孫雪培 孫 艷 姜玲玲 石 蕓

摘 要：過氧化物酶體是一種廣泛存在于真核細胞內(nèi)的異質性細胞器，具有多種酶活性，主要功能是參與脂肪酸氧化、磷脂合成和氧化應激平衡的調節(jié)等過程。研究發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體功能異常引起的腦組織中極長鏈脂肪酸聚集、植烷酸貯積、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）和縮醛磷脂減少等與阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）的發(fā)生發(fā)展密切相關。盡管具體的機制尚不清楚，但目前認為，過氧化物酶體功能異常很可能是AD發(fā)生發(fā)展的始動因素之一。因此，就過氧化物酶體功能異常與AD之間關系的研究進展進行綜述.有助于為AD的發(fā)病機制研究提供線索和依據(jù)。

關鍵詞：阿爾茨海默??；過氧化物酶體；極長鏈脂肪酸；氧化應激

中圖分類號：Q26； R362

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7847（2014）05-0465-06

過氧化物酶體是細胞中存在的一種具有多種生物學功能的細胞器。腦中的過氧化物酶體主要參與腦脂質氧化、磷脂合成、氧化應激、抗炎等過程。阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease， AD）是老年人常見的一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，在85歲以卜人群中患病率高達33.6%。AD以進行性記憶和認知功能減退為主要臨床表現(xiàn)，其特征性病理改變?yōu)榇竽X皮層和皮層下神經(jīng)原纖維纏結、細胞外老年斑（senile plaques，SP）形成及神經(jīng)元缺失。目前，AD的病因尚未明確，但解釋其發(fā)病機制的假說有多種，如淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）聚集、代謝異常、氧化應激等。Aβ是SP的核心成分。研究發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體的活性隨年齡的增加而降低；腦中Aβ的過度產(chǎn)生、脂代謝異常以及氧化應激的產(chǎn)生也與過氧化物酶體功能異常有關。這些結果提示，過氧化物酶體不僅在維持大腦的正常功能巾發(fā)揮重要作用，而且其功能異常還與 AD的發(fā)牛發(fā)展密切相關，本文就此作一綜述。

1 過氧化物酶體概述

過氧化物酶體由單層膜圍繞而成，呈圓形，直徑0.1～1μm廣泛存在于除紅細胞外的幾乎所有動植物細胞中。過氧化物酶體內(nèi)有顆粒狀基質，含有各種依賴黃素的氧化酶和過氧化氫酶（catalase， CAT）.并因此而得名。過氧化物酶體不含DNA成分，其蛋白質的合成由基因組DNA進行編碼。人的過氧化物酶體含有80多種蛋白質，分為兩類：一類為代謝酶類，曰前已知有40多種，主要參與過氧化物的清除和脂類物質的分解和合成等：另一類為組成性蛋白質，稱為peroxin （PEX），參與過氧化物酶體的生物發(fā)生、分裂和增殖等過程。

2 過氧化物酶體數(shù)量與腦的功能

腦中的過氧化物酶體既存在于神經(jīng)元細胞，也存在于膠質細胞，呈圓形，散在分布。與其他組織相同，腦中的過氧化物酶體也具有異質性，即其數(shù)量、大小隨細胞種類、細胞周期和代謝狀態(tài)的不同而發(fā)生變化。細胞代謝旺盛或受到某些因素刺激時，過氧化物酶體發(fā)生增殖，數(shù)量增多；相反，過氧化物酶體發(fā)生自噬，數(shù)量減少。比如，給予原代培養(yǎng)的皮質神經(jīng)元細胞Aβ刺激，慢性刺激早期，過氧化物酶體標志蛋白（CAT等）表達增加，過氧化物酶體數(shù)量增多；而急性刺激后，過氧化物酶體標忐蛋白的表達反而降低，過氧化物酶體數(shù)量也減少，表明過氧化物酶體對不同的刺激狀態(tài)有不同的反應。

