文章来源：中华神经科杂志,2019,52(3): 226-231
作者：刘华乙 张韬韬 谷涓华 曾跃勤
摘要
阿尔茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）是一种主要表现为伴随进行性记忆丧失的认知功能障碍和行为障碍的神经退行性疾病，目前还未发现能够治愈AD的有效方法或药物。近年来研究发现p75神经营养因子受体（p75NTR）在AD的发病过程中起重要作用，而p75NTR的胞外域（p75ECD）具有神经保护作用，能减缓AD的病理进程，成为AD防治中一个潜在的具有前景的研究靶点。本文综述了近年来关于p75ECD在AD防治中的相关研究，以便研究者掌握目前研究进展，为开发新的治疗阿尔茨海默病的方法和药物提供参考和依据。
阿尔茨海默病（AD）是65岁以上人群痴呆的最常见形式，其主要病理特征是脑内β-淀粉样蛋白（Aβ）在细胞外聚集沉积形成老年斑和tau蛋白过度磷酸化在神经细胞内形成神经纤维缠结（NFTs）[1,2]，以及胆碱能神经元丢失和神经突缺失[3]等。AD的主要临床症状为进行性记忆缺失等认知功能障碍和行为障碍。目前中国AD患者已逾600万，居世界首位，美国每66秒就有1人发生AD，预计到2050年每33秒会有1例AD新发病例，这将给社会和家庭带来严重的经济负担[4,5]，已经受到社会的广泛关注。然而目前仍没有有效的治疗手段能够治愈AD。在AD发病机制的假说中，Aβ沉积机制一直是研究的重要方向，而p75神经营养因子受体（p75NTR）作为Aβ的受体，参与调控Aβ的产生、沉积和神经毒性作用，p75NTR胞内段没有酶活性[6]，脱落的胞外段对Aβ的代谢和清除具有结构域效应，能够抑制Aβ的聚集、沉积，从而发挥神经保护作用。因此，p75NTR的胞外段（p75ECD）成为AD防治研究中一个新的靶点。
一、p75NTR的结构和p75ECD的产生
p75NTR是肿瘤坏死因子受体超家族的成员之一，是一种低亲和力的神经营养因子受体（NTR），是脑源性神经营养因子（BDNF）、神经生长因子（NGF）、神经营养因子-3（NT-3）和NT-4等的受体，与高亲和力的神经营养因子受体Trk不同的是，p75NTR与所有的神经营养因子的结合都具有相似的亲和力[7]，通过以相似的亲和力与不同的神经营养因子结合介导不同的功能效应[8,9]。p75NTR基因位于17q12-17q22，由NGFR编码，相对分子质量为75 000，包括10个外显子和9个内含子，属于Ⅰ型跨膜受体蛋白，其结构包括信号肽、有4个富含半胱氨酸重复序列区（CRDs）的胞外结构域（ECD）、疏水的跨膜区和富含碱性氨基酸的胞内结构域（ICD），其中胞外域有4个配体结合部位，第2和第4结合区域为Aβ特异性结合区域[8]，第3和第4结合区域为神经营养因子结合部位[10]。在代谢过程中p75NTR可被金属蛋白酶和肿瘤坏死因子α转化酶（TACE）切割产生负责与神经营养因子结合的可溶性胞外段p75ECD，经γ-分泌酶水解产生无内源酶活性的胞内段，胞内段具有约含80个氨基酸的死亡结构域[6,11]（图1）。p75NTR的表达与年龄相关，成年期p75NTR的表达限于基底前脑胆碱能神经元等特定部位，损伤或病理应激会诱导p75NTR表达增加，并可在受累神经元区域表达[12,13,14]。p75NTR能够通过结合不同的配体而激活不同的神经传导通路，发挥不同的神经调控作用。p75NTR不仅能够与NGF、BNDF和NT-3及其前体相互作用介导神经元的存活和凋亡，还能够通过与Aβ结合来调节Aβ诱导的胆碱能神经元变性，而p75ECD通过半胱氨酸富集区CRDs与Aβ结合来抑制Aβ的聚集并促进已发生纤维化的Aβ溶解，从而抑制Aβ产生和沉积、减缓老年斑的形成，达到延缓AD病理进展的效果[6, 8]。p75ECD能够抑制Aβ的聚集和沉积，在Aβ的水解和清除过程中发挥重要作用[15]。因此，p75ECD可能是AD治疗的一个潜在靶点，能够为AD治疗药物研究提供新的机遇。
