]Pike CJ,Cummings BJ ＆ Cotman CW.Beta amyloid induced neuritic dystrophy in vitro: Similarities with Alzheimer's pathology[J]. Neuro Report,1992,3:769
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[6]Frauschy SA,Barid A,Cole GM.Effects of in-jected Alzheimer beta amyloid cores in rat brain [J].Proc Natl Acad Sci USA,1991,88:8362
[7]Games D,Khan KM,Soriano FG,et al.Lack of Alzheimer Pathology after beta amyloid protein injections in rat brain[J].Neurobiol Aging, 1992,13:569
[8]Cotman CW,Whittemore ER,Watt JA,et al. Possible role of apoptosis in Alzheimer's dis-ease[J].Ann New York Acad Sci,1994,747: 36
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[9]Forioni G,Chiesa R,Smiroldo S,et al.Apop-tosis mediated neurotoxicity induced by chronic application of beta amyloid fragment 25～ 35[J]. Neuro Report,1993,4:523
[10]Mullan M.Crawford F.Genetic and molecular advances in Alzheimer's disease[J].Trends Neurosci,1993,16:398
[11]Citron M,Oltersdorf T,Haass C,et al.Mutat-ion of the beta amyloid precursor protein in familial Alzheimer disease increases beta protein production[J].Nature,1992,360:672
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[12]Citron M,Vigo-Pelfrey C,Teplow DB,et al. Excessive production of amyloid beta-protein by peripheral cells of symptomatic and presymp tomatic patients carring the Swedish familial Alzheimer's disease mutation[J].Proc Natl A cad Sci USA,1994,91(25):11993
[13]Jarrett JT,Berger EP,Lansbbury PT.The carboxy terminus of the beta amyloid protein is critical for the seeding of amyloid formation: Implication for the pathogenesis of Alzheimer's disease[J].Biochemistry,1993,32:4693
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[14]Shrrington R,Rogaev EI,Liang Y,et al.Clong of a gene bearing missense mutations in early-onset familial Alzheimer's diseas[J].Nature, 1995,375(29):754
[15]Saunder AM,Schmader K,Breitner JCS,et al.Apolipoprotein E(type 4)E4 allele distrri butions in late-onset Alzheimer's disease and in other amylid-forming disease[J].Lancet,1993, 342:710
[16]Levy-Lahad E,Wasco W,Poorkaj P,et al. Candidate gene for the Chromosome 1 Familial Alzheimer's disease locus[J].Science,1995, 269(18):973
, 百拇医药
[17]Levy-Lahad E,Wijsman EM,Nemens E,et al.A Familial Alzheimer's disease locus on Chromosome[J].Science,1995,269(18):970
[18]Schmechel DE,Saunder AM,Strittmater WJ, et al.Increased amyloid beta-petide deposition in serebral cortes as a consequence of apolipo-protein E genotype in late-onset Alzheimer dis-ease[J].Proc Natl Acad Sci USA,1993,90: 9649
[19]Cotton P.Constellation of risks and processes seen in search for Alzheimer's disease[J]. JAMA,1994,271(2):89
