一起读综述阿尔茨海默病的突触损伤聚焦

　

导读：

突触病理和线粒体氧化损伤可能是阿尔兹海默症疾病进展的早期事件，为阿尔兹海默症的诊断和治疗提供进一步的依据。《AgeingResearchReviews》期刊近期发表了名为“SynapticbasisofAlzheimer’sdisease:Focusonsynapticamyloidbeta,P-tauandmitochondria”的综述，阐述了AD过程中突触作用、线粒体功能、β-淀粉样蛋白和磷酸化tau引起的突触变化的机制，重点介绍了AD的风险因素、遗传学和ApoE4的参与，AD中与突触损伤相关的因素、β-淀粉样蛋白和磷酸化tau蛋白的错误定位、线粒体自噬、小胶质细胞激活和突触治疗的最新进展。此外，还讨论了小胶质细胞的损伤和活化。将突触、线粒体和Aβ/p-Tau三者关系联系一起系统的进行综述。

1阿尔兹海默症（AD）

AD有两种形式:早发-家族型和晚发-散发型。早发型AD是一种极其罕见的疾病，在所有AD病例中约只占1%到2%。淀粉样前体蛋白(APP)、早衰蛋白1(PS1或PSEN1)和早衰蛋白2(PS2或PSEN2)位点的突变使β-淀粉样蛋白过量生成，导致早发型常染色体形式家族性AD。晚发-散发性AD是该疾病较为常见的形式，出现在65岁之后和APOE4基因型。在晚发-散发型AD中，遗传、环境因素和生活方式因素的结合发挥了很大作用，其他多态性也可能导致迟发性AD。

在针对死后AD患者大脑和AD转基因小鼠大脑的学习和记忆区域的研究，从内嗅皮层，到海马体、颞叶皮层、额顶叶皮层，最后到皮层下核，研究人员发现，AD的发生发展涉及多个细胞变化与疾病过程，包括损失的神经元、突触丢失/损坏、线粒体分裂、自由基产量的增加、线粒体DNA损伤、星形胶质细胞和小胶质细胞扩散、荷尔蒙失调、神经递质水平的改变、神经原纤维缠结和老年斑（图1）。

图1阿尔茨海默氏病的突触和细胞变化

1.1AD与APOE

AD的遗传为常染色体显性遗传，其中一个遗传风险是19号染色体上的载脂蛋白E4基因型(ApoE)。ApoE有3种亚型，由星形胶质细胞和小胶质细胞产生，可与脂蛋白结合，并在神经系统发育阶段或神经损伤后进入神经细胞。受损的ApoE会影响β-淀粉样蛋白的清除，在神经元之间的细胞外间隙聚集时会产生斑块，导致炎症反应。髓细胞2(TREM2)上表达的触发受体识别ApoE并参与小胶质细胞吞噬，这被认为是有助于清除Aβ，但最近被证明是恶化tau病理的替代作用。而神经原纤维缠结是AD大脑的特征，是神经元内过度磷酸化的tau蛋白沉积的结果。

Reelin是一种胞外信号蛋白，由梨状和内嗅皮层的锥体细胞产生的，参与树突的成熟和分化，并受衰老和持续炎症反应的影响。ApoE受体2和非常低密度脂蛋白受体作为Reelin的信号受体，在早期发育中参与神经元的迁移。在正常大脑中，Reelin磷酸化NMDA受体GluN2亚基，增强NMDA和长期增强(LTP)活性。当APOE亚型的E4等位基因变体时，占据ApoER2和NMDA受体，导致突触丢失增加、增加炎症反应、使寡聚体Aβ在突触处聚集（图2）。

图2正常大脑中Reelin的活性抑制可溶性Aβ的聚集

1.2AD与PS1/PS2

早老素（PS1、PS2）对γ-分泌酶对APP处理的过程十分重要，PS1和PS2失衡使得Aβ42的产生多余Aβ40,而Aβ42正是AD进展的关键，同时，γ-分泌酶的慢性损伤也会影响树突脊的数量。

早老素具有将钙从内质网中释放出来的作用，在正常LTP和可塑性中也很重要，PS1的增加增强海马突触的LTP，且由于干扰了细胞内的钙释放而导致钙代谢异常。

2AD的突触

树突是突触的突触后末端，并包含NMDA和AMPA受体。它们还具有促代谢受体和支架蛋白。树突棘的缺失会导致神经退行性疾病。正常的衰老确实会导致一些认知能力下降。这种认知下降是由于减少了突触接触的维持。脊柱密度的下降也与认知能力下降有关。树突状脊柱的大小也可能与其衰老的脆弱性相关，因此小刺比大刺更容易受到伤害。较大的脊椎更稳定。突触损伤发生在树突上而不是轴突末端。树突棘的长期稳定性随着年龄的增长而下降。脊柱体积的缩小导致突触变弱。老年人的突触有增加的同质性。这降低了老年人补偿脑损伤的能力。脊柱翻转增加和脊柱体积变小导致认知能力下降。总的来说，随着年龄的增长，脊柱的类型可能会发生变化，但密度和脊柱翻转没有变化。

