脑老化-ok课件

脑老化-ok 阿尔茨海默病与阿尔茨海默病与Wnt /-catenin 信号信号(xnho)(xnho)途径途径中国医科大学中国医科大学生物化学生物化学(shn w hu xu)与分子生物学教研室与分子生物学教研室孙黎光孙黎光第一页，共一百二十二页。脑老化-ok学习学习(xux)（learning）指我们获得新知）指我们获得新知识或新技能的过程。识或新技能的过程。记忆记忆（memory）指将这种知识或新指将这种知识或新技能编码、储存及随后读出的过程。技能编码、储存及随后读出的过程。第二页，共一百二十二页。脑老化-ok海参(aplysia)有简单的神经系统（20000个神经细胞）和一个腮回缩反射用于研究(ynji)学习记忆Eric Kandel 2000年诺贝尔生理年诺贝尔生理(shngl)/医学奖医学奖美国哥伦比亚大学美国哥伦比亚大学炉架炉架喷水管 温和刺激温和刺激(cj) 喷水管喷水管 鳃和喷水管收缩鳃和喷水管收缩 (缩鳃反射缩鳃反射)第三页，共一百二十二页。脑老化-ok第四页，共一百二十二页。脑老化-ok 短期记忆短期记忆(jy)(jy)：几分钟几小时几分钟几小时 弱刺激弱刺激 cAMP PK 特定的离子通道蛋白磷酸化特定的离子通道蛋白磷酸化 Ca2+ 进入进入 神经递质释放神经递质释放短期记忆短期记忆第五页，共一百二十二页。脑老化-ok 长期记忆：几个星期长期记忆：几个星期 强刺激强刺激 cAMP PK 不同蛋白磷酸化不同蛋白磷酸化 产生新蛋白质产生新蛋白质 突触结构功能改变突触结构功能改变(形状形状增大，突触功能持久增强增大，突触功能持久增强) 神经递质释放神经递质释放 长长期记忆期记忆 如果如果新蛋白质合成新蛋白质合成被阻止被阻止(zzh)长期记忆长期记忆将消将消失，短期记忆不受影响失，短期记忆不受影响。第六页，共一百二十二页。脑老化-ok老化老化(ageing)：老化是一种：老化是一种生理过程生理过程，指的是增龄变，指的是增龄变化。化。衰老衰老(senility) ) ：衰老是一种：衰老是一种病理改变病理改变，是指过早、过，是指过早、过快出现老化改变。衰老是生命发展的后一阶段，主要快出现老化改变。衰老是生命发展的后一阶段，主要指有机体性成熟后所发生的与时间有关的各种改变。指有机体性成熟后所发生的与时间有关的各种改变。在此阶段中形态在此阶段中形态(xngti)(xngti)结构出现衰退现象，伴随着功结构出现衰退现象，伴随着功能的下降，有机体对环境的应激能力也相应减弱能的下降，有机体对环境的应激能力也相应减弱 。第七页，共一百二十二页。脑老化-ok 脑老化脑老化：是人体增龄过程中，神经元缓慢：是人体增龄过程中，神经元缓慢发生的退行性改变发生的退行性改变(神经原群体缺失神经原群体缺失(qu sh)和和包涵体的形成包涵体的形成)，表现为脑体积减少，神经，表现为脑体积减少，神经功能减退，不能有效维持机体的内环境恒功能减退，不能有效维持机体的内环境恒定和对外环境的适应能力降低。定和对外环境的适应能力降低。第八页，共一百二十二页。脑老化-ok神经系统老化表现：神经系统老化表现：（一）脑的大体改变（一）脑的大体改变 脑组织出现脑回缩小、脑沟变宽，以额、颞、脑组织出现脑回缩小、脑沟变宽，以额、颞、顶叶顶叶(dn y)为最明显。为最明显。由于脑体积减少，含液体的由于脑体积减少，含液体的腔隙增加，使脑体积和颅腔容量的比例逐渐下降。腔隙增加，使脑体积和颅腔容量的比例逐渐下降。脑膜松弛，侧腔室扩大，特别在半卵圆中心，可脑膜松弛，侧腔室扩大，特别在半卵圆中心，可出现脑室角变钝，第出现脑室角变钝，第3、4脑室和大脑导水管也可脑室和大脑导水管也可扩大。扩大。第九页，共一百二十二页。脑老化-ok（二）细胞水平的改变（二）细胞水平的改变 神经元在神经元在生后停止分裂，即数目不再增加生后停止分裂，即数目不再增加。现。现在认为很多在认为很多神经元变小、萎缩的增龄变化是脑体神经元变小、萎缩的增龄变化是脑体积减少的主要积减少的主要(zhyo)原因原因。大多数脑干颅神经如耳。大多数脑干颅神经如耳蜗、滑车、外展和面神经核的神经元数不随增蜗、滑车、外展和面神经核的神经元数不随增龄而改变，但在儿茶酚胺能的神经核团中，在龄而改变，但在儿茶酚胺能的神经核团中，在蓝斑复合体、黑质和迷走背核的神经数目随年蓝斑复合体、黑质和迷走背核的神经数目随年龄而减少，但背缝核的无改变。龄而减少，但背缝核的无改变。第十页，共一百二十二页。脑老化-ok 在下丘脑、乳头体无神经元丢失，视上核在下丘脑、乳头体无神经元丢失，视上核和室旁核的细胞密度和室旁核的细胞密度(md)无改变，而含加压无改变，而含加压素的视交叉核和性二形性的神经原随年龄素的视交叉核和性二形性的神经原随年龄而减少。但它们含血管活性肠肽的细胞数而减少。但它们含血管活性肠肽的细胞数没有改变。没有改变。第十一页，共一百二十二页。脑老化-ok（三）分子水平改变三）分子水平改变(gibin) 神经元在分子水平上的增龄改变，主要表现在两个方神经元在分子水平上的增龄改变，主要表现在两个方面：面：老年斑老年斑（senile plague, SP) （细胞外）（细胞外）神经元纤维缠结神经元纤维缠结（Neurofibrillary tangle, NFT)的形成的形成（细胞内）它们可在青壮年时出现，且逐渐增加，百岁老（细胞内）它们可在青壮年时出现，且逐渐增加，百岁老人的发生率可达人的发生率可达100%。第十二页，共一百二十二页。脑老化-ok 阿尔茨海默病阿尔茨海默病( (Alzheimer,s disease, AD)第十三页，共一百二十二页。脑老化-ok 阿尔茨海默病阿尔茨海默病(AD) 是病因未明的原发性退行性脑是病因未明的原发性退行性脑变性疾病。多起病于老年前期或老年期，潜隐起变性疾病。多起病于老年前期或老年期，潜隐起病，缓慢进展，病，缓慢进展，以智能损害以智能损害为主。病理改变主要为皮为主。病理改变主要为皮层层(p cng)(p cng)弥漫性脑萎缩，神经元大量减少，并可见弥漫性脑萎缩，神经元大量减少，并可见老老年斑、神经元纤维缠结年斑、神经元纤维缠结、颗粒性空泡小体颗粒性空泡小体等病变等病变. . 