鋅穩(wěn)態(tài)失衡與阿爾茨海默癥

2020-08-07 07:53:12賀仕清唐小卿趙劍鋒

中國藥理學(xué)通報 2020年8期

弓慧，賀仕清，唐小卿，趙劍鋒

(南華大學(xué) 1.衡陽醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室、2.附屬南華醫(yī)院神經(jīng)外科，湖南衡陽 421001)

阿爾茨海默癥(Alzheimer’s disease，AD)是一種主要累及老年人的進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，是癡呆癥最主要的病因，其臨床癥狀主要表現(xiàn)為認(rèn)知功能下降、精神癥狀和日常生活能力的逐漸下降，還伴隨抑郁癥、精神病等多種并發(fā)癥。AD起因難尋，與家族史、甲狀腺疾病和頭部外傷等多種因素相關(guān)，一般根據(jù)認(rèn)知能力和身體機能的惡化程度分為輕度、中度和重度癡呆3個時期。AD發(fā)病機制錯綜復(fù)雜，目前尚無完全行之有效的治療手段，因此，繼續(xù)研究其發(fā)病機制以及尋找合適的治療方法仍十分重要。

AD最主要的2個病理特征是淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)纖維纏結(jié)。淀粉樣蛋白斑的主要成分是β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)，神經(jīng)纖維纏結(jié)主要成分是過度磷酸化的Tau蛋白(p-Tau)。目前普遍認(rèn)為，AD的發(fā)生發(fā)展與Aβ及p-Tau的聚集、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、突觸可塑性的損傷以及膽堿能功能缺損等多種因素密切相關(guān)。近年來，越來越多的證據(jù)也表明AD發(fā)生過程中涉及鋅穩(wěn)態(tài)的失衡，鋅穩(wěn)態(tài)失衡通過多種途徑參與AD的發(fā)生。

1 鋅穩(wěn)態(tài)及其調(diào)控機制

鋅是300多種酶或金屬蛋白的輔助因子，廣泛參與到細(xì)胞分裂、免疫系統(tǒng)、蛋白質(zhì)合成、DNA合成等多種生理功能中，是機體進(jìn)行正常生命活動的必需微量元素之一。大腦是人體含鋅量最高的器官，約為血清鋅含量的10倍，神經(jīng)突觸中也含有高濃度的鋅，主要集中在谷氨酸能神經(jīng)突觸中[1]。在中樞系統(tǒng)中，鋅以兩種方式存在：穩(wěn)定的結(jié)合鋅與不穩(wěn)定的游離鋅[1]。結(jié)合鋅與蛋白質(zhì)和多肽緊密結(jié)合作為蛋白質(zhì)折疊的關(guān)鍵成分，對各種胞質(zhì)酶和核酶的活性至關(guān)重要；游離鋅則是存在于多種細(xì)胞器腔內(nèi)，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等，鋅在這些細(xì)胞器之間進(jìn)行交換，并與許多蛋白質(zhì)結(jié)合，改變它們的生物活性。在正常生理情況下，機體內(nèi)游離鋅的濃度維持在一定水平，稱之為鋅穩(wěn)態(tài)。在腦內(nèi)，鋅濃度的激增會引起神經(jīng)毒性，而鋅缺乏也會造成腦部中樞神經(jīng)系統(tǒng)畸形等多種病理變化。因此，鋅濃度維持相對穩(wěn)定在維持機體健康起極為重要的作用，機體必然存在維持鋅穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

鋅穩(wěn)態(tài)受到機體嚴(yán)格調(diào)控，主要通過三大蛋白家族[1]：1) 金屬硫蛋白(metallothionein，MT)，抑制胞質(zhì)鋅毒性；2) 鋅鐵調(diào)控蛋白(Zrt/Irt-related proteins，ZIP)，介導(dǎo)鋅從胞外入胞或從胞內(nèi)腔室流出至胞質(zhì)；3) 以及鋅轉(zhuǎn)運蛋白(zinc transporter，ZnT)，介導(dǎo)鋅從胞內(nèi)腔室和胞質(zhì)出胞。三大家族通過嚴(yán)格控制機體鋅穩(wěn)態(tài)對機體多種生理功能起調(diào)控作用。在機體中，ZIPs、ZnTs和MTs都存在多種表型，各表型定位不同，共同維持機體鋅穩(wěn)態(tài)。

