综述：c-Abl在阿尔茨海默病中的作用：有罪还是无罪？

《Cellular and Molecular Neurobiology》：The Role of c-Abl in Alzheimer’s Disease: Guilty or not Guilty?

本综述系统探讨了非受体酪氨酸激酶c-Abl在阿尔茨海默病（AD）中的双重角色：一方面，c-Abl的异常激活会促进Aβ沉积、tau蛋白过度磷酸化，加剧神经退行性病变；另一方面，它又能通过调节抗氧化酶（如CAT、GPX1）活性和参与DNA同源重组（HR）修复，在早期起到神经保护作用。文章深入分析了c-Abl与氧化应激、Aβ、tau磷酸化的协同调控机制，并讨论了其作为治疗靶点的潜力，强调了其在AD病理中的复杂性和情境依赖性。

　　

c-Abl, Aβ, 和 tau磷酸化

阿尔茨海默病（AD）典型的病理特征包括由淀粉样蛋白-β（Aβ）沉积形成的老年斑和由微管相关蛋白tau过度磷酸化形成的神经原纤维缠结（NFTs）。c-Abl在这一病理过程中扮演了复杂的角色。研究表明，在AD中，c-Abl的激酶活性异常升高，并可能通过与Aβ的协同毒性以及促进tau磷酸化来影响疾病进程。

Aβ寡聚体（ABOs）与神经元表面的EphA4受体酪氨酸激酶共定位，诱导EphA4磷酸化激活，进而促使c-Abl在其Y412位点发生磷酸化而被激活。激活的c-Abl可促进肌动蛋白细胞骨架重构和树突棘丢失。它还能磷酸化其下游效应分子组蛋白去乙酰化酶2（HDAC2）的Y222位点，增强其蛋白稳定性和转录抑制活性，导致突触相关基因表达受抑制。此外，c-Abl也可能直接磷酸化p73（Y99）、p63（Y149）和Yap1（Y357），从而激活其转录活性，促进神经元凋亡。

c-Abl还参与Aβ生成的调控。一方面，c-Abl可能直接磷酸化淀粉样前体蛋白（APP）的Y682位点，这增强了APP与β-位点APP裂解酶1（BACE1）的相互作用，促进APP经淀粉样生成途径加工，导致Aβ产生增加。在AD转基因小鼠模型中，使用c-Abl抑制剂（如伊马替尼、尼洛替尼）可减少Aβ的产生和沉积，并改善认知功能障碍。另一方面，c-Abl通过缺氧诱导因子1α（HIF-1α）间接调节Aβ的产生。c-Abl激酶通过竞争性抑制E3连接酶等机制增强HIF-1α蛋白稳定性，而HIF-1α能转录上调BACE1并非转录性地激活γ-分泌酶，从而促进Aβ产生。

c-Abl参与AD病理的另一个重要途径是促进tau蛋白的过度磷酸化和NFTs的形成。c-Abl可直接磷酸化tau的Y394位点。此外，它还能磷酸化CDK5的Y15位点，或在AD转基因小鼠中磷酸化GSK-3β的Y216位点从而激活GSK-3β，进而导致tau磷酸化。这些磷酸化事件不仅损害tau与微管的结合能力，还增加其聚集倾向。值得注意的是，c-Abl抑制剂如STI571已被证明能减少tau磷酸化和聚集，从而改善AD模型小鼠的突触功能和认知表现。

然而，有大量研究提示，Aβ沉积和tau磷酸化可能是机体抗氧化应激反应的一种表现。在AD中，即使高水平的Aβ蛋白也不足以维持氧化还原稳态。因此，c-Abl在AD中的作用不能简单地归类为“促进”或“抑制”，而是高度依赖于细胞微环境，在神经保护和神经毒性之间动态转换。

c-Abl与氧化应激

神经元由于其高代谢需求、高多不饱和脂肪酸含量和相对较低的抗氧化酶水平，对氧化应激特别敏感。在AD患者中，氧化损伤不仅严重程度增加，而且呈慢性持续状态。氧化应激可以激活胞质中的c-Abl，其激酶活性随H₂O₂浓度增加和暴露时间延长而升高。

