郝智慧 李文杰 崔志杰 王維山 苗君葉 赫榮喬 (北京老年醫(yī)院，北京 00095)

越來越多的基礎(chǔ)和臨床研究證明，甲醛與阿爾茨海默病(AD)可能有因果關(guān)系。實(shí)驗表明，超濃度甲醛可直接損傷神經(jīng)元或神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)，可使動物或人的認(rèn)知、記憶、社會交往和情感異常;甚至可以引起神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTS);過多產(chǎn)生老年斑(SP)。AD病理特征性改變幾乎都可以見到。甲醛在我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上位居第二位〔1〕。暴露在自然環(huán)境中的甲醛進(jìn)入體內(nèi)稱之為外源性甲醛，是預(yù)防醫(yī)學(xué)研究使用較多的有毒化學(xué)物質(zhì)。

1 外源性甲醛影響神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)使認(rèn)知、記憶和行為異常

1.1 影響神經(jīng)化學(xué)物質(zhì) 張明等〔2〕對小鼠低濃度甲醛空氣暴露可引起多巴胺(DP)和五羥-色胺(5-HT)等神經(jīng)化合物改變。楊在明小鼠水迷宮實(shí)驗發(fā)現(xiàn)染毒組小鼠海馬中5-HT;DP;NE含量較正常增加。甲醛濃度在4.02 mg/m3時7 d小鼠進(jìn)入盲端錯誤次數(shù)較未染毒組明顯增加(P＜0.05)〔3〕。

1.2 影響認(rèn)知、記憶和行為 1987年Kilbum等〔4〕對305名組織學(xué)實(shí)驗技術(shù)人員進(jìn)行神經(jīng)行為研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每天暴露甲醛中時間越長;他們在故事記憶、視覺記憶、數(shù)字記憶、靈巧實(shí)驗研究的成績越差。潘綏等〔5〕按世界衛(wèi)生組織推薦NCTB檢測項目測試低甲醛濃度作業(yè)接觸者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺失記憶、注意力、數(shù)字(數(shù)字跨度、視覺保留)、視無知(數(shù)字平碼、簡單反應(yīng)時)有一定影響;手運(yùn)動速度、準(zhǔn)確度(手敏感度、目標(biāo)追蹤)等神經(jīng)行為有一定影響。Heck等〔6〕將F-344小鼠用14C標(biāo)記的甲醛空氣中染毒6 h后，在腦內(nèi)檢測到放射物質(zhì)。

上述試驗表明長時間接觸暴露超標(biāo)甲醛濃度環(huán)境中可使神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)生、釋放、突觸結(jié)合、消除等某些環(huán)節(jié)障礙。對神經(jīng)元或神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)可直接干擾或傷害。使人或動物的認(rèn)知、記憶和行為異常改變。如果接觸的是低濃度甲醛且時間較短神經(jīng)結(jié)構(gòu)或神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)損傷較輕還可以恢復(fù)的。因為甲醛在血中半衰期比較短1～1.5 min。反之，因甲醛含有活潑氫和羥基，能與許多生物分子氨基酸、核苷、蛋白質(zhì)、核苷酸等起反應(yīng)，形成化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的化合物或不可逆的DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)。對神經(jīng)元或神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)造成不可恢復(fù)的傷害。

2 內(nèi)源性甲醛對神經(jīng)系統(tǒng)的損傷

內(nèi)源性甲醛可增加àβ數(shù)量、可使tau蛋白變性、增加氧自由基等與阿爾茨海默病有關(guān)聯(lián)性。童志前等〔7〕用加溫法在人體內(nèi)檢測出少量甲醛。正常值(0.08±4)mmol/L。內(nèi)源性甲醛生成途徑主要有①細(xì)胞色素P450催化N-甲基，S-甲基-復(fù)合物脫甲基后產(chǎn)生甲醛。②氨基脲敏感型胺氧化酶(SSAO)作用氨基丙酮、甲胺等內(nèi)源性物質(zhì)生成甲醛。③核胺氧化酶(LSAI)依從單或二甲基化組蛋白賴氨酸去甲基化過程中生成甲醛等。甲醛最終代謝是以甲酸進(jìn)一步氧化成水和二氧化碳，分別隨呼吸和尿液排除。在此過程中比較重要的酶是甲醛脫氫酶。該酶在人腦的皮質(zhì)、小腦、中腦、神經(jīng)元的核內(nèi)都有不同程度的表達(dá)〔8〕。如果內(nèi)源性甲醛生成過多或清除途徑某環(huán)節(jié)障礙，使內(nèi)源性甲醛在體內(nèi)蓄積，造成對神經(jīng)的傷害。

