李小玲 楊 澤

阿爾茲海默病(AD)是一種以進(jìn)行性癡呆為主要特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性變性疾病。主要臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶力衰退，性格和行為改變，判斷力下降，社交障礙，生活自理能力喪失，最終以死亡為結(jié)局。主要的神經(jīng)病理學(xué)改變包括β淀粉樣蛋白Aβ沉積形成的細(xì)胞外老年斑，微管相關(guān)蛋白tau過度磷酸化導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)元丟失、淀粉樣血管改變等。目前，AD病因?qū)W和致病機(jī)制不清，且至今尚無有效的治療及延緩疾病發(fā)展的方法。

AD是老年期最常見的癡呆類型，約占全部老年期癡呆的50%～70%[1]。根據(jù)發(fā)病年齡，AD可分為早發(fā)型AD(early-onset，EOAD，發(fā)病年齡<65歲)和晚發(fā)型AD(late-onset AD，LOAD，發(fā)病年齡≥65歲)。其中LOAD最多見，LOAD患者約占全部癡呆患者的90%以上，俗稱老年癡呆。EOAD呈現(xiàn)家族聚集性，LOAD則以散發(fā)性為主。AD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，存在多種學(xué)說，如β淀粉樣級聯(lián)學(xué)說、tau蛋白過度磷酸化學(xué)說、線粒體障礙學(xué)說、免疫炎癥、星型膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)/功能障礙、自由及氧化應(yīng)激、病毒感染等學(xué)說[2]。目前認(rèn)為是遺傳因素和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果。AD的分子遺傳學(xué)研究顯示，在遺傳方式上，EOAD呈常染色體顯性遺傳性遺傳，致病基因包括位于21號染色體上的App基因、14號染色體上的PSEN1基因和1號染色體上PSEN2；LOAD遺傳基礎(chǔ)則相對復(fù)雜，遺傳度約為60%～80%，具有多因子遺傳背景[3]。目前只有位于19號染色體上的ApoE基因(ε2、ε3、ε4等位基因)是公認(rèn)的LOAD致病相關(guān)基因，但ApoE基因ε4等位基因只能解釋不到一半的LOAD發(fā)病風(fēng)險。因此，其他AD遺傳易感基因還有待發(fā)現(xiàn)。并且，LOAD具有顯著的遺傳異質(zhì)性和種族差異性。多年以來，基于全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)、全外顯子組測序(WES)、全基因組測序(WGS)等高通量技術(shù)的大量LOAD分子遺傳學(xué)研究已經(jīng)報道了一系列與LOAD患病風(fēng)險或疾病特征相關(guān)聯(lián)的基因座(loci)、基因和單核苷酸多態(tài)(SNP)[4]。本文僅對主要的AD致病機(jī)制學(xué)說及其涉及的AD遺傳易感相關(guān)基因做一綜述。

1. App代謝及Aβ斑塊形成

該機(jī)制涉及Aβ生成和聚積增多、降解和清除減少。Aβ寡聚肽主要有兩種形式，一種是由40個氨基酸殘基組成的蛋白片段，稱之為Aβ40，一種是由42～43個氨基酸殘基組成的蛋白片斷，稱為Aβ42。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ42相對于Aβ40，具有更強(qiáng)的聚集能力以及更易聚積形成老年斑[5]。一方面，Aβ生成和聚積增多，導(dǎo)致Aβ斑塊形成。Aβ是由一種I型跨膜蛋白淀粉樣前體蛋白經(jīng)連續(xù)酶促加工產(chǎn)生的。大部分的淀粉樣前體蛋白App被α分泌酶切割，產(chǎn)生不可溶性Aβ寡聚肽，被稱為非淀粉樣蛋白原性途徑。目前推測α分泌酶由ADAM9、ADAM10和TACE/ADAM17組成。相反，小部分的淀粉樣前體蛋白App由β分泌酶酶切加工，產(chǎn)生可溶性App-β(sAPP-β)和β-c末端片段(β-CTF)。β分泌酶組成成分主要包括BACE-1和組織蛋白酶D。β-CTF片段被γ分泌酶進(jìn)一步切割產(chǎn)生Aβ40和Aβ42，并通過其組成型分泌途徑將其轉(zhuǎn)運至細(xì)胞表面[6]。γ分泌酶的活性需要四種成分：PS-1(早老素-1)或PS-2、PEN-2(早老素增強(qiáng)劑-2)、Nicastrin和APH-1，其中PS-1和PS-2對酶活性至關(guān)重要。若α分泌酶切割淀粉樣前體蛋白減少競爭性β分泌酶活性切割增加，則Aβ過度生成。另一方面，Aβ清除和降解功能障礙可增加神經(jīng)毒性Aβ聚積。而Aβ的降解和清除主要由小膠質(zhì)細(xì)胞等中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)免疫細(xì)胞完成。研究表明，App及其修飾基因、PSEN1、PSEN2、ADAM10基因變異可調(diào)節(jié)分泌酶活性從而影響AD患病風(fēng)險。同時，App、PSEN1、PSEN2不僅是家族性EOAD的致病基因，也是散發(fā)性LOAD的遺傳易感因子[7]。