2.1AD与突触

正常衰老由于突触接触维持的减少，突触脊密度的降低，会导致认知能力的下降。树突脊的大小与其易受衰老影响的程度有关，小的脊比大的更容易受衰老的影响。

研究人员观察了大脑的不同区域，包括新皮层、海马体和内嗅皮层，发现AD进展可导致额叶和顶叶皮层第2层和第3层突触的缺失，且早期AD患者齿状回外层体积减小。三维建模和扫描图像显示AD样本的兴奋性突触在突触脊头部和树突轴上缺乏；5xADTg小鼠随着年龄的增长，海马CA1蛋白层SLM体积呈下降趋势，具有可塑性的小突触减少。

总的来说，突触脊密度的降低会导致记忆受损、活动协调困难和信号传输降低。突触丢失是一种AD发生的早期事件，是由可溶性β-淀粉样蛋白、磷酸化的tau积累和突触处线粒体生成自由基的增加引起的。因此，减少淀粉样蛋白、磷酸化tau蛋白和线粒体自由基的突触积累可以减少AD患者的突触丢失，增强认知功能。

2.2AD与突触蛋白

在早期的AD模型中，突触的损失并不大。Drebrin是树突脊中的一种结构蛋白，对树突形态有重要影响。通过对突触后膜肌动蛋白结合蛋白drebrin的测量发现，突触后蛋白比突触前蛋白损失更多。

突触素是一种突触前囊泡蛋白,研究发现轻度认知障碍患者的突触素与正常对照降低25%左右,认知能力的下降与海马体和其他相关皮质的突触素的损伤相关。

为了确定AD患者神经元的突触前或突触后间隙是否最先受到影响，研究人员研究来自AD和相龄健康对照大脑样本中3种突触前囊泡蛋白(synaptotagmin,synaptophysin，和Rab3A)，2种突触膜蛋白(Gap43和synaptobrevin)和2种突触后蛋白(neurogranin和synaptopodin)，评估了大脑额叶和顶叶皮质的蛋白水平，发现对照组相比，所有AD患者的大脑样本中突触前囊泡蛋白和突触后蛋白均缺失，且额叶皮层中突触蛋白的丢失比顶叶皮层更为严重，其中在被研究的7个突触蛋白中，突触前蛋白synaptophysin和Rab3A和突触后蛋白synaptopodin下调最多。

综上，通过对两项数据库分析的结果证实，在选定的大脑区域突触缺失是AD发病的早期事件，突触前标记比突触后标记受到的影响更大。

2.3AD的突触功能障碍

随着AD的进行，Aβ的产生增加。这种过度生产会减少突触的数量和可塑性，并且产生的突触的形状或组成也可能异常。Aβ影响突触小泡的运输。由于Aβ的存在，AD患者的SNAP-25（突触素和突触前素）的密度降低。Dynamin-1被Aβ改变，因此它不能夹住突触小泡以重新进入突触小泡池。磷酸化的tau还可与Drp1和VDAC1相互作用，从而损害轴突运输和线粒体损伤。

AD的症状随着谷氨酸能和胆碱能突触的降解而增长。对AD发病初期（2-4年）的颞叶和额叶皮质活检进行定量形态学研究表明，每个神经元的突触密度降低了25-35％，突触连接降低了15-35％。在AD中，新皮层和海马中突触的丧失尤为明显。在更多的含有毒性Aβ的淀粉样蛋白斑块的区域中，这些突触损失增加。

总的来说，AD过程中由于突触损伤和细胞丢失，脑容量有很大的收缩。这种收缩随着疾病的发展与突触和认知功能密切相关。

3Aβ和AD

突触活动、突触和树突脊的形成需要APP，其主要存在于非神经组织，在记忆和学习中发挥着作用。α-分泌酶可以裂解90%以上的APP，剩下的10%会被β分泌酶和γ分泌酶所裂解。β分泌酶在N端将APP裂解生成C99，随后C99被γ-分泌酶裂解，形成Aβ。然而，γ分泌酶在切割C99时并不准确，因此形成了不同长度的小段。PS1和PS2突变则会增加了Aβ42的产量。PS1突变会降低γ-分泌酶活性，使Aβ40产生减少，从而导致Aβ42/Aβ40的比例失衡（图3）。由于活性降低，APPC端片段也不能被γ-分泌酶裂解，C端片段的积累导致突触障碍和记忆障碍。APPC端片段的积累和APP代谢减少是导致AD发病原因之一。

