阿尔茨海默病
（王建枝 崔德华 晏日强）
A与AD ························································
A的生成途径及其生物学特性 ·························· 提出Aβ假说的依据 ············································ Aβ的神经毒性作用 ··········································· Aβ发挥毒性作用的机制 ···································
ApoE与AD ···················································
ApoE基因多态性与AD ···································· ApoE在AD神经变性中的作用 ·······················
AD的实验模型 ·············································
老年斑································································· 神经原纤维缠结 ················································· 其他病理改变 ·····················································
Tau蛋白与AD ··············································
Tau蛋白异常磷酸化机制及其细胞毒性 ·········· Tau蛋白异常糖基化及其细胞毒性 ·················· Tau蛋白基因异常及构象改变 ·························· Tau蛋白其他类型修饰及其对细胞的影响 ······
AD的研究趋势与未来治疗的策略 ···············
针对A的药物 ················································· 针对tau异常磷酸化的药物 ······························ 针对轴突转运功能的药物 ································· 针对胆固醇的药物 ············································· 其他治疗策略 ·····················································
早老素与AD ·················································
PS与APP的代谢 ·············································· PS对Tau异常磷酸化的影响 ···························· PS与细胞凋亡 ····················································
阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是一种最常见的神经退行性疾病，目前，全球大约有2500万AD患者，人口老龄化使AD的患病率呈急剧增高趋势。
AD患者的主要临床表现是进行性记忆障碍，其主要病理学特征则是在脑中形成大量的老年斑（senile plaques, SP）和神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles, NFT）以及出现弥漫性脑萎缩。
AD的病理特征最早在1906 年便由Alois Alzheimer描述了，但其真正的病因发病机制的研究在此后的八十年内都无进展。随着蛋白化学，分子生物学以及遗传学研究技术的迅速提高，从八十年代中叶开始，AD的基础研究才开始有了显著的进展。由于老年斑的主要成分是-淀粉样多肽（-amyloid peptide，A），而神经原纤维缠结的主要成分是异常过度磷酸化的微管结合蛋白tau（abnormally hyperphosphorylated tau），因此，对AD研究的主流方向主要集中在A和tau两个方面。1984 年，Glenner and Wong 从老年斑内纯化和分离得到了A并解读得到其蛋白序列。这一成果很快引发了竞相克隆转译A的基因。1986年，四个研究组几乎同时发表了APP的基因序列， 揭示了A实际上只是APP中的一小片段。在九十年代初， John Hardy 研究组最先从遗传性AD患者的标本中找到了APP的基因突变。这些成果很快构成了目前比较流行的A假说。此外，由于早老蛋白（presenilin, PS）基因突变和载脂蛋白E（ApoE）基因型通过影响A和tau代谢而在AD的发病中起重要作用，因而也受到研究者的重视。本章将从A过量生成、tau异常修饰、PS基因突变和ApoE基因型等方面，重点讨论AD的发病机制、实验模型和治疗策略。
A与AD
A的生成途径及其生物学特性
A泛指一组由39~43个氨基酸残基组成的多肽，其中以40个氨基酸的A（A1-40）为主，其次是A1-42。这些多肽是构成老年斑核心和血管壁沉积物的主要成分。A来自于淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）。A PP基因（190kbp）位于21号染色体长臂，至少由18个外显子组成。由于APP基因转录后
的不同剪接，可产生至少10种不同的mRNA和含365~770个氨基酸残基的蛋白质异构体。在众多的APP异构体中，人脑主要表达APP695（695个氨基酸）和APP770（770个氨基酸）。其中，APP770含一段由57个氨基酸残基组成的插入区—kunitz型蛋白酶抑制剂（KPI）的同源域。APP在细胞中以跨膜受体的结构形式存在，包括一条较长的细胞外N端和一较短的细胞内C端节段，KPI和某些糖基存在于长节段上。APP一般可通过轴浆转运方式向突触端转运并可与细胞外间质相互作用，提示可能对神经元的可塑性有关。此外，APP还可能促进损伤组织的修复。 A由APP分子的跨膜区N-端28个氨基酸及其相邻的跨膜区11~15个氨基酸残基组成，其序列为Asp-Ala-Glu-Phe-Arg-His-Asp-Ser-Gly-Tyr-Glu-Val-His-His-Gln- Lys-Leu-Val-Phe-Phe-Ala-Glu-Asp-Val-Gly-Ser-Asn-Lys-Gly-Ala-Ile-Ile-Gly-Leu-Met- Val-Gly-Gly-Val-Val-Ile-Ala-Thr。APP主要通过分泌酶（secretase）途经裂解（图1）。α分泌酶裂解途经由α分泌酶水解A的 Lys16-Leu17间的肽键，产生一个较大的N-末端可溶性片断，分泌到细胞介质，而C段小片段则留在膜上。由于α分泌酶的切割位点在Aβ的分子中间，不产生完整的Aβ分子，故又称为非Aβ源性途径。β和γ分泌酶降解途径由分泌酶先水解APP695中的Met-596和Asp-597间的肽键，而γ分泌酶水解Aβ的39-43位的任意肽键而产生分子长短不等的完整Aβ分子。由于Aβ的C-端最后几个氨基酸残基具有很强的疏水性，所以，C-端越长越易聚合及沉积。
Aβ在水溶液中以α螺旋、随机螺旋和β片层结构三种形式混合存在。β片层结构是形成Aβ聚合物必需的结构状态。β片层结构的生成数量具有温度、时间和浓度依赖性。温度升高、放置时间延长和Aβ浓度增加均可促进β片层结构形成。在溶液的pH值为4-7时，β片层结构最易生成。在Aβ聚合过程中，β片层结构的Aβ易形成双聚体，逐步形成寡聚体及中间态的初原纤维（protofibrils），初原纤维仍具有相对可溶性。在此基础上，初原纤维会快速聚合形成不可溶的纤维状（fibrils）沉积。另外，溶液中的α螺旋在一定条件下也可转成β片层结构。某些金属离子，如Zn2+，可加速Aβ聚集和沉积。沉积在SP核心和血管壁上的两种A的成分不同，前者是42~43个氨基酸的长肽，后者是39~40个氨基酸的酸性多肽。
Aβ是神经系统所有细胞APP代谢的正常产物。在正常情况下，Aβ的产生和
降解保持平衡，且体内有一些因素保持Aβ的可溶性。在家族性AD患者，APP和PS基因多个位点的突变以及ApoE 4纯和基因表型均可导致Aβ的过量产生与沉积，从而造成神经性毒性作用。用突变APP Val642Phe基因转染神经瘤细胞可使该细胞Aβ1-42产量增高，更易形成不溶性Aβ纤丝，并逐渐产生SP等病理变化。在两个早发瑞典型AD家族中发现APP770的Lys670Asn和Met671Leu基因双突变，此串联双突变正好位于β分泌酶的切割位点。将人工构建的此瑞典型突变的APP770基因转染人肾293细胞或M17神经瘤细胞，发现Aβ的生成比用原型APP770基因转染的细胞增加5～8倍，释放到介质中的Aβ增加6倍。说明该突变为β分泌酶提供了更合适的底物，因而产生更多的Aβ沉积。
C83 C99
图1 Aβ生成途径
Aβ假说的依据
多数研究者认为，Aβ在AD发病中起决定性作用，此即―Aβ假说‖。现将支持这一假说的依据归纳如下：（i）所有AD病人脑中存在的神经斑块主要是由Aβ构成的。（ii）在体外培养和体内实验中，合成的Aβ多肽对海马和皮层的神经元都有毒性。（iii）APP基因位于人类21号染色体的长臂上，在中年21三体（唐氏综合征）患者可见典型的AD样神经病理学改变和临床表征，但在一种罕见的唐氏综合征患者（21号染色体APP基因为二倍体而不是三倍体）则不出现痴呆，且这类患者直
