阿爾茨海默病發病機制及基于神經遞質治療的研究進展

郭佳旗，魏穎鴻，張慧，劉寧，楊晶鑫，孔娟

(中國醫科大學附屬盛京醫院臨床營養科，沈陽 110004)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)在老年群體中的發病率較高，與胞外β淀粉樣蛋白(amyloid β protein,Aβ)沉淀產生及胞內神經纖維糾纏有關[1]，但目前AD具體的發病機制尚不完全明確。全世界約5 000萬人患有AD，預計2050年將達到1.315億人[2]。流行病學調查顯示，中國65～85歲人群中AD患病率為5%左右，而85歲以上人群則高達20%[3]。AD主要以記憶力下降、認知惡化、執行力變弱及語言功能減退等為病理表現[4]。目前美國食品藥品管理局批準了以神經遞質為基礎的藥物用于AD對癥治療，在輕中度階段首先使用乙酰膽堿酯酶抑制劑(acetylcholinesterase inhibitor,AChEI)，在中重度階段使用谷氨酸受體拮抗劑。目前仍無有效的治療AD的方法[5]。隨著AD的進展，患者大腦中參與思考和記憶的部分神經元受損，部分患者伴有精神錯亂甚至出現癡呆癥狀，嚴重并發癥可導致患者死亡，嚴重威脅人類生命和健康。因此，充分了解AD的發病機制對其治療具有重要意義。現就AD發病機制與基于神經遞質治療的研究進展進行綜述。

1 AD的危險因素

AD與年齡相關，有學者根據人口普查結果預算，2020年美國65～74歲人群中約3.1%患AD，75～84歲人群中約16.7%患AD，85歲以上的人群中約32.2%患AD[6]。可見，AD的患病率隨著年齡的增長而升高，85歲以上老年人患病可能性更高。

有研究表明，AD與家族史有關[7-8]，父母有癡呆癥病史是AD的危險因素，且有一個以上一級親屬患有AD的人發病風險更高[9]。AD與遺傳相關，載脂蛋白E (apolipoprotein E,ApoE)的等位基因包括ε2、ε3和ε4，其中ApoE-ε4是對AD產生影響的風險基因之一[10-12]。ApoE-ε4等位基因的所有基因型(ε2/4、ε3/4和ε4/4)均與罹患AD風險增加有關，而ApoE-ε2/ε2、ε2/ε3和ε3/ε3對AD具有保護作用[13-14]。目前ApoE已成為研究AD新的突破點。

基因突變是AD的危險因素，已報道AD最常見的基因變異有300多個，其中早老素1和早老素2分別位于第14號和1號染色體上，分別含有13和12個外顯子[15]。AD的神經元變性和認知功能減退與Aβ病理性聚集有關。Aβ由淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)通過β分泌酶和γ分泌酶的酶促反應獲得，是一組由39～43個氨基酸殘基組成的疏水肽，主要有Aβ42和Aβ40。APP基因突變導致Aβ多肽分泌過量，早老素1和早老素2可以通過調節γ分泌酶介導APP的裂解，導致Aβ42增多和聚集從而產生神經毒性[16]。一項關于人體基因突變的研究發現，與非突變攜帶者相比，早老素1和早老素2以及APP的突變攜帶者Aβ沉積增加。有研究發現，患者大腦中Aβ水平在AD預期發病年的22年前已顯著增加[17]。更多基因突變與AD的關系仍需進一步研究確定。

AD與性別相關，女性ApoE-ε4與AD的關聯性更強。生物標志物分析的結果顯示，女性ApoE相關風險的增加可能與Tau的病理變化有關[18]。一項校正了性別、年齡以及教育程度的薈萃分析結果表明，久坐行為與患癡呆癥風險的顯著增加獨立相關，而AD是癡呆癥最常見的神經退行性疾病[19]。隨著對AD研究的深入，越來越多的危險因素被發現，可以利用這些因素探索更多可能防治AD的方法。

2 AD的發病機制

2.2Aβ沉積假說 Aβ是β分泌酶和γ分泌酶在APP的調節下，兩步蛋白水解形成的小分子片段，以單體、二聚體、高聚物和纖維性聚合物等形式存在，如Aβ40和Aβ42。Aβ42有很強的形成淀粉樣斑塊和沉積的作用，可以產生淀粉樣神經斑塊[25]。大腦中最早積聚獲得的形式是Aβ42。通過增加Aβ生成、提高Aβ42/Aβ40比值、促進Aβ沉積和降低Aβ清除率使Aβ42在大腦中積聚，導致老年斑的形成和沉積，隨后發生炎癥反應、小膠質細胞激活、細胞因子釋放和星形細胞增生等復雜的級聯反應[26-28]。這些反應導致進行性神經源性損傷、神經元缺陷和認知功能障礙。而α分泌酶可競爭性抑制β分泌酶的活性，減少Aβ的產生。降低Aβ生成與清除Aβ沉積可為治療AD提供一定的幫助。

