夏 杰 ，趙 娜 ，王 璟 ，徐 波 *

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）作為一種神經(jīng)退行性疾病，臨床上以進行性記憶缺陷和認知障礙為主要表現(xiàn)，病理上以異常磷酸化Tau蛋白（p-Tau）和β淀粉樣蛋白（Amyloid-β，Aβ）聚集，以及突觸損傷為主要特征。由于AD發(fā)病機制不明，目前尚無治療AD的特效藥物，且大多數(shù)針對AD病理的藥物開發(fā)因不能有效改善行為癥狀而終止于臨床3期實驗（Gauthier et al.，2016）。因此，探索能緩解AD病理且改善行為表現(xiàn)的藥物或非藥物干預手段是當前需解決的關(guān)鍵科學問題。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）是指細胞受到某些因素（如能量匱乏、Ca2+濃度失調(diào)、自噬缺陷等）刺激時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)改變，錯誤折疊和未折疊的蛋白質(zhì)積聚在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，超出了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所能承受的蛋白質(zhì)折疊負荷，誘發(fā)細胞做出相應應答，以應對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力的一種狀態(tài)。其中，未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）是ERS狀態(tài)下恢復內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的細胞應答類型之一（Walter et al.，2011）。若細胞遭受長期或病理性的ERS，UPR則可過度激活并誘導細胞凋亡（Wang et al.，2016）。研究證實，AD患者和動物模型腦內(nèi)，Aβ或p-Tau的聚集可導致ERS，引起UPR的過度激活（Gerakis et al.，2018；Hetz et al.，2017）；過度激活的UPR信號可通過誘導p-Tau和Aβ生成、抑制突觸相關(guān)蛋白質(zhì)合成和擾亂自噬等途徑加重AD病理進程（Cai et al.，2016；Guo et al.，2018；Kim et al.，2017；Ma et al.，2013）。提示，ERS在AD病理進程中發(fā)揮重要作用。

運動科學領(lǐng)域研究發(fā)現(xiàn)，體育鍛煉可以延緩老年人認知功能和記憶力下降（Tolppanen et al.，2015）。運動可以緩解AD動物模型的病理表征和行為表現(xiàn)（Hüttenrauch et al.，2016；Moore et al.，2016）。近年已有研究顯示，運動可以改善AD腦組織的ERS（George et al.，2018；Kang et al.，2013；Xia et al.，2019）。然而，運動調(diào)控腦內(nèi)ERS在抗AD中的作用機制尚不明晰?；诖耍娣治鯡RS與Tau病理、Aβ、突觸可塑性、細胞自噬和運動之間的關(guān)系，提出運動通過調(diào)節(jié)ERS改善AD的可能機制。

1 ERS與UPR信號轉(zhuǎn)導

ERS導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊或錯誤折疊蛋白超量積累，引起UPR（Walter et al.，2011）。UPR由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的3種跨膜蛋白調(diào)控：蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（protein kinaselike endoplasmic reticulum kinase，PERK）、肌醇依賴酶 1α（inositol requiring protein 1α，IRE1α）和激活轉(zhuǎn)錄因子 6（activating transcription factor，ATF6）。正常生理狀態(tài)下，這3種蛋白分別與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶分子免疫球蛋白結(jié)合蛋白/葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（immunoglobulin binding protein or glu‐cose regulating protein 78，Bip/GRP78）相結(jié)合，UPR信號抑制。ERS狀態(tài)下，PERK、IRE1和ATF6分別與Bip解離并激活，啟動3條UPR信號。

PERK激活誘導真核翻譯起始因子2α（eukaryotic translation initiation factor，eIF2α）的絲氨酸51號位點磷酸化，磷酸化的 eIF2α（p-eIF2α）不能完成 GTP-GDP的交換作用，通過減緩或暫停全局蛋白質(zhì)的合成（global protein synthesis），降低蛋白質(zhì)折疊負荷。p-eIF2α可以選擇性上調(diào)激活轉(zhuǎn)錄因子4（activating transcription factor，ATF4）的翻譯，ATF4通過促進抗氧化反應、氨基酸生物合成和轉(zhuǎn)運相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，緩解 ERS（di Prisco et al.，2014）。ATF4還可促進C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）的轉(zhuǎn)錄，上調(diào)UPR、自噬和mRNA翻譯中的功能基因表達（Han et al.，2013）。

IRE1α激活，誘發(fā)其核糖核酸內(nèi)切酶活性，選擇性地從X盒結(jié)合蛋白（X-box binding protein 1，XBP1）mRNA中切割出26個核苷酸片段，使XBP1翻譯并產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄活性。由IRE1α/XBP1調(diào)控的基因不僅增強蛋白質(zhì)折疊和運輸，而且促進蛋白質(zhì)降解途徑，從而減少錯誤折疊蛋白質(zhì)的聚集。IRE1α的激活還可介導mRNA衰減（mRNA decay），降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的蛋白質(zhì)折疊負荷（Hollien et al.，2006）。

