阿爾茨海默病與HSP90及共伴侶蛋白的相關研究〔〕:

摘要：在神經退行性疾病中，阿爾茨海默病〔AD〕成為21世紀公共衛生的主要關注點。阿爾茨海默病導致嚴重的認知功能受損、生活質量急劇下降，也是65歲以后發生的最常見的癡呆癥。隨著社會開展，老齡化速度的加快，AD的患病率也逐漸上升。世界衛生組織(WTO)估計全球65歲以上老年人群AD患病率為4%~7%。平均年齡每增加6.1歲，患病率升高1倍，在85歲以后患病率可高達20%~30%。AD是造成老年人失去日常生活才能的最常見疾病，同時也是導致老年人死亡的第五位病因。國際老年癡呆協會已經將每年的9月21日列為世界老年癡呆日。

隨著年齡的增長，細胞維持蛋白質穩態的才能下降，神經退行性疾病的患病率增加，因此提出了膽堿能、淀粉樣蛋白和tau蛋白假說來解釋其開展。

關鍵詞：阿爾茨海默病；熱休克蛋白90；共伴侶蛋白；抑制劑；綜述

1阿爾茨海默病的治療現狀

目前，AD沒有治愈方法，只有五種可用于治療病癥的藥物：四種AChE抑制劑〔根據膽堿能假設開發的藥物〕和一種N-甲基-D-天冬氨酸受體拮抗劑。康耐視〔他克林〕，多奈哌齊，利凡斯的明和加蘭他敏均為AChE抑制劑【1】，美金剛通過作用于谷氨酸能系統的方法，但其成效似乎僅限于中度至重度AD，并且其效果有限【2】。發現這些藥物能減緩認知病癥的進展，但是超過一半的患者服藥效果并不大。因此，新藥的開發是一個緊迫的問題，最近的研究集中在把淀粉樣蛋白和tau蛋白作為治療靶標。

2AD的病理根底及致病機制

AD的主要特征在于兩種蛋白質的異常加工：beta;淀粉樣蛋白〔Abeta;〕和Tau蛋白。細胞外老年斑〔SP〕，是由beta;淀粉樣蛋白〔Abeta;〕組成的細胞外聚集體；細胞內神經原纖維纏結〔NFT〕，是由微管相關蛋白tau過度磷酸化組成的細胞內聚集體【3】。這種beta;淀粉樣蛋白破壞鈣穩態而對鄰近神經元有毒，從而導致細胞凋亡。Tau聚集對細胞有毒，過度磷酸化的Tau蛋白可以將通常磷酸化的Tau蛋白募集到聚集體和纏結中，導致軸突分子運輸所必需的微管構造破壞，這是神經元存活的一個關鍵方面【4】。

2.1beta;淀粉樣蛋白〔Abeta;〕

Abeta;是由突變形式的beta;淀粉樣蛋白前體蛋白〔APP〕產生的蛋白質片段，片段積聚形成堅硬的不溶性斑塊，可溶性和不溶性Abeta;被認為是最終導致AD的原因。APP是一種跨膜蛋白，被beta;-和-分泌酶切割。前者也稱為beta;位點淀粉樣蛋白前體蛋白裂解酶〔BACE-1〕，產生sAPPbeta;，其是可溶性淀粉樣蛋白前體和與膜結合的C末端片段〔C99〕。接下來，-分泌酶裂解C99釋放Abeta;40和Abeta;42。Abeta;42是淀粉樣蛋白斑中的主要成分，并且形成毒性最大的寡聚體【5】。因此，Abeta;誘導細胞死亡，最終導致癡呆。

AD中發現的淀粉樣蛋白斑和淀粉樣血管病，兩者都與beta;淀粉樣蛋白的細胞外積聚有關【6】。Abeta;的積累，特別是高毒性寡聚體〔可溶性低聚物〕形式，一方面激活過度磷酸化tau的激酶，導致tau蛋白過度磷酸化；另一方面選擇性地靶向突觸并破壞它們的構造和功能，減少部分突觸的數量和可塑性【7】，是NFT形成以及最終突觸和神經元喪失的主要致病因素。許多先前的研究廣泛承受Abeta;聚集引發一系列下游事件，如淀粉樣斑塊沉積、tau蛋白過度磷酸化、炎癥、突觸構造和功能的喪失，以及易感神經元的死亡，被認為是"淀粉樣蛋白級聯假說";[8]。