2.1 甲醛與NFTs AD病理特點(diǎn)是細(xì)胞外NFTs。目前公認(rèn)是由過度磷酸化的tau蛋白聚集而成。中國科學(xué)院生物物理研究所腦與認(rèn)知功能科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室赫榮喬等〔9〕教授研究組用純化的tau蛋白與5%濃度的甲醛溫育24 h后發(fā)生明顯集聚，形成配對螺旋樣二聚體(PHFS)。tau蛋白錯誤折疊成似球狀。類似老年癡呆患者腦內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)的異常超微結(jié)構(gòu)雙螺旋絲和囊狀絲(SF)，其聚集產(chǎn)物有明顯的細(xì)胞毒性故提出“內(nèi)源性甲醛慢性損傷”假說〔10〕。蛋白錯誤折疊似球狀聚集物可導(dǎo)致細(xì)胞代謝障礙和死亡。另外用原子力顯微鏡觀察到聚集物大小為(42.35±2.61)nm占全部顆粒數(shù)的18%～22%。聚集物中央有類似“空狀結(jié)構(gòu)”?？椎闹睆?8.94±1.62)nm。這些“孔道樣”聚集結(jié)構(gòu)可使膜內(nèi)外電解質(zhì)濃度差異常而使細(xì)胞膜電位發(fā)生變化〔11〕。提出“非特異膜孔道損傷”學(xué)說〔12〕。正常的tau蛋白是一種含磷的蛋白質(zhì)。每克分子Tau蛋白中磷的含量2～3 mmol。而在AD患者Tau蛋白被異常磷酸化后，每克分子Tau蛋白中磷的含量達(dá)到5～9 mmol〔13〕。tau蛋白的功能的主要功能是促進(jìn)微管蛋白組裝成微管和維持微管的結(jié)構(gòu)(微管是軸突轉(zhuǎn)運(yùn)的重要結(jié)構(gòu))。tau蛋白在腦中有三型:即胞質(zhì)異常修飾tau-(tau/Ab-tau);異常修飾易容型tau-(ADP-tau)和異常修飾并聚集為雙螺旋型tau(PHF-tau)。結(jié)構(gòu)異常的tau蛋白不僅使自身與微管結(jié)合能力下降，同時還能與正常的微管結(jié)合聚集或解聚而影響軸漿的運(yùn)輸，進(jìn)而造成神經(jīng)元變性。甲醛能使tau蛋白錯誤折疊呈球狀或成“孔道樣”改變是客觀存在的。但在人體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)甲醛是怎樣作用或改變生物學(xué)物質(zhì)tau蛋白的變化過程仍然不清。

2.2 甲醛與SP 細(xì)胞外密集纖維絲樣斑塊(SP)含有40～42個殘留肽段的β淀粉樣蛋白(Αβ)構(gòu)成也是AD病理特征性改變。淀粉樣肽直徑5～10 nm微絲和41～43個氨基酸組成的多肽(β-淀粉樣肽 β-amyloid àβ)。分布在海馬、視丘、杏仁核、尾壯核、豆?fàn)詈撕蚼eynent基底核〔14〕。董自前等將甲醛與tau蛋白溫育24 h后采用剛果紅染色證實(shí)有類淀粉肽樣物質(zhì)存在。研究發(fā)現(xiàn)用轉(zhuǎn)基因鼠(APP/PSI)實(shí)驗觀察3月齡時實(shí)驗鼠腦中甲醛濃度明顯高于對照組(P＜0.05)，6月齡時腦內(nèi)就可見到àβ淀粉樣沉淀〔15〕。àβ是膽堿能神經(jīng)元的重要調(diào)節(jié)物。是維持神經(jīng)功能不可缺少的多肽。它的β-片層結(jié)構(gòu)可促進(jìn)àβ聚集成不溶性纖維;不易被蛋白酶降解，形成極難溶的沉淀，最終形成AD病理所見到的老年斑〔16〕。

