神经变性疾病的分子病理学特点

发布时间：2017-04-17 15:17

根据中枢神经系统沉积的主要蛋白,将神经变性疾病分为Tau病､α-synuclein病､TDP-43蛋白病､FUS/FET蛋白病､朊病毒病､三核苷酸串联重复序列病等神经变性疾病是以特定的神经细胞变性､脱失､死亡为主要病变的一组疾病,其临床表现多样,病因不明,发病机制复杂,以至于曾被称为神经难病｡近年来,我们已经知道许多神经变性疾病是由于特定的蛋白质的空间构象发生变化,随之在细胞内外蓄积,形成特定的包涵体,从而诱导了细胞的死亡｡
｡本文将就前三类常见的神经变性疾病做一简要介绍｡

一､Tau病

Tau是由位于17号染色体上的M APT基因编码的蛋白｡在人脑中,由于其前体m RNA中外显子2､3､10剪切的差异,tau蛋白有6种分子异构体,它们的不同之处在于氨基端包含0个､1个或2个由29个氨基酸残基构成的插入序列,以及羧基端包含3个或4个微管结合域重复序列(3-reapeat,3R或4-reapeat,4R)｡目前已知tau蛋白能够通过调节其磷酸化程度来促进微管蛋白组装入微管并稳定微管结构,高磷酸化能够抑制该功能｡
Tau病是微管结合蛋白异常相关疾病的总称,具体是指由于神经细胞内､神经胶质细胞内异常磷酸化tau蛋白蓄积导致的神经变性疾病,包括阿尔茨海默病(Alzeim er's disease,AD)､进行性核上性麻痹(progressive supranuclear palsy,PSP)､皮质基底节变性(corticobasal degeneration,CBD)､Pick病､家族性额颞叶痴呆(fam ilial frontotem poraldem entia,FFTD)以及关岛病等｡
为了明确诊断,可以应用针对tau异构体和不同磷酸化表位的抗体｡高度磷酸化的tau蛋白是神经元和胶质细胞包涵体的主要成分｡Tau病分为原发性和继发性｡FFTD即为原发性Tau病的一种,是由M APT基因错义或沉默突变引起的,错义突变导致tau蛋白的异常高磷酸化,沉默突变和某些错义突变能够改变M APT前体m RNA的剪切形式,从而改变3R:4R tau的比例,该比例失衡使非结合tau水平增加,从而促进蛋白激酶将tau磷酸化｡在继发性tau病,蛋白激酶和蛋白磷酸酶比例失衡能够导致tau的高磷酸化,如糖尿病引起的高血糖症､慢性创伤性脑病或外伤性脑损伤等缺血缺氧因素引起脑的酸中毒,进而引起天冬酰胺酰内肽酶活化和移位,从神经元的溶酶体移位到胞浆和胞核,抑制蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase2A,PP2A)的活性,从而促进tau的磷酸化｡
根据tau蛋白在细胞内的分布情况,分为三种:1.神经元疾病,如Pick病和AD;2.混合性神经元和胶质细胞疾病,如PSP､CBD､嗜银颗粒病(argyrophilic grain disease,AGD);3.胶质细胞为主的tau病,如球形胶质tau病(globular glialtauopathies,GGT)｡
神经元内tau蛋白阳性的结构形式包括:pretangles､神经原纤维缠结(Neurofibrillarytangles,NFTs)､Pick小体､球形胞浆包涵体(sphericalcytoplasm ic inclusions)､营养不良的神经突起(dystrophic neurites,DNs)､threads和颗粒(grains)｡这些物质具有不同程度的嗜银性或与泛素/p62发生免疫反应,如pretangles被认为是泛素化和嗜银性的NFTs的早期阶段｡
星形细胞表现出多种tau蛋白的免疫阳性(如用AT8抗体)形式,在原发tau病中常见的主要类型有四种:CBD中的星形细胞斑块(astrocyticplaque);PSP中成簇的星形细胞(tufted astrocyte);GGT中的球形星形胶质细胞包涵体(Globularastroglial inclusions,GAI);Pick病中见到的分枝的或称网状星形细胞(ram ified astrocyte),即具有偏位细胞核､Gallyas阳性的粗分枝的星形细胞｡
另外,最近报道了两种见于年龄相关tau星形胶质病(aging-related tauastrogliopathy,ARTAG)的形态,包括荆棘形星形细胞(thorn-shaped astrocytes,TSA)和颗粒状/模糊的星形细胞(granular/fuzzyastrocytes,GFA),前者见于软脑膜下､室管膜下､血管周围及白质和灰质,后者对tau蛋白的免疫反应为星形细胞胞浆内呈弥漫细颗粒状阳性｡大多数星形细胞的tau免疫阳性结构为4R,而Pick病中的ram ified星形细胞和PSP中的原浆型星形细胞为3R-tau阳性｡此外,星形细胞中tau磷酸化位点､构象修饰､tau截断以及泛素化在不同类型的tau病中都有差别｡
Tau在少突胶质细胞的免疫反应阳性结构包括螺旋小体和球形少突胶质细胞包涵体(globularoligodendroglial inclusions,GOIs),后者是GGT的特点｡螺旋小体均为4R-tau阳性,GGTs中的GOIs偶尔可能包含3R-tau｡尽管tau蛋白的转录后修饰方式除了磷酸化,还有乙酰化､糖基化､泛素化等多种形式,目前tau病的分类依据集中在3R､4R或3R+4R混合型,结合肌氨酰不溶性tau的带型,神经元和神经胶质细胞免疫反应的形态和解剖分布也考虑在内｡如Pick病为3R tau病,CBD､PSP和AGD为4R tau病,原发性年龄相关性tau病(Prim ary age-related tauopathy,PART)为3R与4R混合型tau病｡

