劉安平 陳 剛 李 萍

(湖北中醫(yī)藥大學(xué)，湖北 武漢 430065)

腦衰老神經(jīng)組織的超微病理變化特點

劉安平1陳 剛 李 萍

(湖北中醫(yī)藥大學(xué)，湖北 武漢 430065)

腦衰老；超微病理

腦的衰老在人體衰老中占有重要地位，許多老年性疾病與腦的衰老密切相關(guān)，因而越來越成為專家學(xué)者研究的熱點。隨著電子顯微技術(shù)的發(fā)展，諸多專家學(xué)者從形態(tài)結(jié)構(gòu)層面探索了衰老時腦神經(jīng)組織的超微病理變化，現(xiàn)做扼要介紹。

1 衰老腦組織樣本

衰老腦組織樣本來源主要是衰老模型動物，建立腦衰老模型的動物種類常用的有SD 大鼠、轉(zhuǎn)基因小鼠、快速衰老小鼠，以及昆明種小鼠、上海種小鼠、兔、狗、猴等〔1,2〕。研究腦衰老的動物模型目前主要有：用D- 半乳糖誘導(dǎo)的衰老模型；鏈脲佐菌素(STZ) 誘發(fā)糖尿病引起的腦老化動物模型；動物去勢模擬的衰老模型；老年動物的自然衰老模型、近交系培育衰老模型等。例如賀改英等〔3〕用雄性SD大鼠老年組作為衰老模型動物，探討銀杏葉提取物(GBE50)對衰老模型大鼠前額葉皮層和海馬炎性細胞因子以及膠質(zhì)細胞損傷的作用及可能的機制；吳立蓉等〔4〕考察益壽丸對D- 半乳糖致衰老模型小鼠腦線粒體DNA缺失突變的影響；并在透射電鏡下對衰老動物腦組織線粒體的超微結(jié)構(gòu)進行觀察；饒娜等〔5〕選用昆明種小鼠，頸背部皮下注射D- 半乳糖造衰老動物模型，透射電鏡觀察小鼠海馬細胞超微結(jié)構(gòu)的變化等。亦有見來源于人腦組織的樣本，例如：張雷等〔6〕對取自不同年齡組動靜脈畸形或動脈瘤病人的腦皮層標(biāo)本進行了電鏡觀察。近年來，轉(zhuǎn)基因小鼠基因打靶技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因小鼠、近交系培育篩選出的快速衰老小鼠動物模型在腦衰老的研究中被廣泛應(yīng)用。

其他尚有用果蠅作為動物模型研究增齡相關(guān)神經(jīng)組織衰退的超微形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，例如：Haddadi等〔7〕觀察了15 d齡果蠅與50 d齡果蠅大腦額前頁神經(jīng)組織突觸的數(shù)量、可塑性以及線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。在研究生物衰老和增齡性功能損傷中，果蠅被認為是一種理想的實驗動物，這是因為它們的生命周期短并且其與增齡相關(guān)的神經(jīng)功能衰退與人類相似。

衰老腦組織的取樣部位主要集中在海馬CA1區(qū)、CA3區(qū)及大腦皮層額前頁，其他尚見于下丘腦弓狀核、藍斑等部位。許多學(xué)者首選海馬作為研究腦衰老的理想取樣部位，一方面因為無論在正常老化還是老年性癡呆,其病理改變主要見于海馬和大腦皮質(zhì)〔8〕。另一方面，海馬與學(xué)習(xí)、記憶密切相關(guān)，對缺血、 缺氧、癲癇、衰老和化學(xué)損害劑等許多致病因素較敏感。最主要的是與海馬的構(gòu)筑特點有關(guān)：單一的細胞層次(海馬和齒狀回分別以錐體細胞和顆粒細胞密集排列形成單一的細胞層)、高度有序化的板層結(jié)構(gòu)、各種神經(jīng)成分相對獨立的分布、連續(xù)而有序的四級神經(jīng)元回路(從內(nèi)嗅區(qū)到齒狀回顆粒細胞、CA3區(qū)錐體細胞、CA1區(qū)錐體細胞，再到內(nèi)嗅區(qū))，使得它為許多觀察和分析提供了便利〔9〕。而CA1區(qū)、CA3區(qū)是海馬本部兩個重要亞區(qū)，對缺血、損傷和衰老最易感。有學(xué)者認為藍斑與腦的衰老亦有明顯聯(lián)系。藍斑是腦橋頭端被蓋背外側(cè)部的一個小核團〔10〕，它與腦內(nèi)多種功能有關(guān)，如心血管活動、呼吸、攝食攝水、釋放垂體前葉激素、覺醒與睡眠、學(xué)習(xí)與記憶等，在這些活動中主要起調(diào)節(jié)作用。另外，由于下丘腦弓狀核與老年期機體內(nèi)分泌和神經(jīng)內(nèi)分泌功能變化有關(guān),因此也倍受關(guān)注〔11〕。

