海馬和視網(wǎng)膜組織中VEGF 和PKC 表達(dá)與認(rèn)知功能障礙關(guān)系的研究進(jìn)展

呂 姣，王 芳綜述，鄒英鷹審校

0 引 言

認(rèn)知功能障礙(cognitive impairment，CI)泛指各種原因?qū)е碌母鞣N程度的認(rèn)知功能損害，從輕度認(rèn)知功能損害到癡呆［1］。輕度認(rèn)知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)是指正常腦老化與癡呆之間的臨床狀態(tài)。隨著人口老齡化的不斷進(jìn)展，老年輕度認(rèn)知障礙的發(fā)病率不斷提高，而MCI 是導(dǎo)致癡呆的高危因素之一;因此，研究輕度認(rèn)知損害對(duì)癡呆的預(yù)防和治療具有重要意義［2-4］。突觸可塑性在CI 的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子具有維持神經(jīng)元生存、促進(jìn)突觸生長(zhǎng)的作用，倘若前額葉、海馬等腦區(qū)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺乏，可抑制相應(yīng)腦功能從而最終導(dǎo)致CI。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)均是多功能因子，VEGF 能夠通過(guò)多種途徑促進(jìn)血管生成，保護(hù)缺血和退變的神經(jīng)元，引發(fā)成年大腦神經(jīng)元再生，從而影響認(rèn)知功能。近年發(fā)現(xiàn)各種血管性危險(xiǎn)因素不僅是血管性癡呆(vascular dementia，VD)的危險(xiǎn)因素，也是阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)和MCI的危險(xiǎn)因素。PKC 是重要的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，活化后可介導(dǎo)VEGF 的合成，在神經(jīng)細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中起著較為關(guān)鍵的作用。近年來(lái)VEGF 和PKC 是CI的研究熱點(diǎn)之一，現(xiàn)將海馬和視網(wǎng)膜組織中VEGF 和PKC 表達(dá)與CI 關(guān)系的研究作一綜述。

1 海馬與認(rèn)知功能的關(guān)系

海馬是大腦皮質(zhì)的一個(gè)內(nèi)褶區(qū)，在側(cè)腦室底部繞脈絡(luò)膜裂形成一弓形隆起，由2 個(gè)扇形部分組成。依據(jù)細(xì)胞構(gòu)筑和纖維聯(lián)系的不同，海馬可分成CA1、CA2、CA3 和CA4 4 個(gè)區(qū)［5］。海馬與學(xué)習(xí)、記憶活動(dòng)密切相關(guān)，是短時(shí)記憶的機(jī)構(gòu)，主管人類(lèi)的近期記憶，將幾周內(nèi)或幾個(gè)月內(nèi)的記憶鮮明暫留，以便快速存取［6］。海馬對(duì)高血糖敏感，在慢性高血糖作用下海馬神經(jīng)元數(shù)量減少、形態(tài)異常或功能失調(diào)，從而導(dǎo)致相關(guān)的學(xué)習(xí)、CI，不能對(duì)外界形成正確的認(rèn)識(shí)或形成正確認(rèn)識(shí)的時(shí)間延長(zhǎng)，從而對(duì)外界事物形成正確反應(yīng)的能力出現(xiàn)障礙。研究證明，鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞核結(jié)構(gòu)改變，包括核周間隙增寬，部分核膜消失甚至出現(xiàn)了核仁分離，細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)溶解現(xiàn)象［7］。突觸可塑性是學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)的細(xì)胞水平的生物學(xué)基礎(chǔ)，海馬的可塑性主要表現(xiàn)在其突觸上。對(duì)糖尿病患者和糖尿病動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)，海馬突觸可塑性的變化與糖尿病CI 有關(guān)［8］。有研究表明，糖尿病CI 與海馬突觸可塑性改變密切相關(guān)，包括突觸結(jié)構(gòu)和功能的可塑性，結(jié)構(gòu)方面主要表現(xiàn)為突觸變性，突觸數(shù)量、突觸小泡與突觸后致密物厚度減少，突觸間隙增寬;功能方面主要表現(xiàn)為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，LTP)效應(yīng)降低或長(zhǎng)時(shí)程抑制效應(yīng)易化［9-10］?？傊瑱C(jī)體的病理改變導(dǎo)致海馬突觸數(shù)量顯著減少，突觸變性，突觸間隙模糊不清，突觸連接間斷，影響突觸功能，導(dǎo)致空間學(xué)習(xí)記憶障礙。