第十四页，共一百二十二页。脑老化-ok1911.2.6-2004.6.5第十五页，共一百二十二页。脑老化-ok 我国我国65岁及以上老人占总人口的比例从岁及以上老人占总人口的比例从1990年的年的 5. 57%增至增至2000年的年的6. 96%, 现已达现已达8 811 万。万。 我国目前老年期痴呆的患病人数约占全世界老年期痴呆我国目前老年期痴呆的患病人数约占全世界老年期痴呆患者的患者的1 /4。但这些患者的就诊率非常低。但这些患者的就诊率非常低。 病程病程20年，早期年，早期9年，中度年，中度5年，恶化年，恶化6年。年。 死亡率占第四（心脏病，肿瘤，中风）死亡率占第四（心脏病，肿瘤，中风） 智力、记忆、感觉、定向判断能力不可逆退化，进行性智力、记忆、感觉、定向判断能力不可逆退化，进行性远近记忆力障碍，情绪改变，行为异常远近记忆力障碍，情绪改变，行为异常(ychng)，意识模糊。，意识模糊。死于肺炎，尿路感染等。死于肺炎，尿路感染等。 在在9月月21日世界阿尔茨海默病日日世界阿尔茨海默病日(世界老年痴呆日世界老年痴呆日) 。 第十六页，共一百二十二页。脑老化-okAD的病理性结构的病理性结构(jigu)(jigu)改变改变：细胞内细胞内神经原纤维神经原纤维(xinwi)缠结缠结(NFT) : NFT沉积在沉积在 海马、新皮质的锥体细胞等；海马、新皮质的锥体细胞等；细胞外细胞外老年斑老年斑（SP） : : 弥散性老年斑弥散性老年斑 A蛋白聚集，海马蛋白聚集，海马(hi m)、额叶皮质；、额叶皮质；第十七页，共一百二十二页。脑老化-ok1.1.老年斑老年斑（SP） SP主要由主要由淀粉样肽（淀粉样肽（- amyloid, A）沉积而成。）沉积而成。A由由3943个氨基酸组成，它来自相对分子质量大的前体个氨基酸组成，它来自相对分子质量大的前体蛋白（蛋白（- Amyloid precursor protein, APP)。APP由由695个氨基酸组成（个氨基酸组成（APP695），包括有），包括有神经保护作用的神经保护作用的NTF(N- C-terminal fragment)和有神经细胞毒的和有神经细胞毒的CTF两部分（两部分（C-terminal fragment）。）。NTF即即sAPP(可溶性可溶性APP)，具有，具有(jyu)促进神经轴突生长、突触形成的功能。促进神经轴突生长、突触形成的功能。 A的沉积与年龄成正比。的沉积与年龄成正比。第十八页，共一百二十二页。脑老化-ok-site APP cleaving E第十九页，共一百二十二页。脑老化-okAPP（- amyloid precursor protein）高尔基体高尔基体N-O-键处糖基化、硫化键处糖基化、硫化(lihu)、磷酸化、磷酸化细胞膜跨膜蛋白细胞膜跨膜蛋白，脑、肺、肾、肌、脾等，脑、肺、肾、肌、脾等-淀粉(dinfn)样前体蛋白第二十页，共一百二十二页。脑老化-okAPP的功能：的功能：1.1.蛋白酶抑制剂；蛋白酶抑制剂；2.2.促进细胞生长、繁殖；促进细胞生长、繁殖；3.3.促进细胞与细胞、细胞与基质间的粘着；促进细胞与细胞、细胞与基质间的粘着；4.4.细胞表面细胞表面(biomin)(biomin)的受体，与肝素的受体，与肝素 和某些金和某些金属离子结合。属离子结合。第二十一页，共一百二十二页。脑老化-okA (amyloid -peptide,-淀粉(dinfn)样肽)的生成：的生成： APP(695AA) 某些蛋白酶降解某些蛋白酶降解(jin ji)(jin ji)( (、分泌酶分泌酶) ) A(3942AA)APP由两条通路切割由两条通路切割: -分泌分泌(fnm)酶介导酶介导;生成非病理肽生成非病理肽,发生在磷脂丰富区发生在磷脂丰富区 ,-分泌分泌酶介导酶介导; ;生成生成A,发生在鞘磷脂发生在鞘磷脂/ /胆固醇丰富区胆固醇丰富区第二十二页，共一百二十二页。脑老化-ok(Non-pathogenic peptide)微纤维(xinwi)形成第二十三页，共一百二十二页。脑老化-okA第二十四页，共一百二十二页。脑老化-okA第二十五页，共一百二十二页。脑老化-okA第二十六页，共一百二十二页。脑老化-ok紅色的為老年斑，綠色為小神经紅色的為老年斑，綠色為小神经(shnjng)(shnjng)胶质细胞胶质细胞 microglia）第二十七页，共一百二十二页。脑老化-ok1.A具有重要生理功能具有重要生理功能 APP分子内信号即是分子内信号即是A，A是是APP正确转运正确转运(zhun yn)所必需所必需的肽段，具有重要生理功能：的肽段，具有重要生理功能： a.神经营养作用：神经营养作用：正常生理浓度时，正常生理浓度时，促进神经突起生长，促进神经突起生长，神经营养；神经营养； b.胆碱神经原的调节物质胆碱神经原的调节物质; c. APP经轴突运输的信号经轴突运输的信号第二十八页，共一百二十二页。脑老化-ok 抑制胆碱能神经元摄取胆碱和抑制胆碱乙酰转移酶抑制胆碱能神经元摄取胆碱和抑制胆碱乙酰转移酶ChAT（胆碱乙胆碱乙酰辅酶酰辅酶A乙酰胆碱乙酰胆碱+辅酶辅酶A ）活性，使）活性，使乙酰胆碱合成减少乙酰胆碱合成减少 A是胆碱能神经元是胆碱能神经元的神经调节物，可对胆碱能性神经元造成损害，使突触丢失和神经原功能低的神经调节物，可对胆碱能性神经元造成损害，使突触丢失和神经原功能低下，神经元皱缩下，神经元皱缩(zhu su)变小，甚至死亡。变小，甚至死亡。许多神经元体积变小是脑老化的许多神经元体积变小是脑老化的重要特征重要特征。也是也是App轴浆转运的信号。轴浆转运的信号。树突萎缩树突萎缩(wi su)，轴突回缩变厚，轴突回缩变厚，胞体树突间出现空泡样包含体胞体树突间出现空泡样包含体2.2.神经神经(shnjng)(shnjng)毒性作用毒性作用： 高于营养浓度高于营养浓度 晚期神经元晚期神经元第二十九页，共一百二十二页。