研究發(fā)現(xiàn)，在胚胎發(fā)育早期，胎兒的神經(jīng)細胞中即出現(xiàn)過氧化物酶體，且其數(shù)量隨胎齡的增加而增加；但出生后.過氧化物酶體的數(shù)量反而降低，這些事實表明，在腦的不同發(fā)育階段，過氧化物酶體的數(shù)量有所不同，說明過氧化物酶體在腦的正常發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。需要過氧化物酶體時，過氧化物酶體發(fā)生增殖。增殖時，圓形的過氧化物酶體首先極化，從極化的膜上伸出突起，使圓形的過氧化物酶體變?yōu)殚L橢圓狀或管狀，隨后，過氧化物酶體的各基質酶通過轉運機制進入過氧化物酶體內(nèi)，使其呈現(xiàn)啞鈴狀，最后，過氧化物酶體一分為二.完成增殖。

過氧化物酶體增殖過程中，需要各種PEX的參與。不同的PEX有不同的功能，如PEX11參與過氧化物酶體的延長、PEXl3參與基質酶的轉運等。Pex基因突變會引起過氧化物酶體牛成缺陷，神經(jīng)細胞不能產(chǎn)生足夠的過氧化物酶體，就會導致嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙，此類疾病稱為過氧化物酶體生物發(fā)生缺陷?。╬eroxisomal biogenesisdisease，PBD）。不同的Pex基因突變可導致不同的PBD。比如，Pex】3基因缺陷可導致腦肝腎綜合征（zellweger syndrome，ZS），是最典型的PBD之一.主要病理表現(xiàn)為神經(jīng)細胞內(nèi)過氧化物酶體的大量缺失，除此之外，常伴有神經(jīng)元異位，神經(jīng)細胞脫髓鞘，神經(jīng)遷移缺失，橄欖核發(fā)育不全等。因此，患兒有嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，主要表現(xiàn)為嚴重的面部畸形，如囟門寬大.高前額，眶上緣發(fā)育不傘等，還常伴有視網(wǎng)膜變性導致的白內(nèi)障，精神運動性阻滯.張力低下，肝功能不全，腎皮質囊腫和先天性心臟病，患者多在出生幾個月內(nèi)死亡。對Pex13基因敲除小鼠的研究發(fā)現(xiàn).鼠腦神經(jīng)細胞中線粒體功能異常，活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）生成增多，細胞凋亡增加，這些研究表明，過氧化物酶體生成障礙導致的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不良可能與線粒體介導的氧化應激和細胞凋亡有關。

AD是年齡相關性疾病，隨著年齡的增加，神經(jīng)細胞中過氧化物酶體的數(shù)量減少，且這種減少隨病情的加重而更加明顯。動物研究也發(fā)現(xiàn)，在三月齡的AD模型鼠腦中，即Aβ前體蛋白（β-amyloid precursor protein，APP）轉基因的小鼠腦中，其海馬和皮質神經(jīng)細胞中，過氧化物酶體數(shù)量的變化早于其腦中解剖學上的改變。給予APP/早老素1雙轉基因小鼠過氧化物酶體增殖劑.增加過氧化物酶體數(shù)量后，小鼠腦中Aβ斑塊減少，學習記憶能力得到改善。給予原代培養(yǎng)的大鼠海馬神經(jīng)元細胞過氧化物酶體增殖劑Wy-14.463處理，促使過氧化物酶體發(fā)生增殖，可以抵抗Aβ誘導的細胞損傷。因此，腦中的過氧化物酶體只有達到一定數(shù)量，才能維持腦的正常功能，這也就解釋了為什么過氧化物酶體增殖劑對AD有一定的治療作用。

