阿尔茨海默病中钙调节障碍

综述与介评 阿尔茨海默病中钙调节障碍 王洪权 (介评) 　胡海涛 (审校) (西安交通大学医学院人体解剖学教研室 ,陕西 西安 710061) 　　摘要 :阿尔茨海默病是成人痴呆最常见的形式 ,其病理特征包括突触变性、淀粉样蛋白斑块的 沉积以及神经元纤维缠结 ,最终导致神经元丢失。目前 ,有几种假说来解释阿尔茨海默病的发病机 理。β2淀粉样蛋白和 tau 蛋白过度磷酸化学说认为 ,这 2 种蛋白在阿尔茨海默病的发病中起主要的 作用。另一种假说认为 ,钙稳态失调是加速其他病理变化关键因素。β2淀粉样蛋白和 tau 蛋白受 到了研究者广泛的研究 ,近来发数据支持钙信号转导通路在阿尔茨海默病中的关键作用。例如 , 研究证实在家族性阿尔茨海默病患者中发生突变的早老素可以在内质网内形成低传导性钙通道 , 细胞质内钙浓度升高 ,从而增加β2淀粉样蛋白的产生。此外 ,N2甲基2D2天门冬氨酸钙通道受体拮 抗剂美金刚对阿尔茨海默病患者的有益作用也为针对钙信号转导通路来治疗阿尔茨海默病提供了 新的可能性。现就钙离子在阿尔茨海默病发生发展中的重要性作一介评 ,并将焦点集中在钙稳态 失调的有关方面。 关键词 :阿尔茨海默病 ;钙 ;钙稳态 ;钙稳态失调 　　　中图分类号 :Q582 ; R741. 02 ; R742 　　文献标识码 :B　　文章编号 :100128883( 2008) 0120004206 　　阿尔茨海默病 (AD) 是一种神经元遭到缓慢破 坏并最终引起严重认知障碍的慢性疾病。AD 神经 病理特征包括进行性神经元丢失、突触变性以及在 特定脑区淀粉样蛋白斑块的沉积和神经元纤维缠 结。AD 患者不仅仅是神经元受累 ,包括成纤维细 胞、淋巴细胞和血小板在内的外周细胞亦受累 ,因此 有人认为 AD 是一种系统性疾病。 年龄是 AD 的主要危险因素 ,但在一小部分 AD 患者中存在 65 岁之前发病的早发型 AD。在这 些病例中 ,大部分具有遗传背景。研究者已经鉴定 出了增加 AD 风险的载脂蛋白和 sortilin 1 基因多 态性。早老素 ( PS1 和 PS2)以及他们的作用底物 — 淀粉样蛋白前体蛋白 (A PP)显性遗传突变是引起家 族性 AD ( FAD) 的主要病因。早老素是多蛋白蛋 白酶复合体 γ2分泌酶的内在组成部分 ,后者负责 水解酶切膜内的 A PP、Notch 受体和其他 I2型跨膜 蛋白。 AD 病因目前仍不清楚 ,有许多理论阐明 AD 的发病机理。这其中包括β2淀粉样蛋白 ( Aβ) 学说 收稿日期 :2007211225 作者简介 :王洪权 (1979 - ) ,男 ,内蒙古兴安盟人 ,在读硕士研究 生 ,主要从事中枢神经系统退行性疾病发病机制及防治研究。 审校者 :胡海涛 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事神经发育与衰老 神经生物学研究。 和 tau 蛋白过度磷酸化学说。这 2 个学说认为 Aβ 和 tau 蛋白是 AD 的诱因。然而 ,Aβ和 tau 蛋白的 改变是否为 AD 的病因或是 AD 的病理特征依然没 有完全确定。第 3 个假说认为在 AD 的发病中起中 心性作用的钙稳态失调学说引起了广泛的关注。现 在集中讨论钙稳态改变在 AD 发生和发展中的可能 作用。 1 　细胞内钙稳态 Khachat urian 第 1 次提出了钙稳态失调学说 , 他认为细胞内钙持续性紊乱是包括 AD 在内的神经 变性的近似原因。这一理论得到了散发性和家族性 AD 病例中钙信号转导发生改变的实验研究的证 实。神经元的许多功能依赖于具有受时空和强度严 格调节的钙信号转导。钙信号受控于细胞外环境内 流的钙 ,或者细胞内内质网储存的钙的调节。