阿爾茨海默病性別差異及其機制研究

劉金穎，孫林琳，錢園園綜述，段淑榮審校

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是發生于老年和老年前期、以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的慢性中樞神經系統退行性疾病。臨床上表現為記憶障礙、失語、失用、失認、視空間能力損害、抽象思維和計算力損害、人格和行為改變等[1]。流行病學研究發現，阿爾茨海默病的發病有明顯的性別差異，而且男性和女性在臨床表現方面也存在明顯的性別差異，本文主要對近年來關于AD性別差異及其相關機制進行概述，并初步探索長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)在AD發病及其性別差異中的作用。

1 AD發病機制

AD是老年期最常見的癡呆類型，約占老年期癡呆的50%～70%，其大體病理表現為腦組織體積縮小和重量減輕，特別是顳葉海馬的萎縮，組織學病理表現為β-淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)在神經細胞外沉積形成的神經炎性斑(neuritic plaques，NP)和過度磷酸化tau蛋白在神經細胞內聚集形成的神經原纖維纏結(neurofibrillary tangles,NFT)，神經原缺失和膠質細胞增生[1]。Aβ可通過多種途徑發揮其毒性作用，從而引起突觸和神經元變性，其中重要的一點是Aβ具有線粒體毒性作用，由Aβ引起的線粒體功能障礙可能是由一氧化氮(NO)的產生增加而介導的，NO的增加降低線粒體呼吸鏈復合物(主要是復合物IV)的活性，降低細胞內ATP水平，最終引發細胞死亡，加速神經元的消亡，不僅Aβ，tau蛋白也可導致這種代謝損傷和氧化應激，tau蛋白和Aβ可協同加劇AD早期的線粒體病理性惡化，引起神經細胞死亡[2]。Aβ的聚集、沉積,Tau蛋白磷酸化過程的中間產物及微管解聚所致的神經毒性,都是導致阿爾茨海默病進展的重要環節[3]。Aβ源自β-分泌酶和γ-分泌酶對淀粉樣β-前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)的順序切割，APP廣泛存在于人體組織細胞中,并作為一種膜受體在腦內大量表達[4]。APP在體內通過α途徑和β途徑裂解，在β途徑中APP被β-和γ-分泌酶酶切產生Aβ肽，以大約37至43個氨基酸的長度在細胞外釋放,其中Aβ-40是最豐富的,與Aβ-42的濃度比約為10∶1，β-分泌酶介導了該途徑中最初的限速步驟，其中膜結合天冬氨酰蛋白酶(β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1)已被確定為其中主要的限速酶[5,6]。

2 AD性別差異的流行病學

2014年，有研究者對中國65歲以上的6096名城市人口及4180名農村人口進行調查統計，研究發現：城市男性AD患病率為1.27%，女性AD患病率為3.54%；而在農村，男性AD患病率為1.95%，女性AD患病率為6.30%，女性患者所占比例達3/4[7]。在國外，Niu H等人2016年進行的Meta分析結果顯示：歐洲AD的患病率估計為5.05%，其中男性AD患病率為3.31%，女性AD患病率為7.13%[8]。Meta分析結果顯示，與同齡男性相比，女性從輕度認知障礙(Mild Cognitive Impairment，MCI)進展到AD的風險為男性的1.33倍,隨著年齡增長到80歲左右，女性的患病風險會顯著高于男性[9]。

3 AD臨床表現的性別差異

正常男性和女性具有不同的認知優勢，在國外的一項研究中，在言語學習和記憶測試中，女性表現優于男性，而在視覺建構和視覺感知方面，男性表現優于女性[10]。AD患者的認知損害同樣存在性別差異，在AD相同時期，女性的認知能力比男性差，男人在語言和語義能力、視覺空間能力和情節記憶等認知領域的表現明顯優于女人[11]。除認知功能外，AD患者的精神行為異常同樣也存在明顯性別差異，有研究應用自戀人格(narcissistic personality inventory，NPI)量表評估AD患者精神行為癥狀，結果顯示女性AD患者更容易出現脫抑制表現，而男性患者更容易出現易激惹癥狀，而且這種性別差異在中重度AD患者中表現更加突出[12]。

4 AD病理學的性別差異

病理檢測表明，女性AD患者腦中的Aβ含量、tau蛋白磷酸化水平、神經炎癥、神經元和突觸的損失、神經纖維退化和腦實質萎縮等病理變化比男性嚴重[13]，AD神經影像學計劃(AD neuroimaging initiative，ADNI)應用磁共振成像 (magnetic resonance imaging，MRI)研究，發現女性腦萎縮的速度是男性的1～1.5倍[14]。最近的一項研究顯示隨著腦脊液Aβ-42水平下降或tau蛋白水平增高，女性海馬萎縮及認知功能較男性下降更快；同時發現Aβ-42及總tau水平與海馬萎縮、記憶力縱向下降和執行功能下降存在明顯性別差異，具有指示病理變化較差的Aβ-42和總tau的女性較男性表現出更快的海馬萎縮和認知能力下降[15]。

