·综述·
阿尔茨海默病与线粒体DNA (线粒体与疾病)
摘要 线粒体DNA（mtDNA）是裸露的环状双螺旋结构，基因组排列非常紧凑，缺乏内含子，DNA损伤修复活性低下，十分容易突变。而线粒体DNA突变引发的一下功能障碍和异常（如氧化氧化磷酸化脱偶联loose coupling）将反过来加剧线粒体突变，形成恶性循环。线粒体与阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）的联系十分紧密，本文更多地关注AD与mtDNA突变的关系。了解线粒体DNA基因突变与线粒体形态结构、功能的改变以及阿尔茨海默病的一些病理表现相互关系，有助于找到和接受更有效和更有针对性的治疗方法。
关键词 线粒体 线粒体DNA 阿尔茨海默病 自由基 β淀粉样蛋白
Abstract Mitochondrial DNA (mtDNA) is a bare double helix and genes densely line up on it, mtDNA lacking introns. Mitochondrial DNA’s ability to repair DNA damage is weak, and it’s easy to mutate. Besides, the mutation of mtDNA may lead to a disfunction and Abnormality of mtDNA (loosing coupling, for example), which would in return intensify the mutation of mtDNA, and that’ a vicious circle. Close correlations between AD and the mutation of mtDNA have been widely found. We can seek out and accept new ways to cure and study methods which are more effective and targeted in case of we find more about correlations between AD and mitochondria or mtDNA.
Key words Alzheimer’s disease; Mitochondria; mtDNA；Free radical; Aβ
前言 阿尔茨海默病（AD）是一种多发生老年的以进行性痴呆为主要特征的神经退行性疾病的，其主要临床表现为进行性认知功能障碍、记忆力衰退、性格和行为的改变。[1]其病理特征是大脑皮层和海马出现大量的老年斑（senile plaque， SP），神经纤维缠结（neurofibrillary tangle NFT）诸多研究表明AD与脑内的能量代谢衰减或异常有密切关系。而线粒体是机体能量代谢的核心，线粒体DNA的突变与AD的发生关系密切。事实上线粒体DNA突变往往与感受器、骨骼肌、脑等能量代谢旺盛，对线粒体依赖性强的器官系统的疾病相关。AD的复杂发病机理未完全阐明，线粒体DNA突变与AD的关系是近年的研究热点。 1 线粒体DNA突变与氧化磷酸化异常，及与AD的联系
1.1 线粒体氧化磷酸化异常与呼吸链缺陷有关，此过程受线粒体DNA与核
DNA共同控制，虽然核DNA对呼吸链控制远远高于线粒体DNA，但是线粒体DNA更容易发生突变，而且由于电子传递链中断、氧化磷酸化脱偶联等，产生氧自由基和活性氧（ROS），会反过来使线粒体DNA产生新的变异，所以线粒体DNA突变对于氧化磷酸化的影响十分重要。近年研究发现，AD患者线粒体细胞色素氧化酶（COX）活性选择性降低，部分特异性存在mtDNA上COX基因突变，促进Aβ产生、NFT形成和神经元死亡[2]。 氧化应激 阈值 电子传递链 (electron transfer chain, ETC)
1.2 自由基 自由基能攻击核DNA和线粒体DNA, 由于线粒体DNA更受到自由基和ROS 的攻击，且缺乏保护，故线粒体DNA突变与氧自由基的关系密切且影响较大。线粒体DNA突变与自由基和ROS的形成有密切关系。有研究表明，正常细胞导入AD患者的存在突变的mtDNA(形成AD胞质杂交)能使线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）障碍及ROS增多 [2] 。表明可能单纯的线粒体DNA突变即可以使自由基和其衍生的ROS产生增加。另外很多研究显示，自由基对核苷酸的选择性氧化损伤是决定mtDNA点突变发生和部位的主要原因。也就是说自由基和ROS会损害线粒体和使mtDNA突变，而这又会使得线粒体发生结构变化、功能障碍，影响氧化磷酸化，造成氧化磷酸化脱偶联，出现氧化应激，又产生更多的自由基和ROS，进一步损害线粒体。通常，在正常的生物体内有整套产生和清除自由基的平衡体系，但在病理和衰老等情况下自由基会大量积存于细胞内造成DNA的损伤。
