神经生长因子SCN2B-COX5A与AD1

神经营养因子、SCN2B、COX5a与AD的研究进展,神经科学研究所讲师习杨彦彬,阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD),此疾病常见于老年人,是一种进行性认知障碍和记忆能力损害为主的中枢神经系统退行性变性疾病。AD在美国已经成为仅次于心血管病、肿瘤和卒中而位居第4位的致死原因。,阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD)亦名老年性痴呆(seniledementia),1907年由德国精神病学家和神经解剖学家AloisAlzheimer命名。,欧美等11个国家联合研究报道,60岁以上老年人AD患病率为0.3%0.8%。我国目前尚无全国范围的相关统计数据，仅北京地区居民AD患病率及年龄标化患病率55岁组分别为2.2%和2.0%，年龄标化患病率随年龄的增长而升高，年龄每增加5岁患病率增高1倍。,据统计，到2050年我国人口老龄化情况突出，65岁以上老年人口将占到全国总人口的35%以上，届时在以上易感人群中阿尔茨海默病可能产生诸多家庭社会问题，所以早期研究、早期防控、对症治疗有着很大的意义。,作为一种最常见的神经退行性疾病，在步入全面老龄社会的我国已经引起广泛关注，详尽分析其发病机制，并在此基础综合运用多种手段干预其预防和治疗，在神经病学工作中具有巨大意义。,1.1AD的分子机制1.1.1A异常沉积A的沉积导致老年斑的形成，可能是所有因素导致AD的共同途径。A由-淀粉样蛋白前体(App)水解产生，共有2条途径:一是被分泌酶水解，生成可溶性分泌型APP(sAPP)，二是极少部分的App在胞质溶酶体经和分泌酶切割水解得到A碎片。,AD的发病机制,正常情况下，A的产生和降解是平衡的，当出现如APP基因突变或过表达的特殊状况会引起A的异常沉积，引起神经元细胞膜破坏，细胞通透性增加，大量Ca2+涌入细胞内，依次激活钙依赖性激酶、蛋白酶、脂肪酶、细胞内自由基生成，从而导致细胞损伤乃至死亡。,1.1.2tau蛋白异常磷酸化微管相关蛋白的tau蛋白异常磷酸化导致神经元纤维缠结(NFT)，是AD的另一主要损伤。,在病理情况下，tau蛋白发生异常高度磷酸化，丧失与微管的结合能力，破坏了细胞骨架系统的稳态，引起分子间广泛交叉连接聚集而形成双股螺旋细丝(PHF)，导致NFT形成；同时微管的扭曲变形使其不能正常输送营养物质导致神经元末端的树突和轴突发生营养不良性萎缩。,1.2诱发AD的相关基因1.2.1App基因首先发现的是位于21号染色体上的App基因突变，其突变位点位于裂解位点(分泌酶位点)或者裂解位点附近(和分泌酶位点)。,促进阿尔茨海默病病情进展,1.2.2早老素(PS-)基因和早老素(PS-)基因研究认为PS基因突变会导致:细胞骨架发生变化及细胞内钙信息紊乱，增加细胞凋亡的敏感性；促进tau蛋白过度磷酸化及改变APP的剪切过程，使A1-42的产生增加，从而加速神经炎斑及神经元纤维缠结的形成.,1.2.3载脂蛋白ApoE基因ApoE蛋白运送胆固醇及磷脂的功能在突触膜重建中起着重要作用。ApoE编码基因具有明显的遗传多态性，有3个共显性等位基因2,3,4与AD的发病有密切的相关性。,ApoE2ApoE3,ApoE4,目前还发现了其他的AD易感基因，如9号染色体9q22的UBQLN1基因、低密度脂蛋白受体相关蛋白基因及二氢脂酰胺琥珀酰转移酶基因等。,1.3胆碱能损伤学说胆碱能损伤学说是较早公认的AD学说。出现AD病理过程时基底前脑区的胆碱能神经元丢失，胆碱乙酰转移酶和乙酰胆碱酯酶活性下降，导致乙酰胆碱的运输、合成、释放、摄取减少，学习和记忆力衰退，被认为是衰老老年痴呆症的重要病因。这一假说已被尸检所证明。,1.4神经细胞钙平衡失调学说流行病学和病理学研究发现，脑老化和老年痴呆与脑血管钙代谢失衡有密切关系，细胞内Ca2+浓度过高或Ca2+超负荷会使钙依赖性生理生化反应超常运转，耗竭ATP，产生自由基，甚至引起细胞死亡。,1.5自由基损伤学说,1.6兴奋性氨基酸毒性学说近年来，兴奋性氨基酸尤其是谷氨酸(Glu)的兴奋性神经毒性作用越来越受到重视。Glu及GluR参与了神经元的兴奋性突触传递，调节脑多种形式的学习和记忆等。,Glu参与AD发病的机制可能为:1.Glu的快速兴奋作用，引起去极化，Cl-、Na+及水内流，导致细胞渗透性溶解；2.因去极化激活膜电位依赖式GluR，使Ca2+大量内流，细胞内Ca2+超载，激活磷酸肌醇环路，破坏细胞的超微结构，使神经元溃变死亡。