阿尔茨海默病与HSP90及共伴侣蛋白的相关研究

阿尔茨海默病与HSP90及共伴侣蛋白的相关研究〔〕:

摘要：在神经退行性疾病中，阿尔茨海默病〔AD〕成为21世纪公共卫生的主要关注点。阿尔茨海默病导致严重的认知功能受损、生活质量急剧下降，也是65岁以后发生的最常见的痴呆症。随着社会开展，老龄化速度的加快，AD的患病率也逐渐上升。世界卫生组织(WTO)估计全球65岁以上老年人群AD患病率为4%~7%。平均年龄每增加6.1岁，患病率升高1倍，在85岁以后患病率可高达20%~30%。AD是造成老年人失去日常生活才能的最常见疾病，同时也是导致老年人死亡的第五位病因。国际老年痴呆协会已经将每年的9月21日列为世界老年痴呆日。

随着年龄的增长，细胞维持蛋白质稳态的才能下降，神经退行性疾病的患病率增加，因此提出了胆碱能、淀粉样蛋白和tau蛋白假说来解释其开展。

关键词：阿尔茨海默病；热休克蛋白90；共伴侣蛋白；抑制剂；综述

1阿尔茨海默病的治疗现状

目前，AD没有治愈方法，只有五种可用于治疗病症的药物：四种AChE抑制剂〔根据胆碱能假设开发的药物〕和一种N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂。康耐视〔他克林〕，多奈哌齐，利凡斯的明和加兰他敏均为AChE抑制剂【1】，美金刚通过作用于谷氨酸能系统的方法，但其成效似乎仅限于中度至重度AD，并且其效果有限【2】。发现这些药物能减缓认知病症的进展，但是超过一半的患者服药效果并不大。因此，新药的开发是一个紧迫的问题，最近的研究集中在把淀粉样蛋白和tau蛋白作为治疗靶标。

2AD的病理根底及致病机制

AD的主要特征在于两种蛋白质的异常加工：beta;淀粉样蛋白〔Abeta;〕和Tau蛋白。细胞外老年斑〔SP〕，是由beta;淀粉样蛋白〔Abeta;〕组成的细胞外聚集体；细胞内神经原纤维缠结〔NFT〕，是由微管相关蛋白tau过度磷酸化组成的细胞内聚集体【3】。这种beta;淀粉样蛋白破坏钙稳态而对邻近神经元有毒，从而导致细胞凋亡。Tau聚集对细胞有毒，过度磷酸化的Tau蛋白可以将通常磷酸化的Tau蛋白募集到聚集体和缠结中，导致轴突分子运输所必需的微管构造破坏，这是神经元存活的一个关键方面【4】。

2.1beta;淀粉样蛋白〔Abeta;〕

Abeta;是由突变形式的beta;淀粉样蛋白前体蛋白〔APP〕产生的蛋白质片段，片段积聚形成坚硬的不溶性斑块，可溶性和不溶性Abeta;被认为是最终导致AD的原因。APP是一种跨膜蛋白，被beta;-和-分泌酶切割。前者也称为beta;位点淀粉样蛋白前体蛋白裂解酶〔BACE-1〕，产生sAPPbeta;，其是可溶性淀粉样蛋白前体和与膜结合的C末端片段〔C99〕。接下来，-分泌酶裂解C99释放Abeta;40和Abeta;42。Abeta;42是淀粉样蛋白斑中的主要成分，并且形成毒性最大的寡聚体【5】。因此，Abeta;诱导细胞死亡，最终导致痴呆。

AD中发现的淀粉样蛋白斑和淀粉样血管病，两者都与beta;淀粉样蛋白的细胞外积聚有关【6】。Abeta;的积累，特别是高毒性寡聚体〔可溶性低聚物〕形式，一方面激活过度磷酸化tau的激酶，导致tau蛋白过度磷酸化；另一方面选择性地靶向突触并破坏它们的构造和功能，减少部分突触的数量和可塑性【7】，是NFT形成以及最终突触和神经元丧失的主要致病因素。许多先前的研究广泛承受Abeta;聚集引发一系列下游事件，如淀粉样斑块沉积、tau蛋白过度磷酸化、炎症、突触构造和功能的丧失，以及易感神经元的死亡，被认为是"淀粉样蛋白级联假说";[8]。