ATF6作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白，當錯誤折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累，ATF6轉(zhuǎn)位至高爾基體，被S1P和S2P蛋白酶裂解產(chǎn)生具有轉(zhuǎn)錄活性的胞質(zhì)片段。該胞質(zhì)片段進入細胞核，一方面誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶分子的表達，提高內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊能力。另一方面，提高內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解（endo‐plasmic reticulum-associated protein degradation，ERAD）途徑中的基因表達，促進未折疊或錯誤折疊蛋白質(zhì)的降解（Walter et al.，2011）。

2 ERS介導AD病理

2.1 AD腦內(nèi)ERS水平升高

研究發(fā)現(xiàn)，AD患者腦內(nèi)Bip/GRP78表達升高，磷酸化的PERK（p-PERK）和p-eIF2α水平升高，并且與Aβ沉積密切相關(guān)（Hoozemans et al.，2005；Ma et al.，2013；O’Con‐nor et al.，2008）。在p-Tau水平升高的AD神經(jīng)元中，PERK和IRE1α信號上調(diào)（Nijholt et al.，2012；Stutzbach et al.，2013）。此外，AD患者腦內(nèi)IRE1α磷酸化（p-IRE1α）水平與其Braak病理分期正相關(guān)（Duran-Aniotz et al.，2017）。XBP1啟動子多態(tài)性與AD風險呈正相關(guān)，XBP1蛋白在AD患者顳葉皮質(zhì)表達上調(diào)（Liu et al.，2013）。CHOP在AD患者顳葉皮質(zhì)也出現(xiàn)表達上調(diào)（Lee et al.，2010）。以上研究說明，AD患者腦內(nèi)出現(xiàn)ERS和UPR信號增強現(xiàn)象。在AD動物模型腦內(nèi)，該現(xiàn)象得到了驗證。5XFAD轉(zhuǎn)基因小鼠中，p-eIF2α蛋白水平和XBP1 mRNA水平升高（Devi et al.，2014；Reinhardt et al.，2014）。在4月齡 APP/PS1小鼠模型中，GRP78、p-PERK、p-eIF2和CHOP基因出現(xiàn)表達升高，并且伴隨著年齡增長（7月齡、10月齡），以上基因出現(xiàn)進一步的表達升高（Barbero-Camps et al.，2014）。在3XTg-AD模型中檢測到GRP78、XBP1和CHOP的表達升高（Hashimoto et al.，2018；Mota et al.，2015）。以上研究表明，AD腦內(nèi)出現(xiàn)ERS水平的升高，ERS相關(guān)分子可能參與AD病理。

2.2 ERS與Tau病理

Tau病理是AD發(fā)病的重要機制。在表現(xiàn)出Tau病理的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中出現(xiàn)ERS標志蛋白的表達升高（Nijholt et al.，2012）。在Tau（rTg4510）轉(zhuǎn)基因小鼠腦內(nèi)，p-Tau通過與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解相關(guān)蛋白的相互作用，破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，引起ERS（Abisambra et al.，2013）。說明p-Tau可誘導ERS。相反，ERS可通過激活UPR誘導p-Tau生成（Kim et al.，2017）。研究發(fā)現(xiàn)，PERK基因的單核苷酸多態(tài)性相關(guān)的遺傳變異是誘發(fā)散發(fā)性Tau病理發(fā)展的危險因素（Hoglinger et al.，2011）。AD患者中發(fā)現(xiàn)，p-PERK與活化的糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）在大腦神經(jīng)元中共同表達（Hoozemans et al.，2009）。在Tau轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)，p-PERK與p-Tau共定位增加（Ho et al.，2012）。激活UPR信號可通過激活GSK3β，誘導p-Tau的生成增加（Nijholt et al.，2013）。此外，XBP1也在Tau病理調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用，在Tau過表達的果蠅模型中，降低XBP1表達可以降低p-Tau所致的神經(jīng)毒性（Loewen et al.，2010）。

ERS與Tau病理之間存在相互調(diào)控的特點，p-Tau的聚集可以誘發(fā)ERS，而ERS可以通過上調(diào)UPR信號誘導p-Tau生成增加。提示，ERS與p-Tau之間可能形成惡性循環(huán)，介導AD病理或行為癥狀發(fā)生。

2.3 ERS與Aβ病理

有研究發(fā)現(xiàn)，向培養(yǎng)的神經(jīng)細胞中加入Aβ寡聚體可以誘導ERS水平升高和細胞凋亡增加（Nishitsuji et al.，2009）。進一步研究顯示，Aβ可導致Ca2+通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ryanodine受體（Ryanodine receptor，RyR）和三磷酸肌醇受體（Inositol1，4，5-trisphosphatereceptor，IP3R）向胞質(zhì)和線粒體釋放，引起ROS水平升高，導致細胞凋亡增加（Costa et al.，2012；Fonseca et al.，2013）。Aβ還可以激活PERK/eIF2α/ATF4信號通路，促進CHOP基因轉(zhuǎn)錄，從而激活細胞凋亡（Xu et al.，2019）。說明Aβ可通過誘導ERS引起AD腦內(nèi)神經(jīng)細胞過度凋亡。

