何建軍 羅玥佶 張 俊 李廣意 曾 杰

(長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410219)

老年性癡呆癥(AD)是一種與年齡相關(guān)的神經(jīng)退化性疾病，德國(guó)外科醫(yī)生Alois Alzheimer于1907年首先發(fā)現(xiàn)并命名。以大腦皮層退化導(dǎo)致喪失正常的活動(dòng)功能，包括記憶力、判斷力、抽象思維力、推理能力及情感反應(yīng)障礙和性格改變?yōu)橹饕R床特征〔1〕，以顳葉和海馬皮質(zhì)等部位神經(jīng)元丟失、神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFTs)、老年斑(SPs)〔主要成分為β-淀粉樣蛋白Aβ)〕形成為特征性病理改變。AD作為老年人常見的精神疾病，給政府、社會(huì)和患者家庭帶來(lái)巨大的衛(wèi)生服務(wù)負(fù)擔(dān)〔2〕。AD發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，至今仍未全面明確病因。目前關(guān)于其發(fā)病機(jī)制涉及諸多因素，有多種假說(shuō)，這些學(xué)說(shuō)部分地解釋了AD的發(fā)病機(jī)制，包括：Aβ的生成和代謝異常、Tau蛋白異常磷酸化、膽堿能缺失學(xué)說(shuō)、基因遺傳學(xué)說(shuō)、氧化應(yīng)激學(xué)說(shuō)等。本文就AD的病因及發(fā)病機(jī)制做一綜述

1 Aβ的生成和代謝異常

1984年，首次在AD和Down綜合征病人腦膜血管壁中純化并測(cè)得了Aβ氨基酸順序，并隨后發(fā)現(xiàn)其與AD腦內(nèi)SPs中的淀粉樣物質(zhì)為同系物。Aβ通常以Aβ42和Aβ40兩種形式存在。Aβ由淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)經(jīng)β-、γ-分泌酶剪切而來(lái)。其中β分泌酶活性產(chǎn)生于膜性β位點(diǎn)APP切割酶(BACE1)對(duì)APP的切割。BACE1首先在APP肽段中Aβ區(qū)的N端將APP切開，產(chǎn)生一段β可溶性分泌型APP片段和一段長(zhǎng)99個(gè)氨基酸、相對(duì)分子質(zhì)量為12 000 kD的含有完整Aβ的片段(即C99)，后者經(jīng)過(guò)γ-分泌酶在Aβ區(qū)的C端將其切開，得到相對(duì)分子質(zhì)量約為4 000的可溶性Aβ，由于γ-分泌酶的切點(diǎn)不同，得到的Aβ大小也不同，長(zhǎng)度為40～43個(gè)氨基酸不等。由于不同長(zhǎng)度的Aβ聚合能力不同，因此，這種長(zhǎng)度上的差異對(duì)于SPs的形成尤為重要。APP是一種廣泛存在于全身組織細(xì)胞上，并具有膜受體蛋白樣結(jié)構(gòu)的跨膜糖蛋白。APP在神經(jīng)元細(xì)胞膜上主要位于突觸，Aβ是SPs形成的始動(dòng)因子，也是SPs核中的核心成分；Aβ沉積所形成的神經(jīng)炎性斑，即SPs是AD腦內(nèi)特征性病理變化之一；Aβ假說(shuō)認(rèn)為，AD是一種由于基因缺陷直接或間接改變APP表達(dá)或蛋白酶解過(guò)程，從而影響Aβ聚集穩(wěn)定性的病理綜合征，Aβ產(chǎn)生和清除之間的平衡逐漸改變，聚集態(tài)的Aβ累積引發(fā)連串的復(fù)雜反應(yīng)，包括突觸/突起的變化、Tau蛋白磷酸化、遞質(zhì)丟失、神經(jīng)膠質(zhì)增生和炎癥反應(yīng)等，最終出現(xiàn)神經(jīng)元功能失調(diào)、死亡、斑塊形成、NFTs等病理現(xiàn)象。目前發(fā)現(xiàn)有5種APP基因突變導(dǎo)致AD發(fā)生。除了APP基因突變?cè)斐傻腁β過(guò)量產(chǎn)生以外，Aβ自身的清除和降解代謝障礙也是Aβ沉積的重要原因〔3〕。此外，老化機(jī)體對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)的反應(yīng)性下降，外界毒素、感染等因素的參與，也能使機(jī)體對(duì)APP和Aβ的正常代謝發(fā)生紊亂而導(dǎo)致Aβ的異常大量釋放和沉積。

