阿爾茨海默病中的氧化應(yīng)激及抗氧化治療

劉 芳， 王春梅

（遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)生理學(xué)教研室，廣東珠海519000）

阿爾茨海默病中的氧化應(yīng)激及抗氧化治療

劉 芳， 王春梅

（遵義醫(yī)學(xué)院珠海校區(qū)生理學(xué)教研室，廣東珠海519000）

氧化損傷是阿爾茨海默?。ˋD）的一個重要特征，故“氧化應(yīng)激假說”提出AD中氧化應(yīng)激產(chǎn)生較早，可在輕度認(rèn)知功能障礙及分子水平改變出現(xiàn)即β淀粉樣蛋白沉積及神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成之前，導(dǎo)致細(xì)胞和組織損傷，促進(jìn)疾病進(jìn)展.氧化應(yīng)激中增高的氧化損傷標(biāo)記水平、抗氧化系統(tǒng)中特定活性的改變、線粒體功能失調(diào)及與tau蛋白磷酸化及聚集，β淀粉樣蛋白斑塊之間聯(lián)系緊密.本綜述探討AD中的氧化應(yīng)激假說，抗氧化治療AD中的可行性及展望.

阿爾茨海默??； 輕度認(rèn)知功能障礙； 氧化應(yīng)激； 抗氧化劑； 抗氧化治療

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是引起記憶損傷及癡呆最常見的病因，其病理學(xué)改變包括大腦內(nèi)神經(jīng)元及突觸的丟失、β淀粉樣蛋白（amyloidβ-protein，Aβ）沉積引起的細(xì)胞外老年斑的形成及tau蛋白介導(dǎo)的神經(jīng)纖維纏結(jié)［1-3］.隨著研究的深入，多致病因素-包括神經(jīng)毒性、鈣損傷、線粒體功能障礙、神經(jīng)炎癥及氧化應(yīng)激，可多因素相互作用，在多種層面上相互影響［4］.有研究表明氧化應(yīng)激（oxidative stress，OS）在AD的發(fā)生機(jī)理中扮演著重要角色，誘導(dǎo)AD病的活性氧（active oxygen，ROS）的產(chǎn)生更早，甚至在癥狀及分子水平改變出現(xiàn)即β淀粉樣蛋白沉積及神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成之前，通過一些相異的細(xì)胞分子途徑致使組織損傷［5］.氧化應(yīng)激的累積可能主導(dǎo)AD的發(fā)生和發(fā)展，促進(jìn)Aβ聚集及微管相關(guān)蛋白tau的磷酸化，加重AD大腦中的氧化還原反應(yīng)的失衡，而過多的Aβ沉積及tau蛋白的高度磷酸化則加速疾病進(jìn)程［6］.氧化應(yīng)激是將AD各種不同的致病機(jī)理聯(lián)系起來的一個共同關(guān)鍵因素［1，4］，說明疾病的復(fù)雜性，而尋找能夠干預(yù)疾病的抗氧化劑，有可能防治AD.

1 有關(guān)氧化應(yīng)激

生理學(xué)上的老化是一個漸進(jìn)的、不可逆的進(jìn)程，氧化損傷累積是導(dǎo)致老化的明確原因之一.氧化應(yīng)激是指過氧化物超過了機(jī)體原本的抗氧化能力從而引起組織的分子氧化，造成組織損傷.體內(nèi)的氧化還原平衡失調(diào)，產(chǎn)生過多的ROS，如過氧化氫（H2O2）、一氧化氮（NO）、過氧自由基（O2-）及高活性羥自由基（HO-）等，損壞細(xì)胞的功能及生存.AD中氧化應(yīng)激理論認(rèn)為自由基作用并改變神經(jīng)元脂肪分子組成、改變膜流動性及滲透性、干擾某些酶功能例如運(yùn)輸及屏障樣功能，從而導(dǎo)致神經(jīng)元的死亡［7］.

與此同時，機(jī)體亦存在一個對抗氧化應(yīng)激的機(jī)制，來自機(jī)體防御系統(tǒng)的對抗自由基的抗氧化因子，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶或醛脫氫酶及各種非酶的抗氧化因子［7］.抗氧化劑能抑制過氧化物酶、中和自由基、螯合催化自由基產(chǎn)生的金屬離子.此外，一些抗氧化劑還通過增強(qiáng)機(jī)體內(nèi)的抗氧化防御、正調(diào)節(jié)敏感的氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)來發(fā)揮作用［1］.

