阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制及基于神經(jīng)遞質(zhì)治療的研究進(jìn)展

郭佳旗，魏穎鴻，張慧，劉寧，楊晶鑫，孔娟

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院臨床營(yíng)養(yǎng)科，沈陽(yáng) 110004)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)在老年群體中的發(fā)病率較高，與胞外β淀粉樣蛋白(amyloid β protein,Aβ)沉淀產(chǎn)生及胞內(nèi)神經(jīng)纖維糾纏有關(guān)[1]，但目前AD具體的發(fā)病機(jī)制尚不完全明確。全世界約5 000萬人患有AD，預(yù)計(jì)2050年將達(dá)到1.315億人[2]。流行病學(xué)調(diào)查顯示，中國(guó)65～85歲人群中AD患病率為5%左右，而85歲以上人群則高達(dá)20%[3]。AD主要以記憶力下降、認(rèn)知惡化、執(zhí)行力變?nèi)跫罢Z言功能減退等為病理表現(xiàn)[4]。目前美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)了以神經(jīng)遞質(zhì)為基礎(chǔ)的藥物用于AD對(duì)癥治療，在輕中度階段首先使用乙酰膽堿酯酶抑制劑(acetylcholinesterase inhibitor,AChEI)，在中重度階段使用谷氨酸受體拮抗劑。目前仍無有效的治療AD的方法[5]。隨著AD的進(jìn)展，患者大腦中參與思考和記憶的部分神經(jīng)元受損，部分患者伴有精神錯(cuò)亂甚至出現(xiàn)癡呆癥狀，嚴(yán)重并發(fā)癥可導(dǎo)致患者死亡，嚴(yán)重威脅人類生命和健康。因此，充分了解AD的發(fā)病機(jī)制對(duì)其治療具有重要意義。現(xiàn)就AD發(fā)病機(jī)制與基于神經(jīng)遞質(zhì)治療的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 AD的危險(xiǎn)因素

AD與年齡相關(guān)，有學(xué)者根據(jù)人口普查結(jié)果預(yù)算，2020年美國(guó)65～74歲人群中約3.1%患AD，75～84歲人群中約16.7%患AD，85歲以上的人群中約32.2%患AD[6]?？梢?，AD的患病率隨著年齡的增長(zhǎng)而升高，85歲以上老年人患病可能性更高。

有研究表明，AD與家族史有關(guān)[7-8]，父母有癡呆癥病史是AD的危險(xiǎn)因素，且有一個(gè)以上一級(jí)親屬患有AD的人發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)更高[9]。AD與遺傳相關(guān)，載脂蛋白E (apolipoprotein E,ApoE)的等位基因包括ε2、ε3和ε4，其中ApoE-ε4是對(duì)AD產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)基因之一[10-12]。ApoE-ε4等位基因的所有基因型(ε2/4、ε3/4和ε4/4)均與罹患AD風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，而ApoE-ε2/ε2、ε2/ε3和ε3/ε3對(duì)AD具有保護(hù)作用[13-14]。目前ApoE已成為研究AD新的突破點(diǎn)。

基因突變是AD的危險(xiǎn)因素，已報(bào)道AD最常見的基因變異有300多個(gè)，其中早老素1和早老素2分別位于第14號(hào)和1號(hào)染色體上，分別含有13和12個(gè)外顯子[15]。AD的神經(jīng)元變性和認(rèn)知功能減退與Aβ病理性聚集有關(guān)。Aβ由淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)通過β分泌酶和γ分泌酶的酶促反應(yīng)獲得，是一組由39～43個(gè)氨基酸殘基組成的疏水肽，主要有Aβ42和Aβ40。APP基因突變導(dǎo)致Aβ多肽分泌過量，早老素1和早老素2可以通過調(diào)節(jié)γ分泌酶介導(dǎo)APP的裂解，導(dǎo)致Aβ42增多和聚集從而產(chǎn)生神經(jīng)毒性[16]。一項(xiàng)關(guān)于人體基因突變的研究發(fā)現(xiàn)，與非突變攜帶者相比，早老素1和早老素2以及APP的突變攜帶者Aβ沉積增加。有研究發(fā)現(xiàn)，患者大腦中Aβ水平在AD預(yù)期發(fā)病年的22年前已顯著增加[17]。更多基因突變與AD的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究確定。

