β淀粉樣蛋白的跨血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)

王志成，董一峰，張子龍，王瑞婷

(承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000)

阿爾茲海默癥(Alzheimer’s disease, AD)作為一種神經(jīng)退行性疾病，其重要病理特征之一是β淀粉樣蛋白(amyloid beta-peptides，Aβ)在腦組織中沉積形成老年斑(senileplaques，SP)[1]，Aβ作為AD最重要的生物標(biāo)志物之一，通過分析其含量可以區(qū)分AD患者的病情發(fā)展階段，這對(duì)于早期發(fā)現(xiàn)疾病極其重要[2]。血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)作為維持機(jī)體腦部環(huán)境穩(wěn)定的屏障系統(tǒng)，在腦組織與血液之間Aβ的轉(zhuǎn)運(yùn)清除過程中起重要作用，有研究者認(rèn)為，血腦屏障的功能障礙可能與包括AD在內(nèi)的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[3]。近年來研究顯示，多種中藥對(duì)Aβ跨BBB轉(zhuǎn)運(yùn)受體，如晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycationendproducts, RAGE)、低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein receptor，LDLR)等存在多種影響。本文就Aβ跨BBB轉(zhuǎn)運(yùn)受體相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

1 腦內(nèi)和外周的Aβ清除

在機(jī)體腦組織中，淀粉樣蛋白前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)依次經(jīng)過β-分泌酶(BACE1)和γ-分泌酶的作用，可釋放出Aβ[4]。Aβ由39~42個(gè)氨基酸組成，分子量為4.24KD[5]。在AD患者腦組織中，Aβ濃度異常升高會(huì)對(duì)腦組織神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)毒性，同時(shí)也會(huì)引起小膠質(zhì)細(xì)胞的過度活化，使其分泌炎癥因子引起炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步損傷神經(jīng)元，形成惡性循環(huán)[6]。Aβ在腦內(nèi)長期沉積形成老年斑是AD的病理特征之一，目前已知Aβ最有效的清除途徑分別為Aβ降解酶的降解、細(xì)胞自我清除和跨BBB轉(zhuǎn)運(yùn)至外周清除[7]。腦組織細(xì)胞外的Aβ清除主要是通過Aβ降解酶代謝，Aβ的主要降解酶是腦啡肽酶(neprilysin, NEP)和胰島素降解酶( insulin degrading enzyme，IDE)[8,9]，通過把Aβ降解為分子量更小且毒性更低的多肽片段，進(jìn)而避免腦組織神經(jīng)元的損傷。細(xì)胞內(nèi)的Aβ清除主要在溶酶體中進(jìn)行，Aβ被神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元等細(xì)胞攝取后，通過細(xì)胞溶酶體中的組織蛋白酶降解。由于BBB的存在，Aβ的向外周轉(zhuǎn)運(yùn)清除需要Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體介導(dǎo)，通過轉(zhuǎn)胞吞作用(transcytosis)來完成。機(jī)體BBB內(nèi)外的Aβ含量處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，即腦內(nèi)Aβ會(huì)透過BBB轉(zhuǎn)運(yùn)到外周，同樣，外周Aβ也會(huì)流入到腦組織中。有研究證實(shí)[10]，在正常生理狀態(tài)下，腦間質(zhì)液中的Aβ濃度是體液濃度的6倍，但總量僅為體液總量十分之一。因此，通過外周途徑清除Aβ，進(jìn)而增加腦組織中Aβ向外周轉(zhuǎn)運(yùn)，也成為研究者的關(guān)注點(diǎn)。王延江等[11]曾通過并聯(lián)共生AD轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型小鼠證實(shí)，外周臟器如肝臟、腎臟、腸道、皮膚等均具有清除腦內(nèi)Aβ的能力，認(rèn)為通過將Aβ轉(zhuǎn)移至外周清除具有巨大潛力。因此，BBB對(duì)于調(diào)節(jié)腦內(nèi)和外周的Aβ濃度具有重要作用。

