| 名医在线阿尔茨海默病与线粒体dna变化的氧应激 中华神经科杂志 2000年第1期第33卷 综述 作者：邱小忠 陈瑗 周玫 单位：邱小忠（广州, 第一军医大学分子生物学研究所自由基医学研究室510515 ）；陈瑗（广州, 第一军医大学分子生物学研究所自由基医学研究室510515 ）； 周玫（广州, 第一军医大学分子生物学研究所自由基医学研究室510515 ） 阿尔茨海默病（ad）的研究已成为医学研究的一个热点，各国学者从不同角度对ad进行了多方位的研究，然而，引起ad的最终机制仍还在探索之中［1-3］。线粒体内的氧化磷酸化过程是体内氧自由基的主要来源，自由基在ad发生中的作用，已日益受到关注；近几年来，ad与线粒体脱氧核糖核酸（mtdna）氧应激关系的研究，成为探讨ad发病机理的新动向［1］。 一、β-淀粉样沉积蛋白（β-amyloid，aβ）与氧应激 ad的自由基损伤的事实包括ad病人中出现了较高的蛋白质氧化作用和脂质过氧化作用，并且cu/zn-sod(超氧化物歧化酶)及mn-sod活性减少［2-8］。covell 等［3］观察到ad脑中出现一种氧化蛋白标志物（蛋白羰基结构）的增高以及谷氨酰胺合成酶的氧化敏感性降低的现象,脑中氧的消耗大，抗氧化酶相对较少，这说明氧应激是ad形成的一个重要因素。 现在已知ad中的突变都直接和长片段的aβ累积有关，aβ是来自amyloid前体蛋白（app）的由39～43个氨基酸组成的多肽，正常情况下app从aβ段中裂解以阻止aβ的产生，导致家族性ad突变的途径主要是由β-secretase 及γ-secretase 两种断裂酶来完成［4］。大约50％的早发性ad与早老素基因（ps-1基因）的各种不同突变有关，ps-1基因突变通过app的改变或细胞凋亡途径导致神经元细胞退行性病变，ad中app的改变过程包括作为神经毒aβ产量的提高和app在α-secretase作用下的神经保护性片段（sappα）减少［5］。aβ与age受体（rage）相互作用，能增加体内h2o2的累积，产生氧化伤害，引起细胞凋亡，ad中氧应激引起小胶质细胞顺aβ浓度梯度迁移，导致老年斑周围出现小胶质细胞聚集［6］。aβ还能增加脂质过氧化，h2o2和aβ一样都能增加nf-κb蛋白的失常表达，从而引起细胞的凋亡反应，aβ导致的早发性ad事件出现类似自由基作用的细胞膜损伤现象，利用vite等抗氧化剂和自由基清除剂能解除aβ的毒性［2］，抗aβ毒性的细胞表现出较强的抗h2o2毒性［7-9］。bozner等［10］利用50 μm aβ（25～35）片段诱导了 pc 12 细胞线粒体dna (mtdna)的氧应激损伤，并通过southern杂交技术检测了mtdna的氧化损伤，用mtdna专门的探针识别了13.3 kb的缺失片段。swerdlow等［11］将ad病人的线粒体转入ntera2/d1 (nt2) 细胞中，形成的cybrids细胞出现活性氧的产量的提高，抗氧化酶的活性有明显提高，这表明ad 病人中mtdna中编码细胞色素氧化酶vi的基因突变足够引起包括氧自由基的生化损伤。 二、 ad线粒体损伤与氧应激 ad线粒体受到损伤能产生氧应激。将ad病人及正常人的线粒体分别注入mtdna的人sh-sy5y细胞（p0细胞）形成转线粒体细胞(cybrids),结果和对照组的cybrids细胞相比，ad cybrids 细胞中电子传递链(etc) 复合物iv的活性减少52%［12］。ad cybrids细胞中活性氧（ros）的量也有提高，复合物iv是由线粒体dna所编码的，这表明线粒体及mtdna损伤与ad有关，ad中线粒体复合物iv活性的降低，直接与活性氧的产生有关，将线粒体电子传递链复合物iv的活性进行抑制，结果含有正常人线粒体的sh-sy5ys细胞株中的活性氧（ros）水平提高［11,12］。