于放，馬晶瑩，馬旺然，常翔

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，是老年人群認知功能減退的主要原因［1］。全球有3 000多萬AD患者，其財政負擔(dān)高達5萬億美元［2］。預(yù)計到2050年，將有1.52億AD患者［3］，AD已成為影響人民健康和生活質(zhì)量的重要問題。AD的主要病理學(xué)特點是大量的β-淀粉樣蛋白（β-amyloid protein，Aβ）在細胞外沉積形成老年斑以及細胞內(nèi)高度磷酸化的Tau蛋白形成神經(jīng)原纖維纏結(jié)（neurofibrillary tanngle，NFT）［4］。鐵死亡是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型細胞調(diào)節(jié)性死亡方式，與AD的發(fā)生和發(fā)展緊密相關(guān)。其中，鐵死亡可與Aβ和Tau蛋白相互作用［5］，進一步加重AD的病情［4，6］。近年來，隨著對AD發(fā)病機制的不斷研究，發(fā)現(xiàn)脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）的活化與AD發(fā)病密切相關(guān)，并影響著Aβ和Tau蛋白的代謝、突觸完整性和認知功能［7］。脂質(zhì)過氧化是鐵死亡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［8］，脂質(zhì)代謝紊亂參與了AD疾病的進展［9］。本文旨在分析LOX在鐵死亡驅(qū)動AD中的關(guān)鍵作用，重點包括LOX的代謝過程、LOX與AD的關(guān)系、LOX抑制劑對AD的作用。

1 鐵死亡與AD

1.1 鐵死亡與Aβ相互作用 大腦皮質(zhì)及海馬區(qū)的Aβ在細胞外沉積形成老年斑是AD的病理特征之一［4］。Aβ是由β分泌酶和γ分泌酶切割淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）后的產(chǎn)物，其升高是神經(jīng)元損傷和死亡的主要原因。作為鐵依賴的機制，鐵在鐵死亡中發(fā)揮著重要作用［10］。一方面，腦鐵異常增高可能在AD發(fā)病過程中起重要作用，其可加劇Aβ的生成和積累［4，11］；另一方面，腦組織中的鐵主要來源于腦微血管中運輸?shù)难彖F［12］。血漿中的Fe2+和Fe3+可與APP和Aβ相互作用，從而加劇淀粉樣體的積聚［13］。不僅如此，Aβ將Fe3+還原為Fe2+時可產(chǎn)生過量自由基并誘導(dǎo)神經(jīng)元損傷［5］。臨床研究也證實了這一情況，有研究者在AD患者大腦皮質(zhì)、皮質(zhì)下和白質(zhì)區(qū)域觀察到鐵含量升高，并推測大腦中鐵含量升高在AD病理發(fā)展中發(fā)揮著重要作用［4］。此外，Aβ還會損傷線粒體功能，將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，同時誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，從而加重鐵超載，進一步加重鐵死亡［4］。

1.2 鐵死亡與Tau蛋白相互作用 神經(jīng)元內(nèi)Tau蛋白過度磷酸化形成NFT也是AD的病理特點之一［4］。Tau蛋白與微管的穩(wěn)定性有關(guān)，當(dāng)其磷酸化程度較高時開始聚合成成對的螺旋絲，然后聚集并沉淀形成NFT，進一步使微管分解，進而導(dǎo)致神經(jīng)元死亡［14］。Tau蛋白可通過細胞膜的轉(zhuǎn)運來調(diào)控細胞內(nèi)鐵外流，促進鐵的輸出，而Tau蛋白的高度磷酸化和聚集可能影響鐵外流，從而使神經(jīng)元鐵沉積，進一步促進NFT的生成，形成惡性循環(huán)［6］。腦鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)與Tau蛋白和NFT息息相關(guān)，鐵可調(diào)控Tau蛋白的磷酸化程度并誘導(dǎo)異常磷酸化Tau蛋白的積聚［5］。過量的鐵還可以促進Tau蛋白的磷酸化，從而促進NFT的生成，最終導(dǎo)致神經(jīng)元和突觸的功能受損。LEI等［15］研究發(fā)現(xiàn)，敲除Tau基因后大鼠會產(chǎn)生年齡依賴性的鐵積累和腦萎縮。此外，有研究者在神經(jīng)元NFT中也發(fā)現(xiàn)了鐵離子的異常沉積，這可能與AD發(fā)病過程中Tau蛋白間接參與神經(jīng)元鐵離子的傳遞有關(guān)［16］。

