基于類淋巴系統(tǒng)機(jī)制治療阿爾茨海默病的研究進(jìn)展

路正釗 路欣 李峰

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)通常被認(rèn)為不包含淋巴管或淋巴循環(huán)，缺乏清除大腦代謝物的淋巴途徑。類淋巴系統(tǒng)(glymphatic system)[1]和腦膜淋巴管的相繼發(fā)現(xiàn)，證實(shí)大腦中存在著與淋巴系統(tǒng)相似的代謝廢物清除途徑。腦脊液可以經(jīng)由血管周圍間隙，將腦實(shí)質(zhì)中的代謝廢物定向運(yùn)輸?shù)侥X外頸深淋巴結(jié)進(jìn)行清除，遂將此途徑命名為類淋巴系統(tǒng)途徑[2]。阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)是一種存在異常蛋白清除障礙的疾病，類淋巴代謝通路的發(fā)現(xiàn)為AD提供了新的治療靶點(diǎn)。本文回顧類淋巴系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)，并對影響類淋巴系統(tǒng)的相關(guān)因素及類淋巴系統(tǒng)在AD中的相關(guān)治療進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 類淋巴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

類淋巴系統(tǒng)由腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)、血管周圍間隙(又稱Virchow-Robin腔)、水通道蛋白4(aquaporin 4，AQP4)及腦間質(zhì)液(interstitial fluid，ISF)共同組成，在CNS中具有清除代謝廢物的功能，其循環(huán)途徑見圖1[1]。

注：CSF：腦脊液；AQP4：水通道蛋白4；SSS：上矢狀竇 圖 1 類淋巴系統(tǒng)的循環(huán)途徑[1]

在大腦皮層表面，腦動脈走行于蛛網(wǎng)膜下腔中，經(jīng)由軟腦膜包繞深入到腦實(shí)質(zhì)中，延伸為穿支動脈。在軟腦膜與穿支動脈之間形成的間隙稱為血管周圍間隙。蛛網(wǎng)膜下腔中的CSF可以進(jìn)入到動脈周圍間隙中，隨后在血管壁搏動的驅(qū)動下，通過圍繞在動脈周圍間隙的星形膠質(zhì)細(xì)胞終足膜上的AQP4[3]，由血管周圍間隙流入到腦實(shí)質(zhì)中形成ISF的一部分〔此過程稱為CSF的流入(CSF influx)〕。ISF在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)進(jìn)行彌散，分布到腦的各個區(qū)域。隨后，部分ISF攜帶著腦實(shí)質(zhì)中的代謝廢物，經(jīng)由星形膠質(zhì)細(xì)胞終足膜上的AQP4蛋白，進(jìn)入到靜脈的血管周圍間隙中，此過程稱為ISF的流出(ISF efflux)。這些靜脈周圍間隙中的液體一部分直接進(jìn)入腦膜淋巴管，另一部分先匯入硬腦膜竇，再進(jìn)入腦膜淋巴管中，腦膜淋巴管中的液體最終流向頸深淋巴結(jié)，其中的代謝廢物在頸深淋巴結(jié)中被清除[4]。

2 類淋巴系統(tǒng)與AD的關(guān)系

2.1 類淋巴系統(tǒng)在AD中的作用目前認(rèn)為AD主要病理變化是β淀粉樣蛋白(amyloid-beta protein，Aβ)和磷酸化tau蛋白在腦內(nèi)的異常沉積，而蛋白清除途徑受損是異常沉積的原因之一。目前已知的蛋白清除途徑包括泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，細(xì)胞自噬途徑和經(jīng)由血腦屏障(blood brain barrier，BBB)清除途徑。近年研究發(fā)現(xiàn)類淋巴系統(tǒng)在大分子蛋白(如Aβ)的清除中也發(fā)揮著重要作用。