到高龄死亡时脑内仍未发现AD样神经病理学改变。（iv）在APP基因中，位于Aβ区域或与Aβ相邻区域的基因突变可升高Aβ水平并改变其聚积特性，从而引起早发性AD。（v）PS1和PS2基因的遗传性突变可提高Aβ42/Aβ40比值，导致早发性AD且病程进展快。（vi）Apo E的4等位基因是AD的遗传危险因子之一，4纯合子增加人脑的Aβ负荷。（vii）含人类突变APP基因的转基因小鼠表现为胞外Aβ量随时间延长而增高，发生特定的类似于AD的神经病理和行为的改变。
尽管如此，对Aβ假说仍存在争议。回顾相关研究结果，其主要问题是Aβ水平或脑内淀粉斑的负荷与记忆和认知损伤的严重程度之间关联性不明确。然而，最近有研究表明，降低患者脑皮层Aβ水平可延缓记忆和认知能力下降的进程，提示Aβ在记忆和认知中起作用。
Aβ的神经毒性作用
导致过氧化损伤 Aβ可导致神经细胞的过氧化损伤，许多抗氧化剂有保护培养的中枢神经细胞及克隆的细胞系免受Aβ的毒性作用。AD患者超氧化物歧化酶（SOD）、脑葡萄糖－6－磷酸脱氢酶（G6PD）活性增高、谷氨酰胺合成酶（GS）活性降低、脂质过氧化物增多，表明自由基和过氧化损伤与AD关系密切。Aβ介导神经细胞过氧化损伤可能涉及多个途径。如（i）损伤生物膜：Aβ可诱导产生自由基，从而引起广泛和严重的生物膜损害。Aβ主要攻击生物膜脂质双层结构的磷脂多不饱和脂肪酸，使其>C＝C<双键与自由基反应，生成有细胞毒性的脂质自由基和脂质过氧化物。后者又可自动分解形成更多的自由基，作用与其他双键，产生新的脂质自由基，并一次传递成为自由基链式反应。铁、铜等金属离子及其复合物，可加速生物膜的破坏，使膜的流动性、通透性增加，组织水肿、坏死。（ii）破坏细胞内钙离子稳态：Aβ可在细胞膜双层脂质中形成允许Ca2＋进出的通道，导致细胞内钙平衡失调，细胞内钙离子增加导致氧化应激的进一步增强。例如，钙离子介导的磷脂酶活性增加可引起花生四烯酸水平增加，而这一反应的结果产生氧自由基。线粒体内过量钙离子则导致异常电位传递以及超氧化物阴离子浓度增加。钙离子阻滞剂可以减轻Aβ的细胞毒性。（iii）抑制星形胶质细胞：围绕在老年斑周围的反应性星形胶质细胞是AD病理改变的标志之一，星形胶质细胞对细胞外谷氨酸的摄入起重
要作用。在培养的星形胶质细胞中，由Aβ诱导产生的自由基可抑制星形胶质细胞对谷氨酸的摄入。这种抑制作用将导致细胞外谷氨酸水平增高，而谷氨酸对神经元具有兴奋性毒性作用。星形胶质细胞摄取谷氨酸的过程依赖ATP，故当葡萄糖摄入或分解障碍时，谷氨酸的摄入即被阻断。（iv）失活某些关键酶：蛋白质的氧化损害可使羰基含量增多，可能与组氨酸、脯氨酸、精氨酸、赖氨酸氧化作用有关。蛋白质中这些氨基酸的氧化改变将导致GS、肌酸激酶（CK）等关键代谢反应酶的失活。 引起神经细胞凋亡 将Aβ和胎鼠海马或皮层神经元一起培养，发现培养的神经元形态改变、DNA断裂、核染色质固缩、细胞膜起泡和梯形DNA电泳条带等典型细胞凋亡形态学和生化学改变。Aβ也引起SY5Y细胞凋亡，且被凋亡抑制剂金精三羧酸（ATA）阻断。若把ATA加入到已出现明显形态学退变的培养神经元中，可阻断DNA裂解，提示在细胞凋亡过程中，形态学改变早于DNA断裂。Aβ引起细胞凋亡具有氨基酸顺序和构型依赖性，反向序列或序列被重编的Aβ都不能导致细胞凋亡。
引起炎症反应 头部损伤、感染等是AD发病潜在的危险因素，用非类固醇抗炎药可延缓或防止AD；在AD患者的老年斑内含有各种补体成分（包括C1q，C4d，C3b，C3C，C3d和C5b-9），急性期蛋白，激活的小胶质细胞等炎性标记物。这些资料均提示AD病变涉及炎性反应过程。Aβ参与这一炎性反应的部分证据为：Aβ刺激小胶质细胞产生过量C3；Aβ能和C1q结合激活非抗体依赖性经典补体通路。
损伤突触功能 神经病理学家早就试图在认知损害程度与老年斑和缠结数量之间建立定量的关联。总结大量的研究资料，发现NFT数量与痴呆严重程度的关联优于淀粉样斑块。然而，统计学上最佳的关联性则是突触密度与痴呆的程度。应用电子显微镜或免疫组织化学对突触标记物染色进行的定量检测结果证明，AD脑中相关皮层和海马的突触密度显著降低。此外，突触数量的减少与神经细胞胞体的减少似乎不成比例，说明在疾病进程中突触末梢的改变可能是神经元变性死亡的早期事件。
大量研究资料显示：突触功能损伤早于A沉积或淀粉样斑块的形成。人脑皮层可溶性A水平升高与突触和认知损伤的严重程度之间呈正相关；APP V717F转基因小鼠的学习能力缺损也常常出现于淀粉斑形成之前，并伴有海马CA1区突触传递
和突触素（synaptophysin）以及MAP-2免疫染色的减少。这些均提示是可溶性A而不是纤维斑块损害神经元的突触功能。“可溶性A”是指脑组织提取物经高速离心后依然存在于水溶液中的所有A形式，常用ELISA技术进行检测。由于ELISA不能显示A的聚积状态，因此，―可溶性A‖实际上只是一个操作性术语。有人用Western blot检测AD患者大脑皮质的可溶性级分时，发现A以单体（4kDa）和十二烷基硫酸钠（sodium dodecylsulfate，SDS）稳定的寡聚体（~8 和 ~12 kDa）形式存在。类似的寡聚体也见于人类海马的CA1和内嗅皮质区，而在这些脑区没有观察到淀粉样斑块，提示A寡聚体的积聚可能发生在疾病的早期。A寡聚体，也包括特定合成的可溶性、非纤维状A源性可扩散配体（ADDLs）。ADDLs是将合成的A1-42置于冰冷的Ham’s F12环境中培养而产生的直径约为5nm的球状结构，这类A在SDS-PAGE中的表观分子量分别为~4，~8，~16和~18kDa。进一步用分子筛色谱技术的研究结果证明，低分子量的ADDLs阻断LTP，具有神经毒性，破坏突触可塑性和学习记忆。
更大的A聚合体，即A初原纤维（protofibrils，PF）聚合体也可快速改变神经元的功能。与ADDLs 不同的是，PF可在体外多种生化条件下产生，而且它们的形成速率与A的浓度、pH值以及离子力有关。PF表现为真正的纤维中间产物，因为它们既可形成纤维，又可分解为不同类型的低分子量的A。在一个全细胞电流钳记录模式中，加入PF会引起动作电位的立即增高以及大量的膜去极化，这说明PF可改变细胞膜的兴奋性。这种兴奋性改变是可逆的，而且有浓度依赖性，极低微摩尔浓度的PF就可引发电活动。此外，实验显示PF有着与纤维截然不同的电生理活性，因为加入特定NMDA拮抗剂D-APV可将PF激发的神经元电活动减弱72％，而同样剂量的D-APV只能将纤维激发的电活动减弱38％。与之相反，应用非NMDA拮抗剂NBQX对于PF诱导的电活动只能产生减弱23％的效果，但可减弱大约50％的由纤维诱导的电活动。这些数据说明谷氨酸受体通道参与了PF诱导的神经元兴奋性，而合成的PF和纤维可能至少有一部分是通过不同的神经生物学机制起作用的。在培养的人类胎儿神经元和人类脑脊液中检测到可溶性A寡聚体，说明可溶性聚合体（如ADDLs和PF）在人类的神经元中产生和释放，并在细胞外发挥神经毒性作用。上述实验结果主要来自于对胞外A寡聚体的研究。最近的研究表明，
神经元细胞内的Aβ寡聚体也影响突触功能，对这一级分的A的研究已引起广泛关注。
A毒性作用的机制
A纤维聚合假说 A的神经毒性作用与其折叠结构有关。尽管折叠本身并无神经毒性，但是折叠导致A形成丝状聚合物，使A由可溶性变为不溶性沉淀而发挥神经毒性作用。将A分别溶解在100%二甲基亚砜、0.1%三氟乙酸或者35%乙腈/0.1%三氟乙酸中，测定不同媒介中折叠的含量和纤丝生成速度的关系，发现媒介中高折叠含量对A纤丝聚合起关键作用。尽管A是许多细胞的正常代谢产物，但A水平的升高会促发聚合。促使可溶性A转变成具有神经毒性作用的因素仍未明了，下列因素都可造成A水平的提高：（i）APP基因突变：如含有670-671双突变APP基因的肾293细胞和人M17神经纤维细胞A片断表达比正常APP基因高6倍。（ii）A清除减弱：在AD患者老年斑中存在1ACT，nexin-I等数种蛋白酶抑制剂，使A不能被蛋白酶及时清除而形成不可逆沉淀。（iii）异常翻译后修饰：如氧化、糖化、异构化和异常磷酸化均可影响纤维形成和抑制A的正常降解作用。（iv）理化因素：铝、铁、锌以及经37C老化处理均可促进A纤丝聚合。值得强调的是：A在短时间内超量表达是其毒性作用的基础。
受体中介假说 目前已知有两种受体参与中介Aβ的神经毒作用，即晚期糖化终产物受体（receptor for advanced glycation end products，RAGE）和清道夫受体（scavenger receptor, SR）。前者存在于神经元，小胶质细胞和血管内皮细胞，后者仅存在于小胶质细胞。Aβ与两种受体相互作用，最终导致神经元退变和死亡。 小胶质细胞中介假说 关于Aβ神经毒作用的途径有两种说法：一种认为Aβ能直接杀死神经细胞，另一种则认为Aβ神经毒作用由上述受体或小胶质细胞中介。其中，小胶质细胞中介假说的主要依据是（i）海马纯神经元培养液中含100μM Aβ（约为正常生理量的1000倍）不引起神经元的损伤，即使从老年斑提取的Aβ也不对神经元起杀伤作用。而加入100 nM Aβ至含小胶质细胞的神经元培养体系时，则对海马神经元起明显杀伤作用。（ii）外周血单核细胞与Aβ保温3天后洗除Aβ，再与大鼠脑组织共培养可引起神经元死亡，而未受Aβ激活的单核细胞则无此作用。（iii）Aβ脑室或脑实质直接灌流，不对神经元起杀伤作用。（iv）有些正常老人的
Aβ沉积斑块数目可与AD患者相似，但无神经元损害的表现。这些事实说明Aβ对神经元的神经毒作用与炎症或小胶质细胞激活密切有关。
神经细胞轴浆转运障碍假说 APP在神经细胞的内质网合成后，首先通过轴突被转运到突触末端，然后通过“细胞内转运作用（transcytosis）”，运回到神经元胞体和树突。这一转运过程对维持APP的正常代谢起重要作用，并影响Aβ的生成。这一转运过程依赖APP和PS的相互作用。在家族性AD患者，无论是APP还是PS基因突变，都可影响APP和PS的相互作用，使APP转运障碍而产生过量Aβ，后者又进一步妨碍APP的正常转运。在散发性AD患者，Aβ总体水平不增高，下列因素可能造成局部Aβ聚积而影响APP的转运：（i）自由基共价结合到Aβ分子形成局部的核或“种子结晶”，使之在胞内聚积并抑制其转运。（ii）阳电荷蛋白如肝素硫酸蛋白聚糖可加快Aβ聚积。（iii）血浆淀粉样蛋白成分P由相同的两个5聚体组成，每个分子具有10个Aβ结合位点，如果这种分子存在于胞内特定部位，则可导致胞内局部聚积高浓度Aβ。