AD主要的病理特征SPs和認(rèn)知能力損傷相關(guān)性不強(qiáng)是導(dǎo)致爭(zhēng)論的重要原因之一，作為SPs的核心成分，Aβ可以引起氧化應(yīng)激、Ca2+內(nèi)流，進(jìn)而損傷線粒體，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)能障礙，激活凋亡相關(guān)蛋白和因子，最終啟動(dòng)細(xì)胞的凋亡過(guò)程。另外，Aβ本身也可形成自由基損傷神經(jīng)元；Aβ引起的細(xì)胞凋亡在AD病神經(jīng)元丟失中起著重要作用；Aβ可作用于膽堿能神經(jīng)元末梢，通過(guò)抑制膽堿的攝取而減少乙酰膽堿合成，減少海馬和皮質(zhì)腦片釋放乙酰膽堿。總之，Aβ是通過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)引發(fā)神經(jīng)毒性作用的，體現(xiàn)出整體上的神經(jīng)功能障礙和行為學(xué)的改變。雖然Aβ引起AD的某些具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究，淀粉樣蛋白級(jí)聯(lián)學(xué)說(shuō)也隨研究的深入處于不斷的修整和完善之中，例如Aβ激活p53、c-jun、c-fos基因表達(dá)的具體機(jī)制，Aβ引起局灶性炎癥反應(yīng)的具體過(guò)程等〔4～7〕。

2 氧化應(yīng)激學(xué)說(shuō)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)細(xì)胞膜富含不飽和脂肪酸，對(duì)氧的利用率最高，腦組織是氧化損傷最易感的器官。各種來(lái)源的氧化應(yīng)激因子都會(huì)對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞造成無(wú)法逆轉(zhuǎn)的氧化損傷，在AD的病理進(jìn)程中發(fā)揮很大的作用。高表達(dá)APP突變的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物大腦中顯示氧化損傷直接與Aβ有關(guān)，AD腦組織神經(jīng)元中蛋白過(guò)氧化增強(qiáng)，NFTs也有大量的蛋白氧化的產(chǎn)物蛋白羰基沉積，氧化應(yīng)激是AD的致病原因之一〔8〕。AD發(fā)病過(guò)程中神經(jīng)細(xì)胞線粒體的異常代謝導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生過(guò)多，AD發(fā)生的關(guān)鍵物質(zhì)Aβ能與線粒體中的乙醇脫氫酶結(jié)合從而影響該酶與受體的結(jié)合及使氧自由基產(chǎn)生增多〔9〕。研究〔8〕表明氧化損傷直接參與了AD等多種神經(jīng)退行性疾病的病理過(guò)程。在AD患者出現(xiàn)神經(jīng)元及病理變化的極早期，在易感神經(jīng)元中就有氧化損傷出現(xiàn)，說(shuō)明氧化損傷是導(dǎo)致疾病的一個(gè)早期因素。

AD患者腦部神經(jīng)元中具有氧化應(yīng)激標(biāo)志物，這些氧化應(yīng)激標(biāo)志物在NFTs還未形成之前就已經(jīng)可以檢測(cè)到。①8-羥基脫氧鳥苷酸(8-OH dG)和8-羥基鳥苷酸(8-OHG)的水平升高標(biāo)志著DNA 和RNA的氧化。在AD患者中，DNA氧化導(dǎo)致的DNA修復(fù)缺陷及DNA斷裂。②蛋白羰基及硝化酪氨酸殘基水平的升高，標(biāo)志著蛋白質(zhì)的氧化修飾。蛋白質(zhì)組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)一些特異性氧化的蛋白，如肌酸激酶，其參與產(chǎn)生用于ATP 合成的高能磷酸鍵。這些蛋白的氧化修飾可導(dǎo)致AD患者的代謝損傷。③氧化過(guò)程可使蛋白相互交聯(lián)，蛋白在高度泛素化后，無(wú)法在細(xì)胞內(nèi)及胞外清除。④硫代巴比妥酸活性底物、丙二醛水平的升高及磷脂成分的改變，標(biāo)志著磷脂的氧化。⑤糖基化水平的升高標(biāo)志著對(duì)糖類的氧化修飾。明確氧化損傷的來(lái)源及有效的抗氧化途徑，對(duì)理解AD等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制及發(fā)展新型的治療方法有很重要的意義。