在過表達(dá)Aβ蛋白的AD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，Aβ在頸部和腋窩淋巴結(jié)中濃度很高，但在脾臟和其他外周組織中幾乎檢測不到，表明腦內(nèi)Aβ可以進(jìn)入到外周淋巴系統(tǒng)中進(jìn)行清除。研究發(fā)現(xiàn)，在AD中向外周轉(zhuǎn)運(yùn)的Aβ減少，這與AD患者中的類淋巴系統(tǒng)功能降低有關(guān)[5]；同時AD中存在腦膜淋巴管受損現(xiàn)象，也會影響腦實(shí)質(zhì)中Aβ最終經(jīng)頸深淋巴結(jié)清除。

2.2 影響類淋巴系統(tǒng)的因素近年來越來越多的實(shí)驗(yàn)證明，多種因素參與調(diào)控和介導(dǎo)了類淋巴系統(tǒng)的功能，進(jìn)而影響了AD的疾病進(jìn)程，下文介紹幾類目前研究較多的影響因素。

2.2.1AQP4蛋白：AQP4蛋白是介導(dǎo)Aβ向腦外清除的關(guān)鍵蛋白之一。Rosu等[6]通過雙光子顯微鏡發(fā)現(xiàn)Aβ通過星形膠質(zhì)細(xì)胞上的AQP4蛋白進(jìn)入到CSF，進(jìn)而匯入到外周淋巴組織。在AQP4基因敲除的小鼠中，腦內(nèi)可溶性Aβ增加了25%～50%，其機(jī)制并非是影響Aβ的合成或降解過程，而是通過減少CSF的流入和ISF的流出，使Aβ向腦外的清除減少[3]。

AD中存在著星形膠質(zhì)細(xì)胞的極化(polarization)現(xiàn)象，表現(xiàn)為細(xì)胞上的AQP4移位，即終足膜上的AQP4減少，終足膜以外區(qū)域的AQP4增多[7]，進(jìn)而導(dǎo)致CSF-ISF交換障礙，腦中Aβ和磷酸化tau蛋白的清除異常。雖然存在磷酸化tau蛋白病理表現(xiàn)的AD小鼠模型中腦內(nèi)AQP4的mRNA與蛋白表達(dá)增多，但由于AQP4移位，類淋巴系統(tǒng)對磷酸化tau蛋白的總體清除下降，進(jìn)而可能增加tau蛋白在神經(jīng)元間的累積分布，促進(jìn)疾病的進(jìn)展[8]。

2.2.2自然睡眠和麻醉狀態(tài)：在自然睡眠和麻醉狀態(tài)下，Aβ可以通過類淋巴系統(tǒng)進(jìn)行清除。Xie等[9]發(fā)現(xiàn)在自然睡眠狀態(tài)下，CSF-ISF的對流交換顯著增加，類淋巴系統(tǒng)清除代謝廢物的功能增強(qiáng)，同時觀察到CSF-ISF的液體交換主要發(fā)生于非快速動眼期(non-rapid eye movement，NREM)中的慢波睡眠(slow wave sleep，SWS)期。臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，急性睡眠剝奪會導(dǎo)致健康成人的右側(cè)海馬和丘腦的Aβ負(fù)荷顯著增加，同時，小鼠過表達(dá)AQP4可以改善慢性睡眠剝奪所導(dǎo)致的代謝廢物異常累積，這表明睡眠參與了類淋巴系統(tǒng)對異常蛋白的清除過程。因此，激活類淋巴系統(tǒng)的清除功能以清除大腦在清醒時所產(chǎn)生的神經(jīng)毒性廢物可能是睡眠的功能之一。

麻醉劑的使用同樣會影響類淋巴系統(tǒng)。研究表明，處于麻醉狀態(tài)的小鼠的類淋巴系統(tǒng)功能增強(qiáng)。但另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示，清醒時小鼠CSF循環(huán)相對活躍，而大劑量麻醉劑會抑制CSF循環(huán)與類淋巴系統(tǒng)引流[10]。關(guān)于麻醉劑的種類、劑量、麻醉方式及標(biāo)志物的分子大小等對于類淋巴系統(tǒng)的影響目前所知甚少，還有待進(jìn)一步探索。