2 LOX與鐵死亡

LOX是一種含鐵的雙加氧酶，該家族成員在生物體內(nèi)催化含有順，順-1，4-戊二烯結(jié)構(gòu)的多元不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA），從而生成相應(yīng)脂質(zhì)，可加速氧與花生四烯酸（arachidonic acid，AA）、二十二碳六烯酸和其他PUFA化合物的立體選擇性結(jié)合［17］，在炎癥發(fā)生中起重要作用［18］。研究指出，LOX（特別是15-LOX1）是鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)控因子［19-20］。LOX可促進PUFA氧化成其氫過氧化物的中間體，如氫過氧化二十碳四烯酸（hydroperoxyeicosatetraenoic acid，HPETE）氧化形式AA［21］?，F(xiàn)有研究證實，LOX催化PUFA的氧化（主要是AA）可引導(dǎo)細胞走向鐵死亡［19，22］。因此，LOX可以作為調(diào)節(jié)鐵死亡的一個重要靶點，因為PUFA的過氧化作用可以加速鐵死亡的發(fā)生，而LOX可使PUFA過氧化。SHAH等［23］通過轉(zhuǎn)染使人類胚胎腎細胞過度表達疾病相關(guān)的LOX亞型，結(jié)果顯示，過度表達LOX亞型的人類胚胎腎細胞對鐵死亡高度敏感，提示LOX過表達會增加細胞對鐵死亡的敏感性。LOX通過促進鐵介導(dǎo)的單電子將預(yù)先形成的磷脂氫過氧化物還原為過氧自由基［24］，過氧自由基又可促使PUFA擴增，活性氧（reactive oxygen species，ROS）可與PUFA進一步反應(yīng)從而誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化［10］，最終使細胞對鐵死亡敏感［24］。另外，LOX抑制劑可抑制體內(nèi)氧化劑的產(chǎn)生［23］。

但也有研究推斷LOX在鐵死亡過程中并不起關(guān)鍵性作用，即觸發(fā)鐵死亡時，急性抑制LOX催化也不會阻止細胞死亡［7］。已知細胞脂質(zhì)氫過氧化物（lipid hydroperoxide，LOOH）的生成主要通過兩種機制：一種是自氧化，即鐵催化的自發(fā)過氧自由基介導(dǎo)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)［25］，另外一種是鐵依賴性LOX催化的酶介導(dǎo)過程［26］。SHAH等［23］支持磷脂自氧化是鐵死亡發(fā)生的基本條件，即自氧化在鐵死亡的發(fā)生中起核心作用，而通過LOX進行酶驅(qū)動的磷脂氧化可能只會降低鐵死亡觸發(fā)的閾值。雖然LOX在鐵死亡過程中不起關(guān)鍵性作用，但其仍是鐵死亡過程中不可或缺的角色。脂質(zhì)過氧化與鐵死亡有著直接的聯(lián)系，PUFA是構(gòu)成細胞膜脂質(zhì)雙分子層的重要組成部分［20］，是誘發(fā)鐵死亡的基礎(chǔ)［21］，在鐵死亡過程中起關(guān)鍵性的作用。LOX通過氧化PUFA而使細胞損傷，進一步誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化，最終導(dǎo)致鐵死亡的發(fā)生。

