阿尔兹海默症目前研究最多的病因是脑内淀粉样斑块和神经纤维缠结的积聚，其中淀粉样斑块是β淀粉样蛋白（老年斑）在脑内异常沉聚而成，而神经纤维缠结则是tau蛋白高度磷酸化后聚集形成的产物。针对目前主流的几种病发机制，小O整理了一下临床申报资料，发现2021年申报阿尔兹海默症的临床药物竟高达400+！研究项目虽然看着多，但情况不容乐观，很多都失败了，并且现有的药物治标都达不到，何况治本！而医生对于阿尔兹海默症也只能建议多沟通，保持睡眠以及多运动，强调预防大于治疗。面对这种情况，小O想有没有这么一种可能，病因不在这里？当然小O从来不托大，因为Nixon团队确实有最新研究表示阿尔兹海默症的发生始于神经细胞自噬溶酶体功能障碍，更准确地说，是“酸化”障碍。

 
图1 AD与自噬溶酶体功能酸化障碍

自噬溶酶体是小O的老朋友了，如果把溶酶体比喻成细胞内的“垃圾处理厂”，自噬泡就相当于“垃圾运输车”，将细胞内损伤的蛋白质、核酸、细胞器等大分子运输到溶酶体进行分解重新输送到细胞利用。正常情况下，溶酶体的内部呈酸性（pH4.2-5.3），其内部的酶只有在这种酸性环境中才能正常工作。一旦溶酶体酸化障碍，包括β淀粉样蛋白和β样淀粉样前体蛋白(APP)代谢物APP-βCTF在内的蛋白难以被清除，从而β样淀粉蛋白释放入组织环境，引起阿尔兹海默症的典型特征“细胞外斑块”。

图2 溶酶体酸化障碍导致β样淀粉蛋白释放入组织环境¹

由图2，我们轻易可以想到应该是溶酶体酸化功能障碍出现，导致淀粉样斑块形成，所以是不是可以理解成阿尔兹海默症的病因是脑神经元细胞中溶酶体酸化障碍？

如图3，为了验证上述猜想，研究人员需要在阿尔兹海默症小鼠中观察到神经细胞的溶酶体出现酸化障碍，并且证实这一过程是早于细胞死亡以及细胞外淀粉样斑块形成的。当这种探针应用到阿尔兹海默症的模型小鼠身上时，研究人员观察到小鼠在出生后5个月大脑新皮质区域90%的自噬溶酶体就已经出现酸化障碍，比它们出现脑部淀粉样斑块的时间（10-12个月），早了至少5个月。而在早发型阿尔兹海默症模型5xFAD小鼠身上，这一时间更早，在2月龄的5xFAD小鼠脑部就可以发现酸化障碍的自噬溶酶体以及神经细胞退化的现象。

图3 Thy-1 mRFP-eGFP- LC3--TRGL小鼠试验²

酸化障碍的自噬溶酶体不能消化损伤的蛋白质，造成β淀粉样前体蛋白的产物（APP-βCTF）以及β淀粉样蛋白堆积在自噬溶酶体内。如图4，受损的自噬溶酶体就像一片片花瓣一样，以细胞核为花芯，围成花冠状，研究人员称之为毒花PANTHOS，含有毒花的神经细胞称为“毒花神经元”。随着病情进展，“毒花神经元”除了表现为细胞内β淀粉样蛋白增多，还逐渐向老年斑的方向发展。最终，毒花中心的细胞核消失，溶酶体通透性增加，溶酶体内的酶释放进入细胞质，从而杀死细胞，这些细胞遗骸堆积就成为了我们看到的“细胞外斑块”。