在静 息状态下细胞质内钙离子水平相对较低 (50～300 nmol) , 但被激活后钙浓度达到相当高的μmol 水 平。相反 ,内质网储存的钙大约是静息状态下细胞 质内的 1000 倍。如此高的钙浓度梯度是由于能将 胞质内的钙转运到内质网腔内的肌内质网钙 A TP 酶 (SERCA)泵的活动所致。 通过电突触或者受体介导激活后 ,钙通过内质 网膜上三磷酸肌醇受体 ( IP3R) 和兰尼硷受体 ·4· 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　国外医学医学地理分册 　2008 年 3 月第 29 卷第 1 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net ( RyR)释放到细胞质内。通过 RyR 的钙离子释放 需要细胞质内相对较低水平的钙升高的激活 ,而通 过 IP3R 的钙离子释放需要 IP3 的激活。IP3 是由 磷脂酰肌醇24 ,52二磷酸盐 (酯) 经过磷脂酶 C 作用 而产生 ,后者需要 G蛋白的诱导 ,而 G蛋白又需要 细胞膜上 G蛋白偶联受体 ( GPCRs) 的激活。内质 网内钙流出的动力学、幅度和衰退产生了钙信号转 导的特定模式。内质网内钙储存的耗竭触发钙通过 位于细胞膜上叫做储存操纵性钙通道流入细胞质。 内质网内细胞钙储存 ,然后 ,通过激活 SERCA 泵得 到补充。再充填机制被命名为容量性钙内流 (ca2 pacitative calcium ent ry ,CCE) 。 2 　A PP 的代谢 Aβ学说认为 ,Aβ在特定脑区内沉积对 AD 的 发病和进展发挥重要作用。这种高度不溶性的 Aβ 的沉积是由于其过度产生以及 A PP 代谢异常而致。 A PP 是包含 Aβ片段的 I2型跨膜蛋白 ,而 Aβ片 段嵌入细胞膜内。A PP 是按照一般的可调节膜内 蛋白水解作用模式代谢。A PP 经过 2 个后续的蛋 白水解步骤而发生或引起 Aβ产生。 第一步 ,经过α2分泌酶或β2分泌酶的作用 ,A PP 的细胞外部分从细胞膜上脱落 ,分别产生 sA PPα或 sA PPβ。α2分泌酶作用于 A PP 不产生 Aβ,因为其 酶切位点在 Aβ片段上 ,并产生含 83 个氨基酸残基 的 C2端片段 (C83) 。研究显示 ,ADAM 家族的 2 个 成员 :ADAM210 和 ADAM217 (或 TACE) 具有α2 分泌酶活性。A PP 经β2分泌酶的作用而产生细胞 外可溶性氨基端部分和带完整 Aβ的羧端部分 (C99) 。β2分泌酶是一种天冬氨酰蛋白酶和 I2型膜 蛋白。 第二步 ,A PP 经过γ2分泌酶水解作用 ,后者是 一种由 PS1 或 PS2、ap h21、nicast rin 和 pen22 组成 的多聚体蛋白复合体。γ2分泌酶复合体的独特性在 于它在脂双分子层中具有活性发挥作用 ,从而水解 切割 C83 和 C99。切割 C83 产生非淀粉样肽源性 P3 肽。切割 C99 首先在ε2位点 ,从而产生 A PP 羧 端细胞内结构域 (A ICD) 。接下来在γ2位点切割其 余的膜内片段而产生 Aβ40 或 Aβ42。细胞内 A PP 的转运在 Aβ产生的调节中发挥重要作用。Rogae2 va 搜索了细胞表面通过内吞作用而参与 A PP 再循 环神经元分选受体 ( SORL1) 的遗传多肽性。其研 究显示 ,SORL1 的遗传突变可以增加对 AD 的易感 性。其与 Andersen 的研究共同显示 ,AD 患者脑内 Sorl1 蛋白表达的降低与 Aβ的产生增加具有关联 性 。 A PP 的生理作用依然不清楚。