2 視網(wǎng)膜與認(rèn)知功能的關(guān)系

視網(wǎng)膜又稱(chēng)外周腦，與大腦相同，是與外界有直接聯(lián)系的部分。從組織上來(lái)說(shuō)，包括十層細(xì)胞，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，具有初步的信息處理功能［11］。近年來(lái)，隨著對(duì)CI 的重視和視網(wǎng)膜數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究開(kāi)始關(guān)注視網(wǎng)膜微血管改變與CI 的相關(guān)性。以往也有研究表明，視網(wǎng)膜病變會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)能力和空間判斷能力產(chǎn)生一定的影響［12］。在無(wú)卒中史的中年人群中，視網(wǎng)膜病變是認(rèn)知功能下降的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，提示腦微血管疾病可能是CI 下降的原因之一［13］。在老年人群中，伴視網(wǎng)膜微血管病變者其認(rèn)知功能較差，而在患有高血壓的老年人中，多發(fā)癡呆［14］。AD 是一種進(jìn)行性中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，是癡呆最常見(jiàn)的類(lèi)型，臨床表現(xiàn)包括不同程度的記憶力、判斷力、思維能力和運(yùn)動(dòng)能力的下降，還包括視力、色覺(jué)、對(duì)比敏感度等視功能的改變。有研究表明，AD 和MCI 患者存在視神經(jīng)視網(wǎng)膜退行性變，而且隨著AD 病情加重視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層變薄的程度逐漸增加［15］。視神經(jīng)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，視網(wǎng)膜所得到的視覺(jué)信息，經(jīng)視神經(jīng)傳送到大腦，是特殊軀體感覺(jué)神經(jīng)，其纖維始于視網(wǎng)膜的節(jié)細(xì)胞，而節(jié)細(xì)胞的軸突于視網(wǎng)膜后部匯成視神經(jīng)盤(pán)后穿過(guò)鞏膜，構(gòu)成視神經(jīng)，經(jīng)視神經(jīng)管入顱中窩，連于視交叉，再經(jīng)視束止于外側(cè)膝狀體，傳導(dǎo)視覺(jué)沖動(dòng)。因此，在接收外來(lái)信息，并把信息傳給大腦，通過(guò)大腦對(duì)信息的處理，支配動(dòng)物對(duì)外界事物做出相應(yīng)的變化中，視神經(jīng)起著重要的作用。

3 VEGF 和PKC 在海馬中的表達(dá)與認(rèn)知功能的關(guān)系

VEGF 是一種可被缺氧誘導(dǎo)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，在很多病理情況下，其表達(dá)增高。在對(duì)AD 大鼠行為學(xué)障礙的改善作用探究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大鼠的行為學(xué)障礙有所改善時(shí)，海馬區(qū)的VEGF 表達(dá)有所升高［16］。說(shuō)明VEGF 與認(rèn)知功能有一定的聯(lián)系。在對(duì)VD 大鼠學(xué)習(xí)記憶的研究中發(fā)現(xiàn)，除腦小血管病被認(rèn)為是導(dǎo)致高齡人群血管性癡呆的重要原因外，海馬齒狀回VEGF 的表達(dá)可能與其學(xué)習(xí)記憶有關(guān)，當(dāng)VD 大鼠學(xué)習(xí)記憶能力明顯改善時(shí)，海馬內(nèi)VEGF表達(dá)明顯增高［17-18］。在對(duì)慢性腦缺血大鼠海馬VEGF 表達(dá)的研究中，發(fā)現(xiàn)VEGF 上調(diào)時(shí)，大鼠認(rèn)知功能得到明顯改善［19］。腦缺血和高血糖均可激活VEGF 表達(dá)，VEGF 表達(dá)的時(shí)空特點(diǎn)與海馬神經(jīng)元繼發(fā)性損傷的變化規(guī)律具有相對(duì)的一致性，提示VEGF 表達(dá)在海馬選擇性易損現(xiàn)象中可能具有重要作用［20］。

VEGF 增加血管通透性的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制十分復(fù)雜，PKC 是其中的重要信息分子。PKC 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，廣泛存在于細(xì)胞內(nèi)，是重要的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。迄今為止，根據(jù)同工酶的結(jié)構(gòu)、酶的特性、激活劑的不同等將其分為①cPKCs(classical PKC):α、β1、β2、γ;②nPKCs(novel PKC):δ、ε、η、θ、μ;③aPKC(atypical PKC):λ、ξ;④PRKs(PKC-Related-Kinasc):PRK1、PRK2［21］。在未受刺激的細(xì)胞中，PKC 主要分布在視神經(jīng)管中，呈非活性構(gòu)象，一旦有第二信使的存在，PKC 將成為膜結(jié)合的酶，能激活細(xì)胞質(zhì)中的酶，參與生化反應(yīng)的調(diào)控，同時(shí)也能作用于細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄因子，參與基因表達(dá)的調(diào)控，是一種多功能酶。PKC 在神經(jīng)細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)中起著較為關(guān)鍵的作用。高血糖可促使二酰甘油升高，后者可激活血管組織中的PKC［22］，而活化的PKC 又介導(dǎo)了VEGF 的合成［23］。Suen 等［24］觀察到PKC 能使突觸后N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptors，NMDARs)磷酸化，從而激活NMDARs，而谷氨酸受體是海馬內(nèi)主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)受體，NMDARs 作為分子開(kāi)關(guān)觸發(fā)突觸可塑性，主要決定LTP 的誘導(dǎo)。PKC 通過(guò)間接激活鈣調(diào)蛋白激酶Ⅲ促進(jìn)NMDARs 的轉(zhuǎn)運(yùn)。多種形式的突觸可塑性都依賴(lài)于NMDARs 的激活以及隨后胞內(nèi)Ca2+濃度的增加。因此，調(diào)節(jié)NMDARs 功能對(duì)突觸可塑性具有重要的意義。有研究表明，PKC 抑制劑Staurosporine 可阻斷強(qiáng)直刺激誘導(dǎo)的LTP［25-26］。Bames 空間迷宮實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練或熟悉迷宮的大鼠比未經(jīng)訓(xùn)練和熟悉迷宮的大鼠在海馬CA1 區(qū)有更高的PKC-γ 的免疫活性［27］。另外，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)研究鋁暴露對(duì)大鼠海馬PKC-γ 亞型的影響表明慢性鋁暴露影響大鼠海馬PKC-γ mRNA 和PKC-γ蛋白表達(dá)，使PKC 活性降低，導(dǎo)致LTP 的下降，從而影響學(xué)習(xí)記憶的功能［28］。根據(jù)上述的研究表明，海馬中VEGF 和PKC 的表達(dá)與認(rèn)知功能密切相關(guān)。