,1.7炎性反应学说免疫组化研究证实老年斑内含有补体、急性期蛋白、激活的小胶质等炎性标记物，提示老年斑是一个局部的非免疫介导的慢性炎性反应。体外研究证实A可激活胶质细胞，产生炎症介质，引起神经毒作用。临床研究发现，风湿性多发性关节炎患者在长期服用抗炎药物后，与同龄老年人相比AD患病率显著降低。,SP和NFT是阿尔茨海默病的两个公认特征性病理改变。即在患者大脑皮层和海马区域出现老年斑(senileplaque，SP)和神经元纤维缠结(neurofibrillarytangle，NFT)，此外还有星形细胞增生样反应、神经元突触异常等病理改变。,SP形成进一步的研究表明，淀粉样蛋白(amyloidprotein，A)是老年斑的主要成分，它的沉积可能是所有因素导致AD的共同途径，所以淀粉样蛋白沉积成为阿尔茨海默病发病机制的主流学说。,经研究脑内A的前体物质为App，是一种具有膜受体蛋白样的跨膜糖蛋白，其在相关分泌酶作用下可生成不同物质。如在型分泌酶作用下可生成可溶性分泌型APP(sAPP)，而在和分泌酶作用下则可将App切割水解成sAPP和不可溶性的A1-40、A1-42即沉积于脑内的A碎片。,NFT的形成神经元纤维缠结主要与tau蛋白发生异常高度磷酸化有关，在病理情况下，某些蛋白激酶活性增强或者某种磷酸酶活性减弱，使AD患者tau蛋白发生异常高度磷酸化，自发凝聚成双股螺旋丝(pairedhelicalfilaments,PHFs)，导致NFTs形成。,同时微管的扭曲变性使其不能正常输送营养物质，导致神经元末端的树突和轴突发生营养不良性萎缩。,AD治疗的研究进展,AD治疗进展：传统治疗手段,乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂:AD患者乙酰胆碱及胆碱转乙酰酶水平均减少,这些患者神经膜的损伤可能与胆碱代谢缺损有关。乙酰胆碱酯酶抑制剂能抑制中枢突触间隙的AchE的活性，阻止Ach的分解，增加和延长Ach的活性。在治疗AD药物中目前仅AChE抑制剂这类药物在AD治疗中取得明显进展。,美国食品药品管理局(FDA)已于1993、1996、2000和2002年先后批准AChE抑制剂他克林(tacrine)、多奈哌齐(donepezil)、依斯的明(rivastigmine)及加兰他敏(galantamine)等作为治疗AD的药物。我国科研人员1994年成功从中草药千层塔(Huperziaserrata)中分离得到的石杉碱类生物碱。,石杉碱甲(huperzineA)，该药物对脑内AChE具有极高的选择性抑制作用，其抑制活性和选择性均高于他克林。国内大量临床研究也已证明石杉碱甲对AD和血管性痴呆等神经退行性疾病有一定治疗作用，且外周不良反应甚微。目前该药已成为国内较为成功和较有前途的治疗AD的药物。,乙酰胆碱M1受体激动剂:乙酰胆碱M1受体激动剂对神经元有保护作用,能促进神经元的生长，而且能逆转2淀粉样蛋白诱导的细胞凋亡，减少Tau蛋白的磷酸化。因此M1受体激动剂对阿尔茨海默病人认知能力的损害可能起到恢复或部分恢复作用。,目前此类药物研究较多的有:,(3)NMDA受体拮抗剂:在病理情况下，谷氨酸受体特别是N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体被明显激活从而产生兴奋性毒性，这种兴奋性毒性会导致钙超载，从而损伤神经。,美金刚(memantine)是一种非竞争性NMDA受体拮抗剂,可以抑制兴奋性氨基酸的神经毒性而且不干扰学习、记忆所需的短暂的谷氨酸生理性释放。另外动物实验发现，美金刚在治疗剂量时可提高突触的可塑性和记忆力。,(4)非甾体抗炎药(NSAIDs):目前研究表明AD患者老年斑的形成有炎性反应参与，非甾体抗炎药可能通过抑制炎症反应如抑制小胶质细胞增生或干扰了老年斑形成而影响AD的疾病过程。此外一些NSAIDs除了具有抗炎作用外，还具有抗A的作用。,(5)降胆固醇药:胆固醇升高是心脑血管疾病的危险因素已被证实，降脂药物已广泛应用与心脑血管疾病预防和治疗。AD和脂质的相关性研究提示高脂血症是AD发生的危险因素之一，胆固醇在AD的发生过程中起着重要作用。动物实验表明胆固醇水平升高可增加脑内A的沉积。,有研究证实，他汀类降脂药物可以降低AD患者脑组织A40、A42的水平,延缓AD的发生或减慢AD的进展。他汀类药物化学名为羟甲基戊二酸单酰辅酶A(-hydroxyl-methyl-glutarylCoA，HMG-CoA)还原酶抑制剂类药物。应用于临床的主要有：辛伐他汀、阿托伐他汀、洛伐他汀。