细胞内外均可发现Aβ，在APP模型中，细胞内β-淀粉样蛋白随年龄增长而增加，且与突触脊丢失有关，而在其他模型中，Aβ也可影响突触结构，但不影响突触脊密度。胞外β-淀粉样蛋白可被受体带入神经元作为晚期糖基化终末产物(RAGE)。在5xFAD小鼠模型中，可以在细胞体中发现纤维淀粉样蛋白，后者能引起斑块样沉积。

图3正常和AD失调APP切割途径

Magrane课题组使用可诱导的病毒载体在原代培养的神经元细胞内表达Aβ，证明了Aβ在胞内聚集会抑制Akt信号通路，胞内表达Aβ42可导致Akt磷酸化水平的下降，增加3β-糖原合酶激酶活化及细胞凋亡。在TgAD小鼠模型中，Akt的下调也与体内Aβ神经元积累相对应。通过一种涉及热休克蛋白(Hsps)的机制过表达活性Akt可逆转Aβ的毒性作用。在AD中，与神经元内Aβ积累相关的早期功能障碍包括了Akt信号通路的损伤和应激反应的抑制。通过GSK3的去磷酸化(活化)，Aβ也可增加自身的产量。总而言之，Aβ胞内累积会导致AD神经元的突触损伤。

3.1突触中的Aβ

Aβ通过Rho-GTPases介导F-肌动蛋白的重塑，引起树突的收缩和塌陷。Rho家族中的Ras超家族通过结合GDP和结合GTP形式之间切换来调节细胞骨架的变化，其中家族中的RhoA、Rac和Cdc42在树突脊形成中起重要作用。RhoA和Rac可调节突触脊数量，如激活RhoA能降低突触脊密度，而激活Rac1能增加突触脊密度，在AD中，RhoA可能在Rac1失活时被激活。在正常的大脑中，Rac1与丝氨酸苏氨酸激酶(PAK)结合，由此产生的自磷酸化阻止肌动蛋白与肌球蛋白结合，从而允许肌动蛋白聚合。在AD中，这个过程可能由于Rac1失活而出现缺陷。

Aβ与AMPA受体结合，导致AMPA受体内化，从而增加LTD；与AMPAR受体结合导致其泛素化，随之的谷氨酰胺传递的损伤导致树突棘的丢失；Aβ可与NMDA受体结合，导致钙代谢异常，引起氧化应激、自由基产生和神经元丢失，另外，可激活mGluR5受体，从而增加细胞内的突触后膜钙水平。NMDA受体和mGluR则会增加APP处理，在一个正反馈循环中，导致钙内流和自由基生成增加。

研究发现，早期AD和晚期AD的寡聚体Aβ的水平无显著统计学差异，然而，在AD的早期阶段，寡聚体β-淀粉样蛋白含量的强烈上升可能与AD相关的痴呆有关。故而研究人员假设，体内可能存在一个寡聚体β-淀粉样蛋白阈值，当越过该阈值时，便可能导致阿尔茨海默病相关痴呆的风险增加（图4）。

图4Aβ的几种相互作用

4AD与Tau

Tau是一种疏水蛋白，主要用于稳定神经元微管和调节轴突转运。Tau聚集在脑干和脑内嗅区神经元的树突和突触后终末。在AD中，树突棘的密度和形状在CA1区域有所下降，而神经元的损失在CA3区域最为明显。tau蛋白的磷酸化随时间变化。细胞周期蛋白依赖性激酶5(cdk5)和糖原合酶激酶3(GSK3)会产生患病的tau蛋白，并调节Aβ的产生。Neuregulin-1(NRG-1)是一个与cdk5活性相关的生长因子家族的成员。在正常成年人中，NRG-1的活动和水平在新生儿第一周是高的，但随后在成年期显著降低。在幼龄小鼠中,抑制cdk5的活性降低了Aβ活性，但通过活化GSK3β，使tau蛋白增加。当老鼠变老时，tau蛋白水平不会受到影响。

AD中的Tau蛋白发生翻译变化，使tau蛋白从微管中分离，导致神经原纤维缠结(NFTs)形成，从而影响神经元的突触功能。过度磷酸化的tau蛋白会导致神经纤维缠结和突触脊头部体积的减少，tau蛋白的截断可增加其毒性，并使其过度磷酸化，截断的tau蛋白不能聚集成细丝，细胞定位不规则。tau病理开始于神经跨内区，并扩散到边缘和新皮层区域。随着AD的进展，NFT在内鼻皮层、海马区CA1、杏仁核和基底细胞复合体形成（图5）。