图1 p75神经营养因子受体（p75NTR）结构及信号通路
二、AD中的Aβ
Aβ是机体的正常代谢产物，由淀粉样前体蛋白（APP）经α-分泌酶、β-分泌酶、γ-分泌酶切割而成，其中β-分泌酶和γ-分泌酶通过直接切割APP产生Aβ。Aβ由39~40个氨基酸组成，正常情况下Aβ的产生和清除处于动态平衡，但在AD患者脑内Aβ过度产生、聚集和沉积，在新皮质、海马、血管壁等区域参与老年斑的形成[10]，其中Aβ40和Aβ42是构成老年斑的核心成分[16,17,18,19]。Aβ过度产生、异常聚集和沉积被认为是触发AD病理级联反应的首要因素[20]，能够促进AD患者脑内tau蛋白过度磷酸化、氧化应激、胶质细胞活化和神经炎性反应，进一步加重AD病理改变，但是Aβ参与这些病理进程的具体机制尚不明确。在AD患者中，仅有约5%的患者为家族性AD，发病与APP基因突变导致的Aβ过度产生有关；而约95%的患者为散发性AD，发病与Aβ异常聚集和沉积及载脂蛋白E4的多态性相关[15]。可溶性Aβ在AD进程中有神经毒性作用，其中Aβ寡聚物毒性最强，能介导神经元死亡、神经突变性和突触传递功能障碍等病理改变[21]。Aβ还能与神经元外泌体结合，一方面能够实现Aβ在脑内扩散和诱导星形胶质细胞凋亡；另一方面外泌体参与Aβ的运输和清除，从而减弱Aβ的毒性作用[22]。通过清除Aβ从而减少Aβ的聚集和沉积、减弱对胶质细胞增生和氧化应激等过程的激活，实现对AD的防治是目前研究的一个重要方向。此外，通过外周中Aβ的清除来间接减少脑内Aβ的沉积和聚集也成为AD防治中一个有意义的研究方向。
三、p75NTR与Aβ在AD病理过程中的相互作用
p75NTR参与AD病理进展中Aβ的生成、聚集和沉积，介导Aβ的神经毒性，是Aβ中枢清除机制中的重要调控分子。此外，p75NTR根据与之结合的配体不同在Aβ的代谢过程中发挥不同的作用，根据共受体不同或与之结合的配体功能不同而激发不同的信号传导级联，使信号传导和功能效应表现出复杂化[23]。近年来，p75NTR在Aβ介导的AD病理改变中的作用得到了进一步验证。p75NTR主要在大脑皮质胆碱能神经元区域表达，而Aβ聚集、沉积形成的老年斑也主要集中于大脑皮质和海马区域[24]，二者定位具有一致性。研究发现p75NTR阳性神经突位于老年斑的中央，而p75NTR阴性神经突位于Aβ斑块的外侧区域[14]，提示p75NTR与Aβ之间的相关性。有研究证实p75NTR缺失时Aβ1-42的神经毒性会被减弱，在缺失p75NTR的海马神经元中Aβ1-42不能引起神经元凋亡[25]，从而明确p75NTR参与了Aβ介导的神经毒性作用和神经元凋亡。
p75NTR作为神经营养因子的低亲和力受体能够参与调节细胞存活、神经元变性和细胞凋亡等过程，是AD中参与神经元死亡和存活的关键因素[26]，同时还能激活至少3条信号通路（图1），参与神经元的生长、凋亡和突触可塑性的调节，甚至能够影响神经元细胞周期再入[10]。Aβ与p75NTR结合能够激活下游信号分子，包括核因子-κB（NF-κB）、c-Jun氨基末端蛋白激酶（JNK）、神经酰胺、磷酸肌醇-3激酶（PI-3K）和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶等，根据激活的信号通路的不同导致神经元凋亡或存活的不同效应[23]。p75NTR与NGF的结合能够启动IKK（I-κB kinases）和ERK激活NF-κB，诱导神经元的分化、促进神经元存活；在去除NGF后，p75NTR能够使JNK-p53-Bax凋亡通路激活，涉及JNK的磷酸化、p53及caspase-3，6，9激活、Bax线粒体易位，促进细胞凋亡、参与应激和炎性反应；此外NT与p75NTR结合促使神经鞘磷脂水解释放神经酰胺，激活JNK，根据神经酰胺的浓度不同会产生促进细胞增殖和凋亡两种不同的效应[27,28,29]。同时，p75NTR在AD患者的受累神经元中高度表达，通过与促神经营养因子结合参与神经元变性和细胞死亡[30]。