MT在生物應(yīng)激或細(xì)胞損傷情況下具有生存優(yōu)勢，未結(jié)合金屬的MT與鋅結(jié)合調(diào)節(jié)鋅運輸和儲存起到抑制鋅毒性的作用。機體MT共有4種亞型：MT-Ⅰ、MT-Ⅱ、MT-Ⅲ和MT-Ⅳ。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，MT-Ⅰ、MT-Ⅱ和MT-Ⅲ廣泛表達(dá)。

ZIP的功能主要是在胞質(zhì)鋅濃度較低的情況下將胞外和細(xì)胞器內(nèi)的鋅轉(zhuǎn)運至胞質(zhì)起到補充胞質(zhì)鋅濃度的作用。目前已知人類ZIP共有14種亞型，具有鋅轉(zhuǎn)運功能的是ZIP1-8和ZIP14。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要存在ZIP1和ZIP3，其中ZIP1的表達(dá)遠(yuǎn)高于ZIP3，因此ZIP1被認(rèn)為是神經(jīng)元中攝取鋅的關(guān)鍵因子。

ZnT與ZIP的功能剛好相反，將胞質(zhì)和胞內(nèi)腔室中的鋅排出胞外，此外，通過ZnT運出胞外的鋅一個很重要的去向是轉(zhuǎn)運至突觸囊泡中。迄今為止，已有10種ZnT被報道具有鋅轉(zhuǎn)運功能。除了ZnT-3和ZnT-8分別只在大腦和胰腺中表達(dá)以外，其他ZnT大多在機體廣泛表達(dá)。在大腦中，ZnT-1、ZnT-3、ZnT-4和ZnT-6高表達(dá)。

2 鋅穩(wěn)態(tài)失衡與AD

鋅穩(wěn)態(tài)對中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常功能的重要性不言而喻。事實上，與鋅穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如學(xué)習(xí)、記憶障礙通常與富含這種金屬的大腦結(jié)構(gòu)的功能出現(xiàn)異常有關(guān)，例如海馬，杏仁核和新皮質(zhì)等區(qū)域。目前關(guān)于AD患者體內(nèi)鋅穩(wěn)態(tài)失衡的方向有兩種研究結(jié)果。

大量研究支持鋅濃度過高導(dǎo)致AD發(fā)生發(fā)展，研究證實老年斑中含有大量鋅[2]。也有研究支持缺鋅也會導(dǎo)致AD發(fā)病，研究發(fā)現(xiàn)腦鋅缺乏介導(dǎo)突觸可塑性相關(guān)蛋白表達(dá)水平降低與認(rèn)知功能障礙有關(guān)[3]。除此以外，AD患者腦內(nèi)參與調(diào)節(jié)鋅穩(wěn)態(tài)的蛋白質(zhì)水平發(fā)生了變化。AD患者血清和腦脊液中的鋅水平也與正常個體存在差異。由此可知，AD患者發(fā)病過程伴隨鋅穩(wěn)態(tài)的失衡。

3 鋅穩(wěn)態(tài)失衡促進(jìn)AD發(fā)生發(fā)展的機制

3.1 影響Aβ生成Aβ沉積形成的淀粉樣蛋白斑是AD患者最典型的病理特征之一。Aβ由淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)經(jīng)淀粉樣蛋白依賴途徑水解而來。APP由粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生成，經(jīng)高爾基體反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(trans Golgi network，TGN)，運輸至細(xì)胞膜表面，依次由α-分泌酶—γ-分泌酶水解或由β-分泌酶—γ-分泌酶水解。α-分泌酶—γ-分泌酶介導(dǎo)淀粉樣蛋白非依賴途徑生成N端胞外域sAPPα和p3肽(正常神經(jīng)元)，β-分泌酶—γ-分泌酶介導(dǎo)淀粉樣蛋白依賴途徑生成N端胞外域sAPPβ和Aβ(AD神經(jīng)元)。鋅穩(wěn)態(tài)失衡通過誘導(dǎo)APP以淀粉樣蛋白依賴途徑水解參與Aβ介導(dǎo)的AD發(fā)病。