,6)激素类药物:老年痴呆症病人中女性的发病率要高于男性的发病率，重要的原因则是与妇女在更年期以后，体内雌激素水平大幅度下降有关。而后虽然有研究证实使用雌激素治疗患有AD妇女可以缓解的症状，并延缓或控制患者病情的发展。但是随机的雌激素替代疗法中并没显示其治疗作用。,故雌激素是否用于AD的治疗还有待进一步研究。加拿大研究人员发现,男性睾丸素可以用来治疗AD及多种神经退化性疾病。在加拿大一直在用男性睾丸素治疗男性记忆力丧失、抑郁等症状。,(7)治疗AD的抗氧化药物:由于氧应激过度与自由基毒性在A聚集及AD其它发病因素中起着重要作用，因此，抗氧化剂的研发对于AD的防治开拓了一条新途径。在治疗AD上，研究得较多的抗氧化剂主要包括维生素E、银杏内酯、雌激素、褪黑素、大豆异黄酮等。,维生素E是已知营养素中作用较强的抗氧化剂，能延缓脑功能障碍的发生。体外研究也发现AD的发生、发展与血浆和脑脊液中蛋白氧化反应有关,维生素E可以延缓脂蛋白氧化，从而推测其可用来治疗AD。,银杏内酯是从银杏叶中提取的、经高度纯化的产物。大量研究表明银杏内酯具有清除自由基、抑制脂质过氧化、保护鞘磷脂、减轻脑水肿等作用,同时对谷氨酸转运体的功能也有一定保护作用。临床实验证明银杏内酯对改善AD的痴呆症状有一定疗效。目前银杏内酯作为痴呆治疗药物已应用于临床，且显示出了一定疗效。,(8)钙离子拮抗剂:在神经细胞变性过程中，有细胞内钙离子浓度的异常增高。钙超载导致线粒体膜破坏并过度活化蛋白激酶和磷脂酶，触发细胞功能丧失和凋亡。,与记忆有关的神经细胞死亡是导致AD的机制之一，钙离子拮抗剂可以抑制钙离子的超载，对细胞起到很好的保护作用故使用钙离子拮抗剂治疗AD。常用的药物有尼莫地平、氟桂利嗪、维拉帕米等。,(9)神经生长因子:神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)是目前惟一被阐明并确定化学结构的细胞生长调节因子。NGF不仅对中枢及外周神经系统的正常神经细胞有营养因子样作用，而且具有调节损伤神经修复机能。整体动物实验发现NGF对脑缺血神经细胞变性、坏死具有保护和修复作用。,但由于其无法通过血脑屏障，故影响其发挥治疗作用，近年来医药公司正开发一种新型植入剂，这是一种含已经遗传学修饰、可分泌神经生长因子(NGF)的人神经细胞的中空纤维半透膜，可阻止其中的细胞与接受植入的患者免疫系统接触，但允许NGF释放进入人体和营养素进入细胞。它是通过MRI引导立体定向神经外科手术而被植入大脑基底部,从而为NGF的运用打开新的前景。,新生治疗策略,神经营养因子与AD,神经生长因子(NGF)是最早被发现的神经营养因子类物质，它对维持神经元的存活、生长、分化以及神经损伤后的修复与再生有十分重要的作用，因此，近年来对NGF及其受体在AD脑中含量变化及其意义进行了深入的研究。,NGF与AD,ObservationsonADbrainindicateincreasesinNGFanddecreasesinBDNFinsurvivingneuronsofhippocampusandcertainneocorticalregionsanddecreasesinTrkAincortexandnucleusbasalis.InPDbrain,thefewdataavailableindicatedecreasesinneuronalcontentofGDNFandbFGFinsurvivingsubstantianigradopaminergicneurons.,神经生长因子是神经元在胚胎期及成熟发育期所依赖的物质。在神经系统发育过程中，营养物质支持的减少导致神经元丢失的机制已经明确。但对于成熟的中枢神经系统，其营养支持作用尚不明确，现已发现有几种成熟的神经元需要神经营养来维持其功能和形态。但这些成熟的神经元对靶源性营养支持究竟有多大的依赖程度也不明确。,在正常老化和神经退行性病变，如阿尔茨海默病中神经元萎缩可能与缺乏营养因子导致自杀程序的转导抑制被解除有关。现己有学者提出神经营养因子和或酪氨酸激酶表达的减少是病理过程的始发因素。应用来预防或减少神经退行性病变中神经元的丢失和萎缩己引起广泛的兴趣。,NGF及其受体,NGF,Conne等给予344只成年鼠脑隔核低剂量输注NGF，通过电生理等方法探测海马长时程增强(LTP)和空间学习能力，结果发现NGF促进海马LTP的诱导和提高空间记忆能力，这提示NGF在正常鼠的学习记忆机制中发挥了重要作用。NGF能营养基底前脑胆碱能神经元并参与记忆调节过程，可推测NGF与认知功能障碍之间存在一定的联系。