脑老化-okA毒性作用机制：毒性作用机制：抑制神经元对葡萄糖的摄取，抑制神经元对葡萄糖的摄取，增加谷氨酸的释放，增加谷氨酸的释放，胞内钙稳态破坏胞内钙稳态破坏(phui)、胞内、胞内Ca2超载，超载，影响影响M1受体后信息转导，受体后信息转导，细胞活性氧产生，细胞活性氧产生，对各种伤害性刺激反应增强，对各种伤害性刺激反应增强，神经细胞的退行性变性可神经细胞的退行性变性可能是新的细胞死亡形式能是新的细胞死亡形式neurodegenerasis）；如同）；如同神经细神经细胞凋亡。胞凋亡。第三十页，共一百二十二页。脑老化-okA的间接毒性的间接毒性(dxn)可经某些离子中介：可经某些离子中介： A Ca 2Tau蛋白蛋白磷酸化磷酸化PHF(成对螺旋纤丝成对螺旋纤丝)生成生成第三十一页，共一百二十二页。脑老化-okA与与ADAD(血管血管(xugun)损伤和痴呆损伤和痴呆) A聚集聚集 与其他蛋白结合并激活许多蛋白质与其他蛋白结合并激活许多蛋白质 刺激刺激自由基产生自由基产生(chnshng)(chnshng) 或或连接死亡通路连接死亡通路 或或刺激细胞正常功能所需要的因素刺激细胞正常功能所需要的因素, ,如蛋白酶体如蛋白酶体 第三十二页，共一百二十二页。脑老化-ok痴呆(chdi)第三十三页，共一百二十二页。脑老化-ok2.神经元纤维缠结（神经元纤维缠结（neurifibrillary tangles,NFT） Alzheimer病病(AD)是成人痴呆症中最常见的一种。神经细胞内的是成人痴呆症中最常见的一种。神经细胞内的神经元纤维缠结神经元纤维缠结(NFT)是其特征性脑损伤之一是其特征性脑损伤之一 是神经退行型疾是神经退行型疾病的细胞内标志病的细胞内标志. 神经元纤维缠结神经元纤维缠结主要成分是主要成分是成对螺旋成对螺旋(luxun)纤丝纤丝（Paired helical filament，PHF）。）。 Tau神经细胞的主要微管相关蛋白神经细胞的主要微管相关蛋白 (microtubule associaed protein，MAP） 泛素泛素PHF第三十四页，共一百二十二页。脑老化-ok(1)Tau蛋白蛋白 一种分布在中枢神经系统内的低分子量含磷糖蛋白；一种分布在中枢神经系统内的低分子量含磷糖蛋白； Alzheimers型老年痴呆患者脑中存在大量异常修饰型老年痴呆患者脑中存在大量异常修饰Tau蛋蛋白，其对白，其对AD病理过程发生有重要作用，脑脊液中的某些病理过程发生有重要作用，脑脊液中的某些磷酸化磷酸化tau（p-tau）蛋白水平可用于）蛋白水平可用于Alzheimers病与其他病与其他痴呆的鉴别诊断。到目前为止，痴呆的鉴别诊断。到目前为止，p-tau蛋白是最佳的蛋白是最佳的Alzheimers病的检测标志。病的检测标志。 由细胞骨架功能障碍改变骨架结构由细胞骨架功能障碍改变骨架结构, ,造成受影响的基因造成受影响的基因(jyn)(jyn)产物堆积而引起的疾病产物堆积而引起的疾病- -细胞骨架病细胞骨架病. .第三十五页，共一百二十二页。脑老化-ok正常正常tau蛋白可分两种蛋白可分两种:低分子量低分子量tau蛋白蛋白(LMW-tau)： 在中枢神经系统内在中枢神经系统内(45006 000) 高分子量高分子量tau蛋蛋(HMW -tau)： 在周围在周围(zhuwi)神经系统中神经系统中(9000), 这两种这两种tau蛋白均由定位在蛋白均由定位在17号染色体长臂上的号染色体长臂上的 基因编码而成基因编码而成. 由由于转录产物于转录产物mRNA在转录后剪切修饰过程中的差异在转录后剪切修饰过程中的差异, 可形成可形成6种异种异构体构体. 最小的异构体包含最小的异构体包含352个氨基酸个氨基酸, 最大的异构体有最大的异构体有 441个氨基酸个氨基酸第三十六页，共一百二十二页。脑老化-ok6种异构体种异构体第三十七页，共一百二十二页。脑老化-ok Tau蛋白在神经原元胞体内合成，经修饰后即磷酸化后进蛋白在神经原元胞体内合成，经修饰后即磷酸化后进入入(jnr)轴突，与微管蛋白组装成有功能的微管。轴突，与微管蛋白组装成有功能的微管。 Tau蛋白功能：蛋白功能： 诱导与促进微管蛋白聚合成微管；诱导与促进微管蛋白聚合成微管； 与新聚合的微管束缚在一起与新聚合的微管束缚在一起, 防止解聚防止解聚, 维持其结构的维持其结构的稳定性。稳定性。 参与维持细胞形态、信息传递、细胞分裂及运动等重要参与维持细胞形态、信息传递、细胞分裂及运动等重要生物学过程。是轴突生长发育和神经原极性形成的不可缺生物学过程。是轴突生长发育和神经原极性形成的不可缺少的因素少的因素。 第三十八页，共一百二十二页。脑老化-ok PHF以右手以右手(yushu)螺旋盘旋而成的双螺旋丝螺旋盘旋而成的双螺旋丝结构结构 直径直径22-24nm,每每80nm处有一狭窄区处有一狭窄区,直径直径 10nm. PHF在电镜下是单个螺旋丝在电镜下是单个螺旋丝 PHF在电镜下是缠结形式存在在电镜下是缠结形式存在第三十九页，共一百二十二页。脑老化-ok成对螺旋成对螺旋(luxun)纤丝纤丝（ PairedHelicalFilament,PHF)第四十页，共一百二十二页。脑老化-ok第四十一页，共一百二十二页。脑老化-okAD tau 有三个级分有三个级分:1.胞浆非异常修饰胞浆非异常修饰(xish)tau(C-tau);2.异常修饰易溶性异常修饰易溶性tau(AD-tau);对对calpain（钙蛋白酶）（钙蛋白酶） 抗性增加抗性增加3.异常修饰并聚集异常修饰并聚集PHF的的tau(PHF tau). PHF在电镜下是单个螺旋丝在电镜下是单个螺旋丝 PHF在电镜下是缠结形式存在在电镜下是缠结形式存在,蛋白被泛蛋白被泛素化修饰素化修饰 第四十二页，共一百二十二页。脑老化-ok 当当tau蛋白发生高度磷酸化、异常糖基化、蛋白发生高度磷酸化、异常糖基化、异常糖化以及泛素蛋白化时异常糖化以及泛素蛋白化时,形成形成NFT。 tau蛋白失去对微管的稳定作用蛋白失去对微管的稳定作用(zuyng), 导致神经导致神经纤维退化纤维退化, 从而引起神经功能失调。