膳食維生素B12添加與阿爾茨海默病的防治

黃亦依　馮　瀟　朱　炫　王歡歡　

(杭州師范大學醫學院，浙江　杭州　310036)

1浙江工商大學食品與生物工程學院食品安全重點實驗室

阿爾茨海默病(AD)是一種神經退行性疾病，主要表現為進行性認知功能障礙，記憶力降低并伴隨個性和行為改變，病變持續發展最終出現癡呆〔1〕。AD發病的最大影響因素是年齡，80歲以上人群患AD的概率高達20%以上〔1〕。20世紀以來，隨著社會醫療水平的不斷提高，人的壽命顯著延長，AD發病率也快速上升。AD已成為影響老年人身體健康、生活質量最重要的疾病之一，預計到2050年，全球將有超過1億的AD患者〔2〕。維生素(VitB12)的缺乏與AD的發生關系密切，這與VitB12參與機體許多重要生理過程有關。VitB12在體內作為輔酶參與多種生化過程，調節關鍵DNA或蛋白質的甲基化水平，調控溶酶體正常功能，以及其本身也具有一定的抗炎抗氧化作用。膳食VitB12的添加作為新型AD防治的輔助方法當前受到越來越多的關注，但膳食中VitB12的穩定性及安全性尚未作深入研究。本文將對VitB12缺乏與AD發生的機制，以及膳食VitB12添加與AD防治隱患作如下綜述。

1　AD發病機制

AD的發生伴隨一系列神經系統損傷癥狀，其最基本的病理特征是淀粉樣沉淀和神經纖維纏結(NFTs)〔3〕。當前研究認為，AD患者腦內β淀粉樣肽(Aβ)的沉積是產生神經損傷的主要原因〔1〕。Aβ數量的增多及二聚體、寡聚體、多聚體至淀粉樣沉淀的形成對神經細胞造成損傷，激活神經膠質細胞。膠質細胞的激活可通過模式識別受體(PRR)活性的上調活化細胞內一系列炎癥相關信號通路，從而上調細胞因子、趨化因子等促炎因子的轉錄和翻譯。膠質細胞釋放的大量炎癥因子，如腫瘤壞死因子(TNF)α等，可以使tau蛋白過度磷酸化形成細胞內NFTs，從而造成更大范圍的神經損傷。因此，神經炎癥反應的抑制作為AD治療的潛在靶點一直受到廣泛關注，但至今仍鮮有切實有效的相關治療藥物和方案〔4〕。Aβ是它的前體淀粉樣前體蛋白(APP)的剪切產物。APP可被β剪切酶(BACE)1和γ剪切酶(PS)1剪切，從而釋放Aβ〔5〕。目前雖然已經有一些研究成功合成BACE1和PS1抑制劑，但臨床效果甚微或副反應較大。當前對于AD的治療主要依靠的仍然是膽堿能神經功能相關的緩減癥狀的方法，而真正針對發病機制的靶點藥物仍乏善可陳。

2　維生素B12的缺乏與AD的發生

AD的發生常常伴隨VitB12的缺乏。許多報道發現血清VitB12及葉酸水平的降低與認知能力的損傷有密切關系〔6〕。更為準確的神經生物學功能測試也顯示B族維生素的缺乏與癡呆的發生之間的聯系更為緊密〔7〕。早期研究認為這二者之間孰因孰果無定論，有可能二者互為因果，通常認為VitB12的缺乏往往伴隨著AD相關認知功能的喪失。對于單純性VitB12缺乏患者的研究發現，患者往往長期處在VitB12缺乏的狀態中〔8,9〕；進一步流行病研究發現，長期缺乏VitB12的膳食攝入可加劇AD和輕度認知障礙的發生率〔10,11〕。另外，還有研究表明長期補充VitB12可推遲家族型AD和散發型AD的發病〔12，13〕。因此，目前認為VitB12的補充是預防AD發生的有效方法之一，許多AD高發人群都會遵醫囑長期規律攝取VitB12以延緩疾病的發生。