2 阿爾茨海默病中的氧化應(yīng)激

AD病所致的氧化還原反應(yīng)的不平衡是由機(jī)體的抗氧化防御下降、β淀粉樣蛋白沉積所致的神經(jīng)毒性、及（或）大腦和血液中金屬離子代謝失衡導(dǎo)致的［3，8］.動物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)氧化應(yīng)激已被證實(shí)能加速AD雙轉(zhuǎn)基因小鼠模型腦內(nèi)的淀粉樣蛋白沉積和記憶損傷［9］.有研究表明OS發(fā)生在AD病理學(xué)改變早期，氧化損傷跡象，尤其是蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，在輕微認(rèn)知功能障礙（mild cognitive impairment，MCI）患者的腦中已被發(fā)現(xiàn)，提示OS可能是MCI向AD、特別是向晚發(fā)型AD（late-onset Alzheimer's disease，LOAD）過渡的一個始動因子［1-2，7-8，10-12］.以下將從5個方面闡釋阿爾茨海默病中的氧化應(yīng)激假說.

2.1 OS中增高的氧化損傷標(biāo)記水平

AD腦內(nèi)中淀粉樣斑塊與各種氧化應(yīng)激標(biāo)記的關(guān)系，包括線粒體及DNA損傷的標(biāo)記、細(xì)胞膜損傷的脂質(zhì)過氧化標(biāo)記及晚期的糖基化產(chǎn)物［1，8，13］.AD及MCI（mild cognitive impairment，MCI）患者中存在異常高的銅離子水平，丙二醛（malonaldehyde，MDA）水平也呈相同態(tài)勢.同時亦發(fā)現(xiàn)一個診斷及預(yù)測AD的最佳聯(lián)合生物標(biāo)記-MDA和SOD［11］.而LOAD（late-onset Alzheimer's disease，LOAD）及MCI患者的血清過氧化水平增高，而抗氧化能力下降.高水平的氫過氧化物可能單獨(dú)與患MCI或AD相關(guān)，而相對較低水平的抗氧化能力是與患MCI、非AD的風(fēng)險相關(guān)聯(lián)［12］.在臨床前階段建立確認(rèn)癡呆的生物標(biāo)記，能夠很好地對疾病的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行預(yù)測，評估MCI患者患癡呆的風(fēng)險［7-8，12］.

2.2 OS中抗氧化系統(tǒng)特定活性的改變

AD患者體內(nèi)氧化還原反應(yīng)的失衡可以導(dǎo)致抗氧化系統(tǒng)中特定抗氧化因子活性的改變.特定抗氧化酶活性的增加，SOD2在海馬中，特別是在CA1區(qū)域及杏仁核具體活性的增加，酶活性的增加可能是機(jī)體的代償機(jī)制［7，14］.在AD及MCI病人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)及外周組織中存在高水平的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物，由主要的抗氧化酶-谷胱甘肽過氧化物酶及超氧化物歧化酶具體活性降低表明的抗氧化屏障的減弱［7，15］.在癡呆病人氧化還原型反應(yīng)潛在催化因子的研究中，其中一些出現(xiàn)低水平的非酶抗氧化因子，另一些則存在高濃度元素鐵、鋁、汞.而血漿中高濃度的非酶抗氧化因子是與較好的認(rèn)知能力相關(guān)聯(lián)的［7-8］.

2.3 OS與線粒體功能失調(diào)

在AD中線粒體的作用可在神經(jīng)元細(xì)胞生存上的根本地位來闡釋-通過控制能量代謝及各種凋亡途徑.AD病人腦中線粒體的功能障礙可產(chǎn)生多種生化改變，形態(tài)學(xué)分析顯示線粒體在數(shù)量和大小上的減退與AD出現(xiàn)的明確關(guān)系.氧化應(yīng)激中在神經(jīng)細(xì)胞嚴(yán)重受損的情況下，線粒體可啟動細(xì)胞凋亡，AD的一個特征為神經(jīng)細(xì)胞數(shù)減少.線粒體是產(chǎn)生活性氧最重要的單位，當(dāng)線粒體功能反常及線粒體膜的改變出現(xiàn)時，大量自由基隨細(xì)胞的老化進(jìn)程生成增加.線粒體膜結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)性決定了其對脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的高度敏感，而線粒體膜缺陷又導(dǎo)致過多自由基生成.線粒體功能障礙，可能是造成呼吸鏈的缺損從而導(dǎo)致過多氧自由基的產(chǎn)生造成組織損傷［7，16］.

