曹晗煜，王建業(yè)，馬林昆

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院,云南 昆明；2.南陽(yáng)市中心醫(yī)院，河南 南陽(yáng)；3.昆明阜外醫(yī)院，云南 昆明)

1 介紹

阿爾茨海默病(Alzheimer's Disease ，AD)是一種慢性神經(jīng)退行性疾病，其特征是進(jìn)行性記憶喪失和認(rèn)知能力下降?，F(xiàn)如今在全球范圍內(nèi)，約有5200 萬(wàn)人患有該病。隨著人口老齡化問(wèn)題日漸加重，預(yù)計(jì)到2050 年，患病人數(shù)將達(dá)到1 億人[1,2]。AD 主要病理改變包括Aβ 淀粉樣蛋白沉積、tau 蛋白的積累形成難降解的神經(jīng)纖維纏結(jié)[3]，另外，越來(lái)越多的證據(jù)表明慢性炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)在神經(jīng)退行性疾病中起重要作用，慢性神經(jīng)炎癥可能促進(jìn)突觸喪失，認(rèn)知功能障礙，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[4]。因此，通過(guò)抑制炎癥和氧化應(yīng)激來(lái)預(yù)防和治療AD 成為一個(gè)新的研究方向[2]。

目前AD 尚無(wú)有效的治療方法，臨床常使用膽堿酯酶抑制劑以及改善腦代謝的藥物來(lái)延緩病情的發(fā)展，隨著用藥時(shí)間的延長(zhǎng)，患者耐藥性增加和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)將會(huì)大大降低其生活質(zhì)量[1]。大量研究表明AD 的發(fā)病機(jī)制是多種致病機(jī)制的協(xié)同作用，單靶藥物治療效果通常不顯著，因此，多靶點(diǎn)治療或多種藥物聯(lián)合治療可顯著提高臨床療效。近幾年研究人員通過(guò)生物活性海產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，該類物質(zhì)顯示出低毒性的神經(jīng)保護(hù)活性，越來(lái)越多的研究報(bào)道來(lái)自海洋甲殼類動(dòng)物外殼的提取物幾丁聚糖在AD 的治療中具有有效的免疫調(diào)節(jié)、抗氧化和抗炎等作用[2]。本篇綜述將闡述幾丁聚糖在AD 中的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。

2 AD 的發(fā)病機(jī)制

AD 的病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，多項(xiàng)研究表明AD 的發(fā)病并非由單一致病因素引起，而是由多種作用機(jī)制共同作用，現(xiàn)有研究的假設(shè)包括大腦皮質(zhì)β 淀粉樣蛋白的積累，膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)的缺乏，tau 蛋白沉積形成難降解的神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)，炎癥反應(yīng)，氧化應(yīng)激，以及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的缺乏等[5]。β 淀粉樣前體蛋白(APP)通過(guò)α、β、γ-分泌酶水解代謝，從而將水解后的多肽片段釋放到細(xì)胞外，在β 淀粉樣蛋白生成途徑中，APP 經(jīng)由γ、β-分泌酶切割后形成難降解的Aβ42 多肽片段[6]，而聚集的Aβ42 可能通過(guò)引起線粒體功能障礙和脂質(zhì)過(guò)氧化而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)[7]，同時(shí)激活膠質(zhì)細(xì)胞，如小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生促炎因子并誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致腦內(nèi)特異性神經(jīng)元變性[8]，這些神經(jīng)炎癥因子，如白細(xì)胞介素(IL)-1，IL-6，腫瘤壞死因子(TNF)-α，早期可減少小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬清除功能和免疫監(jiān)視，如此循環(huán)往復(fù)，最終導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的損傷和死亡[9]。Tau 蛋白是一種微管相關(guān)蛋白(MAPT)，可將微管蛋白聚合形成微管，并參與維持復(fù)雜的神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在各種病理因素的影響下，例如激酶的異常激活，基因表達(dá)異常和慢性炎癥等，導(dǎo)致tau 蛋白異常磷酸化，在細(xì)胞內(nèi)積累形成難降解的NFTs，繼而引發(fā)神經(jīng)元突觸喪失、軸突損傷、線粒體功能障礙等[10]。此外，上述神經(jīng)炎性因子可活化神經(jīng)細(xì)胞絲裂原活化蛋白激酶( mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)途徑，增加tau 蛋白的異常磷酸化[11]。Aβ 還與tau 蛋白相互作用，介導(dǎo)神經(jīng)炎癥反應(yīng)以加速AD 進(jìn)展[9]。根據(jù)上述病理變化，尋找抗炎，抗氧化應(yīng)激的藥物可能成為治療AD 的新方向。