2.3膽堿能假說 膽堿能假說是20世紀70年代中期研究人員對AD患者的大腦進行研究后提出的。AD患者的認知功能障礙程度與乙酰膽堿轉移酶活性降低和乙酰膽堿合成減少密切相關。膽堿能假說認為AD早期膽堿能神經元受到影響，基底前腦中膽堿性神經元退化、大腦皮質和其他區域膽堿性神經遞質丟失、參與乙酰膽堿合成的膽堿能喪失是導致AD患者認知功能減退的主要原因。膽堿能假說表明，提高乙酰膽堿的突觸水平或選擇性激動劑變構調節突觸后膜的膽堿能受體，能夠減少膽堿能突觸數量、降低其活性[29]。AChEI負責抑制乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)，阻止突觸中乙酰膽堿的降解，從而增加神經細胞中乙酰膽堿的持續積累和膽堿能受體的激活，逆轉認知功能障礙。

2.4ApoE假說 ApoE位于第19號染色體上，具有299個殘基(分子量為 34 000)，是一種可以通過C端結構域結合膽固醇和磷脂的糖蛋白，在肝、腦星形膠質細胞和一些小膠質細胞中高表達，是受體介導的膽固醇等脂蛋白顆粒的內吞噬配體，對髓鞘的產生和正常的大腦功能必不可少[30]。ApoE基因編碼序列的改變使其具有ApoE2、ApoE3和ApoE4三種亞型，ApoE-ε4是散發性AD最嚴重的危險因子，而ApoE-ε2與ApoE-ε3則是保護因子[31]。ApoE-ε4于1993年被鑒定為AD最明顯的遺傳危險因素，與常見的異構體ApoE-ε3相比，其患AD的風險增加15倍[32]。ApoE4與大腦中Aβ沉積增加有關，Jones等[33]測量了ApoE結構域中具有顯著特異性的異構體，亞型構象差異可增加ApoE4鉸鏈區的裂解水平，從而導致ApoE喪失介導Aβ清除的功能，增加ApoE-ε4等位基因攜帶者罹患AD的風險。ApoE-ε4基因與神經元外Aβ的淀粉樣斑塊、神經元內含有高磷酸化Tau的纖維纏結以及AD的其他特征(包括炎癥和氧化應激)的積累有關[34]。ApoE假說的提出為人類深入了解AD提供了可能，ApoE是治療AD的潛在靶點。

Li等[35]研究發現，星形膠質細胞ApoE的載體包括多種微RNA，這些微RNA特異性地下調神經元羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶、3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合酶基因和甾醇14α-去甲基化酶水平，抑制神經元膽固醇合成途徑可導致細胞核內乙酰輔酶A積累，組蛋白乙酰化顯著上調，最終調控多個神經元H3K27ac的富集，并激活神經元早期應答基因轉錄，該發現被認為是ApoE介導神經元表觀遺傳機制的一種新途徑。有研究在表達人類ApoE等位基因的小鼠模型中進行了包括增加或降低ApoE表達水平、增強ApoE脂化作用、阻斷ApoE與Aβ相互作用以及將ApoE4基因轉換為ApoE3或ApoE2亞型等治療方法的嘗試，并獲得了成功[30]。但將這些方法應用于人類的臨床試驗仍具有挑戰性。雖然目前還沒有針對ApoE的治療方法，但研究發現ApoE影響AD發病機制與Tau神經纖維變性及星形膠質細胞組蛋白乙酰化有關，還發現AD可能與血腦屏障的破壞有關[30]。這些病理過程可能導致認知功能障礙，因此在此基礎上開發針對ApoE的治療藥物具有重要的臨床意義。

2.5線粒體功能障礙與氧化應激假說 線粒體是脂質、氨基酸、鈣穩態、類固醇代謝和觸發細胞凋亡所必需的細胞器，負責維持細胞凋亡、鈣平衡、突觸可塑性、氧化還原等過程，并參與微管聚合和神經元生長[36],在許多神經退行性疾病中發揮主導作用。有研究表明，線粒體內Aβ的積累導致細胞毒性和神經元死亡[37-38]。AD患者大腦皮質區域的線粒體細胞色素氧化酶(復合體Ⅳ)活性顯著降低，這種關鍵酶的缺乏可能會導致活性氧類的增加，能量儲存減少，最終導致神經退化。線粒體Aβ的存在也會影響活性氧類的產生，改變不同腦區線粒體膜電位并導致AD[39]。線粒體功能障礙是發生在AD早期階段的一種異常現象，并且與α-酮戊二酸脫氫酶復合物、丙酮酸脫氫酶復合物和細胞色素C-氧化酶等氧化代謝過程的關鍵酶水平降低有關，從而導致能量代謝下降[23]。調節參與線粒體氧化代謝的關鍵酶，增強線粒體功能可為AD的預防和治療提供新思路。

