糖皮质激素相关信号通路在阿尔茨海默病发生、发展中的作用及其研究进展

程佳婷1 孙岐瑞1 孙建良1,2

1温州医科大学第二临床医学院麻醉与围术期医学科，温州 325035； 2浙江大学医学院附属杭州市第一人民医院麻醉科，杭州 310006

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(11):1223-1227.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20220314-00686

 基金项目 

浙江省自然科学基金（LY21H090005）；2020‑2024年建设周期杭州市医学重点培育学科（麻醉与疼痛医学OO20200484）；浙江大学医学院附属杭州市第一人民医院2019年度临床科学研究联合预研基金（YYJJ2019Z03）

REVIEW ARTICLES

【综述】

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，AD有几种表现形式，主要有已知特定基因突变的家族型（占AD病例的5%以下）和散发型（占AD病例的95%以上），但其发病机制目前尚未明了。AD的病理表现为突触和神经元的丢失、认知功能的进行性损害以及大脑中老年斑［β‑淀粉样蛋白（amyloid β‑protein, Aβ）堆积］和神经纤维缠结（nerve fiber tangles, NFT）的出现。斑块是主要由Aβ多肽组成的不溶性细胞外聚集物，而NFT是由细胞内微管稳定蛋白Tau蛋白的过度和异常磷酸化引起的。本文就糖皮质激素（corticosteroids, GC）介导的多种信号通路在AD发生、发展中的作用及其可能机制进行综述，旨在为以AD为代表的认知功能障碍的研究提供参考。

1 GC在AD发生、发展中的作用     

GC是一种能自由通过血脑屏障并与高亲和力盐皮质激素受体（mineralocorticoid receptor, MR）和低亲和力糖皮质激素受体（corticosteroids receptor, GR）结合的类固醇激素。GR是一个由受体多肽、热休克蛋白90二聚体、p23分子和TPR蛋白组成的多聚复合体。GR涉及应激反应，对下丘脑‑垂体‑肾上腺轴（hypothalamic‑pituitary‑adrenal axis, HPA）的活动产生负反馈，也是保证许多重要中枢神经系统功能的基础。有研究证实，在AD患者中，心理症状和认知缺陷与HPA的早期失调有关，HPA失调进而导致血浆和脑脊液中GC水平升高。GC水平异常升高可影响海马突触的结构及功能，从而导致认知、记忆功能减退。GC的生物活性主要通过GR来发挥作用。GR在中枢神经系统尤其是海马组织中高表达，其对维持HPA的基础活性和神经元的正常功能非常重要。GC过度分泌严重影响海马突触的结构、功能和可塑性。反复应激可导致海马CA3区树突萎缩，急性和慢性应激均可抑制齿状回神经元的神经发生。这种突触可塑性的丧失是AD发病机制的核心，可能是导致患者认知功能下降的原因之一，从而在压力、压力相关障碍、GC和AD之间建立联系。皮质醇增多症也被认为与AD的病理生理有关。AD患者脑脊液中的皮质醇水平升高，对GC（地塞米松）反馈不敏感，促肾上腺皮质激素对促肾上腺皮质激素释放激素反应下调。在大脑发育和成熟阶段，大脑中高亲和力MR表达升高，并导致皮质酮处于较低水平，从而有利于突触长时程增强形成并增强学习、记忆功能。在AD发生、发展进程中皮质酮水平上升，结合并饱和MR，从而导致过多的皮质酮结合并激活GR（GR从细胞质转移到细胞核）。激活的GR可通过对下游多个基因的调控影响学习与认知，参与AD的进程。选择性GR调节剂可重建海马突触标记物水平，逆转海马凋亡过程和神经炎症，重建或恢复GC的基础血浆水平和良好的认知功能。长期来看，增加GC暴露可能加速各种损伤引起的神经元损伤。即使GC水平适度增加，也可能导致神经退行性变过程中易受伤害的靶细胞发生细胞损伤，包括AD相关的神经毒性。AD中的淀粉样蛋白毒性也可能是由中枢GR的氧化还原失活介导。