AD與性別相關(guān)，女性ApoE-ε4與AD的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)。生物標(biāo)志物分析的結(jié)果顯示，女性ApoE相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的增加可能與Tau的病理變化有關(guān)[18]。一項(xiàng)校正了性別、年齡以及教育程度的薈萃分析結(jié)果表明，久坐行為與患癡呆癥風(fēng)險(xiǎn)的顯著增加獨(dú)立相關(guān)，而AD是癡呆癥最常見的神經(jīng)退行性疾病[19]。隨著對(duì)AD研究的深入，越來越多的危險(xiǎn)因素被發(fā)現(xiàn)，可以利用這些因素探索更多可能防治AD的方法。

2 AD的發(fā)病機(jī)制

2.2Aβ沉積假說 Aβ是β分泌酶和γ分泌酶在APP的調(diào)節(jié)下，兩步蛋白水解形成的小分子片段，以單體、二聚體、高聚物和纖維性聚合物等形式存在，如Aβ40和Aβ42。Aβ42有很強(qiáng)的形成淀粉樣斑塊和沉積的作用，可以產(chǎn)生淀粉樣神經(jīng)斑塊[25]。大腦中最早積聚獲得的形式是Aβ42。通過增加Aβ生成、提高Aβ42/Aβ40比值、促進(jìn)Aβ沉積和降低Aβ清除率使Aβ42在大腦中積聚，導(dǎo)致老年斑的形成和沉積，隨后發(fā)生炎癥反應(yīng)、小膠質(zhì)細(xì)胞激活、細(xì)胞因子釋放和星形細(xì)胞增生等復(fù)雜的級(jí)聯(lián)反應(yīng)[26-28]。這些反應(yīng)導(dǎo)致進(jìn)行性神經(jīng)源性損傷、神經(jīng)元缺陷和認(rèn)知功能障礙。而α分泌酶可競(jìng)爭(zhēng)性抑制β分泌酶的活性，減少Aβ的產(chǎn)生。降低Aβ生成與清除Aβ沉積可為治療AD提供一定的幫助。

2.3膽堿能假說 膽堿能假說是20世紀(jì)70年代中期研究人員對(duì)AD患者的大腦進(jìn)行研究后提出的。AD患者的認(rèn)知功能障礙程度與乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶活性降低和乙酰膽堿合成減少密切相關(guān)。膽堿能假說認(rèn)為AD早期膽堿能神經(jīng)元受到影響，基底前腦中膽堿性神經(jīng)元退化、大腦皮質(zhì)和其他區(qū)域膽堿性神經(jīng)遞質(zhì)丟失、參與乙酰膽堿合成的膽堿能喪失是導(dǎo)致AD患者認(rèn)知功能減退的主要原因。膽堿能假說表明，提高乙酰膽堿的突觸水平或選擇性激動(dòng)劑變構(gòu)調(diào)節(jié)突觸后膜的膽堿能受體，能夠減少膽堿能突觸數(shù)量、降低其活性[29]。AChEI負(fù)責(zé)抑制乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)，阻止突觸中乙酰膽堿的降解，從而增加神經(jīng)細(xì)胞中乙酰膽堿的持續(xù)積累和膽堿能受體的激活，逆轉(zhuǎn)認(rèn)知功能障礙。

2.4ApoE假說 ApoE位于第19號(hào)染色體上，具有299個(gè)殘基(分子量為 34 000)，是一種可以通過C端結(jié)構(gòu)域結(jié)合膽固醇和磷脂的糖蛋白，在肝、腦星形膠質(zhì)細(xì)胞和一些小膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)，是受體介導(dǎo)的膽固醇等脂蛋白顆粒的內(nèi)吞噬配體，對(duì)髓鞘的產(chǎn)生和正常的大腦功能必不可少[30]。ApoE基因編碼序列的改變使其具有ApoE2、ApoE3和ApoE4三種亞型，ApoE-ε4是散發(fā)性AD最嚴(yán)重的危險(xiǎn)因子，而ApoE-ε2與ApoE-ε3則是保護(hù)因子[31]。ApoE-ε4于1993年被鑒定為AD最明顯的遺傳危險(xiǎn)因素，與常見的異構(gòu)體ApoE-ε3相比，其患AD的風(fēng)險(xiǎn)增加15倍[32]。ApoE4與大腦中Aβ沉積增加有關(guān)，Jones等[33]測(cè)量了ApoE結(jié)構(gòu)域中具有顯著特異性的異構(gòu)體，亞型構(gòu)象差異可增加ApoE4鉸鏈區(qū)的裂解水平，從而導(dǎo)致ApoE喪失介導(dǎo)Aβ清除的功能，增加ApoE-ε4等位基因攜帶者罹患AD的風(fēng)險(xiǎn)。ApoE-ε4基因與神經(jīng)元外Aβ的淀粉樣斑塊、神經(jīng)元內(nèi)含有高磷酸化Tau的纖維纏結(jié)以及AD的其他特征(包括炎癥和氧化應(yīng)激)的積累有關(guān)[34]。ApoE假說的提出為人類深入了解AD提供了可能，ApoE是治療AD的潛在靶點(diǎn)。

