综述：淀粉样β寡聚体作为阿尔茨海默病中神经元细胞骨架功能障碍的早期触发因素

《Pathophysiology》：Amyloid Beta Oligomers as Early Triggers of Neuronal Cytoskeleton Dysfunction in Alzheimer’s Disease

　　

摘要 阿尔茨海默病（AD）以进行性认知功能下降为特征，其中淀粉样β寡聚体（AβOs）是最具神经毒性的物种，并作为细胞改变的早期触发因素。在其他蛋白质聚集体出现之前，AβOs破坏神经元细胞骨架的动力学和稳定性，该结构对于维持神经元形态、轴突运输和突触可塑性至关重要。实验证据表明，AβOs通过LIMK–cofilin信号通路促进微管解聚、Tau过度磷酸化、驱动蛋白（kinesin）水平降低、轴突运输受损以及肌动蛋白动力学改变。此外，神经丝轻链（NFL）水平升高已被确定为轴突损伤的早期生物标志物。值得注意的是，这些细胞骨架紊乱出现在广泛神经元死亡缺失的情况下，强调了细胞骨架作为AD发病机制中关键早期靶标的作用。本综述分析了AβOs在神经元中诱导的细胞骨架改变，并讨论了这些变化如何导致神经元通讯受损，这是AD病理学的明确早期标志。

1. 1.
   引言
   阿尔茨海默病（AD）是一种慢性进行性神经退行性疾病，约占老年人群痴呆病例的60–80%。目前全球估计有超过5000万人受累，且未来数十年患者数量预计将大幅增加，对发展中国家影响尤为严重。AD临床表现为认知能力和整体精神功能的逐渐衰退。尽管AD的确切病因尚未完全阐明，但主流假说认为脑内异常的Tau蛋白和淀粉样β（Aβ）蛋白聚集驱动了疾病的发生和发展。然而，异常蛋白聚集与认知障碍之间的因果关系仍未完全明确。近几十年来，Tau和Aβ的寡聚聚集体比其纤维形式具有更大的病理相关性，被视为参与AD起始和进展的主要神经毒性物种。特别是越来越多的证据表明，Aβ寡聚体（AβOs）在疾病早期阶段发挥关键作用，此时细胞形态学改变出现，但尚无其他类型的蛋白聚集，且尚未发生大量神经元死亡。在此背景下，阐明AβO形成、细胞骨架解体与AD早期进展之间的关系至关重要，因为细胞骨架是这些毒性聚集体存在时最脆弱的细胞组分之一。然而，由于AβOs的形成始于症状出现前许多年，此时神经元丢失仍极少且难以检测（前驱症状阶段），在人类脑组织中研究AβOs、细胞骨架与AD之间的病理关系仍具挑战性。尽管如此，多项报告表明在AD早期，细胞间通讯和细胞内运输的损伤远早于广泛神经元丢失出现，这些亚细胞紊乱与细胞骨架改变直接相关，提示细胞骨架功能障碍是AD进展中的关键病理事件。迄今为止，大多数人类神经病理学研究集中于AD晚期，此时广泛的组织损伤掩盖了早期致病事件。尽管对临床前患者的分析可能为研究这些初始改变提供有前景的途径，但识别此类病例仍然极具挑战。另一方面，大多数动物或培养细胞的实验模型侧重于评估蛋白聚集体的细胞毒性、细胞死亡机制或潜在治疗化合物，仅有少数研究专门探讨AβOs形成触发的早期改变及其与细胞骨架组分的相互作用。本综述审视了支持AβOs诱导的细胞骨架修饰作为AD发病机制关键事件的实验证据。首先总结了关于淀粉样蛋白前体蛋白（APP）、Aβ肽和AβOs形成的现有知识，随后讨论了与突触功能障碍相关的结构和功能性细胞骨架改变。最后强调了在神经元丢失前探索和理解这些早期事件及其后果的重要性，因为这些知识可能有助于开发旨在维持或恢复细胞骨架组织和动力学的策略。
2. 2.
   文献检索方法与纳入标准
   通过在PubMed上检索MEDLINE数据库，查找截至2025年8月发表的文章，这些文章探讨AβOs（特别是Aβ_1-42）在AD背景下对细胞骨架组分的早期影响。检索策略包括以下关键词和短语：“Aβ oligomers and cytoskeleton”、“cytoskeletal alterations induced by Aβ oligomers”、“Alzheimer’s disease and cytoskeletal alterations”和“AD”，以及这些术语的组合。仅纳入报告AβOs对神经细胞细胞骨架组织影响的研究文章，符合条件的研究包括AD的体外实验和体内模型。鉴于本综述的叙述性质，体内研究未对物种或年龄施加限制。
3. 3.