更為重要的是，老年患者往往是VitB12缺乏癥的高危人群。老年人缺乏VitB12主要原因往往歸咎于腸道系統對于VitB12吸收的下降。有研究顯示，VitB12缺乏患者中，53%的患者消化吸收不良，33%患者處于長期惡性貧血，只有不到2%的患者是由于飲食問題引起VitB12的缺乏〔14〕。而且，通常老年患者胃炎的發病率高于正常值，胃酸分泌量減少，可進一步削弱VitB12的吸收。在非AD患者或輕度認知功能障礙的患者中，VitB12的缺乏也已被證實與患者認知功能的損傷相關〔15〕。因此，老年人不僅是VitB12缺乏的高危人群，也是AD發生的高危人群，這二者之間存在緊密的內在聯系。

3　VitB12缺乏影響AD發生的可能機制

3.1VitB12的生化特性VitB12是一種水溶性維生素，它在機體許多生理功能中發揮著重要作用，如神經功能、紅細胞的生成及DNA的合成等。VitB12又叫鈷胺素，是體內唯一含金屬元素的維生素，以相鄰的4個吡咯環及1個鈷原子組成的咕啉環為基本結構，化學分子式為C63H88CoN14O14P(圖1)。根據咕啉環軸向上方的配基(-R)不同，則會產生不同形式的鈷胺素類物質，包括氰基鈷胺素(-CN)、羥基鈷胺素(-OH)、水鈷胺素(-H2O)、硝基鈷胺素(-NO)、甲基鈷胺素(-CH3)和脫氧腺苷鈷胺素(-5-dA)等〔16〕。VitB12是所有這些衍生物的統稱，其中氰基鈷胺素不是VitB12的天然存在形式，它是在工業提純時用氰化物取代天然鈷胺素而得到的產物，商品形式的VitB12多為氰基鈷胺素。VitB12參與的體內具體生化過程包括：將同型半胱氨酸轉變為甲硫氨酸，又可將甲基丙二酸轉變為琥珀酰輔酶A；將5-甲基四氫葉酸轉變為四氫葉酸酯，這一過程在DNA的合成和紅細胞的生成中至關重要〔17〕。VitB12無法被人體自身合成，必須通過外源攝取動物蛋白或植物加工制品并經體內充分消化獲取。VitB12主要存在于肉類中，植物中的大豆及一些草藥也含有VitB12。胃酸可將食物中的VitB12游離，隨后與內因子結合，并在結腸末端被人體吸收。

圖1　VitB12分子結構示意圖

3.2VitB12作為輔酶參與機體代謝通常認為VitB12的缺乏與神經損傷的關系存在兩種機制，這兩種機制都建立在VitB12作為輔酶參與體內許多生化反應的基礎上。VitB12作為輔酶參與體內多項代謝反應中，最為重要的就是同型半胱氨酸(Hcy)的代謝。Hcy是一種含硫氨基酸，它并不參與蛋白質的合成，它只是甲硫氨酸(Methionine)代謝循環的中間產物〔18〕(圖2)。Hcy是S-腺苷半胱氨酸(SAH)的代謝產物。SAH的有效代謝需要一些輔助因子的參與，其中包括較低劑量的葉酸和VitB12，而Hcy失活轉化為S-腺苷甲硫氨酸(SAM)則需要較高劑量VitB12的幫助。因此，缺乏VitB12可阻礙Hcy的失活從而引起高半胱氨酸血癥(HHcy)的產生。

體內半胱氨酸含量的升高引起的HHcy與許多疾病的發生密切相關，如冠狀動脈疾病、外周血管疾病和腦卒中等〔19〕。除此之外，HHcy也被證實參與一些神經退行性疾病如AD的發生〔20,21〕。流行病學統計結果顯示，AD患者血漿Hcy水平顯著上升〔22〕。關于血漿Hcy水平作為一項相對獨立的AD發病危險因素也在近期得到證實〔18，21〕，因此近年來血漿Hcy水平也成為AD發生的檢測指標之一〔23,24〕。研究顯示，VitB12的缺失可加速轉基因AD小鼠模型腦部Aβ的沉積〔25,26〕；由高SAH飼料喂飼或低葉酸飼料喂飼引起的HHcy可顯著上調小鼠體內PS1和BACE1活性及Aβ的產量(圖2)〔27,28〕。

