南华大学附属第一医院神经内科 421000
【中图分类号】[R212.7]【文献标志码】A【文章编号】2096-0867（2016）-06-252-02
阿尔茨海默病（Alzheimer’S disease，AD）是老年和老年前期最常见的神经系统退行性病变，以慢性、进行性认知功能障碍，伴随思维、心境、行为改变和智力记忆衰退为其主要临床特征，它是导致老年期痴呆最常见的疾病，约占老年期痴呆的60-80％[1-2]。据世界卫生组织推算，2040年以前每20年AD的发病率提高一倍。在美国，AD的年死亡率已达66％，并且有逐年增加的趋势[3]。随着我国人口老龄化加速，AD的患病率也逐年增高。因此，AD不仅是一个医学问题，而且也是一个社会问题，它已成为神经系统疾病研究的热点之一。
（一）AD病因与GSK-3、CDK5和Synapsin I的研究现状
目前关于AD病因的胆碱能神经元假说、Aβ毒性假说、Tau蛋白假说、炎症假说、胰岛素假说、自由基损伤假说和ApoE基因突变假说等等，假说之间的关系以及各种假说在AD病理生理过程中所占的权重还不甚明了。众所周知，AD的病理学是以脑组织内大量β-淀粉样多肽（β-amyloid，Aβ）沉积为核心，以及周边增生的其他组织共同组成的神经炎性斑（neuritic plaques，NP）。同时，由于神经皮质和海马处的微管相关蛋白-tau过度磷酸化形成双螺旋细丝，从而减弱其结合到微管的亲和力，破坏了神经元微管蛋白所构成的骨架稳定性，进而形成神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）[4]。普遍认为，AD是NP和NFTs两种主要因素共同作用，破坏神经元及突触功能，最终导致胆碱能神经元、NMDA受体相关神经元在内的多种神经元死亡、缺失，但是 AD 患者的临床痴呆程度主要还是与 NFTs 的数量密切相关[5-6]。故而研究抑制tau蛋白过度磷酸化的药物可能成为治疗AD的有效方法。
糖原合成酶激酶-3（glycogensynthase kinase-3，GSK3）和细胞周期蛋白依赖性激酶-5（cyclin-dependent kinase-5，CDK5）都是多功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。最初研究发现GSK-3可使糖原合成酶磷酸化而抑制糖原合成，是参与糖元合成的限速酶之一，但现在的研究已经证实GSK-3还是Wnt/wingless、PI3-Kinase/AKT、Hedgehog等多种信号转导通路中的重要组成部分[7-8]。目前有许多文献证明，通过抑制GSK-3对肿瘤、糖尿病、心脏肥大、神经炎症和神经变性型病变等诸多疾病均有潜在的治疗效果[9-13]。其中GSK-3β（又称tau蛋白激酶-1）被认为参与了tau蛋白、淀粉样前体蛋白（amyloid precursorprotein，APP）和早老素等的相互作用[14]。Tau蛋白过度磷酸化是由于蛋白激酶及磷酸化脂酶调节失衡引起，在催化tau磷酸化有关的蛋白中，cAMP依赖的蛋白激酶（cAMP dependent protein kinase，PKA）的激活仅使得培养细胞的 Ser214 位点的磷酸化明显增加。GSK-3β能更好地磷酸化 tau 蛋白微管结合域下游的磷酸化位点，而CDK5 则更容易磷酸化tau 蛋白微管上游的位点[15]，因此这两种蛋白显得更有意义。此外，对于tau蛋白的成纤维作用，不同的位点也有不同的影响，tau蛋白C末端的磷酸化更有利于tau蛋白聚集成纤维状结构[16]，其中CDK5主要作用的是tau蛋白N段磷酸化，而GSK-3β对tau蛋白微管结合域C端位点的磷酸化能力较强，所以GSK-3β具有更强导致NFTs产生的能力[15]。GSK-3β使tau蛋白多个位点磷酸化的作用机制可能与磷脂酰肌醇3-激酶和蛋白激酶C通路有关[17-18]。有动物实验证明，GSK-3β可能是AD脑中引起tau蛋白过度磷酸化最关键的激酶之一，且AD患者脑内GSK-3含量比正常人脑内含量高许多[19]。同时有研究表明，主要分布在神经元突触前活动区的突触蛋白 I（Synapsin I）是调节递质释放的十分关键的蛋白[20]，被认为是突触蛋白（Synapsin，SYN）家族中参与学习记忆最为重要的蛋白[21]。而GSK-3可通过直接干扰synapsin I的基因水平或者干扰突触前膜钙离子内流从而影响Synapsin I[22]表达，因此，抑制GSK-3β的活性可能对防止ptau过度磷酸化及改善阿兹海默症认知功能障碍有效。
