基本介紹
- 外文名：Aβ
- 組成：39-43個胺基酸
- 主要成分：大腦皮質老年斑
- 分解途徑：分泌酶(secretase)和溶酶體
概念,生成,毒性作用,生物學過程,
概念
APP（澱粉樣蛋白前體）序列斷裂形成的Aβ是一種未確定功能的跨膜糖蛋白。APP可以被α-，β-，γ-蛋白酶分解；β-蛋白酶和γ-蛋白酶的連續作用分解產生Aβ。γ-蛋白酶產生Aβ的C端，切斷在APP跨膜區然後可以產生大量39-43個胺基酸的殘基亞型。最常見的殘基亞型是Aβ40和Aβ42.較短的一條是典型的APP在內質網被切斷所形成的，而較長的一條是在跨高爾基網路內形成的。
兩者之中，Aβ40更為常見，但是Aβ42更原纖維產生因此與病情有關。早發阿爾茨海默病被記錄到Aβ42增加，這與APP的變化有關。因此一種治療阿爾茨海默病的方法包括調節β-蛋白酶和γ-蛋白酶的活性使得主要產生Aβ40.
生成
Ap生成與分泌酶
APP在細胞中的半衰期很短，只有20～30分鐘。目前，已知APP的分解途徑有分泌酶(secretase)分解途徑和溶酶體兩條分解途徑。
α-分泌酶水解途徑
分泌酶作用途徑之一發生在細胞膜外，由僅一分泌酶水解APP的687和688胺基酸殘基間的肽鍵，即Aβ第16位和第17位之間進行裂解，釋放出一個可溶性的N端產物α-APPs和C83片段多肽。C83如再經γ-分泌酶作用，可生成P3（Aβ17-40和Aβ17-42）。由於分解部位在Aβ分子內，故產生的兩個片斷都不含完整的Aβ，不具備形成澱粉樣沉澱的能力。
目前已知α-APPs具有神經營養作用，可促進神經細胞發育，並通過降低細胞內的Ca2+濃度，起到神經細胞保護作用。研究表明，α-APPs與記憶、學習功能有關。對轉基因大鼠的研究發現，基因突變後可引起α-APPs的減少及A8產物增加，同時使學習及記憶功能受損。但目前尚未證明α-APPs缺乏與阿爾茨海默病發病有直接關係。研究還發現，ADAM(a disintegrin and metalloproteinase)家族與α-分泌酶有著密切的關係。ADAM家族成員包括腫瘤壞死因子-α轉換酶(tumour necrosis factor-α convertase，TACE或稱ADAM17)、ADAM9和ADAMl0，當ADAM作用於APP時，其胺基酸序列的切割位點與α-分泌酶一致。如套用TACE酶抑制劑或TACE基因敲除的小鼠對TACE進行研究，發現能減少α-APPS的生成。
β-分泌酶水解途徑
另一個是在細胞膜上，由β-分泌酶作用於APP的671和672殘基間的t肽鍵，產生β-APPs和C99片段多肽，C99如再經γ-分泌酶的作用水解成不同長度的Aβ，如果在710和713殘基間，產生短的Aβ肽Aβ(1～40)；如在714殘基後，則產生長的Aβ肽Aβ(1～42)，其中Aβ40約占80%～90%，Aβ42約10%～20%。長肽比短肽更易形成纖維狀聚合體，對神經元的毒性更大。膜上的APP還可通過溶酶體途徑，形成多種C-末端衍生物，有些產物可進一步加工成完整的Aβ。目前已被克隆的β-分泌酶有2種類型，即BACE1和BACE2，二者有64%的胺基酸序列相似。研究發現BACE1 mRNA水平在胰腺組織中表達最高，其次為腦組織和一些外周組織，然而在腦組織中的β-分泌酶活性最強。BACE1屬於天冬氨酸蛋白酶族，主要在細胞內高爾基體及核內體中對APP進行分解，而BACE2 mRNA主要是在直腸、腎臟、胰腺、胎盤、膀胱、前列腺、胃及氣管中產生高表達，在外周組織中表達很少，腦組織中幾乎沒有表達，關於BACE2在APP中的作用目前還不清楚，可能也參與APP的代謝。
γ-分泌酶水解途徑