3.1.1鋅對Aβ生成的調(diào)控作用 Aβ生成主要由β-分泌酶介導(dǎo)。β-分泌酶與APP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、TGN和質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運很大程度上影響了Aβ的生成。因此，TGN作為其中重要的一個結(jié)構(gòu)，TGN及TGN所在的高爾基體的結(jié)構(gòu)和功能的正常對于APP的運輸至關(guān)重要。特別的是，早期AD患者的高爾基體就已經(jīng)呈破碎形態(tài)。因此，關(guān)于鋅對Aβ生成的調(diào)控作用，以下將分別從鋅對Aβ生成酶的調(diào)控作用和鋅對高爾基體結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控作用進(jìn)行闡述。

鋅對Aβ生成酶存在調(diào)控作用。β-分泌酶介導(dǎo)的Aβ生成的整個過程涉及3個關(guān)鍵點：APP、β-分泌酶和γ-分泌酶。首先，鋅與APP高親和力結(jié)合，Bush等[4]發(fā)現(xiàn)在APP上存在高度保守的鋅結(jié)合位點，促進(jìn)鋅與APP高親和力結(jié)合。其次，β-分泌酶—γ-分泌酶切割A(yù)PP途徑中會產(chǎn)生一個中間物質(zhì)APP-C99，鋅可與APP-C99的組氨酸殘基(His-6,His-13和His-14)結(jié)合而增強APP-C99二聚化，抑制γ-分泌酶對其的水解[5]。

鋅對高爾基體結(jié)構(gòu)和功能的完整性存在調(diào)控作用[6]。首先，Aβ可以通過破壞GRASP65-GM130復(fù)合體(高爾基體堆疊結(jié)構(gòu))導(dǎo)致高爾基體破碎；其次，高爾基體破碎可強烈減緩APP的運輸，APP運輸受阻導(dǎo)致淀粉樣蛋白依賴機制的進(jìn)行，最后產(chǎn)生Aβ。由此可知，高爾基體結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的功能受損與Aβ的生成密切相關(guān)。而鋅大量存在于高爾基體內(nèi)，參與維持高爾基體的結(jié)構(gòu)和功能的完整性。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)[7]，鋅分別與GRASP55 的His18 和Cys103 以及Golgin45 的Cys393 和Cys396 形成配位鍵，直接參與了GRASP55-Golgin45復(fù)合體(高爾基體堆疊結(jié)構(gòu))的形成；另一方面，高爾基體上存在多種鋅穩(wěn)態(tài)調(diào)控蛋白，主要包括ZnT-5，ZnT-6和ZnT-7以及ZIP-9和ZIP-13[8]。特別的是，ZnT6特異性位于TGN上，參與TGN結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[9]。以上發(fā)現(xiàn)表明鋅對高爾基體結(jié)構(gòu)的必要性。另外，高爾基體正常功能的執(zhí)行也需要鋅。高爾基體介導(dǎo)多種早期分泌途徑，鋅在早期分泌途徑中起關(guān)鍵作用，多種ZnT和ZIP參與調(diào)節(jié)此途徑[8]。

3.1.2高鋅對Aβ生成的促進(jìn)作用關(guān)于鋅穩(wěn)態(tài)失衡對Aβ生成的影響，大多數(shù)研究支持高鋅對Aβ生成具有促進(jìn)作用。一方面，高鋅可加速β-分泌酶介導(dǎo)的淀粉樣蛋白依賴途徑的進(jìn)行。研究表明高鋅可促進(jìn)APP和β-分泌酶增多，進(jìn)而促進(jìn)Aβ生成[10]。而使用鋅螯合劑處理APP轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)β-分泌酶的表達(dá)和Aβ的生成均呈降低趨勢[10]。因此，針對高鋅對Aβ生成酶的促進(jìn)作用，靶向降低鋅濃度抑制β-分泌酶表達(dá)減少Aβ生成有望作為一種治療思路。