二､α-synuclein病

α-synuclein是位于4q21的SNCA基因编码的由140个氨基酸组成的天然伸展蛋白,主要位于神经元的突触前末梢,其功能可能为突触前末梢提供突触小泡,并调节神经递质多巴胺的释放｡最初发现α-synuclein是从AD患者脑中的β淀粉样斑块中分离出来的非淀粉样成分,后来在常染色体显性遗传家族性帕金森病(Parkinson’s disease,PD)中发现SNCA基因的错义突变Ala53Thr,随后α-synuclein在神经变性疾病领域引起了广泛关注,发现了一组神经变性疾病以发生构象改变的α-synuclein在细胞内聚集为共同特征,称之为α-synuclein病,包括PD､帕金森病痴呆(Parkinson’sdisease dem entia,PDD)､路易体痴呆(dem entiawith Lewy bodies,DLB)､多系统萎缩(m ultiplesystem atrophy,M SA)､AD的路易体变型､REM睡眠行为障碍和一些特征性不明显的神经轴索营养不良｡
α-synuclein蛋白以二聚体或寡聚体的形式在细胞内沉积,不同疾病中形成的沉积物在形态上略有不同:在PD和DLB中沉积在神经元,称之为路易体;在M SA中沉积在少突胶质细胞内,形成胶质胞浆包涵体(Papp-Lantos bodies);在神经轴索营养不良中形成轴突球状体(axonal spheroids)｡α-synuclein蛋白在脑内的沉积部位也有差异:如PD主要累及黑质､蓝斑等脑干部位;DLB中路易体主要沉积在脑的边缘区,新皮层也常有沉积;M SA则累及中枢神经系统的三个功能系统,包括纹状体黑质系统､橄榄核脑桥小脑系统和自主神经系统;在AD则主要集中在杏仁核｡值得注意的是,有些针对疾病相关的α-synuclein蛋白形式,如磷酸化的α-synuclein或针对其寡聚体的抗体对正常存在的α-synuclein单体有交叉反应,包括细小的神经突起(sm all thinneurites)和点状阳性的神经毡(dot-like profiles inthe neuropil)等｡另外,也有报道提示α-synuclein蛋白免疫反应见于室管膜､血管周细胞､颅神经､视网膜､周围器官和皮肤,这些研究结果有助于理解病理性的α-synuclein到达体液的可能性,并为组织活检部位的选择提供依据｡