近年研究表明，UPR信號可以調(diào)控APP代謝，誘導Aβ生成增加。UPR信號啟動時，PERK/eIF2α信號通過暫?；驕p緩翻譯過程緩解ERS。但磷酸化的eIF2α卻能選擇性上調(diào)某些mRNA的翻譯，其中包括ATF4 mRNA和β-位點 APP水解酶 1（β-site APP-cleaving enzyme 1，BACE1）mRNA的翻譯。研究發(fā)現(xiàn)，ATF4是早老素1（pre‐senilin 1，PS1）基因的轉(zhuǎn)錄因子，ATF4的含量升高可以促進PS1基因的轉(zhuǎn)錄（Mitsuda et al.，2007）。在長期ERS狀態(tài)下，ATF4依耐性的PS1基因轉(zhuǎn)錄激活，通過提高PS1的表達而促進γ分泌酶的分泌，誘導Aβ生成增加（Ohta et al.，2011）。Vassar等（2008）發(fā)現(xiàn)，BACE1 mRNA 的 5’非翻譯區(qū)（5’-untranslated region，5’UTR）所含的上游開放閱讀框（upstream open reading frames，uORFs）在 eIF2α 磷酸化的情況下可以啟動其翻譯，從而促進Aβ生成酶β分泌酶的表達。在5XFAD模型小鼠中，PERK/eIF2α信號過度激活，而PERK基因敲減后，海馬組織BACE1水平降低，Aβ生成減少（Devi et al.，2014）。采用藥理學手段抑制PERK依賴性的eIF2α磷酸化后，APP/PS1小鼠海馬組織Aβ生成和沉積減少（Guo et al.，2018）。說明UPR信號上調(diào)的BACE1和PS1表達可能通過促進β分泌酶和γ分泌酶的分泌進，誘使APP向Aβ生成途徑分解。

綜上，長期ERS狀態(tài)下，UPR信號過度激活，表現(xiàn)為Bip表達升高，p-PERK水平升高，引起下游蛋白eIF2α的磷酸化水平升高。p-eIF2α可通過兩條途徑共同介導AD病理：1）p-eIF2α促進下游靶分子ATF4的表達，ATF4入核啟動PS1基因的轉(zhuǎn)錄，使γ分泌酶的表達或分泌增加。ATF4還可以促進CHOP基因轉(zhuǎn)錄，誘導細胞凋亡；2）p-eIF2α可調(diào)控BACE1基因的翻譯，使BACE1的蛋白水平升高，從而增強β分泌酶的表達或分泌。APP在β分泌酶和γ分泌酶的剪切下形成Aβ片段。此外，Aβ的產(chǎn)生可以導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+失衡，誘導細胞過度凋亡（圖1）。

圖1 ERS與Aβ病理關(guān)系Figure 1.The Relationships between ERS andAβ Pathology

2.4 ERS與突觸可塑性

突觸可塑性是指突觸在神經(jīng)元持續(xù)活動影響下發(fā)生的特異性數(shù)目、結(jié)構(gòu)和功能的變化，是學習記憶形成的基礎(chǔ)。皮質(zhì)、海馬區(qū)的突觸完整性受損、可塑性異常、密度下降被認為是AD認知障礙的病理機制（Frere et al.，2018）。細胞水平的突觸可塑性表現(xiàn)為長時程增強（longterm potentiation，LTP）和長時程抑制（long-term depres‐sion，LTD）。分子水平的突觸可塑性體現(xiàn)在新的蛋白質(zhì)合成（De novoprotein synthesis）和特異性基因表達的調(diào)控（Hafner et al.，2019）。

PERK/eIF2α是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)UPR中通過抑制全局蛋白質(zhì)合成而緩解ERS的調(diào)節(jié)信號。然而，長期PERK信號激活可以抑制突觸相關(guān)蛋白的表達，進而影響突觸可塑性。Ma等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，APP/PS1小鼠腦內(nèi)p-eIF2α水平升高，新蛋白合成顯著減少，而PERK基因缺失可防止新的蛋白質(zhì)合成的減少，并提高突觸可塑性相關(guān)蛋白水平和改善LTP缺陷。Yang等（2016）采用基因和藥理學手段抑制PERK，發(fā)現(xiàn)APP/PS1小鼠中蛋白質(zhì)合成依賴的代謝型谷氨酸能受體依賴性LTD（metabotropic glutamate receptordependent LTD，mGluR-LTD）損傷得到緩解。在朊病毒小鼠模型中，eIF2α的持續(xù)磷酸化顯著降低突觸蛋白SNAP-25、VAMP-2、PSD-95和 NMDAR1的表達，而降低 p-eIF2α水平可恢復蛋白質(zhì)翻譯率，改善突觸缺陷和神經(jīng)元丟失（Moreno et al.，2012）。說明PERK/eIF2α信號介導的蛋白質(zhì)翻譯抑制可能是AD突觸可塑性失調(diào)的分子機制。