内质网相关蛋白-Aβ复合物毒性假说 内质网相关结合蛋白（ERAB）由262个氨基酸组成，主要存在于肝脏和心脏，在正常脑神经元呈低水平表达。在AD脑中，特别是Aβ沉积的邻近部位，ERAB含量增加。ERAB缺少信号肽和转膜序列，当与Aβ1-42结合后可引起ERAB的再分布，使之从内质网向浆膜转位，这一过程中形成的ERAB-Aβ复合物对神经元有毒性作用。Aβ1-42和ERAB结合还可明显影响APP的转运，导致APP以及tau、α-synuclin等在内质网滞留而影响神经元突触的功能，使神经元氧化功能减退并发生凋亡。抗ERAB抗体对上述损伤有拮抗作用。图2小结Aβ毒性学说及其机制。
Aβ水平升高并聚积 Aβ产生 Aβ清除 APP/PS基因突变 损伤生物膜 破坏胞内钙稳态 引起炎症反应 引起过氧化损伤 损伤突触功能
图2. Aβ毒性学说及其机制
Tau蛋白与AD
Tau蛋白是神经细胞主要的微管结合蛋白。从正常成人脑中分离的tau在变性聚丙烯酰胺凝胶电泳中至少有5～6种异构体（isoform），表观分子量约在48～60kDa之间。这些异构体是位于17号染色体的单一基因转录物mRNA的不同剪接产物，包括C-末端含3个或4个重复序列（31～32个氨基酸）、可结合微管的3R-tau和4R-tau，以及N-末端含0个、1个或2个插入序列（29或58个氨基酸）的0N-tau、1N-tau和2N-tau（图3），其中4R-tau更易聚积。胎脑中tau蛋白不含N-末端的插入序列，因而在上述变性胶电泳中于48kDa处显一条较宽的区带。此外，牛脑微管蛋白的双向电泳显示30余种tau的异构体，等电点在6.5～8.5之间。分子量越大，酸性越强，tau分子的等电点差异与其磷酸化修饰状态相关。正常tau蛋白是一种含磷蛋白质，每克分子tau蛋白中磷酸含量为2-3克分子。
人Tau基因
转录
Tau 前转录物
剪接
Tau亚型
图3 人Tau的基本结构
用不同生化分离技术可将AD脑中的tau蛋白分成三个级分，即胞浆正常修饰的tau蛋白（C-tau），异常修饰易溶型tau蛋白（AD P-tau）和异常修饰并聚积为双螺旋丝（paired helical filament，PHF）的tau蛋白（PHF-tau）。PHF是以右手螺旋盘绕形成的双螺旋丝结构，螺旋丝的直径约为22～24nm，每80nm处有一狭窄区，其直径约为10nm。根据PHF-tau在2%的SDS中的溶解性差异，又可将其分为PHFI-tau和PHFII-tau蛋白。PHFI在电镜下常见的是单个的短双螺旋丝，在室温下即可溶于2% SDS，而PHF-II在电镜下常以缠结形式存在，且需在上述SDS和β-巯基乙醇溶液中用反复加热或超声破碎法抽提。AD患者脑中分离的tau在变性聚丙烯酰胺凝胶电泳中显3条带，表观分子量在62～72kDa之间。
最近的研究发现：tau蛋白异常不仅在AD的发病中起重要作用，还参与其他20余种神经退行性疾病的病理过程。因此，对tau的研究正在引起更多科学工作者的重视。目前在AD患者脑中发现的tau蛋白异常修饰包括：异常磷酸化、异常糖基化、异常糖化、异常泛素化、异常截断作用和异常硝基化。此外，在其他神经退行性病中还发现tau基因异常、构象改变和多胺化等。
Tau蛋白异常磷酸化机制及其对细胞的毒性作用
AD脑中C-tau水平明显低于对照组，而tau蛋白总量却显著高于对照者，其增高的部分为异常过度磷酸化的tau蛋白。生化分析结果显示：AD患者每克分子tau蛋白的磷酸含量为5-9克分子，比正常水平增高约2~5倍。自从Iqbal小组在1986年首次报道异常磷酸化的tau蛋白是AD患者脑神经元中PHF/NFT的主要成分以来，迄今已发现PHF-tau 的40多个位点发生了异常过度磷酸化。与其他含磷蛋白质一样，tau蛋白的磷酸化受蛋白激酶和磷酸酯酶的双重调节，前者的功能是使蛋白质磷酸化，而后者则是去磷酸化。因此，蛋白激酶和磷酸酯酶系统调节失衡是导致tau蛋白异常磷酸化的直接原因。
蛋白激酶在AD 样tau蛋白异常磷酸化中的作用 蛋白激酶的作用是催化蛋白质发生磷酸化。因此，蛋白激酶活性增高将导致tau蛋白异常过度磷酸化。由于至今尚未能在AD患者脑中检测到任何蛋白激酶的生化活性增高，因此，对蛋白激酶在AD中的作用及其调节机制尚不确定。然而，大量体外和动物整体水平的研究证明，多种蛋白激酶可催化tau蛋白的AD样过度磷酸化和聚积。
蛋白激酶的催化性质及其与tau蛋白磷酸化的关系：根据蛋白激酶催化靶底物磷酸化反应的序列特点，可将丝氨酰/苏氨酰蛋白激酶分为两大类型：（i）脯氨酸指导的蛋白激酶（proline-directed protein kinase，PDPK），这类酶催化底物磷酸化反应的序列特点是-X（S/T）P-（X，任一氨基酸，S，丝氨酸，T，苏氨酸，T，脯氨酸）。（ii）非脯氨酸指导的蛋白激酶（non-proline-directed protein kinase，non-PDPK）。在已知的AD tau蛋白异常磷酸化位点中，约有半数为PDPK位点，另一半为non-PDPK位点。能使 tau蛋白发生磷酸化的PDPK主要有：细胞外信号相关的蛋白激酶（extracellular signal related protein kinase，ERKs）、细胞分裂周期（cell division cycle，cdc）蛋白激酶-2、周期蛋白依赖性激酶-2（cyclin-dependent kinase-2，cdk-2）、周期蛋白依赖性激酶-5（cyclin-dependent kinase-5，cdk-5）和GSK-3。能使tau蛋白发生磷酸化的non-PDPK有：环磷酸腺苷依赖性蛋白激酶（cyclic-AMP-dependent protein kinase， PKA）、蛋白激酶 C（protein kinase C，PKC）、钙/钙调素-依赖性蛋白激酶II（calcium/calmodulin-dependent protein kinase II，CaM KII）、大鼠小脑源性钙/钙调素-依赖性蛋白激酶（Gr kinase）、酪蛋白激酶-1（casein kinase-1，CK-1）和酪蛋白激酶-2（CK-2）。由此可见，可能有多种蛋白激酶参与了AD患者 tau蛋白的
异常磷酸化过程。不同蛋白激酶催化tau 蛋白磷酸化效率各异，且磷酸化后抑制tau蛋白生物学功能的程度也不同。研究还发现：上述激酶单独使用时对tau蛋白的磷酸化作用非常缓慢，若将tau蛋白先分别用PKA、CK-1、PKC等non-PDPK预保温，则可显著提高后续的PDPK（如GSK-3）催化tau蛋白发生磷酸化的速率，从而显著增高tau的磷酸化水平。说明tau蛋白由PDPK催化的磷酸化反应，可能受non-PDPK的正性调节作用。
蛋白磷酸酯酶在AD 样tau蛋白异常磷酸化中的作用 根据结构、组成、所催化底物的特异性、激活剂与抑制剂的不同，可将哺乳动物体内的蛋白磷酸酯酶（protein phosphatases，PP）分为五类，即PP-1、PP-2A、PP-2B、PP-2C和PP-5，它们均存在于人脑神经元中。用从AD脑中分离的异常磷酸化的tau （简称AD P-tau）作底物，PP-1、PP-2A、PP-2B和PP-5均可使AD P-tau多个位点磷酸化并不同程度的恢复其促微管组装活性，而PP-2C则无上述功能。用蛋白磷酸酯酶抑制剂处理培养的细胞可导致tau蛋白异常磷酸化、中间丝结构改变以及微管、神经元突触和树突丢失；在整体水平抑制PP-2A和PP-1也可引起tau蛋白发生AD样磷酸化。上述资料从不同水平和角度表明：PP-2A、PP-2B、PP-1和PP-5参与tau蛋白的异常磷酸化。此外，研究还发现：PP-2A和PP-2B催化PHFII-tau去磷酸化所需要的酶量远高于使易溶型AD P-tau和胎脑tau去磷酸化所需的酶量，且去磷酸化的位点比AD P-tau少，说明PHF/NFT结构的空间位阻效应可能不利于蛋白磷酸酶对tau蛋白的去磷酸化作用。PP-2A和PP-2B使AD异常磷酸化tau蛋白的去磷酸化活性可被二价金属阳离子Mn2+和Mg2+激活，其中Mn2+的激活作用最强；Ca2+/钙调素（Ca2+/calmodulin）也可增高PP-2B使异常tau蛋白的去磷酸化活性。这些资料对AD药物研究有一定参考价值。下面介绍几种磷酸酯酶催化tau去磷酸化的相关调节。
PP-1：PP-1在锥体神经元胞膜、胞浆、及亚细胞器均有表达，它是由催化亚基C和不同的调节亚基构成的寡聚体。PP-1在神经细胞的功能尚不清楚，它可能通过调节长时程抑制（long-term depression，LTD）而参与学习记忆过程。PP-1的主要抑制剂有抑制因子-1（Inhibitor-1，I-1），抑制因子-2（Inhibitor-2，I-2），冈田酸（Okaidaic acid，OA，Ki 100nM）和花萼海绵诱癌素（Calyculin A，CA，Ki 50nM），其中，I-1
和I-2为PP-1的生理性抑制剂。PKA激活使受多巴胺和cAMP调节的32kDa磷蛋白（Dopamine and cAMP regulated phosporylation，DARPP32）和I-1磷酸化，进而抑制PP-1；PP-2B等磷酸酯酶则使DARPP32和I-1脱磷酸化而激活PP-1，活性型PP-1参与LTD。I-2是PP-1的分子伴侣，有助于PP-1蛋白的正确折叠及空间构象的维持。Tau作为锚锭蛋白，将PP-1和微管联系起来，三者发生协同作用，PP-1借此调节tau的磷酸化状态。PP-1在体外对AD异常磷酸化的tau有微弱的脱磷酸化作用，它在AD脑中的活性降低。虽然细胞水平的研究支持PP-1参与tau的磷酸化，但关于整体情况下PP-1对tau的调节仍知之甚少，PP-1在体内还可能通过抑制GSK-3、cdc-2、cdk-5等激酶而调节tau蛋白的磷酸化水平，因为在有代谢活性的脑片研究中，共同使用OA和CA引起PP-1活性100％抑制时，上述激酶活性也明显下降，且未发现tau在所检测位点（Ser198/Ser199/Ser202, Ser262/Ser356等）的异常磷酸化。