c-Abl能够调节细胞对氧化应激的抵抗力。调节细胞内H₂O₂水平的主要酶包括过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物氧化还原酶1（Prx1）。c-Abl及其同源蛋白Arg可以磷酸化CAT的Y231和Y386位点，从而增加其催化活性。此外，c-Abl和Arg与GPX1相互作用并磷酸化其Y96位点，从而增强GPX1的酶活性。因此，c-Abl通过CAT和GPX1调节细胞内活性氧（ROS）水平。当c-Abl及其同源物Arg均缺失时，细胞内ROS水平显著升高，增加细胞对H₂O₂诱导凋亡的敏感性。

除了刺激CAT的活性，c-Abl和Arg也促进CAT的降解。c-Abl和Arg磷酸化CAT的Y231和Y386位点，导致其被泛素化并被26S蛋白酶体降解。c-Abl和Arg对CAT活性具有双重调节作用。在低H₂O₂浓度下，c-Abl和Arg激活并磷酸化CAT和GPX1，从而降低细胞内ROS水平并发挥抗凋亡作用。而在高H₂O₂浓度下，它们从CAT上解离，导致CAT催化活性下降，ROS水平升高，启动凋亡反应。c-Abl可能作为调节CAT抗凋亡功能的分子开关。当H₂O₂水平超过可控阈值时，通过损害CAT降解H₂O₂的能力，c-Abl启动凋亡。

在氧化应激条件下，PKCδ可被激活并磷酸化c-Abl。反过来，磷酸化的c-Abl通过磷酸化PKCδ的Y512位点进一步激活PKCδ。这两种蛋白质相互激活并共定位于线粒体，导致线粒体膜电位丧失、细胞色素c释放、caspase-3激活，最终诱导神经元细胞死亡。激活的c-Abl还直接磷酸化动力相关蛋白1（Drp1）的Y266、Y368和Y449位点（其中Y266可能是主要磷酸化位点）。这种活性增强了Drp1的GTPase活性，促进了Drp1介导的线粒体分裂和神经元死亡。

除了作为上游分子通过调节CAT和GPX1的活性来调节细胞内ROS水平外，c-Abl还可以与Prx1形成反馈回路进一步控制ROS水平。Prx1与c-Abl的SH3结构域相互作用抑制其催化活性，被认为是c-Abl的生理抑制剂。反过来，c-Abl可以抑制Prx1的表达。在c-Abl敲除的成骨细胞中，Prx1及其上游转录调节因子核因子E2相关因子2（Nrf2）的表达增加。因此，可能存在一个反馈回路来调节应激反应中的c-Abl活性。当暴露于氧化应激时，PKCδ磷酸化Nrf2的S40位点，导致其与Keap1解离，这一过程增强了胞质Nrf2蛋白的稳定性并促进其易位入核，在细胞核内通过结合抗氧化反应元件（ARE）调节抗氧化反应基因的表达。Nrf2随后促进Prx1、GSH、HO-1和NQO1等细胞保护基因的表达。Prx1与c-Abl形成反馈回路，抑制过度的c-Abl活性，从而防止细胞损伤。

造血细胞特异性蛋白1相关蛋白X-1（HAX-1）是一种新型的线粒体抗凋亡蛋白，通过激活c-Abl来清除细胞内ROS，从而发挥其保护作用。HAX-1与c-Abl相互作用，并且在氧化应激或电离辐射下其结合显著增强。值得注意的是，HAX-1在氧化应激下促进c-Abl的激活。然而，当c-Abl过度激活时，HAX-1介导c-Abl与其E3连接酶的结合，促进其泛素化和降解。这种反馈机制将c-Abl活性维持在最佳水平，实现自我调节，确保细胞内ROS水平的动态平衡。