Li等[35]研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞ApoE的載體包括多種微RNA，這些微RNA特異性地下調(diào)神經(jīng)元羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶、3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合酶基因和甾醇14α-去甲基化酶水平，抑制神經(jīng)元膽固醇合成途徑可導(dǎo)致細(xì)胞核內(nèi)乙酰輔酶A積累，組蛋白乙酰化顯著上調(diào)，最終調(diào)控多個(gè)神經(jīng)元H3K27ac的富集，并激活神經(jīng)元早期應(yīng)答基因轉(zhuǎn)錄，該發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是ApoE介導(dǎo)神經(jīng)元表觀遺傳機(jī)制的一種新途徑。有研究在表達(dá)人類ApoE等位基因的小鼠模型中進(jìn)行了包括增加或降低ApoE表達(dá)水平、增強(qiáng)ApoE脂化作用、阻斷ApoE與Aβ相互作用以及將ApoE4基因轉(zhuǎn)換為ApoE3或ApoE2亞型等治療方法的嘗試，并獲得了成功[30]。但將這些方法應(yīng)用于人類的臨床試驗(yàn)仍具有挑戰(zhàn)性。雖然目前還沒有針對(duì)ApoE的治療方法，但研究發(fā)現(xiàn)ApoE影響AD發(fā)病機(jī)制與Tau神經(jīng)纖維變性及星形膠質(zhì)細(xì)胞組蛋白乙酰化有關(guān)，還發(fā)現(xiàn)AD可能與血腦屏障的破壞有關(guān)[30]。這些病理過程可能導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙，因此在此基礎(chǔ)上開發(fā)針對(duì)ApoE的治療藥物具有重要的臨床意義。

2.5線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激假說 線粒體是脂質(zhì)、氨基酸、鈣穩(wěn)態(tài)、類固醇代謝和觸發(fā)細(xì)胞凋亡所必需的細(xì)胞器，負(fù)責(zé)維持細(xì)胞凋亡、鈣平衡、突觸可塑性、氧化還原等過程，并參與微管聚合和神經(jīng)元生長(zhǎng)[36],在許多神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮主導(dǎo)作用。有研究表明，線粒體內(nèi)Aβ的積累導(dǎo)致細(xì)胞毒性和神經(jīng)元死亡[37-38]。AD患者大腦皮質(zhì)區(qū)域的線粒體細(xì)胞色素氧化酶(復(fù)合體Ⅳ)活性顯著降低，這種關(guān)鍵酶的缺乏可能會(huì)導(dǎo)致活性氧類的增加，能量?jī)?chǔ)存減少，最終導(dǎo)致神經(jīng)退化。線粒體Aβ的存在也會(huì)影響活性氧類的產(chǎn)生，改變不同腦區(qū)線粒體膜電位并導(dǎo)致AD[39]。線粒體功能障礙是發(fā)生在AD早期階段的一種異常現(xiàn)象，并且與α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物、丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和細(xì)胞色素C-氧化酶等氧化代謝過程的關(guān)鍵酶水平降低有關(guān)，從而導(dǎo)致能量代謝下降[23]。調(diào)節(jié)參與線粒體氧化代謝的關(guān)鍵酶，增強(qiáng)線粒體功能可為AD的預(yù)防和治療提供新思路。

有學(xué)者認(rèn)為線粒體功能障礙主要?dú)w因于氧化應(yīng)激，Aβ和Tau蛋白的蓄積以及線粒體發(fā)生受損[40-41]。線粒體功能障礙導(dǎo)致抗氧化作用降低，活性氧類水平升高，從而通過產(chǎn)生自由基對(duì)線粒體造成損害，影響其抗防御作用[23]。APP和Aβ的存在可能導(dǎo)致線粒體DNA基因表達(dá)受損和氧化應(yīng)激[42-43]。線粒體解偶聯(lián)蛋白的表達(dá)和激活是對(duì)氧化應(yīng)激的一種保護(hù)機(jī)制，這種保護(hù)機(jī)制在AD大腦中出現(xiàn)功能失調(diào)，解偶聯(lián)蛋白2、解偶聯(lián)蛋白4和解偶聯(lián)蛋白5的表達(dá)顯著降低[44]。氧化應(yīng)激可以激活c-Jun氨基端激酶和p38線粒激活蛋白激酶，增強(qiáng)β分泌酶的表達(dá)[23]。氧化應(yīng)激通過調(diào)節(jié)Tau和Aβ等蛋白加工信號(hào)通路的激活參與AD的發(fā)展。氧化應(yīng)激是AD發(fā)生的重要因素，患者神經(jīng)元中的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等成分可能被氧化[45]。因此，可以嘗試通過降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，探尋可能緩解AD的方法。