PERK/eIF2α信號還能通過上調(diào)ATF4 mRNA翻譯，抑制cAMP反應元件結(jié)合蛋白（cyclic-AMP response binding protein，CREB）依賴的突觸可塑性。CREB是維持突觸功能的關(guān)鍵分子，可以促進突觸可塑性相關(guān)基因（如BDNF）的表達。研究發(fā)現(xiàn)，ATF4是CREB的抑制因子，藥理學和基因手段促進eIF2α磷酸化可以提高ATF4的翻譯并抑制CREB的表達，從而抑制LTP和長期記憶形成（Costa-Mat‐tioli et al.，2007）。在5XFAD小鼠中，PERK基因單倍劑量不足可以抑制ATF4的表達并促進CREB的表達，改善AD小鼠記憶功能缺陷（Devi et al.，2014）。有研究指出，CREB和PSD-95可以作為PERK的磷酸化底物，PERK的過度激活可以抑制CREB的活性和PSD-95的表達，從而導致突觸棘丟失（Sen et al.，2017）。說明PERK信號激活所抑制的CREB轉(zhuǎn)錄途徑可能是突觸可塑性、學習和記憶過程的負調(diào)控機制。

研究發(fā)現(xiàn)，IRE1α/XBP1信號也在調(diào)節(jié)突觸可塑性中發(fā)揮作用。神經(jīng)元特異性敲除XBP1基因的小鼠記憶形成和LTP受損，而神經(jīng)元XBP1過表達可上調(diào)BDNF的表達，逆轉(zhuǎn)XBP1基因敲除所致的記憶缺陷（Martinez et al.，2016）。Saito等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，興奮性突觸激活依賴于XBP1的上調(diào)，XBP1促進BDNF的轉(zhuǎn)錄激活，而BDNF又通過IRE1/XBP1途徑以蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）依賴的方式驅(qū)動其自身的表達。Cisse等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，海馬組織XBP1基因過表達可改善AD小鼠樹突棘密度、LTP和空間記憶的缺陷，其機制與XBP1調(diào)控Kalerin-7的表達有關(guān)。Ma等（2008）指出，Kalerin-7可通過細胞骨架重塑調(diào)節(jié)樹突棘的形成。在AD患者大腦中Kalerin-7蛋白水平降低，而Kalerin-7基因缺失可降低小鼠的突觸可塑性并引起記憶障礙（Cisse et al.，2017；Xie et al.，2011）。說明XBP1在突觸可塑性和記憶功能中發(fā)揮作用，其功能紊亂可能通過影響突觸可塑性相關(guān)蛋白BDNF和Kalerin-7的表達，介導AD病理。ERS狀態(tài)下，調(diào)節(jié)性IRE1依賴的衰變（regulated IRE1-dependent decay，RIDD）可通過介導mRNA衰減，影響mRNA穩(wěn)定性，進而抑制突觸可塑性（Lee et al.，2015；Maurel et al.，2014）。

綜上，ERS狀態(tài)下，PERK/eIF2α信號激活，GTP-GDP交換受阻，降低新蛋白質(zhì)合成從而抑制突觸可塑性。PERK/eIF2α信號激活選擇性上調(diào)ATF4的表達，通過抑制CREB，影響突觸可塑性。IRE1α作為一種核酸內(nèi)切酶，在ERS狀態(tài)下激發(fā)其活性，一方面通過誘導mRNA衰變，抑制突觸可塑性；另一方面，通過調(diào)節(jié)XBP1的轉(zhuǎn)錄活性，參與突觸可塑性相關(guān)蛋白的表達調(diào)控（圖2）。

2.5 ERS與細胞自噬

細胞自噬是細胞內(nèi)的一種分解代謝途徑，可將胞質(zhì)中異常聚集的蛋白質(zhì)、受損細胞器及其他細胞成分轉(zhuǎn)運至溶酶體進行降解，以維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)和細胞代謝平衡。生理狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin proteasome system，UPS）降解錯誤折疊的蛋白質(zhì)，在ERS狀態(tài)下，UPR激活誘導自噬途徑激活，二者相互協(xié)調(diào)響應并清除錯誤折疊蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，自噬是神經(jīng)細胞UPR激活后的主要降解途徑，然而，在AD腦內(nèi)表現(xiàn)為過度激活的UPR和無效的細胞自噬，說明ERS-細胞自噬可能在AD病理調(diào)節(jié)中發(fā)生作用（Nijholt et al.，2011；Scheper et al.，2011）。

圖2 ERS與突觸可塑性關(guān)系Figure 2.The Relationships between ERS and Synaptic Plasticity

