針灸干預阿爾茨海默病代謝組學的研究進展?

張海洋，殷之光，楊秋紅，劉文博，趙舒羽，徐廣順，馬金丹,△

(1.長春中醫藥大學，長春 130117；2.上海中醫藥大學，上海 201203；3.上海市嘉定區安亭醫院，上海 201805)

阿爾茨海默病(alzheimer’s disease，AD)是現階段世界范圍內尚無確切治療方案的一種神經退行性疾病[1]。本病在發展為AD前多不易被發現，或以輕度認知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)被臨床所發現，因早期缺乏特異性診斷方法，導致其生存率較低[2]。β淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)沉積及磷酸化Tau蛋白累積，形成細胞外斑塊及細胞內神經纖維纏結為本病的主要病理改變。除年齡、基因攜帶[3-5]等先天因素外，糖尿病、肥胖、飲食等與代謝相關的后天高風險因素對本病也有一定的影響[6]。代謝組學作為基因組、蛋白組學的延伸和終端，為AD及MCI的臨床前期生物標志物的鑒定提供了一種新的方向[7]。研究認為，無論哪種信號通路及蛋白的研究，均會伴隨著代謝改變[8-10]。針灸療法在慢性病、疑難病的治療及預防保健中有顯著優勢。研究[11]表明，早期電針干預可降低SAMP8小鼠海馬磷酸化Tau蛋白水平，上調AD大鼠血清中Aβ內化酶的含量[12]，促進AD患者體內Aβ的清除[13]，保護神經細胞，改善學習記憶能力[14]。本文主要對AD及MCI患者體內氨基酸類、脂質及能量三大類物質代謝的改變，及中醫針灸療法對其的干預進行整理歸納，以期為臨床治療及進一步研究上游蛋白及信號通路提供參考。

1 AD腦內能量代謝異常及針灸改善葡萄糖代謝的機制

1.1 腦內葡萄糖代謝異常對認知功能的損傷

AD腦內能量物質不足或相關酶缺乏等引起代謝率降低是腦內能量代謝異常的主要原因。在AD患者認知功能減退及影像學改變之前，大腦皮層葡萄糖代謝已經出現異常[15]，提示腦中葡萄糖攝取減少早于神經元萎縮[16]。研究發現，三羧酸循環、糖異生、乙醛酸和二羧酸鹽代謝所需要的主要化合物丙酮酸和草酰乙酸，參與谷氨酸能突觸、鈣信號通路、GnRH信號通路等相關信號通路的完成[17]，且丙酮酸和丙酮酸-草酰乙酸可通過促進腦-血谷氨酸外排來保護神經系統代謝[18]。若AD患者體內葡萄糖代謝出現異常，丙酮酸等代謝發生改變，則其參與的相關信號通路及對神經系統的代謝也會相應的出現異常，最終導致AD的發生。且腦葡萄糖代謝率的下降程度與患者認知能力損害程度呈正相關[19]。

1.2 腦內淀粉樣變對能量代謝的反饋效應

AD的淀粉樣蛋白病理學改變對腦內能量代謝異常有反饋效應。對APP/PS1轉基因小鼠腦葡萄糖代謝的研究發現，與野生型(WT)小鼠相比，APP/PS1小鼠的腦葡萄糖明顯累積，其三羧酸媒介(琥珀酸)以及神經遞質(谷氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸和天冬氨酸)、乳酸鹽C3等濃度均有所降低，提示淀粉樣蛋白病理學改變可能導致葡萄糖利用率降低，進而導致能量和神經遞質代謝以及大腦中的乳酸-丙氨酸交換減少[20]。應用PET對AD模型大鼠葡萄糖代謝進行觀察，結果AD大鼠呈現頂葉葡萄糖代謝降低的特征征象，可用于協助AD的早期診斷[21]。除腦內代謝物質改變外，對尿液的研究也發現，APP/PS1早期AD小鼠尿液的標本中，其糖代謝、甲胺代謝等代謝途徑有一定差異，提示糖代謝、甲胺代謝也可能參與AD早期的發病機制[22]。