A PP 与驱动蛋 白轻链亚基驱动蛋白2I 相结合 ,因此设想它与神经 元的轴突转运有关。A PP 也可能作为细胞内信号 转导的调质而发挥作用。的确 ,研究显示 ,A PP 与 脑内 G 蛋白 G0 相作用。另外 ,A PP 中 FAD 的突 变导致 G0 偶联受体的持续激活。 以下将从 A PP 代谢与钙稳态之间的相互关系 进行讨论 :1) A PP 及其蛋白水解产物片段和早老 素在钙信号传导中的功能 ;2) Ca2 + 相关信号通路对 A PP 代谢的影响。正是因为 A PP 代谢与钙稳态的 双向关系才使得难于阐明 AD 的发病机理。 2 . 1 　A PP 代谢与钙稳态 A PP 代谢的发现开拓了研究其酶切代谢产物 片段的必要性 ,表明 A PP 代谢的每一种产物都特定 地与该信号传导体互相作用。LaFerla 研究组研究 显示 ,在 A PP - / - 细胞内钙储存释放降低。在来源 于早老素基因敲除小鼠的成纤维细胞和用γ2分泌 酶抑制剂处理的野生型细胞中观察到了同样的效 应。A PP - / - 细胞钙信号转导紊乱可以被包含 ACID 的 A PP 片段所逆转 ,而不被缺少 ACID 的 A PP 片段所逆转。这一结果表明 ,γ2分泌酶的活性 与钙稳态之间具有紧密联系性。A ICD 可能与其作 为基因表达的共同调节者而发挥功能。研究显示 , A ICD 转运至细胞核 ,并与接头蛋白 Fe65 和可能的 转录促进剂组蛋白乙酰转移酶 Tip60 相作用。A PP 的胞外氨基端结构域 sA PP 具有神经保护特性 ,其 可以通过减弱钙反应而保护海马神经元免于谷氨酸 诱导的兴奋毒性。在携带有凋亡前蛋白突变体 PS1 的细胞中 , sA PP 亦可以通过介导细胞内钙稳定作 用而发挥细胞保护作用的特性。 反过来 ,Aβ的聚集破坏了钙信号传导。当 Aβ 加入到细胞培养基中后可以升高细胞质内的钙浓 度。这种钙精确调节代谢的改变导致了各样的继发 效应 ,即激活细胞酶、诱导凋亡和细胞骨架改变。研 究显示 ,Aβ通过通过内质网膜上三磷酸肌醇受体 ( IP3R)和兰尼硷受体 ( RyR) 的介导而触发内质网 储存的钙的释放。另外 ,Aβ激发的小鼠皮层神经元 细胞内蛋白表达水平升高和 RyR 功能作用增强也 有报道。细胞质内钙浓度可以经 Aβ作用而形成阳 离子敏感通道而相应的升高。像与 Aβ2片层结构相 似的胰淀素和朊病毒蛋白质 106～126 具有形成钙 孔道的功能。Aβ的这种特性研究得比较透彻 ,许多 研究者已经在人工膜系统和活体细胞中进行了大量 研究。Aβ破坏细胞内钙稳态的另一机制与其形成 具有使脂质发生过氧化作用的活性氧簇 ( ROS)的功 ·5·国外医学医学地理分册 　2008 年 3 月第 29 卷第 1 期 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 能有关。这会导致膜特性的改变 ,影响膜转运体和 离子通道的功能 ,进而导致细胞内钙水平的升高。 在形成不溶性的纤维状构型前 ,Aβ聚集物发生了许 多构型的改变 ,包括二聚体、寡聚体和原纤维。许多 年来一直认为 AD 患者神经元的丢失是因为纤维状 Aβ的沉积所致。然而 ,当研究者研究不同构型的 Aβ在 AD 发病机理中的作用时又形成了新的理论。 这一理论认为 ,早期的记忆和认知功能的缺失是因 为可溶的 Aβ寡聚体 ( soluble Aβoligomers) 诱导的 突触功能缺失所致。这是基于对 Aβ寡聚体可以改 变突触可塑性的观察而得出的结论 ,显示 Aβ寡聚 体可以导致在活体内和培养的神经元 L TP 完全的 降低。Aβ寡聚体与突触标志蛋白 PSD295 共存为 Aβ寡聚体与突触之间直接相互作用提供了证据。 Aβ寡聚体对脑内细胞的毒性效应较复杂。