正常衰老过程中脑内Aβ肽段及分泌酶活性增加：啮齿类与人类研究揭示阿尔茨海默病早期病理机制

《GeroScience》：Increase of brain Aβ peptides and secretase activity during normal aging in rodent and human

本研究针对正常衰老过程中脑内淀粉样蛋白前体蛋白(APP)加工机制的变化，通过分析人类和野生型小鼠脑样本，发现可溶性Aβ40随年龄持续增加，而脂筏(lipid raft)中β-分泌酶(BACE1)活性显著升高。研究揭示了衰老相关Aβ肽段积累的新机制，为阿尔茨海默病(AD)早期干预提供了重要靶点。

　　

随着全球人口老龄化加剧，阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)已成为威胁老年人健康的主要神经退行性疾病。其特征性病理变化——淀粉样斑块(amyloid plaques)和神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles)——在临床症状出现前数十年就开始悄然累积。然而，一个关键科学问题尚未完全阐明：在明显的淀粉样斑块形成之前，正常衰老过程中脑内Aβ42肽段（驱动淀粉样蛋白聚集的主要肽段）的水平如何变化？这一问题的解答对于理解AD的起源和开发早期干预策略至关重要。

以往研究多集中于AD患者脑组织的变化，但对正常衰老过程中Aβ肽段动态变化的系统性研究相对缺乏。值得注意的是，血浆Aβ肽段在20-50岁期间升高，随后在60-90岁逐渐下降，这种与脑内Aβ变化相反的趋势更凸显了中枢神经系统Aβ代谢的特殊性。此外，淀粉样蛋白前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)的加工过程主要发生在细胞膜的特殊微域——脂筏(lipid raft)中，而衰老对脂筏组成和功能的影响，特别是对β-分泌酶(β-site APP cleaving enzyme, BACE1)活性的调控，尚待深入探索。

为了回答这些问题，由南加州大学老年学学院的Jose A. Godoy-Lugo和Max A. Thorwald领衔的研究团队，联合加州大学欧文分校、麻省总医院等机构的科学家，在《GeroScience》上发表了最新研究成果。研究团队收集了45名认知正常个体的额叶皮层样本（年龄跨度20-95岁）以及野生型C57BL/6J小鼠的脑组织，采用多种技术手段系统分析了正常衰老过程中Aβ肽段水平、APP加工酶表达及脂筏中分泌酶活性的变化。

研究采用的主要技术方法包括：通过RIPA缓冲液和甲酸分步提取法分别获得可溶性和不溶性Aβ肽段；利用蛋白质印迹(Western blot)和点渍法(dot blot)检测APP及分泌酶蛋白表达；通过实时荧光定量PCR(qPCR)分析APP异构体mRNA水平；采用柱基提取法分离脂筏组分；使用荧光共振能量转移(FRET)底物法测定β-分泌酶和α-分泌酶活性。人类样本来自多个阿尔茨海默病研究中心(ADRC)的脑库，小鼠涵盖1-20个月龄的完整生命周期。

人类脑样本中Aβ肽段的年龄相关性变化

研究人员首先分析了人类额叶皮层样本中Aβ肽段的年龄变化趋势。结果显示，可溶性Aβ40随年龄增长呈现渐进性增加，而可溶性Aβ42在整个生命周期中变化不显著。在甲酸提取的不溶性组分中，Aβ40水平与年龄无显著相关性，但Aβ42在90岁以上个体中显著高于50岁以下群体。这些发现表明，正常衰老过程中，可溶性Aβ40的累积可能先于不溶性Aβ42的沉积，提示Aβ40在年龄相关的淀粉样蛋白病理早期阶段扮演重要角色。