2.4 OS與tau蛋白的磷酸化

由tau蛋白高度磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)是AD最重要的病理特征之一.tau蛋白是一種微管組織相關(guān)蛋白，而微管是神經(jīng)細(xì)胞的骨架成分.tau蛋白高度磷酸化使其與微管的結(jié)合能力下降，形成神經(jīng)纖維纏結(jié)導(dǎo)致神經(jīng)元功能喪失.磷酸化的tau蛋白可使線粒體功能紊亂，能量代謝失衡，產(chǎn)生活性氧及活性氮，致細(xì)胞膜損傷及突觸失活［17］.慢性氧化應(yīng)激可誘導(dǎo)tau蛋白磷酸化，參與神經(jīng)元損傷過程，促進(jìn)AD進(jìn)展.在AD中，磷酸化的tau蛋白與一種異常的氧化修飾有關(guān)，可能干擾蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)，使之失去與微管結(jié)合的能力，從而形成神經(jīng)纖維纏結(jié).同時ROS能夠使鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)，鈣離子大量內(nèi)流導(dǎo)致鈣離子依賴性蛋白激酶及鈣調(diào)蛋白激酶過度活化，造成蛋白磷酸酶與蛋白激酶的比例失衡，從而促進(jìn)tau蛋白異常磷酸化［17-18］.

2.5 OS與β淀粉樣蛋白

Aβ（amyloidβ-protein，Aβ）是AD病理的中心環(huán)節(jié)，AD患者腦內(nèi)有大量老年斑的形成，其主要成份為Aβ，Aβ與氧化應(yīng)激相互影響，共同促進(jìn)AD的形成和發(fā)展.在動物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，以Aβ寡聚體干預(yù)的老鼠腦組織及神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)均顯示過氧化指標(biāo)增高及抗氧化蛋白表達(dá)下降［19］.AD轉(zhuǎn)基因動物模型中顯示，Aβ與氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的變性密切相關(guān)，造成認(rèn)知損傷及AD的病理改變，其機(jī)制可能為細(xì)胞外Aβ的沉積誘導(dǎo)局部的炎性過程，激活具有潛在ROS來源的小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增生，ROS水平升高，產(chǎn)生氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞和組織損傷，致神經(jīng)元數(shù)目減少，功能下降，影響認(rèn)知［7］.同時，OS可能通過激活各種信號通路改變β淀粉樣前體蛋白的代謝進(jìn)程，增加β淀粉樣前體蛋白，提高β分泌酶的表達(dá)及活性，促進(jìn)Aβ產(chǎn)生增多，增強(qiáng)其聚集效能，強(qiáng)化Aβ的神經(jīng)毒性，誘導(dǎo)形成大量老年斑［16］.

3 抗氧化治療

AD中氧化應(yīng)激假說提示抗氧化劑作為AD治療手段的可行性.在AD小鼠模型中，增加的過氧化損傷可被抗氧化劑抑制，但在臨床實(shí)驗(yàn)中抗氧化劑的應(yīng)用卻很難成功［1-2，10，12］，由于體內(nèi)氧化還原反應(yīng)的復(fù)雜性、抗氧化防御與自由基產(chǎn)生的不平衡、缺乏具體的治療靶點(diǎn)、及在需要的區(qū)域傳遞抗氧化劑的固有復(fù)雜性，抗氧化劑低的生物利用度及對血腦屏障的低滲透性［1］，有研究指出介導(dǎo)AD臨床階段的細(xì)胞凋亡機(jī)制可能與疾病早期的神經(jīng)元變性有很大不同，不同大腦區(qū)域神經(jīng)退行性病變的層次也不同，在一個區(qū)域顯示保護(hù)性功效的抗氧化藥物在另一區(qū)域可能會達(dá)到有毒的濃度［6］，加增將抗氧化劑用于AD治療中的難度.

