β淀粉样蛋白(Aβ)的概念

β淀粉样蛋白(Aβ)的生成(一、Ap生成与分泌酶 (一)α-分泌酶水解途径 (二)β-分泌酶水解途径 (三)γ-分泌酶水解途径)

β淀粉样蛋白(Aβ)的毒性作用

Aβ的生物学过程

β淀粉样蛋白(Aβ)的概念

β-淀粉样蛋白，39-43个氨基酸组成。是大脑皮质老年斑的主要成分。可溶性二聚体可以有效削弱突触结构和功能。这种二聚体是最小的突触毒性物质，是引起阿尔茨海默病的重要物质。

APP序列断裂形成的Aβ是一种未确定功能的跨膜糖蛋白。APP可以被α-，β-γ-蛋白酶分解；Aβ被β-蛋白酶和γ-蛋白酶的连续作用分解产生。γ蛋白酶产生Aβ的C端，切断在APP跨膜区然后可以产生大量39-43个氨基酸的残基亚型。最常见的残基亚型是Aβ40和Aβ42.较短的一条是典型的APP在内质网被切断所形成的，而较长的一条是在跨高尔基网络内形成的。

两者之中，Aβ40更为常见，但是Aβ42更原纤维产生因此与病情有关。早发阿尔茨海默病被记录到Aβ42增加，这与APP的变化有关。因此一种治疗阿尔茨海默病的方法包括调节β-蛋白酶和γ蛋白酶的活性使得主要产生Aβ40.

β淀粉样蛋白(Aβ)的生成

一、Ap生成与分泌酶

APP在细胞中的半衰期很短，只有20～30分钟。目前，已知APP的分解途径有分泌酶(secretase)分解途径和溶酶体两条分解途径。

(一)α-分泌酶水解途径

分泌酶作用途径之一发生在细胞膜外，由仅一分泌酶水解APP的687和688氨基酸残基间的肽键，即Aβ第16位和第17位之间进行裂解，释放出一个可溶性的N端产物α—APPs和C83片段多肽。C83如再经γ-分泌酶作用，可生成P3（Aβ17-40和Aβ17-42）。由于分解部位在Aβ分子内，故产生的两个片断都不含完整的Aβ，不具备形成淀粉样沉淀的能力。

目前已知α-APPs具有神经营养作用，可促进神经细胞发育，并通过降低细胞内的Ca2+浓度，起到神经细胞保护作用。研究表明，α-APPs与记忆、学习功能有关。对转基因大鼠的研究发现，基因突变后可引起α-APPs的减少及A8产物增加，同时使学习及记忆功能受损。但目前尚未证明α-APPs缺乏与阿尔茨海默病发病有直接关系。研究还发现，ADAM(adisintegrin and metalloprotease)家族与α-分泌酶有着密切的关系。ADAM家族成员包括肿瘤坏死因子-α转换酶(tumour necrosis factor-α convertase，TACE或称ADAM17)、ADAM9和ADAMl0，当ADAM作用于APP时，其氨基酸序列的切割位点与α-分泌酶一致。如应用TACE酶抑制剂或TACE基因敲除的小鼠对TACE进行研究，发现能减少α-APPS的生成。

从多方面的研究发现ADAM与α-分泌酶在功能上有很多相似之处，但不完全一致。故研究和了解ADAM与α-分泌酶的关系，可能更有助于对治疗阿尔茨海默病的α-分泌酶抑制剂的新药开发。

(二)β-分泌酶水解途径

另一个是在细胞膜上，由β-分泌酶作用于APP的671和672残基间的t肽键，产生β-APPs和C99片段多肽，C99如再经γ-分泌酶的作用水解成不同长度的Aβ，如果在710和713残基间，产生短的Aβ肽Aβ(1～40)；如在714残基后，则产生长的Aβ肽Aβ(1～42)，其中Aβ40约占80%～90%，Aβ42约10%～20%。长肽比短肽更易形成纤维状聚合体，对神经元的毒性更大。膜上的APP还可通过溶酶体途径，形成多种C-末端衍生物，有些产物可进一步加工成完整的Aβ。目前已被克隆的β分泌酶有2种类型，即BACE1和BACE2，二者有64%的氨基酸序列相似。研究发现BACE1 mRNA水平在胰腺组织中表达最高，其次为脑组织和一些外周组织，然而在脑组织中的β-分泌酶活性最强。BACE1属于天冬氨酸蛋白酶族，主要在细胞内高尔基体及核内体中对APP进行分解，而BACE2 mRNA主要是在直肠、肾脏、胰腺、胎盘、膀胱、前列腺、胃及气管中产生高表达，在外周组织中表达很少，脑组织中几乎没有表达，关于BACE2在APP中的作用目前还不清楚，可能也参与APP的代谢。