4.1突触处的Tau

Tau是一种疏水蛋白，同时也是一种微管相关蛋白，主要用于稳定神经元微管和调节轴突转运。Tau聚集在脑干和脑内嗅区，也存在于神经元的树突和突触后末端。当Tau蛋白被异常修饰时，微管的细胞运输就会中断，如果线粒体和受体不能有效地运输到突触，导致线粒体依赖的ATP产生和钙缓冲减少，以及谷氨酸受体亚基到突触后膜的运输受损，同时，线粒体的减少会导致突触囊泡释放的损伤。

乙酰化tau蛋白降低肾/脑(KIBRA)蛋白水平，后者活性的降低可诱导突触后肌动蛋白修饰和AMPAR插入，影响记忆，与AD和痴呆相关。Tau是caspase的底物，当它被Caspase裂解时，可形成Tau，并可逆地损害记忆功能。

Tau也可以在细胞外释放，影响毒蕈碱乙酰胆碱受体(mAChRs)。Tau还通过作为糖原合酶激酶3Kinase(GSK-3Kinase)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)的底物，参与了长期的可塑性，这两种酶参与调节突触功能。Tau与PSD-95/NMDA受体复合物(NMDAR)相互作用，谷氨酸神经传递过程中，酪氨酸激酶FYN和NMDAR之间的正反馈机制增加了NMDAR的活性，该活性对神经元具有兴奋性毒性作用。

Tau聚集的临床症状常伴有淀粉样斑块，但它仍是AD神经退行性变和认知能力下降的有力指标。不止截断的Tau，全长Tau(hTau)同样影响认知，hTau激活钙依赖性蛋白磷酸酶，使cAMP对CREB信号的反应失活，从而导致突触损伤。图5总结了tau的不同作用。

图5与其它分子和结构结合会对细胞功能和疾病进展产生各种不利影响

4.2突触tau蛋白定位错误与突触毒性

Tau蛋白在轴突没有髓鞘的区域广泛分布，主要在大脑皮层、海马的苔藓纤维轴突和齿状回的内部分子层，也存在于其他部位如嗅球、小脑、腹侧被盖区。Tau也可在少突胶质细胞中被发现，但不存在小胶质细胞和星形胶质。

突触前Tau蛋白的释放会导致AD的功能失调。神经元死亡，Tau被释放，但Tau蛋白的释放，也可经由突触而不会使神经元死亡。研究已证实部分Tau分泌是通过突触前囊泡分泌而释放的，Tau蛋白也可在突触后位点聚集。有研究表明，磷酸化的Tau蛋白存在于神经元的树突脊中，影响突触的转运和谷氨酸受体的插入，故这些突触后区域可能是Tau蛋白的靶点。树突中Tau蛋白浓度的增加可能会破坏驱动蛋白和动力蛋白;树突中Tau蛋白水平的增加则影响记忆和突触可塑性;定位错误的Tau降低了大鼠的兴奋性突触后电流。当mEPSCs减少时，突触沉默，突触后位点AMPARs减少。在APPSwe小鼠中，研究人员发现Tau蛋白被错误地定位在树突脊上，且Aβ处理的野生型小鼠树突中的Tau蛋白表达增加。当Tau蛋白被磷酸化时，Aβ寡聚体可增加Tau蛋白在树突上的错位。Tau蛋白磷酸化通过将Tau蛋白从微管中释放出来并聚集在树突轴和脊上从而在Tau蛋白的错位中起着重要作用。总的来说，研究人员认为树突脊中P-Tau的存在是AD的早期迹象。

4.3Tau蛋白和淀粉样蛋白在AD中的协同作用

研究人员认为，淀粉样蛋白积累是AD早期疾病的标志，磷酸化的Tau蛋白是AD晚期疾病的标志。突触体主要是突触前结构，包括线粒体、核内体和其他结构。研究发现磷酸化的Tau蛋白随着β-淀粉样蛋白的增加而增加，因此，他们推测，Aβ可能参与了Tau蛋白的磷酸化。

Aβ刺激NMDA受体，导致钙和氧化还原反应的上调，这种功能障碍引起了下游效应，如突触功能障碍和神经元丢失。上调的钙离子激活钙调蛋白磷酸酶，从而去磷酸化靶蛋白，如肌动蛋白，导致树突处突触脊的丢失，同时，激活的NMDA也使得Tau聚集，磷酸化的Tau进一步加剧树突的突触脊损伤。提示Aβ可能是Tau的上游。