圖2　VitB12參與體內甲硫氨酸代謝循環及其對AD相關APP剪切的影響

3.3VitB12參與甲基化修飾調節甲基化修飾是體內許多酶系統激活和DNA轉錄的關鍵調節步驟，而由葉酸和VitB12共同參與Hcy轉化而來的SAM則是體內最重要的甲基化來源〔29〕。有研究表明，血漿Hcy水平的升高和體內甲基化代謝的失調有著密切關系。甲基化是DNA轉錄前修飾的重要方式之一，DNA的甲基化可引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達。通常情況下，在甲基轉移酶的催化下，DNA的CG兩個核苷酸的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，從而引起DNA的失活。體內甲基化代謝的異常會影響體內多種正常生理功能，包括神經細胞的正常功能、細胞的增殖增生和染色體雙螺旋的穩定性等〔16〕。就AD相關PS1和BACE1而言，基因DNA的甲基化可有效控制其轉錄翻譯，從而調控神經毒性Aβ的產生〔30〕。因此，VitB12引起DNA甲基化的效能將決定其對AD相關PS1、BACE1，甚至APP基因轉錄翻譯的控制。有研究表明，無活性VitB12衍生物可通過競爭血漿VitB12運載蛋白降低VitB12本身的活性，從而弱化各類基因的甲基化。同時，也不排除VitB12衍生物本身可直接下調AD相關基因甲基化，影響Aβ的產生及其神經毒性作用〔22〕。

3.4VitB12的抗氧化作用在AD的發生過程中，過氧化反應的發生及內質網(ER)、線粒體的過氧化損傷，以及由此引發的活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)的釋放，都會加劇神經膠質細胞的激活及炎癥反應和神經細胞進一步的損傷〔31〕。且有報道稱，小鼠缺少VitB12可以上調腦脊液TNFα和表皮生長因子(EGF)水平，增強神經炎癥反應，加劇神經損傷〔32〕。因此，VitB12對AD的神經保護作用除了通過相關基因蛋白表達直接調控Aβ的產生以外，還可以通過抵抗由Aβ神經毒性引起的ER損傷，弱化細胞炎癥反應而間接發揮其作用。有報道稱，VitB12可通過調節Sirtuin 1脫乙酰酶(SIRT1)活性及SIRT1下游一系列激酶的活化，調控細胞內分子伴侶蛋白(chaperon protein)以抵抗ER損傷〔33〕。VitB12分子中以鈷元素為中心的卟啉環及5，6-二甲基苯并咪唑被認為是發揮該作用的重要結構。不同VitB12類似物在卟啉和咪唑環上的修飾對其抗氧化作用和抑制神經炎癥作用有何不同，對細胞內ER、線粒體過氧化反應的作用，及對由Aβ產生的神經毒性作用或有害或有益，都還未見成熟研究。