从而引起神经功能失调。第四十三页，共一百二十二页。脑老化-ok正常正常Tau蛋白形成蛋白形成NFT与下面几个原因密切有关：与下面几个原因密切有关：过度过度(gud)磷酸化：磷酸化：糖化和糖基化糖化和糖基化截断作用截断作用 -突触核蛋白突触核蛋白NFT形成过程形成过程第四十四页，共一百二十二页。脑老化-ok过度磷酸化：过度磷酸化： 正常正常tau蛋白每分子含蛋白每分子含2个磷酸基，而个磷酸基，而PHF-tau蛋白异常磷酸化蛋白异常磷酸化位位 21个。正常个。正常tau蛋白蛋白 2-3Mol磷酸磷酸/M tau，AD-tau 5-9Mol磷酸磷酸/M tau 保持保持(boch)tau蛋白磷酸化的正常范围是需要蛋白磷酸激酶和蛋蛋白磷酸化的正常范围是需要蛋白磷酸激酶和蛋白磷酸酯酶二组酶活性保持白磷酸酯酶二组酶活性保持(boch)相对稳定。研究表明，相对稳定。研究表明，磷酸酯磷酸酯酶酶活性降低可能与活性降低可能与tau蛋白过度磷酸化有关。蛋白过度磷酸化有关。 微管结构破坏微管结构破坏,正常轴突转运受损引起突触丢失正常轴突转运受损引起突触丢失,神经元神经元功能受损功能受损,发生神经退行型病变发生神经退行型病变.第四十五页，共一百二十二页。脑老化-ok第四十六页，共一百二十二页。脑老化-ok tau蛋白磷酸化蛋白磷酸化： AD发生时可能有几种发生时可能有几种(j zhn)蛋白激酶参与蛋白激酶参与Tau蛋白的蛋白的异常过度磷酸化异常过度磷酸化 ：体外可使：体外可使tau磷酸化的有：磷酸化的有： 1.PKA : 可参与可参与tau的过度磷酸化、的过度磷酸化、PHF和和NFT的形成的形成 ； 2. CaMK可催化可催化tau蛋白蛋白262位丝氨酸发生磷酸化，但只位丝氨酸发生磷酸化，但只抑制其促微管组装活性的抑制其促微管组装活性的40%; 3. GSK3 （糖原合酶激酶（糖原合酶激酶） 4. MAPK（丝裂原激活蛋白激酶）？（丝裂原激活蛋白激酶）？ 5. CDK5（cyclindependent kinase 5）？）？第四十七页，共一百二十二页。脑老化-ok成对螺旋成对螺旋(luxun)纤丝纤丝第四十八页，共一百二十二页。脑老化-ok异常磷酸化的异常磷酸化的tau蛋白不易被蛋白不易被CANP (钙离钙离子子(lz)激活中性蛋白激活中性蛋白酶酶)水解水解,去磷酸化降低去磷酸化降低tau蛋白对蛋白对CANP的抵抗性的抵抗性。 第四十九页，共一百二十二页。脑老化-ok糖化和糖基化糖化和糖基化糖化糖化(Glycation) 是指蛋白质分子自身的是指蛋白质分子自身的-NH3与细胞内糖类与细胞内糖类(tn li)物质的醛基，经氧化形成物质的醛基，经氧化形成Shiff碱，再经分子内重碱，再经分子内重排而形成不溶性的交联物。排而形成不溶性的交联物。 糖基化糖基化(Glycosylation)指在特定的指在特定的糖基转移酶糖基转移酶作用下，糖作用下，糖基通过共价键与蛋白质形成糖蛋白。基通过共价键与蛋白质形成糖蛋白。 研究证明，研究证明，AD发生时发生时tau蛋白与蛋白与糖化糖化和和糖基化糖基化有关的修有关的修饰。饰。第五十页，共一百二十二页。脑老化-ok截断作用截断作用(truncation) 指指tau蛋白蛋白N端或端或C端被酶切除而使分子变短的过程。端被酶切除而使分子变短的过程。截截断后断后 的的tau蛋白易于形成二聚体，失去与微管蛋白易于形成二聚体，失去与微管(wi un)蛋白结合的蛋白结合的能力。能力。 在实验性小脑颗粒细胞的凋亡过程中出现了在实验性小脑颗粒细胞的凋亡过程中出现了17103的可溶性、的可溶性、脱磷酸的片段，造成微管破裂、细胞凋亡，这个过程中主要由脱磷酸的片段，造成微管破裂、细胞凋亡，这个过程中主要由calpain(钙蛋白酶钙蛋白酶)和和caspase-3依赖的蛋白裂解引起和依赖的蛋白裂解引起和6869103的的PHF tau相对增加所触发。所以相对增加所触发。所以tau蛋白截断是细胞凋亡和蛋白截断是细胞凋亡和PHF形成过程中的重要环节之一。形成过程中的重要环节之一。 第五十一页，共一百二十二页。脑老化-ok-突触核蛋白突触核蛋白( -synuclein，SNCA)： 1993年，年，Ueda等在人类阿尔茨海默病等在人类阿尔茨海默病(AD)淀粉样斑块中的非淀粉样斑块中的非AD蛋白成分中分离得到一种新的蛋白质，并命名为非蛋白成分中分离得到一种新的蛋白质，并命名为非 -淀粉淀粉样蛋白组分，样蛋白组分， 一种丰富一种丰富(fngf) 细胞内蛋白质细胞内蛋白质,在突触尤其在突触尤其丰富丰富(fngf),可能作为分子伴侣可能作为分子伴侣,调节调节PKC,PLD等等, 聚集对神聚集对神经元有毒性，经元有毒性， 已在已在SP中发现，它由中发现，它由140个氨基酸组成，个氨基酸组成，其中其中6195的的35个氨个氨基酸肽段可与基酸肽段可与 A结合，促进结合，促进A沉积沉积。这种肽段在。这种肽段在SP中的含中的含量可达量可达A的的10%。第五十二页，共一百二十二页。脑老化-okNFT形成过程形成过程 NFT的主要成分是成对螺旋纤丝（的主要成分是成对螺旋纤丝（PHF）。）。PHF的主的主要亚单位是过度磷酸化的要亚单位是过度磷酸化的Tau蛋白。蛋白。过度磷酸化是形成过度磷酸化是形成PHF的最起始的步骤。的最起始的步骤。过度磷酸化的过度磷酸化的Tau蛋白丧失与微管蛋白组装蛋白丧失与微管蛋白组装(z zhun)为微管的能力为微管的能力。虽然这种。虽然这种Tau蛋白脱磷酸后仍可蛋白脱磷酸后仍可恢复结合微管蛋白功能，但却易于聚合成恢复结合微管蛋白功能，但却易于聚合成PHF。第五十三页，共一百二十二页。脑老化-ok 在过度磷酸化的基础上，在过度磷酸化的基础上，Tau蛋白发生糖基化和糖蛋白发生糖基化和糖基化修饰基化修饰，从而形成对酶解有抵抗，从而形成对酶解有抵抗(dkng)的交联物。的交联物。Tau蛋白截断也可能与过度磷酸化关系不大。神蛋白截断也可能与过度磷酸化关系不大。