1.3 針灸通過干預線粒體能量代謝改善相關癥狀

針灸可通過多種機制干預腦內能量代謝，提高葡萄糖代謝水平。研究表明，針灸可抑制海馬神經元線粒體中A-β結合乙醇脫氫酶的過度表達[23]，提高細胞色素C氧化酶活性，抑制海馬線粒體親環蛋白D表達，阻滯線粒體通透性轉換孔的形成[24]，減少線粒體損傷[25]，改善線粒體能量代謝障礙，改善學習記憶能力。對AD小鼠大腦皮層葡萄糖代謝水平影響的研究發現，以電針為干預方法，其 Mitcro-PET影像結果中，電針可以升高AD模型組小鼠大腦相關皮層18F-FDG攝取率，提示其可以提高AD小鼠大腦葡萄糖代謝水平，改善AD小鼠學習記憶能力[26]。另有研究證實，艾灸可以通過以上多種途徑調整APP/PS1模型AD小鼠的腦部能量代謝[27]。

2 脂質代謝對AD的影響及針灸對脂質氧化應激的調節

2.1 脂質及其過氧化機制對神經系統生物功能的影響

脂質具有構成細胞膜結構、儲存能量、神經元突觸的生長和成熟、神經的成長和修復、參與機體信號傳導等多種生物功能，對人體認知功能有重要影響[28]。研究發現，AD發生過程中，類脂質代謝、甘油磷脂和α-亞麻酸等代謝發生了顯著改變，而類脂質代謝物的變化，被甘油、丙二醇和脂肪酸化合物水平所影響[29]。這些脂肪酸引起脂質過氧化，促進氧化應激反應中有害產物的生成，導致神經損傷，促進AD的發展。對AD患者血漿代謝物的研究發現，溶血磷脂酰膽堿、二氫(神經)賴氨醇和4-羥雙氫(神經)賴氨醇等神經鞘脂類物質均有不同改變，而這些物質參與卵磷脂的代謝與神經鞘脂的生物合成與代謝[30]。

2.2 膽固醇代謝異常對Aβ堆積及Tau蛋白水平的調節

既往研究表明，膽固醇代謝參與AD的病理過程，膽固醇通過長鏈脂肪酸與過剩的膽固醇通過膽固醇酰基轉移酶(cholesterol A acyltransferase，ACAT)的催化，產生膽固醇酯(cholesterol ester,CE)。而體內及體外研究表明，膽固醇酯可促進Aβ的產生，加速AD的病理過程[31]。膽固醇酯為Tau蛋白早期發育的上游調節因子[32]，可通過ACAT1基因缺失來抑制膽固醇酯化，阻止Tau蛋白基因缺失小鼠早期的Tau病理性改變[33]。通過不同藥物降低膽固醇酯，可以降低FAD、SAD和NDC受試者神經元中多個磷酸化表位的pTau水平，且能調節淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)進程，進而影響AD的病理過程[34]。

膽汁酸(bile acids,BAs)是膽固醇代謝和清除的產物，在肝臟中產生并被腸道細菌進一步代謝。AD患者血清中主要BA(膽酸[CA]的濃度明顯降低，而次要BA、脫氧膽酸及其甘氨酸和牛磺酸結合物的濃度升高，提示膽汁酸中某些成分的濃度變化與認知功能減退密切相關[35]。研究發現，載脂蛋白E (apolipoprotein E,ApoE)是調節血脂水平的關鍵物質，可調節脂質轉運及腦中膽固醇穩態，其基因型ε4與老年癡呆有一定的相關性[36]。

2.3 針灸可通過干預脂質代謝調節腦內Aβ水平

臨床研究表明，針灸可調節AD患者細胞因子水平和血脂代謝[37]。電針可通過調節Aβ轉運受體LRP1、海馬ApoE及Aβ水平，降低皮層Aβ1-42含量，改善APP/PS1雙轉基因小鼠學習記憶能力[38-39]。另有研究表明，艾灸可以調節體內脂質氧化應激的特異性標志物水平，降低機體的氧化代謝產物，提高MCI 患者的認知水平[40]。