2 觀測內(nèi)容

2.1 神經(jīng)細胞的改變

2.1.1 神經(jīng)細胞胞體的變化 神經(jīng)細胞又稱神經(jīng)元，其基本結(jié)構(gòu)包括胞體及由胞體發(fā)出的胞突，胞突分為軸突和樹突。電鏡下胞體的細胞膜上可見突觸。細胞體包含細胞核和核周質(zhì)，細胞核居胞體中央，核仁明顯；核周質(zhì)內(nèi)含各種細胞器和包含物，其中有細胞合成裝置粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、游離核蛋白體及高爾基復(fù)合體。尼氏體是神經(jīng)細胞特征之一，是粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和游離核蛋白體的聚集物，靠近細胞核分布在核周質(zhì)內(nèi)。其他還有溶酶體、線粒體、神經(jīng)微絲、微管及各種包含物如糖原等〔12〕。

神經(jīng)細胞體的病理變化主要有尼氏體溶解、細胞水樣變性、神經(jīng)元纖維變性、脂褐素聚集、局部缺血性改變、噬神經(jīng)細胞現(xiàn)象、遲發(fā)神經(jīng)元壞死、神經(jīng)元細胞質(zhì)內(nèi)包涵體形成及顆粒空泡變性等〔13〕。腦衰老時神經(jīng)細胞出現(xiàn)退行性變化，其胞體的共性退變主要有：(1)神經(jīng)細胞固縮，電子密度增高，細胞器減少 。(2)正常線粒體數(shù)量減少，退變線粒體數(shù)量增多。神經(jīng)元與線粒體平均密度降低，線粒體輕度腫脹,脊和膜消失，出現(xiàn)空泡樣變，線粒體平均體積明顯增加。(3)神經(jīng)細胞核內(nèi)染色質(zhì)呈斑塊狀凝聚，核膜皺縮、模糊或核周間隙擴大，核蛋白破壞，脫基質(zhì)，核仁邊移甚至斷裂，核內(nèi)染色質(zhì)溶解。(4)細胞質(zhì)內(nèi)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張，核糖體解聚，高爾基囊泡擴張，脂褐素顆粒及脂滴增多，溶酶體、微管和顆粒小泡數(shù)減少等。如：姜路路等〔10〕觀察老年大鼠藍斑核的超微病理變化，電鏡下,老年大鼠藍斑有不少神經(jīng)元出現(xiàn)變性現(xiàn)象，如胞質(zhì)內(nèi)尼氏體消失，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少，線粒體嵴斷裂，神經(jīng)色素增多，胞核皺縮。許多小樹突萎縮，空泡化，部分有髓軸突和終末發(fā)生潰變，而且還出現(xiàn)少量的老年斑，膠質(zhì)細胞明顯增生。張季等〔9〕研究蒺藜皂苷對凝聚態(tài)β- 淀粉樣肽(Aβ25～35)致衰老小鼠腦組織中過氧化氫、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化氫酶含量及海馬超微結(jié)構(gòu)的影響，觀察海馬CA1區(qū)的神經(jīng)組織的超微病理變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腦衰老動物模型神經(jīng)組織的超微病理改變主要為線粒體腫脹、核糖體減少、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張、微管溶解和突觸結(jié)構(gòu)破壞。饒娜等〔5〕采用D- 半乳糖小鼠亞急性衰老模型，取左側(cè)額前頁皮質(zhì)部神經(jīng)組織，電鏡觀察神經(jīng)元胞體主要細胞器的變化，結(jié)果顯示，神經(jīng)元細胞線粒體腫脹、嵴斷裂及空泡樣變，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹；核膜模糊或核周間隙擴大，核蛋白破壞、脫基質(zhì)，核仁邊移甚至斷裂；脂褐素大小形態(tài)不規(guī)則等衰老改變。腦衰老時神經(jīng)元胞體的特征性改變主要有：(1)尼氏體溶解：電鏡下見到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稀少，大量神經(jīng)微絲微管、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體增加，游離核蛋白體和溶酶體增加。這種現(xiàn)象稱為尼氏體溶解。鏡下衰老腦組織可見尼氏體溶解，一般認為是老年腦細胞為補償某些損害使顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行重組，因而出現(xiàn)尼氏體溶解現(xiàn)象。(2)神經(jīng)原纖維變性：神經(jīng)原纖維變性有多種改變，如：神經(jīng)微絲聚集、細胞質(zhì)內(nèi)包涵體形成、神經(jīng)纖維纏結(jié)等。在智力正常的老年人中神經(jīng)原纖維纏結(jié)不算多見，僅限于顳前區(qū)海馬部位。80歲以上老人較多見，老年癡呆病人較智力正常老人多見。(3)脂褐素聚集：正常神經(jīng)細胞的細胞質(zhì)中也可見脂褐素，電鏡下脂褐素系有膜包裹的顆粒，含有電子致密細顆粒狀物及透亮均質(zhì)玻璃樣物質(zhì)。老年腦中脂褐素增多。在神經(jīng)細胞內(nèi)脂褐素隨年齡增加而聚積，這一現(xiàn)象已被公認為可靠的衰老指標(biāo)。脂褐素在細胞內(nèi)積聚到一定程度,會造成核糖核酸的損害,最終將影響細胞的代謝導(dǎo)致細胞死亡〔14〕。

