β-淀粉样蛋白1-40和1-42肽对晚期糖基化终产物受体（RAGE）侧向扩散及信号传导的影响

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes》：Effect of amyloid-beta 1–40 and 1–42 peptides on the lateral diffusion and signaling of receptor for advanced glycation endproducts (RAGE)

　　晚期糖基化终末产物受体（RAGE）与β淀粉样蛋白（Aβ）相互作用影响扩散及MAPK信号通路。通过单粒子追踪发现，Aβ 1-40和1-42均改变RAGE扩散特性，但前者减缓扩散并增加RAGE进入膜域次数，后者增强扩散并激活p38和p44/42 MAPK通路，与Aβ毒性差异相关。

　　RAGE，即晚期糖基化终产物受体，是一种模式识别受体，属于免疫球蛋白超家族的细胞表面分子。RAGE在多种慢性炎症和神经退行性疾病中扮演重要角色，例如糖尿病、动脉粥样硬化、类风湿性关节炎、癌症、阿尔茨海默病、多发性硬化和中风。这种受体具有一个由可变型结构域（V域）和两个常数型结构域（C1和C2域）组成的胞外结构，一个跨膜结构域，以及一个较短的胞内结构域。RAGE能够结合多种化学性质不同的配体，包括晚期糖基化终产物（AGE）、S100/钙粒素蛋白家族成员、高迁移率族盒1蛋白（HMGB1）、β2-整合素以及淀粉样β（Aβ）肽。通过X射线晶体学、核磁共振和生化数据的研究发现，RAGE的多配体结合能力主要依赖于其V域和C1域的正电荷表面与配体的负电荷之间的静电相互作用。

Aβ肽是通过β-和γ-分泌酶对跨膜淀粉样前体蛋白进行连续切割后产生的蛋白水解片段。这些Aβ肽具有不同的氨基酸链长度，其中Aβ 1–40和Aβ 1–42是体内最常见的两种形式。在正常生理条件下，γ-分泌酶主要产生Aβ 1–40，这是主要的可溶性且毒性较低的异构体。相反，在氧化应激、γ-分泌酶活性改变或脂筏富集等条件下，Aβ 1–42的产生会增加，而这些条件通常与衰老和阿尔茨海默病的病理过程相关。尽管Aβ 1–40和Aβ 1–42仅在C末端相差两个氨基酸残基，但Aβ 1–42更具有疏水性，更容易发生聚集。Aβ 1–42能够快速形成不稳定的可溶性寡聚体、前纤维和纤维状聚集体，这些结构具有神经毒性，而Aβ 1–40则通常组装成较小的（单体、二聚体、三聚体和四聚体）结构较松散、毒性较低的寡聚体。有毒的Aβ聚集会破坏膜完整性，干扰钙稳态，并激活受体介导的信号级联反应，包括依赖RAGE的MAPK通路。而非有毒的或单体形式的Aβ可能在突触调节中发挥生理作用。

RAGE与Aβ肽的相互作用已被多个研究报道，并且这种相互作用对细胞信号通路和细胞功能障碍产生影响。RAGE介导Aβ肽跨血脑屏障的运输，并在脑内积累。RAGE-Aβ肽的相互作用激活了信号通路，导致细胞功能障碍和内皮细胞激活，进而引发慢性炎症和血管异常，这些现象在多种病理条件下被观察到。Aβ介导的RAGE下游信号通路包括p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）和p44/42 MAPK（Erk 1/2）信号通路的激活，这些可以通过蛋白质凝胶电泳和Western blotting等方法进行测量。

基于分子建模研究，Aβ肽的N末端侧的负电荷残基（氨基酸序列的第3、7和11位）被认为是与RAGE V域结合的配体。此外，假定二聚体形式的Aβ肽与RAGE寡聚体相互作用。Aβ与RAGE的结合会产生正反馈机制，促使细胞膜中RAGE的表达增加，从而增强Aβ肽的毒性。

RAGE的扩散特性与其与细胞内、细胞外和膜成分的相互作用以及信号传导密切相关。本研究旨在测量在Aβ 1–40和Aβ 1–42肽存在的情况下，RAGE的横向扩散特性和配体介导的细胞内信号传导。通常使用荧光方法来测量膜蛋白的扩散。通过荧光恢复后光漂白（FRAP）和荧光相关光谱（FCS）测量的扩散特性通常提供大量受体的集合平均值，而无法反映单个受体之间的差异。为了克服这一问题，本研究采用单粒子追踪（SPT）技术。单个RAGE受体被标记为量子点，并在时间上进行单独追踪。实验揭示了在HEK293细胞膜中，Aβ肽处理前后RAGE的扩散特性。此外，还测量了p38 MAPK和p44/42 MAPK（Erk 1/2）的磷酸化，以确定这些变化是否与RAGE的横向扩散以及配体暴露后下游信号通路的激活存在相关性。

在本研究中，通过单粒子追踪技术，测量了在存在或不存在Aβ 1–40或Aβ 1–42肽的情况下，RAGE在HEK293细胞膜中的扩散情况。Aβ肽的生理相关循环浓度约为4.5纳摩尔，因此本研究采用了5纳摩尔和10纳摩尔的浓度，以模拟生理条件和略微升高的水平。已有研究表明，Aβ 1–40和Aβ 1–42能够直接与RAGE相互作用。在这些浓度下，Aβ 1–40导致RAGE的扩散变慢，而Aβ 1–42则具有相反的效果。Aβ 1–42增加了RAGE进入受限膜域的频率，并扩大了这些受限域的大小。这种不同的行为被认为是Aβ 1–40和Aβ 1–42与RAGE以及其他膜成分相互作用的不同构象形式所导致的。Aβ 1–42的疏水性可能使其更容易与膜成分结合，从而影响RAGE的扩散行为和信号传导过程。