PP-2A：PP-2A是由调节亚基A、B和催化亚基C构成的异三聚体。脑中PP-2A的主要形式是ABC，集中分布于锥体细胞的胞浆，线粒体、微粒体等细胞器亦有少量分布。PP-2A分别与tau和微管的不同位点结合，其中任一成分的改变都将改变三者之间的相互关系，从而影响PP-2A对tau磷酸化状态的调节和微管的结构与功能。
PP-2A在tau蛋白的AD样异常磷酸化中可能起关键性作用，其依据如下：（i）PP-2A催化AD P-tau去磷酸化的Km值为8.0±2.8M，而PP-2B为9.7±1.8M。（ii）在体外将AD P-tau分别与不同蛋白磷酸酶保温再定量检测其磷酸释放量，若以硝化后再灰化的AD P-tau所释放的磷酸量为100%，发现PP-2A使AD P-tau水解释放的磷酸量为57%，而PP-2B和PP-1则分别为36%和30%。（iii）PP-2A、PP-2B和PP-1使AD P-tau和PHFII-tau去磷酸化后可不同程度恢复其促微管组装的生物学活性，以微管形成的初速度及最后形成量为参数，PP-2A对AD P-tau的生物学活性恢复能力比PP-2B和PP-1强。（iv）PP-2A催化AD P-tau去磷酸化以及使PHFII/NFT的缠结松解，释放游离tau蛋白所需要的酶量比PP-2B和PP-1低。（v）若在细胞或组织水平抑制PP-2A可引起tau蛋白发生AD样磷酸化和细胞骨架的破坏，而抑制PP-2B则不引起相同的效果。（vi）用PP-2A的抑制剂OA侧脑室慢性投递在引起tau蛋白
AD样磷酸化的同时，伴有大鼠空间学习记忆障碍。（vii）最新研究报道，在AD患者脑内，PP-2A的两种抑制剂（I1PP2A 和I2PP2A）与PP-2A以及神经元内异常磷酸化的tau共定位，而且这些神经元已具有早期至中期的神经原纤维变性的改变。
PP-2B：PP-2B（Calcineurin）是一种Ca2+结合蛋白，为脑中含量最高的磷酸酯酶，主要分布于神经细胞的核周质和树突，是由一个可与钙调素（CaM）结合的61kDa的催化亚基CA和一个能与Ca2+结合的17kDa的调节亚基RB构成的异二聚体；它有A和A两种异构体，在脑中主要以A形式存在。PP-2B的酶活性需CA和RB紧密结合，并依赖于Ca2+-CaM的激活，Mn2+和Ni2+可增强该酶活性。PP-2B在神经细胞的功能仍不清楚，有资料显示它参与海马神经元的LTP和长时程抑制（LTD）。PP-2B在体外可使AD P-tau多个位点脱磷酸化，其脱磷酸化活性仅次于PP-2A。AD脑内PP-2B活性明显下降，由于PP-2B与细胞骨架密切相关，它在AD某些脑区的分布与NFT的分布重叠，而其活性下降程度则与NFT数量呈负相关，而且，最新研究发现，从人脑纯化出的PP-2B可选择性的使AD P-tau某些位点去磷酸化，特别是Ser-262和Ser-396位点，而Ser-262是唯一位于AD tau蛋白微管结合域的磷酸化位点，该位点发生磷酸化可降低tau蛋白与微管结合的能力。因此，PP-2B可能是参与tau体内调节的另一个关键酶。基因敲除的小鼠海马苔藓神经元出现tau蛋白的过度磷酸化，电镜显示其细胞骨架异常，同时伴有学习记忆障碍，推测PP-2B活性下降可能通过tau异常磷酸化导致微管等细胞骨架结构和功能异常，进而引起小鼠学习记忆障碍。
PP-5：是最近发现的一种磷酸酯酶，在脑神经元内高表达，体外实验及细胞培养证实PP-5可使tau的多个位点去磷酸化。PP-5对tau磷酸化的调节机制及其在AD发病中的作用尚待进一步研究阐明。
Tau蛋白酪氨酸位点的磷酸化：过去的研究表明，AD样tau蛋白异常磷酸化只发生在丝氨酸和苏氨酸位点。最近的研究显示，酪氨酸磷酸化位点特异性的抗体只结合纯化的PHF-tau而非正常tau，提示酪氨酸位点磷酸化可能也参与AD样tau病理学。在转染细胞内，非受体酪氨酸激酶fyn可结合并使tau蛋白的Tyr18位点磷酸化；在小鼠的早期发育阶段也可见tau蛋白Tyr18的磷酸化，但这一位点的磷酸化在成年期消失；用A处理人和大鼠的原代脑皮质培养神经元，可见tau的Tyr29位点发生迅速而短暂的磷酸化；用磷酸酯酶的抑制剂（pervanadate）处理转染人tau
的COS-7细胞，发现tau的Tyr394位点磷酸化，且该位点的磷酸化见于AD脑内而在正常人脑几乎没有。有关PHF-tau的酪氨酸位点磷酸化的生理病理意义尚待进一步探讨。
Tau蛋白异常磷酸化对细胞的毒性作用 tau蛋白的生物学活性是维持其功能的基础。正常tau的生物学功能主要体现在（i）与管蛋白结合组装成微管，（ii）与已经组装形成的微管结合以维持其稳定性。这两种活性可分别通过测定tau蛋白与管蛋白（tubulin）的混合液在350nm处光吸收值的改变、负染电子显微镜技术观察微管的组装（microtubule assembly assay）以及tau蛋白与紫杉酚催化生成的微管的结合（microtubule binding assay）能力而检测。异常磷酸化的毒性作用是：使tau蛋白上述生物学活性降低或丧失；AD P-tau除其本身丧失生物学活性外，还可与管蛋白竞争与正常tau结合或从已经形成的微管上夺取tau蛋白；AD P-tau还可结合高分子量的微管相关蛋白（high molecular weight-MAP，HMW-MAP）-1和-2，并从已形成的微管上夺取HMW-MAP，从而使微管解聚并最终崩溃。有趣的是：PHF-tau中的大部分异常磷酸化位点都存在于大鼠及人类胎脑tau蛋白分子中。然而，在胎脑中的tau虽然以过度磷酸化形式存在，但仍保持其完好的生物学活性和功能，这一特性与AD P-tau 和PHF-tau迥异，其机制尚不清楚。
Tau蛋白异常糖基化机制及其细胞毒性
糖基化（glycosylation）作用是指在特定糖基转移酶的作用下，将糖基以共价键（N-糖苷键或O-糖苷键）形式连接到蛋白质分子形成糖蛋白（glycoprotein）的过程。AD异常磷酸化的tau蛋白被异常糖基化修饰。异常修饰的糖基为：末端连接的甘露糖、唾液酸α-(2-3)糖苷键末端连接的半乳糖、β-半乳糖(1-3)-N-乙酰半乳糖胺和β-半乳糖(1-4)-N-乙酰半乳糖胺。这种修饰以N-糖苷键连接为主。
异常糖基化的可能机制 正常组织中蛋白质的糖基化作用是发生于内质网和高尔基体内的蛋白质合成过程的翻译中（如N-糖苷键）或翻译后（N-糖苷键和O-糖苷键）的修饰事件，而该过程中所涉及的糖基转移酶常以膜结合形式存在。tau蛋白存在于胞浆中，其糖基化修饰可能意味着某种类型的膜结构异常，从而使tau蛋白与糖基转移酶有相互接触的机会。在AD患者发现有膜脂和膜流动性异常支持了上
述假设。此外，已发现的三种与早老有关的蛋白质，PS-1和PS-2以及APP均为膜蛋白，前二者被认为只特异性地存在于家族性AD患者的粗面内质网和高尔基体。所以，探索tau蛋白的异常糖基化和膜蛋白（PS和APP）异常之间的关系，对阐明AD发病机制有重要意义。
异常糖基化的细胞毒性 将PHF-tau/NFT与糖苷酶在37℃保温30分钟，再进行负染电子显微镜检查，发现经糖苷酶处理的样品其螺旋结构消失，形成更加紧密，伸展束状的纤维丝结构，束状纤维丝中单个纤维丝的直径约为2.5±0.5nm。单纯去糖基化作用不能恢复tau蛋白的生物学活性，也不显著增加tau蛋白从PHF/NFT结构中的释放，然而，去糖基化后再用PP-2A处理可使PHF/NFT释放的游离tau蛋白量比单纯用PP-2A去磷酸化所释放的tau量显著增高。可见：（i）AD患者的脑损伤至少在体外是可以逆转的；（ii）tau蛋白的异常磷酸化在PHF/NFT的形成及稳定性维持中均起作用，而tau蛋白的糖基化作用则主要与PHF结构的稳定性，尤其是PHF结构中螺旋的周期性维持有关。糖基化作用可引起分子间的广泛交联（cross-linking），还可能引起―氧应激‖，―氧应激‖状态产生的氧自由基（oxygen free radicals）影响细胞的信息传递，并产生细胞毒性。
异常糖基化与磷酸化的关系 关于tau蛋白异常糖基化与异常磷酸化的相互关系尚未阐明。根据异常磷酸化的tau蛋白存在于缠结形成前期（pretangle）神经元，以及从AD患者脑中可分离出易溶型AD P-tau的事实，推测tau蛋白的异常磷酸化是PHF形成的早期事件。异常磷酸化tau蛋白的易自聚性（self aggregation）可能使其在受累神经元中形成一个―发源点‖， 加上过度磷酸化引起的细胞内醛糖磷酸基浓度增高，因而使tau蛋白容易发生糖基化。可见，tau蛋白的异常磷酸化可能促进其异常糖基化。进一步研究发现，tau的糖基化可促进其磷酸化，其机制是通过在底物水平加速tau的磷酸化或抑制tau的去磷酸化。
最近的研究显示：从尸检人脑中纯化的tau可见N-乙酰-O-糖基化（O-GlcNAcylation，O-GlcNAc）修饰的tau蛋白，提示O-GlcNAc可能参与调控tau的磷酸化。然而，在培养的成神经瘤kelly细胞中O-GlcNAc作用主要见于低度磷酸化的tau，而体外异常过度磷酸化的tau却无O-GlcNAc，提示tau的O-GlcNAc可能通过基团竞争机制抑制tau的磷酸化，即当tau的O-GlcNAc降低时，更易发生磷酸化。据此，
AD脑内葡萄糖的吸收及代谢障碍可能通过下调tau的O-GlcNAc导致tau的异常磷酸化和神经变性，这方面的研究部分解释了脑糖代谢障碍与AD的关系。
Tau蛋白基因异常及构象改变