,1.2NGF的分布研究表明，在小鼠、大鼠的翠丸、附翠以及豚鼠、兔、公牛的前列腺中也有NGF存在。NGF在海马和大脑皮质合成后，与它的特异受体结合并逆行运输到基底前脑胆碱能神经元后发挥其生物学作用。,成年大鼠脑内，NGF含量最多的部位是海马，其次是皮质和嗅球，而NGFmRNA则广泛存在于全脑，但在海马、新皮质和嗅球内NGFmRNA的表达量最高。,1.3NGF在脑组织的存在形式及含量水平研究发现，成熟的NGF是由大量的proNGF转化而来，Fahnestock等证实在小鼠、大鼠和人脑组织中NGF主要以proNGF形式存在，成熟的NGF含量极少甚至无法检测出来。他们用免疫印迹法检测AD患者顶叶皮质的proNGF含量，发现其proNGF含量是对照组的3倍。,正常生长过程中，脑内NGF及其mRNA水平不是恒定不变的。对大鼠的研究表明，2月龄大鼠的海马中每克组织NGF含量大约3-4ng，出生后2-6个月，其含量有所下降，并在6-18个月中保持在下降后的水平。NGF和NGFmRNA水平变化相一致。研究认为正常衰老过程中，NGF含量应该保持相对不变。,1.4NGF受体的分类、分布及其表达NGF是通过其受体发挥作用，NGF受体根据其糖蛋白与凝集素结合能力不同分为两型：1型为高亲和力受体(酪氨酸激酶受体TrkA)，主要分布在神经元细胞膜上，少量在胞浆内TrkA在基底前脑、纹状体、视丘、三叉神经节、睫状神经节、背根节小型神经元和交感神经节均有表达。,2型为低亲和力受体(P75)，它与所有的神经营养因子以相似的亲和力结合，在成年大鼠和正常人脑，P75及其mRNA主要在基底前脑和海马表达。P75能够增强TrkA对NGF结合的亲和力和特异性，协助NGF/TrkA的逆行运输，同时也参与神经元凋亡的调控。,TrkA受体是NGF的功能性受体，根据其胞质外部有无一个插入物(含6个氨基酸)可分为TrkAI和TrkAII两种。有插入物者(TrkAII)是神经组织中唯一的同源型，无插入物者(TrkAI)主要在非神经组织中表达。,Dubus等使用RT-PCR来检测它们各自在鼠和人的脑组织中的表达，结果正常成年大鼠的大脑中未检测到TrkAI，其小脑、垂体和胸腺中可检测到TrkAI和TrkAII;在人脑其表达有所不同，人的额叶、颜叶和枕叶皮质及丘脑中可发现TrkAI和TrkAII，海马和小脑中只有TrkAI表达，而尾状核和壳中只有TrkAII表达。,他们对AD脑和非AD脑中TrkA受体进行检测，结果发现非AD组，TrkAII在纹状体中经常表达，而AD组尾状核、壳和纹状体处TrkAII表达减少，还发现TrkAII基因表达改变伴随着胆碱乙酸转移酶活性的改变，并促使NGF结合位点的减少，从而在某种程度上促使AD的发病。,国内外研究表明基底前脑胆碱能神经元对NGF敏感，免疫组化方法显示基底前脑神经元NGF受体密集。因此，能否利用NGF受体，给予外源性NGF达到治疗老年性痴呆的目的，已成为近年来神经科学极其关注的问题。,2AD患者脑中NGF及其受体含量的变化2.1NGF的含量变化Fahnestock等的研究结果,以前的研究有类似发现，即AD组和正常组相比，其额叶、顶叶和颞叶皮质NGFmRNA表达水平没有差异，而AD组NGF水平在各个脑区则有显著增加，但在Meynet基底核处NGF水平则显著下降。,表明这些脑区NGF的增加与NGFmRNA表达无关，而很可能是由于存在逆行运输缺陷，即海马和皮质产生的NGF不能被运送到Meynet基底核，从而导致NGF在靶脑区的积累。,因此，对AD患者而言，尽管靶组织有充分的NGF合成，由于存在逆行运输障碍，使基底前脑胆碱能神经元得不到足够的NGF供应，从而导致AD的相关症状。,由于晚期老年AD患者其皮质和海马NGF水平增高，Ikonomovi等为了验证在认知衰退的早期AD患者其皮质和海马NGF水平是否也增高，为此在宗教僧侣群体中做了纵向研究。按照年龄、性别、尸检间隔时间、受教育程度和载脂蛋白基因型相匹配，将他们分为三组:没有认知损害(NCI)组、轻度的认知损害(MCI)组和早期AD组。,在检测他们的海马、额叶、颖叶及小脑等各脑区NGF含量水平以后，却发现没有统计学差异，这表明痴呆进展过程中NGF增加不是早期改变，推测可能稳定的NGF水平有助于维持认知损害较轻的及早期的AD患者的基底前脑胆碱能神经元的功能，而且皮质和海马NGF水平增高或许是AD进展的一个生物学标志。,2.2NGF受体的变化Hock等快速尸检了AD患者和对照组的顶叶皮质和小脑内NGF受体表达情况。