阿爾茨海默病與氧化應激的研究進展

方 威 胡國章 劉乃杰

(吉林大學中日聯誼醫院急救醫學科，吉林 長春 130033)

1 吉林大學中日聯誼醫院神經外科

阿爾茨海默病與氧化應激的研究進展

方 威 胡國章 劉乃杰1

(吉林大學中日聯誼醫院急救醫學科，吉林 長春 130033)

阿爾茨海默病；氧化應激

阿爾茨海默病(AD)是一種由神經系統變性引起的疾病，又叫老年癡呆癥。近年來，我國AD的發病也逐年上升。目前藥物治療是治療AD最主要方式之一。本文對AD發病機制的各種學說與氧化應激的關系進行綜述。

1 氧化應激反應與AD

研究認為，氧化應激廣泛參與衰老、炎癥和腫瘤等多種病理生理過程〔1,2〕。大腦富含不飽和脂肪酸，是個高耗氧量的器官，最易受到氧化應激的影響，腦組織缺血缺氧5 min，即發生不可逆性改變。生理狀態下，體內的氧化能力于抗氧化相平衡，維持正常功能，當缺血缺氧等應激源誘發時，活性氧類(ROS)產生增多，體內抗氧化能力下降，氧自由基可直接損傷細胞內的遺傳物質，甚至包括線粒體內質網等細胞器和細胞核等，加速器官的功能喪失及壞死凋亡〔3〕。神經元細胞作為一種高代謝細胞，其維持基本的功能有賴于線粒體呼吸鏈及氧化磷酸化所供應的能量，當神經元抗氧化能力下降時，神經元的防御功能減低，自身生理功能得不到維持。

研究表明，氧化應激反應在AD發病機制中扮演著重要的角色〔4〕。過強的氧化應激反應會導致神經細胞膜或細胞器膜上的脂質過氧化，和(或)蛋白質的硝化和核酸的破壞，影響神經細胞突觸能力甚至導致神經細胞凋亡〔5〕。氧化應激及細胞凋亡是AD患者發病機制的共同通路。初始由淀粉樣蛋白(Aβ)在腦組織中不可逆性沉積，進一步激活氧自由基，引起氧化應激、炎癥反應及細胞凋亡，最終導致神經元功能缺失，代謝紊亂，學習認知及記憶功能明顯下降。

ROS和活性氮類(RNS)釋放過多，超出機體抗氧化能力，引起氧化物質堆積，抗氧化系統功能減弱，組織損傷〔6〕。體內生成的大量活性ROS和RNS還可以作為多種信號通路的第二信使，導致P53蛋白的活性增強并促進P53向細胞核轉移，調控caspase蛋白的表達，進而誘導神經細胞損傷和(或)凋亡〔7〕。

2 Aβ與氧化應激反應

AD特征性的病理改變包括以下幾個方面：老年斑的形成(主要由Aβ聚集形成)、Tau蛋白纖維纏結異常聚集(NFT)、腦皮質神經元丟失及膠質細胞的增生。其中，Aβ由AD患者腦內產生，并進一步沉積聚集形成老年斑，是AD發展形成的關鍵因素之一。Aβ是老年斑的主要成分，由39～43個氨基酸組成，分子量4.0～4.2 kD，主要包括Aβ1～40和Aβ1～42兩種形式，AD患者大腦中存在大量Aβ(尤其是Aβ1-42)沉積，促進AD病理過程的進展，導致NFT形成、突觸丟失，最終引起神經元的調亡。淀粉祥前體蛋白(APP)經過β-分泌酶和γ-分泌酶剪切，并進一步形成Aβ單體。APP是一種跨膜糖蛋白，廣泛表達于多種細胞，編碼基因位于21號染色體。在正常生理狀態下，APP在信號轉導、軸突延伸、細胞遷移等方面發揮重要作用，其C端在基因表達及神經元存活方面發揮重要作用。APP的清除分為兩種方式：首先，由α-分泌酶水解形成可溶性sAPP肽段，在細胞外經γ-分泌酶水解為p3，在這個過程中無AP形成。其次，經β-分泌酶和γ-分泌酶的剪切作用形成39～43個氨基酸的Aβ膚段。AD患者腦中APP清除受到損害，但AP的輕微升高可増強其清除能力。

研究證實，AD患者和轉基因AD小鼠模型腦組織中Aβ形成增多，與增高的氧化應激水平呈正相關。體外培養的神經細胞經Aβ暴露后，脂質過氧化程度和過氧化氫水平均明顯升高。研究證實，抗氧化劑可抑制淀粉樣蛋白聚集〔8〕。給予維生素E或過氧化氫酶預處理能減低Aβ的沉積，說明抗氧化應激可拮抗Aβ的沉積。反之，Aβ又可引起機體抗氧化酶類的失活，誘發ROS生成，形成正反饋途徑加重神經系統氧化應激反應〔9〕。在Aβ中，Aβ25～35是最具活性的片段，淀粉樣β蛋白25-35可以作為脂質過氧化始動劑，數分鐘內便可誘發出大量自由基，而其他淀粉樣蛋白片段則需要更長時間甚至數天才可誘發自由基的產生。