有研究表明，AD腦內(nèi)自噬異常主要表現(xiàn)為神經(jīng)元中自噬體大量聚集，自噬體標志蛋白LC3II表達增加，自噬體成核因子Beclin1表達降低，自噬底物標志蛋白P62表達增高，溶酶體活性下降，說明AD腦內(nèi)自噬障礙，自噬通量降低（Bordi et al.，2016；Lee et al.，2010；Pickford et al.，2008；Sanchez-Varo et al.，2012）。有研究認為，AD腦內(nèi)細胞自噬障礙不僅與自噬-溶酶體降解途徑受損有關(guān)，也可能與ERS紊亂有關(guān)（Cai et al.，2016；Scheper et al.，2011）。顆?？张葑冃裕╣ranulovacuolar degeneration，GVD）被認為是AD腦內(nèi)自噬過程受損的病理標志，AD患者海馬組織GVD區(qū)域LC3免疫活性增加，ERS標志物p-PERK免疫活性增加，且LC3與p-PERK共定位增加，說明在AD海馬組織中UPR激活與自噬病理學之間存在聯(lián)系（Nijholt et al.，2011）。

研究發(fā)現(xiàn)，在6月齡APP/PS1小鼠皮質(zhì)區(qū)，伴隨著UPR信號激活出現(xiàn)PI3K/AKT/mTOR信號增強，p70s6k、ULK1磷酸化和p62水平升高，LC3裂解抑制，說明自噬過程受損；而采用藥理學手段抑制PI3K/AKT/mTOR信號后，自噬過程增強，UPR信號下調(diào)，說明促進細胞自噬在一定程度上有助于緩解ERS（Guo et al.，2018）。還有研究表明，12月齡APP/PS1小鼠腦內(nèi)ERS過度激活與自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、ATG3、ATG7和LC3的表達下調(diào)有關(guān)；8周的胰高血糖素樣肽1（Glucagonlike peptide 1，GLP-1）/葡萄糖依賴性促胰島素多肽（Glucose-dependent insulino‐tropic polypeptide，GIP）拮抗劑DA-CH3處理可下調(diào)ERS并逆轉(zhuǎn)APP/PS1小鼠腦內(nèi)自噬相關(guān)蛋白的表達抑制，進而通過減少Aβ負荷、緩解小膠質(zhì)細胞激活和提高突觸可塑性相關(guān)蛋白的表達改善AD小鼠空間學習記憶（Panagaki et al.，2018）。提示，靶向調(diào)節(jié)ERS和細胞自噬途徑可能是緩解Aβ病理和突觸功能失調(diào)的有效途徑。

3 運動通過調(diào)節(jié)ERS預防和延緩AD的研究進展

3.1 運動通過調(diào)節(jié)ERS，抑制p-Tau、Aβ生成及其神經(jīng)毒性

研究發(fā)現(xiàn)，長期中等強度的有氧跑臺運動可抑制AD小鼠海馬組織Tau蛋白的過度磷酸化，改善認知缺陷（Leem et al.，2009；Liu et al.，2013）。長期中、高強度的運動訓練均能有效減少腦內(nèi)Aβ水平，改善AD小鼠的認知功能障礙（Cho et al.，2015；Moore et al.，2016）。Li等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，高強度間歇運動和中等強度有氧運動均能減少APP/PS1小鼠海馬組織Aβ水平，且兩種運動方式在減少Aβ水平上沒有顯著性差異。說明運動可通過減少p-Tau和Aβ改善AD行為癥狀。

由于p-Tau和Aβ聚集可誘發(fā)AD腦內(nèi)ERS，而過度激活的ERS可通過啟動UPR信號誘導p-Tau和Aβ生成增加。因此調(diào)節(jié)AD腦內(nèi)的ERS可能為防治AD提供可能。研究發(fā)現(xiàn)，AD模型大鼠（Aβ25-35側(cè)腦室注射造模）海馬ERS激活，神經(jīng)細胞凋亡增加；6周的游泳運動可以下調(diào)AD模型大鼠海馬GRP78的表達，抑制含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶12（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase12）活化，提高B淋巴細胞瘤2（B-cell lymphoma 2，Bcl2）的表達，同時降低Bcl2-associated X蛋白質(zhì)（Bcl2-as‐sociated X protein，Bax）的表達，進而抑制海馬神經(jīng)細胞凋亡（劉濤，2012）。在PS2突變小鼠中，Aβ的產(chǎn)生和聚集誘導ERS激活，并由此導致神經(jīng)細胞過度凋亡和炎癥反應，12周的自主跑輪運動可抑制PERK/eIF2α、IREIα/XBP1和ATF6信號，下調(diào)JNK-p38MAPK炎癥信號和CHOP凋亡信號（Kang et al.，2013）。以上研究表明，ERS參與Aβ誘導的神經(jīng)毒性，而自主跑輪運動可以緩解ERS介導的神經(jīng)細胞凋亡和炎癥反應。有研究發(fā)現(xiàn)，6月齡APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠海馬組織GRP78表達升高，PERK/eIF2α/BACE1和ATF4/PS1信號增強；3個月的有氧跑臺運動可以抑制PERK/eIF2α/BACE1和ATF4/PS1信號，并減少海馬組織Aβ沉積和可溶性Aβ生成，說明跑臺運動降低Aβ負荷涉及調(diào)控UPR信號（Xia et al.，2019）。因此，采用有氧運動干預方式，其形式無論是被動的游泳運動、跑臺運動，還是主動的跑輪運動，均能有效緩解AD腦內(nèi)過度激活的ERS和Aβ病理。然而，現(xiàn)有研究中缺乏不同強度（高、中、低）和不同形式（如有氧、抗阻、高強度間歇運動）的運動干預對AD腦內(nèi)ERS及其相關(guān)的Aβ病理表征影響的探索。在未來研究中，對運動干預模式作進一步細化，將能更充分的闡明ERS在運動緩解Aβ病理中的作用特點。