结果如下：,同时还发现Meynert基底核TrkA受体表达也减少。Mufson也证实AD脑基底核和额叶TrkA和TrkAmRNA表达减少，而AD脑NGF的低亲和力受体P75mRNA表达正常。,因此，TrkA在基底前脑胆碱能神经元的靶区表达减少导致NGF的吸收和逆向运输减少，以致NGF蛋白在皮质和皮质下脑区的累积，而Meynert基底核处NGF则减少。由此可推测，AD脑TrkA表达降低在某种程度上促使了胆碱能神经元的退变。,NGF治疗AD的前景鉴于阿尔茨海默病NGF受体TrkA表达减少，Meynert基底核NGF减少，从而使基底前脑胆碱能神经元缺乏足够的NGF的营养作用，促使基底前脑胆碱能神经元退变丢失，那么用NGF能否治疗AD目前尚无有关的临床试验，但有实验研究的资料。,单侧切断动物弯隆海马伞(FF)，不仅造成隔区胆碱能神经元严重丢失，而且也导致海马胆碱能纤维支配严重减少，并诱发动物的学习记忆能力下降；若经侧脑室灌注NGF则可减少FF切断后隔区ChAT阳性神经元的溃变，促进海马胆碱能纤维再支配，并改善大鼠的学习记忆能力。,NGF治疗AD的实验研究,Tuszynski等通过在脑实质内注人重组人NGF，发现NGF能防止基底前脑胆碱能神经元的退变，促进轴突发芽。目前最新研究也有类似结果，Humpel等在缺乏NGF孵育的脑片中发现，Meynert基底核的胆碱能神经元迅速变性，他们又在脑片的孵育液的过程中，于不同孵育时间加人NGF，结果显示加人NGF能有效阻止胆碱能神经元的变性。,他们又将含有Meynert基底核的脑片和皮质脑片共同孵育，发现基底核中的胆碱能神经元数目明显增加，他们推测可能是皮质脑片表达神经营养因子发挥了作用，以上研究提示NGF是胆碱能神经元的有效生长因子，可望成为治疗AD患者的理想药物。,由于NGF分子量较大，不能通过血脑屏障，而且用侧脑室给药的方法可增加颅内感染的机会，因此，如何将NGF用于临床作为治疗AD患者的理想药物，还有待进一步研究。目前认为，转染神经生长因子的基因疗法是促进AD患者受损神经元功能恢复的最有潜力的治疗方法。,问题,该方法把NGF基因修饰的神经前体细胞(NPC-NGF)进行脑内移植，使胆碱能神经纤维网重建，从而改善学习记忆能力，虽然NGF基因修饰的神经前体细胞的移植技术尚有不足之处，且在进一步的研究之中，但我们相信在不久的将来，NPC-NGF一定能成为治疗AD的理想方法。,脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF)是一种广泛分布于哺乳类动物脑中的一种蛋白。近年来的研究表明其对阿尔茨海默病(Alzheimersdisease，AD)的临床症状和病理改变有重要影响。,BDNF与AD,BDNF主要在脑内合成，并分布于中枢神经系统内。通过BDNFmRNA分析技术表明，BDNF主要存在在海马和皮质，也存在于纹状体中。BDNF的特异性结合受体为酪氨酸激酶B(tyrosinekinasereceptorB，TrkB)。,BDNF的分布,Wetmore等(1991)在实验中发现，海马中有与TrkB特异结合高度表达的编码TrkB基因，海马锥体细胞核中有BDNF的存在;BDNFmRNA在海马锥体细胞、齿状回的颗粒细胞和皮质中有阳性分布;在杏仁核、扣带回和内嗅皮质也散在分布着BDNFmRNA阳性细胞。,由于基底神经核、中隔区、斜角带核内的胆碱能神经元胞浆中可见到BDNF而无BDNFmRNA表达，推测BDNF主要在海马合成，之后被逆行运输到内侧隔区和斜束核、从新皮质逆行到基底神经核细胞，对相应部位的神经元起支持、营养作用，同时也有BDNF被运输至海马神经元核中，反馈调节BDNF的合成。,Gafra等(1991)研究显示，海马中BDNFmRNA是由谷氨酰胺能和-氨基丁酸能神经元的活动来调节:阻断谷氨酰胺受体或激活-氨基丁酸能神经元，可降低海马和中隔中的BDNFmRNA的表达水平。,BDNF也存在于中枢神经系统的上丘和周围神经组织中。神经损伤后断端远侧部有较多的BDNF，提示雪旺氏细胞等支持细胞是应激状态下周围神经组织BDNF增多的主要来源。,1.3BDNF的作用无论是正常老龄人还是AD病人，基底前脑到海马、颞叶的胆碱能神经支配的减弱是记忆功能进行性减退的主要决定因素。与年龄相关的基底前脑胆碱能神经元退变发生在AD早期，导致大脑额、顶叶和海马等部位的胆碱能神经元投射减少，乙酰胆碱耗竭，引起高级神经活动障碍，最终导致AD病人的认知功能下降。