2 参与AD发生、发展的GC相关信号通路

2.1　Rab35/囊泡转运分类内涵体（Rab35/endosomal sorting complex required for transport, Rab35/ESCRT）

ESCRT通路由4个复合物（ESCRT‑0，ESCRT‑Ⅰ，ESCRT‑Ⅱ和ESCRT‑Ⅲ）及一些附属组件组成，它们的招募顺序和功能目前已通过遗传和生物化学方法阐明。ESCRT‑0由子单位肝细胞生长因子调节酪氨酸激酶底物（hepatocyte growth factor‑regulated tyrosine kinase substrate, Hrs）和信号转导衔接蛋白组成。研究发现，GC通过降低Rab35水平抑制Tau蛋白降解。Rab35/ESCRT通路对清除Tau蛋白至关重要，也是GC导致部分脑组织病理生理改变的机制。既往研究认为，Tau蛋白的降解通过两种不同的机制诱导，即泛素‑蛋白酶体系统和自噬‑溶酶体途径。但目前认为第三种降解途径即内溶酶体系统出现的功能障碍，也与AD和其他表现出Tau蛋白积累的神经退行性疾病有关。该途径中Rab35是通过招募初始ESCRT组件（Hrs）介导Tau蛋白清除，该组件识别并将泛素化的Tau蛋白分解为早期的核内体，并打包成多囊泡体。GC通过抑制Rab35的转录进而减少Tau蛋白分解进入多囊泡体，继而减少被溶酶体降解，导致Tau蛋白的积累和相关的神经元萎缩，进而促使AD的发生。

2.2　糖原合成酶激酶（glycogen synthase kinase, GSK）3β信号通路

GSK3β是一种磷酸化多种底物的丝氨酸和苏氨酸位点的激酶，被认为是通过磷酸化调节糖原合成酶活性的关键激酶之一。已知GSK3β在AD患者大脑中异常活跃，并通过不同的机制促进AD病理生理过程。在体外和体内的AD模型中，已证实该激酶的失调已影响到Aβ、Tau蛋白的代谢和神经毒性。研究证实，GSK3β是与AD相关的有害炎症机制的中心介导分子。由于淀粉样肽前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）和早老素‑1均为GSK3β底物，因而APP的切割和早老素‑1功能受到GSK3β活性升高的影响，导致AD患者脑内Aβ的产生和随后的沉积。此外，GSK3β参与AD患者脑内斑块的形成也与β‑分泌酶1过度激活有关，GSK3β的过激活或过表达促进了β‑分泌酶1酶切APP。GSK3β活性增高还可以通过破坏胰岛素信号通路诱导Aβ生成，使得Aβ含量或表达与GSK3β水平呈正相关。胰岛素降解酶蛋白作为Aβ降解的主要参与者，也被证实与GSK3β水平呈负相关。有研究发现，GC能增加GSK3β的活性，而Tau蛋白中有相当数量的氨基酸残基受GSK3β磷酸化的影响，使Tau蛋白过度磷酸化。由过度磷酸化Tau蛋白组成的NFT是AD的主要临床特征，这是年龄相关性痴呆的最常见形式。GSK3β介导的Tau蛋白磷酸化可能是糖尿病神经病变和AD共同的病理机制。NFT由成对螺旋丝（paired helical filament, PHF）组成。PHF由过度磷酸化的Tau蛋白组成，由于微管和神经丝在富含PHF的神经元细胞质中缺失，所以PHF似乎是分解后的神经元细胞骨架的残留物。AD中Tau蛋白的过度磷酸化可能导致神经元细胞骨架破坏，这也是导致神经退行性变的关键。有研究表明，GSK3α和GSK3β是诱导AD中PHF形成的良好候选激酶，提示GSK3β的调控异常可能是AD的致病机制。一些研究发现，Aβ和GSK3β激活某些信号通路中的反馈环路并相互作用，这些相互作用可能最终导致Tau蛋白过磷酸化。此外，Aβ通过结合卷曲蛋白半胱氨酸富含区域，或接近Wnt结合位点来抑制典型Wnt通路的正常活性，一方面阻止Wnt抑制GSK3β，另一方面可直接激活GSK3β，从而促进Tau蛋白磷酸化。研究表明，Wnt/β‑连环蛋白信号通路在抗Aβ毒性的神经保护中起重要作用。