脑血管系统也是Abeta;的重要靶点，血管功能障碍显着促进神经元损伤和痴呆。Abeta;阻止一氧化氮合酶〔eNOS〕利用NADPH，这是酶活性需要的辅助因子。AD中已经证实内皮源性一氧化氮〔NO〕生物利用度减少和血管功能障碍[9]。Abeta;沉积可能在痴呆病症出现之前数年甚至数十年就已经开始，但是晚期发病的AD患者表现为Abeta;去除受损，而不是Abeta;过度产生[10]，因此AD治疗中促进Abeta;去除成为一种有吸引力的策略。

2.2Tau蛋白

AD病理学的另一个标志是微管相关蛋白tau的积累。Tau蛋白主要在中枢神经系统神经细胞的细胞体和轴突中表达。Tau蛋白是一种稳定微管的相关蛋白，tau蛋白的过度磷酸化，导致微管的tau蛋白聚集和不稳定性增加，一旦tau蛋白聚集由过度磷酸化诱导，其随后开始错误折叠、聚集和积累，它们在神经元内积累为NFT，导致神经元功能障碍，包括线粒体呼吸减少、线粒体动力学改变和轴突运输受损，最终导致神经细胞变性。Tau病理学是AD中一个驱动力，它通过Abeta;聚集体的形成而聚集。Abeta;触发Tau蛋白过度磷酸化、神经原纤维缠结形成和神经毒性[11]。可溶性tau的形成是相关神经变性开展的根底，而不溶性聚集体毒性较小，因为它们更有序。可溶性tau中间体比高级聚集体更具神经毒性，tau聚集可能是神经元使用的保护机制，而毒性最大的是可溶性tau中间体【2】。与淀粉样蛋白斑块相比，tau病理学程度与痴呆程度相关性更好，使得tau蛋白成为AD治疗的一个有吸引力的靶点。

3HSP90的构造和功能

3.1HSP90的构造

Hsp90是动态构象的二聚体蛋白，Hsp90作为具有三个主要构造域的同源二聚体发挥功能，包括高度保守的N-末端ATP结合构造域，与客户和共伴侣结合的中间构造域和负责二聚化的C-末端构造域。HSP90作为一种由所有真核细胞高度表达的伴侣蛋白，包括四个成员：应激诱导的HSP90alpha;，组成型表达的HSP90beta;和线粒体形式TNF受体相关蛋白1〔TRAP1〕及葡萄糖调节蛋白94〔GRP-94〕。

3.2HSP90的功能

Hsp90作为一种进化上保守的分子伴侣，生物学功能主要涉及辅助蛋白质折叠、复杂组装和降解，以及底物活化或增强底物蛋白质的生物活性[12]。在细胞内部，Hsp90以ATP酶依赖的方式维持许多"客户蛋白质";的稳定性和功能性。许多客户蛋白质是调节细胞存活、代谢和生长的关键组分[13]。Hsp90对本质上无序且高聚集倾向的蛋白质特别重要。一些蛋白质与Hsp90形成复合物，其稳定性足以被别离并进展生物化学分析，称之为"稳定";循环。经历稳定循环的客户蛋白质受到Hsp90更严格的调节[14]。Hsp90保护蛋白酶体免受与年龄相关的氧化依赖性衰退。然而，随着老化，Hsp90与蛋白酶体之间的关联急剧减少，它们是如此连接，当一个失败时，另一个也失败，导致细胞毒性和细胞死亡[15]。分子伴侣和共伴侣蛋白共同调节蛋白质折叠和客户成熟，它们还对错误折叠或聚集的蛋白质进展重折叠或降解，形成了防止蛋白质错误折叠的重要防线[16]。血清Hsp90程度降低是AD中蛋白质聚集增加的一个标志。

4HSP90对Abeta;和Tau蛋白的作用

4.1HSP90/Abeta;