2. Tau蛋白過度磷酸化及神經(jīng)原纖維纏結(jié)形成

該通路主要涉及微管相關(guān)蛋白tau蛋白結(jié)合增加和降解減少兩方面。Tau蛋白是低分子量的微管相關(guān)蛋白，主要分布在神經(jīng)軸突，可促進(jìn)并穩(wěn)定微管聚合，維持正常的神經(jīng)元軸突轉(zhuǎn)運，是細(xì)胞骨架主要成分，具有穩(wěn)定神經(jīng)元細(xì)胞、輸送營養(yǎng)物質(zhì)的作用。若tau蛋白被異常磷酸化，可降低其與微管的結(jié)合能力，極易形成雙螺旋纖維絲，進(jìn)而形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，破壞神經(jīng)細(xì)胞功能。研究表明，tau蛋白編碼基因MAPT基因變異與包括AD、帕金森病PD在內(nèi)的tau蛋白相關(guān)神經(jīng)退行性病發(fā)病風(fēng)險都存在相關(guān)性[8]。與tau蛋白毒性調(diào)節(jié)相關(guān)的黏著斑激酶編碼基因PTK2B也被發(fā)現(xiàn)與AD發(fā)病風(fēng)險相關(guān)[9]。黏著斑激酶參與調(diào)節(jié)肌動蛋白細(xì)胞骨架重組、細(xì)胞極化、細(xì)胞遷移、黏附、擴(kuò)散等，在神經(jīng)肽激活受體或神經(jīng)遞質(zhì)促進(jìn)鈣離子內(nèi)流及其下游信號以調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動的過程中起中間信號的作用。

3.膽固醇代謝/分布失衡

Aβ寡聚體聚積通過一種可能涉及蛋氨酸金屬催化氧化的機(jī)制產(chǎn)生活性氧ROS，當(dāng)這個過程發(fā)生在細(xì)胞膜附近時，脂質(zhì)過氧化當(dāng)這個過程發(fā)生在細(xì)胞膜附近時，細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化即被促發(fā)，進(jìn)而膜葡萄糖和谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白功能受損，線粒體功能障礙，ATP水平下降等。Aβ誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激在突觸內(nèi)發(fā)生時，可影響神經(jīng)元功能和存活。ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞膜損傷會破壞膜完整性，增加包括鈣離子在內(nèi)的幾種離子的通透性，而鈣內(nèi)流是引發(fā)神經(jīng)變性的一個關(guān)鍵因素。

ApoE等位基因是目前已被證實的常染色體顯性家族性AD的致病基因之一，也是散發(fā)性LOAD疾病風(fēng)險關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)的遺傳因子。繼發(fā)現(xiàn)ApoE基因編碼的載脂蛋白E(ApoE)在膽固醇代謝中居于中心地位，提示膽固醇代謝失穩(wěn)態(tài)可能參與AD致病機(jī)制以來，LOAD相關(guān)的GWAS研究陸續(xù)報道了一些編碼三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運子A7(ABCA7)、編碼叢生蛋白(CLU)、編碼分揀蛋白相關(guān)受體1(SORL1)等膽固醇代謝調(diào)節(jié)基因的遺傳變異可能與AD發(fā)病風(fēng)險相關(guān)[10～12]。ApoE基因的不同等位基因型對AD風(fēng)險的影響差異很大程度上源于ApoE對腦和腦血管中Aβ的聚積產(chǎn)生的不同影響。ApoE ε4可能加速大腦老化的機(jī)制被認(rèn)為與抗氧化劑和神經(jīng)保護(hù)特性的降低有關(guān)。在神經(jīng)細(xì)胞中，ApoE與其受體LDL受體相關(guān)蛋白結(jié)合LRP，進(jìn)行脂質(zhì)轉(zhuǎn)運[13]。另一種LDL受體α2-巨球蛋白編碼基因A2M基因變異也被發(fā)現(xiàn)可增加LOAD患病風(fēng)險[14]。多項研究顯示，參與調(diào)控膽固醇代謝的雌激素受體(ERs)編碼基因ESR1和ESR2基因的遺傳多態(tài)也具有LOAD疾病易感性[15，16]。

4.免疫炎癥

AD神經(jīng)病理學(xué)顯示，神經(jīng)炎癥和免疫反應(yīng)失調(diào)是AD神經(jīng)病理學(xué)的一個中心特征。我們在前文提到Aβ的降解和清除過程主要由小膠質(zhì)細(xì)胞完成。Aβ寡聚化及纖維化，和神經(jīng)元凋亡釋放的分子可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞繼而產(chǎn)生ROS、谷氨酸鹽、TNF-α和IL-1等免疫因子等分子繼而引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞毒性[17，18]。

