阿尔茨海默病发病机制中未折叠的p53：HIPK2是联系吗？

阿尔茨海默病与β淀粉样蛋白

AD中的β淀粉样蛋白是APP蛋白水解代谢的结果，APP是一种由697-770个残基组成的完整细胞膜糖蛋白，是两条相互平衡的途径中三种蛋白水解酶的底物[6]. 在非淀粉样蛋白生成途径中，一种称为α-分泌酶的蛋白酶裂解细胞外区域的APP，并将APP的外域（可溶性APPα）释放到细胞外空间，从而阻止aβ的形成。否则，在淀粉样蛋白生成途径中，Aβ在被分别切割Aβ的N端和C端的β和γ分泌酶切割后形成（图​（图1）。1). AD大脑中发现的两种主要亚型是Aβ1-40和Aβ1-42。生理上，40-氨基酸长肽是最丰富的形式[7-9]，因为分泌的Aβ1-42的浓度约为Aβ1-40的10%[10]. 由于这些原因，Aβ1-40和Aβ1-42可能具有不同的生物作用[11]在病理条件下，如家族性AD，其生成比例可能会改变[12].

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图1。

APP代谢：非淀粉样变和淀粉样变途径的示意图。

在这里，即使存在695和751种跨膜形式的APP，770个残基APP处理也被示意化了。在非淀粉样蛋白生成途径中，α-分泌酶裂解细胞外区域的APP，并将可溶性APPα释放到细胞外空间。在这种裂解之后，第二种酶产物C末端片段（αCTF或C83），可以作为分泌酶的底物，产生一个称为p3的非淀粉样变3kDa片段。在淀粉样蛋白生成途径中，Aβ在分别被β和Ⅶ分泌酶裂解后形成。APP在Aβ序列残基1处的裂解导致sAPP（sAPPβ）的截短形式和12 kDa的C末端片段（βCTF或C99）。淀粉样蛋白生成途径的最后一步是βCTF的裂解，通过分泌酶释放Aβ。此外，在淀粉样变和非淀粉样变途径中，C83和C99片段被-分泌酶裂解也导致产生57-58残基的C末端肽，称为APP胞内结构域（AICD）。

虽然Aβ的直接和间接神经毒性作用没有受到质疑（详细综述请参阅[13])，最近的研究表明，该肽可能具有迄今为止无法预料的生理作用[14]. 除了在AD大脑中存在外，实验证据表明，Aβ肽由包括神经元在内的所有细胞组成，并且在非痴呆患者脑脊液中的nM-pM范围内发现[15]在神经元和非神经元细胞培养基中[16,17]从而表明，除了在AD中具有潜在的病理作用外，aβ肽在正常条件下也可能在生理功能的调节中发挥作用，这与其普遍存在和正常合成相一致。我们将在这里讨论Aβ如何在调节p53功能中发挥作用。

p53功能及其在衰老和神经变性中的作用

自1979年发现以来[18]，p53继续吸引着科学家，如今它仍然是研究最广泛的蛋白质之一。这种兴趣是由于p53在癌症预防中的关键作用，从而被定义为“基因组的守护者”[19]. 然而，p53的活性可能不仅在调节癌症进展中起作用，而且在控制健康和疾病的其他方面，如发育、衰老和新陈代谢中也起作用[20]. p53发挥其作为肿瘤抑制剂和基因组完整性主控者的主要生物学作用，特别是作为转录因子[21]. p53监督过程的正确实施，并且只有在与适当的细胞活性发生危险偏差的情况下才进行干预。当细胞暴露在临界条件下或受到损伤时，p53仲裁细胞信仰[22]. p53缺失或其活性失调不仅会导致癌症，还会导致心血管疾病、代谢疾病、神经退化和衰老过程，因为所有这些不同生物事件背后都有大量p53调节基因[23]（见表​表11).