tau蛋白基因突变包括tau基因编码区突变（如12外显子点突变）以及编码区错义突变（分别位于9、10、13外显子）。某些微管结合区保守残基的突变可影响tau蛋白与微管结合功能并使其更容易聚积，使患者脑中出现典型的AD样PHF/NFT病理改变。此外，在非编码区（如外显子10剪切位点）的突变可引起外显子10异常剪切，使患者脑内3R-tau和4R-tau组成比率改变。至今，尚未在AD患者发现tau基因的突变。对tau基因突变的研究主要来自于一种家族性神经退行性疾病，即17号染色体连锁遗传性额颖叶痴呆帕金森病(inherited frontotemporal dementia with Parkinsonism linked to chromosome-17，FTDP-17)。已从100多个FTDP-17家庭中鉴定出32种tau突变基因，包括编码区的错义突变、缺失突变、沉寂突变以及外显子10下游内含子剪切位点附近的内含子突变。其中约半数已知的突变在蛋白水平发挥主要作用，它们降低tau蛋白与微管的结合能力并促进tau聚积成异常细丝。其他突变在RNA水平发挥首要作用并干扰4R-tau和3R-tau比率，从而导致脑内4R-tau相对增加。Iqbal小组最近发现4R-tau比3R-tau更易被脑内的蛋白激酶磷酸化并聚积成细丝。在转基因小鼠，过度表达FTDP-17突变的tau可促进异常磷酸化PHF/SF（straight filaments）tau及NFT的形成。因此，FTDP-17家族tau突变一方面可能通过改变tau蛋白的构象使其成为脑内蛋白激酶的更好底物，而使tau蛋白更易发生异常磷酸化且在较低的磷酸化水平更易迅速的自我聚积。另一方面，由于PP-2A依赖结合于tau基因的串联重复序列发挥作用，而几种基因突变的tau蛋白则降低了与PP-2A结合的能力。因此，tau基因突变可能在神经变性及痴呆的发生发展中起重要作用。
Tau蛋白其他修饰及其对细胞的影响
Tau蛋白异常糖化 AD脑中tau蛋白被异常糖化（glycation）。糖化是指蛋白质分子自身的ε-NH3与细胞内糖类物质的醛基经氧化形成Shiff’s碱，再经分子内重
排而形成不溶性、抗酶解且不可逆的交联体—晚期糖化终产物（advanced glycation end products，AGE）的过程。tau蛋白分子中含赖氨酰残基约占其氨基酸总量的10%，所以富含ε-NH3，亦极易形成AGE。AGE的形成可能促进了PHF转变成NFT，导致神经细胞不可逆性损害。在体外将重组tau蛋白与葡萄糖一起保温，已经成功获得糖化的tau蛋白。
Tau蛋白异常泛素化 PHFII-tau被泛素化（ubiquitination），这种修饰不存在于C-tau及AD P-tau和PHFI-tau样品中。泛素是一个由76个氨基酸组成的多肽，通过其C-端甘氨酸与靶蛋白的-或-氨基结合。正常情况下，靶蛋白与泛素结合后通过泛素蛋白酶小体（proteasome）途径被降解。若泛素降解途径功能异常或被降解的蛋白质结构改变，与泛素结合的靶蛋白不能被降解清除，则在细胞中积聚形成包涵体（inclusion），导致细胞退变死亡。AD患者脑中泛素含量明显增高，并主要存在于PHFII/NFT中。PHFII-tau的泛素化修饰可能是机体试图对其进行水解清除的一种代偿反应。
Tau蛋白异常截断作用 tau蛋白的截断作用（truncation）是指tau蛋白N-端或C-端被酶切除而使其分子变短的过程。体外实验显示：截断后的tau蛋白容易形成二聚体，并失去其生物学活性，tau蛋白的截断作用还参与小脑颗粒细胞的凋亡过程。最近对AD病人尸检发现，tau的截断现象参于了AD脑内NFT的形成过程。而在体外实验中，tau蛋白的截断片段可促进神经细胞凋亡。
Tau蛋白异常硝基化 最近，在AD患者NFT和tau包涵体中发现异常的硝基的tau蛋白，提示tau的硝基化可能参与AD的病理过程。体外用强的氧化剂过氧亚硝酸盐（peroxynitrite，ONOO-）处理tau可导致3-硝基酪氨酸 （3-nitrotyrosine，3-NT）免疫反应性，并形成SDS和热稳定的寡聚体，此高规则聚集物以双酪氨酸键稳定，而且这种3-NT修饰的tau在AD脑内及脑脊液中异常增高。Tau含有5个酪氨酸位点，分别是Tyr18、Tyr29、Tyr197、Tyr310和Tyr394，体外使用过氧亚硝酸盐硝基化tau时，发生硝基化的酪氨酸位点主要是Tyr18和Tyr29，这些位点硝基化可抑制tau蛋白聚积，但在AD脑内tau的硝基化位点及性质尚不清楚。
Tau蛋白的多胺化 多胺化（polyamination）指在组织谷氨酰胺转移酶的作用下，蛋白酪氨酸位点的主胺和谷氨酰胺位点结合，从而导致不溶性和蛋白水解抗性
的高分子量复合物形成的反应。已有报道，体外及原位的组织谷氨酰胺转移酶均可使多胺与tau结合。多胺化不影响tau与微管结合的能力，但可降低tau被钙活化的中性蛋白水解酶Calpain降解的敏感性。从AD脑内分离的PHF对组织谷氨酰胺转移酶免疫反应阳性，表明该酶可能在PHF形成中起重要作用。体外实验证明，组织谷氨酰胺转移酶处理的重组人tau可形成丝状结构。
可见，tau蛋白以多种异常修饰参与AD的发病过程（图4）。因此积极干预tau的这些异常改变对AD以及其他神经原纤维变性疾病有重要的指导意义。 蛋白激酶/磷酸酯酶tau异常糖化其它蛋白质异常磷酸化tau异常磷酸化tau异常糖基化生物学活性微管破坏PHF结合正常tau 与正常HMW-MAP异常泛素化轴突运输障碍神经细胞退化tau聚积痴呆NFTtau硝基化、多胺化tau基因突变图4．痴呆发生的tau蛋白异常学说
PHF 双螺旋丝，NFT 神经原纤维缠结，HMW-MAP 高分子量微管相关蛋白
早老素与AD
早老素（presenilin，PS）包括PS-1（467个氨基酸）和PS-2（488个氨基酸），两者高度同源，均为含有10个疏水区的8次跨膜蛋白质，亲水的氨基端和羧基端位于细胞质中。PS参与细胞内钙信号途径的调节，如调节β-连环素（β-catenin）的稳定性、膜蛋白的运输和钙依赖性性凋亡等。约50％~80%家族性AD与PS-1和PS-2
基因突变有关，PS可能通过调节γ-分泌酶对APP切割以及通过Notch、Wnt信号转 导途径影响tau的磷酸化而在AD样病理过程中起作用。
PS与APP的代谢 含PS基因突变的家族性AD患者血浆Aβ浓度升高，并在脑中出现Aβ沉积，动物水平和细胞水平的实验也证实PS突变能促进Aβ的生成，并以Aβ1-42增高为主。APP与PS-1和PS-2共沉淀，与PS-1共沉淀的APPC99/C83片段恰好是γ分泌酶的作用底物。这些都提示PS可影响APP的代谢。其可能机制 如下：
PS作为γ分泌酶直接切割APP 在PS的第6和第7跨膜区上有两个保守的天冬氨酸位点，突变任一位点或者使用天冬氨酸蛋白酶抑制剂都会改变PS在两者间的环状结构而活性丧失，提示PS本身可能就是天冬氨酸依赖型的蛋白水解酶。当γ分泌酶的抑制剂L-486或CBAP 被用作特异的光和亲合标记时，细胞内PS可与其结合, 表明PS是γ分泌酶的主要成分。使用γ分泌酶的抑制剂可降低细胞内Aβ水平；Aβ的类似物可通过竞争γ分泌酶而减少Aβ的分泌，并提高C99，C8水平。
除APP外，PS还能对其他蛋白质进行膜内γ分泌酶样切割。Notch信息途径是后生动物门一条进化保守的信息途径，在个体生长发育过程中影响细胞分化、增殖及凋亡，决定细胞分化结局。目前认为Notch信息途径的基本过程是：Notch-1向细胞膜运输过程中，在高尔基体内被一种蛋白酶切割，产生两条裂解片段。裂解片段结合后在胞膜表面形成功能性受体。当配体与该受体结合时，Notch-1在其跨膜区域被含PS的γ分泌酶进一步裂解，释放出胞内域（Notch Intracellular Domain， NICD），并转位至胞核，调节靶基因的转录，参与胚胎的体节和骨骼的发育过程。Notch的结构与APP类似，也是一个大分子跨膜蛋白；并且，Notch受体被γ分泌酶裂解后释放NICD的过程类似于APP被γ分泌酶酶切产生Aβ的过程；在PS-1缺乏的细胞中，APP、Notch的裂解均显著减少；几种抑制APP分泌酶的抑制剂也同时抑制Notch的裂解，这些资料均显示PS-1是参与APP和Notch的酶切裂解过程发挥重要作用，而突变可能通过改变这些重要膜蛋白的裂解过程在AD神经元退行性变中起作用。最近的研究表明，除APP和Nortch外，Nectin-1-α、CD44、Nortch的配体Deltal和Jagged2也依赖于PS的γ分泌样切割，在使用γ分泌酶抑制剂或敲除PS基因时，这种γ分泌样切割作用被抑制。
PS通过影响转运过程而促进APP的代谢 PS另一备受重视的研究是其可能的细胞内转运功能。PS与已知的蛋白酶没有明显的序列同源性，但与囊泡转运蛋白Spe-4相似，并且PS可以到达细胞膜并将APP由细胞膜转运到内质网和囊泡丰富区。在PS-1基因敲除或含丧失功能的PS-1突变体的细胞表面，可见大量APP和N-乙酰胆碱受体聚集，提示PS除转运APP外，还参与其他蛋白质的转运。
最新研究发现，γ分泌酶是一个由PS、Nicastrin、APH-1和PEN-2组成的复合物，各蛋白质组分在复合物的形成中发挥不同的作用。PS是γ-分泌酶的活性中心，它首先被一种未知的PS酶切割成分子量为20kDa和30kDa左右的小片段，然后和其他蛋白质一起形成多聚体。Nicastrin是分子量约为130kDa的完整膜蛋白，一方面其成熟依赖于PS介导的由内质网到细胞膜的运输和糖基化，另一方面，它也增加了PS的稳定性，并作为结合底物的受体，参与酶切反应。APH-1是一30kDa的多次跨蛋白质，它增加PS在复合物中的稳定性并抑制γ-分泌酶活性。PEN-2则是一12kDa的发夹样跨膜蛋白质，被认为是PS酶而参与PS的切割和调节γ-分泌酶的活性。在功能方面，γ分泌酶复合物同时具有切割和转运双重作用，复合物先沿着分泌途径由内质网到达细胞表面，再将APP转运至内质网，在APP到Aβ的成熟及分泌的途径中，发挥γ-分泌酶样作用，从而促使Aβ生成增加。