腦血管系統也是Abeta;的重要靶點，血管功能障礙顯著促進神經元損傷和癡呆。Abeta;阻止一氧化氮合酶〔eNOS〕利用NADPH，這是酶活性需要的輔助因子。AD中已經證實內皮源性一氧化氮〔NO〕生物利用度減少和血管功能障礙[9]。Abeta;沉積可能在癡呆病癥出現之前數年甚至數十年就已經開始，但是晚期發病的AD患者表現為Abeta;去除受損，而不是Abeta;過度產生[10]，因此AD治療中促進Abeta;去除成為一種有吸引力的策略。

2.2Tau蛋白

AD病理學的另一個標志是微管相關蛋白tau的積累。Tau蛋白主要在中樞神經系統神經細胞的細胞體和軸突中表達。Tau蛋白是一種穩定微管的相關蛋白，tau蛋白的過度磷酸化，導致微管的tau蛋白聚集和不穩定性增加，一旦tau蛋白聚集由過度磷酸化誘導，其隨后開始錯誤折疊、聚集和積累，它們在神經元內積累為NFT，導致神經元功能障礙，包括線粒體呼吸減少、線粒體動力學改變和軸突運輸受損，最終導致神經細胞變性。Tau病理學是AD中一個驅動力，它通過Abeta;聚集體的形成而聚集。Abeta;觸發Tau蛋白過度磷酸化、神經原纖維纏結形成和神經毒性[11]。可溶性tau的形成是相關神經變性開展的根底，而不溶性聚集體毒性較小，因為它們更有序。可溶性tau中間體比高級聚集體更具神經毒性，tau聚集可能是神經元使用的保護機制，而毒性最大的是可溶性tau中間體【2】。與淀粉樣蛋白斑塊相比，tau病理學程度與癡呆程度相關性更好，使得tau蛋白成為AD治療的一個有吸引力的靶點。

3HSP90的構造和功能

3.1HSP90的構造

Hsp90是動態構象的二聚體蛋白，Hsp90作為具有三個主要構造域的同源二聚體發揮功能，包括高度保守的N-末端ATP結合構造域，與客戶和共伴侶結合的中間構造域和負責二聚化的C-末端構造域。HSP90作為一種由所有真核細胞高度表達的伴侶蛋白，包括四個成員：應激誘導的HSP90alpha;，組成型表達的HSP90beta;和線粒體形式TNF受體相關蛋白1〔TRAP1〕及葡萄糖調節蛋白94〔GRP-94〕。

3.2HSP90的功能

Hsp90作為一種進化上保守的分子伴侶，生物學功能主要涉及輔助蛋白質折疊、復雜組裝和降解，以及底物活化或增強底物蛋白質的生物活性[12]。在細胞內部，Hsp90以ATP酶依賴的方式維持許多"客戶蛋白質";的穩定性和功能性。許多客戶蛋白質是調節細胞存活、代謝和生長的關鍵組分[13]。Hsp90對本質上無序且高聚集傾向的蛋白質特別重要。一些蛋白質與Hsp90形成復合物，其穩定性足以被別離并進展生物化學分析，稱之為"穩定";循環。經歷穩定循環的客戶蛋白質受到Hsp90更嚴格的調節[14]。Hsp90保護蛋白酶體免受與年齡相關的氧化依賴性衰退。然而，隨著老化，Hsp90與蛋白酶體之間的關聯急劇減少，它們是如此連接，當一個失敗時，另一個也失敗，導致細胞毒性和細胞死亡[15]。分子伴侶和共伴侶蛋白共同調節蛋白質折疊和客戶成熟，它們還對錯誤折疊或聚集的蛋白質進展重折疊或降解，形成了防止蛋白質錯誤折疊的重要防線[16]。血清Hsp90程度降低是AD中蛋白質聚集增加的一個標志。

4HSP90對Abeta;和Tau蛋白的作用

4.1HSP90/Abeta;