2.3 甲醛與老年癡呆患者 各種實(shí)驗均證明無論外源或內(nèi)源性超濃度的甲醛對神經(jīng)元的損害是肯定的。但對老年癡呆患者又是如何呢?本作者與中國科學(xué)院生物物理研究所腦與認(rèn)知科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室對此進(jìn)行臨床研究。診斷依據(jù)美國國立神經(jīng)病學(xué)，語言交流障礙和卒中-老年性癡呆和相關(guān)性疾病工作小組標(biāo)準(zhǔn)(RDA)。評定工具選用簡短精神狀態(tài)量表(MMSE)和臨床癡呆評定表(CDR)。

對臨床病理確診的AD患者腦組織海馬區(qū)域檢測甲醛濃度結(jié)果明顯高于正常死亡腦組織海馬區(qū)域甲醛水平(P＜0.05)〔15〕。董志前等篩查65歲以上老年癡呆患者141名按MMSE得分多少標(biāo)準(zhǔn);分輕、中、重三組與65歲以上正常健康老人33人，進(jìn)行尿甲醛濃度比較研究。結(jié)果正常組尿甲醛濃度0.083;而老年癡呆組分別是0.196、0.293、0.313，相關(guān)系數(shù)為-0.441說明MMSE與老年癡呆程度呈負(fù)相關(guān)。

筆者觀察65歲正常老人30例與很可能AD患者30例，進(jìn)行臨床尿甲醛濃度比較研究。結(jié)果正常組尿甲醛濃度(0.04±0.02)mmol/L明顯低于AD患者(0.26±0.22)mmol/L，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=-5.269，P＜0.01)〔17〕。

臨床研究表明AD患者尿甲醛濃度比正常老年人尿甲醛濃度高。通過臨床AD患者尿甲醛濃度檢測結(jié)果，與實(shí)驗室研究結(jié)論基本相吻合，有一定參考和實(shí)用價值。

3 討論

蛋白質(zhì)集聚是細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外蛋白質(zhì)的一種粘連。聚集的蛋白質(zhì)形成原纖維或者無固定形狀的沉積物?；瘜W(xué)修飾中的磷酸化、糖基化、羥基化在蛋白質(zhì)聚集過程中起著重要的作用。使用Illumina-solexa.DNA序列將甲醛加載到sy5y細(xì)胞株上，可使P25和Gsk3β表達(dá)失調(diào)，說明異常濃度的甲醛與過度磷酸化相關(guān)。

甲醛對人體的傷害是明確和肯定的。實(shí)驗和實(shí)踐表明外源性甲醛對神經(jīng)傷害是急性或亞急性的。首先影響神經(jīng)介質(zhì)的正常功能和代謝。其次是對神經(jīng)結(jié)構(gòu)的損傷和破壞。如果不是長期或過高濃度接觸。對神經(jīng)損傷是短暫的或是一過的。對AD而言并不是重要的危險因素。內(nèi)源性甲醛產(chǎn)生過多或消除環(huán)節(jié)障礙對神經(jīng)的損傷過程雖然是緩慢的;但是是持久的;甚至是不可恢復(fù)的。其損傷的機(jī)制是多因素和復(fù)雜的過程。實(shí)驗室結(jié)果證明甲醛能導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞變性壞死與AD病理極為相似。臨床研究也表明AD患者尿甲醛濃度確實(shí)高于正常老年人。表明內(nèi)源性甲醛與AD有某種關(guān)系。尿甲醛濃度檢查可能是診斷AD的有用生物學(xué)指標(biāo)。

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