綜上，運動緩解Aβ神經(jīng)毒性和抑制Aβ生成機制中涉及調(diào)控ERS，但Aβ生成及其神經(jīng)毒性與ERS的上下游調(diào)控關(guān)系尚待深入探討。另外，運動能否通過調(diào)節(jié)ERS而減少異常磷酸化Tau，目前尚無直接證據(jù)，但運動可以抑制PERK信號，而有證據(jù)表明抑制PERK信號可以減少p-Tau生成（Radford et al.，2015）。因此，推測運動也可能通過調(diào)節(jié)ERS，減少異常磷酸化Tau蛋白。

3.2 運動通過調(diào)節(jié)ERS，提高突觸可塑性

研究發(fā)現(xiàn)，4周的中等強度有氧運動可以改善AD大鼠海馬齒狀回突觸傳遞損傷和LTP抑制，其分子機制涉及糾正突觸可塑性相關(guān)蛋白CaMKII、Calcineurin和BDNF的表達紊亂（Dao et al.，2016）。6個月的自主跑輪運動可以抑制3XTg AD小鼠海馬組織突觸素（Synaptophysin，SYN）和PSD-95的表達下調(diào)，促進神經(jīng)生長因子GDNF的表達（Revilla et al.，2014）。提示，運動可以抑制AD腦內(nèi)突觸結(jié)構(gòu)功能蛋白質(zhì)表達異常。

Cai等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，運動提高突觸可塑性與ERS有關(guān)。肥胖大鼠海馬組織突觸可塑性蛋白表達下調(diào)，8周的有氧跑臺運動可以顯著降低肥胖大鼠海馬組織GRP78、p-PERK、p-IRE1α和p-eIF2α的水平，提高突觸相關(guān)蛋白BDNF和SYN的水平，提示運動可通過調(diào)節(jié)海馬組織ERS而發(fā)揮突觸保護作用。有研究發(fā)現(xiàn)，空間記憶缺陷型小鼠海馬組織出現(xiàn)ERS激活和凋亡增加，而運動可以逆轉(zhuǎn)這一過程，其分子機制可能是有氧運動降低海馬組織GRP78和CHOP的表達，抑制了caspase-12的活化，并啟動CREB/BDNF通路，進而改善小鼠記憶缺陷（Kang，2015）。Lourenco等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，有氧運動通過誘導Irisin分泌，改善AD模型小鼠突觸可塑性和記憶缺陷。在該項研究中，研究人員檢測了Irisin對海馬神經(jīng)元eIF2α磷酸化、ATF4表達和新蛋白質(zhì)合成的影響，發(fā)現(xiàn)Irisin可以阻止Aβ寡聚體誘導的p-eIF2α和ATF4表達升高，以及新蛋白質(zhì)合成的下調(diào)（Lourenco et al.，2019）。提示，Irisin對ERS相關(guān)分子和突觸可塑性的調(diào)節(jié)作用可能是運動改善AD的解釋機制。還有研究發(fā)現(xiàn)，12周的有氧跑臺運動通過調(diào)節(jié)海馬組織ERS改善長期酒精攝入所致的認知功能缺陷，其分子機制表現(xiàn)為下調(diào)GRP78和ATF6，并逆轉(zhuǎn)ERS介導的神經(jīng)元損傷（George et al.，2018）。

因此，長期中等強度的有氧運動可通過調(diào)節(jié)ERS提高AD突觸可塑性。值得注意的是，有研究發(fā)現(xiàn)，急性力竭性運動可通過誘導海馬組織ERS的過度激活，從而導致細胞凋亡和突觸損傷（Ding et al.，2014）。提示，不同的運動形式可能對AD腦內(nèi)ERS的干預作用不同。鑒于ERS具有促進細胞存活和誘導細胞凋亡的雙向調(diào)節(jié)作用，及其對不同形式運動作出不同響應等特點，未來研究從不同運動干預方式的角度，探究ERS介導運動調(diào)節(jié)突觸可塑性機制，將具有重要意義。