研究显 示 ,Aβ寡聚体可以升高人神经母细胞瘤细胞内钙水 平和膜通透性和转导能力。可溶的 Aβ寡聚体可以 影响膜表面 NMDA 受体的表达。Greengard 研究 组观察到 Aβ寡聚体处理的皮层神经元 NMDA 受 体内吞作用增强。同样 ,来源于过表达 Aβ(A PPsw 转基因鼠) 转基因鼠的神经元细胞膜表面 NMDA 表达水平降低。Aβ与α27 烟碱性受体结合激活蛋 白质磷酸酶 2B ,进而激活能使 NMDA 受体发生磷 酸化而导致其内吞能力增强的酪氨酸激酶 STEM。 Aβ寡聚体是所有构型 Aβ中诱导氧化应激能力最 强的。产生自由基、改变膜特性以及破坏钙稳态或 许是 Aβ寡聚体诱导凋亡的机制。 2 . 2 　钙对 A PP 代谢的影响 钙对 A PP 代谢的影响的研究不像 A PP 对钙信 号转导影响的研究那样透彻。虽然如此 ,许多证据 表明 ,细胞内钙浓度的升高可以增加 Aβ的产生。 通过细胞膜钙通道内流的钙或者内质网释放的钙可 以增加 Aβ的产生。这些研究结果最近被 Pierrot 的研究所证实 ,其研究显示 ,细胞内钙浓度的升高诱 导 A PP 和 tau 蛋白的磷酸化而导致细胞内 Aβ产生 的瞬时增加。然而 ,这与早期用不同处理因素而导 致细胞内钙水平升高的研究相矛盾 ,Buxbaum 的研 究显示 ,毒胡萝卜素抑制 SERCA 泵 ,进而减少 Aβ 的产生具有剂量依赖性。Landman 报道 ,PS1 FAD 细胞中钙通过瞬时受体电位 M7 亚家族离子通道 ( TRPM7)偶联的 Mg2 + 抑制性阳离子 (MIC)通道而 使 Aβ1242 的产生增加。MIC 的功能受 PIP2 的调 节。PS1 FAD 突变可以降低细胞 PIP2 的水平。 Landman 观察到了 PIP2 的水平与 Aβ1242 的产生 之间呈负相关。PIP2 激活γ2分泌酶的确切调节机 制有待于进一步研究 ,这些研究将会找到新的潜在 调节 Aβ产生的途径。Yoo 报道 ,A PP 代谢的改变 依赖于细胞膜上钙转运体活性 ,其研究显示 , PS1 FAD 细胞钙内流能力的衰减过后 Aβ1242/ Aβ1240 产生的比例增加。CCE 与 AD 发病的关系将在下 文中详细的讨论。 2 . 3 　早老素与钙稳态 早老素是具有多功能多次跨膜多起源的膜蛋 白。最近研究显示 ,除了作为γ2分泌酶复合体的一 部分 , PS1 还与上皮细胞钙粘蛋白 ( E2cadherin) 和 β2连环蛋白 (β2catenin) 一起作为细胞连接的组成部 分。另外 ,PS1 还作为激酶和他们底物的支架蛋白 来调节细胞接触 ,在自身吞噬作用中发挥作用。 FAD 中 PS1 和 PS2 突变可以改变 A PP 的代谢 ,进 而增加 Aβ1242/ Aβ1240 产生比例和老年斑中存在 的病理性聚集状态的 Aβ的产生。 早老素突变只导致所有小于 10 % AD 病例。 尽管如此 ,FAD 依然作为研究 AD 发病机理的最好 模型。尽管没有直接的证据表明钙调节早老素的活 动与散发性 AD 相关 ,但许多实验表明 ,早老素突变 的 FAD 可致细胞内钙信号传导失调。在来源于最 终会发展成 AD 的症状发生前家族成员的细胞内 , 显示钙失调远远早发于 AD 其他症状。早老素突变 的 FAD 钙稳态失调最显著的表现是内质网钙储存 的超载而致细胞激活后钙释放的增加。各种细胞 系、组织和转基因动物研究显示 ,用 IP3 和 RyR 受 体激动剂处理后 PS1 和 PS2 FAD 细胞内内质网钙 增加。钙储存的超载与细胞对凋亡的敏感性增高有 关。内质网钙通道药理抑制剂来处理 PS FAD 细胞 可以保护细胞免于包括 Aβ在内的凋亡前蛋白因素 的损伤。