刺激p53活性的第一个信号是DNA损伤和各种可能对细胞基因组完整性构成危险的基因毒性损伤，如氧化应激、DNA损伤、缺氧、癌基因激活、端粒侵蚀、代谢变化、，一些信号通路的异常延长和营养素的局部消耗等[41]. 在这些损伤后，p53立即成为多种特定酶系统引入的大量可能翻译后修饰的底物[42]. 这些改变包括一个巨大的共价变化网络，在蛋白质数量、活性和与多种其他蛋白质相互作用或合作的能力方面引起特征性改变[43]. p53之间的微妙平衡S公司结构和一活动R（右）即使DNA结合域（DBD）中的单个氨基酸替换足以限制或消除p53直接序列特异性转录活性的能力，也可以破坏关系（SAR）[44]. 这是大多数人类癌症的情况，其中DBD的错义突变导致网络改变，从而影响预后。除了基因突变外，p53活性也可能因构象改变而受损。p53可能由于未折叠的三级结构而失去其转录活性，这决定了它对特定DNA靶序列的亲和力降低。最近的观察证实，p53结构的改变在衰老和AD中起着中心作用[45,46].

由于p53在确立衰老以及在其活性增加时确定生物体衰老方面的作用，p53可以促进衰老过程的某些方面。不同的研究表明，p53的抑癌和增龄功能之间存在微妙的平衡。在一些小鼠模型和人群研究中，p53活性的改变已被证明会影响在某些情况下（如应激）过早/加速衰老或以其他方式诱导肿瘤抑制的比较[47-52]. 小鼠和人类的证据表明，p53作为长寿保证基因，基本上减少了肿瘤发生的影响[53,54].我们的小组研究了来自老年对照组和痴呆患者的成纤维细胞中的p53，发现随着年龄增长，未折叠蛋白状态的表达增加，这在AD患者中更为明显，并且不依赖于基因突变[55]. 由于这种构象变化，当细胞受到有害刺激时，p53部分失去活性，并表现出DNA结合和转录能力的显著损伤[55]. 事实上，AD成纤维细胞比非AD受试者的成纤维细胞更不容易受到氧化损伤，构象改变的p53已被认为是早期AD的假定生物标志物[55]. 这种改变的构象可能是由于锌（Zn）的损失²⁺)蛋白质核心结构域中的离子，为DNA结合提供基本支架，并已被证明对以所谓的“野生型”折叠形式稳定p53至关重要。野生型p53（wt53）暴露于金属螯合剂，如乙二胺四乙酸（EDTA）或邻菲咯啉决定快速转换为抗体阳性的未折叠形式（克隆PAb240），识别wt53中的隐匿性主表位[56]. 微量锌成瘾后²⁺，该蛋白质经历了重新折叠到天然形式并重新获得DNA结合能力[56].为了研究这种改变的原因，我们发现暴露于纳米摩尔浓度的β-淀粉样肽1-40（Aβ1-40）可诱导非AD受试者成纤维细胞中未折叠p53蛋白亚型的表达[三]. 这些数据表明，低浓度的可溶性Aβ影响了p53的三级结构和对p53依赖性凋亡的敏感性。在此基础上，我们假设少量可溶性Aβ在细胞水平上诱导早期病理变化，可能先于淀粉样蛋白级联反应，其中一种变化是诱导p53的未折叠状态，这表明该蛋白在AD的早期发病机制中发挥作用[三]. 最近，在AD患者培养的外周血细胞中，我们和其他人观察到了可检测到的未折叠p53，可被抗体PAb240识别，这使得这些细胞与对照细胞不同。我们建议，未折叠的p53也可以在早期阶段用作疾病的生物标记物[57,58]. 周和他的合作者推测，未折叠的p53可能是AD淋巴细胞G1/S转换检查点失败的原因，该检查点通常由wt53介导，将未折叠p53连接到与疾病相关的外周事件。他们认为p53构象变化的原因可能是氧化应激、Aβ毒性和氧自由基的影响[59]. 关于阿尔茨海默病患者外周水平p53状态发生改变的额外观察，强化了该蛋白在神经退行性疾病发病机制中起作用的假设。然而，还需要进一步的研究来了解这种构象变化的原因，以及由此导致的未折叠p53如何促进年龄增长和神经退行性变。

