Wnt/LRP6信号通路对阿尔茨海默病突触功能影响的研究进展

王素 李一平 谢宁

[摘要] 阿尔茨海默病（AD）是目前最常见的老年痴呆症之一。AD以大脑β淀粉样蛋白沉积形成老年斑，Tau蛋白过度磷酸化造成神经纤维缠结以及神经元丢失等为主要病理表现，并伴有神经炎性改变和认知障碍。现已有广泛研究证明突触功能障碍和突触丢失是AD早期出现的病理表现，Aβ寡聚体对突触有直接毒性作用，但Aβ是通过何种信号通路对突触产生影响亟待进一步研究。Wnt/β-catenin信号通路借助Wnt-LRP6共同位点在成人大脑突触连接的功能和形态完整上起到重要的作用。本文以此為基础挖掘AD患者易感性的潜在机制，以揭示出新的治疗靶点和方法。

[关键词] 经典wnt信号通路;低密度脂蛋白受体相关蛋白6;Wnt受体拮抗剂;阿尔茨海默病;突触功能;研究进展

[中图分类号] R34          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）03（b）-0033-04

[Abstract] Alzheimer′s disease （AD） is one of the most common dementias currently. AD is characterized by the formation of senile plaques by the deposition of β amyloid in the brain， and the main pathological manifestations of neurofibrillary tangles and loss of neurons caused by excessive phosphorylation of Tau protein， accompanied by neuroinflammatory changes and cognitive impairment. There have been extensive studies to prove that synaptic dysfunction and synaptic loss are pathological manifestations of AD in the early stage. Aβ has direct toxic effect on the synapse， but the type of signaling pathway through which Aβ affects the synapse needs further study. The Wnt/β-catenin signaling pathway plays an important role in the functional and morphological integrity of synaptic connections in the adult brain through the common wnt-lrp6 locus. On this basis， this paper explores the underlying mechanism of AD susceptibility in order to reveal new therapeutic targets and methods.

[Key words] Canonical Wnt signal pathway; Recombinant low density lipoprotein receptor related protein 6; Wnt antagonist; Alzheimer′s disease; Synapse function; Research progress

阿尔茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）又称老年性痴呆，是一种以认知功能障碍和日常活动能力减退为主要表现的神经退行性疾病，其病理生理进程现分为AD临床前阶段、AD源性轻度认知障碍和AD痴呆阶段[1]。AD发病机制非常复杂，过去几十年间医学研究揭示AD发病涉及遗传、年龄和生活方式等因素。AD特征性病理变化为：大脑β淀粉样蛋白沉积形成老年斑，Tau蛋白过度磷酸化造成神经纤维缠结以及神经元丢失并伴随胶质细胞增生。但这些病理改变与认知衰退的出现无必然关联[2]，AD患者认知衰退最相关病理因素是早期阶段出现的突触功能障碍和突触丢失[3]，保护和恢复突触功能在大规模且不可逆的神经元死亡发生前可延缓或阻止认知衰退。缺陷的Wnt信号通路，特别是低密度脂蛋白受体相关蛋白-6（LRP6）的缺少会威胁到突触的功能和结构稳定，且促进Aβ产生和斑块形成。故本文对Wnt信号通路与突触功能的关系及LRP6受体在突触功能维护中的作用进行综述。

1 Wnt/β-catenin信号通路对突触的影响

Wnt蛋白（以下简称“Wnt”）是Wnt信号通路的起始蛋白，根据Wnt信号转导方式被分为3种不同的通路：经典Wnt/β-catenin信号通路，负责激活细胞核内的特定基因;Wnt-PCP信号通路，主要调控细胞骨架的重排;Wnt-Ca2+信号通路，负责刺激细胞内钙离子的释放。Wnt信号在神经系统发育和组织稳态中起着至关重要的作用[4]，经典Wnt/β-catenin信号通路研究最为广泛，其调节转录共激活因子β-catenin的稳定性，从而控制下游靶点的表达。在哺乳动物出生后大脑发育过程中，Wnt在中枢神经系统的突触结构形成发挥重要作用[5-6]。

1.1 Wnt/β-catenin信号通路与突触传递

Wnt/β-catenin信号传导与突触传递功能关系密切。Ciani等[7]发现Wnt7a和Dvl1出现遗传缺陷可致突触囊泡数量减少和发射器释放减少;用Wnt拮抗剂sFRP阻断内源性Wnt后，Wnt配体被隔离在细胞外空间中，从而减少神经元中的谷氨酸能神经传递，而外源性Wnt作用急剧增强使成熟海马神经元中兴奋性突触传递增加[7-8]。因此神经元回路中突触传递功能与Wnt关系密切。

1.2 Wnt/β-catenin信号通路与突触结构

Wnt/β-catenin信号传导有助于建立突触连接结构的稳定性。Purro等[9]发现用Wnt拮抗剂Dkk1短时间阻断即可诱导海马神经元中兴奋性突触解体，并减少突触前、后蛋白质簇的数量和大小;剩余突触具有较小的活动区和突触后密度，显示Wnt阻断可诱导突触前后部位收缩和消除。Galli等[10]通过诱导转基因小鼠脑中Dkk1的表达，抑制Wnt信号传导引发突触变性，纹状体中兴奋性皮质-纹状体谷氨酸能以及多巴胺能突触丧失，剩余突触的神经传递减弱。Marzo等[11]同样借助Dkk1引发海马兴奋性突触丢失，突触可塑性缺陷和记忆功能减退。可见Wnt/β-catenin信号传导正常是大脑突触结构稳定性必需的条件。