早老素突变导致内质网钙储存的超载的机 制依然不清楚。但近来有研究显示 ,是野生型 PS 而非突变的 PS1 和 PS2 FAD 突变在脂双分子层形 成低传导性二价阳离子通透的离子通道。这就表明 PS1 和 PS2 基因的突变引起正常的由早老素“漏电 通道”介导的钙漏电流的丢失 ,最终导致内质网腔内 钙浓度的升高。可以想象的一点是 ,如果早老素在 内质网形成钙通道 ,那么这就会导致具有生理学作 用浓度的钙持续而又适量的溢流入细胞质内 ,而早 老素基因敲除小鼠会导致内质网钙超载。的确 ,用 Mag2Fura22 染色 , Bezprozvany 研究组研究表明 , 在早老素双基因敲除 (D KO) 的细胞中 ,内质网腔内 钙水平明显高于野生型的细胞。另外 ,通过过表达 野生型 PS1 而非 PS1FAD 突变型可以得到细胞内 正常的钙浓度水平。然而 ,他们的研究与 Kasri 相 ·6· 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　国外医学医学地理分册 　2008 年 3 月第 29 卷第 1 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 矛盾。Kasri 研究显示 ,内质网特异性水母发光蛋 白标记的 D KO 细胞内内质网内钙含量升高。在相 同的细胞 R1 亚型 IP3R 表达增加 4 倍与内质网钙 泄露的增加具有相关性。此外 ,最近 Pizzo 研究组 报道 ,几个 PS1 和 PS2 FAD 突变内质网和高尔基 复合体内钙离子水平的降低 ,这也就质疑了先前出 版报道的 PS FAD 突变而导致钙超载的研究数据。 他们用 f ura22 和特异性水母发光蛋白在 3 种不同细 胞系来测定内质网钙浓度 ,此技术所得的数据具有 一致性。因此 ,Pizzo 研究组了他们研究结果与 其他研究差异性并不是因为技术或者模型选用方面 的原因。他们指出仔细选择年龄匹配的对照的必要 性 ,并得出结论 ,其他研究者所观察到内质网钙释放 的增加或许是因为源于早老素突变非依赖的的内质 网 ,而不是源于储存超载本身。 Kasri 所描述的 IP3R1 过表达并不是早老素相 关内质网通道蛋白水平改变的唯一案例。Chan 研 究表明 , PS1 和 RyR 之间具有相互作用 ,携带有 PS1 FAD 突变的皮层神经元和 PC12 细胞系内 RyR 的水平升高 ,在这些细胞系中内质网钙储存可 以通过 RyR 依赖性储存的钙释放得到过分补充。 在携带有 PS1 FAD 突变的小鼠神经元中也观察到 RyR 表达的增加。内质网钙储存过分补充的最直 接的结果是 PS1 FAD 细胞 CCE 的衰减 ,因为这些 细胞不需要像正常细胞那样多的钙储存补充。许多 描述的点突变文献中记述了 PS1 FAD 突变的特性。 A PP 基因敲除小鼠研究显示 , CCE 衰减是 PS1 突 变的最直接结果 ,并不依赖于 A PP 代谢。另一方 面 ,PS1 驱动的 CCE 抑制影响 A PP 的代谢 ,并最终 导致 Aβ1242 产生的增加。定位于细胞膜的贮存操 纵型通道 (SOCs)负责通过 CCE 来填充细胞钙。长 久以来内质网钙储存与 SOCs 偶联的机制和这些离 子转运蛋白特性和性质依然不清楚。近来发现 , STIM1 和 Orai 蛋白参与 CCE 为这一问题的研究 开辟了新曙光。STIM1 是一种包含非成对的功能 为内质网腔内钙传感器的 EF 手性模序的 I 型内质 网膜蛋白。STIM1 直接转导内质网钙水平信息到 细胞膜。Orai 1 存在于细胞膜 ,接收来自 STIM1 的 门控信号而发挥其钙通道作用。