3 幾丁聚糖及其神經(jīng)保護(hù)作用

幾丁聚糖(chitosan)是幾丁質(zhì)(Chitin)的脫乙?；a(chǎn)物，又稱脫乙酰甲殼素，化學(xué)名為2-氨基-β-1，4-葡聚糖，是由氨基葡萄糖和正乙酰基葡糖胺組成的線性氨基多糖，主要存在于甲殼類動(dòng)物的外骨骼、藻類、酵母菌和真菌的細(xì)胞壁中，幾丁聚糖是自然界中唯一存在的堿性多糖。由于其特殊的化學(xué)組成、特性和結(jié)構(gòu)，因此在膠粘劑，紡織品，藥物和抗癌藥，食品添加劑等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值[12]。在過(guò)去的十年中，許多研究已經(jīng)證明了幾丁聚糖的作用，包括免疫調(diào)節(jié)，抗氧化和抗炎等[13-15]。幾丁聚糖以其特殊的納米粒子結(jié)構(gòu)作為藥物載體，研究表明該藥物可通過(guò)血腦屏障(BBB)，能夠有效治療神經(jīng)退行性疾病[16]。且已被證實(shí)其有封閉受損的神經(jīng)細(xì)胞膜的功能，同時(shí)能顯著提高神經(jīng)再生有髓神經(jīng)纖維數(shù)、肌動(dòng)作電位、肌纖維截面積和神經(jīng)再生髓鞘厚度，從而在急性脊髓神經(jīng)損傷后起到有效的神經(jīng)保護(hù)作用[17,18]。Jiang 等人的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)報(bào)道在大鼠坐骨神經(jīng)擠壓傷模型中，給予幾丁聚糖后觀察到神經(jīng)細(xì)胞的定向分化，可能是該藥物增強(qiáng)了細(xì)胞中神經(jīng)絲蛋白和鈣粘蛋白的表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)元分化和突觸生長(zhǎng)，促進(jìn)了神經(jīng)元修復(fù)[19]。根據(jù)近年來(lái)的文獻(xiàn)報(bào)道，幾丁聚糖及其衍生物作為一種新興的純天然藥劑，因其具有神經(jīng)保護(hù)特性，例如：抑制β 淀粉樣蛋白的形成、乙酰膽堿酯酶(AChEIs)的活性、神經(jīng)炎癥、細(xì)胞凋亡等，這些研究結(jié)果顯示幾丁聚糖可以改善AD 臨床發(fā)展中的一些癥狀，是預(yù)防和治療AD 的潛在藥物[20]。

4 幾丁聚糖對(duì)AD 的保護(hù)機(jī)制

4.1 抑制β 淀粉樣蛋白形成

AD 的病理標(biāo)志之一是β 淀粉樣蛋白的沉積，在APP 的蛋白水解中，關(guān)鍵酶是β-淀粉樣蛋白裂解酶(BACE1)，它可以引發(fā)Aβ蛋白的形成[21]，近十年來(lái)有學(xué)者對(duì)幾丁質(zhì)及其衍生物的BACE1抑制活性和Aβ 形成進(jìn)行了一些研究。Je 等人研究報(bào)道了幾丁聚糖表現(xiàn)出較高的BACE1 抑制活性[22]，BACE1 活性程度可能是診斷AD、跟蹤疾病臨床進(jìn)展以及在臨床試驗(yàn)中評(píng)估藥物作用的生物標(biāo)志物，同時(shí)也是AD 藥物治療的靶點(diǎn)[23]。Dai 等人通過(guò)體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，幾丁聚糖抑制了Bcl-2 的表達(dá)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活化，這些指標(biāo)被認(rèn)為是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因子，進(jìn)而參與AD 的神經(jīng)元凋亡和突觸損傷過(guò)程[24]，c-Jun N 末端蛋白激酶(JNK)可以磷酸化和調(diào)節(jié)Bcl-2 的活性，JNK 在Aβ 蛋白沉積下被誘導(dǎo)高度磷酸化，而給藥處理后的結(jié)果顯示Aβ 誘導(dǎo)JNK 磷酸化顯著降低；該研究證實(shí)了幾丁聚糖顯著逆轉(zhuǎn)了這些凋亡指標(biāo)的升高，最佳給藥濃度下幾丁聚糖阻止了Aβ蛋白毒性誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡[25]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖抑制β-分泌酶的活性顯著抑制Aβ 蛋白聚集，減弱Aβ42 誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性，并減少大腦皮質(zhì)神經(jīng)元中NFTs 形成[26]。