3 Tau蛋白異常磷酸化

Tau蛋白是純化微管蛋白時(shí)，分離出一種與微管組裝密切相關(guān)的含磷糖蛋白。作為重要的細(xì)胞骨架系統(tǒng)，微管參與維持神經(jīng)元形態(tài)、軸索形成和樹突狀進(jìn)程，在健康神經(jīng)元中充當(dāng)軸突和樹突細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ馈?0，11〕。Tau蛋白在AD患者腦內(nèi)磷酸化程度高出正常人3～4倍。在AD患者腦內(nèi)存在3種Tau蛋白，即細(xì)胞質(zhì)正常Tau蛋白(C-Tau)、過(guò)度磷酸化易溶型Tau蛋白(ADP-Tau)和聚集成PHF的Tau蛋白(PHF-Tau)。蛋白磷酸酯酶介導(dǎo)的Tau蛋白去磷酸化是維持細(xì)胞內(nèi)磷酸化/去磷酸化平衡的關(guān)鍵因素，蛋白磷酸酯酶的活性降低或功能障礙是神經(jīng)退行性疾病細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)Tau聚集的重要原因之一〔12，13〕。Tau蛋白過(guò)度磷酸化是AD發(fā)病機(jī)制的早期事件。在NFTs形成之前，觀察到神經(jīng)細(xì)胞丟失，開始出現(xiàn)記憶和認(rèn)知功能損傷，說(shuō)明Tau蛋白過(guò)度磷酸化起了關(guān)鍵作用。過(guò)度磷酸化Tau蛋白不僅喪失促微管組裝的生物學(xué)活性，且對(duì)蛋白水解酶的抗性增加，產(chǎn)生神經(jīng)毒性。一方面與微管分離，加速微管解聚；另一方面自身聚集促進(jìn)PHF形成，PHF進(jìn)一步聚集形成細(xì)胞內(nèi)的NFTs〔14，15〕。此外，高度磷酸化的Tau蛋白易于聚集形成不可溶的纖維狀纏結(jié)，進(jìn)一步影響神經(jīng)功能。在AD中最早出現(xiàn)Tau蛋白病理改變的區(qū)域是在橫跨內(nèi)嗅區(qū)，然后進(jìn)一步影響海馬及杏仁核，最后影響整個(gè)大腦皮層及相關(guān)腦區(qū)〔16～19〕。

4 膽堿能缺失學(xué)說(shuō)

AD患者腦內(nèi)明顯出現(xiàn)膽堿能神經(jīng)元丟失，膽堿能受體(如毒蕈堿樣受體和尼古丁受體)密度降低，導(dǎo)致突觸部位的乙酰膽堿(Ach)水平下降，影響人的短期注意力和記憶力，在AD發(fā)病中起重要作用〔20〕。乙酰膽堿酯酶(AchE)具有多種分子形式，AchE在AD患者尸體腦部的水平比在正常無(wú)病癥的同年齡尸體腦部的水平顯著降低；且有實(shí)驗(yàn)〔21〕證明，在AD患者的腦脊液和腦組織中Ach轉(zhuǎn)移酶和AchE活性及Ach的合成、釋放、攝取等功能下降。β-淀粉樣斑塊內(nèi)及周圍的AchE活性反而升高，這種異常可能是β-淀粉樣肽誘導(dǎo)引起，也可能是高濃度的β-淀粉樣肽誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡表達(dá)了AchE，從而導(dǎo)致AchE活性升高。同時(shí)，AD腦脊液和額葉皮層中的AchE糖基化異常，此改變可以反映腦中AchE分子型分布的改變。