c-Abl与HR修复

作为终末分化的细胞，成熟神经元在很大程度上丧失了增殖能力，必须在其整个生命周期中维持基因组稳定性。然而，作为一个高耗氧器官，大脑持续产生大量ROS，导致神经元的DNA损伤负担显著高于其他组织。氧化性碱基损伤是AD中最常见的DNA损伤形式。8-羟基鸟嘌呤（8-OHG）作为氧化性DNA损伤的生物标志物，是AD发病机制中的早期事件，先于明显的神经病理学改变。值得注意的是，DNA双链断裂（DSBs）是细胞毒性最强的DNA损伤类型。快速但极易出错的非同源末端连接（NHEJ）和高保真的同源重组（HR）修复是DSBs的两个主要修复途径。HR是修复DSBs最精确的机制，HR活性不足或过度都会导致基因组不稳定。研究表明，在AD小鼠模型和AD患者脑组织中，DSB标志物（如γ-H2AX）水平升高，而HR修复标志物（如Rad51和BRCA1）的表达或功能受损。这些发现表明HR修复缺陷在AD的病理过程中起着关键作用。

传统观点认为HR主要在DNA复制期（S/G2期）活跃，而神经元作为终末分化细胞，主要依赖NHEJ修复DSBs。然而，新出现的数据表明HR机制在神经元中持续存在。作为关键的HR修复蛋白，Rad52以新生的mRNA依赖性方式被招募到神经元的DSBs位点，表明在这些细胞中存在一种新型的RNA模板依赖的HR途径。此外，在AD患者和人类APP转基因小鼠的大脑中，BRCA1的表达降低。在野生型小鼠齿状回神经元中敲除BRCA1会导致DSBs增加、神经元萎缩、突触可塑性受损以及学习/记忆缺陷。重要的是，这些变化发生在没有显著神经元丢失的情况下，表明由HR缺陷引起的突触功能障碍先于细胞死亡。最后，在AD小鼠模型和AD患者大脑中，Sirtuin 6的蛋白表达水平降低。Sirtuin 6是哺乳动物抗衰老sirtuin家族成员，也称为长寿基因，参与HR修复。它通过与染色质域解旋酶DNA结合蛋白4（CHD4）合作促进染色质松弛和DNA修复，或通过稳定BRCA1等HR修复因子，有助于修复DNA损伤和维持基因组稳定性。

c-Abl既是DNA损伤的效应器，也是修复过程的调节器，通过多种机制精细调节HR修复。Rad51和Rad52在DNA损伤后的HR修复中起关键作用，它们的活性受c-Abl介导的磷酸化调节。具体而言，激活的c-Abl磷酸化Rad51的Y54和Y315位点。c-Abl激酶介导的这两个位点的磷酸化是顺序发生的，Y315的磷酸化先于并刺激Y54的磷酸化。值得注意的是，这两个磷酸化位点具有相反的效应。Y54磷酸化抑制Rad51的DNA结合能力，损害ATP依赖的DNA链交换反应，从而抑制HR修复。相反，Y315磷酸化增强Rad51的染色体结合能力，促进Rad51-Rad52复合物形成，有利于HR修复。然而，一些研究提出了相反的发现，认为Y54磷酸化显著增加了Rad51的DNA链交换活性，促进了核蛋白丝的形成，使其能有效地与单链DNA（ssDNA）竞争结合复制蛋白A（RPA）。他们认为这是c-Abl调节Rad51功能的主要位点。关于Y54磷酸化功能描述的分歧可能源于实验方法和磷酸化模拟策略的差异、物种差异或所研究的DNA损伤阶段的不同。c-Abl还可以调节Rad51与p53及其他蛋白质（如BRCA1）的相互作用，或者直接与BRCA1相互作用。激活后，c-Abl与Rad52相互作用并磷酸化其Y104位点，这促进了Rad52的核积聚。这种磷酸化增强了Rad52在ssDNA上的退火活性，从而促进DNA重组和修复。而Rad52 Y104F突变体则无法在细胞核内积聚。因此，c-Abl通过磷酸化Rad51的多个特异性酪氨酸残基和Rad52的Y104位点来调节HR修复。

