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受害者亦是媒介——突触损伤在阿尔茨海默病中的多重身份
歆语健康发布于 2023-04-13 17:01
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导 语


突触作为神经元间对话的最小单位,在正常脑生理活动中起基础媒介的关键作用,而其损伤变性则会导致各细胞的联系丧失。在阿尔茨海默病(AD)的人类和动物模型中,突触损伤均与认知能力下降密切相关,是AD的主要特征之一。

那么突触损伤在AD中究竟扮演什么角色?它与我们熟知的Aβ和tau蛋白又具有怎样的关联呢?


既往研究显示,可溶性形式的Aβ和tau对突触具有直接毒性,并作为 “种子”,通过突触进行“播种”至未受AD病理累及的区域,而上述传播还受神经胶质细胞(小胶质细胞和星形胶质细胞)影响。2022年12月于Nature Reviews Neurology期刊,就AD的突触相关发病机制、新疗法和生物标志物进行了总结和梳理。


 
可溶性(寡聚体)or
聚集体:Aβ和tau对突触的多重毒性


众所周知,聚集的Aβ和tau所组成的斑块、缠结是AD神经变性的直接表现。然而新近观点认为,神经原纤维缠结(即终末期聚集体)并不是tau毒性最强的结构形式;相反,tau寡聚体或诱发早期突触功能障碍、突触和神经元变性,并且具有更大的繁殖和播种倾向。

假说认为,Aβ和tau的可溶性低聚形式可作为“种子”,通过诸多途径,集中导致突触功能障碍与丧失(图1),具体机制包括:

· 与多种突触蛋白结合或相互作用,产生直接毒性,包括参与突触tau磷酸化、突触蛋白破坏、树突棘丢失等;

· 通过下游钙稳态失调诱导突触毒性(兴奋性毒性和细胞内钙过多对突触功能具有高度破坏性);

· 突触前末端错误折叠的tau蛋白致使突触小泡丢失、耗竭;

· 导致线粒体功能障碍(包括数量减少、结构破坏及线粒体向突触的运输破坏)和随后的自由基生成;

图1. Aβ和tau突触变性在阿尔茨海默病中的推测机制


APP,淀粉样前体蛋白;PrPC,朊蛋白C;mGluR5,代谢型谷氨酸受体 5;eEF2,真核延长因子2;NMDARs,N-甲基-d-天冬氨酸受体;CREB,cAMP 反应组件结合蛋白;LTD,长时程抑制;LTP,长时程增强

 

传播媒介:突触介导的Aβ和tau的扩散


Aβ和tau病理蛋白通过神经网络和突触传播在 AD 的不同大脑区域积累,并留下退化的突触和神经元的痕迹——该假说目前得到了动物试验观察结果的初步支持。
然而目前缺乏Aβ通过回路跨突触扩散的直接证据,潜在机制尚未达成共识,或与Aβ 诱导的突触过度活跃增加 Aβ 的神经元产生有关。
相比之下,更多研究支持tau通过皮质网络内部和之间的突触传播能力:tau 在大脑中的积累模式遵循突触连接的神经回路;且细胞培养研究表明,tau 病理学可以从一个细胞传播到另一个细胞,由此从包含病理学的细胞“播种”的 tau ,可以进入受体细胞并诱导天然 tau的招募、模板错误折叠和聚集。
 

关键角色:神经胶质细胞的“助纣为虐”


正常生理情况下,小胶质细胞和星型胶质细胞的功能之一,便是修剪大脑发育过程中的冗余突触;然而AD病理(即Aβ 和 tau)及补体系统、炎症细胞因子等多因素,致使功能性突触被异常吞噬(图2)。值得注意的是,AD病理蛋白可通过“标记”突触,使之成为神经胶质细胞清除的目标。基于此,抑制胶质细胞的突触清除,或可改善AD的认知功能障碍。



图2. 阿尔茨海默病中的三联突触和候选“吃我”信号

C1q,补体成分1q;C3,补体成分 3;MFGE,乳脂球表皮生长因子;CR3,补体受体 3;CSF1R,集落刺激因子 1 受体;TREM2,髓系细胞触发受体2;mGluR,代谢型谷氨酸受体

 

觅迹寻踪:突触相关AD生物标志物的探索


突触相关AD生物标志物的开发,目前以突触蛋白为主,其中,大部分研究集中在脑脊液中突触蛋白的检测以及结合突触前囊泡(SV2A)的PET示踪剂的使用:在多项研究中,突触前和突触后蛋白(包括SNAP25、突触受体素、突触素、RAB3A、GAP43 和 AMPA 受体亚基)在 AD 个体的脑脊液水平高于认知正常组对照,是潜在的成像生物标志物(图3);而若未来研究表明,SV2A PET配体在AD个体纵向研究中能准确反映突触丢失,SV2A PET则将成为临床试验中评估治疗保护突触和认知能力的有力工具。



图3. 阿尔茨海默病中的突触生物标志物

CSF,脑脊液;NPs,神经元正五聚体蛋白;SV2A,突触囊泡糖蛋白 2A;GAP43,生长关联蛋白43;SNAP25,突触体相关蛋白25;AMPA-R,α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体

 

道阻且长:突触相关靶点探索仍受限


由于已知哺乳动物中枢神经系统的再生能力差,突触功能障碍和丧失可能是比神经元丢失本身更好的治疗靶点。新疗法可以直接作用于突触,或诱导突触健康的自主调节机制,以间接作用于突触。
传统的AD药物(乙酰胆碱或 NMDA 受体)均靶向突触受体,但疗效局限;正在进行的 AD 治疗临床试验中,突触完整性测量已被作为探索性终点;然而目前为止,超过99%在小鼠研究中可治疗AD的药物,均未能转化未人体临床试验中的有效疗法,使AD领域陷入了可重复性危机。


总 结

如果说Aβ和tau病理蛋白是AD的关键破坏因子,突触损伤可以说是AD发生和发展的受害者兼媒介。正因如此,虽然在动物试验与临床研究之间仍存在巨大的鸿沟,尤其近年来在药物研发方面进展并不明显,突损伤相关的标志物与治疗靶点仍值得深入研究——SV2A PET为AD早期诊断增添可能,而突触相关靶向疗法,或降低有毒蛋白质聚集体的水平并减缓进行性突触变性,尤其对于临床前和前驱阶段。这与目前AD早期诊疗的发展方向是一致的。


参考文献:

1. Tzioras M, et al. Synaptic degeneration in Alzheimer disease. Nat Rev Neurol . 2023 Jan;19(1):19-38.

2. Peng L, et al. Mol Psychiatry. The synapse as a treatment avenue for Alzheimer's Disease.2022 Jul;27(7):2940-2949.

作者:歆语健康
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