5 基因遺傳學(xué)說(shuō)

大量研究證實(shí)，衰老基因、抗衰老基因、原癌基因可能與AD的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。早老素基因(PS)-1和PS-2的突變，導(dǎo)致家族性AD。PS-1突變可引起神經(jīng)元的發(fā)育和分化障礙，引起神經(jīng)元退行性變，PS-2突變通過(guò)p53依賴途徑參與細(xì)胞凋亡過(guò)程。PS直接參與γ-分泌酶剪切。PS突變可使正常的γ-分泌酶剪切位點(diǎn)向羧基端移2個(gè)氨基酸，引起APP的異常加工，導(dǎo)致生成的Aβ中Aβ42顯著增加，形成Aβ淀粉樣沉積。研究顯示，PS基因突變的AD患者，其胞質(zhì)和大腦中的Aβ42沉積明顯增加〔22，23〕。

Sirt1是沉默信息調(diào)節(jié)因子(SIR)2在哺乳動(dòng)物的同源基因，介導(dǎo)多種影響細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)錄因子和細(xì)胞代謝狀態(tài)的調(diào)節(jié)。Sirt1結(jié)合并去乙?；[瘤抑制基因p53，抑制p53介導(dǎo)的凋亡。Sirt1可與p53共同定位于前髓細(xì)胞性白血病蛋白(PML)核小體，抑制PML介導(dǎo)的p53乙?；凹?xì)胞衰老，Sirt1在神經(jīng)元及腦的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，同時(shí)亦參與AD中APP的代謝，在AD發(fā)病進(jìn)程中有重要作用。激活的Sirt1去乙?；疐OXO3a，使其失活，下調(diào)下游Rho激酶(ROCK)1的表達(dá)，抑制α-分泌酶介導(dǎo)的非淀粉樣蛋白形成途徑，AD患者皮質(zhì)Sirt1 mRNA及蛋白質(zhì)的表達(dá)分別比正常人低29%和45%，且與大腦皮質(zhì)Aβ和Tau蛋白的聚集呈負(fù)相關(guān)〔24～26〕。

綜上，隨著醫(yī)學(xué)發(fā)展，各類新型藥物的出現(xiàn)必將對(duì)抗AD的治療發(fā)揮重大作用，尋找能夠阻斷AD病程發(fā)展的多靶點(diǎn)藥物，具有更重要的意義。設(shè)計(jì)多靶向治療AD的藥物、尋找多靶點(diǎn)作用的中藥、神經(jīng)干細(xì)胞治療AD已成為抗AD治療的新方向。相信隨著對(duì)AD的病因和病理機(jī)制的深入，用先進(jìn)的研究方法和手段來(lái)揭示AD的機(jī)制，開發(fā)新藥，將會(huì)取得較好社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

6 參考文獻(xiàn)

1Michel BF,Luciani V,Geda YE,etal.In Alzheimer's disease,the clinical expression of behavioral and psychological signs and symptoms is early and specific of neuropathological stages〔J〕.Encephale,2010；36(4):314-25.

2肖增平.老年癡呆的發(fā)病機(jī)制及治療的研究進(jìn)展〔J〕.中國(guó)老年學(xué)雜志,2008；28(1):155-7.

3Mortimer JA,Snowdon DA,Markesbery WR.Small head circumference is associated with less education in persons at risk for Alzheimer disease in later life〔J〕.Alzheimer Dis Assoc Disord,2008；22(3):249-54.

4Bennet AM,Di Angelantonio E,Ye Z.Association of apolipoprotein E genotypes with lipid levels and coronary risk〔J〕.JAMA,2007；298(11):1300-11.

5Nawrot B.Targeting BACE with small inhibitory nucleic acidsa future for Alzheimer's disease therapy〔J〕? Acta Biochim Pol,2004；51(2):431-44.

6Rovelet-Lecrux A,Hannequin D,Raux G,etal.APP locus duplication causes autosomal dominant early-onset Alzheimer disease with cerebral amyloid anglopethy〔J〕.Nat Genet,2006；38(1):24-6.