3 VLCFA聚集與腦的功能

過氧化物酶體與線粒體一樣，都能經(jīng)β一氧化途徑氧化脂肪酸。線粒體主要氧化短鏈（≤C6）和中長鏈（C8—C20）的直鏈脂肪酸，而過氧化物酶體的底物譜更加廣泛，除氧化長鏈脂肪酸外，主要氧化極長鏈脂肪酸（very long chain fatty acids，VLCFA.≥C22）、2-甲基支鏈脂肪酸和多不飽和脂肪酸等。VLCFA在過氧化物酶體中的氧化需經(jīng)轉運、活化和β-氧化3個步驟。VLCFA先由過氧化物酶體膜上的轉運體ABCDl （ATP-bindingcassette，sub-family D，memberl）轉運至過氧化物酶體內(nèi)，然后由膜上的脂酰輔酶A合成酶催化生成脂酰輔酶A而活化，再由過氧化物酶體β一氧化途徑進行分解。過氧化物酶體有兩條β一氧化途徑，一條與直鏈脂肪酸的氧化有關，由脂酰輔酶A氧化酶1 （acyl CoA oxidase l，ACOXl）、L一雙功能蛋白（L-bif'unctional protein，LBP）、硫解酶（thio-lase A/B，THLA/B）組成；另一條與支鏈脂肪酸的氧化有關，由脂酰CoA氧化酶3（acyl CoA oxi-dase 3，ACOX3）、D-雙功能蛋白（D-bifunctionalprotein，D13P）、固醇攜帶蛋白x（sterol carner pro-tein x，SCPx）組成。每進行一次β-氧化，生成少了兩個碳的脂酰輔酶A，后者進行多次β-氧化循環(huán)，直至生成辛酰輔酶A，最后辛酰輔酶A進入線粒體β-氧化途徑徹底氧化為乙酰輔酶A。

上述參與VLCFA氧化的各種酶的基因缺失或活性降低，均會導致VLCFA在腦中發(fā)生聚集。這類與VLCFA氧化有關的基因缺陷病主要包括：1） X-連鎖腎上腺腦白質營養(yǎng)不良（X-linked a—drenoleukodystrophy，X-ALD），致病基因為ABCD1。用ABCD1的特異抗體抑制其轉運功能后，對成纖維細胞中C26：O-CoA的p-氧化活性進行檢測發(fā)現(xiàn)，正常人的β一氧化活性降低到了與X-ALD病人極其相似的水平，表明ABCD1的功能異常是X-ALD病人VLCFA氧化受阻而發(fā)生聚集的原因之一。另有研究發(fā)現(xiàn)，雖然X-ALD病人成纖維細胞中催化VLCFA延長的酶—延長酶l（e-longase of very longChain of fatty acid l，ELOVLl）的表達沒有增加，但敲低ELOVLI的表達或抑制其活性后，細胞中C26：0的水平降低，提示脂肪酸的延長可能在VLCFA的聚集中也發(fā)揮作用。因此，X-ALD病人組織中VLCFA的異常堆積可能是VLCFA轉運障礙和延長功能異?；罨木C合結果；2）ACOX1缺陷病，又稱為偽新生兒腎上腺腦白質營養(yǎng)不良（pseudo -neonatal a一drenoleukodystrophy，PNALD），病人血中和組織中有大量VLCFA沉；3）DBP缺陷病，病人和DBP敲除小鼠血中VLCFA含量均明顯增加。

VLCFA是構成髓鞘的主要成分。VLCFA在腦內(nèi)的聚集，不僅會降低髓鞘的穩(wěn)定性，還會對形成髓鞘的少突膠質細胞等產(chǎn)生毒性，引起髓鞘缺失、髓鞘形成異?；蛎撍枨实炔∽儭３酥?，VLCFA還會對神經(jīng)細胞產(chǎn)生脂毒性，引發(fā)細胞的氧化應激和神經(jīng)炎癥。X-ALD患兒腦組織中5-脂氧合酶（5-lipoxygerlase，5-1-，0X）的表達及其催化產(chǎn)生的白三烯含量增加，抗氧化物還原性谷胱甘肽（glutathione，CSH）和超氧化物歧化酶（man-ganese superoxidedismutase，MnSOD）的水平降低，線粒體氧化磷酸化功能減弱，ROS生成增多；敲低原代培養(yǎng)的小鼠星形膠質細胞中 ABCD1和ABCD2的表達，使VLCFA在細胞中聚集后發(fā)現(xiàn).5-LOX的表達增加；給予神經(jīng)母細胞瘤SK-N-BE細胞VLCFA處理后，細胞線粒體膜電位降低，線粒體膜上參與氧化呼吸鏈的復合體Ⅲ和Ⅳ的表達降低，致使ROS產(chǎn)生增多，氧化應激增強。這些研究結果表明，VLCFA可通過誘發(fā)氧化應激和神經(jīng)炎癥等多種機制對神經(jīng)細胞造成損傷。

