何永利 综述，陈阳美 审校

(重庆医科大学附属第二医院神经内科 400010)

大量证据表明，阿尔茨海默病(AD)患者脑中自噬功能受损。自噬有助于清除错折叠蛋白，自噬的损伤可能促成AD相关的淀粉样斑块和Tau聚集体的形成。在AD患者脑、AD动物模型脑组织和AD细胞模型中，均有大量积累的自噬体和后期自噬囊泡存在，表明与溶酶体融合或通过溶酶体降解遭到破坏[1-2]。由于自噬可以降解异常的蛋白质[如β-淀粉样蛋白(Aβ)]和功能障碍的细胞器，因此对AD等神经退行性疾病的发生、发展发挥了重要的调控作用。自噬也因此被认为是AD病变中可以对Aβ在神经元中的聚集和减轻神经毒性的潜在治疗靶点。本文讨论了AD相关基因与自噬的关联性，试图理解自噬是如何涉及AD的发病机制及如何利用自噬途径防治AD的。

1 AD

AD是最常见的神经变性疾病，也是全球第四大致死性疾病，其特征是认知功能和记忆形成的进行性损害[3]。AD是老年人中最流行的一种痴呆，影响了3 500万人。在AD患者脑中，淀粉样斑块的胞外沉积和神经原纤维缠结(NFTs)的胞内聚集是其主要的病理特点。淀粉样斑块由前体蛋白(APP)经β-和-分泌酶水解成的Aβ纤维聚合物组成。AD患者脑中，损伤的神经元周围胞外Aβ沉积是AD的主要致病因素。但是，大量证据表明神经元中胞内Aβ聚合物与认知障碍紧密相关，表明胞内Aβ可能也是AD的致病因素之一[4-5]。因此减少Aβ沉积或促进其清除已成为目前治疗AD的重要策略之一，但迄今为止对于Aβ沉积尚无理想的治疗方案。

2 自 噬

自噬是存在于真核生物中进化上保守的维持细胞内环境稳定的过程[6]。自噬是细胞内长半衰期蛋白或胞浆中的细胞器由双层膜的自噬泡包裹后经溶酶体途径降解的过程，它对细胞生长、存活、发展和死亡过程中起重要作用[6]。随着年龄增长自噬能力的降低，且氧化自由基对蛋白质等的损坏会造成异常蛋白质及细胞器聚集，成为体内的生物垃圾，而成为许多急、慢性疾病的主要病因，如亨廷顿疾病、老年痴呆、帕金森和AD等[7]。

3 AD相关基因与自噬

3.1与AD相关的基因 与家族性早发AD相关的经典基因有APP、早老素1(presenilin 1，PS1)和早老素2(presenilin 2，PS2)。载脂蛋白(apolipoprotein E，APOE)是晚发性AD的最强危险因素[8]。最近遗传研究发现了许多影响晚发性AD的新基因位点[9]。

3.2APP和Aβ APP是Ⅰ型膜蛋白，它可以被β-和γ-分泌酶依次切割而产生Aβ(AD老年斑的主要成分)。APP基因中有超过30个突变与家族性早发AD相关[10]。早期研究表明AD神经突内有自噬体聚集，且这些自噬体中存在APP、Aβ、CTF和BACE，所以自噬被认为是导致Aβ产生的原因[7,11]。但是，进一步研究自噬本身及其与AD的关系后发现，APP、Aβ、CTF和BACE其实是自噬的底物[12]。雷帕霉素、牛蒡甙元、卡马西平等药物能活化自噬从而降解Aβ和其他致病性蛋白来预防AD[13]，这些证据也支持了上述观点。

APP或Aβ在自噬中的直接作用尚未确定，但是APP中AD相关突变可能通过损害自噬功能而导致AD发病。这种突变会产生更多易聚集的Aβ，由于底物积累而引起过度自噬。Aβ通过其疏水性羧基末端与膜直接相互作用，这干扰了正常的生物发生和胞内细胞器的转运。Aβ的这一特征也可能影响自噬体的生物发生或转运及其与溶酶体的融合，这种可能性在未来也需要被解决。溶酶体中Aβ聚集导致溶酶体膜不稳定和泄漏，这也损伤了自噬和溶酶体降解[14]。研究表明，过表达p62 的AD小鼠脑中自噬活性增加，提高了认知能力，且Aβ表达显著降低[15]。Beclin1可促进APP降解并降低APP代谢物的分泌[16]。