(三)γ-分泌酶水解途径

目前对γ-分泌酶的研究报告很多，其在APP C99或C83片段多肽的跨膜中间区域进行裂解，并产生Aβ40和Aβ42或P3。γ-分泌酶对APP的作用是决定Aβ40和Aβ42生成比例，正常情况下脑组织主要生成Aβ40，而在阿尔茨海默病时Aft42升高。研究发现，γ-分泌酶是一个多蛋白复合物，包括早老素(presenilin，PS)、nicastrin(Net)、Aph-1和Pen-2，这些蛋白都有具水解γ-分泌酶底物的功能。Net是一个一型跨膜糖蛋白，由709个氨基酸组成，与PS结合后形成一个高分子量复合蛋白质，并参与PS对APP及Notch信号的加工。实验证明，PS、Net、Aph-1和Pen-2共4个蛋白质如结合在一起，可以形成一个稳定的PS，并能促进γ-分泌酶的活性提高，同时还能增加完整的糖基化Net蛋白质的表达；反之，如以上4个蛋白质中只有3个蛋白质相结合(任意3个)，都不能增加γ-分泌酶对APP的降解活力，这表明PS，Net，Aph-1和Pen-2的结合有助于提高γ-分泌酶的活性。

.

β淀粉样蛋白(Aβ)的毒性作用

为了证实Aβ的神经毒性作用，Kowall等将Aβ注入大鼠或猴的大脑皮质中，发现注射部位发生组织坏死，周围神经元缺失及神经胶质增生，并与剂量有明显的相关性。而且Aβ诱导的神经元退行性变与阿尔茨海默病的病理改变十分相似。刘辉等应用凝聚态Aβ进行大鼠海马齿状回背侧细胞带微量注射，发现Aβ注射后大鼠迷宫学习记忆能力明显受损，获得记忆的尝试次数约为正常对照组的3倍。注射区Aβ沉积、神经元死亡、胶质细胞浸润、背侧细胞带受损长度约为生理盐水注射组的4～5倍，表明凝聚态Aβ海马注射具有明确的在体神经毒性作用。体外实验也证实了Aβ的神经毒性作用。Busciglio将Aβ与培养的人脑皮质神经元长期共育，发现其中一部分Aβ可形成致密的β-淀粉样沉淀，导致神经元退行性变。以上资料充分证实了Aβ的神经毒性作用。

Aβ的生物学过程

β淀粉样蛋白(Ap)由第 21号染色体编码，是淀粉样蛋白前体(APP)经蛋白水解酶作用后的底物，是阿尔茨默海病脑内主要病理标志性蛋白之一，它的形成、沉积和降解启动和贯穿了AD的整个病理过程。APP可以被至少3种酶加工，其切割途径可分为分泌酶途径和分泌酶途径lI。在分泌酶途径中APP首先被 p一分泌酶裂解，然后在 分泌酶作用下，切割丙氨酸713和苏氨酸714之间位点产生2。 2是由42-43个氨基酸组成的蛋白质片断，主要位于AD患者脑内；若在缬氨酸 711和异亮氨酸712之间酶切割则形成0。 0是由40个氨基酸组成的蛋白片断，正常老年人和AD患者脑内均存在J。 2和0为Aβ的2种成分，虽然细胞产生的40远比2多，但2更易聚集形成淀粉样蛋 白，是形成老年斑的主要成分，提示它在AD发病机制中占有更重要的作用。

目前证实PP的突变是沉积的原因之一，大部分APP突变体的突变位点集中或者靠近n,-分泌酶、p一分泌酶、r分泌酶的正常酶切位点，这些 APP突变体通过增强APP被分泌酶、7一分泌酶的水解过程而促进郐的产生，已克隆出PS1和 PS2基因并发现它们可以直接影响γ-分泌酶的活性改变 APP代谢J。CHF5074则是一种7一分泌酶调节器，它可减少A0、A2的产生J。研究表明AD患者脑内含野生型tau蛋白的NFT很可能是在Aβ代谢发生改变以后发生的，也就是说，在 AD病理发生过程中，APP代谢过程的改变先于tau的改变。越来越多的证据表明，体内降解和清除机制的遗传变异可能增加了迟发型 AD发病的危险性，迟发型AD病人与10号染色体上一个基因位点有明显的连锁不平衡现象，10号染色体携带该基因的迟发型AD病人外周血中AN2的水平明显升高 。