5 AD性別差異機制

AD在流行病學、臨床表現及病理學等方面都存在性別差異，目前的報道認為導致上述差異的原因主要有以下幾個方面。

5.1 腦容量差異 腦容量儲備認為腦容量較大的患者可以承受更多的病理損傷，在老年人總體認知能力方面,腦容量大可能構成一種可能的形態學優勢[16]，男性和女性大腦解剖最顯著的差異在于男性的頭部尺寸和腦容量較大[17]；因此女性相對來說更容易出現認知障礙。有研究發現，從MCI到AD發展過程中，女性腦容量的下降速度比男性快[18]，這也是女性AD患者發病率高、癥狀重的因素之一。

5.2 受教育程度不同 認知儲備理論認為認知儲備評分相對高的個體,在臨床認知功能下降出現之前,能耐受更多的病理改變，通常認知儲備的估算使用替代變量，受教育程度便是其中一項，有研究發現教育水平高的人認知儲備高，比教育水平低的人患癡呆的風險小[16]。在新中國成立以前，女性不能與男性享有平等的受教育權，絕大部分都處于文盲狀態。新中國成立后，中國婦女才獲得了平等的受教育權力[19]。在國外，從總體上看,20世紀50年代至70年代,英國高等教育機會獲得的性別均等化程度很低,女生的入學機會一直不到男生的一半;20世紀90年代中期以后,高等教育機會獲得的性別比例開始逐漸發生逆轉，在中國，2010年以前男生獲得的高等教育入學機會多于女生[20,21]，總體上來說65歲以上老人的受教育程度男性要高于女性，這也表明AD的發生與受教育程度有一定的關系。

5.3 生活習慣差異 男性和女性在生活習慣上也有一定的差異，一般來說，男性在整個生命周期中運動量要大于女性，國內相關Meta分析結果表明有氧運動可以有效改善AD患者的認知功能，提高AD患者日常生活能力，減少精神行為癥狀[22]。另外也有文獻表明,有氧運動訓練可以使海馬體積變大,從而使記憶障礙得到改善[23]。另外男性的吸煙量要多于女性，中國疾病預防控制中心發布的《2015中國成人煙草調查報告》顯示，中國成人吸煙率為27.7%，其中男性占52.1%，略多于女性。有研究表明煙草中的煙氣可能加劇轉基因小鼠和大鼠阿爾茨海默病的病理表現，包括Aβ沉積、tau蛋白過度磷酸化、神經炎癥和神經元缺失等[24～26]，但目前吸煙與AD的關系尚不明確。

5.4 壽命長短差異 據統計，全球范圍內，女性平均壽命74.2歲，男性平均壽命69.8歲[27]，女性的平均壽命要長于男性，而AD主要在65歲以后發病，因此女性AD患病人數較男性要多。

5.5 遺傳學差異 AD可分為家族性AD和散發性AD，其中家族性AD呈常染色體顯性遺傳，家族性AD相關基因主要有：APP基因、早老素1(presenilin 1，PS1)、早老素2(presenilin 2，PS2)等,而散發性AD最為相關的基因主要為載脂蛋白E(ApoE)，ApoE是膽固醇的主要載體，可介導脂質運輸和腦部損傷修復，參與體內高密度脂蛋白的轉運和內吞，在中樞神經系統中，ApoE主要由星形膠質細胞和少量小膠質細胞產生，其主要功能為促進膽固醇和磷脂在細胞之間的轉運，APOE基因多態性是阿爾茨海默病(AD)患病風險增加的主要遺傳因素，APOE主要有3種亞型(ε2、ε3和ε4)，其中ε4以劑量依賴性方式增加認知下降和AD的風險，全基因組關聯研究證實，APOE的ε4等位基因是AD的最強遺傳危險因素，許多研究表明APOE4蛋白與Aβ沉積和神經纖維纏結都有關系，影響Aβ的沉積，形成老年斑并引起腦淀粉樣血管病(CAA)[28，29]。Genin等[30]提出，載脂蛋白E(APOE)的的外顯率也取決于性別，他們發現85歲以上的男性和女性純合子APOE-ε4攜帶者的終生風險分別為51%和60%。雜合子APOE-ε3、ε4攜帶者的相應風險分別為23%和30%，而且攜帶APOEε4的AD患者呈現更大的內側顳葉萎縮，特別是在海馬區。