2 BBB結(jié)構(gòu)

BBB的細(xì)胞組成為腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞(brain microvessel endothelial cell，BMEC)、星形膠質(zhì)細(xì)胞(astrocytes，AS)和周細(xì)胞[12]，BMEC無窗孔結(jié)構(gòu)，無吞飲小泡，細(xì)胞間緊密排列連接形成了連續(xù)的單層細(xì)胞屏障，控制并阻止物質(zhì)在血液和腦組織中自由流動(dòng)。周細(xì)胞會(huì)通過N-cadherin、縫隙連接和緊密連接等方式覆蓋在BMEC表面。AS會(huì)通過終足圍繞在BMEC和周細(xì)胞周圍，構(gòu)成BBB的第二道屏障。AS還能與神經(jīng)元突觸連接，通過響應(yīng)神經(jīng)傳導(dǎo)來調(diào)節(jié)BBB的生理變化[12,13]。多數(shù)物質(zhì)透過BBB都是通過特異型受體且使用ATP的主動(dòng)運(yùn)輸[14]，因而才能保證腦組織始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)。在BBB的腔內(nèi)與腔外存在多種Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體，分別介導(dǎo)著Aβ由腦組織向外周或外周向腦組織的跨BBB轉(zhuǎn)運(yùn)。有研究指出[15]，在AD患者出現(xiàn)認(rèn)知能力下降前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)BBB的結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙，認(rèn)為BBB損傷會(huì)導(dǎo)致AD風(fēng)險(xiǎn)增加。Reinhold等[16]提出，由于周圍神經(jīng)損傷等因素導(dǎo)致BBB通透性增加，會(huì)導(dǎo)致如AD等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病惡化。

3 Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體

3.1 晚期糖基化終末產(chǎn)物受體

晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end products, RAGE)屬于免疫球蛋白超家族成員，是一種位于細(xì)胞膜表面的多配體受體，由胞外區(qū)、單次跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)組成[17]。RAGE是由牛組織中分離出來并識(shí)別的晚期糖基化產(chǎn)物，因此被稱為晚期糖基化終末產(chǎn)物受體。RAGE和Aβ結(jié)合、反應(yīng)后，激活小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生神經(jīng)毒性分子，進(jìn)而引起下游炎癥信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)AD病理變化，驅(qū)動(dòng)AD發(fā)展過程[18]。RAGE還能增強(qiáng)β、γ分泌酶的活性。有研究證實(shí)，敲除RAGE基因的小鼠β、γ分泌酶活性表達(dá)降低，且更不容易產(chǎn)生Aβ沉積[19]。大量研究證實(shí)[18,20]，RAGE是介導(dǎo)Aβ從外周向腦組織轉(zhuǎn)運(yùn)的重要受體，當(dāng)RAGE結(jié)合Aβ由外周透過BBB后，Aβ和RAGE會(huì)影響緊密黏連蛋白(zonaocculdens)表達(dá)，增加BBB通透性，并進(jìn)一步損害BBB的功能與完整性[21,22]。有學(xué)者提出[17]，RAGE與Aβ的結(jié)合存在正反饋調(diào)節(jié)，會(huì)進(jìn)一步提升RAGE的表達(dá)，進(jìn)而增加Aβ由血腦屏障進(jìn)入腦組織，形成惡性循環(huán)。Hong等[23]通過給AD大鼠注射RAGE抑制劑FPS-ZM1，檢測到大鼠海馬區(qū)Aβ含量明顯降低，證實(shí)通過抑制RAGE的表達(dá)可以增強(qiáng)Aβ的清除。