4 視網(wǎng)膜組織中VEGF 和PKC 表達(dá)與認(rèn)知功能的關(guān)系

VEGF 受缺氧調(diào)節(jié)的特性而成為重要的促新生血管形成因子，參與缺氧誘導(dǎo)有關(guān)的視網(wǎng)膜新生血管形成［29］。視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細(xì)胞均可以產(chǎn)生VEGF，其中以RPE 細(xì)胞表達(dá)VEGF 的能力最為顯著［30］。視網(wǎng)膜微血管損傷是視網(wǎng)膜病變(Diabetic Retinopathy，DR)典型的標(biāo)志性病變［31］。DR 患者玻璃體的VEGF 水平明顯升高，同時(shí)長(zhǎng)期的高糖缺氧使低氧誘導(dǎo)因子過(guò)度表達(dá)，從而引起與血管內(nèi)皮功能障礙密切相關(guān)的VEGF 等細(xì)胞因子過(guò)度表達(dá)，且隨著病情的嚴(yán)重程度呈相關(guān)性升高，玻璃體內(nèi)注射抗VEGF 療法是目前治療該病的最新方法之一［32-34］。PKC 信號(hào)傳導(dǎo)通路在調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜生物學(xué)過(guò)程中起重要作用。Moriarty 等［35］用Western blot 測(cè)定人視網(wǎng)膜3 種細(xì)胞類(lèi)型即RPE、周細(xì)胞和視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞均有PKC 高表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，PKC 亞型PKC-βⅡ激活后可介導(dǎo)RPE 細(xì)胞遷移，形成玻璃體視網(wǎng)膜增殖病變膜，促使非增殖型糖尿病性視網(wǎng)膜病變進(jìn)展為增殖型糖尿病性視網(wǎng)膜病變。Amadio 等［36］發(fā)現(xiàn)PKC-β 亞型激活后可增加體外培養(yǎng)視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞中VEGF 的表達(dá)，促進(jìn)視網(wǎng)膜病理性血管生長(zhǎng)。而高選擇性PKC-β 亞型抑制劑mboxistaurin 能有效阻止糖尿病患者的視力喪失，從而改善患者的認(rèn)知功能。近年來(lái)有研究表明，在對(duì)有抑郁癥或存在CI 的大鼠進(jìn)行藥物干預(yù)時(shí)，在認(rèn)知能力有改善的情況下，海馬區(qū)的PKC 亞型PKC-δ 有一定程度的降低，提示PKC 的亞型對(duì)CI 有一定的相關(guān)性［37］。高糖條件下，PKC 可活化血小板，促進(jìn)血小板聚集、血栓形成，促發(fā)糖尿病性視網(wǎng)膜病變［38］?？傊暰W(wǎng)膜中VEGF 和PKC的表達(dá)與認(rèn)知功能密切相關(guān)。

5 結(jié) 語(yǔ)

認(rèn)知功能是一種復(fù)雜的大腦神經(jīng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。在海馬和視網(wǎng)膜病變引起的CI 事件中，海馬和視網(wǎng)膜組織中神經(jīng)細(xì)胞及微血管的病變都起著至關(guān)重要的作用。VEGF 及PKC 在海馬和視網(wǎng)膜中的表達(dá)變化及在突觸可塑性、學(xué)習(xí)記憶形成機(jī)制中的作用十分復(fù)雜;不僅是受體本身性質(zhì)，還有受體間信號(hào)專(zhuān)遞的相互作用等共同因素決定了在CI 方面的作用。至今發(fā)現(xiàn)，許多機(jī)體的病理改變會(huì)讓患者的認(rèn)知功能下降，但其存在的分子機(jī)制尚不明確。隨著分子克隆技術(shù)、基因技術(shù)等的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)海馬損傷及視網(wǎng)膜病變?cè)贑I 中所發(fā)揮的作用以及存在的相關(guān)分子機(jī)制的研究必將不斷深入，為尋找到引起CI 的關(guān)鍵因素提供新的線索，為CI 治療提供新的靶點(diǎn)。

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