2.2.3去甲腎上腺素系統(tǒng)：越來越多研究表明，去甲腎上腺素系統(tǒng)可以調(diào)控類淋巴系統(tǒng)的功能。去甲腎上腺素的腦內(nèi)濃度與類淋巴系統(tǒng)的蛋白清除速率成負(fù)相關(guān)，與腦間質(zhì)空間體積成負(fù)相關(guān)。當(dāng)去甲腎上腺素系統(tǒng)被抑制時，去甲腎上腺素濃度降低，使得星形膠質(zhì)細(xì)胞體積減小，腦間質(zhì)空間可擴(kuò)大60%，CSF與ISF有更充分的空間進(jìn)行對流交換，類淋巴系統(tǒng)清除Aβ功能增強(qiáng)。當(dāng)去甲腎上腺素濃度升高時，作用于腎上腺素能β受體，使星形膠質(zhì)細(xì)胞體積增大，腦間質(zhì)空間減小，類淋巴系統(tǒng)清除Aβ功能減弱[11]。上述觀點(diǎn)目前尚存在爭議。有研究顯示，在高碳酸血癥小鼠中，血管舒張可能會減緩血管周圍的CSF-ISF交換[12]，這表明小動脈擴(kuò)張可以減少血管周圍間隙的體積。另有研究顯示，去甲腎上腺素系統(tǒng)抑制的同時會使腦血管的小動脈擴(kuò)張[13]，而CSF-ISF交換正是沿著這些間隙進(jìn)行的[2]。這種血管舒縮性的改變對血管周圍CSF-ISF交換的調(diào)節(jié)作用可能是未來研究的一個重要方向。

2.2.4動脈搏動：動脈搏動為類淋巴系統(tǒng)中液體的流動提供了驅(qū)動力。早在類淋巴系統(tǒng)概念提出之前即有研究表明，心臟收縮為CNS血管周圍間隙的液體流動提供了動力。Iliff等[14]對小鼠腦血管的平均搏動率進(jìn)行測量，并評估了熒光劑進(jìn)入和流出腦實(shí)質(zhì)的速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頸內(nèi)動脈結(jié)扎使動脈搏動率明顯降低(50%)，同時血管旁CSF-ISF交換速率減緩，而多巴酚丁胺使動脈搏動率提高了60%，同時血管旁CSF-ISF交換速率增加。這些發(fā)現(xiàn)表明，腦動脈搏動是CSF流入腦實(shí)質(zhì)和在腦實(shí)質(zhì)彌散的關(guān)鍵驅(qū)動因素之一。

2.2.5其他：其他影響類淋巴系統(tǒng)功能的因素還包括腦膜淋巴管[15]、動物體位[16]、分流術(shù)[17]、光生物調(diào)節(jié)[18]等，但目前對于這些因素的研究較少。

3 AD中類淋巴系統(tǒng)相關(guān)的治療方式

3.1 影響AQP4的藥物

3.1.1人類臍帶血細(xì)胞(human umbilical cord blood cells，HUCBC)移植：AD模型研究顯示，HUCBC輸注可以改善AD小鼠模型的運(yùn)動和認(rèn)知功能、延緩AD病理進(jìn)程。HUCBC移植治療可使AQP4、microRNA-126(miR-126)表達(dá)增加。其中miR-126是一種分泌因子，在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能、促進(jìn)血管生成方面發(fā)揮重要作用。HUCBC移植同時使轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)表達(dá)減少，抑制TGF-β增加引起的腦血管硬化，進(jìn)而促進(jìn)了通過血管周圍途徑的腦代謝廢物清除，顯著改善了類淋巴系統(tǒng)功能[19]，使經(jīng)由此途徑清除的Aβ增加，腦中的淀粉樣斑塊負(fù)荷減低。