另一方面，位于高爾基體上的鋅轉(zhuǎn)運蛋白表達(dá)失調(diào)也會引起鋅的增加，并可能參與Aβ的生成。Lovell等[9]在AD患者的神經(jīng)元中觀察到了ZnT-6的增加，ZnT-6增加引起細(xì)胞內(nèi)的鋅在TGN中積累，使TGN破碎，并改變正常的蛋白質(zhì)和脂類的分揀和轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致神經(jīng)元退化。雖沒有直接證據(jù)證明ZnT-6的增加與Aβ生成有直接關(guān)系，但鑒于TGN在APP運輸中起到的重要作用，以及高爾基體破碎對β-分泌酶介導(dǎo)的APP水解的促進(jìn)作用，推測AD患者Aβ的產(chǎn)生與高鋅介導(dǎo)的TGN的破碎以及APP水解途徑的改變有關(guān)。

3.1.3低鋅對Aβ生成的促進(jìn)作用鋅濃度過高使高爾基體破碎，鋅濃度過低也可使高爾基體破碎。我們最近的研究發(fā)現(xiàn)低鋅對Aβ生成也具有促進(jìn)作用。上文提到，鋅參與了GRASP55-Golgin45復(fù)合體的形成，由此參與高爾基體的正常堆疊。本課題組研究發(fā)現(xiàn)螯合鋅可破壞GRASP55-Golgin45復(fù)合體結(jié)構(gòu)，并誘導(dǎo)Aβ產(chǎn)生[11]。同樣，高爾基體破碎與APP運輸密切相關(guān)，那是否也可以從高爾基體破碎導(dǎo)致APP水解由β分泌酶介導(dǎo)這一角度來解釋缺鋅誘導(dǎo)的Aβ生成，也有待進(jìn)一步挖掘。

綜上所述，Aβ生成與鋅穩(wěn)態(tài)失衡密切相關(guān)，高鋅或低鋅都可促進(jìn)Aβ生成，從而加重AD的病理癥狀，而恢復(fù)鋅穩(wěn)態(tài)可起到改善作用。

3.2 影響Aβ聚集

3.2.1鋅與Aβ存在相互作用位點鋅穩(wěn)態(tài)失衡除可促進(jìn)Aβ生成外，也可與Aβ直接作用。Alies等[12]發(fā)現(xiàn)鋅與Aβ 的His13、Glu11、His6 形成配位鍵，參與了Aβ的聚集。Khatua等[13]發(fā)現(xiàn)鋅通過兩個關(guān)鍵疏水鏈段hp1和hp2之間的遠(yuǎn)距離接觸穩(wěn)定Aβ肽N-末端螺旋結(jié)構(gòu)，從而與Aβ高度特異性結(jié)合。鋅與Aβ的大量結(jié)合，形成溶解性極低的淀粉樣蛋白斑，并阻止Aβ降解[2]。

3.2.2高鋅對Aβ聚集的促進(jìn)作用鑒于AD中Aβ表達(dá)呈增加趨勢，而淀粉樣蛋白斑的主要成分除了Aβ外，還含有大量的鋅。研究多集中在探討高鋅是否可以促進(jìn)Aβ聚集。研究發(fā)現(xiàn)高鋅可使Aβ單體不穩(wěn)定，并加快其聚合速度(約40倍)[14]。利用鋅螯合劑[15]可釋放與胞外Aβ結(jié)合的鋅，恢復(fù)AD小鼠鋅濃度至正常水平，并改善AD小鼠認(rèn)知能力。

綜上所述，對于Aβ聚集來說，高鋅是一個不利因素，高鋅促進(jìn)Aβ聚集，導(dǎo)致Aβ降解困難，低鋅使得鋅從Aβ中釋放出來，有利于AD中Aβ病理的改善。

3.3 影響Tau蛋白的聚集和磷酸化除Aβ外，AD患者最典型的病理特征即為p-Tau聚集形成的神經(jīng)元纖維纏結(jié)。正常情況下，Tau蛋白作為軸突蛋白，其作用在于與微管蛋白結(jié)合促進(jìn)微管形成并維持微管穩(wěn)定。但在AD患者的神經(jīng)元內(nèi)，Tau蛋白過度磷酸化并聚集在胞質(zhì)，與微管蛋白的結(jié)合能力減弱，使神經(jīng)元微管結(jié)構(gòu)廣泛破壞，最終導(dǎo)致正常的軸突轉(zhuǎn)運受損，引起突觸丟失和神經(jīng)元功能損傷。與Aβ類似，鋅也與Tau蛋白存在相互作用位點并參與調(diào)節(jié)Tau蛋白的聚集和磷酸化過程。