虽然p75NTR参与Aβ的代谢，但是Aβ与p75NTR之间的作用并非是单向的，而是相互的。在AD早期，还未大量沉积的Aβ能够促进p75NTR的表达；随着病程进展，p75NTR逐渐增多，使Aβ水平上调、增加Aβ的沉积，两者相互作用最终形成一个恶性循环，诱导神经元凋亡，加重AD病理改变[8,24]。也有研究指出，一定条件下Aβ能够激活p75NTR促进神经元的存活[31]。而从p75NTR脱落的胞外域p75ECD却具有神经保护作用，能够通过与游离Aβ结合来抑制脑内Aβ的聚集并减少Aβ的沉积，或是通过阻断p75NTR与配体的相互作用来阻断Aβ的神经毒性作用[32]。
此外，p75NTR和Aβ还能通过相互作用参与AD其他病理特征的形成。tau蛋白过度磷酸化聚集形成NFTs是AD另一重要病理特征，能引起轴突变性和神经元死亡，是造成记忆丧失和认知障碍的关键原因[33]，而Aβ和p75NTR被认为是这一过程的重要参与者。Aβ和tau蛋白有相互作用，tau蛋白参与介导Aβ的毒性作用，而Aβ能够抑制蛋白激酶C和PI3K途径进而激活糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）导致tau蛋白的过度磷酸化和聚集[34]，二者产生协同作用会增强毒性作用[35]，加剧AD的病理改变。胡祥友等[36]发现在AD患者海马CA1和CA2区p75NTR和过度磷酸化tau蛋白共存，p75NTR产生死亡信号，参与NFTs的形成。Yang等[37]的实验证明，p75NTR小分子非肽配体能够阻断p75NTR信号，抑制GSK-3β的激活和Aβ诱导的tau蛋白过度磷酸化；最近的研究也显示proNGF通过p75NTR影响GSK-3β途径诱导tau蛋白过度磷酸化[38]。由此可见，p75NTR和Aβ在tau蛋白过度磷酸化过程发挥重要作用。
四、p75ECD在AD病理中的作用
p75ECD是从p75NTR脱落的可溶性片段，此过程有金属蛋白酶、TACE、γ-分泌酶的参与，能够在很多方面产生重要作用[39]。p75ECD具有4个富集半胱氨酸的区域CRDs，p75ECD通过这些区域与NGF、pro-NGF和Aβ等配体结合，抑制Aβ和pro-NGF的致凋亡作用、减缓老年斑的形成、减弱tau蛋白过度磷酸化[40]，在AD病理生理进程中产生与p75NTR相反的作用[24]。p75ECD最先是在轴突切除术后的施万细胞中被发现的[41]，后来的研究发现在神经损伤或病理状态p75ECD的脱落能被进行性调节并增加，可在脑脊液、尿液、血液和羊水等多种生物样品中被检测[39]，Yao等[12]的实验证实p75ECD能够发挥针对Aβ神经毒性的保护作用，抑制Aβ介导的神经元凋亡，延缓AD病程的进展。