研究顯示，Aβ可引起氧化應激損傷。目前的研究機制包括以下假說：(1) 甲硫氨酸，作為Aβ的第35位氨基酸殘基，可進一步與氧反應，生成氧硫化物，再進一步生成氧化二硫或過氧化硫，產生氧自由基，其次，Ap還可以與NO反應，生成過氧亞硝基，使自由基水平增加，學習認知功能減低。(2) 過氧亞硝基與Aβ受體結合，放大氧化應激水平。Joy等〔10〕證明，Aβ可作為配體結合高度糖基化終產物受體(RAGE)，介導細胞內的活性氧生成?；钚匝跬ㄟ^鈣離子通道，引起細胞膜去極化，損傷細胞膜蛋白的功能，同時鈣離子內流可引起細胞內鈣超載〔11〕；(3)Aβ還可通過介導氧化應激反應降低Na+K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶的活性，對能量代謝造成干擾〔12〕。

3 Tau蛋白與氧化應激反應

微管蛋白的主要功能是促進神經末梢內遞質的傳遞，為神經元提供營養，為神經元生存之所必須。Tau蛋白能與微管蛋白結合，并促進其穩定形成，因此Tau蛋白的異?？蓪е律窠浽膿p傷。在AD患者的腦組織中，Tau蛋白被異常修飾，導致Tau蛋白磷酸化過度、糖基化、泛素化，引起神經纖維纏結，其Tau蛋白引起神經纖維纏結的數量與AD患者臨床表現的嚴重程度呈正相關。磷酸酶的脫磷酸作用和蛋白激酶的磷酸化作用相互制約，其平衡程度決定Tau蛋白的磷酸化程度。氧化應激反應可激活糖元合成激酶(GSK)-3，而GSK-3是Tau蛋白激酶的異構體。因而氧化應激亦促進了Tau蛋白的磷酸化，從而引起神經功能缺損〔13〕。

尸檢證實在AD患者中，Tau蛋白聚集的部位氧化應激產物增多〔14〕。體外實驗證明，神經元被氧化后，發生聚集反應成絲狀，經免疫組織化學法和免疫熒光法測定，AD患者腦組織中高級糖基化終產物增多，其主要促進氧自由基生成，集中在Tau蛋白沉積部位內〔11〕。研究表明，將這種終產物轉染到腫瘤細胞中，可進一步產生氧自由基〔10〕。Takashima等〔15〕發現，Tau蛋白聚集引起的神經細胞纏結由硝基化的蛋白質組成，為氧化修飾的異常狀態，與神經細胞損傷有關，其干擾蛋白質的三級結構，使其喪失功能，導致正常細胞骨架變為異常纖維纏結。Polidori〔16〕研究發現，脂質過氧化損傷的羧基引起在AD患者腦組織中NFT，而鈣離子超載和自由基的產生可以加速此過程。Aβ的沉積，伴隨強烈氧化應激反應及鈣濃度的升高，均在NFT的形成中起到了關鍵的作用〔17〕。

4 氧化應激與細胞凋亡

AD患者的另一典型特征是神經細胞缺失，而神經細胞丟失又可進一步引起神經細胞凋亡，研究顯示，細胞凋亡學說與其他學說之間相互影響，且為其他學說導致神經元損傷的最后通路〔13〕。細胞凋亡是多種因素及基因復雜相互作用的結果，機制暫不完全明確。但神經細胞作為一種不可再生細胞，想辦法減少細胞凋亡，是治療AD的關鍵措施。Good等〔18〕檢測了10例AD患者腦組織中抗氧化酶活性和過氧化物的含量，結果顯示患者顳葉中大量神經元丟失，谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性明顯低于正常人，而脂質過氧化程度明顯增高。此結果表明，AD病人腦組織自由基生成增多，損傷嚴重，神經元功能缺失，脂質過氧化物可以增加細胞膜表面的膜流動性，引起神經細胞退行性病變。同時改變膜表面葡萄糖轉運體，是葡萄糖轉運能力下降，引起神經細胞功能喪失〔19,20〕。研究表明，Bcl-2蛋白作為細胞凋亡抑制因子，在線粒體和內質網中廣泛存在，其作用可以清除自由基，降低ROS及脂質過氧化物水平，抑制凋亡〔21〕。以上證據提示神經元凋亡與氧化應激密切相關。

5 展 望

氧化應激反應通過直接氧化細胞膜、蛋白質和核酸造成細胞損傷，誘導細胞凋亡，并激發強烈的神經炎癥反應，從而促進AD的發生與發展。目前大量低分子化合物和中藥單一成分已經被證明具有顯著的抗氧化能力，并在基礎研究和亞臨床研究中起到抗AD病理生理進程的作用。因此對AD病程中氧化應激反應調控機制的深入研究，發展針對氧化應激的靶向藥物，將為AD的臨床治療提供更有效、更廣泛的手段。

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劉乃杰(1972-)，男，主治醫師，主要從事神經病理研究。

方 威(1972-)，女，主管護師，主要從事神經病理研究。

R74

A

1005-9202(2017)20-5205-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.20.112

〔2017-01-25修回〕

(編輯 袁左鳴)