在神經系統中，細胞外Hsp90決定小膠質細胞吞噬作用的激活。小膠質細胞是中樞神經系統〔CNS〕中唯一的常駐巨噬細胞，活化的小膠質細胞攝取Abeta;，并通過蛋白酶體途徑降解，HSP90增強小膠質細胞對Abeta;的吞噬和降解作用。星形膠質細胞通過分泌蛋白酶來介導細胞外Abeta;的降解，同時也具有攝取Abeta;的才能[10]。Hsp90也通過激活Toll樣受體4〔TLR4〕途徑，形成Hsp90和HSP70/HSP40復合物，誘導產生白細胞介素6〔IL-6〕和腫瘤壞

死因子alpha;〔TNFalpha;〕，增加Abeta;的去除率，促進Abeta;降解。癡呆患者的炎癥反響不是全身性的，主要集中在中樞神經系統，腦內炎性細胞因子的增高并不是外周免疫系統激活所致[17]。也有學者發現，與非AD受試者相比，AD患者的額葉皮層，顳上回和內嗅皮質中的TNFalpha;程度明顯降低，低程度的TNFalpha;可能說明AD中炎癥過程的失調。過度激活的小膠質細胞可產生大量的炎性介質，誘導慢性炎癥反響的形成，進而加速AD的開展和惡化[18]。

4.2HSP90/tau蛋白

Hsp90能重新折疊細胞中的許多非天然蛋白質，但不能正確調節本質上無序的tau蛋白。Hsp90保存了tau蛋白增強快速微管動力學的作用，但當tau蛋白開始過量累積或發生微管損傷時，Hsp90保持tau蛋白的這種才能變得有問題，導致tau蛋白異常聚集和積累，并且在一定條件下，Hsp90甚至可以增強tau蛋白毒性[19]，從而允許并維持有毒聚集體的積累。

Hsp-泛素-蛋白酶體系統〔UPS〕介導的聚集體去除，在AD病理學中起關鍵作用。Hsp90可以識別過度磷酸化的tau蛋白，結合后Hsp90復合物的特定組分，可以確定客戶蛋白是否進入重折疊途徑或被UPS降解。在ADP結合的構象中，Hsp90與客戶蛋白結合的Hsp70/Hsp40復合物結合，并募集泛素連接酶指導客戶蛋白UPS降解[20]。Hsp90與多種共伴侶共同調節tau蛋白和其他聚集蛋白，實際上隨著衰老這些共伴侶的程度發生變化，這可能導致疾病發生或程度嚴重。

5通過共伴侶蛋白更詳細地指出Hsp90

應激蛋白〔HSP90及共伴侶蛋白〕解決蛋白質折疊問題，并傾向于細胞內蛋白質的三級和四級構造[21]。Hsp90活性通過與共伴侶的互相作用來調節，從而提供對客戶蛋白質的質量控制。Hsp90共伴侶蛋白是除了伴侶蛋白之外具有不同細胞功能的蛋白質，包括Hsp40，HSP70和E3泛素連接酶CHIP〔Hsc70互相作用蛋白的羧基末端〕，Hop〔Hsp70和Hsp90組織蛋白〕，Cdc37和p23，Hsp27[22]。Hsp90將tau蛋白保持在適當位置，同時還充當共伴侶的支架以接近tau蛋白，共伴侶作用于結合的tau蛋白，但不需要對其具有絕對特異性。異常或錯誤折疊的客戶蛋白暴露疏水氨基酸，與HSP40和HSP70結合以防止聚集，然后通過HOP輔助將客戶蛋白傳遞給HSP90。p23與HSP90和客戶蛋白的復合物結合后，重新折疊客戶蛋白，最后從復合物中釋放重新折疊的蛋白質。HSP90和p23再生，參與下一個蛋白質折疊的循環[8]。Hsp70作為一種蛋白質穩定劑，只與高度磷酸化的Tau蛋白結合，不與非磷酸化的Tau蛋白結合，這有助于形成CHIP-Hsp70-p-Tau復合物，從而允許p-Tau的泛素化和降解[23]。HSP70識別并結合beta;淀粉樣蛋白，從而抑制毒性Abeta;的產生，并通過恢復聚集和折疊之間的平衡來幫助預防疾病{Evans,2022#5;Gezen-Ak,2022#4}[24]。HSP70還通過酶介導，刺激小膠質細胞和星形膠質細胞的吞噬作用降解Abeta;，具有抗細胞變性的保護作用。