2.1.2 神經(jīng)細胞軸突、樹突及突觸的改變 樹突、軸突和突觸與細胞體是相連通的，關(guān)系十分密切，因而上述細胞體所見病理變化有時在樹突、軸突和突觸亦可見到，常見的樹突、軸突和突觸病理改變有以下5種：(1)電子致密變性：電子致密度增加，突觸小泡增大。(2)絮狀變形：胞突內(nèi)神經(jīng)微絲及突觸小泡崩解、腫脹，線粒體變性，整個軸質(zhì)呈絮狀。(3)絲狀變性：神經(jīng)絲大量增加，突觸小泡減少，線粒體形狀、大小和分布均改變。(4)水樣變性：突觸小泡崩解和線粒體變性后大量水分進入細胞突。(5)細胞吸液性變性：軸膜水腫，軸索被擠壓向一側(cè)，軸索內(nèi)神經(jīng)微絲微管退變、萎縮，突觸小泡崩解，軸突出現(xiàn)小空泡。老年人神經(jīng)細胞的樹突比年輕人少，在老人額前區(qū)與顳區(qū)大腦皮質(zhì)外錐體細胞層看到基樹突與分枝樹突減少、頂樹突的水平分枝減少尤甚，最后神經(jīng)細胞變形、萎縮，樹突變粗，分枝減少，基樹突幾乎全無或者少而粗短。這類變化最終可能導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡。但也有人認為在老年人腦中某些區(qū)域有樹突增多現(xiàn)象，如在神經(jīng)細胞死亡較多的區(qū)域，樹突出現(xiàn)代償性增多，表現(xiàn)為樹突棘延長，樹突棘數(shù)量增多、密度增大等。

突觸是神經(jīng)元獲取信息,并進行信息傳遞加工和貯存的重要部位，突觸的結(jié)構(gòu)和機能的完整對于保證腦功能的正常十分重要。神經(jīng)細胞衰老的同時突觸的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了衰老性變化：突觸間隙不清晰，突觸前后膜結(jié)構(gòu)不完整、發(fā)育不良或退化，突觸前終末內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)小泡減少等〔15〕。亦有學(xué)者認為腦衰老時突觸結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化的同時，部分突觸代償性增生，電鏡下可見：突觸增大、數(shù)量增多、前后膜增厚、密度增加等〔16〕。

2.1.3 神經(jīng)元可塑性的改變 神經(jīng)元為適應(yīng)外界環(huán)境的各種變化，能夠發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的改變，如代償性修飾其超微結(jié)構(gòu)及其功能的能力，如形成新的突觸連接、產(chǎn)生新的樹突棘及再生軸突出芽和延伸等，這種變化被稱之為神經(jīng)元的可塑性。由于再生軸突必須穿過退變的髓鞘以及由反應(yīng)膠質(zhì)細胞形成的瘢痕，這是很難逾越的屏障，所以再生軸突出芽、生長和延伸以到達靶細胞重建軸突聯(lián)系的可能性很小，故近年來腦衰老神經(jīng)元可塑性的研究主要集中在樹突棘和突觸的再發(fā)育上〔17〕。樹突棘和突觸的可塑性在不同年齡段均存在，但隨年齡增長其可塑能力出現(xiàn)漸進性下降〔18〕。