3.3.1鋅與Tau蛋白存在相互作用位點鋅與Tau蛋白存在相互作用位點。Roman等[16]發(fā)現(xiàn)鋅與Tau蛋白存在1個高親和力結(jié)合位點和3個低親和力結(jié)合位點。Li等[17]發(fā)現(xiàn)Tau蛋白的半胱氨酸殘基與鋅存在結(jié)合位點。

3.3.2高鋅對Tau蛋白聚集和磷酸化的促進(jìn)作用鑒于AD患者p-Tau的病理表現(xiàn)，目前的研究多集中在研究高鋅對于Tau蛋白聚集或磷酸化的影響。Roman等[16]發(fā)現(xiàn)高鋅可誘導(dǎo)Tau蛋白低聚化，但得到的低聚物是非淀粉樣的，在鋅螯合劑下可迅速解離。Li等[17]發(fā)現(xiàn)高鋅可誘導(dǎo)Tau蛋白聚集并產(chǎn)生神經(jīng)毒性。

還有研究表明高鋅可誘導(dǎo)Tau蛋白磷酸化。高鋅通過激活Tau蛋白磷酸化激酶促進(jìn)Tau蛋白過度磷酸化，利用鋅螯合劑可逆轉(zhuǎn)此過程[18]。Craven等[19]發(fā)現(xiàn)在Tau蛋白過表達(dá)的小鼠上，補充鋅增加了Tau蛋白的磷酸化水平，并進(jìn)一步惡化小鼠的認(rèn)知能力。

綜上可知，高鋅可促進(jìn)Tau蛋白的聚集及磷酸化，低鋅有助于改善p-Tau的病理表現(xiàn)。

3.4 影響突觸可塑性突觸可塑性指突觸的形態(tài)和功能在神經(jīng)元持續(xù)活動下發(fā)生較為持久的變化現(xiàn)象，主要作用在于維持神經(jīng)元和神經(jīng)環(huán)路穩(wěn)定，與學(xué)習(xí)記憶形成密切相關(guān)。突觸可塑性損傷可導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙，在AD發(fā)病中起重要作用。突觸可塑性主要體現(xiàn)在突觸結(jié)構(gòu)和傳遞效能的變化，而這兩者的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)大多涉及突觸或神經(jīng)元部位的蛋白質(zhì)、神經(jīng)遞質(zhì)和離子的生物學(xué)變化。突觸鋅主要位于谷氨酸能突觸中，并以此與神經(jīng)傳遞動態(tài)關(guān)聯(lián)，并參與調(diào)節(jié)突觸可塑性。

3.4.1鋅對突觸可塑性的調(diào)控作用首先，突觸結(jié)構(gòu)和功能的完整性都需要鋅的參與[3]。對突觸結(jié)構(gòu)來說，突觸鋅濃度維持相對穩(wěn)定在突觸后致密物形成中發(fā)揮重要作用，并因此參與樹突棘的形成。對突觸功能來說，突觸鋅大量存儲于谷氨酸能突觸末端的囊泡中，在神經(jīng)元活動時與谷氨酸協(xié)同釋放，是谷氨酸能神經(jīng)傳遞的關(guān)鍵因子。

其次，神經(jīng)營養(yǎng)因子發(fā)揮作用也需要鋅的參與[20]。神經(jīng)營養(yǎng)因子是一類神經(jīng)元生長、存活和可塑性所必需的蛋白質(zhì)分子，與突觸可塑性密切相關(guān)。鋅的存在對神經(jīng)營養(yǎng)信號產(chǎn)生積極影響，特別是對腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)-TrkB軸的激活[3,21]。成熟的BDNF由其前體pro-BDNF在基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等胞內(nèi)外蛋白酶的催化下裂解形成。MMP是細(xì)胞外基質(zhì)代謝的重要酶類，通過對細(xì)胞外基質(zhì)的降解影響樹突棘和突觸的重塑。鋅作為MMP的輔助因子參與BDNF成熟[21]。這些研究表明鋅的存在對突觸可塑性有重要調(diào)控作用。