3.3 運動可調(diào)節(jié)AD腦細胞自噬與ERS

AD神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn)過度激活的ERS和無效的細胞自噬。然而，運動可以調(diào)節(jié)AD腦內(nèi)的ERS和細胞自噬。12周的有氧跑臺運動可激活NSE/htau23轉(zhuǎn)基因小鼠皮質(zhì)區(qū)mTOR信號，啟動自噬相關(guān)基因的表達，通過調(diào)節(jié)細胞自噬清除異常磷酸化Tau蛋白（Kang et al.，2015）。Zhao等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，12周的有氧跑臺運動可以減少APP/PS1小鼠海馬組織Aβ沉積、上調(diào)LC3II、下調(diào)P62和Lamp1水平，說明有氧跑臺運動可以通過提高自噬活性，促進Aβ清除。有研究指出，12周的有氧跑臺運動還可以抑制APP/PS1小鼠海馬ERS和過度激活的PERK/eIF2α信號（Xia et al.，2019）。值得一提的是，上述研究中采用的動物模型和運動干預方案與Zhao等（2018）的研究一致，提示在同等實驗條件下，運動可以調(diào)節(jié)APP/PS1小鼠海馬ERS和細胞自噬。機制上，細胞自噬受ERS調(diào)控，ERS可通過激活PERK/eIF2α通路誘導自噬啟動，eIF2α磷酸化可誘導ATG12依賴的LC3I向LC3II的轉(zhuǎn)化（Kouroku et al.，2007）。PERK/eIF2α的下游分子ATF4和CHOP可介導ERS條件下的自噬基因轉(zhuǎn)錄（如 Beclin1、LC3、ATG5、ATG7和ATG12）（B'Chir et al.，2013）。在 AD神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)，PERK/eIF2α信號增強，自噬啟動增加，自噬體出現(xiàn)堆積，說明ERS激活可能引起自噬通量的進一步降低（Scheper et al.，2011）。有氧跑臺運動可以緩解APP/PS1小鼠海馬的ERS、下調(diào)PERK/eIF2α信號和提高自噬活性（Xia et al.，2019；Zhao et al.，2018）。說明運動可能通過調(diào)節(jié)ERS和細胞自噬緩解AD。但目前ERS與細胞自噬是否在運動改善AD病理中相互調(diào)控，尚待后續(xù)進一步研究。

3.4 運動誘導的能量代謝適應有利于促進AD腦內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是控制蛋白質(zhì)折疊的重要細胞器，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)會消耗大量的能量以維持腔內(nèi)蛋白質(zhì)折疊和修飾活動所需的最佳鈣離子濃度和氧化還原電位，良好的能量供應是保證內(nèi)質(zhì)網(wǎng)正確合成蛋白的必要條件（van Anken et al.，2005）。然而，在AD腦內(nèi)出現(xiàn)能量代謝失調(diào)、錯誤折疊蛋白質(zhì)聚集和突觸蛋白合成異常等病理表征。因此，改善腦組織能量代謝可能有利于緩解以上病理。

研究發(fā)現(xiàn)，20周的有氧跑臺運動通過增加復合物I、復合物IV和ATP合成酶活性，改善線粒體呼吸功能，提高AD小鼠腦組織能量代謝并減少Aβ負荷（Bo et al.，2015）。中等強度有氧運動和高強度間歇運動減少APP/PS1小鼠海馬Aβ水平與改善線粒體功能有關(guān)（Li et al.，2019）。有氧運動也可以通過激活能量代謝因子AMPK，減少AD小鼠海馬Aβ沉積（閆清偉 等，2019）。Yan等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，12周的有氧跑臺運動可以改善APP/PS1小鼠海馬線粒體融合分裂，提高ATP水平。結(jié)合Coskuner等（2014）的研究，ATP通過作用于Aβ肽鏈的酪氨酸/絲氨酸位點，降低Aβ蛋白質(zhì)的錯誤折疊，繼而降低其神經(jīng)毒性；ATP還可以促進Aβ22-35發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變，進而抑制更高分子量的Aβ形成（Exley，1997）。提示，運動改善能量代謝可能有助于減少Aβ的生成和聚集。此外，運動減少異常磷酸化Tau蛋白也與能量代謝的改善有關(guān)。36周的有氧跑臺運動可上調(diào)健康成年大鼠海馬組織能量代謝，激活sirt1/AMPK信號通路，并下調(diào)p-Tau水平（Bayod et al.，2011）。在STZ誘導的AD模型中，4周的有氧跑臺運動可以緩解線粒體功能障礙，提高線粒體內(nèi)細胞色素C氧化酶活性和ATP合成，并抑制海馬組織Tau異常磷酸化（Lu et al.，2017）。說明運動誘導的腦組織能量代謝適應可能是預防和緩解AD腦內(nèi)錯誤折疊蛋白質(zhì)聚集的調(diào)節(jié)機制。