2.2 神經(jīng)膠質(zhì)細胞的變化 腦間質(zhì)主要成分為膠質(zhì)細胞，包括星型膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞。星形膠質(zhì)細胞主要有營養(yǎng)和修復(fù)功能，其病理改變主要為增生和肥大；少突膠質(zhì)細胞可產(chǎn)生髓鞘，其病理變性表現(xiàn)為細胞質(zhì)腫脹，核濃縮，繼之水樣變性或黏液變性。小膠質(zhì)細胞具有吞噬作用，清除一切壞變產(chǎn)物。慢性病變時小膠質(zhì)細胞轉(zhuǎn)變成棒狀細胞，胞體如短棒，核呈長卵圓形或腎形，急性病變時轉(zhuǎn)變成格子細胞，表現(xiàn)為細胞呈空泡狀，形圓，核固縮，常偏一邊，細胞質(zhì)呈泡狀或格子狀〔19〕。新近又有暗小膠質(zhì)細胞被發(fā)現(xiàn)，它比正常的小膠質(zhì)細胞更活躍，它們更容易到達突觸間隙，在軸突末梢和樹突棘高度分支并減少的過程中廣泛的圍繞在其周圍，暗小膠質(zhì)細胞在衰老狀態(tài)下的病理改變尚未見報道〔20〕。腦衰老時神經(jīng)組織出現(xiàn)增齡性退行性變化，神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生衰老性改變的同時，膠質(zhì)細胞的形態(tài)也相應(yīng)發(fā)生一系列變化，主要的改變是肥大星形細胞出現(xiàn)、少突膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞增生，這一系列變化是一種代償反應(yīng)，有利于神經(jīng)元的營養(yǎng)修復(fù)及對已壞死神經(jīng)元的清除。肥大星形膠質(zhì)細胞胞體變大、胞核增大、胞質(zhì)出現(xiàn)大量游離核糖體，線粒體增多，繞核排列或成堆出現(xiàn)在胞質(zhì)和突起內(nèi)；少突膠質(zhì)細胞增生，細胞質(zhì)里含有大量的細胞器，突起內(nèi)含有變性的軸突、終末和樹突；小膠質(zhì)細胞增生，其胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)大量脂肪滴、脂褐素，這一系列變化是一種代償反應(yīng)，有利于神經(jīng)元的營養(yǎng)修復(fù)以及對已壞死神經(jīng)元的清除。但同時退變膠質(zhì)細胞增多，表現(xiàn)為膠質(zhì)細胞內(nèi)的線粒體數(shù)量減少，腫脹、空洞化線粒體增多，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稀疏，脂竭素沉積嚴(yán)重等改變，顯示膠質(zhì)細胞對變性神經(jīng)元的修復(fù)及壞死神經(jīng)元的清除作用減弱，提示膠質(zhì)細胞同樣面臨變性和死亡。

綜上所述，如何增強膠質(zhì)細胞的代償修復(fù)能力，以及如何促進樹突棘及突觸的再發(fā)育、改善神經(jīng)元的可塑性，仍將是延緩腦衰老的研究熱點。

1 尚玉瑩,馬瑩娟,吳小凡,等.柿葉黃酮類化合物對APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織突觸的保護作用〔J〕.山東大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2016;2(6):33- 7.

2 陳發(fā)菊.淫羊藿苷抗SAMP8小鼠衰老作用及機制研究〔D〕.遵義：遵義醫(yī)學(xué)院,2016.

3 賀改英,張志雄,徐 穎，等.銀杏葉提取物對衰老大鼠前額葉皮層和海馬炎性細胞因子及膠質(zhì)細胞超微結(jié)構(gòu)的影響〔J〕.中國中西醫(yī)結(jié)合雜志,2012;8:1064- 8.

4 吳立蓉,黃張杰,黃兆勝，等.益壽丸對衰老小鼠腦線粒體DNA缺失突變的影響〔J〕.海峽藥學(xué),2014;26(5):21- 3.