神经元由于微管破坏，功能丢失，导致神经原死亡。经元由于微管破坏，功能丢失，导致神经原死亡。而而NFT仍残留在形成的部位，成为永久性的标记。仍残留在形成的部位，成为永久性的标记。第五十四页，共一百二十二页。脑老化-ok神经原纤维神经原纤维(xinwi)缠结缠结Neurifibrillary tangles(NFT) 第五十五页，共一百二十二页。脑老化-okNFT（神经元纤维神经元纤维(xinwi)缠结）缠结）第五十六页，共一百二十二页。脑老化-ok第五十七页，共一百二十二页。脑老化-ok痴呆(chdi)第五十八页，共一百二十二页。脑老化-ok脑老化的可能机制脑老化的可能机制（一）代谢紊乱（一）代谢紊乱 1.氧化应激氧化应激- -第一要素：第一要素： 诱导神经元死亡诱导神经元死亡(swng)(swng)而致而致: :自由自由基基氧化导致氧化导致DNADNA突变、脂质氧化等。分裂细胞不断地更新器官突变、脂质氧化等。分裂细胞不断地更新器官有助于降低氧化反应的影响，而神经元不能分裂，氧化产物有助于降低氧化反应的影响，而神经元不能分裂，氧化产物不断积累。不断积累。 2. .蛋白质蛋白质聚集第二要素：聚集第二要素： 蛋白质蛋白质糖化和各种原因引糖化和各种原因引起的大分子物质的交联蛋白聚集物的稳定积累起的大分子物质的交联蛋白聚集物的稳定积累对神经对神经元的进行性刺激元的进行性刺激, ,引起稳定的进行性的损伤和细胞死亡。引起稳定的进行性的损伤和细胞死亡。 第五十九页，共一百二十二页。脑老化-okA、Tau蛋白蛋白(dnbi)聚集导致与其他蛋白聚集导致与其他蛋白(dnbi)结合并结合并激活许多蛋白激活许多蛋白(dnbi)质质,进而刺激进而刺激自由基产生自由基产生或或连接死连接死亡通路亡通路或或刺激细胞正常功能所需要的因素刺激细胞正常功能所需要的因素,如蛋白酶体。如蛋白酶体。 3.DNA和和RNA改变改变。线粒体。线粒体DNA不稳定，点突变比正不稳定，点突变比正常人高，导致海马区出现凋亡。常人高，导致海马区出现凋亡。第六十页，共一百二十二页。脑老化-ok A可结合神经元上的许多蛋白质，有些可结合神经元上的许多蛋白质，有些(yuxi)蛋白质与蛋白质与细胞死亡级联反应连接，如细胞死亡级联反应连接，如p75NGFR、RAGE受体、受体、型清除受体等。型清除受体等。 A与与 p75NGFR的结合刺激的结合刺激JNK介导的细胞应激反应和介导的细胞应激反应和Caspase9介导的凋亡反应。介导的凋亡反应。 RAGE受体受体( 高级糖化终末产物受体高级糖化终末产物受体)清除已被非酶催化的糖基清除已被非酶催化的糖基化反应的蛋白质（非酶催化的糖基化反应发生在自由基和化反应的蛋白质（非酶催化的糖基化反应发生在自由基和蛋白质间的共价反应）。尤其小胶质细胞摄取蛋白质间的共价反应）。尤其小胶质细胞摄取A作用比神作用比神经元更强。经元更强。第六十一页，共一百二十二页。脑老化-ok 高级糖化终末产物受体高级糖化终末产物受体-清除已被非酶催化清除已被非酶催化(cu hu)的糖基化反应的蛋白质的糖基化反应的蛋白质NMDA receptor：N甲基甲基D天冬氨酸受体天冬氨酸受体第六十二页，共一百二十二页。脑老化-ok2O2+2H+SODH2O2+O2H2O+O2过氧化氢过氧化氢(uynhuqn)酶酶SOD：超氧化物：超氧化物(choynhuw)歧化酶歧化酶(superoxidedismutase)消除消除(xioch)自由基自由基：第六十三页，共一百二十二页。脑老化-ok 谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物氧化物(u yn hu w)酶酶 H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2GSHGSSGNADP+NADPH+H+ 谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物含硒的谷胱甘肽过氧化物(u yn hu w)(u yn hu w)酶酶 谷胱甘肽过氧化物谷胱甘肽过氧化物(u yn hu w)酶酶(glutathione peroxidase)谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase)第六十四页，共一百二十二页。脑老化-ok（二）代谢二）代谢(dixi)(dixi)产物清除障碍产物清除障碍1.1.少量少量NFT与泛素结合：与泛素结合：AD病人病人PHFTau增加几百增加几百倍，泛素亦增加，但它们成为倍，泛素亦增加，但它们成为NET 的成分，的成分，NFT对对酶降解抵抗不能清除酶降解抵抗不能清除。2. 2巨球蛋白（巨球蛋白（ 2 M）：可与）：可与A结合而不形成沉淀或纤结合而不形成沉淀或纤丝。丝。 2 M与受体结合后，可将与与受体结合后，可将与 2 M结合的结合的A内化内化而降解。而降解。3.神经存活因子活性降低：神经营养因子、神经生长因子等活神经存活因子活性降低：神经营养因子、神经生长因子等活性降低。性降低。第六十五页，共一百二十二页。脑老化-ok第六十六页，共一百二十二页。脑老化-ok第六十七页，共一百二十二页。脑老化-okNeuronal Wnt /-catenin 信号信号(xnho)途径途径 与与AD的发生的发生第六十八页，共一百二十二页。脑老化-ok 1982年在小鼠乳腺癌发现了年在小鼠乳腺癌发现了Wnt基因，由于此基因激活基因，由于此基因激活小鼠乳腺癌相关基因的插入（小鼠乳腺癌相关基因的插入（insertion），最初命名为），最初命名为Intl癌基因癌基因。后发现该基因在小鼠的正常胚胎的发育中起后发现该基因在小鼠的正常胚胎的发育中起重要作用，相当果蝇的无翅重要作用，相当果蝇的无翅(Wingless）基因，其编码的蛋）基因，其编码的蛋白在细胞间传递生长和发育信息，可控制胚胎轴向的正常白在细胞间传递生长和发育信息，可控制胚胎轴向的正常发育。将发育。将Wingless与与Intl结合称为结合称为(chn wi)Wnt基因基因。