,BDNF对神经变性疾病的发生发展起着重要的作用,2AD患者脑内BDNF及其受体的表达变化2.1BDNF的表达变化,2.2BDNF受体表达的变化,AD的病理机制Tau蛋白在AD中的变化及作用机制Tau蛋白是一种微管相关蛋白,在中枢神经系统神经元内高度表达。Tau蛋白结构和功能变化使轴突的长度和功能改变,促进了AD病人神经元发生变性。,2BDNF对Tau蛋白影响的机制,刺激特殊磷酸化位置的神经元细胞产生tau蛋白的脱磷酸化,BDNF,TrkB受体抑制剂K252a减弱了BDNF对tau蛋白磷酸化的影响,PI-3K激酶抑制剂渥曼青霉素可以减弱BDNF对tau磷酸化的影响,作为生理过程的tau磷酸化的调节者,体外研究已经证明至少17种不同的激酶参与tau磷酸化,多数报道包含PI-3激酶、MAP激酶和PKC,通过配体研究PI-3K激酶的作用尤为突出,BDNF通过PI-3K激酶信号能够调节tau脱磷酸化。,GSK3b作为一个激酶对tau磷酸化引起强烈的关注。BDNF诱导的tau蛋白的脱磷酸化是因为通过PI-3K激酶信号途径进行的GSK3b抑制。因此,GSK3b抑制剂有望作为治疗中枢神经系统损伤和变性的药物。,AD表现为特征性的脑内异常蛋白积聚，在典型的AD脑内发现的神经病理学变化包括激活的小胶质细胞周围含有-淀粉样蛋白包绕的神经斑块，释放细胞活素和神经纤维缠结形成了限制性的tau和星型细胞增多，含有Lewy小体的-淀粉样蛋白的出现和黑质多巴胺能神经元丢失。,BDNF在AD发病中的作用,近年来通过对各种动物模型的实验表明，BDNF与学习和记忆有密切关系。由于海马是学习和记忆的关键结构，并是BDNF和TrkB表达最丰富的脑区，因而对BDNF与学习记忆关系的研究集中在海马依赖的空间记忆和学习上。Mizuno等通过旋臂迷宫试验观察到BDNFmRNA水平与空间记忆形成密切相关。,BDNF与学习和记忆,当大鼠脑室内连续7d注入BDNF抗体，使内源性BDNF受阻后，其在Morris水迷宫测试中的逃避潜伏期(Escapelatencies)延长，空间探索试验下降，表明其空间学习记忆能力下降；同时BDNF基因敲除鼠的空间学习记忆能力也大为降低。以上充分表明BDNF参与了海马依赖的空间学习记忆过程。,其具体机制可能是，BDNF与受体TrkB结合后，促使后者的特殊酪氨酸残基进行自磷酸化，为衔接蛋白(A-dapterprotein)提供结合位点，使激活其它一些酶，如磷脂酶C、SHc、rAPS和酪氨酸激酶。以上级联反应最终引发细胞内中心信号转导途径激活。,一些研究表明，BDNF不但有助于神经元存活，促使其损伤修复，并能调节突触传递和突触可塑性，引起突触前后的长时程增强效应(long-termpotentiation,LTP)。LTP被公认是研究学习和记忆相关的神经突触可塑性的理想模型，是陈述性记忆形成的机制所在，具有输入特异性和相关性，这两种重要特征正是储存新信息的基础。,BDNF与LTP、突触可塑性,Bramham等经对动物活体研究发现，在单侧海马DG区诱发LTP后，其双侧海马DG区的BDNFmRNA及刺激侧BNDF受体TrkB的表达上调。LTP诱发后在DG区注射BDNF反义寡核苷酸可使兴奋性突触后电位的幅度和斜率降低。BDNF增强LTP的作用在离体脑片中也得到了证实。海马脑片CA1区诱发LTP后,BDNFmRNA的水平升高2.5倍。,此外，BDNF基因敲除小鼠，海马的基础突触传递正常，但脑片LTP的诱发成功率和群峰电位(的幅度明显降低；补充BDNF或再整合入外源性BDNF基因后，LTP的诱发明显改善,说明BDNF能促进LTP的诱发。,BDNF不但影响LTP的诱发过程，而且对LTP的维持也起重要的作用。Ando等采用嗅皮质注射神经毒素而建立的痴呆大鼠模型中，腺病毒介导的BDNF基因表达可以增加突处可塑性,提高大鼠的记忆学习认知能力。,同时有研究证明处于复杂生活环境中的大鼠不但空间学习记忆能力增强、海马BDNFmRNA的表达增高，而且海马神经元的形态和数量也发生变化，如棘突密度增加，生成的新棘突或形成多棘突突触等。,在海马脑片培养也观察到BDNF能诱导类似变化。BDNF可能通过调节LTP及外环境诱导的形态学改变，介导了神经元的信息化过程，从而在学习记忆过程中发挥了重要的作用。,近年来的研究表明在AD的发生过程中，BDNF的表达和功能都受到严重的影响。Michalski等证明AD患者海马和大脑皮质中BDNFmRNA的表达降低。MufsonEJ等发现在AD患者前期就有BDNFmRNA的降低，同时发现在MCI和AD期时胆碱能神经元与(Nocognitiveimpairment,NCI)期相比明显受损并推测可能是BDNF等减少及功能的降低导致的。