图4 正常的DAPI标记的细胞核（双箭头），浓缩的DAPI信号（单箭头）和在泛脑神经元中无法检测到的DAPI（箭头）²

溶酶体的酸化调节主要依赖质子泵v-ATPase和溶酶体膜中由离子转运蛋白介导的阴离子和阳离子的运动。质子泵v-ATPase是一种ATP依赖性质子泵，可以将细胞质中的H⁺离子泵入溶酶体内维持酸性环境。但v-ATPase是一种电泵，其产生的电梯度必须通过阳离子的外流/阴离子的导入来消散，以这样才能保持持续的H+导入。v-ATP酶是由两个亚复合物组成，胞质V1和膜结合的V0。v-ATPase酶的组装也受到其他几个因素的调控，这使得v-ATP酶的功能和溶酶体酸化受到各种细胞内信号通路的调控。

 
图5 v-ATP酶缺陷及相关的神经退行性疾病。左栏显示的是编码单个v-ATPase亚基的基因中的疾病相关突变（粗体）。右栏显示了v-ATPase相关蛋白（粗体）和相应的神经退行性疾病的变化。*ATP13A2虽然与v-ATPase功能没有直接联系，但其可能在溶酶体酸化中的作用及其在Kufor-Rakeb综合征和帕金森病中的作用³

与此相应，在早发型阿尔兹海默症模型5xFAD小鼠出生后6个月时，它们神经细胞溶酶体上的质子泵vATPase活性和同龄的野生型小鼠相比明显下降（酶活性65.6±4.1%），到了第12个月时，更是连一半都不到（酶活性45.3±3.7%）。

既然研究表明阿尔兹海默症的病因与溶酶体功能受损有关，那是不是修复受损的溶酶体让酸化功能正常运行就可以达到治标治本的目的？

Nixon团队今年4月发表在Science Advances的结果揭示通过改善溶酶体酸化功能，能够减轻阿尔兹海默症小鼠神经损伤。他们团队在晚期核内体轴突中进行独特的逆行转运，偶尔会由激动剂诱发的TRPML1通道的钙流出调节触发暂停，这种效应在外源性TRPML1激动剂1(ML-SA1)激活下尤其明显得到启示。建立小鼠模型证明与ML-SA1激活效果相比，在早老素1(PSEN1)功能丧失后，降解细胞器的脱酸，诱导了病理构成性“由内而外”的TRPML1过度激活，从而减缓了它们的运输，并导致营养不良轴突的积累。PSEN1功能丧失后，其机制涉及钙介导的c-Junn-末端激酶(JNK)的激活，这导致动力蛋白中间链(DIC)过度磷酸化，降低动力蛋白的活性。所以该课题组的实验证实阻断TRPML1的激活、抑制JNK的活性或DIC1B丝氨酸-80的磷酸化，可以逆转PSEN1敲除神经元的转运缺陷。

总而言之，阿尔兹海默症多年来都没有特效药研发成功，这次发表的结果是否能启发新药研发公司实现弯道超车？小O 对此甚是期待！

1. Schutzmann, M. P.;  Hasecke, F.;  Bachmann, S.;  Zielinski, M.;  Hansch, S.;  Schroder, G. F.;  Zempel, H.; Hoyer, W., Endo-lysosomal Abeta concentration and pH trigger formation of Abeta oligomers that potently induce Tau missorting. Nat Commun 2021, 12 (1), 4634.

2. Lee, J. H.;  Yang, D. S.;  Goulbourne, C. N.;  Im, E.;  Stavrides, P.;  Pensalfini, A.;  Chan, H.;  Bouchet-Marquis, C.;  Bleiwas, C.;  Berg, M. J.;  Huo, C.;  Peddy, J.;  Pawlik, M.;  Levy, E.;  Rao, M.;  Staufenbiel, M.; Nixon, R. A., Faulty autolysosome acidification in Alzheimer's disease mouse models induces autophagic build-up of Abeta in neurons, yielding senile plaques. Nat Neurosci 2022, 25 (6), 688-701.

3. Colacurcio, D. J.; Nixon, R. A., Disorders of lysosomal acidification-The emerging role of v-ATPase in aging and neurodegenerative disease. Ageing Res Rev 2016, 32, 75-88.