人的。人的Wnt基因位于基因位于12q13。第六十九页，共一百二十二页。脑老化-ok Neuronal Wnt /-catenin (-链蛋白链蛋白) 信号途径信号途径 Wnt 信号途径信号途径在细胞黏附在细胞黏附,细胞分化等方面起重要作用细胞分化等方面起重要作用(zuyng),参与胚胎发育参与胚胎发育,细胞生长调节等过程细胞生长调节等过程.第七十页，共一百二十二页。脑老化-ok1. Wnt 信号与器官发生信号与器官发生：参与海马回、中脑、：参与海马回、中脑、大脑的发育、生长锥的重建、肢体大脑的发育、生长锥的重建、肢体(zht)起始、起始、顶端外胚层建立等；顶端外胚层建立等； 2. Wnt 信号与细胞特化和干细胞：信号与细胞特化和干细胞：皮肤干细胞、皮肤干细胞、肠细胞、脂肪细胞、造血细胞的分化；肠细胞、脂肪细胞、造血细胞的分化； 3. Wnt 信号与肿瘤发生：乳腺癌、结肠癌、黑信号与肿瘤发生：乳腺癌、结肠癌、黑色素瘤、原发肝癌等。色素瘤、原发肝癌等。第七十一页，共一百二十二页。脑老化-okWnt有四个分支有四个分支:1.典型典型Wnt/ -catenin 信号通路信号通路;2.平面细胞平面细胞(xbo)极性通路；极性通路；3.Wnt/Ca 2+通路：激活通路：激活PLC、PKC；4.调节纺锤体方向和非对称细胞分裂的胞内通路调节纺锤体方向和非对称细胞分裂的胞内通路第七十二页，共一百二十二页。脑老化-okWnt/-catenin 信号途径的主要成分：信号途径的主要成分： 1.Wnt被称为被称为形态发生素形态发生素（morphogen）,细胞外因子细胞外因子是胚是胚胎发育过程中调节细胞生长、移动和分化的胎发育过程中调节细胞生长、移动和分化的旁分泌性旁分泌性糖糖蛋白，蛋白， Wnts通路的许多通路的许多(xdu)组分在肿瘤形成中也起作用组分在肿瘤形成中也起作用.2.跨膜受体跨膜受体Frizzled，Fzd：卷曲蛋白：卷曲蛋白，为为7次跨膜蛋白，次跨膜蛋白，结构类似于结构类似于G蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体 3.辅助受体辅助受体-LRP5/6 （低密度脂蛋白受体相关蛋白（低密度脂蛋白受体相关蛋白-5和和-6，），） 第七十三页，共一百二十二页。脑老化-ok4.蓬乱蛋白蓬乱蛋白（Dishevelled，Dsh/Dvl），），Dsh能切能切断断-catenin的降解途径的降解途径5.轴蛋白（轴蛋白（Axin）：是一种支架）：是一种支架(zhji)蛋白，具有多个与其蛋白，具有多个与其它蛋白作用的位点，能将它蛋白作用的位点，能将APC、GSK-3、-catenin、CK1结合在一起。因此属于结合在一起。因此属于Wnt途径的正调控因子途径的正调控因子（conductin）。）。6. APC：是一种：是一种抑癌基因抑癌基因，其突变引起良性肿瘤，其突变引起良性肿瘤结肠腺结肠腺瘤样息肉（瘤样息肉（adenomatous polyposis coli），），APC蛋白的作用蛋白的作用是增强降解复合体与是增强降解复合体与-catenin的亲和力。的亲和力。第七十四页，共一百二十二页。脑老化-ok7. GSK-3(糖原合酶激酶，糖原合酶激酶，glycogen synthase kinase-3) 是一种蛋白激酶，在没有是一种蛋白激酶，在没有Wnt信号时，信号时，GSK-3能将磷酸能将磷酸基团加到基团加到-catenin氨基端的丝氨酸氨基端的丝氨酸/ 苏氨酸残基上，磷酸化的苏氨酸残基上，磷酸化的-catenin再结合到再结合到-TRCP蛋白上，蛋白上，受泛受泛素的共价修饰，被蛋白酶素的共价修饰，被蛋白酶体体(proteasome）降解）降解(jin ji)。8.-catenin (-链蛋白）是一种多功能的蛋白质，在细胞连接链蛋白）是一种多功能的蛋白质，在细胞连接处将处将钙粘蛋白钙粘蛋白与与细胞骨架细胞骨架连接起来，参与形成粘合带，连接起来，参与形成粘合带，稳定细胞黏附功能；而游离的稳定细胞黏附功能；而游离的-catenin可进入细胞核，可进入细胞核，调节基因表达调节基因表达. 第七十五页，共一百二十二页。脑老化-ok9. TCF- T细胞因子细胞因子10.LEF(lymophoid enhancer factor)-淋巴细胞增强因淋巴细胞增强因子子(ynz)11. CK1：酪蛋白激酶（：酪蛋白激酶（casein kinase 1），能将），能将-catenin的的Ser45磷酸化，随后磷酸化，随后GSK-3将将-catenin的的Thr41、Ser37、Ser33磷酸化磷酸化 第七十六页，共一百二十二页。脑老化-okactin胞膜中胞膜中-cat大部分与胞膜上大部分与胞膜上钙黏钙黏蛋白蛋白(dnbi)（cadherin）的胞）的胞内段及胞内的内段及胞内的-cat结合结合，使之，使之附着于细胞骨架蛋白附着于细胞骨架蛋白肌动蛋白肌动蛋白（actin）上，介导上，介导同型胞间黏附。同型胞间黏附。第七十七页，共一百二十二页。脑老化-ok Catenin细胞质膜细胞质膜: 介导介导钙粘着蛋白钙粘着蛋白与微丝骨架连接与微丝骨架连接(linji)-同型胞间同型胞间 黏附黏附；细胞质细胞质: 已可溶性分子已可溶性分子(fnz)自由存在自由存在核内核内: 与与TCF (T细胞因子细胞因子),LEF( (淋巴细胞增强淋巴细胞增强(zngqing)(zngqing)因子因子) 等等 转录因子结合转录因子结合三种三种-catenin-Catenin-Catenin-Catenin第七十八页，共一百二十二页。脑老化-okactin胞膜中胞膜中-cat大部分与胞膜上大部分与胞膜上钙黏钙黏蛋白蛋白（cadherin）的胞内段及胞）的胞内段及胞内的内的-cat结合结合，使之附着，使之附着(fzhu)于细胞骨架蛋白于细胞骨架蛋白肌动蛋白肌动蛋白（actin）上，介导上，介导同型胞间黏附。同型胞间黏附。第七十九页，共一百二十二页。