在神经系统中，细胞外Hsp90决定小胶质细胞吞噬作用的激活。小胶质细胞是中枢神经系统〔CNS〕中唯一的常驻巨噬细胞，活化的小胶质细胞摄取Abeta;，并通过蛋白酶体途径降解，HSP90增强小胶质细胞对Abeta;的吞噬和降解作用。星形胶质细胞通过分泌蛋白酶来介导细胞外Abeta;的降解，同时也具有摄取Abeta;的才能[10]。Hsp90也通过激活Toll样受体4〔TLR4〕途径，形成Hsp90和HSP70/HSP40复合物，诱导产生白细胞介素6〔IL-6〕和肿瘤坏

死因子alpha;〔TNFalpha;〕，增加Abeta;的去除率，促进Abeta;降解。痴呆患者的炎症反响不是全身性的，主要集中在中枢神经系统，脑内炎性细胞因子的增高并不是外周免疫系统激活所致[17]。也有学者发现，与非AD受试者相比，AD患者的额叶皮层，颞上回和内嗅皮质中的TNFalpha;程度明显降低，低程度的TNFalpha;可能说明AD中炎症过程的失调。过度激活的小胶质细胞可产生大量的炎性介质，诱导慢性炎症反响的形成，进而加速AD的开展和恶化[18]。

4.2HSP90/tau蛋白

Hsp90能重新折叠细胞中的许多非天然蛋白质，但不能正确调节本质上无序的tau蛋白。Hsp90保存了tau蛋白增强快速微管动力学的作用，但当tau蛋白开始过量累积或发生微管损伤时，Hsp90保持tau蛋白的这种才能变得有问题，导致tau蛋白异常聚集和积累，并且在一定条件下，Hsp90甚至可以增强tau蛋白毒性[19]，从而允许并维持有毒聚集体的积累。

Hsp-泛素-蛋白酶体系统〔UPS〕介导的聚集体去除，在AD病理学中起关键作用。Hsp90可以识别过度磷酸化的tau蛋白，结合后Hsp90复合物的特定组分，可以确定客户蛋白是否进入重折叠途径或被UPS降解。在ADP结合的构象中，Hsp90与客户蛋白结合的Hsp70/Hsp40复合物结合，并募集泛素连接酶指导客户蛋白UPS降解[20]。Hsp90与多种共伴侣共同调节tau蛋白和其他聚集蛋白，实际上随着衰老这些共伴侣的程度发生变化，这可能导致疾病发生或程度严重。

5通过共伴侣蛋白更详细地指出Hsp90

应激蛋白〔HSP90及共伴侣蛋白〕解决蛋白质折叠问题，并倾向于细胞内蛋白质的三级和四级构造[21]。Hsp90活性通过与共伴侣的互相作用来调节，从而提供对客户蛋白质的质量控制。Hsp90共伴侣蛋白是除了伴侣蛋白之外具有不同细胞功能的蛋白质，包括Hsp40，HSP70和E3泛素连接酶CHIP〔Hsc70互相作用蛋白的羧基末端〕，Hop〔Hsp70和Hsp90组织蛋白〕，Cdc37和p23，Hsp27[22]。Hsp90将tau蛋白保持在适当位置，同时还充当共伴侣的支架以接近tau蛋白，共伴侣作用于结合的tau蛋白，但不需要对其具有绝对特异性。异常或错误折叠的客户蛋白暴露疏水氨基酸，与HSP40和HSP70结合以防止聚集，然后通过HOP辅助将客户蛋白传递给HSP90。p23与HSP90和客户蛋白的复合物结合后，重新折叠客户蛋白，最后从复合物中释放重新折叠的蛋白质。HSP90和p23再生，参与下一个蛋白质折叠的循环[8]。Hsp70作为一种蛋白质稳定剂，只与高度磷酸化的Tau蛋白结合，不与非磷酸化的Tau蛋白结合，这有助于形成CHIP-Hsp70-p-Tau复合物，从而允许p-Tau的泛素化和降解[23]。HSP70识别并结合beta;淀粉样蛋白，从而抑制毒性Abeta;的产生，并通过恢复聚集和折叠之间的平衡来帮助预防疾病{Evans,2022#5;Gezen-Ak,2022#4}[24]。HSP70还通过酶介导，刺激小胶质细胞和星形胶质细胞的吞噬作用降解Abeta;，具有抗细胞变性的保护作用。