5.6 激素水平差異 男性與女性另一明顯的生理學差異為激素水平的差異，其中雌激素發揮了主要的作用，雌激素是一種類固醇激素，主要由卵巢和胎盤產生，包括雌二醇(E2)、雌三醇、雌酮三類，大量研究表明雌激素對神經系統具有保護作用，如促進神經元修復、增加神經遞質的合成、促進中樞神經突觸的可塑性等。在大腦內，雌激素可調節葡萄糖的轉運，有氧糖酵解和線粒體功能，從而在涉及認知功能的多個大腦區域(如內側顳葉、扣帶回和額葉皮質)中生成ATP，為腦組織提供能量[31]，在更年期過渡時期，雌激素水平下降，增加了女性AD發生的風險，有橫斷面研究表明，與絕經前的女性和男性相比，圍絕經期和絕經后的女性表現出AD的病理學表現，其特征是腦淀粉樣Aβ沉積、代謝減少和神經元體積減少。另外，與男性相比，絕經年齡婦女在頂葉和顳葉區域(包括顳葉內側皮質)的灰質體積減少[32]。

6 LncRNA在AD發病機制中的作用

近年來，隨著RNA測序技術和計算方法學的迅速發展 ，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)逐漸被人們所認識，lncRNA是一類異質的RNA，具有超過200個核苷酸和有限的蛋白質編碼能力,lncRNA在轉錄或轉錄后水平的基因調控中發揮關鍵作用，并參與許多生物學功能，包括增殖、凋亡、轉移、基因組穩定性、代謝和治療抗性等。目前的研究發現,一些lncRNA與AD有關，如：BACE1-AS、BDNF、BC200、17A等。

6.1 BACE1-AS β位淀粉樣蛋白前體蛋白裂解酶1反義轉錄物(BACE1-AS)是從BACE1基因座相反鏈的11號染色體正鏈轉錄的保守RNA，BACE1-AS在mRNA和蛋白水平調節BACE1(β位點APP裂解酶-1)的表達。BACE1對于產生有毒的Aβ是必不可少的，細胞應激會增加BACE1-AS的水平，進而刺激BACE1的表達，這會增強APP處理和Aβ-42的產生。升高的Aβ-42水平可以進一步促進BACE1-AS的過表達[33]，TE LIU等人的研究表明抑制lncRNA BACE1-AS的表達可有效地抑制內源性Aβ的產生，因此，lncRNA BACE1-AS可能是成熟Aβ肽形成的重要因素。通過沉默lncRNA BACE1-AS的表達，削弱了BACE1切割APP的能力[34]。

6.2 BC200 BC200 RNA是小的LncRNA，位于神經元突觸,可在翻譯水平上調節基因表達,在維持突觸可塑性中起著重要的作用，有助于局部Aβ的產生和隨后的淀粉樣蛋白沉積，一項驗尸研究發現，在49～86歲之間，皮質區域的BC200 RNA水平降低了60%以上，與年齡匹配的正常大腦相比，AD大腦中的BC200 RNA明顯上調，此外，與AD相關的大腦區域中的相對BC200 RNA水平與疾病進展同時增加[33]。

6.3 BDNF腦源性神經營養因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)對維持神經系統功能具有重要作用,在AD患者中BDNF表達下調,并且其反義鏈的轉錄本lncR NA BDNF-AS的表達與BDNF負相關,抑制BDNF-AS的表達可以提高腦內BDNF的表達水平[35,36]。

6.4 17A lncRNA 17A可調控G蛋白偶聯受體51(GRP51)可變性剪切體的產生,抑制GAGA B2受體的轉錄,從而影響GABA信號通路。Massone等[37]的研究發現,在AD患者的腦組織內lncRNA 17A的表達上調,AD患者腦內的炎癥反應可刺激lncRNA 17A的表達。同時細胞實驗表明,lncRNA 17A的表達可促進Aβ分泌并提高Aβ-42、Aβ-40比率,從而加重AD病情的發展。

7 競爭內源RNA(ceRNA)假說

LncRNA經過兩個加工階段可產生miRNA，miRNA是基因表達的負調控因子，許多lncRNA的功能可能是通過隔離miRNA來調節基因表達，從而限制了它們在細胞中的濃度，從而減少了細胞中可用miRNA的集合。以這種方式，lncRNA充當miRNA功能的負調節劑，并延伸成為基因表達的正調節劑，這就是“競爭內源RNA(ceRNA)”假說[38]。有研究利用醫學芯片大數據，下載了125例AD患者的17個皮質區域的表達譜(GSE84422)并對其進行差異表達基因分析，在17個區域中，僅僅4個基因(GRM2、ESRRB、KIF26B和ASPA)在超過3個區域存在著差異表達[39]。和AD相關的LncRNA可能通過ceRNA來調控上述4種基因的表達，來影響AD的發生與發展，如果能夠找到這種關聯，這也能夠為以后AD的治療提供新的靶點。

8 總結與展望

AD在流行病學、臨床表現、病理變化等方面都存在明顯的性別差異，AD的發生發展與多種因素有關，遺傳易感因素、社會因素、心理因素等，以上我們已經總結了近年來關于AD性別差異性的相關機制以及lncRNA與AD發生發展的關系，但是基于全基因組的AD的性別差異的分子機制的研究以及關于lncRNA與AD性別差異的具體關系還未見相關報道，所以研究關于AD的性別差異的分子學機制及lncRNA在AD的發生發展中的作用都有待進一步研究與探索。