1.3 Wnt/β-catenin信号通路是突触与记忆形成的关键联系

突触的完整与记忆的形成息息相关，Wnt/β-catenin信号传导与记忆形成的关系进一步印证了Wnt调节作用与突触完整的生理性关联。Wnt信号传导的阻断会干扰大脑中记忆功能，有研究显示[12]，给予Wnt3a抗体或Wnt拮抗剂可阻止记忆的获得和巩固，而外源性Wnt3a的输注则能增强记忆形成。诱导小鼠海马内Dkk1的表达可导致范围内的记忆缺陷，包括定位航行和恐惧记忆[11]，训练后对小鼠输注Dkk1也会干扰海马控制的物体识别任务中的记忆巩固能力[13]。可见Wnt/β-catenin信号传導在突触与记忆形成和巩固之间起到关键的联系作用。

2 LRP6受体是Wnt/β-catenin信号通路、突触和AD之间新兴的关键联系

LRP6是Wnt信号转导的关键受体蛋白，也是Wnt拮抗剂Dkk家族的主要受体，Dkk1可破坏LRP6作为Wnt共受体的功能来发挥抑制信号传导作用[14]。由LRP6受体激活的Wnt/β-catenin信号通路在一定程度上正向调控神经保护性蛋白表达，从而增加神经元细胞的活力起到神经保护作用[15]。

2.1 LRP6受体与突触形成

LRP6在神经系统早期发育的过程中发挥关键作用，LRP6功能丧失可导致海马颗粒细胞减少、丘脑发育不足和新皮质神经元增殖受损[16]。LRP6对神经系统的突触形成也非常重要，Sharma等[17]将年轻海马神经元中LRP6敲除可导致兴奋性突触数量减少和神经棘形态损伤，体内LRP6在发育中的皮质神经元中的功能丧失可损害树突棘生长和兴奋性突触后电流的功能。LRP6磷酸化是Wnt/β-catenin信号转导期间的关键步骤，也是突触形成的必需过程。

2.2 LRP6受体与突触完整性

Liu等[18]发现在LRP6敲除（cKO）模型中因损害Wnt信号传导以年龄依赖性方式引起突触功能障碍和丧失。青年LRP6 cKO小鼠的脊髓密度，突触蛋白水平，突触可塑性和记忆功能表现正常，然而老年LRP6 cKO小鼠的海马和皮质神经元中表现出神经棘损失，在恐惧条件反射试验中出现长时程增强（LTP）抑制和记忆能力受损。因此，神经元中LRP6受体缺乏会随着年龄的增长逐渐引发突触功能障碍和丧失，并伴认知障碍的症状出现。

2.3 LRP6受体与AD

已有研究显示LRP6和AD之间的关联性。在AD患者大脑中的LRP6 mRNA和蛋白水平较同年龄段健康人显著下调。通过全基因组连锁分析，在12号染色体上发现了晚发型AD的广泛基因易感位点，其包括编码LRP6的区域[19]。随访研究将LRP6的两个单核苷酸多态性（SNPs）和一个替代性拼接变异与晚发型AD的风险增加相关[20]。这些观察结果确定了迟发型AD和LRP6之间的遗传联系。Liu等[18]发现在缺乏神经元LRP6的APP/PSEN1转基因小鼠皮质和海马中可溶性Aβ40/42和淀粉样蛋白斑块增加伴随出现记忆缺陷加剧。那么LRP6如何调节淀粉样蛋白病变？Liu等[18]研究显示，LRP6可在细胞外结构域与APP相互作用直接影响APP的处理，LRP6可通过促进APP的细胞表面定位来调节Aβ的产生，敲除LRP6将增加Aβ及其副产物的产生。LRP6缺陷亦可增加内源性Aβ40/42水平，而LRP6的过表达可减少Aβ40/42的产生。提示LRP6与APP相互作用以将其保留在细胞表面，从而抑制Aβ产生，在AD模型中LRP6缺乏增加了APP的淀粉样蛋白形成，促进Aβ的产生和斑块形成。因此，LRP6功能丧失可能是导致AD病理加重的关键因素。

除了突触维护和抑制Aβ生成的作用之外，LRP6还在其他AD相关机制中发挥作用。小胶质细胞和星形胶质细胞驱动的神经炎症可启动和加剧AD发病机制[21-23]。Wnt/LRP6信号传导的缺陷间接促进神经炎症进一步诱发AD发病。星形胶质细胞在调节突触传递和可塑性方面具有重要功能，可导致AD早期阶段的突触缺陷。Wnt/LRP6信号传导对星形胶质细胞影响也可阐明AD背景下星形胶质细胞-神经元串扰的现象。LRP6受体可通过其在脂质代谢中的作用进一步促成AD发病机制，作为扩展的LDLR受体家族的成员，LRP6参与LDL摄取和胆固醇清除[24]且编码区LRP6 SNP突变与LDL胆固醇水平升高有关[25]，这些结果提示了LRP6通过脂质代谢的失调参与AD发病机制。

3 总结与展望

突触功能障碍和突触丢失在神经系统退行性疾病病理发展中起重要作用，大量研究正尝试揭示诱发突触损伤的重要细胞和分子机制。Wnt/LRP6信号传导在突触形成、结构稳定性和功能活性中发挥重要作用，Wnt/LRP6信号传导的障碍导致衰老大脑中突触功能障碍和丧失从而加剧AD的发病。LRP6功能丧失在几个关键AD致病机制中产生负面作用，诱导突触功能障碍和变性以及LTP抑制和记忆减退。LRP6缺乏还促进Aβ产生和淀粉样蛋白沉积，导致神经炎症加重。这些发现提示LRP6是AD风险和病理学的重要调节因子。因此，可基于Wnt/LRP6信号传导开展一个新的治疗靶点，为防治AD带来希望。

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（收稿日期：2019-11-18  本文編辑：刘永巧）