   淀粉样蛋白前体蛋白与淀粉样β肽
   尽管AD的起源未知，但积累的实验证据支持异常蛋白聚集是其发展的关键因素。在包括AD在内的神经退行性疾病中，挑战不仅在于识别启动病理级联的蛋白质，还在于描述介导细胞毒性的特定聚集物种。一个关键考虑因素是致病蛋白可根据组装分子的数量采取多种聚集状态，产生大小、形态、稳定性、构象和毒性不同的物种。在此背景下，Aβ是一种具有显著病理意义的蛋白，其几种聚集形式与AD的起始或至少早期阶段相关。来自人类患者和实验模型的观察导致了淀粉样蛋白级联假说的提出，尽管该假说因无法完全解释疾病的若干未解决方面而受到挑战，但它仍是理解AD发病机制的基本概念框架。Aβ的APP是一种I型跨膜蛋白，定位于质膜和其他膜细胞器，在多种组织中广泛表达，但在脑内表达尤其高。尽管APP被认为是AD病理生理中的关键要素，它也在神经元细胞生理中发挥重要作用，包括细胞周期调节、神经发生、突触机制、细胞分化等过程。APP的生物学重要性得到了动物模型研究的支持，其中APP缺失或修饰导致广泛的大脑改变。在人类中，APP基因定位于21号染色体，通过选择性剪接产生8至11种异构体，长度可变，其中APP695、APP751和APP770是主要异构体。APP751和APP770主要在胶质细胞中表达，而APP695主要存在于神经元中。尽管所有异构体都能产生Aβ，但APP751和APP770含有一个Kunitz型蛋白酶抑制剂（KPI）结构域，与APP蛋白水解加工调节和Aβ产生增加相关。通常，APP由三个结构域组成：一个大的胞外区、一个跨膜段和一个短的胞质尾。APP的加工已得到广泛表征，涉及由两条主要途径调控的多步骤机制：淀粉样蛋白生成途径和非淀粉样蛋白生成途径，两者均依赖于三种分泌酶的协调活动。在非淀粉样蛋白生成途径中，APP首先被α-分泌酶（一种锌依赖性金属蛋白酶）切割，产生两个片段：可溶性N端胞外结构域（sAPPα）和膜结合C83片段。重要的是，这种蛋白水解事件阻止了Aβ肽的形成，因为它发生在Aβ序列的中央区域，从而阻止其后续生成。sAPPα片段被迅速清除，已证明参与多种生理过程，包括早期中枢神经系统发育、神经可塑性和神经发生。此外，sAPPα可通过抑制β-分泌酶活性来防止Aβ形成。C83片段随后被γ-分泌酶（一种由早老素1和2、早老素增强子2、nicastrin和anterior pharynx-defective-1组成的膜蛋白复合物）加工，产生两个新片段：淀粉样蛋白前体蛋白胞内结构域（AICD）和p3肽。AICD被认为在基因信号传导和转录调节（包括APP加工本身）中发挥关键作用。尽管p3在胞外空间的作用尚不清楚，但它与神经保护功能相关。相反，在淀粉样蛋白生成途径中，分泌酶稳态在成年期变得失调，导致APP被β-分泌酶而非α-分泌酶切割。β-分泌酶（也称为BACE-1）位于胞外空间以及反面高尔基体网络和内体膜中，产生N端胞外片段（sAPPβ）和第二个膜结合片段（C99）。有趣的是，实验证据表明在AD动物模型中沉默β-分泌酶会导致Aβ肽产生缺失。此外，有研究报道在AD患者神经炎性斑块和脑血管周围存在大量sAPPβ。C99片段随后被γ-分泌酶蛋白水解，产生AICD并将Aβ肽释放到胞外空间。有趣的是，γ-分泌酶不仅存在于质膜中，还存在于线粒体、内质网、溶酶体和内体膜中。这种广泛分布支持了APP加工发生在多个细胞区室的观念，增加了Aβ的内源性存在，从而增强了其病理效应。在此背景下，有人提出非淀粉样蛋白生成途径主要与质膜相关，而淀粉样蛋白生成途径主要发生在内体系统内，其中细胞骨架功能高度相关。尽管APP通常遵循非淀粉样蛋白生成途径，但在某些未知情况下，它可被重定向至淀粉样蛋白生成途径，有利于Aβ肽生成，从而增加发生AD的可能性。Aβ是一种短肽，长度约为37–43个氨基酸。在其异构体中，Aβ_1-42因其生化特性被认为是病理上最相关的。实验证据表明，与Aβ_1-40相比，Aβ_1-42中额外的两个氨基酸促进了其聚集，这与毒性增加相关。然而，主要的病理问题并非Aβ形成本身，而是其过度产生和清除缺陷，这导致其逐渐积累并触发一个病理级联反应，涉及Tau过度磷酸化、突触损伤、神经退行和认知下降。
4. 4.