小鼠脑内Aβ肽段的区域特异性增加

为了验证人类研究结果并探索机制，研究团队检测了野生型小鼠不同脑区的Aβ水平。发现大脑皮层、海马和小脑区域的可溶性Aβ40和Aβ42均随年龄增长而显著增加，且这种增加呈现区域平行性。特别值得注意的是，12月龄小鼠的Aβ水平已经出现明显升高，而20月龄小鼠（相当于人类早期中年）的Aβ水平进一步增加。这种跨物种的一致性表明，Aβ肽段随年龄增加是哺乳动物脑衰老的普遍现象，野生型小鼠可作为研究年龄相关性Aβ变化的理想模型。

APP及其加工酶的年龄相关性变化

研究人员进一步探讨了Aβ肽段增加的潜在分子机制。发现小鼠大脑皮层中APP695 mRNA随年龄增长增加30%，而APP751和APP770 mRNA无显著变化。在蛋白水平上，总APP呈现下降趋势，而分泌酶蛋白表达呈现分化变化：非淀粉样蛋白生成途径的α-分泌酶ADAM10随年龄显著增加，淀粉样蛋白生成途径的β-分泌酶BACE1和γ-分泌酶PSEN1则随年龄下降。这种APP加工酶表达的复杂变化模式提示，单纯的蛋白表达水平可能无法完全解释Aβ肽段的年龄相关性增加。

脂筏中β-分泌酶活性的年龄相关性增加

鉴于APP的淀粉样蛋白生成加工主要发生在脂筏中，研究团队分离了小鼠和人类脑样本的脂筏组分。发现APP和成熟BACE1在脂筏中显著富集。尽管总BACE1蛋白水平随年龄下降，但脂筏中的β-分泌酶活性在老年小鼠和人类样本中均显著增加。具体而言，21月龄小鼠脂筏中β-分泌酶活性比4月龄小鼠增加18%，人类样本中也观察到类似的随年龄增长趋势。这一关键发现揭示了衰老过程中脂筏微环境的变化可能通过调节BACE1的酶活性而非单纯改变其表达水平，来促进Aβ肽段的生成。

本研究通过系统分析人类和野生型小鼠脑样本，揭示了正常衰老过程中脑内Aβ肽段和分泌酶活性的动态变化规律。主要结论包括：可溶性Aβ40在人类正常衰老过程中渐进性增加，而可溶性Aβ42在小鼠脑中显著升高；尽管淀粉样蛋白生成途径的分泌酶蛋白表达下降，但脂筏中的β-分泌酶活性随年龄显著增加，这可能是驱动Aβ肽段积累的关键机制。

这些发现对理解AD的发病机制具有重要意义。首先，研究证实了正常衰老过程中Aβ代谢的微妙变化先于明显病理改变的出现，为AD的早期诊断提供了时间窗口。其次，脂筏作为Aβ生成的关键场所，其年龄相关性变化为理解环境因素（如空气污染）如何通过影响膜脂质组成而促进AD病理提供了新视角。最后，β-分泌酶活性而非表达水平的年龄相关性增加，提示未来AD治疗策略可能需要针对酶活性调控而非单纯抑制酶表达。

研究的讨论部分进一步拓展了这些发现的潜在应用价值。作者指出，Aβ肽段的年龄相关性增加可能与同时发生的突触减少和胶质细胞活性增强存在相互作用，这为理解AD多因素发病机制提供了整合框架。此外，APP在轴突生长、突触功能等生理过程中的重要作用提示，针对Aβ的干预策略需要权衡治疗效益与潜在功能影响。

未来研究方向可能包括：解析脂筏组成变化影响β-分泌酶活性的具体分子机制；探讨不同脑细胞类型（神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞）在年龄相关性Aβ变化中的特异性贡献；开发针对脂筏微环境的特异性干预策略。这些研究将不仅深化我们对AD发病机制的理解，也为开发有效预防和治疗策略提供新靶点。

总之，这项研究通过跨物种比较和多层次分析，揭示了正常衰老过程中脑内Aβ代谢的复杂变化规律，强调了脂筏微环境在调控β-分泌酶活性中的关键作用，为理解AD早期事件和开发干预策略提供了重要科学依据。随着进一步研究的深入，这些发现有望为延缓脑衰老和预防神经退行性疾病开辟新途径。