3 基于神經(jīng)遞質(zhì)治療

目前批準(zhǔn)的對(duì)癥治療AD的藥物主要是以神經(jīng)遞質(zhì)為基礎(chǔ)。在輕中度階段首先使用AChEI，用于穩(wěn)定患者的認(rèn)知功能和維持日?；顒?dòng)，包括多奈哌齊、利瓦斯明和加蘭他明。它們均能阻止AChE分解乙酰膽堿，而AChE有助于在神經(jīng)細(xì)胞之間傳遞信息與維持記憶。在中重度階段使用谷氨酸受體拮抗劑，即N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methylD-aspartate receptor,NMDAR)拮抗劑。AD患者大腦中谷氨酸鹽大量釋放會(huì)對(duì)腦細(xì)胞造成損害，NMDAR拮抗劑致力于阻止谷氨酸鹽的影響[46]。雖然目前的藥物不能阻止AD對(duì)腦細(xì)胞造成的損害，但可能有助于減輕或穩(wěn)定癥狀。

3.1AChEI M型乙酰膽堿受體分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)等不同部位，屬于以乙酰膽堿為第二信使的代謝受體類，在特異性激動(dòng)劑和拮抗劑的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分為M1、M2、M3、M4和M5。M型乙酰膽堿受體可以在某些神經(jīng)元和其他細(xì)胞的細(xì)胞膜中形成G蛋白受體復(fù)合物，參與AD患者學(xué)習(xí)、記憶和運(yùn)動(dòng)過程。基于膽堿能假說緩解AD認(rèn)知功能損傷的方法，理論上M4型乙酰膽堿受體和M1型乙酰膽堿受體激動(dòng)劑的膽堿刺激可以防止Aβ的形成和沉積，降低Tau過度磷酸化從而減少細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)，但由于嚴(yán)重的不良反應(yīng)在臨床階段治療失敗[47]。

20世紀(jì)90年代，AChEI作為第一種用于治療AD癥狀的藥物問世。目前開發(fā)的AChEI只能適度緩解AD的認(rèn)知障礙，并不能阻止該病的進(jìn)展。通過AChEI來提高膽堿能水平被認(rèn)為是增強(qiáng)認(rèn)知和神經(jīng)細(xì)胞功能的治療策略之一。另一種可能有助于治療AD的策略是增加膽堿的再攝取，從而增加突觸前膜乙酰膽堿的合成。這可以通過靶向膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來實(shí)現(xiàn)，為乙酰膽堿的合成提供膽堿。開發(fā)能夠增加質(zhì)膜膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的藥物可能成為未來治療AD的方向[48]。四氫氨基吖啶是美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)的第一種治療AD的AChEI藥物，其作用是增加神經(jīng)元中的乙酰膽堿，但由于肝毒性等不良反應(yīng)的發(fā)生率高已退出市場(chǎng)。目前，已批準(zhǔn)的AChEI包括多奈哌齊、利瓦斯明和加蘭他明，但僅用于AD對(duì)癥治療[49]，尚不能從根本上達(dá)到治愈效果。

多奈哌齊是AChEI的第二代藥物，是一種吲哚芐基哌啶衍生物，但只對(duì)癥用于改善AD患者的認(rèn)知和行為，而不能改變其進(jìn)展[50]。多奈哌齊可逆地與AChE結(jié)合，抑制乙酰膽堿水解，導(dǎo)致突觸內(nèi)乙酰膽堿濃度升高。該藥耐受性良好，有輕微和短暫的膽堿能不良反應(yīng)，這些不良反應(yīng)與胃腸和神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)。

利瓦斯明是AChE和丁酰膽堿酯酶的可逆抑制劑，通過結(jié)合AChE的兩個(gè)活性位點(diǎn)(陰離子和脂質(zhì)位點(diǎn))，從而阻止乙酰膽堿的代謝[49]。利瓦斯明的分解速度較AChE慢，其在突觸通過AChE和丁酰膽堿酯酶進(jìn)行代謝。該藥用于輕中度AD患者的治療，但是口服該藥會(huì)引起惡心、嘔吐、消化不良、腹痛、乏力、食欲減退和體重減輕等不良反應(yīng)，有些患者由于這些不良反應(yīng)而停藥[51]。