   AβOs的形成与特征
   Aβ肽的一个主要生化特征是其固有的自聚集倾向，可形成结构复杂性递增的毒性结构。这些聚集体变得越来越稳定且不易降解，能够通过多种机制对神经元细胞造成损伤。因此，理解Aβ聚集体形成的过程对于阐明AD神经退行性变的分子基础至关重要。Aβ可以自聚集为几种结构物种，从单体到AβOs、原纤维、不溶性纤维，最终形成淀粉样斑块，所有这些已通过不同分析技术的联合使用被检测到。然而，并非所有Aβ单体都遵循相同的聚集路线或必然产生相同的结构产物，这使预测其命运变得复杂。临床观察以及多种实验模型（包括动物、细胞和生物物理模型）促使不同研究小组提出了整合模型来解释Aβ聚集的机制。APP切割后，释放到胞外空间的Aβ最初采用不稳定的α-螺旋构象，随后转变为β-折叠结构，涉及肽序列的三个关键区域。这种β-折叠构象促进了Aβ肽之间的氢键形成，并促进了小的可溶性AβOs的形成，这些AβOs充当聚集核。实验证据表明，Aβ的C端区域（残基29–42）高度疏水，有利于其插入脂质双层，特别是在富含鞘磷脂、胆固醇和GM1神经节苷脂的脂筏中。在这些膜微结构域内，Aβ肽被浓缩和稳定，促进了小的AβOs的形成，这些AβOs随后可被释放并作为新的聚集核。这些事件统称为初级成核，代表了纤维形成途径的第一步。随着AβOs并入额外的Aβ单体，原纤维作为特征性的“串珠状”结构出现，随后形成不溶性纤维，最终组装成淀粉样斑块。遵循这种进展的AβOs被归类为“在线路径”物种。相反，未向不溶性纤维形成推进的可溶性AβOs被认为是“偏离路径”物种，并被认为毒性较小，尽管由于即使使用原子力显微镜（AFM）或电子显微镜等高分辨率技术也难以进行结构表征，对其研究仍然有限。在线路径聚集过程中，Aβ动力学通常分为两个阶段描述：缓慢的成核阶段和快速的延伸阶段。延伸产生原纤维，其采用S形构象，对其向纤维转变至关重要。这些纤维通过在其末端并入Aβ单体而延长，形成特征性的交叉β-折叠排列，这对结构稳定性至关重要。多年来，Aβ纤维因其稳定性和抗降解性被认为是主要毒性物种。然而，注意力已转向中间寡聚物种，现在被认为危害显著更大。尽管纤维未被排除作为病理元素，但其作用目前被解释为促进新AβOs或核形成的平台。在这方面，纤维已显示可断裂并释放可溶性AβOs，创造新的延伸位点并加速聚集。此外，纤维可通过保留和转化单体来催化新AβOs的形成，这些单体随后作为新核释放。这两个过程通过称为次级成核的机制驱动毒性物种的产生。这些发现表明，最大量的AβOs产生和结构多样性出现在次级成核期间。尽管初级成核产生的AβOs较少，但这些仍可导致早期细胞改变。AβOs可采取多种构象，包括球状、环状或β-桶状结构，使其能够与特定受体相互作用或插入细胞膜形成导电孔，从而破坏细胞生理。此外，从人类AD脑中分离的AβOs已被证明可作为种子诱导体外Aβ的构象变化。同时，在细胞和动物模型中的研究已证明AβOs可通过朊病毒样机制传播，这种行为可能解释其在神经元网络中的扩散。因此，多项研究得出结论，前纤维状AβOs而非不溶性纤维代表了AD中真正的致病物种。总之，这些发现强调了阐明控制AβOs形成和传播病理机制的重要性，这可能支持针对AD和其他神经退行性疾病的新治疗策略的开发。
5. 5.