AD病人腦中，也存在VLCFA的聚集，用過氧化物酶體β-氧化途徑的抑制劑甲硫噠嗪，抑制大鼠腦過氧化物酶體的β一氧化活性，增加VL-CFA水平后，腦組織中APP以及催化APP 產(chǎn)生Aβ的酶，β-分泌酶（β-secretase，BACEl）的表達增加，最終，Aβ的含量也明顯增加。這些果提示，AD病理狀態(tài)下，VLCFA的聚集可促進腦中 Aβ的生成；而VLCFA的聚集可能由過氧化物酶體β-氧化活性降低引起。因此，過氧化物酶體β-氧化活性降低可能是導致AD發(fā)生發(fā)展的原因之一。氧化應激和神經(jīng)炎癥是目前公認的Aβ成增多的重要機制。結合上述VLCFA的神經(jīng)損傷機制，提示，VLCFA可能通過引發(fā)神經(jīng)細胞的氧化應激和神經(jīng)炎癥來增加Aβ的生成，最終導致認知功能障礙。

4 植烷酸貯積與腦的功能

過氧化物酶體還存在脂肪酸的α -氧化途徑，這種代謝途徑發(fā)生在β-碳被封閉（如連有甲基）而無法進行β-氧化的脂肪酸中，例如植烷酸。

植烷酸，即3、7、11、15-四甲基十六烷峻，是一種支鏈脂肪酸，主要來源于食物。植烷酸在過氧化物酶體內(nèi)先進行α一氧化，去掉一個碳，生成降植烷酸（四甲基十五烷酸），再進行β-氧化。植烷酸的α一氧化過程包含4個步驟。首先，植烷酸活化產(chǎn)牛植烷酰輔酶A，植烷酰輔酶A再在植烷酰輔酶A羥化酶（phytanoyl-CoA hydroxylase，PAHX）的催化下.生成2-羥植烷酰輔酶A；然后，2-羥植烷酰輔酶A再在羥酰輔酶A裂解酶的催化下生成一分子甲酰輔酶A和降植烷醛；最后，降植烷醛在醛氧化酶催化下氧化為降植烷酸。

過氧化物酶體α一氧化途徑中酶的缺陷或活性降低會導致植烷酸發(fā)生貯積。目前報道的此途徑中單個酶的缺陷病，最常見的為Refsum病。Refsum病即遺傳性共濟失調性多發(fā)性神經(jīng)炎樣病，又稱植烷酸貯積癥，是由于PAHX基因缺陷，細胞不能進行α-氧化。而導致植烷酸在細胞內(nèi)貯積。研究發(fā)現(xiàn)，用植烷酸刺激神經(jīng)元細胞和神經(jīng)膠質細胞后，細胞內(nèi)Ca 2+明顯減少，線粒體氧化磷酸化和細胞膜Na+-K+- ArrP酶活性均被抑制，細胞ROS產(chǎn)生增多；而用植烷酸刺激HEK293細胞后，細胞膜上G蛋白偶聯(lián)受體40（G protein-Coupled receptor， GPR40）活化，激活三磷酸肌醇途徑，導致細胞內(nèi)Ca 2+增加，提示，植烷酸可能通過與膜受體結合，激活細胞內(nèi)信導通路，引發(fā)氧化應激.改變細胞膜電位，影響神經(jīng)信號傳遞來發(fā)揮毒性作用。