3.4.2低鋅對突觸可塑性的損傷作用由于鋅直接參與BDNF的成熟，鋅依賴的BDNF成熟受損對突觸結(jié)構(gòu)及功能有顯著影響，Zn-MMP-BDNF軸異常可損傷突觸可塑性[21]。目前的研究多集中在探討低鋅對突觸可塑性是否有損傷作用。Frazzini等[3]發(fā)現(xiàn)缺鋅會抑制BDNF成熟，并且損傷年輕小鼠的認(rèn)知功能。而補充鋅對BDNF-TrkB軸有激活作用并可改善年輕小鼠的認(rèn)知功能[3]，也可恢復(fù)AD小鼠BDNF表達(dá)并改善小鼠認(rèn)知損傷[22]。

3.4.3高鋅對突觸可塑性的損傷作用雖然突觸可塑性的形成需要一定濃度的鋅，但鋅濃度過高也會帶來副作用。Shetty等[23]發(fā)現(xiàn)老年大鼠海馬區(qū)鋅濃度增加，導(dǎo)致遲發(fā)性長時程增強介導(dǎo)突觸可塑性損傷，利用鋅螯合劑可恢復(fù)受損的突觸可塑性。

綜上所述，高鋅或低鋅均可誘導(dǎo)突觸可塑性損傷，靶向恢復(fù)鋅穩(wěn)態(tài)可改善AD的突觸可塑性損傷。

3.5 影響氧化應(yīng)激氧化應(yīng)激指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，產(chǎn)生大量自由基，主要包括氧自由基(reactive oxygen species，ROS)與氮自由基(reactive nitrogen species，NOS)。目前普遍認(rèn)為氧化應(yīng)激是AD疾病進(jìn)程的早期和持續(xù)事件。AD患者腦內(nèi)顯示出明顯的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸的氧化損傷，在淀粉樣蛋白斑塊周圍，氧化損傷也高度集中甚至蔓延至無Aβ沉積的神經(jīng)纖維中。鋅穩(wěn)態(tài)失衡通過促進(jìn)氧化應(yīng)激參與到加速Aβ的沉積并加速AD的進(jìn)程。

3.5.1鋅對氧化還原代謝的調(diào)控作用鋅在生物體內(nèi)具有氧化還原惰性，但對氧化還原代謝有重要影響。首先，鋅具有良好的細(xì)胞保護(hù)作用，主要體現(xiàn)在兩方面：1) 保護(hù)細(xì)胞不受氧化損傷，特別是保護(hù)細(xì)胞巰基不受氧化和抑制過渡金屬產(chǎn)生活性氧；2) 保護(hù)蛋白質(zhì)和核酸不被氧化和降解，同時穩(wěn)定微管細(xì)胞骨架和細(xì)胞膜[24]。其次，鋅雖然本身對氧化還原不敏感，但由于MT具有很高的金屬結(jié)合能力，又具有很強的氧化還原能力(MT含巰基側(cè)鏈，MT-Ⅲ的巰基側(cè)鏈氧化還原電位很低(-366 mV)，極易被氧化[25])，這使得與MT結(jié)合的鋅對氧化還原變得敏感，也使得這種狀態(tài)下的鋅對氧化應(yīng)激十分敏感。

因此，胞質(zhì)鋅濃度升高可通過多種渠道引起氧化應(yīng)激增強，并導(dǎo)致細(xì)胞毒性。

3.6 高鋅對膽堿能功能缺損以及炎癥反應(yīng)的促進(jìn)作用除上述所述機制以外，還有多種機制也參與了AD的發(fā)生，而這些或多或少都與鋅穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān)。例如膽堿能功能缺損、炎癥反應(yīng)等。

膽堿能功能缺損主要體現(xiàn)在乙酰膽堿能代謝活動下降，例如膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase，ChAT)活性降低[26]。Tabrizia等[26]發(fā)現(xiàn)口服氯化鋅可降低小鼠ChAT蛋白表達(dá)，并引起認(rèn)知功能損傷。另外，谷氨酸能突觸中過量的鋅具有神經(jīng)毒性，會導(dǎo)致能量平衡的崩潰和膽堿能神經(jīng)元功能和結(jié)構(gòu)的損傷[27]。