   神经元细胞骨架的结构与功能
   细胞骨架是一个由纤维结构组成的动态网络，除了决定细胞形状外，还提供结构支持，实现分子和细胞器的细胞内运输，并参与运动、细胞分裂和粘附等功能。在神经元中，该系统由于其高度极化的形态（以轴突和树突等细长突起为特征）而具有特殊的复杂性。神经元细胞骨架主要由微管、肌动蛋白纤维和中间丝（神经丝）组成。这些组分共同形成一个高度组织化的网络，不仅维持神经元形状和结构稳定性，还调节基本的动态过程，包括轴突生长、突触形成和神经元可塑性。重要的是，每个细胞骨架元素都表现出特定的细胞分布模式和功能。微管是由α和β-微管蛋白异二聚体形成的圆柱形聚合物，其组装产生线性原丝。在未成熟神经元中，微管成核由位于中心体的微管组织中心（MTOC）介导。然而，在成熟神经元中，微管组装变为非中心体型，并通过替代MTOC（如高尔基体或CAMSAPs复合物）在轴突或树突内发生。结果，微管采取非径向分布。微管具有内在极性，负（?）端朝向胞体，正（＋）端延伸至神经突，各自表现出不同的动态特性。尽管两端都可经历生长和去聚合，但微管稳定性依赖于鸟苷三磷酸（GTP）水解，并受微管相关蛋白（MAPs）进一步调节，例如轴突中的Tau和树突中的MAP2；微管（＋）端结合蛋白（＋TIP）如CLAPs和APC；以及运动蛋白包括驱动蛋白（kinesins）和动力蛋白（dyneins）。MAPs的表达和活性根据神经元发育阶段和亚细胞位置而变化，并受翻译后修饰（如磷酸化、酪氨酸化、乙酰化）的严密调节，这些修饰调节它们与微管的亲和力，从而影响其动力学。在神经元中，微管形成轴突和树突的结构支架，实现细胞器和囊泡的长距离运输。驱动蛋白介导向（＋）端的顺行运输，而动力蛋白介导向（?）端的逆行运输。通过这些机制，多种细胞组分被有效动员。有趣的是，Rho小GTP酶家族成员（属于Ras超家族）在调节MAPs和整体微管动力学中发挥关键作用。这些蛋白作为分子开关，在活性GTP结合状态和失活GDP结合状态之间交替，实现细胞骨架组织的精确时空控制。研究最广泛的Rho-GTP酶包括RhoA、Cdc42和Rac-1，它们是细胞骨架重塑的重要调节因子。通过下游效应物如mDia、EB1、APC等，Rho-GTP酶协调微管和肌动蛋白纤维的对齐和功能整合，确保细胞迁移、极性建立、细胞内运输和形态发生等关键细胞过程的正常执行。鉴于微管和肌动蛋白纤维之间的高度相互依赖性，这些结构不能被视为独立系统，而应被视为一个统一且动态的细胞骨架网络的紧密共同调节组分。肌动蛋白细胞骨架由球状肌动蛋白单体（G-actin）组成，这些单体聚合形成丝状肌动蛋白（F-actin），排列成不对称螺旋结构。与微管或中间丝不同，肌动蛋白纤维高度动态且半柔性，通过添加或移除G-actin单体经历连续的组装和拆卸周期。该过程依赖于腺苷三磷酸（ATP），并受细胞内信号级联的严密调节，允许根据细胞需求和环境刺激快速重塑细胞骨架。由于G-actin是极化的，F-actin也表现出极性，具有更具动态的（＋）端和相对稳定的（?）端。F-actin形成一个网络，调节和组织细胞结构，以执行多种细胞功能，包括运动、内吞、吸收和细胞分裂。在未成熟神经元中，肌动蛋白主要分布在质膜下方，在轴突起始、导向和树突分支中发挥关键作用。肌动蛋白聚合和解聚周期驱动生长锥前进和分支形成。在成熟神经元中，肌动蛋白仍集中在膜附近，但也存在于多个区室，包括胞体、树突及其棘、轴突和突触末端，有助于维持神经元极性和调节神经突口径。在轴突中，最近的研究揭示了由斑块状结构和周期性肌动蛋白-血影蛋白组装组成的特殊肌动蛋白网络，支持轴突结构完整性、分支和细胞内运输。在树突和树突棘中，肌动蛋白高度丰富，在塑造棘形态和头颈重塑中起关键作用，这些过程对长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）至关重要。肌动蛋白聚合、Arp2/3介导的分支和cofilin依赖性更新不仅控制棘重塑，还促进突触巩固。