3 AD的氨基酸代謝機制及針灸對氨基酸代謝紊亂的糾正

3.1 氨基酸代謝通過參與神經遞質合成及代謝影響認知功能

氨基酸作為蛋白質的基本組成單位，可合成體內主要的神經遞質，在機體的學習記憶、神經傳導和受體功能等方面發揮著重要作用，其中絲氨酸與甘氨酸主要參與乙酰膽堿的代謝，色氨酸參與5-HT的代謝。研究表明，機體處于病理狀態下，可導致氨基酸代謝異常改變，AD/AMCI患者體內氨基酸代謝出現明顯紊亂，對中樞神經系統產生潛在影響，使得腦部相關區域神經元損傷，造成認知功能損害和記憶力下降[41]。

3.2 AD體內存在氨基酸代謝的異常

在AD診斷與治療中有重要作用的色氨酸片段減少，也對本病的發病機制有一定的揭示作用[42]。對認知能力下降患者給予精氨酸提取物干預后，老年受試者記憶識別能力提高，證明在認知功能損傷過程中，精氨酸也起到一定的作用[43]。此外，精氨酸、脯氨酸、谷胱甘肽、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸代謝、泛酸鹽和輔酶A生物合成，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成，檸檬酸循環、甘油磷脂代謝等，與AD關系密切[44]。亮氨酸重復激酶2基因突變被認為是帕金森病及AD的主要遺傳因素[45]。研究發現，AD患者3種代謝產物甲基鳥苷、組氨酸-苯丙氨酸、膽堿-胞苷代謝與正常人不同，這3種主要代謝產物與苯丙氨酸和組胺的生物合成途徑有關[46]。對AD大鼠尿液代謝組學的研究表明，與健康對照組大鼠相比，AD大鼠海馬組織γ-氨基丁酸、乙酰膽堿、甘氨酸、去甲腎上腺素、5 -羥色胺、氨基乙磺酸和多巴胺濃度降低，谷氨酸和天冬氨酸濃度增加。從代謝譜的生物學意義分析，AD的發病機制主要與腸道菌群失調、能量代謝異常、氧化應激損傷和神經元保護物質的缺失等相關[47]。

3.3 針灸通過糾正氨基酸代謝紊亂狀態改善認知功能

AD模型小鼠體內存在氨基酸代謝通路的紊亂，而艾灸可以通過調節碳水化合物和部分氨基酸代謝途徑，糾正其紊亂狀態，最終改善認知功能[48]。實驗研究結果表明，艾灸干預后，丙氨酸、色氨酸、氨基丙酸、精氨酸和脯氨酸、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、泛酸鹽和輔酶A的生物合成等代謝，在AD模型小鼠與正常小鼠的尿液標本中存在差異。艾灸對AD模型小鼠尿液代謝物的影響主要涉及淀粉和蔗糖代謝、戊糖和葡萄糖醛酸酯互變，色氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、脯氨酸、甘氨酸、二羧酸根陰離子等代謝途徑。此外，針刺干預AD模型大鼠的實驗結果表明，針刺可調節AD大鼠谷氨酸代謝[49]。

4 結語

除以上三大類代謝外，還有核苷酸代謝等相關代謝途徑，在疾病的發生發展過程中也起著重要作用。除此之外，能量代謝、脂質代謝、氨基酸代謝間也存在著相互轉化，如氨基酸除可形成蛋白質外，還可通過脫氨酸作用生成有機酸類，參與三羧酸循環(tricarboxylic acid cycle，TAC)成為能量來源，TAC是線粒體產生能量的重要環節，是糖類、脂質類及蛋白質在體內相互轉化分解代謝的共同途徑。本文通過AD能量、脂質、氨基酸代謝，及針灸改善腦內葡萄糖代謝、調節脂質氧化應激、糾正氨基酸代謝紊亂等方面進行分析，以期為進一步研究本病發病機制的上游蛋白及信號通路提供一定的參考，也對針灸治療提供一定的理論基礎。