5.1Hsp90/AHA1

Aha1是能增加Hsp90ATP酶活性的共伴侶，Aha1敲低會降低tau蛋白程度。Aha1與Hsp90互相作用而不依賴核苷酸狀態，顯著加速ATP酶循環。用Aha1抑制劑治療明顯減少了不溶性tau蛋白的積累。Aha1與人腦組織中的tau蛋白病理學共定位，這種關聯與AD進展呈正相關[25]。

5.2Hsp90/CHIP

Hsc70互相作用蛋白〔CHIP〕高度參與Hop〔Hsp70和Hsp90組織蛋白〕機制，其不僅作為HSP的共伴侶，還作為負責蛋白酶體降解的E3泛素連接酶。Tau蛋白是Hsp90復合物的客戶蛋白，假設tau蛋白處于異常形式，它可以引發CHIP蛋白復合物的募集，從而誘導tau蛋白泛素化并激活下游降解過程。泛素化是通過UPS〔Hsp-泛素-蛋白酶體系統〕消除未折疊或錯誤折疊的蛋白質。CHIP通過蛋白酶體和溶酶體途徑來協調降解異核蛋白。CHIP還加速Abeta;的去除，在氧化應激期間維持APP的程度并減弱Abeta;的毒性。CHIP在維持蛋白質的天然構造和穩態方面起雙重作用[23]。

5.3HSP90/HSF-1

Hsp90調節轉錄因子熱休克因子1〔HSF-1〕的活性，熱休克基因轉錄主要受HSF-1調節。HSF-1定位于胞質溶膠中，應激時易位至細胞核并結合熱休克基因的啟動子，誘導轉錄并導致Hsp表達增加，衰老會降低HSF-1誘導基因表達的活性。

在正常條件下，Hsp90與HSF-1結合，這種復合物阻止了HSR[26]，即在無應激條件下，Hsp90抑制Hsp90/HSF-1復合物的解離，并保持轉錄因子處于非典型狀態，但所有真核生物應激或熱休克后，Hsp90釋放HSF-1并誘導HSR。HSR的特征在于Hsp27、Hsp40、Hsp70、Hsp90和其他基因的表達增加，HSF-1的活化增強了細胞存活[27]。

6Hsp90作為AD的治療靶標

Hsp90抑制劑與N末端的ATP結合位點結合，通常導致Hsp90與客戶蛋白解離，客戶蛋白隨后通過泛素蛋白酶體途徑降解，顯著降低了p-Tau和Abeta;的程度，預防神經毒性。抑制Hsp90后誘導保護性Hsp70和Hsp40的產生，進一步促進異常蛋白質的降解。因此Hsp90抑制劑可以在AD治療中提供雙重作用。一方面改善tau蛋白過度磷酸化及隨后的聚集；另一方面通過激活HSF-1形成活性三聚體，隨后誘導HSR形成熱休克蛋白，預防Abeta;、tau蛋白誘導的神經毒性。

Hsp90抑制劑，不是抑制Hsp90的功能，也不是抑制Hsp90的產生或降解，而是起到HSF-1活化劑的作用，從而促進熱休克反響。

7結論和將來展望

HSP90具有兩面性，一方面對錯誤折疊或聚集的蛋白質進展重折疊或降解，并在有益共伴侶存在時降解異常磷酸化的tau蛋白；另一方面促進異常tau蛋白磷酸化和聚集，并抑制HSF-1激活的熱休克反響，阻止有益共伴侶的產生。因此，需要抑制HSP90有害一面，又要促進HSP90有益一面，HSP90ATP抑制劑的產生，能在期間獲得平衡。血腦屏障〔BBB〕是大腦的半透性保護罩，用來限制血液中的物質進入CNS，透過BBB需要低分子量和脂溶性的藥物，Hsp90抑制劑的臨床開發不太成功，需要做更多的工作，更好地理解Hsp90與客戶蛋白之間的機制，這些靶標將會逐一被發現，并且將出現新一代AD治療藥物。

參考文獻

【1】宋昕,洪羽蓉,胡秋瑩,阿爾茲海默病發病原因及機制的研究進展[J].臨床和實驗醫學雜志,2022,14(10):871-873.