在突触前末端，肌动蛋白参与含神经递质囊泡的调节运动，而在突触后区室中，它调节突触受体的动力学和运输。在这两种情况下，肌动蛋白都有助于突触可塑性和细胞间连接的稳定。最后，中间丝由纤维状蛋白组成，这些蛋白组装成灵活且有弹性的结构，提供机械支持和结构稳定性。它们赋予抗张强度，并在机械应力下保护细胞完整性。与微管和肌动蛋白纤维不同，中间丝不直接参与细胞运动。它们的组装是一个高度有序的过程，与其他细胞骨架系统不同，因为它不需要ATP或GTP，而是依赖于纤维亚基之间的横向和纵向相互作用。基于结构和序列同源性，中间丝蛋白分为五大类：I–IV类是胞质蛋白，而V类包括核纤层蛋白（lamins A/C、B1和B2）。在神经元中，神经丝主要沿轴突轴分布，形成纵向网络，有助于调节轴突口径（厚度）。一些亚型也在胞体和树突中表达，但水平低于轴突。在未成熟神经元中，还存在其他蛋白，如α-internexin或peripherin，可与神经丝共组装。最近的研究表明，神经丝在轴突内充当压缩和变形减震器，赋予其粘弹性特性，以防御机械应力。除了结构作用外，神经丝还参与慢速轴突运输以及线粒体、内质网等细胞器的定位。在几种神经系统疾病中，神经元损伤后神经丝亚基可释放到生物流体中，使其成为神经退行性的有价值的生物标志物。众所周知，细胞骨架在衰老和包括AD在内的神经退行性疾病的发病机制中发挥关键作用，这凸显了在病理条件下研究其行为的重要性。在此背景下，神经组织中AβOs存在诱导的细胞骨架改变被认为是导致AD认知障碍的早期事件。这些改变逐渐破坏神经连接，导致神经突断裂和突触丢失。然而，AβOs积累与细胞骨架改变之间的精确病理关联仍未完全明了。
6. 6.
   AβOs及其对神经元细胞骨架的影响
   尽管AβOs在AD发作或早期进展中对细胞骨架结构和动力学的影响尚未完全明确，但若干实验模型已开始阐明其对神经元组织和功能的影响。细胞骨架改变现在被认为是AD发病机制中最早的细胞事件之一。证据表明，在疾病初始阶段，AβOs与细胞骨架组分相互作用，诱导渐进的结构和功能异常，损害轴突运输和突触结构（这些过程对有效的神经通讯至关重要，并在AD发展中受到严重影响）。因此，理解AβOs与细胞骨架结构之间的相互作用为早期病理机制提供了宝贵见解，并可能有助于开发旨在维持AD中细胞骨架完整性和神经元功能的治疗策略。

6.1. AβOs对微管稳定性和轴突运输的影响

在AD进展过程中，微管的动力学和稳定性受到AβOs存在直接和间接的改变，正如多项研究所示。鉴于AβOs可定位于细胞内和细胞外区室，它们能够从每种环境中发挥不同的毒性作用。如前所述，细胞内AβOs作为APP在膜细胞器中异常加工的产物在细胞内产生，可直接损害细胞骨架组织并促进突触功能障碍。证据表明，在早期阶段，细胞内AβOs可能占主导，而在更晚期阶段细胞外AβOs变得更丰富；然而，进行这些两部分比较分析的一个主要限制是缺乏明确的定量比例，因为其分布因多种因素而异，包括疾病阶段、实验模型类型和所用检测技术。微管对神经元形态和突触可塑性至关重要。如前所述，其动力学依赖于MAPs（特别是Tau）的结合，Tau结合并稳定微管。然而，在AD中，Tau变得过度磷酸化，损害了其生理功能。研究人员证明AβOs降低了Tau对微管蛋白的亲和力，促进其异常磷酸化和从微管解离，最终导致微管不稳定。这种去稳定化还与Aβ内化诱导的早期线粒体改变导致的ATP水平降低相关，这些发现在AD患者脑锥体神经元中得到证实。值得注意的是，同一研究小组表明微管解聚进一步增加Tau磷酸化，产生细胞骨架破坏的自我延续循环，后来得到其他作者的证实。与这一致，AβOs破坏轴突运输，影响线粒体和囊泡的运输。这些改变在疾病早期出现，并导致功能性神经元衰退。微管去稳定化也与驱动蛋白-1轻链（KLC1）减少相关，损害了顺行轴突运输，这一过程对神经元稳态至关重要。另一方面，几种Tau非依赖性机制也促进微管去稳定化。