淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)與家族性阿爾茨海默病(FAD)相關(guān)的顯性錯(cuò)義突變的發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致1991年阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制的淀粉樣蛋白假說(shuō)的最初形成，該假說(shuō)假設(shè)分泌的淀粉樣β (Aβ)肽聚集，特別是Aβ42，導(dǎo)致一系列事件，最終導(dǎo)致神經(jīng)變性和癡呆。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，早老素是FAD突變的位點(diǎn)，改變了Aβ的產(chǎn)生，對(duì)APP的γ-分泌酶加工成Aβ至關(guān)重要，并且包含γ-分泌酶復(fù)合物的催化成分，為淀粉樣蛋白假說(shuō)提供了強(qiáng)有力的支持。

然而，神經(jīng)毒性Aβ的組裝狀態(tài)和相關(guān)信號(hào)通路仍不清楚，針對(duì)Aβ或其聚集體的臨床候選藥物在預(yù)防或治療阿爾茨海默病方面顯示出很少或沒(méi)有益處，盡管最近批準(zhǔn)了抗Aβ單克隆抗體，但仍引起了對(duì)Aβ作為疾病過(guò)程主要驅(qū)動(dòng)因素的懷疑。

γ-分泌酶對(duì)APP底物的蛋白水解過(guò)程示意圖（圖源自Cell Reports?）

FAD的病理、表現(xiàn)和進(jìn)展與更常見(jiàn)的散發(fā)性晚發(fā)性阿爾茨海默病非常相似，F(xiàn)AD主要遺傳的單基因性質(zhì)表明，闡明致病機(jī)制應(yīng)該更容易。由于顯性錯(cuò)義FAD突變僅在底物和產(chǎn)生Aβ的酶中發(fā)現(xiàn)，這些突變都可能導(dǎo)致γ-分泌酶對(duì)APP底物的蛋白水解過(guò)程發(fā)生改變。然而，這一過(guò)程是復(fù)雜的，APP跨膜結(jié)構(gòu)域(TMD)被膜內(nèi)嵌入的γ-分泌酶復(fù)合體多次切割，沿著Aβ49→Aβ46→Aβ43→Aβ40和Aβ48→Aβ45→Aβ42→Aβ38兩條途徑產(chǎn)生Aβ肽。研究人員對(duì)APP TMD中14個(gè)FAD突變，對(duì)這些蛋白水解事件的影響的綜合分析，發(fā)現(xiàn)每個(gè)突變?cè)诘谝换虻诙然拿感藜舨襟E中都存在缺陷，升高了Aβ45或更長(zhǎng)時(shí)間的Aβ肽水平。這種完整和定量的分析尚未報(bào)道任何早老素FAD突變。

文章模式圖（圖源自Cell Reports?）

該研究擴(kuò)展了對(duì)γ-分泌酶對(duì)C99的每個(gè)蛋白水解加工步驟的分析，以闡明FAD突變對(duì)早老素-1 (PSEN1)的影響，揭示了在初始加工步驟中一致的缺陷，而不是在產(chǎn)生Aβ分泌形式(如Aβ42)的后期步驟?；钚驭?分泌酶復(fù)合物的原子分辨率結(jié)構(gòu)與全跨膜底物模擬物非共價(jià)結(jié)合，提供了酶處于或接近過(guò)渡狀態(tài)的快照，就像它準(zhǔn)備進(jìn)行膜內(nèi)蛋白質(zhì)水解時(shí)一樣。這種新結(jié)構(gòu)反過(guò)來(lái)驗(yàn)證了捕獲活化酶-底物(E-S)復(fù)合物的分子動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)。

硅模型表明FAD突變E-S復(fù)合物的構(gòu)象柔韌性較差，表明復(fù)合物穩(wěn)定，這在完整細(xì)胞的熒光壽命成像顯微鏡(FLIM)中得到了支持。一個(gè)用于測(cè)試神經(jīng)退行性變機(jī)制的秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)FAD模型系統(tǒng)表明，僅E-S復(fù)合物的穩(wěn)定，而不產(chǎn)生Aβ-肽產(chǎn)物，足以導(dǎo)致年齡依賴(lài)性突觸喪失和壽命縮短。