钙通道储存操纵型 信号转导通路的发现开辟了研究 AD 中 STIM1 和 Orai 蛋白功能改变的新的前景。 2 . 4 　AD 相关非 A PP 代谢依赖性钙稳态失调 许多研究所描述的 AD 发病机理都经常地伴随 着钙缓冲蛋白和钙传感蛋白表达的改变。这种改变 是否是继发于神经变性或者是 AD 的发病机理现在 依然不清楚。 一些钙结合蛋白可以直接与早老素相结合 ,包 括 RyR ,其调节子包括抗药蛋白、μ2钙蛋白酶和钙 离子结合蛋白 ,这是一种豆蔻酰化的蛋白质 ,可能触 发通向膜蛋白的钙信号。然而 ,早老素与其相应的 钙结合蛋白之间的相互调节作用依然不清楚。 研究显示 ,在特定脑区 ,在衰老和神经变性疾病 中尤其易受累的 28 kDa 的钙缓冲蛋白钙结合蛋白 D (calbindin D)水平降低。这表明蛋白钙结合蛋白 D 水平的降低可以影响神经元内钙的缓冲能力 ,反 过来进而导致衰老和神经变性疾病中钙介导的细胞 毒性效应。这一观点得到 PS1 FAD 细胞中过表达 calbindin D 可以降低 Aβ诱导的细胞内钙的升高以 及阻断钙升高反应的实验的强有力的支持。在另一 与 PS1 和 PS2 相作用的钙结合蛋白 calsenilin 中观 察到了相似的钙释放缓冲效应。 神经元钙稳态的改变与脂质的代谢有关。载脂 蛋白负责将血液中的胆固醇转运到细胞内。载脂蛋 白 E(Apo E4) 纯合子的个体与携带有 1 个或 2 个 Apo E2 和 Apo E3 亚型的个体相比 ,患 AD 风险性 显著增加。Tolar 研究证实 ,Apo E 片段的神经毒性 是由通过 NMDA 受体通道介导的钙内流实现的。 此外 ,也有研究表明 ,Apo E 受体结合结构域具有刺 激内质网钙释放和细胞外钙内流的能力。总的来 说 ,越来越多的研究表明了 Apo E 在 AD 中脂质和 钙代谢的联系作用。 年龄是 AD 的主要危险因素 ,一种年龄相关分 子学说主张在衰老的脑内存在钙稳态失调。最近有 报道显示 ,与年轻的对照组相比在中等年龄的神经 元中基础钙离子水平升高以及在衰老海马神经元中 L2型电位门控钙通道 (L2V GCC) 的活性增加。通过 L2V GCC 内流的钙增加衰老神经元对凋亡的敏感 性。这一学说得到了 Fu 等研究的支持 ,其研究显 示二聚的胆碱酯酶抑制剂他克林可以通过调节 L2 V GCCs 的活动减弱 Aβ诱导的神经元凋亡。 线粒体功能的进行性降低是衰老的另一个特 征。线粒体是细胞内产生 ROS 的主要器官 ,其功能 的失调将会导致年龄相关的氧化损伤的聚集。的 确 ,线粒体细胞色素 C 氧化酶复合体 IV 缺陷与 AD 发病相关。在携带有来源于 AD 患者线粒体的杂合 细胞体中 ,观察到了线粒体功能失调的结果将会导 致细胞内钙水平的升高和 IP3R 激活后基础钙水平 的延迟恢复。另外 ,在这一细胞中基础 ROS 的水平 增加超过 30 %。Cardoso 也报道了相同的结果 ,其 研究显示 ,在携带有来源于 AD 患者线粒体的杂合 ·7·国外医学医学地理分册 　2008 年 3 月第 29 卷第 1 期 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 细胞体中 A TP 水平显著降低。这些能量的耗竭可 能通过各种途径来改变细胞钙稳态。例如 ,细胞体 中 A TP 水平的降低导致胞质内游离钙的增加 ,可 能与 A TP 依赖性 SERCA 泵功能的降低有关。此 外 ,线粒体缓冲胞质内钙超载的能力部分是依赖 A TP 的。有研究者提出线粒体在恢复细胞内钙储 存中发挥直接的作用 ,其研究显示 ,线粒体定位于内 质网钙释放位点的附近 ,表明线粒体回收释放的钙 到内质网内。 