不可溶Aβ激活钙依赖性钙调磷酸激酶PP2B，且通过刺激NMDA受体，提高钙离子水平激活代谢型谷氨酸受体5或l型电压门控钙通道。但是，Tau对于Aβ的毒性是必要的，即Aβ引发了由Tau蛋白病理导致的突触功能障碍，但如果tau蛋白不存在，就不会引起记忆障碍。Aβ和Tau之间可能存在一个反馈回路，Aβ刺激Tau的聚集，而后者反过来也增强前者的量增。FYN可调节NMDA受体活性，并与Tau蛋白相互作用后被带至突触后位点。当FYN被Tau蛋白定位到突触后位点时，记忆缺失得以修复。通常在神经元都有Tau蛋白的分布，但是，Aβ会导致树突突触后部位的tau蛋白浓度增加。这种浓度的增加吸引FYN，增加NMDA受体活性，增加钙内流，从而触发钙营养失衡，引起损害。

寡聚体Aβ可导致tau蛋白病变，如细胞骨架损伤、线粒体运输缺陷和神经元死亡。除FYN外，寡聚体Aβ还能激活PKA和CaMKII，使Tau蛋白磷酸化，并启动Tau蛋白的级联反应；寡聚体Aβ可不受Tau蛋白的影响，导致微管解体和传递脑源性神经营养因子的GSK3失活等损伤；寡聚体Aβ和tau均具有类似朊病毒的性质，可以将彼此修饰成有毒的形式；寡聚体Aβ可控制翻译后Tau蛋白的修饰，从而产生类似朊病毒的性质；Tau泛素连接酶(CHIP)可降解已裂解和过度磷酸化的tau蛋白，Aβ通过改变CHIP水平，增加tau的浓度；Aβ引起钙水平的增加使微管中的Tau不稳定继而影响线粒体运输受损。此外，胞内Aβ可引起AMPK磷酸化丝氨酸的Tau蛋白。图6总结了这种协同作用。

图6Tau蛋白的磷酸化影响许多突触受体、蛋白质和结构

5

AD中缺陷的LTP和LTD

长期增强缺陷出现在Aβ之前，在低表达APP基因、Aβ高水平情况下，小鼠早期便出现突触传递衰减。学习和记忆依赖于兴奋性突触的突触传递。LTP是依赖于钙和NMDA、驱动记忆和学习的潜在突触活动。突触脊必须不断重塑，既保持其可塑性，还促进记忆的形成，而在AD中这一过程是受损的，表现为树突脊变大，突触密度增加，从而引起突触功能障碍。长期抑制(LTD)通过减少突触活动，从而降低了树突脊的大小和突触密度。其中，LTD和LTP需要NMDA受体及代谢型谷氨酸受体来提供钙离子。LTP出现在NMDA受体介导高钙流量，而LTD在NMDA受体介导的低流量钙时出现。

寡聚体Aβ以浓度依赖方式增加LTD，从而损害LTP。低浓度Aβ可促进LTP，高浓度Aβ则会损害LTP，且这种损害出现在淀粉样斑块形成之前，主要是因为其影响钙通道活性和谷氨酸受体依赖的信号通路；Aβ可使钙稳态失衡，激活半胱天冬酶、钙调神经磷酸酶，调节兴奋性受体和酪氨酸激酶受体，借此造成突触受损、LTP及LDP；Aβ与7α-烟碱乙酰胆碱受体结合，使钙内流减少，导致NMDA受体内化和LTD。

Aβ也激活mGLuRs，内化AMPA受体并导致突触受损。Aβ还可激活钙调神经磷酸酶，降低NMDA受体在表面的表达，导致大量AMPA受体的内化。钙调磷酸酶的激活还能激活NFAT(活化t细胞的核因子)途径和STEP(纹状体富集酪氨酸磷酸酶)途径，通过NMDA受体NR2B亚基去磷酸化，导致突触脊丢失并启动LTD。寡聚体Aβ还与酪氨酸激酶结合，调节NMDA受体转运和减少LTP。Aβ还可减少谷氨酸的摄取，从而导致突触后NMDA受体脱敏。Caspase-3能被可溶性Aβ激活，进而使AMPA受体去磷酸化并增加受体的内化，但对Caspase-3的长期抑制却能加速认知的障碍。Aβ还能减少CREB的激活，从而减少LTP所需蛋白的基因表达。矛盾的是并不能完全去除Aβ，因为少量的Aβ对LTP是有益的。在tau小鼠中，只有年龄增大才会导致LTP的差异。Tau通过增加AMPARs的GluA2亚基与PICK1的相互作用，参与海马CA1中的LTD，从而启动AMPAR内吞作用，从而导致海马LTD。使用tau缺失小鼠进行的实验显示，当Aβ存在的情况下，LTP并没有受损，提示，Aβ可能是通过tau来损伤LTP。