3.2 低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1

低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1(low-density lipoproteinreceptor-related protein 1, LRP1)是一種多配體單一跨膜受體，屬于內(nèi)吞性受體，系低密度脂蛋白受體(LDLR)家族中的一員，在BMEC腔外側(cè)表達(dá)，是Aβ向外周轉(zhuǎn)運(yùn)的重要受體[24]。在腦組織中，Aβ與LRP1的配體如載脂蛋白J、載脂蛋白E和α2-巨球蛋白等結(jié)合后，被LRP1識(shí)別，通過胞吞作用轉(zhuǎn)運(yùn)至外周[25,26]，為了避免血液中游離狀態(tài)的Aβ含量過高，70%~90%的Aβ都是和LRP1緊密結(jié)合，通過血液運(yùn)輸?shù)竭_(dá)肝臟被降解。LRP1不僅可以將Aβ移出腦組織，還可以將Aβ運(yùn)輸至小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元等細(xì)胞的溶酶體中進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)降解[3]。有研究發(fā)現(xiàn)[26,27]，在AD的發(fā)展過程中，LRP1存在著自我沖突，在促進(jìn)Aβ向外周清除的同時(shí)，還增強(qiáng)了APP的內(nèi)吞作用和Aβ生成過程。臨床證實(shí)，LRP1在AD患者和AD動(dòng)物模型體內(nèi)表達(dá)明顯降低，進(jìn)而導(dǎo)致腦Aβ沉積增加。LRP1和RAGE對(duì)Aβ的轉(zhuǎn)運(yùn)能力極強(qiáng)，體內(nèi)Aβ的動(dòng)態(tài)平衡很大程度上取決于兩者[28]。有研究提出[29]，在理想狀態(tài)下，如果中斷Aβ從外周向腦組織轉(zhuǎn)運(yùn)，LRP1可以在1min左右就能將腦組織中所有Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)至外周；反之，如果中斷Aβ腦組織向外周轉(zhuǎn)運(yùn)，RAGE需要40min將血液中Aβ全部轉(zhuǎn)運(yùn)至腦組織中。

3.3 P-糖蛋白

P-糖蛋白(P-glycoproein, P-gp)是ATP 結(jié)合盒(ATP-binding cassette, ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)體家族中重要的外排轉(zhuǎn)運(yùn)體，又稱ABCB1，位于血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞管腔膜[30]，分子量為170KD，其結(jié)構(gòu)特征為兩組各含610個(gè)氨基酸且結(jié)構(gòu)近似的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過60個(gè)氨基酸連接構(gòu)成[31]，共1280個(gè)氨基酸。它能識(shí)別多種底物，并利用ATP水解產(chǎn)生的能量，以外排的方式將底物轉(zhuǎn)運(yùn)出BBB，減少在腦組織的含量，避免在大腦中蓄積[32]。P-gp對(duì)多數(shù)底物均具有特異性，為大腦提供了重要的保護(hù)，由于其高運(yùn)輸效力和結(jié)構(gòu)特異性，被稱為BBB的“守門員”[33]。P-gp可以將Aβ泵出腦組織外，Bruckmann等[34]通過檢測缺少P-gp小鼠和正常小鼠的Aβ含量發(fā)現(xiàn)， P-gp的缺失會(huì)導(dǎo)致Aβ從大腦中清除顯著降低。還有研究提出[35]，隨著年齡的增長，BBB中外周轉(zhuǎn)運(yùn)受體LRP1和P-gp表達(dá)會(huì)明顯下降，RAGE會(huì)成倍增加，從而導(dǎo)致Aβ腦組織和外周的動(dòng)態(tài)平衡傾斜，引起腦內(nèi)Aβ濃度增高。Hartz等[36]發(fā)現(xiàn)，抑制AD小鼠泛素-蛋白酶體途徑，可防止P-gp降解并降低Aβ腦水平，也進(jìn)一步證實(shí)P-gp可以有效地把Aβ從腦運(yùn)輸?shù)窖?，從而降低腦組織中Aβ的含量。

4 中藥作用于Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體

AD在中醫(yī)范疇內(nèi)屬于“呆病”，在傳統(tǒng)中醫(yī)中就有諸多記載。2018年發(fā)布的《阿爾茨海默病的中醫(yī)診療共識(shí)》提到，AD在早期、中期和晚期的癥狀分別為脾腎兩虛、痰濁蒙竅和毒盛虛極等癥狀[37]。AD發(fā)病因素復(fù)雜，單靶點(diǎn)往往難以取得理想的治療效果，中藥本身具有多靶點(diǎn)、多途徑等優(yōu)勢，在AD癥狀研究方面取得了一定的進(jìn)展[38]。