（二）Kenpaullone与GSK-3、CDK-5/P25的关系研究
GSK-3β小分子抑制剂有ATP竞争性和非ATP竞争性两大类，Paullones为ATP竞争性抑制剂的代表化合物，属于benzazepinones（蒎酮）家族的化合物，对GSK-3和CDK5/P25 都有很强的抑制作用[23]，Kenpaullone是Paullones的衍生物，其分子式：C16H11BrN2O，相对分子量：327.18，能通过与ATP竞争结合位点双重抑制GSK-3和CDK-5/P25活性，对的GSK-3和CDK5/P25的IC50（酶活性受到50%抑制时药物的浓度）分别为0.004-0.080μmol/L和0.020-0.200μmol/L[24]。因此，Kenpaullone可以通过抑制GSK-3和CDK-5/P25使tau蛋白过度磷酸化受到抑制，从而达到治疗神经变性型疾病的效果。哈佛大学干细胞研究所人员使用干细胞药物筛选技术，在5000多种药物分子中筛选出的kenpaullone对维持细胞的电生理和形态学有重要的作用，且使用kenpaullone治疗神经变性型疾病中的肌萎缩性脊髓侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）获得了较理想的效果；同时发现，在ALS模型中沉默GSK-3基因的小鼠神经元存活率超过了50%，但相比之下，仍然远低于同时使用过Kenpaullone的小鼠[25]。可见，Kenpaullone对神经变性型病变的治疗，不仅来源于对GSK-3的抑制，还可能与抑制HGK（HPK/GCK-likeKinase）有关——下调了HGK-Tak1-MKK4-JNK-cJun细胞死亡级联路径[26-27]，但具体机制尚不十分明了。
目前，美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准治疗 AD 的药物主要的有乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂[28]和 NMDA 受体拮抗剂等传统药物，这些药物仅对轻中度 AD 患者的痴呆症状有所改善或延缓痴呆进展[29-30]，但不能治愈或完全阻止疾病发展。由于AD 的发病原因及机制并没有完全清楚，所以研究开发出真正具有预防或治疗作用的药物将有广阔的应用前景和深远的现实意义。随着辉瑞公司的bapineuzumab、礼莱公司的solanezumab、罗氏公司的crenezumab治疗AD宣告失败，关于Aβ的人单克隆抗体及Aβ疫苗治疗AD的前途已不明了。目前，国内外运用GSK-3β小分子抑制剂治疗神经变性型病变的细胞实验已有研究[25]，以Kenpaullone抑制GSK-3、CDK-5/P25，防止tau蛋白的过度磷酸化，同时保护Synapsin I的AD模型的动物实验仍未见报道。因此，Kenpaullone这种小分子抑制剂治疗AD仍不失为一个值得尝试的方向。
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作者单位：421000 南华大学附属第一医院神经内科
论文作者:李汉文, 武,衡
论文发表刊物:《系统医学》2016年第2卷第6期
论文发表时间:2016/6/20
标签：磷酸化论文; 蛋白论文; 激酶论文; 假说论文; 微管论文; 神经元论文; 抑制论文; 《系统医学》2016年第2卷第6期论文;