3 LOX的代謝過程

LOX參與了炎癥的發(fā)生和發(fā)展過程，而炎癥則與腦卒中、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)［27］。因此，LOX與疾病的發(fā)展密切相關(guān)，而抑制其作用在疾病預(yù)防中至關(guān)重要［28］。目前，人類LOX家族有六種亞型（5-LOX、12-LOX、12B-LOX、15-LOX、15B-LOX和E3-LOX），而小鼠有七種亞型（5-LOX、15-LOX、15b-LOX、12-LOX、12b-LOX、e3-LOX和12e-LOX）［29］。在LOX家族中，5-LOX至關(guān)重要，5-LOX在心血管系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達，其水平隨著機體衰老而上升，其升高是神經(jīng)退行性疾病的常見危險因素［30］。抑制5-LOX的激活，可以減緩與年齡相關(guān)的腦部疾病的進展［31］。5-LOX可通過氧化游離或酯化脂肪酸的5位碳原子而產(chǎn)生促炎遞質(zhì)［32］。5-LOX的直接產(chǎn)物包括5-氫過氧二十碳四烯酸（5-hydroperoxyeicosatetraenoic acid，5-HPETE），其被還原為5-羥基二十碳四烯酸（5-hydroxyeicosatetraenoic acid，5-HETE）或白三烯（leukotriene，LT）A4［1］。根據(jù)細胞內(nèi)環(huán)境，LTA4可以代謝為LTB4或LTC4，LTC4可進一步代謝為LTD4和LTE4［33］。這些5-LOX最終產(chǎn)物通過激活G蛋白偶聯(lián)受體和半胱氨酰白三烯受體來調(diào)節(jié)趨化因子的產(chǎn)生、免疫細胞活化和炎癥［34］。5-LOX的活性依賴于5-LOX活化蛋白（five lipoxygenase activating protein，F(xiàn)LAP）并受其調(diào)節(jié)，這是5-LOX活化的必要條件［35］。此外，5-LOX也是一種通過產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化的關(guān)鍵酶［36］。質(zhì)膜的主要成分是磷脂，易發(fā)生脂質(zhì)過氧化，進一步使細胞膜破裂并誘發(fā)鐵死亡［36］。

此外，12/15-LOX可將游離和酯化脂肪酸氧化成磷脂，進一步生成脂質(zhì)遞質(zhì)，如12-羥基二十碳四烯酸（12-hydroxyeicosatetraenoic acid，12-HETE）和15-羥基二十碳四烯酸（15-hydroxyeicosatetraenoic acid，15-HETE），在人體組織中具有廣泛的功能［37］。12-HETE是一種促炎分子，可引起血管舒張、中性粒細胞趨化和細胞增殖［38-39］。15-HETE可與LTB4受體2、過氧化物酶體增殖物激活受體結(jié)合并活化，其高水平狀態(tài)下可引起細胞產(chǎn)生毒性ROS［40］。

4 LOX與AD的關(guān)系

4.1 LOX與Aβ Aβ生成過多或清除不及時均可導(dǎo)致可溶性Aβ寡聚體和不可溶性淀粉樣蛋白沉積在大腦中，形成淀粉樣蛋白斑塊，其與小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞相互作用，可導(dǎo)致神經(jīng)元功能異常和死亡［41］。越來越多的證據(jù)表明，5-LOX參與了Aβ的形成和沉積。如CHU等［1］用Tg2576（一種AD轉(zhuǎn)基因大鼠模型）與5-LOX基因缺陷的大鼠（即5-LOX的純合敲除）雜交，并將其與常規(guī)Tg2576大鼠進行比較，發(fā)現(xiàn)缺乏5-LOX的Tg2576大鼠的大腦中β-淀粉樣蛋白肽明顯減少，并且隨著大鼠年齡增長，β-淀粉樣蛋白肽減少更明顯；在Tg2576大鼠的海馬和皮質(zhì)檢測到5-LOX mRNA表達升高，而敲除5-LOX則可以明顯減少Aβ沉積［42-43］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，5-LOX可通過激活cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding，CREB）而調(diào)節(jié)Aβ的生成，并在Tg2576、3xTg（一種AD轉(zhuǎn)基因大鼠模型）中促進γ分泌酶復(fù)合物的表達［44-46］。研究表明，5-LOX基因敲除或選擇性抑制5-LOX能使CREB和γ分泌酶復(fù)合物的表達水平下降，使Aβ的產(chǎn)生明顯減少［44］。Aβ還可以通過12/15-LOX來調(diào)節(jié)β分泌酶1（beta-site APP-cleaving enzyme 1，BACE1）［47］。當(dāng)12/15-LOX基因缺陷時，Aβ生成減少，而12/15-LOX表達增強時大腦中Aβ的水平則升高［17］。12/15-LOX在Aβ形成中的作用與BACE1蛋白水平直接相關(guān)，并且12/15-LOX的重要性已在體內(nèi)試驗得到證實［47］。