2.3　脑神经营养因子（brain‑derived neurotrophic factor, BDNF）信号通路

哺乳动物中枢神经系统中最丰富的神经营养因子是BDNF，它是一种肽激素，结合特定的Trk酪氨酸激酶跨膜受体，以促进神经网络的生存、生长和可塑性。在发育早期，高BDNF和低GC水平是海马神经元维持突触完整性和树突棘稳定所必需的。作为应激反应调节的主要机制，BDNF‑GC平衡在整个生命过程中也是至关重要的。特定神经元亚群中BDNF表达水平的改变与多种病理改变（包括AD）有关。GC在神经系统中具有趋同、稳态作用，如慢性应激或外源性GC抑制海马BDNF表达，导致神经元萎缩和认知障碍。前期研究证明，BDNF信号通过部分改变GR磷酸化来调节GR对原代神经元基因表达的影响，GR可直接与BNDF调控序列结合从而下调BNDF表达。高GR水平降低了海马齿状回、CA1区和CA3区活性依赖性BNDF外显子Ⅳ转录的丰度，但不影响外显子Ⅰ和Ⅱ的转录。BDNF主要通过与原肌球蛋白相关激酶（tropomyosin‑related kinase, Trk）B的高亲和力受体结合，激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen‑activated protein kinase, MAPK）、磷脂酰肌醇3‑激酶和磷脂酶C等多种途径发挥作用。有数据表明，BDNF‑TrkB信号通路可调节皮质和海马神经元的GR活性。有研究发现，BDNF激活TrkB受体，通过磷酸化其受体上的两个关键丝氨酸残基，正向调节GR活性及其靶基因的表达。某些情况（如在压力下），高循环GC水平可能会改变神经元BDNF的表达，特别是它的转录分布，从而导致树突和突触结构和功能的重构。上述发现证实GR和BDNF信号通路在中枢神经系统的生理病理过程中发挥重要的相互作用，这为AD的发生、发展提供了新的认识和实验依据。

2.4　核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白（nucleotide‑binding oligomerization domain like receptor protein, NLRP）3受体信号通路

NLRP也称炎症小体，是一种由胞质内模式识别受体参与组装的多蛋白复合物，是天然免疫系统的重要组成部分。NLRP1在中枢神经系统中表达，而NLRP3在小胶质细胞中高表达，但尚未发现其可在神经元或星形胶质细胞中表达。GC可上调包含pyrin结构域6的Nod样受体家族及Nod样受体NLRP3。NLRP6炎症小体可促进脑损伤后的周围神经恢复。相关研究证实AD中NLRP1和NLRP3炎症小体均被激活。有研究发现，GC可上调巨噬细胞NLRP3，这些细胞随后表现出炎症反应的增强。NLRP3的激活也可导致小胶质细胞中胱冬肽酶‑1介导的IL‑1β、IL‑18产生，从而促进神经炎症并参与AD的发生、发展。神经炎症与AD的发展有一定关系。有趣的是，NLRP3的激活可诱导GC抵抗，因此有研究认为NLRP3炎症小体可能成为AD的重要治疗分子靶点。体内外研究均证实，长时间使用地塞米松可激活NLRP1和海马神经元，NLRP1的激活与神经退行性疾病密切相关，而抑制NLRP1的表达可改善年龄相关的认知缺陷。

2.5　NMDA受体通路

NMDA受体的特点之一就是高钙电导，也是其与触发突触长时程增强效应、谷氨酸兴奋性神经毒性、学习记忆形成机制等密切相关的原因。细胞型朊蛋白是细胞内的正常形式，研究显示，朊蛋白可能与跨膜信号传递、配体摄取细胞黏附和识别有关，而朊蛋白缺乏与氧化应激及凋亡敏感性增高有关，这提示朊蛋白可能具有神经保护作用。长期高水平的GC作用可引起神经细胞内朊蛋白表达下调，进而激活NMDA受体，最后导致神经细胞的兴奋性损伤。大量研究证实，NMDA受体的过度激活具有神经兴奋性毒性，并与许多急性神经损伤和慢性神经退行性疾病有关。有研究表明，GC对NMDA神经毒性的增强效应可能需要NMDA和GC的共存。细胞外钙内流引起的胞质钙超载在介导NMDA神经毒性中发挥了关键作用。在海马神经元中GC以含有NR2A的NMDA受体依赖的方式快速增强NMDA诱导的i，而非NR2B。GC对NMDA神经毒性的增强作用是由细胞外信号调节激酶（extracellular signal‑regulated kinase, ERK）1/2介导，而不是由p38 MAPK通路介导。ERK1/2和p38 MAPK是NMDA受体下游的关键信号分子，参与谷氨酸在中枢神经系统中的多种作用，包括神经元的生存或死亡。因此，GC通过抑制ERK1/2依赖的神经保护信号通路，迅速增强NMDA的神经毒性，导致神经元的兴奋性损伤。