【2】Calcul,L.,etal.,Naturalproductsasarichsourceoftau-targetingdrugsforAlzheimer"sdisease[J].FutureMedicinalChemistry,2022,4(13):1751-1761.

【3】Ho,S.W.,etal.,Effectsof17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin(17-AAG)intransgenicmousemodelsoffrontotemporallobardegenerationandAlzheimer"sdisease[J].Translationalneurodegeneration,2022,2(1):24-24.

【4】Calderwood,S.K.andA.Murshid,MolecularChaperoneAccumulationinCancerandDecreaseinAlzheimer"sDisease:ThePotentialRolesofHSF1[J].FrontiersinNeuroscience,2022:11.

【5】Campanella,C.,etal.,HeatShockProteinsinAlzheimer"sDisease:RoleandTargeting[J].Internationaljournalofmolecularsciences,2022,19(9).

【6】Boutajangout,A.andT.Wisniewski,Tau-BasedTherapeuticApproachesforAlzheimer"sDisease-AMini-Review[J].Gerontology,2022,60(5):381-385.

【7】Chen,Y.,etal.,Hsp90ChaperoneInhibitor17-AAGAttenuatesAbeta-InducedSynapticToxicityandMemoryImpairment[J].JournalofNeuroscience,2022,34(7):2464-2470.

[8]Wang,H.,etal.,HeatShockProteinsattheCrossroadsbetweenCancerandAlzheimer"sDisease[J].BiomedResearchInternational,2022.

[9]Lamoke,F.,etal.,Amyloidbetapeptide-inducedinhibitionofendothelialnitricoxideproductioninvolvesoxidativestress-mediatedconstitutiveeNOS/HSP90interactionanddisruptionofagonist-mediatedAktactivation[J].JournalofNeuroinflammation,2022:12.

[10]Zhang,M.,etal.,JujubosideApromotesAbetaclearanceandamelioratescognitivedeficiencyinAlzheimer"sdiseasethroughactivatingAxl/HSP90/PPARgammapathway[J].Theranostics,2022,8(15):4262-4278.

[11]Roe,M.S.,etal.,DihydropyridinesAllostericallyModulateHsp90ProvidingaNovelMechanismforHeatShockProteinCo-inductionandNeuroprotection[J].Frontiersinmolecularbiosciences,2022,5:51-51.

[12]Ou,J.-R.,etal.,HeatShockProtein90inAlzheimer"sDisease[J].BiomedResearchInternational,2022.

[13]Zou,M.,etal.,Evolutionarilyconservedduallysinemotifdeterminesthenon-chaperonefunctionofsecretedHsp90alphaintumourprogression[J].Oncogene,2022,36(15):2160-2171.

[14]Pratt,W.B.,etal.,Amodelinwhichheatshockprotein90targetsprotein-foldingclefts:Rationaleforanewapproachtoneuroprotectivetreatmentofproteinfoldingdiseases[J].ExperimentalBiologyandMedicine,

2022,239(11):1405-1413.

[15]Shelton,L.B.,J.Koren,III,andL.J.Blair,ImbalancesintheHsp90ChaperoneMachinery:ImplicationsforTauopathies[J].FrontiersinNeuroscience,2022:11.

[16]Lackie,R.E.,etal.,TheHsp70/Hsp90ChaperoneMachineryinNeurodegenerativeDiseases[J].FrontiersinNeuroscience,2022:11.

[17]李龍宣,等.癡呆患者血清和腦脊液中炎前和抗炎細胞因子的變化[J].第四軍醫大學學報,2022(05):453-455.

[18]李潤輝.阿爾茲海默病的研究現狀[J].沈陽醫學院學報,2022,15(03):129-133.

[19]Blair,L.J.,J.J.Sabbagh,andC.A.Dickey,TargetingHsp90anditsco-chaperonestotreatAlzheimer"sdisease[J].ExpertOpiniononTherapeuticTargets,2022,18(10):1219-1232.

[20]Fan,S.-J.,etal.,Thenovelhistonedeacetylase6inhibitor,MPT0G211,amelioratestauphosphorylationandcognitivedeficitsinanAlzheimer"sdiseasemodel[J].CellDeathDisease,2022.9.

[21]Calderwood,S.K.,etal.,Extracellularheatshockproteinsincellsignaling[J].Febs