,BDNF与AD,DiegoJ等通过免疫印迹法和RT-PCR发现低聚物状态的A就可降低培养的人成神经母细胞瘤细胞的磷酸化cAMP效应元件结合蛋白的含量,而pCREB可上调BDNF的表达。同时也减少了BDNFmRNA的总量，特别是BDNF转录物IV、V的水平。,LiqiTong等通过PCR和免疫印迹法的研究表明较低剂量的A就能降低BDNF的功能。通过试验发现其主要抑制了BDNF发挥作用的2条通路:有丝分裂蛋白激活酶(MAPK)信号通路中的细胞外信号激酶(ERK1/2)信号通路和磷脂酰肌醇3磷酸酶(PI-3-K/AKT)信号通路。,他们发现在培养的大脑皮质细胞中,低剂量的A就能抑制BDNF诱导的cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的活性,减少磷酸化的pCREB的总量。而CREB及其结合元件是两条通路重要的作用蛋白,对记忆、精神情绪、细胞存活有重要作用。,他们还证明A能降低BDNF诱导的MAPK的磷酸化水平及其活性同时能降低其上游MAPK激酶(MEK)及其上游蛋白c-Raf的磷酸化水平。,MAPK对突触的可塑性、记忆、CREB的磷酸化也有重要作用。降低了其下游蛋白的活性如Elk-1等的活性。对PI-3-K/AKT信号通路而言,其降低了BDNF诱导的AKT(丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的一种)的活性,而AKT是PI3-K/Akt信号通路发挥抗凋亡作用的重要蛋白。,MAPK也降低了BDNF诱导的PLC-(磷脂酶C)的活性。而PLC-能诱导CREB的活性。同时也降低了通路中的一些结合器蛋白的活性如Grb2/SOS、shc等,最终将减少了BDNF的抗细胞凋亡作用及修复DNA的作用。,其它NTFs与AD,转化生长因子1(transforminggrowthfactor-1，TGF-1)是细胞生长的多功能调节剂，能够抑制多类细胞的增殖、分化，促进细胞间质的形成，在机体的细胞生长、细胞凋亡、细胞外基质的合成和储存、创伤修复等方面都发挥着十分重要的作用。另外，TGF-1亦有免疫抑制作用，它能抑制T、B淋巴细胞的增生和活性，抑制巨噬细胞的吞噬能力,TGF-B与AD,Alzheimer病患者TGF-1水平的下降，大脑皮层及皮层下的神经元转移、轴突形成及组织修复等均受到明显影响，患者脑结构中的海马和皮质神经元的弥散性丢失和突触损坏;神经影像学上表现出的脑萎缩似与此有关联。而大量的神经元丢失或破坏被认为是引起患者认知功能障碍的原因之一。,在CNS中的TGF-增高有直接的神经保护作用，至少在防止氧自由基损伤、保持脑内线粒体活性、维持Ca2+稳态和减少凋亡等方面起作用。,TGF-也诱导和协同许多其它CK和生长因子间接影响神经元生存。体外TGF-保护神经元免遭A、FeSO4、Ca2+、糖基化、MPTP等的损伤,TGF-保持有丝分裂的潜能，维持Ca2+稳态并抑制神经元的凋亡。,许多的神经病变都可诱导TGF-1的mRNA产生。TGF-1的表达在急性CNS损伤中会提高35倍,它可保护脑组织免受缺氧和糖基化等使神经退行性变的损伤。,TGF-2通过诱导神经识别因子，促进中枢神经系统的细胞与细胞间的相互作用，从而调节神经芽生和生长。TGF-2在AD患者的脑室的脑脊液中增高。AD患者的脑室的脑脊液中的蛋白有显著降低，与血脑屏障的通透性、年龄和自溶无关。,TGF-的表达经常出现在神经功能出现异常的时候，与AD的淀粉斑形成有关。在CNS,TGF-的免疫活性定位于单核细胞、小胶质细胞、星形细胞以及血管的细胞外基质中。TGF-调节APP的产生和代谢，TGF-诱导细胞中成熟的APP聚集。,TGF-和TGF-受体在AD患者的老年斑、NFT、小胶质细胞、星形胶质细胞和巨噬细胞中的表达增加。TGF-1在老年斑中有免疫活性。在鼠脑中,TGF-与A共存是形成斑块所必需的。,所以，TGF-在AD相关的神经退行性疾病中起复杂的作用，其中既有保护作用，也有损伤作用。TGF-在CNS退行性病变中的作用对于治疗AD等神经退行性病变起指导作用。,胰岛素样生长因子(insulin-likegrowingfactor，IGF)是一类结构上类似胰岛素原的多肤，其家族包括IGF-I和IGF-II，均由3个二硫键交叉连接成，但分子量不同。,IGF与AD,在老龄动物CNS中，尤其是海马结构中IGF-I表达呈年龄相关性下降，而IGF-I有着类似于神经生长因子(nervegrowthfatter,NGF)的促进神经突触形成和维持神经细胞功能的作用，可改善老龄动物的记忆、学习能力,由此可以推测IGF-I是通过作用于海马神经元和突触来影响行为。