脑老化-ok-cat磷酸化增加与泛素结合降解，胞质内含量(hnling)减少第八十页，共一百二十二页。脑老化-ok-cat是是Wnt通路的关键成分。通路的关键成分。 1. 正常正常(zhngchng)无无Wnt信号时，胞膜中信号时，胞膜中-cat大部分与胞大部分与胞膜上膜上钙黏蛋白钙黏蛋白（cadherin）的胞内段及胞内的）的胞内段及胞内的-cat结合结合，使之附着于细胞骨架蛋白使之附着于细胞骨架蛋白肌动蛋白（肌动蛋白（actin）上，介导上，介导同同型胞间黏附型胞间黏附； 2.少部分与胞质内少部分与胞质内APC蛋白、蛋白、GSK-3、轴蛋白（、轴蛋白（axin）等）等结合成多蛋白复合体，参与结合成多蛋白复合体，参与Wnt信号通路调节细胞增殖。信号通路调节细胞增殖。第八十一页，共一百二十二页。脑老化-okFzd受体受体活化活化(huhu)Dsh/Dvl蛋白蛋白GSK-3活性活性 -catenin磷酸磷酸(lnsun)化化Wnt 信号信号(xnho)存在存在第八十二页，共一百二十二页。脑老化-ok胞质胞质-catenin含量含量(hnling)升高升高-catenin积累积累(jli)进入核内进入核内与与TCF,LEF等等转录因子转录因子(ynz)结合结合靶基因表达靶基因表达细胞增殖细胞增殖 细胞凋亡细胞凋亡第八十三页，共一百二十二页。脑老化-okWnt信号信号(xnho)减弱减弱GSK-3 活性活性胞质胞质-catenin磷酸化磷酸化Tau蛋白蛋白(dnbi)磷酸磷酸化化泛素化降解泛素化降解(jin ji)胞质胞质-catenin含量含量A 阻断阻断Wnt-靶基因表达靶基因表达神经元死亡神经元死亡第八十四页，共一百二十二页。脑老化-ok Wnt信号信号正常正常(zhngchng)， GSK-3 活性降低活性降低： 胞质胞质-catenin含量升高含量升高 ，促进增殖，促进增殖 Tau蛋白磷酸化减少，蛋白磷酸化减少， A 生成减少生成减少Wnt信号信号减弱减弱 ，GSK-3 活性升高活性升高(shno) 胞质胞质-catenin含量下降含量下降，促进凋亡，促进凋亡 Tau蛋白磷酸化增强，蛋白磷酸化增强，A 生成增加，生成增加，抑制抑制(yzh)AD发生发生促进促进AD发生发生第八十五页，共一百二十二页。脑老化-okNeuronal Wnt /-catenin信号途径信号途径 及对抗及对抗A 毒性的毒性的神经保护神经保护(boh)因素因素第八十六页，共一百二十二页。脑老化-ok AD时，时，Wnt信号减弱信号减弱, GSK-3 活性增加活性增加,导致神导致神经经(shnjng)退行性病变退行性病变,神经元死亡神经元死亡. 1. Li+ GSK-3 的抑制剂的抑制剂 作为神经保护剂通过作为神经保护剂通过Wnt /-catenin信号途径信号途径 对抗对抗Tau蛋白的磷酸化蛋白的磷酸化,抑制抑制胞质胞质-catenin磷酸磷酸化，防止过渡降解化，防止过渡降解及抗凋亡及抗凋亡,稳定微管系统。稳定微管系统。 锂盐激活锂盐激活Wnt信号信号,可能用于可能用于AD的长期治疗的长期治疗. 第八十七页，共一百二十二页。脑老化-ok正常时正常时-catenin主要存在于胞质主要存在于胞质,核里少核里少;A 增加后增加后,胞质的胞质的-catenin明显明显(mngxin)减少减少; 加入加入Li+ 和和AchE(胆碱酯酶胆碱酯酶)后后,胞浆胞浆-catenin明显明显增加，增加， -catenin进入核进入核激活激活Wnt信号通路信号通路,抗抗凋亡凋亡.第八十八页，共一百二十二页。脑老化-ok第八十九页，共一百二十二页。脑老化-okcA+AchEA+AchE +Li-CatFig. 4 A 、A-AchE和Li影响(yngxing)胞质 catenin含量A.immunofluoresenceB.Immunoblot of -catenin-第九十页，共一百二十二页。脑老化-okFig. 4. Amyloid and amyloidAChE complexes destabilized cytosolic -catenin. Seven-day-old cultured rat hippocampal neurons (95% pure neurons) weretreated with amyloid or amyloidAChE complexes (5 M) in the absence or presence of 100 M lithium chloride. (A) -catenin immunofluoresence ofuntreated neurons (top panel) or neurons treated with amyloidAChE complexes in the absence (middle panel) or presence of lithium (bottom panel). (B)Immunoblot of -catenin in nuclear and cytosolic fractions. The neurons were treated with amyloid or amyloidAChE complexes in the absence or presence of lithium and both cytosolic and nuclear -catenin were analyzed by Western blot. The signal was quantified by densitometry and the values were expressed with respect to untreated cells.第九十一页，共一百二十二页。