3.1.2多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFAs)：越來越多證據(jù)表明，增加PUFAs攝入可能對腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病(如AD)有預(yù)防與治療作用，其機(jī)制可能與降低大腦葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1(glucose transporter 1，GLUT1)表達(dá)、增加Aβ經(jīng)由BBB途徑清除、改善類淋巴系統(tǒng)功能有關(guān)。

PUFAs可以通過改善AQP4的功能來改善小鼠的類淋巴系統(tǒng)功能，N-3多不飽和脂肪酸(n-3 PUFAs)中的二十二碳六烯酸與亞麻酸都顯示出對APQ4的改善作用。通過膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)抗體和AQP4抗體對星形膠質(zhì)細(xì)胞上的AQP4進(jìn)行定位，fat-1轉(zhuǎn)基因(可額外增加體內(nèi)n-3 PUFAs產(chǎn)生)小鼠與補(bǔ)充魚油的野生鼠均可以抑制Aβ誘導(dǎo)的AQP4的移位與腦內(nèi)Aβ清除增加，表明內(nèi)源或外源性補(bǔ)充n-3 PUFAs均可增強(qiáng)CSF-ISF對流交換，使類淋巴系統(tǒng)途徑的Aβ清除增加[20]。

3.2 促進(jìn)睡眠藥物與麻醉類藥物

3.2.1褪黑素：褪黑素是一種與晝夜節(jié)律同步的神經(jīng)激素，其可以延長睡眠時間，提高睡眠質(zhì)量，改善晝夜節(jié)律紊亂，同時褪黑素與AD的進(jìn)展緊密相關(guān)。臨床試驗(yàn)表明褪黑素對輕、中度AD患者的認(rèn)知功能有明顯改善，其可能作用機(jī)制之一是睡眠中經(jīng)由類淋巴系統(tǒng)途徑清除的Aβ增加[21]。

3.2.2麻醉劑：麻醉劑對類淋巴系統(tǒng)的影響，目前還存在爭議。有實(shí)驗(yàn)表明氯胺酮/賽拉嗪對類淋巴系統(tǒng)的CSF腦外引流促進(jìn)作用大于右美托咪定，但也有實(shí)驗(yàn)表明氯胺酮/賽拉嗪、異氟烷等對CSF流動、CSF-ISF對流交換有抑制作用[10]。這些研究的結(jié)果差異可能與實(shí)驗(yàn)動物模型的不同有關(guān)。

3.2.3其他：食欲素受體拮抗劑是一類新興的促睡眠藥物，萊博雷生(lemborexant)已被證明可以改善入睡困難型失眠和保持睡眠障礙性失眠[22]，目前，一項(xiàng)探究萊博雷生對于類淋巴系統(tǒng)功能影響的臨床試驗(yàn)正在日本啟動[23]。生物鐘靶向藥物，如川陳皮素(nobiletin)，為時鐘調(diào)節(jié)基因REV-ERBs的拮抗劑，也被證明可以延緩APP/PS1小鼠中AD的病理進(jìn)程，但目前還缺少相關(guān)實(shí)驗(yàn)探究時鐘調(diào)節(jié)基因影響類淋巴系統(tǒng)的具體分子機(jī)制。

3.3 去甲腎上腺素受體拮抗劑此類藥物主要代表為右美托咪定，是一種選擇性α2-腎上腺素能激動劑，靜脈或鞘內(nèi)注射右美托咪定可以增加小分子藥物從CSF向腦實(shí)質(zhì)的運(yùn)輸。之前理論認(rèn)為，右美托咪定通過誘導(dǎo)睡眠增強(qiáng)淋巴系統(tǒng)功能，而另有實(shí)驗(yàn)證明，右美托咪定+低劑量異氟醚組的大鼠CSF與ISF之間的物質(zhì)交換速率較單獨(dú)異氟醚麻醉大鼠增強(qiáng)32%，表明右美托咪定不單純通過誘導(dǎo)睡眠，還可以通過其他機(jī)制影響類淋巴系統(tǒng)，其中之一即抑制去甲腎上腺素分泌[24]，但此實(shí)驗(yàn)存在爭議，因測量腦電圖時需在腦內(nèi)放置電極片，而電極片可能引起腦膜淋巴管增生，進(jìn)而增強(qiáng)類淋巴系統(tǒng)的引流[25]，因此還需進(jìn)一步排除此因素的干擾。