错误折叠的p53和HIPK2的作用

同源odomain-interacting protein kinase 2（HIPK2）是一个新的核丝氨酸/苏氨酸激酶家族的成员，定位于核内，并作为多种转录因子的共同阻遏物[60]. 此外，HIPK2的一个重要功能是p53对基因毒剂的凋亡激活[5]. HIPK2在生理和功能上与p53相互作用，在丝氨酸46（Ser46）处磷酸化它以激活凋亡（表​（表1）1) [28-31]. HIPK2还与乙酰转移酶CREB结合蛋白（CBP）相互作用，并与CBP和p53在早幼粒细胞白血病核体（PML-NBs）共同定位；HIPK2介导的p53Ser46磷酸化增强了CBP介导的Lys382处的p53乙酰化，增强了促凋亡靶基因的表达[28].因此，尽管Ser46可以被HIPK2以外的其他激酶磷酸化，包括ATM[61]，DNA-依赖性蛋白激酶（DNA-PK）[62]，蛋白激酶Cδ（PKCδ）[63]和双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶2（DYRK2）[64]事实上，只有HIPK2才能驱动Lys382乙酰化，这使得该激酶成为p53凋亡功能的独特而复杂的调节器。因此，在缺乏HIPK2的情况下，Lys382乙酰化的缺乏会严重损害p53的促凋亡激活[65]. HIPK2功能通过抑制NADPH氧化酶1（Nox1）调节脱乙酰酶Sirt1的活性，对p53乙酰化/脱乙酰化平衡至关重要[66]. 因此，在缺乏HIPK2的情况下，在癌细胞中诱导氧反应性物质（ROS），激活Nox1和Sirt1活性，抑制p53对DNA损伤的凋亡活性[66].

HIPK2在癌细胞p53激活中的作用还涉及wt53蛋白构象。在没有HIPK2的情况下，p53获得错误折叠的构象，失去DNA结合和转录活性，这取决于金属硫蛋白和锌的放松调节²⁺[67,68]. 因此，Zn²⁺补充HIPK2缺失的癌细胞决定了wt53蛋白构象的恢复以及DNA结合和转录活性的恢复，以应对基因毒性因子在体外和体内[67]. 锌联合治疗HIPK2缺失细胞肿瘤小鼠²⁺化疗药物阿霉素增强了此类肿瘤的生长抑制体内[67]. 从这些数据来看，HIPK2通过p53动态构象状态之间的转换，在p53功能的调节中起着主要作用，而Zn²⁺是一个基本辅因子。

锌的结合和交换/转运²⁺，以及其他重金属，如镉或铜，由金属硫蛋白（MT）调节，MT是一个由至少10种高度保守、低分子量富含半胱氨酸的金属蛋白组成的家族[69]. 对金属硫蛋白的兴趣源于其作为p53折叠和活性调节器的作用，因为少量金属硫蛋白可以诱导p53活性，通过锌调节DBD结构域的折叠²⁺调节，而过量的MT通过施加锌降低p53活性²⁺螯合作用[70,71].此外，在各种人类肿瘤中，MT表达的增加也与化疗耐药性、细胞增殖增加、细胞凋亡减少和p53活性抑制有关[72]. 在这方面，已有研究表明，HIPK2负性调节MT2A基因，MT2A的mRNA转录亚型似乎与浸润性导管癌组织中的细胞增殖有关，相反，HIPK2缺失与MCF7乳腺癌细胞中MT2A上调相关[68]. 此外，在耗尽HIPK2的细胞中，通过siRNA（沉默RNA）耗尽MT2A，恢复wt53构象[68].

这项工作得到了大学与研究部（MIUR，Grant#2007HJCCSF to S.G.）、UNIPV-Regione Lombardia以及意大利癌症研究协会（AIRC）对G.D.O的资助。