近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)大量中藥單體、方劑可以通過調(diào)控Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體蛋白、改變BBB生理結(jié)果等機(jī)制，對(duì)Aβ從腦組織向外周轉(zhuǎn)運(yùn)清除產(chǎn)生積極作用，進(jìn)而達(dá)到降低腦組織中Aβ含量的目的。RAGE、LRP1和P-gp是Aβ跨BBB的主要受體，通過影響其表達(dá)，增強(qiáng)Aβ向腦外運(yùn)輸或減少Aβ向腦內(nèi)流入，可以有效地減少Aβ在腦組織中沉積，避免引發(fā)神經(jīng)損傷，改善其學(xué)習(xí)記憶能力。張?jiān)粕萚39]通過銀杏內(nèi)酯和銀杏黃酮干預(yù)Aβ跨BBB低氧模型，證實(shí)銀杏葉活性成分銀杏內(nèi)酯和銀杏黃酮具有調(diào)節(jié)RAGE和LRP1、改善Aβ外周轉(zhuǎn)運(yùn)的作用。鄭堯杰等[40]建立 Aβ25-35誘導(dǎo)的 PC12 細(xì)胞損傷模型，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)志皂苷具有上調(diào)LRP1和下調(diào)RAGE的表達(dá)、抑制 Aβ毒性和保護(hù)神經(jīng)元的作用。劉斌等[25]證實(shí)，補(bǔ)陽還五湯可上調(diào)外排轉(zhuǎn)運(yùn)體LRP1的表達(dá)，下調(diào)內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)體RAGE的表達(dá)。郭園園等[41]通過四君子湯水提物干預(yù)Aβ25-35寡聚體誘導(dǎo)的人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，證實(shí)四君子湯可以有效降低RAGE和提升LRP1的mRNA及其蛋白的表達(dá)。以上研究成果說明，中藥的單體或復(fù)方制劑可以通過調(diào)整Aβ的轉(zhuǎn)運(yùn)受體來改善對(duì)Aβ的清除。除了以上直接作用于Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體外，還有改變BBB通透性[42]、調(diào)整轉(zhuǎn)運(yùn)受體特定配體表達(dá)程度[25]等間接影響Aβ跨膜的轉(zhuǎn)運(yùn)。

5 總結(jié)

β-淀粉樣蛋白假說是AD目前最受認(rèn)可的機(jī)制，腦內(nèi)Aβ的生成速率長期高于清除速率是導(dǎo)致Aβ在腦組織中異常沉積的主要因素，而BBB是調(diào)控腦內(nèi)外濃度、維持動(dòng)態(tài)平衡的重要部位。有研究證實(shí)，AD的發(fā)生與發(fā)展和周細(xì)胞變性、內(nèi)皮細(xì)胞損傷、星形膠質(zhì)細(xì)胞去極化、緊密連接完整性降低和基底膜紊亂觸發(fā)等一系列BBB損傷有密切關(guān)聯(lián)[43]。同樣，腦內(nèi)Aβ過多聚集與RAGE結(jié)合會(huì)損傷BMEC之間的緊密連接。在腦組織中，Aβ大量聚集會(huì)引發(fā)后續(xù)的炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激，最終導(dǎo)致了AD的病情惡化[44]，RAGE和LRP1是控制Aβ動(dòng)態(tài)平衡的重要介導(dǎo)受體。AD的發(fā)病因素復(fù)雜多樣，應(yīng)該從多靶點(diǎn)、多途徑進(jìn)行干預(yù)治療。近年來，隨著中藥在治療AD方面寶貴價(jià)值逐漸被發(fā)掘，大量的傳統(tǒng)中藥單體和復(fù)方制劑需要探索和實(shí)驗(yàn)，由于中藥成分的復(fù)雜性和多元性，仍需要付出大量的時(shí)間進(jìn)行科研探索。