2.6　细胞周期依赖性激酶（cyclin‑dependent kinase, CDK）5

CDK5在神经系统的形态发生和功能展现中发挥重要作用，它是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，能被神经元特异性激活因子p35或p39激活，在神经元迁移、树突发育和突触可塑性等方面发挥着重要作用。然而，p35、p25表达增加导致CDK5长期和异常的激活，并导致突触抑制，这个过程与AD的早期病理变化基本一致。CDK5通过GR发挥其在神经元中的一些生物活性，并以一种依赖于靶启动子的方式动态调节GR的转录活性。CDK5在多个丝氨酸位点（包括Ser203和Ser211）磷酸化GR，并通过其磷酸化抑制GR诱导的转录活性。CDK5抑制剂能剂量依赖性地减轻GC诱导的Tau蛋白磷酸化水平的升高。Tau蛋白过度磷酸化被认为是AD神经病理的关键致病因素。Tau蛋白被认为是几种蛋白激酶的底物，其中与AD关系最为密切的有CDK5和GSK3β，GC能显著提高CDK5激酶水平，从而促进Tau蛋白磷酸化，磷酸位点分别位于Ser202、Ser205、Thr231和Ser396/404位点。目前的研究已证实，CDK5的过度激活可介导Aβ诱导的树突棘丢失，提示它可能是AD的治疗靶点。Aβ也刺激Tau蛋白的过度磷酸化从而增强GSK3β和CDK5的活性，而这些激酶影响APP的代谢以增加Tau蛋白生成或堆积。此外，CDK5还通过GSK3β促进Tau蛋白随后的磷酸化，而Tau蛋白过度磷酸化最终会导致细胞骨架紊乱、神经元功能障碍和死亡，最后导致AD。

2.7　MAPK信号通路

MAPK是一组真核生物中高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白酶，对于细胞增殖、分化、生长和凋亡都有调控作用。MAPK信号通路主要有3条：ERK、c‑Jun氨基端激酶（c‑Jun N‑terminal kinases, JNK）和p38。MAPK与AD的病理变化有着密切的联系。已有研究表明，在AD患者脑内，活化的JNK和p38高度表达，其中JNK还能与Aβ共定位。有相关实验证明，GC可以增加p38 MAPK的活性，而使用p38 MAPK抑制剂可保护小鼠和人类淋巴细胞免受GC诱导的细胞死亡。通过磷酸化Ser211抗体进一步研究发现，无论是在体外还是在完整的细胞内，GC介导的p38 MAPK活性增加均导致GR中Ser211位点磷酸化，而这一磷酸化是GC诱导的淋巴细胞凋亡所必需的。p38 MAPK可诱导氧化应激，从而导致Tau蛋白过度磷酸化，并可由神经毒性炎症细胞因子和活性氧所介导。GR在几个丝氨酸和苏氨酸残基上受到激素依赖性和非依赖性磷酸化作用，其被MAPK、CDK和GSK‑3β等激酶磷酸化，这些修饰调节细胞内GR的转录活性。GR活性和核转运可以由氧化还原状态控制。因此，有假设提出AD中的淀粉样蛋白毒性可能是由中枢GR氧化还原失活介导的。

3 小结与展望     

综上所述，GC介导的多种信号通路在AD的发生、发展中起着重要的作用，促使Aβ沉积和Tau蛋白磷酸化，或是促进炎症小体产生，或是自身氧化还原失活等，这为AD的预防、早期干预或治疗提供了新思路。相信随着研究的深入，GC对AD发生、发展的作用机制将会有更多的研究进展。