3.5VitB12參與溶酶體功能調控VitB12的正常代謝需要溶酶體轉運體的參與。VitB12從腸道吸收進入血漿或組織間液后可與鈷胺素轉運蛋白(TC)結合隨循環系統運輸，與靶細胞膜上特定受體結合，以VitB12-TC復合物的形式被細胞攝取〔34〕。VitB12-TC進入細胞后TC部分可被溶酶體消化，繼而游離出VitB12，進一步參與各類細胞內生化反應。溶酶體內含有超過50種水解酶，溶酶體腔內的酸性pH對其發揮正常功能十分關鍵。對于VitB12而言，胞內溶酶體的正常運作對VitB12在胞內的釋放并轉運至線粒體這一過程至關重要，這一過程受到溶酶體膜上的兩種蛋白LMBD1和ABCD4對VitB12的調控〔35～37〕。各種VitB12衍生物在溶酶體中代謝過程的不同特點目前并沒有深入研究，VitB12各取代基對溶酶體膜蛋白LMBD1和ABCD4活性的不同影響也未有詳細報道。與此同時，AD相關Aβ在細胞內外的蓄積也受到溶酶體代謝的調節：一方面AD發生過程中生成的部分Aβ可被溶酶體消化，從而緩解細胞內Aβ載量及由此帶來的細胞毒性；另一方面，不斷增加的Aβ量也可加重溶酶體負擔，從而破壞膜蛋白LMBD1和ABCD4活性，影響Aβ的正常降解〔38〕。VitB12與Aβ的代謝均依賴于溶酶體這一特性決定了，VitB12的正常水平及VitB12衍生物不同取代基對于溶酶體膜蛋白活性的調控，都將影響細胞內Aβ的產量及其導致的AD相關神經損傷的癥狀。

4　膳食VitB12添加的風險

早期對于VitB12缺乏的治療往往采用傳統的肌肉注射法〔17〕，而后又被口服片劑取代〔39〕。隨著社會醫療水平的進步及大眾對于健康養生的關注和重視，目前除人工合成VitB12片劑以外，許多人也選擇通過食用富含VitB12的食物來增加VitB12的攝取，如一些海鮮、肉類和大部分腌制食品等。研究顯示，VitB12的膳食添加可以有效改善患者血漿Hcy水平并部分改善或延緩患者認知功能的退化〔40〕。VitB12分別以腺基鈷胺素和甲基鈷胺素兩種形式參與了體內各種代謝反應〔41〕。人工合成的VitB12主要以較為穩定的氰鈷胺為主，進入體內后可被代謝為可被人體利用的腺鈷胺和甲鈷胺。食物中的VitB12的類型則要豐富得多，存在許多類型的VitB12衍生物或類似物，而這些類似物是否在體內能轉變為人體能利用的形式則未能證實。值得關注的是，一些VitB12的衍生物會造成某些酶系統的失活，從而對細胞的正常代謝產生負面效應。研究人員在猴頭菇中檢測到了c-內酰鈷胺素，并發現c-內酰鈷胺素可以在體內或體外與特定酶結合并使其喪失生理功能〔42,43〕。由此說明，各種VitB12類似物在體內的作用不盡相同，一些衍生物在進入體內后可代謝為腺基鈷胺素和甲基鈷胺素參與如Hcy的失活等生化反應，而另一些則不具備此功能，以無效VitB12的形式存在體內，妨礙VitB12的正常功能，甚至產生其他毒性作用。明確各種VitB12衍生物的生物活性及其對AD相關基因、蛋白表達、活化的影響，對Aβ產生的神經毒性的調控作用，將有利于食品藥品生產中有效規避有害副產物產生，提高其有效成分的利用率。

綜上，VitB12作為人體多項代謝過程中重要的調控因子，它的缺乏將會引起機體多方面的損傷，神經功能損傷及相關認知功能的障礙，從而引起的老年癡呆或AD相關癥狀得到了越來越多的關注。VitB12的缺乏可以調控機體內多項生化反應的輔酶活性，DNA轉錄的甲基化修飾，包括ER、線粒體、溶酶體等細胞器的正常功能，從而影響神經細胞的活性和正常功能(圖3)。外源性補充VitB12被證實可有效降低AD相關神經損傷的癥狀，但食品藥品中存在的不同VitB12衍生物進入體內后多經歷的化學反應、代謝途徑及對機體各項機能所產生的可能影響都尚沒有深入系統的研究。明確VitB12各類衍生物對AD相關基因、蛋白的影響，將可以進一步提高VitB12膳食添加對AD防治的效果和效率。

圖3　VitB12參與機體多種代謝反應與AD相關神經損傷的關系示意圖

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