4.2 LOX與Tau蛋白 Tau蛋白是一種微管相關(guān)蛋白，其可使微管保持穩(wěn)定。當(dāng)Tau蛋白高度磷酸化時，其對微管的親和力降低，Tau聚合成成對的螺旋絲，進一步聚集并沉淀形成NFT，導(dǎo)致神經(jīng)元突觸傳導(dǎo)障礙，加劇神經(jīng)退行性病變［14］。越來越多的磷酸化Tau蛋白在腦部積累是AD和Tau蛋白相關(guān)性疾病的主要標(biāo)志性病變之一，神經(jīng)炎癥是這些疾病的特征［48］。5-LOX是一種酶蛋白，其代謝產(chǎn)物是具有強效致炎作用的脂質(zhì)［48］。VAGNOZZI等［49］通過比較5-LOX基因缺陷的P301S（Tau蛋白病轉(zhuǎn)基因大鼠模型）大鼠與常規(guī)Tau蛋白病大鼠發(fā)現(xiàn)，5-LOX的遺傳缺失減輕了P301S大鼠的Tau蛋白磷酸化和神經(jīng)炎癥；該研究還顯示，5-LOX的表達和活性在P301S大鼠的大腦中以年齡和區(qū)域依賴性模式上調(diào)。研究表明，5-LOX過表達可導(dǎo)致細胞周期蛋白依賴性激酶5（cyclin dependent kinase-5，CDK5）激活，隨后在特定表位發(fā)現(xiàn)Tau蛋白磷酸化升高［31］。研究發(fā)現(xiàn)，與P301S大鼠相比，過表達5-LOX的Tau蛋白病大鼠的大腦中CDK5激酶通路被激活［50］。當(dāng)抑制或敲除5-LOX時可降低CDK5共激活因子p35和p25的表達水平［30］。在體外實驗中，5-LOX催化AA產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物5-HPETE與N2A-APPswe神經(jīng)元共培養(yǎng)，可激活CDK5，進而增強Tau蛋白磷酸化水平，而通過與CDK5抑制劑共培養(yǎng)則可明顯降低Tau蛋白磷酸化水平［51-52］。上述研究表明，5-LOX通過CDK5發(fā)揮作用，從而誘導(dǎo)Tau蛋白發(fā)生病理變化。

4.3 LOX與神經(jīng)突觸 AD是一種神經(jīng)退行性疾病，會導(dǎo)致記憶喪失和認知功能障礙惡化［53］。一個健康的神經(jīng)系統(tǒng)具有突觸可塑性以及其他神經(jīng)可塑性，允許對環(huán)境的變化進行結(jié)構(gòu)和生理適應(yīng)［54］。這種可塑性的改變維持著學(xué)習(xí)、記憶的變化，當(dāng)受到病理和衰老的嚴(yán)重影響時，認知功能會發(fā)生退化［54］。突觸連接的強度和效率受到環(huán)境或個人體驗的影響，這種特性稱為突觸可塑性，其與記憶和學(xué)習(xí)過程直接相關(guān)，這些類型的細胞記憶和學(xué)習(xí)模型具有特定的刺激方式，其通過激動突觸前后神經(jīng)元而引起突觸傳遞增強，稱為長期增強（long-term potentiation，LTP）［53］，在學(xué)習(xí)和記憶的形成中扮演著重要角色［7］。大腦突觸可塑性異常被認為是導(dǎo)致AD患者認知功能下降的重要原因。學(xué)習(xí)和記憶取決于突觸的完整性和功能，當(dāng)5-LOX過度激活時可導(dǎo)致突觸障礙，其特征是突觸生物標(biāo)志物（如突觸素、突觸后密度蛋白95和樹突蛋白微管相關(guān)蛋白2）表達降低，進一步使LTP受損，最終導(dǎo)致AD模型大鼠的記憶缺陷［46，50，55］。當(dāng)抑制或敲除5-LOX時以上改變則被反轉(zhuǎn)［7］。電生理實驗表明，3xTg大鼠LTP的損傷程度明顯減輕，而抑制或敲除5-LOX基因后LTP的功能得到了改善［17，45，47］。