总的来说，Aβ和Tau随着年龄增长而增加，并与突触相互作用，通过改变LTP及LTD水平来损伤突触活性。降低突触处的Aβ和Tau有望维持AD神经元的突触功能。

6

AD与线粒体

早在年的一项研究重点分析了痴呆症患者大脑的耗氧量，发现痴呆症患者的耗氧量高于对照组患者。但是，在AD大脑中，氧气消耗会减少。进一步的研究表明，突触的改变，如线粒体的改变或减少，可以回答这个难题，并可能在AD的进展中发挥重要作用。

6.1

突触线粒体和自由基的产生

线粒体主要在神经元的细胞体中合成，然后被运输到轴突或树突，为突触的多种功能提供能量，包括突触传递、突触分支和突触囊泡的形成。如果定位在细胞体的线粒体被毒性损伤，如老化、Aβ或磷酸化的tau蛋白，然后运输到突触末端，便可能产生低水平ATP，从而导致突触变性。突触传递需要高水平的细胞ATP来促进神经递质分泌和增强神经递质释放，且突触末端需要线粒体来回收和释放Ca2+以形成强直电位的电位差，因此，提高健康线粒体到突触末端的转运是很必要的。

Aβ聚集在突触末端，损害突触功能，并能进入突触线粒体引起其损伤。突触线粒体的损伤早于细胞体线粒体损伤，受损的突触线粒体不能为突触提供高能量，这导致神经传递受损，最终引起认知功能障碍。研究发现Aβ可与线粒体蛋白结合，如线粒体分裂蛋白Drp1、线粒体外膜蛋白VDAC、CypD等，这些异常作用使过量的自由基产生,提高线粒体的分裂和影响线粒体生物起源,最终导致线粒体功能障碍。同时，Aβ还能提高钙离子进入细胞的能力，使作为钙调节器的线粒体也回收了钙离子。级联如图7所示。

图7Tau的正反馈机制会增加Aβ的聚集

在突触前末端，钙浓度导致神经递质囊泡释放，而线粒体的清除则终止了信号的传递。在正常情况下，钙的流入应该等于钙的流出，体内钙平衡是由钙缓冲液、钙传感器和钙转运体共同维持的，但一旦线粒体基质出现过多的钙，则会造成线粒体的损害。

线粒体也介导细胞凋亡。当细胞窘迫或其DNA损伤后，线粒体将会释放细胞色素C，启动凋亡程序。正常情况下，线粒体窘迫可以防止细胞死亡，但在AD中却不行。

线粒体是产生氧化磷酸化产生ATP的重要场所，其中丙酮酸脱氢酶需钙依赖性去磷酸化，而α-酮戊二酸及异柠檬酸脱氢酶则需与钙结合被激活。

高水平的Aβ与VDAC1相互结合后，终止了线粒体蛋白质的运输，造成线粒体功能紊乱，大量氧自由基产生，使得氧化应激增强。线粒体DNA接近氧化反应的场所，极易受到损伤，这是因为由于线粒体DNA没有组蛋白，也没有修复机制，这种氧化应激损害在AD突触处最为明显。

6.2

AD中的线粒体分裂

在正常细胞中，依据代谢需求线粒体进行分裂和融合，即组织成管状网络或分裂成棒状结构进入神经元的狭窄区域。由三种GTPases(mitofusin1、mitofusin2和视神经萎缩蛋白1)控制的融合允许一个线粒体与另一个线粒体交换其内容物。而动力蛋白相关蛋白Drp-1和Fis1可收缩线粒体直到它分裂成两个，即线粒体分裂。在死后AD大脑、APP细胞和小鼠模型中，Reddy课题组发现，Aβ能与Drp1相互作用，导致线粒体分裂增加和融合减少，尤其是在突触，同时，他们还发现p-Tau也与Drp1相互作用，增加Drp1GTPase活性，使线粒体破碎，导致线粒体功能缺陷。