4.2 抗炎作用

炎癥是免疫系統(tǒng)對(duì)病原體和刺激的第一反應(yīng)，可產(chǎn)生促炎介質(zhì)。外周和中樞炎癥都可以激活大腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞，研究表明，慢性神經(jīng)炎癥可能促進(jìn)突觸喪失，認(rèn)知功能障礙，最終導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡，AD 的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中貫穿著神經(jīng)炎癥反應(yīng)[4,27]。炎癥引起小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，分泌促炎性因子，如TNF-α、PGE2、IL-1β 等可誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放NO、花生四烯酸的神經(jīng)毒性物質(zhì)[28]。Kim等人經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，幾丁聚糖可抑制激活的小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7 細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮(NO)和炎性細(xì)胞因子IL-6、TNF-α；通過(guò)MAPK 信號(hào)通路的調(diào)節(jié)抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中IL-6、TNF-α 的表達(dá)以及IκB-α 的降解[29]。幾丁聚糖還通過(guò)抑制嗜堿性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的活化發(fā)揮抗炎作用[30]。

4.3 抗氧化應(yīng)激作用

活性氧(reactive oxygen species，ROS)是有氧呼吸的正常副產(chǎn)物，其水平受到各種細(xì)胞抗氧化物和酶的調(diào)節(jié)，ROS 的過(guò)量產(chǎn)生誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，促使神經(jīng)元凋亡，氧化應(yīng)激反應(yīng)在神經(jīng)退行性疾病中起重要作用[31]。幾丁聚糖具有游離羥基和氨基，可與超氧自由基結(jié)合作為天然抗氧化劑，減少細(xì)胞氧化損傷[32]。Khodagholi 等人選擇NT2 細(xì)胞作為體外模型，來(lái)闡明氧化應(yīng)激與Aβ 形成的關(guān)系，當(dāng)NT2 分化細(xì)胞暴露于H2O2 中時(shí)，NT2 神經(jīng)元Aβ 的形成明顯增加，而經(jīng)幾丁聚糖處理后的NT2 神經(jīng)元，其Aβ 形成明顯低于暴露于H2O2 下的對(duì)照組，結(jié)果證明了幾丁聚糖可以通過(guò)抑制Aβ 的形成而起到神經(jīng)保護(hù)作用；同時(shí)通過(guò)上調(diào)HO-1、HSP-70 和Nrf2 的表達(dá)且抑制caspase-3 和NF-kB 的激活來(lái)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[33,34]。在Aβ42蛋白誘導(dǎo)的大鼠模型中，幾丁聚糖通過(guò)抑制氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥反應(yīng)，從而顯著提高其記憶力和認(rèn)知功能[35]。

5 小結(jié)

本文闡述了幾丁聚糖對(duì)AD 治療的神經(jīng)保護(hù)作用，包括其功能特征和AD 病理因素的改善，這些結(jié)果表明，幾丁聚糖作為治療AD 等神經(jīng)退行性疾病的藥物具有巨大的潛力。此外，還需要體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究來(lái)明確幾丁聚糖對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞激活誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的抗神經(jīng)炎癥作用以及小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞之間的相互作用，因?yàn)楝F(xiàn)如今沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)可以證明給予幾丁聚糖后改善AD 病理變化的分子機(jī)制，如抗炎，抗凋亡和抗氧化途徑。另外，對(duì)于幾丁聚糖與AD 動(dòng)物模型的研究較少，未來(lái)應(yīng)著重于給藥后動(dòng)物模型的記憶力改變以及情緒的改善[2]。