3.4 促進(jìn)血管動力的藥物

3.4.1西洛他唑：西洛他唑是一種Ⅲ型磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)抑制劑，目前用于缺血性腦卒中和周圍血管疾病的二級預(yù)防，回顧性研究發(fā)現(xiàn)西洛他唑還可以降低腦血管病人群癡呆的風(fēng)險(xiǎn)，提高輕度認(rèn)知障礙人群的認(rèn)知水平[26]。腦內(nèi)有Aβ沉積的患者的血管平滑肌細(xì)胞中PDE-3表達(dá)上調(diào)，西洛他唑通過抑制PDE-3上調(diào)，抑制周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的變性，提高血管順應(yīng)性，促進(jìn)血管周圍可溶性Aβ1-40的引流，從而改善患者認(rèn)知功能障礙。

此外，西洛他唑還可能通過增加脈搏頻率、延長脈搏持續(xù)時間來增強(qiáng)CSF流動的驅(qū)動力，同時，也可以通過促進(jìn)淋巴內(nèi)皮的增殖加快淋巴流動，來增加腦膜淋巴管的淋巴引流，增強(qiáng)類淋巴循環(huán)的清除功能[27]。

其他磷酸二酯酶抑制劑，如咖啡因[28]、咯利普蘭[29]、優(yōu)克那非[30-31]、他達(dá)拉非[31]、西地那非[32]也均可增加腦血管Aβ清除、改善認(rèn)知障礙，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.4.2丁基苯酞：丁基苯酞是一種常用的神經(jīng)保護(hù)藥物，可以緩解輕中度AD患者的認(rèn)知障礙[33]。丁基苯酞可以增加星形膠質(zhì)細(xì)胞終足膜上的AQP4數(shù)量，抑制AQP4的移位，從而增強(qiáng)類淋巴系統(tǒng)對于Aβ的清除，改善認(rèn)知功能。丁基苯酞也可通過增加腦血管搏動，促進(jìn)Aβ向血管周圍間隙流動，同時這一作用可以被普萘洛爾抑制[34]。

3.4.3氯沙坦：氯沙坦是血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑類的抗高血壓藥物。近些年逐漸發(fā)現(xiàn)其對部分CNS疾病也存在藥理學(xué)作用，如氯沙坦可以降低卒中型自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneous hypertensive rat-stroke prone，SHRSP)血管周圍的Aβ負(fù)荷。氯沙坦可以增強(qiáng)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的作用，而VEGF對腦血管具有雙向作用，既可增大血管通透性、損害代謝物清除的BBB途徑，又可改善血管內(nèi)皮功能，從而提高血管順應(yīng)性，增強(qiáng)動脈搏動的傳播，為CSF的流動提供驅(qū)動力，促進(jìn)Aβ流入血管周圍間隙進(jìn)而被清除[35]。

綜上，類淋巴系統(tǒng)作為AD研究的新型靶點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注。但目前的研究主要集中于小型臨床試驗(yàn)與動物組織學(xué)層面，缺少成熟的、大規(guī)模臨床試驗(yàn)研究，特別是缺少分子機(jī)制水平的深入探討。目前對于食欲素受體拮抗劑和去甲腎上腺素受體拮抗劑等藥物的研究較少，同時針對時鐘調(diào)節(jié)基因、APQ4基因的藥物也可能成為治療AD藥物的方向?？傊惲馨拖到y(tǒng)是腦內(nèi)清除代謝廢物的重要途徑，其發(fā)現(xiàn)為AD的治療開辟了新的道路，更深入的機(jī)制探究和應(yīng)用仍有待進(jìn)一步開展。