[20]Cosgays JM,Latasa MJ,Pascua IA.Nerve growth factor and ras regulate beta-amyloid precusor protein gene expression in PC12 cells [J].J Neurochem,1996,67(1):98
(收稿：2000-02-10), 百拇医药
单位：李秀珍(解放军第456医院，山东济南250031)；张宝成(淄博市第一人民医院)；韩恩吉(山东医科大学附属医院)
关键词：
现代康复000556
Alzheimer病(AD)是以进行性痴呆为主要临床表现的中枢神经系统最常见的变性病。过去把发生在60岁以前的病人称早老性痴呆，而将60岁以后发病者称老年性痴呆。事实上二者的临床表现和病理变化均相同，实属一种疾病，现通称AD。本病特征性病理变化为：(1)老年斑(Senile Plaque)，散在于病变部位，由退变的神经轴突围绕淀粉样蛋白(β-AP)组成。(2)神经原纤维缠结(Neurofibrillary Tangle)，存在于病变部位的神经元胞浆内，电子显微镜下呈双股螺旋状细丝扭曲。显然，这些变化也可在无痴呆症状的老年人大脑中发现，但是二者之间存在着差异。目前为止，AD的病因仍不清楚。近年来，β-AP在AD发病中的作用日益受到重视，本文综述了β-AP与AD之间的研究进展。
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1 β-AP的发现
早在Alzheimer描述老年斑以前，病理学家就知道有时大脑皮层含有很多球状斑，这种斑的中心是一种细丝样物质沉积，周围是一些不正常的神经突。1853年德国病理学家Virchow称这些细丝样物质为“Amyloid”，他认为是一种淀粉样物质。1907年Alzheimer第一次报告了老年斑是进行性痴呆的病理基础[1]。由此这种以老年斑为病理特点的进行性痴呆称之为Alzheimer病。直到本世纪90年代，对AD的研究有了突破性进展。1984年，Glenner和Wong从AD患者的脑膜血管壁中首次分离出了Amyloid[2]。他们发现这种物质含有39～43个氨基酸，分子量大约有4KD，并且在三维结构中呈β型折叠，从而称“β-Amyoid”。1985年Masters和Beyreuther从老年斑中心分离出了一种蛋白质[3]，这种蛋白质与β-Amyloid具有相同的分子量和氨基酸序列，并且能与相同的抗体结合。从而证实了老年斑中心也是β-AmyloidProtein(β-AP)组成。1987年Kang等在21号染色体长臂中段发现了一个基因，它含有β-AP的全部密码，这个基因编码的一组蛋白被称为β-AP前体蛋白(β-Amyloid Preursor Protein,β-APP)。这组蛋白由695～770个氨基酸组成，是一种跨膜糖蛋白。β-AP是β-APP的一个片断，由β-APP细胞膜外的28个氨基酸和跨膜部分的12个氨基酸组成[4]。这一发现不仅奠定了AD的遗传病学基础，而且也解释了为什么21号染色体3体畸形所致的伸舌痴愚与AD有相同的病理特点。
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2 β-AP对神经元的作用
自从发现β-AP是老年斑的中心以后，掀起了对β-AP研究热潮。体外实验显示β-AP对神经元的作用与它的状态有关。溶解状态的β-AP在一个短时间内能促进神经突生长和提高神经元的存活率，而沉积状态的β-AP对神经元呈现相反的作用，引起与AD相似的病理改变——神经突退缩、神经元变性[5]。β-AP除直接引起神经元变性外，它还能增强神经元兴奋性中毒反应和低糖代谢对神经元的损害。
与体外研究相一致，脑内注射β-AP也引起了神经元变性，最明显的改变发生在衰老的哺乳类动物大脑，Frautscky[6]从Alzheimer病患者的大脑分离出β-AP，然后注入老鼠的海马和皮层中均引起了神经元变性。但是体内实验也得到了相反的结果[7]。β-AP对神经元的作用机制还不清楚，现在认为它激发了神经细胞凋亡过程(Apoptosis)[8]。扫描电镜观察接触β-AP24h的神经元，发现神经突消失和细胞膜突起，随着时间的延长突起变大变多，最后神经细胞被这些突起分裂成多个小体—“自杀”小体。透射电镜观察β-AP处理过的神经元，胞浆内出现空泡，染色体浓缩成斑片状，继而分裂成一定长度的片断进入“自杀”小体。这些形态学的变化符合细胞凋亡的过程。生物化学的特点也支持这一观点，从β-AP处理24h的神经元提取DNA，然后应用琼脂糖电泳可得到典型的DNA“梯形带”[9]。
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3 β-AP在AD发病中的作用
随着发现β-AP是β-APP的一个片断[4]，很多研究者试图用分子生物学阐明β-AP在AD发病中的作用。通过家族性AD的研究，几种β-APP基因的突变已经发现[10]，这些突变提供了一个证据—β-AP质或量的异常均可引起AD发病。应用双突变的β-APP基因模型可发现β-AP的产量增加5～8倍[11]。由于β-APP基因突变引起的β-AP增加家族性AD也被证实[12]。除了β-AP的量与AD发病有关外，β-AP质的异常也与AD发病有关。应用β-APP三突变基因模型研究发现，细胞分泌的β-AP有较大的疏水性，它作为β-AP沉积的“种子”加速了其它短链β-AP的沉积[13]，从而引起AD发病。AD根据遗传特点可分为家族性和散发性，按发病时间可分为早发型(<60岁)和晚发型(>60岁)。家族性早发型除与21号染色体的β-APP基因有关外，还与14号染色体的S182基因有关[14]。家族性晚发型和散发性晚发型AD与19号染色体的APOE基因有关[15]；既与家族性早发型又与家族性晚发型有关的基因是1号染色体的STM2基因(16)及1q31～42位点[17]。尽管AD呈常染色体多基因遗传，这些基因缺陷导致AD发病都与β-AP有关。APOE是一种血浆脂蛋白，它能与β-AP结合，促进β-AP的沉积。此外还发现APOε4纯合体血管壁和老年斑的β-AP明显增加，即使APOε4杂合体β-AP也呈中等量增加[18]，APOε4增加β-AP沉积可能与组织清除β-AP的能力降低有关。