利用铁和h2o2也能诱导β-淀粉样沉积的产生，在正常的发育过程中活性氧对线粒体dna的损伤明显与年龄有关，老年鼠中mtdna 的损伤远远超过幼鼠中mtdna的损伤［7,8,13］。线粒体功能紊乱改变了淀粉样蛋白的代谢过程，使得ad患者脑中出现了淀粉样变性，ad线粒体损伤导致了氧应激加剧。 另外，ad中的氧应激可导致线粒体损伤。除小脑外，ad病人大脑中的线粒体膜流动性明显减少，而在对照组中，线粒体膜的流动性随着年龄的增加而逐步减少。当线粒体暴露在fecl2和h2o2中时，其膜的流动性急剧下降，线粒体dna中被氧化的8-hydroxy-2′-deoxyguanosine (oh8dg) 的量也大大提高，这表明在ad的形成过程中，氧应激起着非常重要的作用。 自由基的产生和消除的速率维持着一种动态平衡，氧应激的产生过程是这种平衡被打破的过程，这种平衡的破坏由酸中毒、过渡金属及aβ肽段等因素诱发［14］。活性氧（如*oh）大多能促使蛋白过氧化、脂质过氧化及核酸过氧化，在线粒体有氧呼吸过程中产生的超氧阴离子，进一步形成羟自由基（*oh）等活性氧，引起线粒体损伤；存在no时，超氧阴离子将转变为过氧亚硝酸等活性氧［15,16］。keller等［17］发现mn-sod过度表达能抑制fe2+和aβ诱导的细胞凋亡，mn-sod过度表达的细胞中，谷胱甘肽过氧化物酶的活性提高，增加了对自由基的清除作用，说明aβ、超氧阴离子和过氧亚硝酸导致的线粒体功能受损，在神经细胞损伤中起重要作用。位于染色体14上的早老素基因1（ps1）编码受体蛋白和通道蛋白，其基因突变能增加tau蛋白磷酸化，增加aβ的形成；aβ诱导的转录因子nf-κb活性的阻断和钙离子浓度升高同线粒体功能缺损有关，aβ诱导的线粒体功能缺损包括线粒体膜的去极化、氧消耗减少和组成线粒体电子传递链的复合物i、ii、iii的功能阻断［5,13］；aβ能引起线粒体活性氧的产生，诱导早老性ad的发生［7-9，13］。 总之，ad中线粒体的损伤与氧应激是密切相关的，ad中的线粒体受到损害能产生氧应激，而氧应激又加剧线粒体的损害作用， ad正是这两种因素相互作用的结果。 三、 ad中线粒体氧应激的分子基础 1988年，首次证实mtdna的错义突变与人类遗传病有关后，mtdna突变与进行性退变关系的研究越来越引起人们的兴趣,ad的线粒体学说已受到广泛的关注［1］。基于ad病人组织中氧化磷酸化酶系（oxphos）及atp 合成酶的活性改变，mtdna的损伤可能是ad病人脑损伤的重要原因。线粒体dna是由16 596 bp组成的裸露的双链环状分子，它编码oxphos中的5个复合物中的4个复合物；mtdna缺少组蛋白的保护作用，易受活性氧种（ros）的侵害，正常细胞大约有 1％～5％的氧会逃离正常的细胞色素氧化酶催化过程产生ros，由于自由基半衰期短，就近裸露的mtdna就成为容易攻击的对象［1,9,16］。ros诱导的mtdna包括单链及双链的断裂、碱基缺失及突变，hamblet等［18］利用pcr及 southern技术发现ad病人的mtdna缺失5 kb的机率比对照组大6.5倍，表明ad病人中mtdna的损伤积累比一般人更为严重。相对于核dna来说，线粒体产生更多的象8-oxoguanine的损伤性碱基［19,20］；线粒体dna编码的细胞色素氧化酶的亚基i、亚基ii和亚基iii的mrna 有50% 的减少；然而，ad与mtdna突变的关系一直未能很好的阐明。 |