PS对Tau异常磷酸化的影响 GSK-3β是Wnt信号途径中的一种蛋白激酶，同时也是一种重要的tau蛋白激酶。若Wnt表达减少参与AD的发病，则由此导致的GSK-3β活性增高可能是AD患者tau蛋白异常磷酸化的重要原因。研究表明：（1）PS-1可直接与GSK-3β相结合，与AD相关的PS-1突变可增加PS-1与GSK-3β的结合，并増加GSK-3β的活性。（2）PS-1与β-连环素（β-catenin）形成复合物可增加后者的稳定性，含PS-1突变的AD患者，β-连环素稳定性和含量均显著降低。由于β-连环素与tau都是GSK-3β的底物，β-连环素含量降低则可能导致更多的GSK-3β作用于tau蛋白，从而导致tau的异常过度磷酸化。（3）PS-1突变可改变胞内β-连环素的转运，从而影响tau的磷酸化。
PS与细胞凋亡 突变的PS通过破坏钙离子内稳态，使氧自由基增加，影响包括Akt/PKB和JAK激酶在内的信号转导途径而诱导细胞凋亡，使用抗氧化剂、钙离子抑制剂以及基因敲除技术都能在一定程度上对抗PS的促凋亡作用。突变PS还
可以通过影响未折叠蛋白质反应来促使细胞凋亡。PS突变后不能和增殖相关基因产物（PAG）结合而无法阻止PAG引起的细胞凋亡。
ApoE与AD
载脂蛋白E（Apolipopotein E，ApoE）是迄今所知的唯一与神经系统关系密切的载脂蛋白，由299个氨基酸残基组成，分子量为34-kDa。ApoE有3种亚型（ApoE2、ApoE3和ApoE4），分别由3种等位基因变异体（ε2、ε3和ε4）编码，不同亚型间的区别仅仅是一或二个氨基酸的不同， ApoE2的112和158位点的氨基酸分别为Cys和Cys，ApoE3为Cys和Arg，而ApoE4则为Arg和Arg。ApoE的二级结构由α螺旋、β片层、β转角和不规则结构组成，不规则结构将ApoE分子分成2个相对独立的区域：与脂质结合的氨基端及与LDL受体结合的羧基端。在中枢神经系统ApoE主要由星形胶质细胞产生，是最重要的脂质转运体，然而ApoE神经支持作用的认识几乎仍局限在脂质转运和利用方面。以周围神经损伤－再生过程为例，当神经元轴突被切断或严重压迫时，远端纤维呈现一系列典型的结构和功能变化，带有髓鞘的残余纤维崩解，鞘脂形成卵圆体，后成为富含胆固醇和磷脂的嗜苏丹小体。神经再生之初，损伤局部大量脂质聚集，间质中的巨噬细胞游走于损伤部位，合成和分泌ApoE，以捕捉脂质小体并储存于巨噬细胞中，其携带的脂质将用于轴索和髓鞘的再生。
成熟的中枢神经元作为高度特化的细胞不再具备分裂增殖能力，但是，一些特殊脑区神经纤维受损后，未受损神经元轴突可被诱导长出侧枝并分化为突触。如内嗅区皮质的损害使海马颗粒细胞层失去约60％的突触传入，但是这种突触丧失是暂时的，几天后，随着存活轴突长出分枝，新的突触开始形成，大约几个月后会完成替代过程。上述代偿性改变发生的时程，与ApoE表达的增加及LDL受体结合力的增高同步。进一步研究得知，海马合成ApoE的不是巨噬细胞而是星形胶质细胞，并且损伤区的游离胆固醇是借助胆固醇-ApoE-LDL受体复合物的形式完成其转运和再利用的。ApoE除了通过脂质代谢与神经系统发生联系外，还直接影响神经元突起的生长，但不同ApoE亚型的作用差别很大，如ApoE3促使神经突起延伸，同时分枝减少，ApoE4则使突起延伸和分枝均减少，ApoE的这种作用类似神经营养
因子。有人报道，随着鼠龄增加，纯合ApoE基因敲除小鼠的中枢神经元呈现明显的树突内细胞骨架崩解和突触丧失。可见，ApoE对于中枢神经元结构的维持和重建起着无可替代的作用。
ApoE基因多态性与AD
ApoE大量存在于AD患者的老年斑和NFT中，AD患者星形细胞ApoE表达量明显高于对照组，家族性AD与ApoE定位的第19q13号染色体连锁。从30个迟发性AD家族任选的83名AD病人中，ApoEε4等位基因频率明显高于91名年龄匹配对照者。ApoEε4在迟发家族性AD和散发性AD患者频率偏高。此外，下述几点进一步支持ApoEε4为AD的易患因子：（i）ApoEε4与AD之间存在剂量依赖效应：无ε4等位基因个体发生AD的风险为20％，有一个或两个ε4拷贝个体患病风险分别上升至40％和95％，同时发病年龄则由84岁提前至75岁和65岁。（ii）ApoE基因多态性分布的种族差异与其相应的AD发病率高低相吻合：有人曾对八个国家和地区的ApoE三种常见等位基因的频率分布与这些区域AD发病情况进行比较，发现随着ε4频率增高，年龄调整后的AD发病率相应升高，而ε2和ε3则缺乏这种关系。说明ApoEε4与AD之间的关系为AD遗传学上的共性。（iii）ApoEε4频率的升高对AD相对特异：已发现在中枢神经退行性病路易体病患者ε4频率增高，提示它与AD在发生机制上存在某种联系； 对血管性痴呆患者的ε4频率各家报道不一，可能与ε4也是动脉粥样硬化的易感因素，且AD 和血管性痴呆常合并发生有关。迄今，在海绵状脑病（Creulzfeldt-Jakob disease, CJD）、Down氏综合症、肌萎缩性侧索硬化症（Amyotrophic lateral sclerosis, ALS）、亨廷顿病（Huntington disease, HD）、帕金森病等中枢神经退行性疾病均未见ε4高频率。
在欧美长寿老人中ApoEε2的比例很高，几乎是成年人的两倍。结合AD患者ε2频率极低，提示ε2是一种保护因子，有人称它为长寿基因，这一发现从另一角度说明ApoE在AD发病中可能担任重要角色。
ApoE在AD神经变性中的作用
ApoE与老年斑 老年斑的核心成分是Aβ。尽管ApoE在老年斑形成过程中的
具体作用尚不清楚，但ApoE在病灶区大量存在，携带ε4等位基因的AD患者脑中有较高的Aβ负荷等现象均表明ApoE与老年斑之间关系密切。ApoEε4可与Aβ结合形成一种新的抗水解、抗变性的稳定复合物，这点可见于转基因鼠，如转APP基因鼠在敲除ApoE4后，刚果红显色的Aβ片层结构消失，而重新转入人ApoE4基因后则使该鼠产生明显的类似老年斑的结构。在ApoE4降解过程中，其氨基端187位发生断裂，羧基端13kDa的小片段与Aβ结合，抑制Aβ纤维形成，使Aβ形成毒性更强的低聚物。ApoE与Aβ结合并沉积的潜在病理作用有不同解释：一是认为Aβ有神经元毒性，ApoE与其结合对神经元起保护作用，但大量ApoEε4与Aβ结合则使该部位ApoE的总储备大大降低，造成上述保护作用的相对不足；第二种解释是ApoE的受体介导途径异常，有人认为ApoE 可与Aβ结合并使其以脂蛋白相似的受体介导方式进行代谢，因为 ApoE结合Aβ的位点即为其结合脂蛋白的部位，因此，无论是ApoEε4与Aβ结合异常或是ApoE总储备下降，均可影响Aβ的有效清除。有报道在AD患者活化的星形细胞或老年斑部位存在大量LDL受体相关蛋白（LRP），可能与ApoE 和Aβ代谢异常有关；还有一种推测是，ApoE与Aβ结合促进后者的沉积，多数老年斑的淀粉样核心可被抗Aβ1-42和抗Aβ1-40的抗体识别，Aβ1-40比Aβ1-42易溶，ApoEε4与Aβ的高亲和性促进了Aβ1-40的沉积。此外，不同ApoE亚型可能还对促使Aβ1-42向Aβ1-40转化的羧肽酶有不同影响。
ApoE与NFT ApoE与NFT也有一定关联。有人认为：促进NFT形成的因素是ApoEε3或ApoEε2的缺失而不是ApoEε4的存在。其可能机制为：ApoEε3或ε2与tau结合，将防止后者被过度磷酸化，相反，ApoEε4不与tau结合，裸露的tau易被过度磷酸化。ApoE与tau的结合位点是半胱氨酸残基。 ApoEε3和ε2的半胱氨酸含量均高于ApoEε4，而tau分子的微管结合区至少有一个半胱氨酸残基，它的存在使tau易于自发形成类似PHF的反向平行的双体结构，ApoEε3或ε2借助其自身的半胱氨酸残基与tau结合，从而阻止tau的自身聚积。也有研究发现，ApoE与tau蛋白的过度磷酸化有关，且促进了NFT的形成。在表达C末端切除的ApoE4(Δ272～299)的转基因小鼠脑内，过度磷酸化tau蛋白的单体和多聚体在脑内聚积，其水平是同龄同窝正常小鼠的6-11倍，表明C末端切除的ApoE4片段在体内能促进Tau的异常修饰和聚积；同时，用Gallyas银染法和AT8抗体标记法在大
脑皮质和海马神经元内还观察到了PHFs的聚积和胞浆细丝(直径为15～20nm)的形成。在大鼠神经组织中特异转染ApoE后，在海马等部位发现ApoE4而非ApoE3的水解片段以年龄依赖性方式促进tau蛋白的过度磷酸化和包含磷酸化tau蛋白的纤维丝状胞内小体的形成。细胞水平的实验还观察到，ApoE4(Δ272～299) 比ApoE3(Δ272～299)更容易促进NFT包含体类似物的形成。更为重要的是，在AD病人脑中也发现了这种C末端切除的ApoE4片段的聚积，并且与NFT共定位，说明C末端切除的ApoE4片段不仅可引起tau蛋白的过度磷酸化，还促使蛋白质的聚积并最终形成NFT。
ApoE、炎症与AD AD患者脑内大量存在的炎症细胞因子和蛋白质表明AD与炎症密切相关。研究表明，外源性ApoE3和ApoE4可籍受体途径阻止Aβ诱导的胶质细胞介导的炎症反应（ApoE与Aβ的克分子比为1∶30）。已在人神经母细胞瘤细胞核的提取物中确定了ApoE启动子区内的NF κB位点，而Aβ介导的ApoE启动子活性也受这一NF κB位点调节。此外，在小鼠和人ApoE启动子序列内还存在炎症反应转录因子IL 6、RE BP、MED1、STAT2以及STAT1的位点。位于ApoE启动子区内的转录因子位点，尤其是NF κB位点可能是潜在的治疗靶点，即通过调节增高的ApoE启动子活性有可能改善AD的炎症反应。