LOAD分子遺傳學(xué)研究分別識別了CR1、CD33、MS4A、CLU、ABCA7、PTGS2、EPHA1等基因的常見變異以及TREM2基因的罕見變異等疾病風(fēng)險相關(guān)遺傳變異。其中，免疫調(diào)節(jié)相關(guān)的CR1基因編碼補(bǔ)體激活(RCA)家族的受體成員凝集素蛋白，其可調(diào)節(jié)可溶性Aβ向不溶性Aβ的形式轉(zhuǎn)化，還參與Aβ的清除過程，直接影響Aβ的形態(tài)、聚積和清除，因而在Aβ途徑中扮演重要角色[19]。PTGS2基因也稱為環(huán)加氧酶2基因COX2,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎性細(xì)胞中普遍表達(dá)，該基因的多個變異已被證明關(guān)聯(lián)LOAD患病風(fēng)險[20]。

5.突觸功能障礙

突觸功能完整性對淀粉樣前體蛋白App的正常處理過程至關(guān)重要，突觸內(nèi)吞活動異常和神經(jīng)遞質(zhì)釋放障礙導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞凋亡也被認(rèn)為是AD發(fā)病機(jī)制的核心之一。GWAS研究鑒別出的與內(nèi)吞作用和突觸功能相關(guān)的LOAD風(fēng)險基因包括BIN1、PICALM、CD2AP等。其中，BIN1基因座是ApoE基因座外LOAD關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)的LOAD易感基因座,BIN1基因編碼的橋聯(lián)整合蛋白1參與網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞、膜泡運輸和調(diào)節(jié)膜曲率等過程[21，22]。PICALM基因編碼的磷脂酰肌醇結(jié)合網(wǎng)格蛋白裝配蛋白，也參與網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞，對于突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)和清除Aβ十分重要，同時也與磷酸化tau蛋白、自噬相關(guān)的蛋白水平相關(guān)[23]。CD2AP基因編碼CD2相關(guān)蛋白,這種支架蛋白同樣參與內(nèi)吞和膜泡運輸以及動態(tài)肌動蛋白重塑等過程。有研究顯示,神經(jīng)元的神經(jīng)突長度、復(fù)雜度、生成的錐形偽足數(shù)與CD2AP的表達(dá)相符[24]。

6.其他

AD致病機(jī)制還涉及鋁金屬中毒、病毒感染、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能障礙、中間神經(jīng)元介導(dǎo)的腦網(wǎng)絡(luò)異常等機(jī)制[25]。AD致病機(jī)制是非常復(fù)雜的，是多種因素、多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)共同作用的結(jié)果。因此，病理機(jī)制上，不同致病通路可能匯聚同一個靶點環(huán)節(jié)；分子遺傳學(xué)上，同一基因編碼的產(chǎn)物可能同時參與多個通路。例如，自由基增多、脂質(zhì)過氧化、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)、細(xì)胞色素C釋放等都可引發(fā)氧化應(yīng)激增強(qiáng)，線粒體功能障礙。而線粒體功能障礙作為AD不同致病通路的共同靶點，是神經(jīng)細(xì)胞能量代謝異常和神經(jīng)元凋亡的基礎(chǔ)[26]。線粒體相關(guān)基因TOMM40，位于ApoE基因座內(nèi)，編碼外部線粒體膜轉(zhuǎn)移酶40，可其他基因產(chǎn)物如ApoE(ApoE)、淀粉樣前體蛋白(App)協(xié)同作用，參與降低神經(jīng)細(xì)胞線粒體能量代謝和線粒體遷移率，參與Aβ毒害神經(jīng)元過程[27]。再比如，CLU基因同時參與細(xì)胞周期、炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)運輸、細(xì)胞凋亡、激活神經(jīng)元營養(yǎng)因子等多個病理生理學(xué)過程。同時，其編碼的叢生蛋白(clusterin)可與Aβ結(jié)合并阻止Aβ聚集,并且叢集素能增強(qiáng)溶酶體對Aβ的降解,并通過血腦屏障清除Aβ，因而在Aβ的聚積和清除過程中發(fā)揮重要作用[19，28]。

隨著老齡化進(jìn)程加速推進(jìn)，AD罹患人數(shù)急劇增加，成為繼心血管病、腦血管病和腫瘤之后，威脅老年人健康的重要疾病原因，已成為嚴(yán)重的社會和醫(yī)療衛(wèi)生問題。自1906年首次報告1例51歲女性病例以來，AD載入醫(yī)學(xué)史冊已近110年，但其病因和發(fā)病機(jī)制尚不清楚，迄今尚無有效治愈或控制病情進(jìn)展的方法，因此開展發(fā)病機(jī)制的研究意義重大。開展基于高通量測序技術(shù)的全外顯子組、全基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀遺傳組等多組學(xué)系統(tǒng)研究和基于多種族、大樣本、強(qiáng)統(tǒng)計分析效能的GWAS研究meta分析，可有助于識別真正的AD致病/風(fēng)險相關(guān)基因變異和闡明其分子遺傳學(xué)致病機(jī)理。