总的来说，AD中过多的线粒体分裂会使氧自由基大量产生，出现线粒体功能障碍及线粒体自噬缺陷。

6.3

AD中的线粒体自噬缺陷

线粒体自噬是将受损的线粒体从细胞中清除。PINK-1和Parkin均参与线粒体自噬，环磷酸腺苷依赖激酶PKA介导的Drp-1Ser位点磷酸化，导致其受抑制，而his导致线粒体自噬缺陷和神经退行性变。与同龄对照组相比，AD患者神经元突触的线粒体嵴断裂，大小和数量发生改变。如果线粒体碎片过多，则可进入半胱天冬酶级联途径。线粒体碎片增加，则减少线粒体自噬，导致线粒体功能障碍，线粒体功能障碍时，可释放细胞色素c并激活Caspase9，后者再激活Caspase3，引起细胞凋亡级联反应。

Ye等人发现，在hAPP突变神经元和AD患者大脑中，Parkin介导的线粒体自噬现象被大量诱导。在去膜电位耗竭的情况下，hAPP神经元胞质内Parkin招募至去极化线粒体的数量增多。在AD相关的病理生理条件下，这种Parkin的易位主要发生在发育阻滞区，导致线粒体轴突逆行转运增加和顺行转运减少，进一步证实，在AD大脑中线粒体自噬增强伴随着胞质中Parkin的减少。AD神经元功能失常的线粒体异常积累可能是线粒体自噬能力不足，无法清除受损线粒体。因此，体内外病理生理条件下，AD相关慢性线粒体应激可能触发Parkin依赖性线粒体自噬途径。

Reddy等人在对海马突变体APP(mAPP)和淀粉样蛋白(Aβ)在原代海马神经元（HT22）毒性作用的研究中发现，与WT-HT22细胞相比，在mAPP-HT22细胞中，介导线粒体分裂的蛋白（Drp1和Fis1）mRNA及蛋白水平增加，而融合蛋白（Mfn1、Mfn2和Opa1），生物起源(PGC1α、NRF1、NRF2和TFAM),自噬(ATG5和LC3BI/LC3BII),线粒体自噬(PINK1和TERT，BCL2和BNIPBL),突触(突触素PSD95)和树突(MAP2)的水平降低，同时，mAPP-HT22细胞中GTPase-Drp1酶促活性升高，透射电镜显示mAPP-HT22细胞线粒体数量明显增加，线粒体长度减少，提示mAPP和Aβ在海马中异常积累，可导致mAPP海马细胞线粒体动力学异常、生物发生缺陷、MAP2、自噬、线粒体自噬和突触蛋白减少，树突棘减少，线粒体结构和功能改变。表明mAPP和Aβ积累导致海马神经元线粒体、突触和自噬/线粒体自噬异常，从而导致神经元功能障碍。Reddy等人同时也研究了海马突变体APP和Aβ对12月龄转基因小鼠(Tg株)的毒性作用。与同龄非转基因WT小鼠相比，12月龄APP小鼠的线粒体裂变蛋白水平升高，融合、生物发生、自噬、线粒体自噬、突触和树突状蛋白水平降低。高尔基-考克斯染色分析显示树突棘明显减少。透射电镜显示APP小鼠线粒体数量显著增加，线粒体长度显著缩短，其结果与原代神经元中相符。

此外，Fang等人在多能干细胞来源的人类AD神经元、动物AD模型和线虫AD模型中研究了线粒体自噬在AD进展中的作用。他们发现，在AD患者的海马体、诱导的多能干细胞来源的人类AD神经元以及动物AD模型中，线粒体自噬功能受损。增强线粒体自噬可挽救由Pink1-Parkin介导的或DAF-16/FOXO介导的记忆损伤。在APP/PS1小鼠模型中，线粒体自噬可通过小胶质细胞吞噬Aβ和抑制神经炎症来减少不溶性的Aβ42和Aβ40，防止认知障碍。增强线粒体自噬还能消除了人神经元细胞中AD相关的tau蛋白过度磷酸化，逆转了转基因tau线虫和小鼠的记忆损伤。

总的来说，AD的线粒体自噬是存在缺陷的，主要是由于1)磷酸化tau蛋白的产生和积累增加，2)磷酸化tau蛋白与Drp1和VDAC的异常相互作用，以及PINK1和parkin1水平的降低。研究表明增强线粒体自噬可能是一种潜在的治疗干预手段。

7

Aβ诱导突触小胶质细胞的激活

小胶质细胞是一种免疫细胞，通过分泌神经递质、细胞因子和细胞外基质蛋白来应对潜在的威胁并控制神经炎症反应。老龄大脑显示细胞因子水平增加，小胶质细胞被激活。活化的小胶质细胞有两种，M1(促炎)和M2(免疫抑制)。活化的小胶质细胞产生肿瘤坏死因子α，导致AMPA受体活性，引起兴奋性毒性和突触脊丢失。