在这方面，研究人员证明Aβ通过NMDAR（特别是GluN2B亚基）依赖性过程诱导微管解聚和神经突回缩。这些作者报告Aβ诱导的跨膜信号传导可直接影响微管，影响其稳定性和功能，并与结构性神经元恶化相关。重要的是，这些效应被NMDAR拮抗剂阻止，证实了Aβ通过该途径导致细胞骨架失调的病理贡献。一致地，在海马神经元中描述了通过GSK-3β激活介导的NMDAR依赖性机制。研究人员显示，GSK-3β抑制或NMDAR阻断可恢复轴突运输，加强了该信号通路在AβOs诱导毒性中的相关性。最近，研究人员开发了微管靶向放射性配体[¹¹C]MPC-6827用于PET成像。除了有效穿过血脑屏障外，该放射性配体对去稳定微管具有高亲和力，已在啮齿动物（APP/PS1、P301S）和非人灵长类模型中得到证实。其在这些实验性AD模型中的应用提供了关于Aβ和Tau对微管不稳定性的早期影响的信息。值得注意的是，放射性示踪剂摄取在早期阶段显著增加，早于Aβ斑块形成及其通过PET检测。这些结果表明，即使在缺乏Tau病理的情况下，AβOs也可能诱导早期微管失调，正如在5×FAD小鼠模型中所示，该模型缺乏人类Tau转基因表达。体内研究也证明微管破坏是AD病理中一个早期且放大的事件。研究人员报告，淀粉样斑块周围的营养不良性神经突表现出显著的微管丢失、BACE1积累和局部Aβ生成增加，从而促进病理反馈循环。研究人员假设Aβ不仅激活改变微管功能的信号通路，还促进微管组分的翻译后修饰（PTMs）。特别是微管蛋白经历几种PTMs（包括酪氨酸化-去酪氨酸化、多聚谷氨酰化和乙酰化），调节其功能和稳定性，可能触发细胞应激。先前的研究表明，去酪氨酸化微管蛋白可诱导微管组织的显著改变。在暴露于Aβ的神经元细胞中，观察到持续的微管蛋白去酪氨酸化，导致细胞通讯改变。研究人员证明，负责α-微管蛋白再酪氨酸化的微管蛋白-酪氨酸连接酶（TTL）活性降低，会减少微管动力学，使其更稳定。因此，这种状况导致树突棘改变、突触功能障碍和记忆缺陷。在人类AD脑中，已报告TTL活性降低，伴随去酪氨酸化微管蛋白和Δ2-微管蛋白积累，这与疾病严重程度和过度磷酸化Tau水平升高相关。在暴露于AβOs的神经元中也观察到类似改变。总的来说，这些发现表明AβOs毒性通过多种细胞机制促进早期微管修饰，最终破坏AD中的神经元功能。考虑到AβOs诱导的微管破坏是AD中的早期事件，使用微管稳定剂代表了一种解决疾病初始阶段这些异常的有吸引力的策略。按照这一概念，研究人员使用源自APP_SDL转基因小鼠（表达带有三个家族性AD突变的人类APP695）的器官型培养物证明，AβOs诱导的微管动力学破坏导致早期树突棘丢失。然而，当应用微管稳定剂埃博霉素D（EpoD）于亚纳摩尔浓度（0.2 nM，足以轻度稳定微管）时，树突棘丢失和相关形态学改变均被明显逆转。与这些观察一致，研究人员在APP/PS1转基因小鼠模型中显示，早期外周给予EpoD（2 mg/kg）导致乙酰化α-微管蛋白水平增加，表明微管稳定和聚合。这种效应被解释为轴突运输改善和病理特征减少，与未治疗的转基因小鼠形成对比，后者表现出低水平的乙酰化α-微管蛋白和解聚微管，正如AD中典型观察到的。有趣的是，EpoD治疗还减少了这些小鼠海马中的胞外和胞内Aβ积累。对此效应的一种可能解释是，微管稳定促进的有效轴突运输维持有利于Aβ的溶酶体降解，从而减少其寡聚形式的丰度。总之，这些发现表明，使用EpoD等化合物进行微管稳定（尽管存在与剂量、给药时机和治疗持续时间相关的某些限制）可被视为抵消AD中AβOs诱导的早期细胞骨架变性的潜在策略。

6.2. AβOs对肌动蛋白微丝稳定性的影响