Wang等[14]对AD小鼠进行p75ECD和人IgG的Fc段的重组蛋白p75ECD-Fc海马内注射，发现p75ECD能够抑制Aβ的聚集和纤维化并且能促进已经发生纤维化的Aβ解聚，具有加强脑内Aβ清除的潜能。p75ECD由于带有较多负电荷，可能通过结合或隔离Aβ加工的底物来阻止Aβ的聚集，也有可能通过与p75NTR竞争性结合可溶性Aβ以减少其聚集和沉积。总之，p75ECD在减少体内Aβ的聚集和沉积、减缓老年斑形成方面发挥关键作用[14,39]。同时，p75ECD也能减弱可溶性Aβ和Aβ寡聚体对神经元的神经毒性作用[15]。在随后的研究中[42]，通过对比AD患者、帕金森病患者、急性缺血性卒中患者和正常老年组患者的脑脊液和血清中p75ECD浓度水平等指标并进一步探索p75ECD对认知功能的影响，研究者发现AD患者血清中p75ECD水平升高，而脑脊液中p75ECD水平降低，这可能是由于AD患者血浆中TACE活性增高，而脑内由于Aβ的聚集使TACE活性降低，从而影响血清和脑脊液中p75ECD从p75NTR上脱落，造成血清和脑脊液中p75ECD水平差异；同时试验也证实脑脊液和血清中p75ECD水平与AD患者认知功能损伤有关。脑脊液和血清中p75ECD水平检测能够作为AD诊断的新的生物学指标。
因为腺相关病毒（AAV）可以作为载体整合外源性蛋白基因，转导进入神经细胞并表达相应的蛋白[43]，因此在p75ECD后续的体内实验研究中使用的较多。p75ECD主要通过抑制剪切酶BACE1水平上调和促进脑内Aβ流向外周，实现对脑内Aβ水平的控制。前期的实验证明重组p75ECD-Fc能够抑制Aβ的聚集。因此，以AAV8为载体构建AAV-ECD-Fc将重组的融合基因p75ECD通过侧脑室注射递送到脑内，成为研究p75ECD在Aβ中枢清除机制中的作用的一种途径。研究进一步证明p75NTR在Aβ诱导的BACE水平上调和AD发病机制中的关键作用，而p75ECD-Fc能阻断Aβ和BACE1之间的恶性循环，同时能防止Aβ诱导的神经元凋亡和神经突变性的发生，减弱或逆转Aβ异常聚集引起的tau蛋白过度磷酸化、神经炎症等一系列AD样病理改变。该研究的成果更有力地说明p75ECD能作为一种神经保护因子，能够减弱Aβ诱导的神经毒性对神经元的作用、抑制BACE1的上调[12]。此外，通过p75ECD侧脑室注射发现AD小鼠学习行为及记忆能力得到改善，并且能阻断内源性p75NTR的激活，从而证实p75ECD对AD症状的改善具有重要意义[44,45]。近年有研究发现敲除pR5小鼠p75ECD能减弱tau蛋白在丝氨酸和苏氨酸特定位点的过度磷酸化和细胞凋亡[40]，用可溶性p75ECD-Fc处理P301L转基因小鼠能够拮抗p75NTR的神经毒性作用，抑制小鼠AD病理改变并改善记忆行为[38]，再次证实p75ECD在AD防治中的重要作用。
虽然颅内注射p75ECD被证明能帮助恢复脑内p75ECD水平而改善AD进展，因此成为AD治疗的潜在策略，但是颅内注射具有侵入性，风险较高，需要探索更安全的方法。研究证明Aβ能够从脑内排出进入外周并被清除，Aβ外周清除对维持脑内Aβ水平稳定具有重要意义[46,47]。在Wang等[48]的研究中，他们通过肌内注射AAV-ECD-Fc从外周"间接"清除脑内Aβ，发现外周p75ECD能够与游离Aβ结合，降低外周Aβ浓度，促使脑内Aβ外排，外周p75ECD的长期表达能降低外周和脑内Aβ水平。此外，实验结果表明p75ECD肌内注射也能够实现p75ECD脑内注射抑制Aβ沉积、减弱或逆转AD样病理改变和改善人淀粉样前体蛋白/早老素-1基因双转基因小鼠模型的AD样症状。因此，p75ECD外周注射可能成为AD防治的更安全的潜在策略。
五、结语
Aβ是AD发病的重要触发因素，能与p75NTR结合，激活一系列细胞内信号通路，触发AD病理病变，进一步加重AD症状。然而p75ECD作为p75NTR经切割后脱落的胞外域，在AD进程中却发挥着与p75NTR不同的作用：能够作为神经保护因子，延缓AD的病理进展。因此，p75ECD成为AD防治中具有希望的治疗靶点。但是未来我们需要探索更安全更特异的p75ECD治疗策略，为AD患者带来福音。
参考文献略