7Steinhilb ML,Dias-Santagata D,Fulga TA.Tau phosphorylation sites work in concert to promote neurotoxicity in vivo〔J〕.Mol Bid Cell,2007；18(12):5060-8.

8Butterfield DA,Reed T,Newman SF.Roles of amyloid beta-peptide-associated oxidative stress and brain protein modifications in the pathogenesis of Alzheimer's disease and mild cognitive impairment〔J〕.Free Radic Biol Med,2007；43(5):658-77.

9Yan SD,Stem DM.Mitechondrial dysfunction and Alzheimer's disease；role of amyloid-beta peptide alcohol dohydrogunase(ABAD)〔J〕.Int J Exp Pathol,2005；86(3):161-71.

10Mocanu MM,Nissen A,Eckermann K.The potential for β-structure in the repeat domain of tau protein determines aggregation,synaptic decay, neuronal loss,and coassembly with endogenous Tau in inducible mouse models of tauopathy〔J〕.J Neurosci,2008；28(3):737-48.

11Castellani RJ,Nunomura A,Lee HG,etal.Phosphorylated tau:toxic,protective,or none of the above〔J〕.J Alzheimer Dis,2008；14(4):377-83.

12Clavaguera F,Bolmont T,Crowther RA,etal.Transmission and spreading of tauopathy in transgenic mouse brain〔J〕.Nat Cell Biol,2009；11(7):909-13.

13Wang JZ,Grundke-Iqbal I,Iqbal K,etal.Kinases and phosphatases and tau sites involved in Alzheimer neurofibrillary degeneration〔J〕.Eur J Neurosci,2007；25(1):59-68.

14Jellinger KA.Challenges in neuronal apoptosis〔J〕.Curt Alzheimer Res,2006；3(4)：377-91.

15高 清,吳 波.細(xì)胞凋亡與細(xì)胞骨架的改變〔J〕.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào),2008；21(8):877-80.

16Alonso AC,Li B.Grundke-Iqbal Ⅰ polymerization of hyperphosphorylated tau into filaments eliminates its inhibitory activity〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2006；103(23)：8864-9.

17Ash AD,Aliev G,Siedlak SL.Microtubule reduction in Alzheimer′s disease and aging is independent of tau filament formation〔J〕.Am J Pathol,2003；162(5):1623-7.

18Lapointe NE,Morfini G,Pigino G.The amino terminus of tau inhibits kinesin-dependent axonal transport：implications for filament toxicity〔J〕.J Neurosci Res,2009；87(2)：440-51.

19Lane RM,Potkin SG,Enz A.Targeting acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase in dementia〔J〕.Int J Neuropsychopharmacol,2006；9(1):101-24.

20Yoo JH,Valdovinos MG,Williams DC,etal.Relevance of donepezil in enhancing learning and memory in special populations:a review of the literature〔J〕.J Autism Dev Disord,2007；37(10):1883-901.

21Elder GA,Gama Sosa MA,Gasperi R,etal.Presenilin transgenic mice as models of Alzheimer's disease〔J〕.Brain Struct Funet,2010；214(2-3):127-43.

22Alvesda Costa C,Paitel E,Mattson MP,etal.Wild-type and mutated presenilins 2 trigger p53-dependent apoptosis and down-regulate presenilin 1 expression in HEK293 human cells and in murine neurons〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2002；99(6):4043-8.

23Van Leeuwen I,Lain S.Sirtuins and p53〔J〕.Adv Cancer Res，2009；102:171-95.

24Yeung F，Hoberg JE，Ramsey CS.Modulation of NF-kappaB-dependent transcription and cell survival by the Sirt 1 deacetylase〔J〕.EMBO J,2004；23(12):2369-80.

25Tang BL.Alzheimer's disease:channeling APP to non-amyloidogenic processing〔J〕.Biochem Biophys Res Commun,2005；331(2):375-8.

26Chakraborty M,Qiu SG.Vasudevan KM Par-4 drives trafficking and activation of Fas and Fasl toinduce prostate cancer cell apoptosis and tumor regression〔J〕.Neuropathol Exp Neurol,2001；61(19):7255-63.