肌动蛋白被认为是三种细胞骨架组分中最具动态性的，这一特性赋予了其生理和病理相关性。肌动蛋白动力学改变被公认为包括AD在内的几种神经退行性疾病的关键事件。研究人员报告了AβOs在SH-SY5Y细胞中的双相效应。在中等浓度（750 nM至1 μM）和长达72小时的暴露时间内，通过AFM检测到细胞刚度增加，与肌动蛋白聚合、膜张力增加和Ca²⁺依赖性渗透变化相关。相反，在较高浓度（2–5 μM）下，AβOs诱导病理性Tau磷酸化，导致微管解聚和随之而来的细胞形态丧失。这些发现提供了神经退行性变化的生物力学证据，由不同AβOs浓度和暴露时间诱导，通过杨氏模量的变化量化细胞骨架改变。在将病理性肌动蛋白重塑与AβOs和AD联系起来的机制中，LIMK1-cofilin-actin通路特别相关。在生理条件下，LIM结构域激酶1（LIMK1）在丝氨酸3（Ser3）磷酸化cofilin，抑制其解聚活性，稳定肌动蛋白纤维，并促进棘增大。这种磷酸化被F-actin相关磷酸酶Slingshot-1（SSH1）逆转，其重新激活cofilin并恢复其结合肌动蛋白纤维的能力，这是细胞骨架动力学的关键机制。LIMK1活性缺陷与衰老相关，影响细胞骨架调节和细胞生理。在APP/PS1小鼠模型中，研究人员证明AβOs促进cofilin去磷酸化，导致突触棘丢失、LTP受损和记忆缺陷。类似地，研究人员报告在暴露于AβOs的皮质神经元培养物中cofilin去磷酸化。同一小组发现AD患者中磷酸化cofilin水平升高，表明由于cofilin活性升高导致肌动蛋白解聚增强。除了磷酸化状态外，过量的cofilin-actin复合物形成也可触发异常纤维组装和稳定。因此，在小鼠模型和人类AD脑组织中，在老年斑内观察到了cofilin-actin聚集体。有趣的是，低（亚纳摩尔）浓度的AβOs被证明可促进其形成。此外，MAPs如Tau已被检测到与cofilin-actin聚集体一起存在，进一步证明了细胞骨架损伤。在转基因hAPP小鼠模型中，减少cofilin或Tau表达可保留突触功能和记忆可塑性。需要注意的是，cofilin对F-actin的活性具有浓度依赖性：在低浓度下它促进纤维去稳定，而在较高浓度下可产生相反效果。无论这些条件如何，cofilin已被认为在包括AD在内的几种神经系统疾病中发挥重要作用。LIMK1通过Rho GTP酶家族成员（包括Cdc42、Rac1或RhoA）在Thr508磷酸化而激活。这种磷酸化阻止cofilin结合肌动蛋白纤维，从而抑制纤维解聚。然而，其他报告表明ROCK和磷酸化cofilin在AD患者和鼠类模型脑中大量积累，表明cofilin磷酸化也可能促进疾病进展。研究人员证明AβOs通过激活PyK2酪氨酸激酶（PTK2B）改变RhoA GTP酶调节，该激酶磷酸化Graf1c，抑制其调节功能并维持持续的RhoA激活。这种效应最终导致肌动蛋白细胞骨架异常重组，突出了PyK2-Graf1c-RhoA通路作为参与AβOs毒性的机制。除了RhoA，AβOs还可以激活Rac1和Cdc42，促进PAK1和LIMK1磷酸化，并直接改变cofilin磷酸化状态。总之，这些数据将AβOs定位为通过促进肌动蛋白细胞骨架不稳定来驱动AD病理的核心因素。考虑到上述信息，LIMK1-cofilin-actin轴成为治疗AD中AβOs诱导的早期突触毒性的一个有希望的候选靶点。在此背景下，旨在调节该通路的治疗策略涉及使用ROCK抑制剂。根据研究人员报告的数据，AβOs通过激活Dkk1/Wnt-PCP →RhoA→ROCK信号级联诱导肌动蛋白动力学改变。在原代大鼠神经元培养物中用AβOs暴露前用ROCK抑制剂Y-27632预处理，有效防止了树突棘丢失。类似地，同一研究表明，用fasudil（一种临床批准的ROCK抑制剂）预处理阻断了AβOs处理培养物中的树突棘回缩。总的来说，这些发现表明ROCK抑制可以通过拮抗AD早期阶段激活的肌动蛋白调节信号轴来减轻AβOs相关的突触结构缺陷。同时，研究人员试图识别AβOs诱导的树突棘退化的更特异性分子靶点，报告特别是ROCK2-LIMK1通路在维持棘完整性中起关键作用。使用暴露于AβOs的大鼠海马神经元培养物，他们显示用SR7826药理学抑制LIMK1赋予树突棘恢复力，防止了单独暴露于AβOs下观察到的快速棘退化。这些发现表明，在AβOs诱导的肌动蛋白应激条件下，LIMK1抑制可能保留树突棘完整性，并支持其作为保留突触的早期干预策略的潜力，值得在体内模型中进一步验证。