AD患者也存在炎癥反應(yīng)。Aβ作為一種炎癥刺激因子，可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放具有強烈毒性的炎癥因子[28]。Higashi等[29]發(fā)現(xiàn)當(dāng)胞外鋅大量增加時，小膠質(zhì)細(xì)胞被激活，產(chǎn)生大量促炎性細(xì)胞因子。

以上兩點均說明，對于膽堿能功能和炎癥來說，高鋅是一個危險因素。但鋅本身在其中起到什么作用，還有待進(jìn)一步研究。

4 鋅穩(wěn)態(tài)調(diào)控蛋白表達(dá)失調(diào)與AD發(fā)生相關(guān)

上文表明鋅穩(wěn)態(tài)失衡與AD發(fā)病機制密切相關(guān)，作為起主要調(diào)控作用的MT、ZIP和ZnT，它們的表達(dá)失調(diào)也同樣與AD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，Tab 1展示了研究較多的與AD相關(guān)三大蛋白家族在大腦中的定位、主要作用以及在AD中的變化趨勢。

Tab 1表明，AD的發(fā)生伴隨著鋅穩(wěn)態(tài)相關(guān)調(diào)控蛋白的失調(diào)。研究人員也針對它們做了一系列與AD發(fā)病相關(guān)的研究。針對MT，目前普遍認(rèn)為MT-Ⅲ是治療AD的一個潛在靶點。持續(xù)性注入Zn7MT-Ⅲ至中樞神經(jīng)系統(tǒng)后，Aβ斑塊面積減少，ROS產(chǎn)生減少，AD小鼠認(rèn)知能力明顯改善[30]。通過藥物增加MT-Ⅲ水平有望是治療AD的一個重要方向。針對ZnT，目前研究最多的是ZnT-3。多項研究發(fā)現(xiàn)敲除ZnT-3可降低突觸中的鋅濃度，進(jìn)一步使BDNF，pro-BDNF等與突觸相關(guān)蛋白減少，并導(dǎo)致老年小鼠的認(rèn)知功能出現(xiàn)損傷，但靶向ZnT-3表達(dá)下降進(jìn)行治療的方案有待進(jìn)一步研究[21]。針對ZIP，研究發(fā)現(xiàn)在AD果蠅模型中，敲除ZIP1可增強果蠅的攀爬能力，也可延長果蠅的壽命[20]。由此可見，鋅穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)異常與AD發(fā)展相關(guān)，靶向恢復(fù)特定鋅穩(wěn)態(tài)調(diào)控蛋白的表達(dá)可改善AD病理及認(rèn)知損傷。

Tab 1 Location and role of brain zinc homeostasis regulatory protein and their alterations in Alzheimer’s disease

5 結(jié)語

目前研究發(fā)現(xiàn)鋅與AD密切相關(guān)的Aβ，p-Tau以及神經(jīng)突觸的功能及作用存在調(diào)控作用，鋅穩(wěn)態(tài)失衡通過加速Aβ的生成和聚集、加速Tau蛋白的聚集和磷酸化，以及損傷突觸可塑性參與AD的發(fā)生和發(fā)展，而針對各自不同機制進(jìn)行靶向恢復(fù)鋅穩(wěn)態(tài)可有效改善AD病理及認(rèn)知損傷。其具體調(diào)節(jié)鋅穩(wěn)態(tài)作用的MT、ZIP和ZnT蛋白也被發(fā)現(xiàn)在AD中發(fā)生了變化，靶向特定蛋白進(jìn)行恢復(fù)也可以起到改善AD病理及認(rèn)知損傷的作用。因此，鋅穩(wěn)態(tài)失衡與AD發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，是AD的關(guān)鍵機制，而靶向恢復(fù)鋅穩(wěn)態(tài)，無疑給AD患者的治療帶來無限曙光。

目前有一些針對恢復(fù)鋅穩(wěn)態(tài)的藥物正在研究中，比如氯碘羥喹(clioquinol，CQ)(鋅螯合劑)。研究表明，CQ可透過血腦屏障，并抑制Aβ沉積和ROS產(chǎn)生；二期臨床試驗中，中重度AD患者口服CQ后，記憶衰退的速度變慢，血漿Aβ42水平下降[24]。另外，CQ的衍生物PBT-2也又類似的作用，且比CQ擁有更加廣闊的研究前景[20-21]。