在神经元中，c-Abl的DNA修复功能尤为关键，因为终末分化细胞必须优先进行修复而非凋亡。在生理条件下，适度的c-Abl磷酸化能增强Rad51或Rad52的DNA结合能力和重组酶活性，从而维持基因组稳定性。然而，在AD持续的氧化应激环境中，c-Abl的过度磷酸化可能导致异常的Rad51多聚体形成并损害其核灶形成能力，严重损害HR效率。这一发现与Yu等人报道的在APP/PSEN1小鼠中观察到的Rad51灶减少相一致。HR效率下降导致持续的DSBs和γ-H2AX灶的积累，从而促进突变积累和表观遗传失调。这些效应最终导致神经元基因组不稳定性增加、突触功能障碍和认知能力下降。或者，当DNA损伤无法修复时，c-Abl通过磷酸化p73和Yap1等促凋亡蛋白触发程序性细胞死亡。

结论与展望

作为一种复杂的神经退行性疾病，AD涉及多个病理过程。非受体酪氨酸激酶c-Abl在AD的病理过程中扮演着双重角色。c-Abl的稳态与细胞的氧化应激水平、基因组稳定性和神经元存活密切相关，使其既是神经元保护的关键调节因子，也是神经退行性病理的潜在驱动因子。

目前大多数研究将c-Abl视为AD的促进者，主要是因为c-Abl抑制剂（如伊马替尼和尼洛替尼）已被证实能减轻AD模型中的Aβ沉积、tau磷酸化、受损的突触可塑性和认知功能障碍。然而，也有研究表明STI571对Aβ产生的影响并不涉及Abl激酶。此外，c-Abl的下游调节因子HIF-1α在AD中也扮演双重角色，因为HIF-1α可以抑制Aβ和氧化应激诱导的神经元死亡。低浓度的Aβ通过激活HIF-1α发挥神经保护作用，从而减轻更严重的神经元损伤。而且，仅HIF-1α过表达就足以赋予神经元对Aβ毒性的抵抗力。Aβ肽并非完全有害，它们在中枢神经系统中也能执行各种生理功能。在正常大脑中，BACE1在mRNA和蛋白水平均高表达，其缺失会导致年轻成年小鼠创伤性脑损伤模型出现认知障碍。尽管针对减少Aβ的治疗在降低Aβ负荷方面取得了成功，但未能逆转记忆和认知症状的缺陷。Aβ沉积和tau磷酸化可能是机体对抗氧化应激的保护性反应。

因此，c-Abl在AD中的作用不能简单地归类为“促进”或“抑制”。相反，它是情境依赖性的，根据细胞微环境在神经保护和有害效应之间动态转换。例如，突触后密度蛋白95（PSD95）是中枢神经系统兴奋性突触后部位最丰富的蛋白质之一，参与突触成熟和功能调节。c-Abl磷酸化PSD95的Y533位点，该位点的突变会降低其在突触后部位的聚集能力。c-Abl通过酪氨酸磷酸化调节PSD95的突触后聚集，从而调节突触形成和功能。当c-Abl激酶的动态活性失调时，PSD95的过度或不足磷酸化可能导致突触功能障碍。正如在HR修复中一样，Rad51在Y54和Y315的磷酸化导致不同的功能，甚至Y54磷酸化的作用也存在争议。这一发现不仅进一步阐明了c-Abl的复杂功能，也暗示了其作为维持HR修复动态平衡的“分子开关”的潜在作用。在DSBs的早期阶段，Y54磷酸化抑制Rad51的过早激活，确保正确的修复时机；在后期，Y315磷酸化促进Rad51的组装和功能，实现高效的HR。如果c-Abl异常激活，这两个位点的磷酸化失调可能导致HR缺陷或过度重组，加剧AD的病理进展。c-Abl在AD中的复杂作用反映了AD发病机制的多样性和动态性。未来的研究应关注c-Abl在AD不同病理阶段的作用，特别是在不同水平氧化应激下的调节机制。

总之，c-Abl在AD中扮演双重角色，既是“反派”（例如，通过促进Aβ斑块形成和tau过度磷酸化，从而加剧神经退行性病理），也是“救星”（例如，通过激活抗氧化酶和促进HR修复，从而减轻神经元损伤）。为了调和这些相反的功能，潜在的策略包括时空特异性抑制c-Abl或联合疗法。这种双重性为了解AD的发病机制提供了关键的科学见解，并为开发新的治疗策略提供了潜力。随着研究的进展，我们可能揭开c-Abl在AD中的全部奥秘，并找到对抗这种毁灭性疾病的新途径。