eLife：淀粉样蛋白生产停滞或可导致阿尔茨海默病

一项新的基础研究表明阿尔茨海默病可能是由大脑中蛋白加工停滞引起的。它提供了对presenilin-1（PSEN1）基因突变如何影响淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）加工的见解，其中APP一旦加工成β淀粉样蛋白（Aβ），就会在阿尔茨海默病患者的大脑中积累。它提供了令人信服的证据、令人信服的数据和严谨的分析，其结果可能用于开发治疗阿尔茨海默病的新药物。

相关研究结果近期发表在eLife期刊上，论文标题为“Alzheimer-mutant γ-secretase complexes stall amyloid β-peptide production”。

几十年来，研究阿尔茨海默病的科学家们一直在努力理解“淀粉样蛋白级联假说（amyloid cascade hypothesis）”，该假说提出Aβ蛋白的积累会引发一系列导致神经退行性疾病和痴呆症的事件。

论文第一作者、堪萨斯大学药物化学研究助理Parnian Arafi说，“尽管在理解导致Aβ聚集的突变方面取得了进展，但神经毒性Aβ蛋白组装的不确定性仍然存在。此外，靶向Aβ蛋白或其聚集物的治疗方法的临床试验效果有限，促使人们重新评估Aβ作为阿尔茨海默病过程的主要驱动因素。”

现在人们越来越关注Aβ的产生，这是一个称为蛋白水解的过程，在此过程中，一种名为淀粉样前体蛋白（APP）的前体蛋白被一种名为γ分泌酶（γ-secretase）的酶修剪。

论文通讯作者药物化学教授Michael Wolfe及其同事们之前已证实，早发性家族性阿尔茨海默病（familial Alzheimer's disease, FAD）中发现的突变可以有效地阻止γ分泌酶修剪APP，导致较长的APP/Aβ中间体形式堆积。此外，在FAD的线虫模型中，他们发现，即使Aβ不存在，这些导致大脑中蛋白加工停滞的γ分泌酶-APP复合物也会导致神经退化。

在这项新的研究中，Wolfe及其团队将他们的分析扩展到早发性FAD中发现的另外六种突变，测量了每种突变对Aβ产生的每一步的影响。这些突变是显性遗传阿尔茨海默病网络（Dominantly Inherited Alzheimer Network, DIAN）正在探索的突变，因为它们会导致27至58岁的人患上阿尔茨海默病。

为了探索这些突变的影响，他们产生并纯化了突变的γ分泌酶蛋白，然后将其与APP片段一起孵育。这使他们能够通过使用一种称为质谱的技术测量所产生的蛋白片段，来确定突变的γ分泌酶如何修剪APP。

FAD中突变的PSEN1对γ分泌酶内源性蛋白水解C99的影响

他们发现，所有测试的γ分泌酶突变都会导致多个APP处理步骤的缺陷，其性质因特定突变而异。通过测量每种突变产生的不同产物，他们可以定量揭示每种突变如何特异性地影响不同APP/Aβ中间蛋白的产生。

在蛋白水解过程中，γ分泌酶最初与APP结合形成一种复合物，然后在蛋白被修剪时与后续的中间形式结合。为了测试FAD中的突变对这些酶-底物复合物稳定性的影响，他们使用了一对靶向APP片段和γ分泌酶的荧光标记抗体——荧光量的减少表明γ分泌酶和底物何时接近，即结合在一起。

与具有正常功能的γ分泌酶相比，所有测试的γ分泌酶突变体具有下降的荧光信号，表明这些突变增加了γ分泌酶-底物复合物的稳定性。这一结果与初步的蛋白水解分析一起是有意义的，因为初步的蛋白降解分析表明这种蛋白水解过程已经停滞。

Arafi说，“我们证实，这些突变会导致蛋白水解停滞，并使γ分泌酶及其底物以中间形式稳定下来。这些发现符合我们的‘停滞复合物（stalled complex）’假说，即即使在没有淀粉样β蛋白产生的情况下，这些γ分泌酶-底物复合物也会引发神经退化。”

Wolfe说，“在确定阿尔茨海默病的驱动因素和发现有效治疗方法方面的困难表明，Aβ蛋白以外的实体和过程可能在神经退化中发挥关键作用。通过专注于FAD，我们简化了致病机制的鉴定，为开发新的治疗方法打开了大门。我们提出，可以挽救蛋白水解停滞的γ分泌酶激活剂可能作为靶向其他阿尔茨海默病相关途径的治疗方法的补救措施。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Parnian Arafi et al. Alzheimer-mutant γ-secretase complexes stall amyloid β-peptide production. eLife, 2025, doi:10.7554/eLife.102274.2.sa3.