目前對γ-分泌酶的研究報告很多，其在APP C99或C83片段多肽的跨膜中間區域進行裂解，並產生Aβ40和Aβ42或P3。γ-分泌酶對APP的作用是決定Aβ40和Aβ42生成比例，正常情況下腦組織主要生成Aβ40，而在阿爾茨海默病時Aβ42升高。研究發現，γ-分泌酶是一個多蛋白複合物，包括早老素(presenilin，PS)、nicastrin(Net)、Aph-1和Pen-2，這些蛋白都有具水解γ-分泌酶底物的功能。Net是一個一型跨膜糖蛋白，由709個胺基酸組成，與PS結合後形成一個高分子量複合蛋白質，並參與PS對APP及Notch信號的加工。實驗證明，PS、Net、Aph-1和Pen-2共4個蛋白質如結合在一起，可以形成一個穩定的PS，並能促進γ-分泌酶的活性提高，同時還能增加完整的糖基化Net蛋白質的表達；反之，如以上4個蛋白質中只有3個蛋白質相結合(任意3個)，都不能增加γ-分泌酶對APP的降解活力，這表明PS、Net、Aph-1和Pen-2的結合有助於提高γ-分泌酶的活性。
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毒性作用
為了證實Aβ的神經毒性作用，Kowall等將Aβ注入大鼠或猴的大腦皮質中，發現注射部位發生組織壞死，周圍神經元缺失及神經膠質增生，並與劑量有明顯的相關性。而且Aβ誘導的神經元退行性變與阿爾茨海默病的病理改變十分相似。劉輝等套用凝聚態Aβ進行大鼠海馬齒狀回背側細胞帶微量注射，發現Aβ注射後大鼠迷宮學習記憶能力明顯受損，獲得記憶的嘗試次數約為正常對照組的3倍。注射區Aβ沉積、神經元死亡、膠質細胞浸潤、背側細胞帶受損長度約為生理鹽水注射組的4～5倍，表明凝聚態Aβ海馬注射具有明確的在體神經毒性作用。體外實驗也證實了Aβ的神經毒性作用。Busciglio將Aβ與培養的人腦皮質神經元長期共育，發現其中一部分Aβ可形成緻密的β-澱粉樣沉澱，導致神經元退行性變。以上資料充分證實了Aβ的神經毒性作用。
生物學過程
β澱粉樣蛋白(Aβ)由第 21號染色體編碼，是澱粉樣蛋白前體(APP)經蛋白水解酶作用後的底物，是阿爾茨默海病腦內主要病理標誌性蛋白之一，它的形成、沉積和降解啟動和貫穿了AD的整個病理過程。APP可以被至少3種酶加工，其切割途徑可分為分泌酶途徑和分泌酶途徑lI。在分泌酶途徑中APP首先被 β-分泌酶裂解，然後在 γ-分泌酶作用下，切割丙氨酸713和蘇氨酸714之間位點產生Aβ42。 Aβ42是由42-43個胺基酸組成的蛋白質片斷，主要位於AD患者腦內；若在纈氨酸711和異亮氨酸712之間酶切割則形成Aβ40。 Aβ40是由40個胺基酸組成的蛋白片斷，正常老年人和AD患者腦內均存在J。 Aβ42和Aβ40為Aβ的2種成分，雖然細胞產生的Aβ40遠比Aβ42多，但Aβ42更易聚集形成澱粉樣蛋 白，是形成老年斑的主要成分，提示它在AD發病機制中占有更重要的作用。
目前證實APP的突變是沉積的原因之一，大部分APP突變體的突變位點集中或者靠近α-分泌酶、β-分泌酶、γ-分泌酶的正常酶切位點，這些 APP突變體通過增強APP被β-分泌酶、γ-分泌酶的水解過程而促進Aβ的產生，已克隆出PS1和 PS2基因並發現它們可以直接影響γ-分泌酶的活性改變 APP代謝。CHF5074則是一種γ-分泌酶調節器，它可減少Aβ42和Aβ40的產生。研究表明，AD患者腦內含野生型tau蛋白的NFT很可能是在Aβ代謝發生改變以後發生的，也就是說，在 AD病理髮生過程中，APP代謝過程的改變先於tau的改變。越來越多的證據表明，體內降解和清除機制的遺傳變異可能增加了遲髮型 AD發病的危險性，遲髮型AD病人與10號染色體上一個基因位點有明顯的連鎖不平衡現象，10號染色體攜帶該基因的遲髮型AD病人外周血中AN2的水平明顯升高 。