局部蛋白質(zhì)合成是神經(jīng)元突觸前和突觸后區(qū)室普遍存在的特征（Hafner et al.，2019）。運動可以調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)功能蛋白質(zhì)合成，提高突觸可塑性，其機制也與腦組織能量代謝適應有關(guān)。一項基于蛋白質(zhì)組學分析的研究發(fā)現(xiàn)，通過質(zhì)譜分析鑒定出的80個相對豐度較高的蛋白質(zhì)點中，有約90%的蛋白質(zhì)與能量代謝和突觸可塑性有關(guān)（Ding et al.，2006）。其中，運動可以正向調(diào)控葡萄糖代謝、ATP合成和能量轉(zhuǎn)導中的關(guān)鍵蛋白，同時運動還上調(diào)特異性突觸可塑性相關(guān)蛋白，如細胞骨架蛋白α-絲聯(lián)蛋白（α-internexin）和分子伴侶蛋白熱休克蛋白8（Heat shock protein 8，HSP8）、熱休克蛋白 60Kd蛋白 1（Heat shock 60Kd protein 1，HSP60）和神經(jīng)元蛋白22（Neuronal protein 22，NP22）。Choi等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，運動可以增加5XFAD小鼠突觸相關(guān)蛋白BDNF的水平，并且運動的抗AD效應可以被AMPK激動劑AICAR模擬。提示，運動誘導的腦能量代謝適應可能有助于提高突觸可塑性過程。

有研究對3月齡APP/PS1小鼠大腦皮質(zhì)線粒體相關(guān)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜（mitochondria associated endoplasmic reticulum membrane，MAM）進行提取分析，發(fā)現(xiàn)MAM中蛋白質(zhì)合成和折疊相關(guān)蛋白、線粒體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運和ATP生成相關(guān)蛋白出現(xiàn)表達變化（V?lgyi et al.，2018）。提示，偶聯(lián)蛋白質(zhì)折疊與線粒體能量代謝相關(guān)的蛋白表達改變可能是AD的早期事件。然而，在Tg4-42 AD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，運動可以上調(diào)參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成的伴侶分子（如Cry‐ab、Hspa1b、Hsp90ab1、Dnajb1、Dnajb2、Hsph1、Pdia3、Pdia4、Pdia6、Sec61g和Herpud1）的表達（Hüttenrauch et al.，2016）。這些伴侶分子在蛋白質(zhì)合成過程中起著重要的作用，有助于蛋白質(zhì)的正確易位、修飾和折疊，其中一些分子伴侶，如Hsp90ab1，已被證實在AD中表達抑制（Brehme et al.，2014）。說明運動可以改善AD腦內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)折疊和質(zhì)量控制能力。

因此，運動對腦組織能量代謝的調(diào)控可能有助于改善AD腦內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)折疊和質(zhì)量控制能力，從而減少AD腦內(nèi)錯誤折疊蛋白質(zhì)和增加突觸可塑性。未來探討運動腦組織能量代謝適應與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)之間的關(guān)系，將為揭示運動減少AD腦內(nèi)錯誤折疊蛋白質(zhì)聚集和提高突觸可塑性相關(guān)蛋白質(zhì)合成機制提供新命題。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，得到運動、ERS與AD病理相互關(guān)系（圖3）：AD病理主要表現(xiàn)為Tau蛋白過度磷酸化、β淀粉樣蛋白沉積和突觸損傷。p-Tau和Aβ聚集可以誘導ERS產(chǎn)生，而長期的ERS可通過PERK和XBP1信號誘導p-Tau生成增加；通過PERK/eIF2α信號上調(diào)BACE1和PS1的表達，誘導Aβ生成；通過eIF2α磷酸化抑制全局蛋白質(zhì)合成、ATF4信號抑制CREB依賴轉(zhuǎn)錄途徑和IRE1α/XBP1信號調(diào)節(jié)BDNF和kalerin-7的表達，影響突觸可塑性。運動可通過抑制ERS，減少p-Tau和Aβ聚集，提高突觸可塑性和自噬活性等途徑緩解AD，其機制可能是運動促進能量代謝適應，改善蛋白質(zhì)折疊和質(zhì)量監(jiān)控的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)環(huán)境，減輕ERS，從而防止錯誤折疊蛋白質(zhì)的產(chǎn)生和突觸相關(guān)蛋白表達紊亂。

圖3 運動、ERS與AD病理關(guān)系Figure 3.The Relationships between Exercise，ERS andAD Pathology

未來研究有以下問題需進一步明確：1）ERS是AD病理的促成機制，還是AD病理條件下的適應性反應？2）能量代謝失衡是否是AD腦內(nèi)錯誤蛋白聚集的深層機制？3）運動調(diào)控ERS的分子機制是什么？不同形式的運動干預對ERS介導的AD病理影響是否有所不同？結(jié)合ERS的生物學特點，未來研究對運動干預作進一步細化，是否能為“精準運動醫(yī)療”提供科學依據(jù)？4）運動改善腦組織能量代謝是否有助于緩解ERS和AD相關(guān)的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡？這些問題的探討將有助于闡明運動防治AD的本質(zhì)效應，而基于能量代謝與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)控制關(guān)系的探索，將有助于發(fā)現(xiàn)新的AD藥物作用靶點。