3 　钙依赖性 tau 蛋白的磷酸化 微管相关蛋白 tau 蛋白的过度磷酸化导致神经 纤维缠结和神经元的丢失。tau 蛋白的磷酸化的状 态受严格的调节似乎是钙依赖性的。GS K3β和其 他激酶参与 tau 蛋白的磷酸化。依赖于钙2钙调蛋 白的蛋白激酶 II 在其与微管相作用的位点磷酸化 tau 蛋白。 反过来 ,依赖于钙的蛋白激酶钙蛋白酶 ( Cal2 pain)由其前体 p35 蛋白产生 p25 蛋白 ,值得一提的 是后者是细胞周期调节蛋白依赖激酶 5 (Cdk5) 的强 力激活子 ,在 tau 蛋白的过度磷酸化中发挥作用。 另一方面 ,依赖于钙2钙调蛋白的蛋白激酶神经钙蛋 白 (Calcineurin)参与 tau 蛋白的去磷酸化。最近的 研究表明 ,培养神经元细胞膜的去极化可以诱导钙 介导的瞬时 tau 蛋白的磷酸化 ,而后发生 tau 蛋白 的去磷酸化。GS K3β和 Cdk5 激酶介导磷酸化 ,而 神经钙蛋白介导去磷酸化。这就清楚地显示了钙依 赖性 tau 蛋白的磷酸化调节。与 PS1 敲除动物相 比 ,在 PS1 FAD 转基因小鼠脑内观察到了 GSK3β 介导 tau 蛋白磷酸化能力的升高。 4 　结论和展望 钙离子在神经元包括膜的兴奋性以及基因表达 的进程中发挥各种功能。尽管 AD 患者细胞中钙稳 态失调现象已被发现多年 ,越来越多的注意焦点聚 集在了 Aβ和 tau 在 AD 发病中的作用。越来越多 的证据表明 ,钙稳态失调在 AD 发病机理中的重要 性。 既然 Aβ和 tau 具有神经毒性以及他们的聚集 似乎是痴呆患者脑内神经元丢失的主要原因 ,那么 有一个问题需要回答 :是否这种聚集或钙稳态的改 变是主要的病因、效应 ,抑或是 AD 发病的结果。许 多证据表明 ,在 AD 发病的进程中 ,认知功能下降先 于神经元的丢失 ,似乎与神经元内 Aβ的沉积有关。 神经元的功能丧失而非死亡是 AD 痴呆的主要事 件。钙稳态精确调节的改变是神经元功能障碍的确 切原因之一。适当的钙信号转导对于突触发生和树 突棘可塑性是必需的。认知功能下降和突触的神经 变性是 AD 的首要症状。另外 ,早老素的 FAD 突变 可以增加内质网内钙储存的释放 ,进而改变海马神 经元突触的传递。早老素 FAD 突变细胞内细胞质 钙浓度持续升高导致细胞内和细胞外 Aβ产生的增 加。反过来 ,尽管作用于神经元的方式不同 ,但纤维 样 Aβ和 Aβ寡聚体可以持续的升高细胞质钙浓度。 这些观察表明 ,Aβ产生与细胞质钙离子水平之间存 在正反馈机制。这种相互刺激的作用极大地促进了 病理改变的快速进展。针对这种正反馈机制的药物 治疗 (即减弱钙信号转导)可能对 AD 患者有利。的 确 ,非竞争性 NMDA 钙通道受体拮抗剂美金刚主 要定位于树突棘 ,是少数几种能够对一些 AD 患者 有效的药物之一。然而 ,这种治疗只针对细胞膜钙 通道而不调节内质网钙储存 ,在 AD 中主要受累的 是后者。因此 ,这或许也解释了美金刚对治疗 AD 疗效的短效有限性。 既然在 AD 首发症状出现前很久既有钙稳态失 调 ,这就为诊断和治疗 AD 提供了新的可能性。此 外 ,钙信号转导的改变不仅仅局限于神经细胞 ,包括 成纤维细胞、淋巴细胞在内的外周细胞亦受累 ,因此 这些都是易得的诊断材料。另外 ,设计出特异性和 敏感性俱佳的诊断检验和有效的治疗方法需要更好 更透彻地阐明钙离子在 AD 发病机理中的作用。当 然 ,也需要阐明不同试验方法间的结果矛盾的原因。 例如 Tu 研究组的研究表明 ,与野生型相比 ,早老素 双基因敲除的细胞内内质网腔内有高水平的钙 ,认 为这正是内质网膜早老素钙通道功能改变的原因。 另一方面 ,用相同的细胞模型 , Kasri 用另一种实验 方法报道了内质网腔内钙高水平的降低。