5.1Hsp90/AHA1

Aha1是能增加Hsp90ATP酶活性的共伴侣，Aha1敲低会降低tau蛋白程度。Aha1与Hsp90互相作用而不依赖核苷酸状态，显著加速ATP酶循环。用Aha1抑制剂治疗明显减少了不溶性tau蛋白的积累。Aha1与人脑组织中的tau蛋白病理学共定位，这种关联与AD进展呈正相关[25]。

5.2Hsp90/CHIP

Hsc70互相作用蛋白〔CHIP〕高度参与Hop〔Hsp70和Hsp90组织蛋白〕机制，其不仅作为HSP的共伴侣，还作为负责蛋白酶体降解的E3泛素连接酶。Tau蛋白是Hsp90复合物的客户蛋白，假设tau蛋白处于异常形式，它可以引发CHIP蛋白复合物的募集，从而诱导tau蛋白泛素化并激活下游降解过程。泛素化是通过UPS〔Hsp-泛素-蛋白酶体系统〕消除未折叠或错误折叠的蛋白质。CHIP通过蛋白酶体和溶酶体途径来协调降解异核蛋白。CHIP还加速Abeta;的去除，在氧化应激期间维持APP的程度并减弱Abeta;的毒性。CHIP在维持蛋白质的天然构造和稳态方面起双重作用[23]。

5.3HSP90/HSF-1

Hsp90调节转录因子热休克因子1〔HSF-1〕的活性，热休克基因转录主要受HSF-1调节。HSF-1定位于胞质溶胶中，应激时易位至细胞核并结合热休克基因的启动子，诱导转录并导致Hsp表达增加，衰老会降低HSF-1诱导基因表达的活性。

在正常条件下，Hsp90与HSF-1结合，这种复合物阻止了HSR[26]，即在无应激条件下，Hsp90抑制Hsp90/HSF-1复合物的解离，并保持转录因子处于非典型状态，但所有真核生物应激或热休克后，Hsp90释放HSF-1并诱导HSR。HSR的特征在于Hsp27、Hsp40、Hsp70、Hsp90和其他基因的表达增加，HSF-1的活化增强了细胞存活[27]。

6Hsp90作为AD的治疗靶标

Hsp90抑制剂与N末端的ATP结合位点结合，通常导致Hsp90与客户蛋白解离，客户蛋白随后通过泛素蛋白酶体途径降解，显著降低了p-Tau和Abeta;的程度，预防神经毒性。抑制Hsp90后诱导保护性Hsp70和Hsp40的产生，进一步促进异常蛋白质的降解。因此Hsp90抑制剂可以在AD治疗中提供双重作用。一方面改善tau蛋白过度磷酸化及随后的聚集；另一方面通过激活HSF-1形成活性三聚体，随后诱导HSR形成热休克蛋白，预防Abeta;、tau蛋白诱导的神经毒性。

Hsp90抑制剂，不是抑制Hsp90的功能，也不是抑制Hsp90的产生或降解，而是起到HSF-1活化剂的作用，从而促进热休克反响。

7结论和将来展望

HSP90具有两面性，一方面对错误折叠或聚集的蛋白质进展重折叠或降解，并在有益共伴侣存在时降解异常磷酸化的tau蛋白；另一方面促进异常tau蛋白磷酸化和聚集，并抑制HSF-1激活的热休克反响，阻止有益共伴侣的产生。因此，需要抑制HSP90有害一面，又要促进HSP90有益一面，HSP90ATP抑制剂的产生，能在期间获得平衡。血脑屏障〔BBB〕是大脑的半透性保护罩，用来限制血液中的物质进入CNS，透过BBB需要低分子量和脂溶性的药物，Hsp90抑制剂的临床开发不太成功，需要做更多的工作，更好地理解Hsp90与客户蛋白之间的机制，这些靶标将会逐一被发现，并且将出现新一代AD治疗药物。

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