围绕ApoE中枢神经作用的突破性研究得益于ApoE基因敲除动物的应用。据报道，纯合子ApoE基因敲除小鼠的突触减少在早期并不明显，而超过12月龄时则呈进行性加剧。小鼠4-8月龄时，电镜下便可见树突膜结构的空泡样变和微管的损伤，说明ApoE是保持微管结构完整和稳定的必要因素。进一步的研究发现，ApoE敲除小鼠的tau蛋白与磷酸化依赖性抗体AT8、Alz50的反应性明显强于对照小鼠，而与非磷酸化依赖性抗体的反应结果则相反。若体外经磷酸酶处理后，上述两种tau对两类抗体的反应性趋于一致，提示ApoE的确与tau的异常磷酸化有关，而后者是PHF形成的关键环节。
ApoE在维持正常微管结构和功能中起重要作用，但迄今尚无确切证据证明神经元能自身合成ApoE。无论从AD患者还是认知功能正常的其它疾病患者活检所得到的脑神经元内，均有ApoE免疫活性物质的存在。一般认为星形细胞和小胶质细胞为中枢神经系统ApoE的主要来源，位于神经元中免疫反应阳性的ApoE很可
能是与其膜受体结合的，以及由此途径进入神经细胞内的ApoE。
ApoE受体与AD 迄今发现的脑内ApoE受体至少有三种，即极低密度脂蛋白受体（VLDL-R）、低密度脂蛋白受体（LDL-R）及低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）。VLDL-R和LDL-R位于星形细胞膜上，而LRP则分布于神经元和活化的星形细胞，介导ApoE依赖性神经突起的生长。随着ApoE在AD发病中作用研究的深入，ApoE受体基因成为AD新的候选基因。现有资料显示：LDL-R等位基因与AD无关；VLDL-R等位基因与AD是否相关尚有争议；对LRP基因多态性与散发性AD之间关系的初步研究发现：位于LRP基因上游的一段四核苷酸重复序列（TTTC）n在AD和正常人之间存在着明显差异，并且这种差异呈剂量依赖效应，LRP是存在于老年斑部位的主要蛋白质成分之一，APP770可通过与LRP结合进入细胞内，因此，ApoE和APP同为LRP的配体，换言之，LRP是与AD发病相关的两条代谢途径的交汇点，其分子结构的某种改变有可能通过影响含ApoE脂蛋白颗粒的细胞转运，使APP的摄取和分解代谢出现异常，导致大量Aβ的产生。
因此，ApoE是散发性AD目前明确的第一个遗传性易感因子。虽然现有的研究结果从不同侧面提示ApoE在AD发病中的重要作用，但是，ApoEε4本身并不是AD发病的必要因素，不是所有具有ε4等位基因的人都发病，同时AD病人并非均是ε4携带者，其它尚未明确的遗传和／或环境因素对ApoE与AD之间的关系起修饰作用，这些未知因素的逐一发现，将有助于完整地揭示ApoE对中枢神经系统的正常作用及其在AD病理过程中的参与机制。
AD的实验模型
一个完善的AD动物模型应同时表现AD样脑病理学改变和记忆障碍，然而，目前已建立的鼠模型均未达到这一要求。表1概述8种转基因AD模型鼠所表达的突变基因及其相关的病理表型。早期建立的AD模型鼠主要表达APP突变基因：如APP/V717F（PDAPP 鼠）和APP/K670NM671L（Tg2576鼠）。现已建立双重转基因鼠（如同时表达突变的APP和PS1或突变的APP和tau）和三重转基因鼠（突变的APP，PS1和tau）模型，A老年斑在这些模型鼠脑内开始出现的时间见表2。单纯敲除APP的小鼠不产生AD的神经病理改变，但同时敲除PS1和PS2的小鼠显示一些AD样病理改变。此
外，通过调节蛋白激酶和磷酸酯酶也可模拟AD样tau蛋白异常磷酸化、聚积和记忆障碍。下面简述AD动物模型的某些神经病理特征。 老年斑
Games等于1995建立的PDAPP鼠是最早的AD模型之一。这一模型所表达的APP/V717F是由血小板源性生长因子启动子驱动的，并主要在神经细胞内表达。杂合PDAPP鼠于6-9个月出现thioflavin-S阳性的A沉积和神经炎性斑。其它转基因鼠运用不同的启动子驱动APP的表达，这些启动子的共同特点是驱动APP在神经元的表达。所有建立的APP转基因鼠都会在大脑皮层和海马区出现弥散斑和神经炎斑，但其产生的早晚有明显差别。A在转基因鼠脑内的大量产生和积累，是逐渐形成老年斑的基础。越来越多的实验表明，A低聚体的大量积累可抑制海马的LTP，并损害小鼠的记忆。腹膜内注入抗-A抗体可逆转APP转基因小鼠记忆功能的缺失，此时，小鼠脑内的淀粉样斑块并没有减少；而对可溶性A中间产物的螯合清除可在短时间内使动物恢复物体识别能力。
神经原纤维缠结
尽管有些已建立的转基因鼠会产生神经原纤维缠结（NFT），但其形态并不完全类似于AD患者的NFT，主要差别是不形成PHF。在一些老龄的APP转基因鼠脑内，可检测到过度磷酸化的tau蛋白。其发生是在A老年斑形成之后，提示tau蛋白过度磷酸化可能是A沉积后的下游反应。尽管tau蛋白会被过度磷酸化，超微结构检查未发现这些过度磷酸化的tau蛋白在神经细胞内形成PHF，杂合PDAPP鼠甚至成长到20月龄还检测不到PHF结构。因此，APP转基因鼠脑内不会形成AD样NFT。有趣的是，表达突变的tau蛋白或同时表达tau，APP 和/或PS1的转基因鼠，可在新皮层和海马神经元内检测到过磷酸化tau的蛋白和NFT，但未能检测到典型的PHF。这些研究表明含突变APP, PS 和/或tau的小鼠随年龄不断增加而出现tau的异常磷酸化，但是否随年龄进一步发展成PHF，尚有待进一步研究。近期研究发现，在PS2 敲除基础上再敲除中枢的PS1，小鼠在9个月后在大脑皮层可见tau异常磷酸化和明显的皮层萎缩。完全敲除PS为何引起tau异常磷酸化的机理尚不清楚。
其他病理改变
胶质激活 老年斑周围常可见到胶质增生和营养不良性神经突，从而提示老年斑可能通过诱导免疫反应造成神经退行性变。APP转基因鼠皮层和海马的神经炎性斑也可激活小胶质细胞和星型胶质细胞。但是，在表达正常APP的模型鼠脑内，尽管老年斑并不形成，但也发现了星型胶质细胞被激活，提示胶质激活和炎症反应也许与神经炎性斑并不是直接相关。
胆碱能神经细胞损失 AD患者脑内可见大量的胆碱能神经细胞损失。这一现象在APP模型鼠的海马和皮层区得到重现。且胆碱能退变特异性地发生于神经炎性斑沉积的区域。例如，2岁龄的纯合PDAPP鼠扣带皮层出现大量A神经炎性斑，而扣带回胆碱酯酶的活性相应地明显降低。若纹状体沉积神经炎性斑较少，则纹状体酶的活性和胆碱能细胞的密度无显著降低。新皮层胆碱能神经末稍的退变看来先于A老年斑沉积。因为年轻的纯合PDAPP鼠胆碱能神经末稍较同年龄的对照组显著降低，而此时的老年斑很少出现。这一结论也被其它研究所证实，例如：PDAPP鼠行为学异常，突触传递缺失和皮层神经末稍标记物的丢失。这些发现提示，细胞外可溶性A，或许就是A低聚体，可造成胆碱能神经细胞的毒性。
病理检查发现，在成熟A老年斑附近含ChAT的胆碱能神经末稍明显曲张，其形态与PDAPP鼠和人AD组织的APP阳性神经炎性斑相似，这表明与A沉积相关的营养不良性神经突影响皮层胆碱能神经末稍。2岁龄纯合PDAPP鼠肿胀的胆碱能神经末稍是正常的2倍，且广泛分布于皮层和海马。胆碱能突触的形态异常也发现于APP突变鼠和APP和PS1双重突变鼠。同样地，肿胀的胆碱能神经末稍可以用抗ChAT, p75 NGF受体，乙酰胆碱传输小体和乙酰胆碱酯酶抗体来识别，这一肿胀可能与老年斑相关的胶质细胞脑源性神经生长因子的诱导有关。因为胆碱能突触传递与学习记忆关系密切。APP转基因鼠和PDAPP鼠胆碱能神经末稍的降低可能是其学习缺失的部分原因。PDAPP鼠严重的胆碱能病理与AD脑内胆碱能神经末稍密度和ChAT酶活性显著降低相似。
此外，基底前脑胆碱能神经元的退变也是AD的重要特征之一。但是，AD模型
鼠这些神经元并不退变。即便在衰老的纯合PDAPP鼠基底前脑的胆碱能神经元数目也无减少。2岁龄的纯合PDAPP鼠基底前脑的胆碱能神经元数目与2月龄的同类鼠近似。基底前脑胆碱能神经元胞体主要集中在内侧隔核，Broca斜带的垂直支和水平支，其纤维投射至扣带皮层和海马。这两个区域是AD模型鼠A老年斑主要集中 区域。杂合APP转基因鼠和APP/PS1转基因鼠的基底前脑胆碱能神经元数目不丢失。APP鼠基底前脑胆碱能神经元与AD病人的这一差异可能因为AD鼠的这一病理过程持续时间较AD病人显著缩短，也有可能是APP鼠的某些基因表达和蛋白活性可抵抗A神经毒性。另外，NFT对神经性退变的发生可能亦很重要。因此，观察表达神经原纤维缠结鼠的基底前脑胆碱能神经元数目有无改变将很有意义。
AD鼠胆碱能神经末稍的丢失而基底前脑的胆碱能神经元胞体无改变提示其神经病理首先发生于皮层和海马，继而扩散至皮层下区域。与年龄匹配的非转基因对照组比较，2岁龄的PDAPP鼠皮层胆碱能神经末稍的密度降低约65%，但是，投射至该区域的基底前脑胆碱能神经元胞体无改变。同样地，2岁龄的APP23突变鼠，其A水平较纯合PDAPP鼠低，其大脑皮层总的胆碱能神经纤维的长度降低约29%，但基底前脑的胆碱能神经元无丢失。
去甲肾上腺素能细胞丢失 AD患者蓝斑核的神经元显著减少。通常，蓝斑核的神经元选择性地投射至出现A病理的前脑区域。但是，到目前为止，同样的表型在APP转基因鼠尚无发现。比较2岁龄和2月龄的纯合PDAPP鼠，蓝斑核神经元嘴-尾分布相似。在一些出现NFT的转基因鼠，是否存在蓝斑核神经元的丢失还有待进一步研究。应指出的是，在AD转基因鼠出现的NFT，似乎并非对所有神经退变负责。因为，无NFT的APP转基因鼠，海马神经元同样出现丢失。另外，在Neimann-Pick C型病有神经退变和NFT的形成，但在此类模型鼠中，发生神经退变的同时未见缠结形成。AD的这一病变尚未显示在动物模型中。
神经发生减低 研究发现一些AD转基因鼠成年神经发生（neurogenesis）降低。APP鼠室管膜下区域神经发生降低，这一区域是嗅球神经元的来源，值得注意的是另外三种AD模型鼠海马颗粒下区域的神经发生也降低。这一区域是齿状回神经元的
来源。Tg2576鼠颗粒下区域的神经发生显示年龄相关性降低，1岁龄的PDAPP鼠海马的神经发生显著降低，颗粒细胞明显减少，海马体积减小，胆碱能纤维的传入减少，从而导致海马功能降低。恢复学习记忆的处理和降低A老年斑的神经病理是否可以改善海马的神经发生是一个有趣的问题。