三､TDP-43蛋白病

反式激活DNA结合蛋白43(Transactiveresponse DNA Binding protein 43,TDP-43)是由位于1号染色体上的TARDBP基因编码的相对分子质量为43Kd的核蛋白,生理情况下主要位于细胞核内,在RNA转录､选择性剪接及调节m RNA的稳定性和转运等过程中发挥重要作用｡在一些神经变性疾病,高度磷酸化的TDP-43蛋白从胞核进入胞浆,并聚集成形态各异的包涵体成为TDP-43蛋白病的共同特征｡常见的TDP-43蛋白病包括大部分肌萎缩侧索硬化症(am yotrophiclateralsclerosis,ALS)和额颞叶变性(frontotem porallobar degeneration,FTLD)｡
ALS是一种成人起病､进展迅速的致死性运动神经元病,表现为进行性的运动功能障碍,最终导致呼吸衰竭,患者往往于3-5年内死亡,其主要病理特征是脑和脊髓的大运动神经元变性､脱失｡TDP-43包涵体见于大部分散发性和非SOD1或FUS基因突变的家族性ALS｡ALS中TDP-43包涵体根据形态分为:(1)纤维状､线状和丝球状包涵体;(2)小颗粒状和Bunina小体状包涵体;(3)较大嗜碱性的类路易体包涵体｡病理性TDP-43见于ALS神经系统的多个区域,在合并痴呆的ALS中可累及新皮质和海马｡
FTLD是一种较常见的痴呆类型,临床主要表现为进行性的认知功能障碍､行为异常和语言功能障碍,而记忆力受损不明显;病理上表现为额叶和颞叶的局限性萎缩｡
根据细胞内包涵体成分的不同,将FTLD分为三种类型:FTLD-TDP､FTLD-tau和FTLD-FUS,分别占FTLD病例的50%､45%和5%｡其中FTLD-TDP包涵体内为异常聚集的TDP-43蛋白,属于TDP-43蛋白病,目前认为FTLD-TDP与ALS为同一疾病谱系的不同表现形式,由于受累神经细胞的部位及功能不同,从而导致不同的临床表现｡
根据TDP-43包涵体的形态和解剖学分布,将FTLD-TDP分为四种组织学类型:A型以中等至大量短的DNs和新月型或椭圆形神经元胞浆包涵体(neuronal cytoplasm icinclusions,NCIs)分布于皮层上部为特征;B型为中等数量的NCIs,贯穿整个皮层,但DNs很少;C型主要以长的DNs为主,分布在皮层上部,NCIs少见;D型以大量短的DNs和晶状体样的神经元核内包涵体(lentiform neuronal intranuclearinclusions)为特征｡
该病理分型与FTLD-TDP的临床分型具有一定相关性｡但一个大型多中心的研究发现该TDP-43分型有广泛重叠,尤其是A型和B型,提示当前的病理分类存在不足之处,需要更加客观的分类方法｡Tsuji等采用免疫印迹的方法研究磷酸化的羧基端TDP-43在ALS和FTLD-TDP受累脑区中的带型分布情况,结果分为三类:在A型FTLD-TDP,检测到了23､24和26Kda三种较大条带和18､19Kda两种较小条带,其中23Kda条带最强;在B型FTLD-TDP和ALS,上述五种条带均被检测到,但24Kda最强;在C型FTLD-TDP,两种较大条带23､24Kda和两种较小条带18､19Kda被检测到,其中24Kda条带最强,26Kda的条带几乎检测不到｡该研究结果提示不同类型的TDP-43分子构成决定TDP-43蛋白病的临床病理表型,为临床病理分型提供了分子基础｡
除ALS和FTLD-TDP外,TDP-43包涵体也见于其它神经变性疾病,如PD､DLB､AD､海马硬化､PSP､M SA等,甚至在健康老年人中也可见TDP-43的聚集｡尽管TDP-43对某个疾病来说并不是特异的,但其数量和分布方式在不同的疾病中各不相同｡在ALS和FTLD-TDP中,TDP-43在神经系统的大部分区域广泛分布,是疾病的主要特点,而在其他变性疾病和健康老年人中,异常的TDP-43染色主要局限于边缘系统,且出现的频率更小,可能是继发的或次要表现,且异常TDP-43沉积是否加重这些患者神经变性的程度尚不清楚｡

四､混合性神经变性疾病

随着年龄的增长,混合性病变的发病率越来越高,尤其是AD,常伴发脑血管病､路易体相关疾病､AGD､TDP-43蛋白病､海马硬化等｡随着研究的深入,人们越来越清楚地认识到有的患者脑中并非仅有一种标志性的神经变性疾病,而可以出现多种神经病理病变的混合存在,且来自多个不同尸检研究的数据表明:1.在以β淀粉蛋白和tau病理为特征的AD病例中,路易体的检出率高达43%;伴有杏仁核路易体的AD被视为α-synuclein病的一个独特亚型｡TDP-43在AD中的检出率为43%,严重脑血管病在AD病例中的检出率则高达50%｡2.在以α-synuclein为特征的路易体疾病病例中,β淀粉蛋白的检出率为95%,tau蛋白检出率为55%,不同程度的脑血管病检出率为75%;另一项尸检研究发现超过50%的具有广泛α-synuclein病变的患者并没有任何临床症状｡3.不伴其它病变的纯的血管性痴呆很少见,有文献报道仅占12.3%,更常见的是血管病变与AD病理表现共存｡
最近的一项研究采用聚类分析的方法对混合性AD和路易体相关疾病中α-Synuclein的分布形式进行了评估,在DLB和AD混合性痴呆组发现了两种新的α-Synuclein分布形式:一种主要分布在嗅球-杏仁核,一种主要分布在边缘区,而几乎见不到脑干的病变,黑质细胞和多巴胺传导系统相对保留,提示在这种混合性疾病中,似乎路易体首先累及嗅球,进而进展到杏仁核和边缘系统｡该研究还发现伴有AD的路易体相关疾病患者脑内的α-Synuclein明显增多,分布范围更广,提示AD与路易体相关疾病中的不同蛋白可能发生相互作用,共同促进痴呆的临床进展｡
尽管在许多尸检研究中发现了多种神经病理改变共存的现象,但是对于一个同时具有多种神经变性疾病的独立病人的临床诊断常常面临巨大挑战,次要的病理表现常被临床忽视,一部分原因可能在于缺乏相关的临床病理联系的研究来鉴定能够指向伴发病变的微妙的临床症状和体征｡
鉴于混合性神经变性疾病在临床､病理､分子标记物等各个方面的复杂性,目前亟需多学科合作对临床､生物标记物和神经病理数据进行标准化的评估｡神经病理研究应当结合不断更新的临床､神经影像､生化和遗传学知识,运用多种分子病理方法,评估尽可能多的脑区,做出全面准确的病理诊断,以适应精准医学时代的到来｡

参考文献(略)

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本文编号：313544