6.3. AβOs对神经丝稳定性和早期轴突损伤的影响

神经丝的完整性依赖于通过相关蛋白（包括MAPs和调节轴突运输的激酶）与微管的动态相互作用。尽管在AD中神经丝比其他细胞骨架元素研究得少，但越来越多的证据支持其参与疾病发病机制。多项研究表明，神经丝轻链（NFL）在轴突和树突生长中发挥重要作用，也可作为神经退行性变的生物标志物。在包括AD在内的神经退行性疾病以及动物模型中，脑脊液（CSF）和血浆中NFL水平升高已有报道，与轴突损伤、神经元损伤和疾病严重程度相关。因此，研究人员在人类和转基因APP模型（McGill-Thy-APP Tg大鼠）中证明Aβ_42/40比率诱导NFL水平增加，伴随易受损脑区（海马和大脑皮层）灰质密度降低。重要的是，该Tg-大鼠模型不表达Tau蛋白，可排除Tau相关效应。与野生型大鼠相比，Tg-大鼠CSF中NFL浓度增加，当与Aβ斑块出现时间对齐时，NFL的早期升高与AβOs相关。这些发现支持AβOs单独足以诱导神经元损伤（特别是在细胞骨架水平），且细胞死亡极少，这与疾病早期阶段一致。值得注意的是，尽管NFL升高反映了神经元损伤，而不仅仅是AβOs诱导的毒性，但它们可用作衰老和包括AD在内的多种病理中损伤的早期标志物。结合神经影像学研究等补充工具，NFL定量可提供早期AD检测的有价值策略。最后，活性氧（ROS）在AD中大量存在，可通过多种机制影响细胞功能。重要的是，ROS现在不仅被识别为损伤分子，还被识别为多种信号和调节通路的调节剂。在此背景下，研究人员报告神经丝在氧化应激下变得异常磷酸化，导致聚集。与AβOs和过度磷酸化Tau的病理聚集体一起，这些改变破坏了神经元内运输并损害了AD以及其他神经系统疾病中的细胞间通讯。与旨在防止或减少AβOs诱导的其他细胞骨架组分改变的药理学方法不同，目前尚无获批药物能够恢复或维持受损的神经丝。然而，临床研究已证明，靶向Aβ减少的干预措施，特别是通过使用抗Aβ单克隆抗体（如lecanemab和donanemab，目前是间接影响神经丝的主要药理类别），已显示出有益效果。除了减少脑淀粉样蛋白负担、减轻神经元损伤和减缓认知衰退外，据报道这些疗法在疾病早期给药时还能降低血浆NFL水平。总的来说，这些发现表明NFL更适合作为药效学生物标志物，以促进治疗疗效的监测，而不是作为AD的直接治疗靶点。

1. 7.
   结论
   神经元细胞骨架是一个有序的网络，由微管、肌动蛋白纤维和中间丝组成，这些组分内在相互连接，在细胞组织、细胞内运输和神经元稳态中发挥重要作用。然而，该系统的破坏与神经退行性疾病的发展密切相关。本综述总结了AD初始阶段影响神经元细胞骨架的一些最相关改变。积累的证据表明，AβOs深刻且早期地破坏该结构系统的发育和组织，触发影响多个细胞器（包括高尔基体、内质网和线粒体）的功能障碍级联，最终导致功能受损和进行性神经元退化。因此，详细研究生理条件和AβOs诱导应激下细胞骨架动力学正在成为理解早期疾病机制的关键轴。同样，识别能够选择性和安全地调节细胞骨架稳定性的分子靶点可能开辟新的治疗机会。然而，直接操纵细胞骨架由于其在神经元生存必需的多种基本过程中的核心参与而面临重大挑战。因此，必须利用先进技术、高分辨率分子工具和实验模型来扩展研究工作，以便更精确地阐明这些改变的时间序列和功能相关性。更深入理解AβOs、细胞骨架和AD早期进展之间的相互作用，不仅将加强我们对疾病发病机制的认识，还将促进针对疾病早期阶段（此时干预可能最有效）的诊断和治疗策略的开发。
2. 8.
   未来方向
   基于综述的证据和在该领域的研究经验，未来视角应侧重于整合多学科方法，旨在阐明将Aβ