,IGF与AD,美国的Arai等调查了49名营养和生理情况相仿的百岁老人血浆IGF-I浓度，发现相对较低浓度的老人其认知障碍的程度越高，因而提示高龄老人中血浆低IGF-I水平可能与痴呆的进展有关,SCN2B与AD,1.离子通道1.1概念离子通道是镶嵌于膜脂质双分子层中的糖蛋白是膜电位形成的基础它们形成动作电位和梯度电位，是神经元间信息交流的基础。总结膜通道的特点为：可以让离子通过识别和选择特异性的离子对某些特异性的电、机械或化学刺激起反应而出现开启或关闭。,1.2分布膜通道广泛存在于神经系统分布于细胞体、树突、轴突及突触。在肌肉,其分布于神经肌肉接头处和肌细胞膜上。膜通道的类型和数量与细胞的类型和在细胞上的定位有关在轴突。在有髓鞘纤维的郎飞氏结处分布有高浓度的通道，在神经肌肉接头处分布有高浓度的烟碱配体门通道，而通道在肌细胞上尤其重要。,分类在细胞膜上已经明确的膜通道有以下几种类型非门控通道、直接门控通道及第二信使门控通道。非门控通道的开启或关闭与单一离子浓度梯度有关,即其是一种通过浓度梯度机制实现离子流动的通道离子的流动呈被动性。,门控通道需要一把“钥匙”打开通道开启或关闭通道。涉及通道构相的改变包括直接门控通道和第二信使门控通道。直接门控通道以其活化机制的不同又分为电压门控通道、配体门控通道、质子门控通道等。各种通道倾向于优先使其特异性的离子通过钠、钾、氯、钙。,电压门控通道是一种传导受膜电位改变影响的通道，这些通道存在对膜的电场极为敏感的电压感受器。电压感受器可以激发通道构相的改变从而开启或关闭通道门,并决定通道的通透性。电压门控家族包括钠、钾、钙通道。神经系统存在大量的电压门控通道，单是神经元上的通道就有至少种变异体，将来还有可能发现更多的通道。,第二信使门控通道是一种由细胞内第二信使作用间接地引起通道开启或关闭的通道，通道常与蛋白偶联。属于第二信使门控的通道有荤毒碱受体、5-羚色胺受体和肾上腺素能受体。,结构与性质通道是镶嵌于脂膜中的微分子蛋白复合体，从结构上讲，其可以分为不同的蛋白亚单位，称为通道亚单位，每一个亚单位具有不同的功能，并为不同的基因所编码。大部分的通道包含有一个主要亚单位和一个辅助亚单位。在电压门控通道中主要亚单位能够完成通道的功能,而辅助亚单位改善通道的表现并调节通道的生理特性。,通道的结构是由基因编码的构成通道的各种蛋白质所决定，每个蛋白质亚单位由不同的基因编码。进一步讲一种蛋白质有几种的异构体，每一种异构体都是由特异的基因所编码的。基因的突变很容易导致其所编码的通道结构的改变从而导致通道功能的异常，对这些通道的分子结构和遗传学编码的阐明增加了我们对其功能和在遗传性疾病中的作用。,2.钠通道的结构电压门控钠离子通道(简称钠通道)是存在于大多数可兴奋细胞膜上的膜内蛋白质。它主要在快速去极化时引起动作电位的传播,参与心肌动作电位平台期的形成和维持。现已知钠通道是一个大分子糖蛋白,从电鳗电板分离的钠通道其分子量为260280kD（Milleretal,1986）（图1）。,其中碳水化合物部分占整个分子结构的30%左右。在许多组织发现,钠通道的基本单位还与其他小的蛋白紧密联系(Hartshoetal,1984)。其中大的形成孔道结构的蛋白称为A亚基,小的称为B亚基。,B1亚基和A亚基非共价键结合，而B2亚基与A亚基通过二硫键相连。所有三个亚基都糖基化，在细胞外表面A亚基有与A2蝎毒和河豚毒(TTX)的受体位点，细胞内表面的A亚基由蛋白激酶磷酸化。,虽然各种动物钠通道间存在广泛的同源性,但也存在很大的差异。Noda等(Nodeetal,1986)报道鼠脑组织有三种不同的钠通道(I、II、III型)。在其他组织,尚有不同的通道类型如L1和h1钠通道。,L1钠通道A亚基最初表达在成年的骨骼肌(Trimmeretal,1986),h1钠通道A亚基最初表达在心脏,也表达在不受神经支配或去神经的骨骼肌(Kallenetal.,1990;Rogartetal.,1989)。,从鼠骨骼肌肌膜和横管提纯的钠通道是由一个主要亚基(260kD)和一个或两个小的亚单位组成。电鳗电板和鸡心脏的钠通道仅含一条260kD多肽,这条多肽与从脑和骨骼肌钠通道提纯的A亚基在质量和氨基酸顺序上是相似的。,所有电压门控钠离子通道的基本结构都包括一个跨膜孔道结构。在钠通道的6个跨膜A螺旋与参与跨膜孔壁的形成,每一个功能区的S5和S6之间短的片段(SS1和SS2)亦与孔道结构的形成有关。,钠通道的细胞外孔道阻断剂TTX的受体位点即位于每一功能