用一定手段及时清除自由基和抑制自由基的产生有助于AD的预防和缓解。研究发现有氧运动延缓衰老线粒体DNA突变，可能机制是长期的有氧运动训练，可以是线粒体产生适应性的变化，包括酶合成增加，活性提高等，从而提高线粒体氧化磷酸化能力[7]，减少自由基的产生，也保护mtDNA. 2 AD与Aβ及相关基因
β淀粉样蛋白(β amyloid protein, Aβ)是SP的主要成分，由淀粉样白前体（APP）在β-分泌酶和γ-分泌酶水解产生。最近基因、神经病学和生物化学研究表明Aβ在AD病的发展中扮演着一个重要的角色[3]。
2.1 Aβ在线粒体中的堆积[4] Anandatheerthavarada等研究发现APP穿入线粒体膜而含Aβ的部分留在细胞质中，这表明了Aβ不是在线粒体内产生；而线粒体膜特别是内膜的通透性很低，提示Aβ进入线粒体很可能是被转运或者是膜结构出现漏洞而进入的。另有研究发现线粒体内室机制内有讲解Aβ的蛋白酶，称前序列蛋白酶（Presequence Protease, PreP）。正常情况下线粒体有清楚细胞内Aβ的作用，而当APP过度表达致Aβ产生过量，hPreP不能及时清除时，大量Aβ进入线粒体引起线粒体内环境的紊乱便对其造成损伤，Aβ也由此进入了再线
粒体内聚集的恶性循环，从多方面损伤线粒体功能。
2.2 Aβ相关基因产物 Aβ在大脑内的蓄积主要有三方面的原因：（1）Aβ合成代谢的异常；（2）Aβ分解代谢水平降低；（3）Aβ转运失衡。与这三方面的关系的基因和表达产物的异常都可能与Aβ的堆积有关。
2.2.1 α分泌酶，β分泌酶，γ分泌酶与Aβ的合成代谢相关；中性内肽酶（neprilysin, NEP），胰岛素降解酶（insulin degrading enzyme，DE），高级糖化终产物受体（RAGE）、BASE1等与Aβ的分解代谢相关[5]。与这些产物相关的研究有很多可靠的成果，如Holsinger的研究发现，痴呆病人脑脊液BASE1活性增高。
2.2.2[4] 最新的研究表明Aβ对于线粒体的损害体现在一下几个方面：（1）Aβ致ROS增多；（2）致线粒体膜渗透转换孔（mitochondria permeability transition pore, mPTP）;(3) Aβ干扰钙稳态；（4）Aβ损伤线粒体内反应的关键酶；（5）Aβ影响线粒体动力学。
2.2.3 相关治疗方法研究进展 （1）RNAi靶向BACE1基因治疗阿尔茨海默病：有研究利用体外合成的siRNA，成功抑制了neuro-2a小鼠神经瘤细胞株内源BACE1基因的表达，抑制呈现出位点效应和时间效应[5]。（2）用α分泌酶治疗AD,较多实验结果显示，一类解聚素和金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase, ADAM）分子具有等α分泌酶的功能，α分泌酶有可能成为AD治疗的潜在药物靶点[6]。
结语 随着生活、学习方式的改变，人寿命的延长，和对生命质量的关注增加，阿尔茨海默病越来越常见并受到人们的关注。而线粒体的与此病关系极大，线粒体DNA参与了线粒体结构功能物质表达，又直接受到线粒体异常的影响。关于线粒体特别是线粒体DNA与AD的复杂联系的研究将有利于AD的治疗研究。
参考文献
[1] 崔玉环, 张朝东, 魏玉磊.线粒体与阿尔茨海默病的研究进展.中华神经医学杂志，2010，第九卷，第一期：89-92
[2] 谭兴林, 杨期东, 蔡春, 黄柏英. 线粒体基因突变对氧化磷酸化的影响及其在阿尔茨海默病发病中的意义. 中华神经科杂志,2004,37卷06期: 525,554 [3] 张朝峰, 杜会枝, 杨频.阿尔茨海默病分子机理的离子通道假说
[4] 张荣超，付于，于建春，韩景献. β淀粉样蛋白致线粒体功能障碍的研究现状. 中国老年学杂志，2010，第30卷，第15期：2238-2240
[5] 张小勤. RNAi靶向BACE1基因治疗阿尔茨海默病(学位论文). 2006 - 中山大学：神经生物学.
[6] 杨红旗，陈生弟. α分泌酶在阿尔茨海默病治疗中的作用. 生物化学与生物物理进展Progress in Biochemistry and Biophysics, 2006,33(2):109-115.