《Journal of Biomedical Science》：APP-C31 pathology as a target in neurodegenerative diseases
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（编辑推荐）这篇综述系统探讨了β-淀粉样前体蛋白（APP）经半胱天冬酶（Caspase）切割产生的C31片段在神经退行性疾病中的作用。文章提出并论证了APP-C31不仅是病理过程的副产物，更是连接上游应激源与下游神经退行的关键“中央执行者”（"central executioner"），驱动包括Aβ毒性增强、GSK-3β通路激活、离子稳态破坏及p53介导的凋亡在内的多条致病通路。该综述为理解阿尔茨海默病（AD）等疾病的分子机制提供了新视角，并将APP-C31定位为一个具有潜力的治疗靶点。
神经退行性疾病，如阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、帕金森病和亨廷顿病，严重影响着全球患者的健康，而寻找有效的治疗靶点一直是该领域的重大挑战。在众多病理机制研究中，β-淀粉样前体蛋白（Amyloid Precursor Protein, APP）及其裂解产物扮演着关键角色。其中，由半胱天冬酶切割产生的含31个氨基酸的C末端片段——APP-C31，尽管长期以来受到的关注不如经典的Aβ（Amyloid-β），但越来越多的证据表明，它可能是一个在神经退行级联反应中处于中心位置的关键分子。
C31片段与APP的结构背景
APP是一个大型的跨膜糖蛋白，具有复杂的结构域和多种异构体。在神经元中，APP主要通过两种途径被切割：非淀粉样生成途径和淀粉样生成途径。非淀粉样生成途径由α-分泌酶启动，产生具有神经营养作用的sAPPα片段。而在病理条件下，APP更多地被β-分泌酶（BACE1）切割，产生C99片段（βCTF），C99随后被γ-分泌酶进一步切割，释放出具有神经毒性的Aβ和APP胞内结构域（AICD）。
AICD并非终点，它可以被多种半胱天冬酶（Caspase-3、-6、-8、-9）再次切割，最终生成两个小片段：Jcasp和APP-C31。
APP-C31与Aβ的协同毒性
Aβ无疑是AD病理的核心蛋白，但研究发现，Aβ的毒性在很大程度上依赖于C31片段的存在。当Aβ与细胞膜上的APP结合后，会促进APP的寡聚化，从而招募并激活Caspase-8，后者切割APP产生C31片段。C31一旦生成，便会反过来增强Aβ的毒性。具体而言，C31能够选择性地促进更具聚集倾向和毒性的Aβ42亚型的产生，并显著加速Aβ40的聚集与纤维化，尤其是在细胞核及核周区域。
更关键的是，Aβ和C31的毒性都依赖于一个共同的氨基酸基序“-GYENPTY-”，该基序位于C31片段内，是多种信号通路的关键作用位点。因此，一个自我强化的恶性循环就此形成：Aβ促进C31生成，C31反过来放大Aβ的毒性，并可能通过增强BACE1的稳定性等方式促进更多Aβ的产生，不断加剧神经损伤。
C31作为核心执行者的多通路致凋亡机制
这篇综述的核心假设是，APP-C31不仅仅是上游病理事件的被动产物，而是整合并放大多种分子损伤、最终导致宏观功能衰竭的“中央执行者”。其驱动神经元死亡的机制至少涉及以下四条通路：
- 1.
诱导GSK-3β表达与Tau蛋白磷酸化：C31能够易位至细胞核，与Fe65等衔接蛋白形成转录复合物，上调糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）的表达。GSK-3β是Tau蛋白的主要激酶之一，其活性升高导致Tau蛋白过度磷酸化，形成神经原纤维缠结。同时，C31还与蛋白磷酸酶2A（PP2A）结合，抑制其去磷酸化活性，共同导致微管失稳和神经元功能障碍。
- 2.
与Fe65/Tip60形成转录复合物：在细胞核内，C31通过其“-YENPTY-”基序与Fe65结合，并招募组蛋白乙酰转移酶Tip60，形成三元转录激活复合物。该复合物可与特定基因的启动子结合，激活下游促凋亡或与疾病相关基因的转录，直接调控细胞命运。
- 3.
破坏细胞内离子稳态：C31能增强电压门控钙离子通道的电流，导致钙离子内流异常增加。细胞内钙超载是诱导细胞凋亡的经典通路。此外，C31还可能诱发线粒体释放细胞色素c，进一步激活凋亡级联反应。
- 4.
激活p53依赖性凋亡通路：由AICD裂解产生的C31可以上调肿瘤抑制因子p53的表达。p53作为关键的转录因子，能够激活包括Bax在内的多种促凋亡基因。Bax在线粒体外膜上形成孔道，促使细胞色素c释放，并与Apaf-1形成凋亡体，最终激活Caspase-9和Caspase-3，执行细胞凋亡程序。这一过程不仅导致神经元死亡，其活化的Caspase-3又会进一步切割APP，产生更多C31，形成又一个正反馈环路。
C31生成的调控：由细胞命运天平决定
C31的产生并非一成不变，而是受到细胞内外信号的精细调控。当神经元获得充足的神经营养因子（如Netrin-1）支持时，APP主要走非淀粉样生成途径，生成保护性片段。然而，当营养支持不足或遭遇氧化应激等“抗营养”信号时，细胞的命运天平会向凋亡倾斜。此时，凋亡信号调节激酶1（ASK1）等通路被激活，APP的加工转向淀粉样生成途径，C99和Aβ生成增加，进而促进Caspase活化和C31的产生。此外，衔接蛋白复合物4（AP-4）与APP的相互作用也调节着C31的生成，而G蛋白信号通路则在C31介导的钙失调和神经毒性中扮演着重要角色。这些调控机制共同构成了一个复杂的正反馈病理环路：压力信号诱发C31生成，C31通过上述多条通路加剧神经损伤和凋亡信号，进而促进更多C31产生，形成一个难以中断的恶性循环。
靶向C31的治疗潜力与展望
鉴于APP-C31在神经退行性疾病，特别是AD病理级联反应中的核心枢纽作用，它被视为一个极具吸引力的治疗靶点。目前针对Aβ的疗法面临诸多挑战，而靶向C31或其生成通路可能提供一种新的干预策略。潜在的策略包括：开发抑制特定Caspase（如Caspase-6）以阻断C31生成的抑制剂；设计干扰C31与下游效应蛋白（如Fe65、G蛋白）相互作用的多肽或小分子；或者利用基因编辑技术突变APP的Caspase切割位点。这些干预手段旨在打破Aβ-C31-凋亡通路之间的恶性循环，从而在疾病早期阻止或延缓神经元的进行性丢失。
总而言之，这篇综述系统性地梳理了APP-C31的结构、生成、毒性机制及其在神经退行性疾病中的核心作用，并提出了一个整合性的“中央执行者”假说。它强调了将研究视角从Aβ扩展到其下游效应分子C31的重要性，为未来开发针对神经退行性疾病的新疗法奠定了重要的理论和实验基础。
