文档介绍：阿尔茨海默病基因治疗实验研究进展
(作者:___________单位: ___________邮编: ___________)
作者:孔卫娜孙祎敏张丽霞1 苏安英2 柴锡庆
【关键词】阿尔茨海默病;β淀粉样蛋白;基因治疗
阿尔茨海默病(AD)主要症状为进行性记忆力和认知力减退。目前,药物治疗仍是治疗AD的主要手段,但现在所开发的药剂多为化学合成药,药物作用位点不专一,特异性弱。相反,采用基因治疗的方法不仅定位准确,作用持续时间长,而且没有非靶器官的副作用,是一种较为理想的治疗方法。此外,虽然研究证实AD是一种多病因介导的疾病,但是脑内β淀粉样蛋白(Aβ)代谢异常造成的Aβ片段聚集沉积引发的级联反应是AD的主要致病原因。Aβ的稳态水平依赖于生成、清除和内流间的平衡,因此,若能通过基因治疗的手段减少Aβ生成或上调酶介导的Aβ降解,促进受体介导的Aβ脑外流,抑制Aβ脑内流,便可有效地治疗AD。
1 降低Aβ生成的基因治疗
Aβ由分泌酶水解β淀粉样前体蛋白(APP)产生。体内有α、β、γ三种分泌酶参与APP的降解。α分泌酶的酶切位点位于APP蛋白中部,避免了完整Aβ分子序列的产生,且分解产生的可溶性淀粉样前体蛋白
α(soluble amyloid precursor protein α,sAPPα)对神经细胞具有神经营养和神经保护作用,是正常人体内APP的主要代谢方式;β分泌酶使APP裂解成游离的sAPPβ及仍结合在膜上的CTF99,CTF99再被γ分泌酶水解,生成P3和含有39~42个氨基酸残基的Aβ,Aβ(尤其是Aβ40和Aβ42)聚集形成淀粉样斑块,产生神经毒性。
APP基因 APP基因突变形成新的酶切位点,易为β、γ分泌酶(尤其是γ分泌酶)水解,进而产生大量的Aβ40和Aβ42,促进了淀粉样斑块的形成。用携带siRNA的单纯疱疹病毒载体封闭APP突变基因的表达有效阻断了AD小鼠海马淀粉样斑块的形成〔1〕。
α分泌酶α分泌酶及β、γ分泌酶两个酶系统对同一底物APP进行竞争。如果α分泌酶活性增强,既生成了对细胞具有营养作用的sAPPα,又减少了Aβ的产生,因此提高α分泌酶的活性或表达,利于对AD的治疗。
α分泌酶不是单一的蛋白酶,而是一类膜结合蛋白。金属蛋白酶10(adisintegrin and metalloproteinase 10,ADAM10)具有α分泌酶的生物学功能。Colciaghi等〔2〕发现在AD患者中,ADAM10的水平降低,且随疾病的进展,其下降程度增加。通过转基因技术,使AD模型小鼠神经元中适度过表达ADAM10基因,sAPPα的分泌增加,淀粉样斑块的生成减少;相反,转染ADAM10突变基因的AD模型小鼠,脑内淀粉样斑块的沉积加剧〔3〕。这些结果在一定程度上提示了ADAM10对于AD具有潜在的治疗作用。ADAM10并非唯一的
α分泌酶,过表达ADAM9、ADAM17或ADAM19的细胞,sAPPα的分泌也增加。因此,它们也是α分泌酶的活性成分之一,但其在AD治疗中的潜在作用还需要进一步的研究。
β分泌酶 1999年,Vassar等〔4〕用基因筛选的方法纯化出一种新的、在β分泌酶位点剪切APP的蛋白酶,称之为APP的β位点剪切酶(betasite APPcleaving enzyme 1,BACE1)。细胞实验显示,将化学合成的针对BACE1的siRNA转染APP基因突变小鼠神经元,干扰内源BACE1基因的表达,Aβ的生成下降〔5〕。Kobayashi等〔6〕的研究也发现BACE1基因敲除的AD模型小鼠的大脑Aβ沉积显著降低。构建BACE1 siRNA的慢病毒表达载体,将载体注射到AD模型小鼠海马中,小鼠海马组织BACE1的表达显著下降,Aβ的生成及淀粉样沉积显著降低,小鼠的行为学缺陷也得到一定改善〔7〕。
BACE2和BACE1同样具有剪切APP的功能,但它主要在Aβ序列的19Phe20Phe和20Phe21Ala部位进行剪切,破坏完整Aβ的形成而具有了类似α分泌酶的作用。BACE2与BACE1相互拮抗,竞争同一作用底物APP,从而抑制Aβ的生成。用慢病毒载体介导BACE2基因转染AD模型小鼠,BACE2在神经元内高表达,小鼠脑内Aβ的沉积显著降低〔8〕。
γ分泌酶γ分泌酶是一组复杂的多亚基复合体,早老素(presenilin,PS)1和PS2为同源异构体,是
γ分泌酶的组分之一。PS1和PS2基因突变可使Aβ42的水平选择性升高。APP、PS1和PS2基因突变被认为与早发型AD密切相关。除PS是γ分泌酶复合体组分外,还有Nicastrin(Nct)、APH1和PEN2,任一组分表达水平下调均将导致γ分泌酶复合体