3.3PS PS1和PS2是含有9个跨膜结构域的同源整合膜蛋白[10]。它们与呆蛋白、前咽缺损1和早老素增强子2形成γ-分泌酶复合物，将APP切割成Aβ。据报道，PS中有约200个突变会导致Aβ42/Aβ40比值增高而导致早发家族性AD[10]。除了作为Aβ产生的γ-分泌酶功能之外，PS也通过调节vAT-Pase介导的溶酶体酸化而有效地进行溶酶体蛋白水解，其突变破坏了这些溶酶体功能和自噬[17]。PS1(Ser367)磷酸化能通过自噬途径提高β-CTF降解而降低Aβ水平[18]。PS1缺失或PS1 FAD突变能引起溶酶体和自噬障碍，从而扰乱细胞钙离子稳态，因而导致AD相关的病理过程[19]。

3.4Tau Tau的大量聚集与神经退行性疾病和认知障碍密切相关，表明Tau也是AD的一个重要因子。过度磷酸化Tau的聚集形成叫做双螺旋丝(PHFs)的神经细胞纤维包含物，而PHFs是NFTs的主要成分。所有的Tau病变均以磷酸化Tau起源的NFT为特征[20]。各种形式的Tau都可以被自噬降解[20]。有研究表明，Tau聚集是由于自噬功能障碍引起的[21]。

诊断AD不可或缺的病理特征是NFTs，其主要成分是Tau蛋白。自噬需要自噬体和溶酶体沿微管的运动[22]。因此，Tau缺失使微管不稳定并损害自噬，从而加剧了Niemann-Pick型C小鼠表型和Aβ积累[23]。Tau尤其是Tau聚集体是自噬的底物，表明AD中自噬障碍可能有助于Tau聚集体形成导致NFTs增高[24]。研究表明，有些化合物(如雷帕霉素、海藻糖和西罗莫司脂化物)能通过激活自噬降解病理性Tau来预防AD发生[25]。核蛋白NDP52是自噬的一种受体，它通过自噬选择性降解底物。NDP52可介导磷酸化Tau通过自噬清除[26]。

3.5金属蛋白酶结构域10(ADAM10) 去整合素和ADAM10是APP剪切的主要α分泌酶，能阻止Aβ产生[27]。ADAM10过表达能预防淀粉样病变和提高长时程增强作用及学习记忆功能[28]。ADAM10中罕见的编码变体与晚发家族AD相关。没有关于ADAM10与自噬和AD相关的报道，但最近一则报道指出在内皮细胞中ADAM10可以被自噬调节，反过来调节小鼠对内皮ADAM10相关疾病状态的敏感性[29]。因此，有可能ADAM10在神经元和神经胶质细胞也可以被自噬调节。神经元和胶质细胞ADAM10的自噬调节及AD相关的ADAM10变体对自噬的影响需要在将来的研究中得到阐明。

3.6β位点裂解酶-1(BACE1) BACE1是机体内主要的β-分泌酶，是分解APP产生Aβ的限速酶。研究表明，在小鼠脑内注射BACE1 siRNA可减轻AD小鼠Aβ沉积并提高认知功能[30]，这说明抑制BACE1表达会改善Aβ相关的认知功能障碍，因此BACE1被作为AD药物潜在靶点。

有研究报道，Se-Met处理过表达APP的N2a细胞后Aβ水平显著降低，并且Se-Met的抗淀粉样蛋白作用是由于抑制BACE1活性而抑制了Aβ产生的。此外，Se-Met处理的细胞中LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比例和LC3阳性荧光点数均显著降低，表明Se-Met通过调节自噬途径促进Aβ清除[31]。诱导神经元自噬增强了BACE1周转，溶酶体抑制剂抑制了BACE1周转。在人APP转基因神经元和AD小鼠脑的远端轴突中，BACE1相关的自噬液泡大量聚集。在远端轴突中，诱导自噬能增加BACE1的自噬保留，从而导致APP β剪切的增强[32]。BACE1蛋白水平的降低被证明是通过MAPK14介导的溶酶体降解。BACE1的溶酶体降解似乎依赖于自噬的刺激，因为自噬阻断剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)或沉默ATG5消除了MAPK14对BACE1蛋白水平的作用[33]。然而，自噬刺激导致BACE1蛋白溶酶体降解的具体机制还不清楚。