5 LOX抑制劑對AD的作用

目前，AD治療的選擇范圍很窄，并且缺乏足夠的治療藥物。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的LOX異構(gòu)體是12/15-LOX［17］。JOSHI等［2］認為，12/15-LOX可通過促進Aβ的積累形成老年斑和Tau蛋白的磷酸化來加重AD的神經(jīng)變性。12/15-LOX能提高轉(zhuǎn)錄因子Sp1的轉(zhuǎn)錄活性，并誘導(dǎo)β分泌酶的表達，增加Aβ的合成，加速老年斑的形成［2］。而12/15-LOX對Tau蛋白磷酸化有一定的促進作用，可導(dǎo)致NFT的形成。此外，ODDO等［56］研究發(fā)現(xiàn)，12/15-LOX還可以直接調(diào)節(jié)突觸功能。JOSHI等［2］認為，12/15-LOX抑制劑PD14676可作為AD治療的潛在靶點，既可以抑制Aβ通路，又可以干預(yù)Tau蛋白磷酸化通路，還可減輕相關(guān)的突觸病理和行為損傷。此外，研究發(fā)現(xiàn)，PD14676可逆轉(zhuǎn)AD大鼠模型的認知功能和神經(jīng)病理學(xué)表現(xiàn)［57］。所以，抑制12/15-LOX可能是AD的一個新的治療靶點。

氧化應(yīng)激在A D的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要作用。PRATICò等［58］認為，12/15-LOX的增加可能與腦氧化應(yīng)激有關(guān)。12/15-LOX是氧化應(yīng)激的主要來源，細胞因子、Aβ等刺激12/15-LOX，進而產(chǎn)生羥基二十碳四烯酸（hydroxyeicosatetraenoic acids，HETEs），進而加強炎癥和氧化應(yīng)激。研究表明，與對照衰老大腦相比，AD患者大腦12/15-LOX代謝途徑增加，且這種增加與中樞神經(jīng)系統(tǒng)氧化失衡直接相關(guān)［58］。因此，特異性降低或阻斷12/15-LOX代謝途徑激活的藥物可考慮作為AD的潛在治療措施。

6 小結(jié)與展望

目前，鐵死亡可能通過促進脂質(zhì)過氧化和鐵失調(diào)來驅(qū)動AD。一方面，鐵在鐵死亡中起關(guān)鍵作用，當(dāng)腦鐵異常增高時過量的鐵與Aβ和Tau蛋白相互作用，促進兩者在腦部的生成和積累，引起惡性循環(huán)，進一步加重AD。另一方面，脂質(zhì)過氧化與鐵死亡的發(fā)生有著直接的關(guān)系，而LOX在介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化方面具有重要作用，含有PUFA成分的磷脂易受到LOX介導(dǎo)的自由基影響而發(fā)揮氧化作用，進一步導(dǎo)致脂質(zhì)雙層的破壞，從而促進鐵死亡。研究發(fā)現(xiàn)，AD患者和動物模型大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)域LOX表達水平上調(diào)，且LOX通過激活CREB或調(diào)節(jié)BACE1蛋白來促進Aβ的生成，通過激活CDK5來誘導(dǎo)Tau蛋白高度磷酸化［41-42］，且能損傷LTP，進一步加重突觸功能障礙，導(dǎo)致認知功能下降，從而促進AD的進展［7］。LOX抑制劑在AD中的作用得到越來越多的研究證實，LOX的靶向干預(yù)可能是治療AD的有前景的策略。然而LOX的亞型較多，且大部分LOX抑制劑不具有選擇性，治療效果可能會受此影響，此外，也應(yīng)考慮LOX抑制劑帶來的不良反應(yīng)。雖然LOX抑制劑作為抗AD藥物的研發(fā)仍有待進一步研究，但抑制LOX的特異性藥理學(xué)可能是延緩AD發(fā)展的重要方法。AD的病理機制較為復(fù)雜，鐵死亡可能為了解AD的病理機制提供新的方向，所以今后可以進一步驗證鐵死亡在AD中的作用及研發(fā)具有多效性作用的LOX抑制劑。

作者貢獻：于放進行文章的構(gòu)思與設(shè)計，撰寫及修訂論文；常翔進行研究的實施與可行性分析，負責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對文章整體負責(zé)、監(jiān)督管理；于放、馬晶瑩、馬旺然進行文獻收集、整理。

本文無利益沖突。