加蘭他明是治療輕中度AD患者的標(biāo)準(zhǔn)一線藥物。加蘭他明是一種特異性的三級(jí)異喹啉生物堿，具有雙重作用機(jī)制，是AChE的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，能結(jié)合并激活煙堿型乙酰膽堿受體的α亞基變構(gòu)。接受加蘭他明長(zhǎng)期治療的AD患者整體認(rèn)知功能穩(wěn)定，Wallin等[52]的亞組分析發(fā)現(xiàn)，加蘭他明在認(rèn)知功能低下、ApoE-ε4等位基因發(fā)生率較低的老年患者中獲得的短期反應(yīng)較好，可用于輕中度AD患者的治療。

3.2NMDAR拮抗劑 NMDAR是由兩個(gè)NR1亞基和兩個(gè)NR2亞基或兩個(gè)NR3亞基組成的四聚體。通過NMDAR進(jìn)行的谷胱甘肽傳遞對(duì)于神經(jīng)可塑性、神經(jīng)元存活以及學(xué)習(xí)和記憶的形成至關(guān)重要[53]。NMDAR激活導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流并觸發(fā)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在正常情況下，細(xì)胞外的Mg2+促進(jìn)Ca2+進(jìn)入細(xì)胞并發(fā)揮生理功能，從而抑制NMDAR。鈣調(diào)蛋白依賴性激酶和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白被磷酸化，觸發(fā)形成長(zhǎng)期增強(qiáng)效應(yīng)所需的基因轉(zhuǎn)錄，這是神經(jīng)可塑性和記憶形成的分子基礎(chǔ)。美金剛是第一個(gè)被批準(zhǔn)的針對(duì)NMDAR和谷氨酸通路用于治療中重度AD的藥物，其他NMDAR非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑藥物正在開發(fā)中。目前已有幾種NMDAR非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑進(jìn)入臨床試驗(yàn)，但大多因療效差、不良反應(yīng)大而失敗[54]。NMDAR拮抗劑亟待更大規(guī)模的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，仍需不斷探索新的治療方法。

4 其他輔助治療手段

認(rèn)知訓(xùn)練可能對(duì)輕中度AD患者整體認(rèn)知感及語言流利性的改善有積極影響，且這些益處可以在治療時(shí)獲得延續(xù)[55]。認(rèn)知刺激、音樂療法和心理治療(如認(rèn)知行為療法)等是治療癡呆的有效方式，而AD是導(dǎo)致癡呆最常見的原因，這些干預(yù)措施可以改善患者的抑郁癥和焦慮癥，且有助于提高患者生活質(zhì)量[56]。家庭和其他專業(yè)人員的支持性護(hù)理也是治療AD的主要手段。楊靜等[57]研究表明，采用健康信念模式護(hù)理AD患者可改善患者認(rèn)知功能，提高患者的生活滿意度。建議醫(yī)療保健人員使用這些方法，增強(qiáng)患者的生命體驗(yàn)感。同時(shí)，讓患者待在熟悉的家庭環(huán)境中可以滿足他們的日常需求，從而獲得更高的生活質(zhì)量。

5 小結(jié)與展望

近年來AD發(fā)病率逐漸升高，引起人們的廣泛關(guān)注，因此開展更多與AD相關(guān)的課題具有重要意義。雖然目前的藥物不能阻止AD對(duì)腦細(xì)胞的損害，但有助于減輕或穩(wěn)定患者癥狀，未來迫切需要研發(fā)更加有效的治療AD的藥物。針對(duì)AD患者Aβ聚集的病理特點(diǎn)，考慮從減輕Aβ沉積的角度來治療AD，可以通過使用分泌酶抑制劑減少Aβ生成、接種Aβ疫苗減少Aβ積聚、借助肽類抗聚集物減少Aβ聚集、研發(fā)促進(jìn)Aβ清除或抑制Aβ抗體增加的藥物等手段，也可以進(jìn)一步探索利用丁酰膽堿酯酶抑制劑、β分泌酶抑制劑和γ分泌酶抑制劑等途徑阻止AD的進(jìn)展。對(duì)于有AD風(fēng)險(xiǎn)的患者可以加強(qiáng)體育鍛煉、調(diào)整生活方式并改變膳食結(jié)構(gòu)，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼J(rèn)知訓(xùn)練增強(qiáng)大腦健康，盡可能地減少AD的發(fā)生。