S182是一种膜蛋白，功能可能与蛋白运输有关，S182基因突变影响到β-APP的代谢和运输[14]。STM2与S182是同源基因，对β-APP的影响与S182相似[16]。β-AP除与老年斑形成有关外，也参与神经原纤维缠结形成[19]。有的研究者发现当老年斑形成后，可溶的β-AP进入神经细胞，使与微管蛋白相结合的Tau蛋白过多磷酸化，过多磷酸化的Tau蛋白脱离微管蛋白而形成神经原纤维缠结。虽然各种家族性AD和散发性AD的起因各异，但是相同的病理特点提示它们的发病机制相似。根据目前的研究推测其发病机制可能是：基因异常使β-APP表达增加或代谢紊乱，导致了β-AP产生和清除不平衡，这种不平衡日积月累造成β-AP的沉积、老年斑和神经原纤维缠结的形成，最后导致神经细胞变性死亡。β-AP在这个过程中起到了中心和共同通道的作用。对这一发病机制提出挑战的是无痴呆老年人也含有β-AP的沉积。但β-AP的沉积在AD患者和正常老年人之间存在着不同。正常老年人大脑中的β-AP沉积是一种弥散形式，而不形成“成熟”的老年斑，用免疫组织化学的方法检查正常老年人的大脑，很少发现破坏的神经突。有人把β-AP在AD发病中的作用比作胆固醇斑在动脉硬化中的作用，胆固醇在全身动脉壁中弥散性的沉积，不一定与心脑血管病有直接的联系。但是胆固醇粥样硬化斑过早出现且关键部位严重，就会直接诱发心脑血管病。
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4 结论
尽管AD的病因不清，综上所述β-AP与AD之间的关系可得出下列结论：(1)β-AP是细胞跨膜蛋白β-APP的一个片断。(2)β-AP能引起神经细胞变性。(3)各种AD发病中β-AP起着重要的作用。但是β-AP与AD的关系中仍有一些重要问题需要进一步探讨，例如，β-AP的细胞来源，β-AP如何从β-APP中产生，β-AP引起AD的机制。一旦这些问题得到解决，在各个环节上干扰β-AP的生成和沉积，必将为预防和治疗AD做出贡献[20]。
参考文献
[1]Selkoe JD.Amyloid protein and Alzheimer's disease[J].Scientific American,1991,265 (5):68
[2]Glenner GG, Wong CW.Alzheimer's dis-ease:initial report of the purification and char-acterization of a novel cerebrovascular amyloid protein[J].Biochem Biophys Res Commun, 1984,120:885
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[4]Kang J,Lemaire HG,Unterbeck A,et al.The precursor of Alzheimer's disease amyloid A4 protein resembles a cell-surface receptor[J]. Nature,1987,325:733
[5]Pike CJ,Cummings BJ ＆ Cotman CW.Beta amyloid induced neuritic dystrophy in vitro: Similarities with Alzheimer's pathology[J]. Neuro Report,1992,3:769
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[8]Cotman CW,Whittemore ER,Watt JA,et al. Possible role of apoptosis in Alzheimer's dis-ease[J].Ann New York Acad Sci,1994,747: 36
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[11]Citron M,Oltersdorf T,Haass C,et al.Mutat-ion of the beta amyloid precursor protein in familial Alzheimer disease increases beta protein production[J].Nature,1992,360:672
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[15]Saunder AM,Schmader K,Breitner JCS,et al.Apolipoprotein E(type 4)E4 allele distrri butions in late-onset Alzheimer's disease and in other amylid-forming disease[J].Lancet,1993, 342:710
[16]Levy-Lahad E,Wasco W,Poorkaj P,et al. Candidate gene for the Chromosome 1 Familial Alzheimer's disease locus[J].Science,1995, 269(18):973
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[18]Schmechel DE,Saunder AM,Strittmater WJ, et al.Increased amyloid beta-petide deposition in serebral cortes as a consequence of apolipo-protein E genotype in late-onset Alzheimer dis-ease[J].Proc Natl Acad Sci USA,1993,90: 9649
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