研究还发现，Aβ 1–40和Aβ 1–42对RAGE的扩散特性以及下游信号通路的激活具有不同的影响。Aβ 1–40处理导致RAGE在HEK293细胞中的横向扩散变慢，并且增加了RAGE进入受限膜域的次数。相比之下，Aβ 1–42处理不仅增强了RAGE进入受限膜域的频率，还扩大了这些受限域的大小。此外，Aβ 1–42处理显著增强了通过RAGE激活的p38 MAPK和p44/42 MAPK（Erk 1/2）信号通路的活性，而Aβ 1–40处理则没有显著增加p38 MAPK的激活。这些结果与Aβ 1–42的更高毒性一致，因为p38 MAPK通常与应激刺激和炎症相关，而p44/42 MAPK（Erk 1/2）则更多与生长因子和细胞增殖相关。因此，Aβ 1–40和Aβ 1–42在RAGE扩散特性和下游信号通路激活方面表现出不同的行为，这可能是由于它们在与RAGE及其他膜成分相互作用时所采取的不同构象形式所致。

RAGE的扩散特性不仅影响其自身的功能，还可能对下游信号通路的激活产生重要影响。通过单粒子追踪技术，可以更精确地测量RAGE的横向扩散行为，而不受群体平均值的干扰。这种技术能够提供单个受体的动态行为，从而揭示RAGE在不同配体环境下的功能变化。研究发现，Aβ 1–40和Aβ 1–42对RAGE的扩散特性产生了不同的影响，这可能与其在细胞内的作用机制和毒性水平相关。Aβ 1–42的高毒性可能与其更易形成神经毒性的聚集结构有关，而Aβ 1–40的较低毒性则可能与其更易形成结构松散的寡聚体有关。这些不同的聚集行为可能影响RAGE在细胞膜中的扩散特性，并进一步影响其下游信号通路的激活。

RAGE的扩散特性与细胞内的信号传导过程密切相关。在Aβ肽处理后，RAGE的扩散行为发生了显著变化，这可能与其与Aβ的相互作用有关。Aβ 1–40和Aβ 1–42对RAGE的扩散特性产生了不同的影响，这可能与其不同的构象结构和与膜成分的结合方式有关。Aβ 1–40导致RAGE在细胞膜中的横向扩散变慢，并且增加了RAGE进入受限膜域的次数，而Aβ 1–42则增强了RAGE进入受限膜域的频率，并扩大了这些受限域的大小。这种差异可能与Aβ 1–40和Aβ 1–42在细胞内的作用机制不同有关，例如它们可能通过不同的信号传导路径影响RAGE的功能。

此外，Aβ 1–42的处理显著增强了通过RAGE激活的p38 MAPK和p44/42 MAPK（Erk 1/2）信号通路的活性，而Aβ 1–40处理则没有显著增加p38 MAPK的激活。这表明Aβ 1–42可能更倾向于激活与炎症和应激相关的信号通路，而Aβ 1–40可能更倾向于激活与细胞增殖和生长因子相关的信号通路。这种差异可能与Aβ 1–42的疏水性和聚集倾向有关，因为这些特性可能使其更容易与细胞内的炎症相关成分结合，从而引发更强的信号传导反应。

研究还表明，Aβ 1–40和Aβ 1–42的结合可能通过不同的机制影响RAGE的功能。例如，Aβ 1–40的结合可能通过改变RAGE的构象，使其在细胞膜中移动缓慢，而Aβ 1–42的结合可能通过增强RAGE与膜成分的相互作用，使其进入受限膜域的频率增加。这些不同的结合机制可能导致RAGE在细胞内的不同行为，并进一步影响其下游信号通路的激活。

通过单粒子追踪技术，研究人员能够更详细地观察RAGE在细胞膜中的动态行为。这种技术不仅能够测量RAGE的横向扩散特性，还能揭示其在不同配体环境下的行为变化。研究发现，Aβ 1–40和Aβ 1–42对RAGE的扩散特性产生了不同的影响，这可能与其不同的结构特性和与细胞成分的相互作用有关。这些发现为理解Aβ肽如何影响RAGE的功能提供了新的视角，并为进一步研究Aβ肽在神经退行性疾病中的作用机制奠定了基础。

总之，Aβ 1–40和Aβ 1–42对RAGE的扩散特性和下游信号通路的激活具有不同的影响。这种差异可能与其在细胞内的结构特性、与膜成分的结合方式以及激活的信号通路类型有关。研究结果表明，Aβ 1–42的更高毒性可能与其更易形成神经毒性的聚集结构以及更倾向于激活炎症和应激相关的信号通路有关，而Aβ 1–40的较低毒性可能与其更易形成结构松散的寡聚体以及更倾向于激活细胞增殖和生长因子相关的信号通路有关。这些发现不仅有助于理解Aβ肽在神经退行性疾病中的作用机制，还可能为开发针对这些疾病的治疗策略提供新的思路。