海马和皮层萎缩 AD的一个重要指标之一就是海马的显著萎缩，这种萎缩是退行性变的结果。在AD模型鼠中，可见海马和皮层神经元出现中度凋亡。Calhoun等报道老龄APP23鼠出现中度皮层神经元凋亡，且神经元的减少与老年斑的密度有关。PS功能受损的模型鼠神经退变十分明显。在APP和PS1双突变鼠，海马CA1区呈显著退变，这一变化与年龄相关，且退变的神经元加速胞体内A聚积。这些资料提示神经病理的发生自细胞内A聚积至细胞外A沉积。但杂合18月龄PDAPP鼠，在无稠密的老年斑区域周围，皮层区神经元减少也可发生。这一现象可能与A低聚体在未形成老年斑前已可造成神经元凋亡有关。总之，所有这些动物模型鼠表明，神经元凋亡与A聚积相关。可是在PS条件性敲除鼠的脑内，尽管A不再产生，也出现与年龄相关的皮层萎缩和变薄。因此，A过多或过少可能都不利于海马和皮层神经元的存活。
总之，AD模型鼠在未来的研究和药物试验中的重要性不言而喻。不同的AD模型鼠还在建立中，找到能真正模拟AD的动物模型将是重大突破。
AD的研究趋势与未来治疗的策略
目前在临床上已有四种治疗AD的药物，其中Aricept, Exolon 和 Reminyl都是乙酰胆碱酯酶的抑制剂，可以提高患者脑内乙酰胆碱的水平。另一种FDA批准的药Memantine，则是NMDA受体的调控剂。所有这些药物，主要是用来改善早期AD患者的症状，并不是用于针对病因的根治。进一步阐明导致该病的机理，将是未来研究的主要趋势。未来的治疗也应基于针对病因的根治或预防。
找到能阻断老年斑的形成与积累或增加清除脑内老年斑的药物，是未来主要的治疗途径之一。这些药物也是在临床上进一步证明A假说所必不可少的。此外，针
对tau异常聚积的药物也是未来研究的主要方向之一。
针对A的药物
A假说认为：老年斑的形成与积累很可能是AD的主要病因。基于这一假说的药物研究，主要集中在降低A的生成，增加A的清除，或阻断A的聚合。
为有效降低A的生成，抑制-分泌酶和γ-分泌酶是关键，其抑制剂可减少A形成。在1999年，四个制药公司的研究组同时发表了-分泌酶的分子序列。筛选高效并能透过血脑屏障的-分泌酶小分子抑制剂是目前许多制药公司的主攻方向，但鉴于-分泌酶分子结构的特殊性，目前仍未找到此类能用于临床的药物。克隆γ-分泌酶远比期待的复杂。PS基因敲除鼠的鉴定实验和PS基因定点突变的研究， 分别表明PS本身可能就是γ-分泌酶。 但这一推测尚未得到酶切实验的直接证明。 另有许多实验提示，PS可能在细胞内发挥trafficking作用。当PS突变引起trafficking改变， A的生成也会受到影响。 最近，利用免疫共沉淀分离手段和在C.elegan的突变筛选实验，两个研究组分别报导γ-分泌酶的分子构成至少包括PS的四种跨膜蛋白。但究竟哪一个蛋白发挥酶切作用，仍有待进一步阐明。筛选高效并能透过血脑屏障的γ-分泌酶的抑制剂虽有一定的突破， 但因γ-分泌酶同时可以切除较多的重要底物，这些抑制剂已在临床试验中呈现明显的副作用。进一步降低或去除这类药物的副作用将是一重要课题。
用免疫方法来增加A的清除在动物和临床试验中展现了很好的效果。Dale Schenk领导的研究组用A1-42来免疫PDAPP转基因鼠，他们发现转基因鼠的老年斑的形成明显降低。另外，年轻PDAPP转基因鼠用A1-42免疫后，老年斑的发生被阻断。A免疫也可以降低Tg2576鼠淀粉样蛋白沉积。相似的结果也发现于用A1-42抗体免疫的动物。更重要的是，A抗体免疫AD鼠后，可降低其因老年斑引起的记忆缺失。可能的机理是从突触环境中去除了细胞外A低聚体的结果。直接使用A1-42的主动免疫方法被用于临床试验时，因造成6%受试者无菌性脑膜炎而被中止。尽管主动免疫方法有自身免疫性脑炎的缺陷，但该方法在动物实验中已经表明，增加A的清除可同时降低tau蛋白聚合引起的神经元细胞内的缠结。如果能去除自身免疫性脑病变的缺陷，应用主动免疫来治疗AD仍有希望。另外，直接应用抗A抗
体的被动免疫的试验也有大量的成功报导，该方法的临床试验还在进行中。
A倾向于自身聚合，而聚合物的长期累积是造成脑内的老年斑的主要因素。运用小分子来阻断A的聚合，也可能会是有效的治疗途径。 因此，筛选能阻断A聚合的药物， 也是许多生物制药公司的一个研究方向。目前已有一些小分子化合物能在体外实验中抑制A的聚合，因而已进入临床试验。另外，A聚合部分依赖于金属离子Cu2+和Zn2+。降低脑内金属离子Cu2+ 和Zn2+的浓度，有可能减少A聚合。抗生素clioquinol被发现可鳌合脑内金属离子Cu2+和Zn2+并因此降低游离金属离子的浓度。动物实验显示，APP转基因鼠经使用clioquinol后，A沉积明显减少。clioquinol 的临床试验正在进行之中。
此外，增加A降解也是行之有效的一个途径。胰岛素分解酶和neprilysin都已在动物实验中证明能降解A并减少老年斑的形成。增强这两种酶在脑内的活性，应当会延缓老年痴呆症的病程。最近，在APP转基因鼠实验中发现，动物有宽敞的居住环境并有充分的活动，neprilysin酶活性显著增加，因而减少脑内的老年斑的生成。
针对tau异常磷酸化的药物
存在于神经元内的NFT是由异常磷酸化的tau蛋白组成。神经细胞内的递质和突触蛋白质需要通过微管运送到突触部位，正常的tau蛋白参与微管组装和稳定突触传递机制。当tau蛋白被过度磷酸化并在细胞内聚积时，可抑制微管组装，破坏微管的稳定性，从而损伤轴突转运系统，结果导致突触丢失及逆行性退行性变性的发生。因此，抑制tau蛋白过度磷酸化和聚积的化合物有可能成为防治老年神经退行性病变的药物，而特定蛋白激酶的抑制剂可能成为这类药物的靶点。
GSK-3β抑制剂 GSK-3β在tau蛋白的异常磷酸化过程中起至关重要的作用。活化后的GSK-3β抗体染色NFT周围异常强，在细胞和整体水平过度激活或表达GSK-3β可诱导tau蛋白的过度磷酸化和聚积。一些公司在专利中已经公开了GSK-3β抑制剂的化学结构，但将其用于AD的治疗还处于基础科研阶段。
CDK5抑制剂 另一种防止tau蛋白异常过度磷酸化的药物靶点是CDK5。CDK5与P35结合后被活化，该复合物可以使tau蛋白迅速过度磷酸化而导致细胞出现不可逆性微管损坏，直至神经元死亡。由于CDK5在神经细胞中的功能尚不清
楚，因此抑制CDK5可能产生的不良反应尚有待研究。
目前，医药工业对tau蛋白的重视程度远不如Aβ，其原因之一是对tau蛋白及NFT的生化病理学的研究尚不够透彻。此外，有些科学家认为，在AD病程中tau蛋白的病变可能发生在Aβ下游。
总之，AD的病因研究在过去20年里有了显著的进步，尚不能证明A假说是AD的唯一病因。因此，进一步揭示AD的真正病因以及针对病因的药物治疗将是未来研究的主要趋势。
针对轴突转运功能的药物
神经轴突内的慢传输通路是运输神经递质等一系列神经细胞组分的主要途径。kinesin是蛋白转运的主要的运载体。最近，在kinesin轻链敲除小鼠的实验中，Goldstein等发现，神经轴突内的慢轴突转运功能受损。当将kinesin轻链敲除小鼠与APP转基因鼠杂交后，杂交鼠老年斑的形成明显降低，其机理之一可能涉及慢轴突转运通路受阻引起的A生成减少。关于这方面的研究将会受到瞻目。
针对胆固醇的药物
神经细胞内胆固醇水平的平衡会影响A生成，tau蛋白的过度磷酸化，胆碱能突触的形态和功能以及其他受体的代谢与表达。比如，乙酰辅酶A：胆固醇乙酰转移酶的抑制剂可同时降低胆固醇和A的生成。在长期使用降低胆固醇药物statins的人群中，AD发病率明显降低。用高胆固醇饮食喂养APP转基因鼠，发现A神经病理显著增加，而降低胆固醇的药物可减轻其神经病理。但是，最近的研究对statins用于雌性鼠提出疑问，因为lovastatin在降低雌性Tg2576鼠胆固醇水平的同时，可增加雌性鼠海马和皮层老年斑的数目。使用statins的临床试验，也未能降低AD发病率。
其他治疗策略
非激素抗炎药物的应用是治疗AD的另一途径。流行病学资料表明：长期应用非激素抗炎药可显著降低AD的发病率，减少患病风险达60-80%。通过非抗炎机制和降低小胶质的活性，布洛芬可显著降低Tg2576 鼠A老年斑和脑内A水平。不同的
非激素抗炎药物应用于APP鼠获得类似的有益效果。酶切反应表明，该类药物可改变γ-分泌酶的酶切点，并通过提高A1-38和A1-39的生成而降低A1-42的水平。
随着人口的老年化，AD的发病率有增无减。该病不仅危害病人的生活品质，也造成极大的社会负担。因此，有效预防和治疗AD是提高老年人生活质量的保证，并可同时减轻该病对老人化社会的压力。因此，对AD的研究已引起国人的重视。
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关 键 词
阿尔茨海默病, Alzheimer disease 神经元退行性变, Neurodegeneration 神经原纤维缠结, Neurofibrillary tangle (NFT) 老年斑, Senile plaque (SP) 记忆障碍, Memory deficit 痴呆, Dementia
淀粉样前体蛋白, Amyloid precursor protein (APP) 淀粉样肽, β-amyloid peptide (Aβ)
微管相关蛋白, Microtubule associated protein Tau蛋白, Tau protein 分泌酶, Secretase
异常过度磷酸化, Abnormal hyperphosphorylation 蛋白激酶, Protein kinase
蛋白磷酸酯酶, Protein phosphatase 异常糖基化, Abnormal glycosilation 早老素, presenilin
载脂蛋白E, Apolipopotein E
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