AD病人，由于衰老，其神經(jīng)細胞中過氧化物酶體的數(shù)量減少，活性降低，不僅如此，對植烷酸起主要氧化作用的肝細胞，其中過氧化物酶體的數(shù)量也減少，α一氧化和β-氧化活性均降低，因此，AD病人的肝組織中有植烷酸和降植烷酸的貯積。

5 DHA的減少與腦的功能

二十二碳六烯酸（docosahexaenolc acid， DHA）是腦組織中不可或缺的一種多不飽和脂肪酸，除了作為神經(jīng)細胞膜的結構成分外，還在神經(jīng)信號傳導、突觸可塑性、神經(jīng)細胞鈣平衡等方面發(fā)揮作用。 DHA經(jīng)酶催化后，可轉化為含有共軛三烯結構的神經(jīng)保護因子（neuroprotectin，NPD）。這些神經(jīng)保護因子可通過抑制白三烯等炎癥因子的產(chǎn)生而發(fā)揮抗炎作用。

腦中的DHA主要來源于食物和肝臟，大腦也可進行原位部分合成。DHA的前體分子二十舊碳六烯酸（C24：6，n-3，THA）在過氧化物酶體中，經(jīng)歷一次β-氧化去掉兩個碳生成DHA。過氧化物酶體β一氧化途徑巾的酶DBP缺陷病人血中不僅VLCFA含量增加，降植烷酸和膽汁酸降解產(chǎn)物的含量也增加，而DHA含量減少。表明，過氧化物酶體β一氧化活性的改變與組織中DHA的含量變化密切相關。

報道顯示，AD病人腦中DHA的含量減少，肝中DHA的含量以及催化THA轉變?yōu)镈HA的酶DBP的表達也減少，且肝DHA/亞麻酸的比值與腦認知功能呈正相關；而飲食補充DHA可增加腦脊液中DHA的含量，有效改善AD病人的認知功能，提示，AD病人腦中DHA含量的降低可能與肝臟過氧化物酶體β-氧化的活性降低有關.而飲食中添加的DHA可穿過血腦屏障，對腦中降低的DHA進行補充。細胞研究發(fā)現(xiàn)，給予神經(jīng)母細胞瘤SH-SY5Y細胞DHA處理后發(fā)現(xiàn)，Aβ前體蛋白APP的表達和APP淀粉樣肽裂解途徑中，裂解APP產(chǎn)生Aβ的BACE1和γ-分泌酶的活性下降，而非淀粉樣肽裂解途徑中，在Aβ序列內(nèi)部裂解APP的α-分泌酶（α disintegrin and metalloprolease， ADAM）活性增加，最終導致Aβ水平呈劑量依賴性降低。DHA的中間產(chǎn)物NPD1可使APP由淀粉樣肽途徑向非淀粉樣肽途徑進行裂解，減少Aβ的生成，而AD病人和模型鼠腦中，NPD1的含量以及催化DHA轉變?yōu)镹PD1的磷脂酶A2和15 -脂氧合酶的表達和活性均降低，提示，不僅DHA本身，DHA的代謝產(chǎn)物NPDI也與AD的發(fā)生發(fā)展密切相關。

6 縮醛磷脂的減少與腦的功能

縮醛磷脂是甘油骨架C一1位置上含有烯醚鍵的磷脂?？s醛磷脂合成的前兩步發(fā)生在過氧化物酶體內(nèi)。第一步，在過氧化物酶體基質內(nèi)，磷酸甘油酮脂酰轉移酶（glycerone phosphate acyltransferase，GJNPAT）催化磷酸二羥丙酮（dihyDroxy-acetone phosphaTe，DHAP）脂?；蒷一脂酰一DHAP；第二步，在過氧化物酶體膜上，烷基磷酸甘油酮合酶（alkyl-glycerone phosphate synthase，A GPS）催化烷基取代1一脂酰-DHAP上的脂?；蒷一烷基-DHAP。然后，1一烷基-DHAP繼續(xù)在過氧化物酶體內(nèi)，或在內(nèi)質網(wǎng)中被還原生成1一烷基一磷酸甘油，最后，l一烷基一磷酸甘油在內(nèi)質網(wǎng)中轉變?yōu)榭s醛磷脂。