在AD进程中，一种新的骨髓细胞表型的小胶质细胞可破坏树突棘、轴突和突触，这种小胶质细胞在AD大脑中大量存在，而在正常大脑中则没有。可溶性Aβ通过Cr2蛋白定位于突触激活小胶质细胞对突触的消除。当M2小胶质细胞与核蛋白相互作用时，这些小胶质细胞从其免疫抑制形式转化为M1(促炎)。这种免疫抑制和促炎的转化有赖于可溶性Aβ的浓度。Aβ可激活NLRP3，一种炎症小体，引起促炎细胞因子分泌，进一步加剧炎症反应，抑制NLRP3可减少由Aβ沉积引起的损害。

众所周知，大脑的小胶质细胞参与清除死亡的神经元，去除没有功能的突触，并产生支持神经元生存的配体。当神经元的激活时，可通过小胶质细胞抑制神经元的活动，而小胶质细胞的消融放大和同步神经元的活动，则会导致癫痫发作。通过小胶质细胞抑制神经元活动是以一种高度区域特异性的方式进行的，且依赖于小胶质细胞感知并分解由神经元和星形胶质细胞激活产生的ATP的能力。小胶质细胞感受到处于活动状态下神经元突触末端释放出的能量ATP定位于小胶质细胞表面的核苷酸水解酶CD39将ATP转化为ADP，ADP随后转化为AMP，AMP进一步被CD73转化为腺苷，通过腺苷受体A1R介导的神经元反应的抑制。

总的来说，小胶质细胞在疾病进展中起着重要作用，特别是在突触。

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基于突触靶标的AD治疗

突触定向治疗AD可能是目前很有前景的方法。研究人员探索了长期抑制突触活动的效果，看看这是否会改善或减少AD的进展。研究人员在小鼠模型中，模拟突触活动的慢性减少，发现小鼠体觉皮层的斑块变少了，但当突触活动减少且突触素水平降低时，神经元内Aβ水平增加。研究人员通过光遗传学刺激，增加了斑块形成，但却能使神经元内Aβ水平降低，这将有利于神经元，因此，突触活性与Aβ从胞内移至胞外有密切关系。研究人员建议，保持刺激智力的活动能减缓大脑中Aβ的沉积。

研究人员建议在突触处使用反义寡核苷酸来减少tau蛋白的表达，反过来减少树突的FYN，但这种方法难在于必须通过血脑屏障。Reelin可抑制tau蛋白的磷酸化，Reelin的减少会使过度磷酸化tau蛋白的产生增加。Reelin通过诱导接头蛋白disabled-1的磷酸化，抑制GSK3蛋白的表达，并通过占据ApoE受体2和极低密度脂蛋白受体(VLDLR)激活胞质激酶途径，从而磷酸化NMDAR亚基NR2和PI3K。

Reelin也影响Aβ的产生。当Reelin水平较低时，Aβ产生增加，NFT的产生也增加。故增加Reelin或防止ApoE4被抑制的治疗方法有可能成为治疗AD的方法。Reelin也通过促进cdc42控制的囊泡的运输来增加生长圆锥的运动性、丝状伪足的形成和轴突分枝，在微管组装中发挥作用。Reelin的增加可促进AD中衰老神经元的修复，增加轴突发芽。

GABAAR激动剂可通过在高频突触传递过程中激活NMDARs，保护神经元免受可溶性Aβ的毒性作用，而GSK3磷酸化(失活)可减少Aβ的沉积。

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结论与未来方向

AD是突触丢失和线粒体缺陷的结合，由蛋白、tau和线粒体以及突触病理引起的线粒体自噬缺陷等一系列病理变化的复杂疾病。在今后的工作中，有几个关键点需要进一步探讨:

1)能否提高突触线粒体的质量?

2)能否通过增强线粒体轴突转运来增加突触ATP?

3)我们能否减少Aβ、磷酸化的tau与线粒体蛋白如Drp1、VDAC、CypD、ABAD在突触上的异常相互作用?

4)AD中突触线粒体是否更易发生线粒体断裂？

5)AD中突触线粒体是否引起更大的氧化损伤，导致突触损伤?

6)在AD中，为什么海马和皮质神经元比其他神经元如浦肯野神经元更易受到氧化损伤?

7)在AD的发展过程中，小胶质细胞和能量代谢对突触的影响是什么?

精读综述请下载原文：

AlbinJohn,PHemachandraReddy.SynapticbasisofAlzheimersdisease:Focusonsynapticamyloidbeta,P-tauandmitochondria.AgeingResRev.Nov4;65:.doi:10./j.arr...

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编译/洪婷婷

审校/蔡玉洁

长按

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