3.7APOE APOE是一类主要由外周组织中肝脏和巨噬细胞产生的载脂蛋白。在中枢神经系统中，APOE主要由星形胶质细胞产生并通过APOE受体将胆固醇转运至神经元[34]。根据两个氨基酸残基(112和158)不同，APOE分为3个亚型：APOEε2、APOEε3和APOEε4。APOEε3是最常见的APOE亚型，APOEε4增加了杂合子携带者的家族性和散发性AD 3倍的风险，对于纯合载体则增加了8～10倍[10]。APOEε2可降低迟发性AD的风险并延缓发病年龄[10]。APOE结合Aβ影响Aβ的清除，APOE4加速Aβ原纤维形成并增加实质内Aβ沉积。因此，APOE4诱导的Aβ数量的提高和聚集可能导致了AD中自噬的损伤。再有，APOE4本身增强Aβ诱导的溶酶体膜不稳定及其渗漏[35]，这可能破坏了自噬和溶酶体降解[14]。在几种自噬诱导条件下，与表达APOE3的星形胶质细胞相比，表达APOE4的细胞表现出较低的自噬通量。自噬诱导剂雷帕霉素通过APOE4星形胶质细胞增强Aβ斑块降解，而自噬抑制剂氯喹阻断了APOE3星形胶质细胞中Aβ斑块的降解。总之，这些研究结果表明，APOE4能损害自噬，并且这种作用与清除Aβ斑块的能力降低有关。这表明自噬障碍可能在介导APOE4在AD中的病理作用中发挥作用。

3.8髓系细胞触发受体2(TREM2) TREM2是在骨髓细胞(如小神经胶质细胞、树突状细胞、破骨细胞和巨噬细胞)亚型细胞膜上表达的先天免疫受体。TREM2可能在骨髓细胞中起作用，最可能是破骨细胞和小神经胶质细胞，这二者都参与骨重建和脑功能，后者的功能受糖基化调控。全基因组关联研究表明TREM2在晚发性AD的进展中可能发挥作用。TREM2在AD转基因小鼠模型的小胶质细胞中表达上调。最近研究报道，几种TREM2突变引起无骨病变的额颞痴呆症综合症。在损伤的中枢神经系统中，小胶质细胞上表达的TREM2对清除神经碎片起关键作用。AD相关的TREM2的R47H变体通过小胶质细胞减少了Aβ吞噬作用。APOE是TREM2的配体，且APOE不能与R47H变体结合。小胶质细胞中TREM2的回收由参与自噬的蛋白质Beclin1调节。AD脑小胶质细胞中Beclin1水平降低与TREM2的再循环和吞噬功能受损有关。因此，TREM2和自噬之间的关系机制亟待阐明。

3.9磷脂酰肌醇结合网格蛋白装配蛋白(PICALM) PICALM主要在神经元中表达，并且涉及网格蛋白介导的胞吞作用和突触囊泡转运。PICALM在AD脑中表达降低且与NFT共定位。在Tau疾病和与Tau不相关的神经退行性疾病中，PICALM的降低与自噬标志物LC3-Ⅱ升高和Beclin1水平降低密切相关。PICALM通过调节SNAREs的内吞和调节Tau积累来影响自噬。在斑马鱼模型中，PICALM表达的改变加剧了Tau介导的细胞毒性。全基因组关联研究将PICALM鉴定为AD的风险基因。PICALM改变APP转运并调节Aβ斑块沉积和Aβ诱导的毒性。PICALM与LC3相互作用，并通过自噬靶向APP-CTF进行降解。

3.10簇集蛋白(Clusterin) Clusterin是应激激活的伴侣蛋白。Clusterin中各种单核苷酸多态性(SNPs)均与AD有关。许多研究调查了AD和Clusterin的关系及这个伴侣在疾病中的作用。在Aβ斑块中发现有Clusterin 存在，它与Aβ相互作用改变了Aβ的溶解度和聚集。在AD大脑中，Clusterin mRNA表达升高。最近发现Clusterin能促进LC3脂质化，并在癌症的应激条件下诱导自噬体形成。Clusterin敲除的肾中，缺血再灌注损伤(IRI)自噬被激活。进一步研究发现在低氧肾细胞中Clusterin依赖的促存活自噬与错折叠蛋白反应紧密相关。

3.11其他AD相关基因 除了上述AD相关基因之外，许多其他基因也与AD有关。几乎没有关于这些基因与自噬之间潜在关系的报道。将来的研究可能会揭示这些基因与自噬和AD发病机制的关系。

APP、Aβ、Tau、ADAM10和BACE1是自噬的底物。PS、APOE、PICALM和Clusterin等可通过不同机制调节自噬。最新的AD遗传研究发现大量与AD有关的基因，它们在AD中的致病作用将在未来得到阐明。这些基因也可能与自噬有关系，其自身可能在AD发病机制中发挥作用。