縮醛磷脂為細胞膜的結構成分，在調節(jié)膜的流動性中發(fā)揮重要作用，除此之外，它還參與細胞信號傳導，并作為內(nèi)源性抗氧化劑抵抗氧化應激。研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖注射的小鼠腦中，炎性因子白介素IL-lβ和腫瘤壞死因子TNF-α的表達增加，Aβ生成增加，而給予縮醛磷脂后，炎性因子的表達以及Aβ的生成均被抑制；AD病人腦中，縮醛磷脂含量明顯降低，表明縮醛磷脂對腦正常功能的發(fā)揮有保護作用。

7 氧化應激與腦的功能

活性氧ROS和活性氮（reactive nitrogenspecies，RNS）物質產(chǎn)生過多會導致氧化應激。過氧化物酶體既可產(chǎn)生ROS/RNS，又可清除ROS/RNS。催化脂肪酸β-氧化第一步的酶-ACOX是過氧化物酶體中產(chǎn)生ROS的主要的酶。產(chǎn)生的ROS主要為超氧陰離子（02.-）和H202。過氧化物酶體中一氧化氮合酶2 （nitric oxide synthase，NOS2）是產(chǎn)生RNS的主要的酶。產(chǎn)生的RNS主要為一氰化氮自由基（NO.）和過氧化亞硝基（ONOO-）。過氧化物酶體中也有清除ROS/RNS的酶，如過氧化氫酶（calalase，CAT），銅鋅超氧化物歧化酶1（superoxide dlismutase，SODl）、過氧化物氧化還原酶5（peroxiredoxin 5，PRDX5）和谷胱阡肽-S -轉移酶（glutathione-S- transf'e rase，GST）等。其中，CAT是過氧化物酶體的標志酶，約占過氧化物酶體酶總量的40%，其作用是還原H202為H2O。

細胞中這些活性物質的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡，一旦平衡失調，就會發(fā)生氧化應激與氧化損傷，導致疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，抗氧化酶CAT、SOD和CST的活性隨年齡的增加而降低，AD病人血中，CAT的活性降低，表明過氧化物酶體抗氧化酶活性下降與AD的發(fā)牛發(fā)展有關。細胞研究發(fā)現(xiàn)，給予神經(jīng)母細胞瘤SH-SY5Y細胞Aβ處理后，Aβ可以與CAT發(fā)生結合，而結合后，CAT的活性降低，使細胞中H202的含量增。Aβ的前體蛋門APP過表達的SH-SY5Y細胞，細胞中CAT的活性明顯降低，ROS生成增加。而H2O2處理的原代培養(yǎng)的小鼠皮質神經(jīng)元，細胞中APP和BACE1的表達均增加。這些結果提示，Aβ及其前體蛋白APP均可促進ROS/RNS的產(chǎn)生，而ROS/RNS的生成增加又能夠提高APP和BACE1的表達和活性促進Aβ的生成，這種正反饋會加速神經(jīng)細胞損傷，引起細胞凋亡而最終導致AD的發(fā)生。

8 總結與展望

雖然過氧化物酶體在AD發(fā)生發(fā)展中的作用還在不斷探索中，但其功能異常導致AD發(fā)生的具體機制已初具雛形：衰老等因素使神經(jīng)細胞中過氧化物酶體的功能發(fā)生異常，引起VLCFA聚集，DHA和縮醛磷脂合成減少，氧化還原反應失衡，引發(fā)細胞的氧化應激和炎癥反應，對細胞造成損傷，這種損傷又進一步加劇過氧化物酶體的功能異常，從而形成級聯(lián)反應，最終導致AD的發(fā)生。因此，過氧化物酶體功能異?？赡苁茿D發(fā)乍發(fā)展的始動因素之一。對這一機制的不斷完善和更新不僅可以為AD的早日破解提供新的線索，而且將為AD的預防和治療提供新的靶點。