5 饒 娜,楊國棟,安 芳，等.金蓮花中葒草苷和牡荊苷對D- 半乳糖致衰老小鼠脂褐素和腦組織形態(tài)學(xué)的影響〔J〕.中國老年學(xué)雜志,2012;32(3):562- 4.

6 張 雷,趙 衛(wèi),等.腦動靜脈畸形超微病理結(jié)構(gòu)的研究進展〔J〕.昆明醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2012;(S1):14- 6.

7 Haddadi M,Jahromi S,Sagar BK,etal.Brain aging,memory impairment and oxidative stress:a study in Drosophila melamogaster〔J〕.Behavi Brain Res,2014;259:60.

8 吳紅彥,李海龍,顧 靜,等.黑逍遙散對Aβ25～35誘導(dǎo)AD模型大鼠腦組織神經(jīng)遞質(zhì)及海馬病理改變的影響〔J〕.中國老年學(xué)雜志,2015;35(16):4417- 20.

9 張 季,嚴(yán)春臨，張丹參,等.蒺藜皂苷對老年癡呆小鼠腦組織中H2O2、CAT、GSH- Px含量及海馬超微結(jié)構(gòu)的影響〔J〕.中國老年學(xué)雜志,2011;31(12):2258- 60.

10 姜路路.藍斑核去甲腎上腺素在帕金森病發(fā)生發(fā)展中的作用及機制研究〔D〕.濟南：山東大學(xué),2016.

11 周曉春,王會玲，寇素茹，等.補腎中藥何首烏飲對雄性衰老大鼠下丘腦的保護作用〔J〕.時珍國醫(yī)國藥,2013;24(4):841- 2.

12 顧祖曦,徐蓮薇，孫卓君，等.兩種絕經(jīng)狀態(tài)大鼠模型性激素水平和下丘腦線粒體衰老的比較研究〔J〕.神經(jīng)藥理學(xué)報,2011;1(2):28- 34.

13 康湘萍,梁 超.補腎方藥對D- 半乳糖致衰老大鼠神經(jīng)細胞凋亡及學(xué)習(xí)記憶的影響〔J〕.中藥藥理與臨床,2014;30(3):8- 11.

14 趙增翰.衰老的生物學(xué)研究進展〔J〕.神經(jīng)解剖學(xué)雜志,1996;17(4):145- 8.

15 白江濤,龔 理,趙淑敏,等.黃芩莖葉總黃酮對缺血再灌注大腦皮質(zhì)神經(jīng)元和突觸超微結(jié)構(gòu)的保護作用〔J〕.中華老年心腦血管病雜志,2015;17(10):1091- 3.

16 劉敬霞,任非非,劉會賢,等.回醫(yī)扎里奴思方干預(yù)骨髓間充質(zhì)干細胞移植對腦缺血再灌注損傷大鼠突觸可塑性的影響〔C〕.銀川：中國中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會第十一屆全國中西醫(yī)結(jié)合基礎(chǔ)理論學(xué)術(shù)研討會論文集,2015:3.

17 Zeng Y,Tan M,Kohyama J,etal.Epigenetic enhancement of BDNF signaling rescues synaptic plasticity in aging〔J〕.J Neurosci,2011;31(49):17800- 10.

18 Bloss EB,Janssen WG,Ohm DT,etal.Evidence for reduced experience- dependent dendritic spine plasticity in the aging prefrontal cortex〔J〕.J Neurosci,2011;31(21):7831- 9.

19 雷 鳴,朱祖健.大鼠膠質(zhì)細胞參與D- 半乳糖誘導(dǎo)腦衰老過程研究〔J〕.神經(jīng)解剖學(xué)雜志,2011;28(6):675- 80.

20 范沖竹.暗小膠質(zhì)細胞:一種主要與病理狀態(tài)相關(guān)的新表型〔J〕.中國病理生理雜志,2016;32(7):1296.

〔2016- 12- 19修回〕

(編輯 李相軍)

國家自然科學(xué)基金項目(81373704)

陳 剛(1971- )，男，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究。

劉安平(1973- )，女，副主任醫(yī)師，在讀博士，主要從事中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究。

R361+3

A

1005- 9202(2017)15- 3895- 03；

10.3969/j.issn.1005- 9202.2017.15.112

1 十堰市中醫(yī)醫(yī)院