脑老化-ok2. PPARs(过氧化物酶体增殖激活受体过氧化物酶体增殖激活受体-类固醇受体类固醇受体) 是调节是调节(tioji)脂肪分化的重要调节脂肪分化的重要调节(tioji)物物,其通过其通过Wnt/-Catenin 途径发挥保护作用途径发挥保护作用. TGZ（Troglitazone）-PPARs的激活剂的激活剂对凋亡刺激有调节对凋亡刺激有调节作用作用,有神经保护作用有神经保护作用. TGZ可使胞浆的可使胞浆的-catenin增加增加,减少减少A引起的神经毒性，引起的神经毒性，促促进神经末梢分化。使胞浆进神经末梢分化。使胞浆-cat增加，使神经元存活能力加强。增加，使神经元存活能力加强。第九十二页，共一百二十二页。脑老化-okTGZ为为PPARs的激活剂的激活剂；GW9662 PPARs的抑制剂的抑制剂Fig. 6. PPARs的激活剂的激活剂-TGZ增加增加胞质胞质-cat ，保护细胞，保护细胞(xbo)对抗对抗A Confocalimmunofluoresence analysis ,Western blot and the MTT reduction assay, TGZ可使海马可使海马神经元轴突直径增加，促进神经末梢分化。使胞质神经元轴突直径增加，促进神经末梢分化。使胞质-cat增加，存活能力加强。增加，存活能力加强。GW9662使存活能力下降使存活能力下降。微管相关微管相关(xinggun)蛋白蛋白第九十三页，共一百二十二页。脑老化-okFig. 6. Troglitazone increases cytosolic -catenin and neuroprotects against A-induced toxicity. Primary hippocampal neurons were teated with the antidiabeticthiazolidinedione drug, troglitazone (TGZ) and analyzed for -catenin protein levels and cell viability against A-induced toxicity. (A) Confocalimmunofluoresence analysis of -catenin and MAP1B protein in 1 M TGZ treated neurons for 24 h. Note increased cytoplasmic -catenin levels and axonal caliber engrossment (arrow). (B) TGZ activates Wnt/-catenin signaling and attenuates A-dependent neurotoxicity. Hippocampal neurons were incubated with 5 M A fibrils in the presence or absence of TGZ (10 M) or GW9662 (10 M). After 2 or 24 h, cytoplasmatic -catenin levels and cell viability were determined by Western blot and the MTT reduction assay, respectively. Values represent the meanFS.E.M. in relation to control cells.第九十四页，共一百二十二页。脑老化-ok3.乙酰胆碱受体激活剂乙酰胆碱受体激活剂:通过激活通过激活Wnt/-Catenin 途径途径,起神经保起神经保护作用。护作用。 AF267B (乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体激活剂激活剂) GSK3 -Cat 促进促进(cjn)细胞增殖细胞增殖 PNZ-乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体拮抗剂拮抗剂-GSK3 -Cat AchE(acetylcholinesterase)促进促进A 形成（形成（AchE在在SP中与中与A 形成形成A AchE 复合物毒性大于复合物毒性大于 (A)。 胆碱酯酶胆碱酯酶(AchE)的抑制剂的抑制剂（tacrine）-抑制乙酰胆碱的分抑制乙酰胆碱的分解，用于解，用于AD的治疗的治疗。第九十五页，共一百二十二页。脑老化-okAF267B (乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体激活剂激活剂) GSK3 -Cat促进增殖促进增殖(zngzh)PNZ-乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体拮抗剂拮抗剂-GSK3 -Cat促进凋亡促进凋亡Fig. 7.乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体激活剂激活剂-AF267B 抑制抑制(yzh)GSK-3活性，增加胞质活性，增加胞质-Cat immunoprecipitates Western blot and the MTT reduction assay, AF267B- 乙酰胆碱受体激活剂乙酰胆碱受体激活剂PNZ-乙酰胆碱受体拮抗剂乙酰胆碱受体拮抗剂MTTWestern blot第九十六页，共一百二十二页。脑老化-okFig. 7. The GSK-3 activity increase associated to A-neurotoxicity and Wnt/h-catenin signaling inhibition is prevented by M1 mAChR activation in hippocampal neurons. (A) Cells were co-treated with 5 M Awith or without 10 M AF267B in the presence or absence of 10 nM PNZ. GSK-3h activity was measured in