故此，有學(xué)者提出“抗氧化劑雞尾酒”療法或?qū)⒖寡趸瘎┡c其他抗AD藥物聯(lián)合應(yīng)用或許可以取得成效［5］.目前允許用于AD治療的主要是乙酰膽堿酯酶抑制劑（acetyl cholinesterase inhibitor，ACHE）及美金剛為天冬氨酸受體拮抗劑［6］，而更多的是ACHE［1］.故ACHE與抗氧化劑的聯(lián)合治療研究中，單胺氧化酶抑制劑雷沙吉蘭與ACHE卡巴拉汀的臨床療效有待檢測［1，20］.將納米粒給藥用于抗氧化劑防治 AD亦在研究中［1］.另一方面，日本學(xué)者Nunomura［10］提出可在疾病早期激活體外的抗氧化劑-體外的抗氧化物轉(zhuǎn)錄激活劑.

盡管有流行病學(xué)的研究表明抗氧化日常飲食的攝入可以減輕個體患癡呆的風(fēng)險，但臨床實(shí)驗(yàn)卻不能證明其療效［21］.而在一項(xiàng)最近的日常飲食干預(yù)的隨機(jī)對照分析中，隨著低飽和脂肪及低血糖指數(shù)飲食的攝入，MCI患者腦脊液中的OS標(biāo)記水平下降了，其認(rèn)知功能也提高［10］.

最近研究表明自然存在的抗氧化物蘆丁，由于其抗氧化、抗炎癥特性及其減輕Aβ寡聚體活性的能力，是一種很有前景的治療AD的可能藥物［22］.而葒草素為天然的抗氧化物，能緩解β淀粉樣蛋白損傷所引起的小鼠認(rèn)知功能缺損及降低氧化應(yīng)激水平［23］.

另有研究指出在氧自由基介導(dǎo)的組織損傷中，褪黑激素被證明比其他天然抗氧化劑更有效.大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)及近期的臨床報告都支持褪黑激素作為主要神經(jīng)退行性疾病的預(yù)防性治療作用［24］.

綜上，AD中抗氧化治療有其局限性，具防治疾病的潛力.獲得循證醫(yī)學(xué)證據(jù)以評價抗氧化治療是否能夠防治AD顯得尤為重要.對于AD的高危人群，合理的抗氧化飲食可能有助于預(yù)防或延緩AD的發(fā)生.臨床上定期檢測外周血中特定OS標(biāo)記物的水平，在MCI或更早即行抗氧化干預(yù)或能取得較好的療效.同時，“抗氧化劑雞尾酒”療法、抗氧化劑與ACHE的聯(lián)合應(yīng)用及提高抗氧化劑在體內(nèi)的生物利用度或?qū)⒊蔀榻窈驛D中抗氧化治療的研究方向.

鑒于阿爾茨海默病中氧化應(yīng)激假說的存在，更進(jìn)一步的關(guān)于抗氧化劑是否可降低患AD的風(fēng)險或延緩疾病進(jìn)程的研究非常迫切，抗氧化治療或應(yīng)采取得更早，極可能是在AD的臨床前階段［1-2，6-7，10］.

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［責(zé)任編輯：朱穎嫄］

The oxidative stress and antioxidative therapy in Alzheimer's disease

LIU Fang， WANG Chunmei
（Department of Physiology，the Zhuhai Campus of the Zunyi Medical College，Zhuhai519000，China）

Redox impairment is a prominent feature of Alzheimer's disease（AD）.The“oxidative stress hypothesis”，supposes that oxidative stress（OS）occurs earlier than themild cognitive impairment and molecular events（β-amyloid plaques and neurofibrillary tangles），leading to cell and tissue damages and therefore promoting the disease progression.Themarkers for oxidative damage，alterations of the specific activity of the antioxidant system andmitochondrial disturbances，are in close connection with tau phosphorylation and aggregation，and the amyloid plaques.Thus，based on the oxidative stress hypothesis，the present paper reviews antioxidants as beneficial therapeutic tools in AD treatment and the antioxidant research in the future.

Alzheimer's disease； mild cognitive impairment； oxidative stress； antioxidant；antioxidant Therapy

R741.02

A

1000-9965（2015）05-0406-04

10.11778／j.jdxb.2015.05.009

2015-03-02

貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目（J 2134）

劉 芳（1988-），女，研究方向：神經(jīng)內(nèi)分泌

王春梅（1961-），教授，碩士生導(dǎo)師；Tel：0756-7623320；E-mail：295446806＠qq.com