彻底的阐 明钙信号转导的复杂特性需要认真的评价所运用的 科学方法的优点和缺点 ,并对各种实验条件进行严 格的比较。当前知识水平下 ,研究者还难以断言是 否钙稳态的改变是 AD 发病的主要和首要事件 ,或 者是其他病理改变的伴发事件。但是毫无疑问的 是 ,在 AD 首发症状出现前的早期即有钙稳态的改 变。因此 ,针对纠正钙稳态失调的治疗策略或许可 以成功治疗 AD ,并延缓 AD 的发病进程。 参考文献 : [ 1 ] 　Andersen OM , Reiche J , Schmidt V , et al . Neuronal sorting protein2related receptor sorL A/ L R11 regulates processing of t he amyloid precursor protein [ J ] . Pro Nat Acad Sci USA , 2005 ,102 :13461213466. (下转第 19 页) ·8· 　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　国外医学医学地理分册 　2008 年 3 月第 29 卷第 1 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 种氧衍生的自由基。研究发现 ,系统性红斑狼疮患 者血清铜蓝蛋白水平升高 ,这种升高可能是由于代 偿机制。细胞铁的正常释放对其亚铁氧化酶的活性 很重要 ,亚铁氧化酶可催化亚铁离子氧化为三价铁 离子。因此 ,铜蓝蛋白促使铁离子参入转铁蛋白 ,从 而没有毒性铁产物的形成。在生理情况下 ,铜蓝蛋 白可能通过阳离子的直接氧化而阻止脂质过氧化物 的催化 ,在控制膜脂质氧化中起重要作用。 研究发现 ,系统性红斑狼疮患者血清中铜蓝蛋 白水平升高 ,而血清白蛋白和转铁蛋白水平下降。 相一致的是也有报道系统型红斑狼疮患者血清铜蓝 蛋白水平升高 ,但转铁蛋白水平不变或升高。最近 , 有研究报道 ,在与系统性红斑狼疮患者相似的自身 免疫性疾病类风湿关节炎患者中 ,血清中也有铜蓝 蛋白水平的升高而血清转铁蛋白水平的下降。健康 对照血清中铜蓝蛋白水平和转铁蛋白水平间呈正相 关 ,可能提示在这 2 种细胞外抗氧化剂之间存在协 同作用。 尽管如此 ,系统性红斑狼疮患者血清铜蓝蛋白 水平和转铁蛋白间的负相关关系是很重要的发现 , 显示正常状态下铜蓝蛋白和转铁蛋白间协同作用 , 而在系统性红斑狼疮中可能被损害。系统性红斑狼 疮活动性指标评分和红细胞沉降率及 C 反应蛋白 间的正相关关系可能也提示这些实验参数可能是病 情严重程度的反映。 在各种自身免疫疾病中 ,血清或滑膜液中的微 量元素改变存在相矛盾的结果。在特定炎症状况下 这些改变发生的机制需要被进一步阐明 ,这些改变 到底是炎症的原因还是结果仍然很不清楚。 总之 ,系统性红斑狼疮症这些指标水平的改变 可能不是疾病的原因 ,而事实上可能是疾病本身的 结果。还需要进一步研究以详细了解上述提到的抗 氧化蛋白和微量元素间的关系。 参考文献 : [1 ] 　Yilmaz A , Sari RA , Gundogdu M , et al . Trace element s and some ext racellular antioxidant proteins levels in serum of pa2 tient s wit h systemic lupus eryt hematosus[J ] . Clin Rheumatol , 2005 , 24 : 3312335. 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