有學者認為線粒體功能障礙主要歸因于氧化應激，Aβ和Tau蛋白的蓄積以及線粒體發生受損[40-41]。線粒體功能障礙導致抗氧化作用降低，活性氧類水平升高，從而通過產生自由基對線粒體造成損害，影響其抗防御作用[23]。APP和Aβ的存在可能導致線粒體DNA基因表達受損和氧化應激[42-43]。線粒體解偶聯蛋白的表達和激活是對氧化應激的一種保護機制，這種保護機制在AD大腦中出現功能失調，解偶聯蛋白2、解偶聯蛋白4和解偶聯蛋白5的表達顯著降低[44]。氧化應激可以激活c-Jun氨基端激酶和p38線粒激活蛋白激酶，增強β分泌酶的表達[23]。氧化應激通過調節Tau和Aβ等蛋白加工信號通路的激活參與AD的發展。氧化應激是AD發生的重要因素，患者神經元中的脂質、蛋白質和核酸等成分可能被氧化[45]。因此，可以嘗試通過降低氧化應激反應，探尋可能緩解AD的方法。

3 基于神經遞質治療

目前批準的對癥治療AD的藥物主要是以神經遞質為基礎。在輕中度階段首先使用AChEI，用于穩定患者的認知功能和維持日常活動，包括多奈哌齊、利瓦斯明和加蘭他明。它們均能阻止AChE分解乙酰膽堿，而AChE有助于在神經細胞之間傳遞信息與維持記憶。在中重度階段使用谷氨酸受體拮抗劑，即N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methylD-aspartate receptor,NMDAR)拮抗劑。AD患者大腦中谷氨酸鹽大量釋放會對腦細胞造成損害，NMDAR拮抗劑致力于阻止谷氨酸鹽的影響[46]。雖然目前的藥物不能阻止AD對腦細胞造成的損害，但可能有助于減輕或穩定癥狀。

3.1AChEI M型乙酰膽堿受體分布于中樞神經系統等不同部位，屬于以乙酰膽堿為第二信使的代謝受體類，在特異性激動劑和拮抗劑的基礎上進一步分為M1、M2、M3、M4和M5。M型乙酰膽堿受體可以在某些神經元和其他細胞的細胞膜中形成G蛋白受體復合物，參與AD患者學習、記憶和運動過程。基于膽堿能假說緩解AD認知功能損傷的方法，理論上M4型乙酰膽堿受體和M1型乙酰膽堿受體激動劑的膽堿刺激可以防止Aβ的形成和沉積，降低Tau過度磷酸化從而減少細胞內神經纖維纏結，但由于嚴重的不良反應在臨床階段治療失敗[47]。

20世紀90年代，AChEI作為第一種用于治療AD癥狀的藥物問世。目前開發的AChEI只能適度緩解AD的認知障礙，并不能阻止該病的進展。通過AChEI來提高膽堿能水平被認為是增強認知和神經細胞功能的治療策略之一。另一種可能有助于治療AD的策略是增加膽堿的再攝取，從而增加突觸前膜乙酰膽堿的合成。這可以通過靶向膽堿轉運蛋白來實現，為乙酰膽堿的合成提供膽堿。開發能夠增加質膜膽堿轉運蛋白的藥物可能成為未來治療AD的方向[48]。四氫氨基吖啶是美國食品藥品管理局批準的第一種治療AD的AChEI藥物，其作用是增加神經元中的乙酰膽堿，但由于肝毒性等不良反應的發生率高已退出市場。目前，已批準的AChEI包括多奈哌齊、利瓦斯明和加蘭他明，但僅用于AD對癥治療[49]，尚不能從根本上達到治愈效果。

多奈哌齊是AChEI的第二代藥物，是一種吲哚芐基哌啶衍生物，但只對癥用于改善AD患者的認知和行為，而不能改變其進展[50]。多奈哌齊可逆地與AChE結合，抑制乙酰膽堿水解，導致突觸內乙酰膽堿濃度升高。該藥耐受性良好，有輕微和短暫的膽堿能不良反應，這些不良反應與胃腸和神經系統有關。

利瓦斯明是AChE和丁酰膽堿酯酶的可逆抑制劑，通過結合AChE的兩個活性位點(陰離子和脂質位點)，從而阻止乙酰膽堿的代謝[49]。利瓦斯明的分解速度較AChE慢，其在突觸通過AChE和丁酰膽堿酯酶進行代謝。該藥用于輕中度AD患者的治療，但是口服該藥會引起惡心、嘔吐、消化不良、腹痛、乏力、食欲減退和體重減輕等不良反應，有些患者由于這些不良反應而停藥[51]。

加蘭他明是治療輕中度AD患者的標準一線藥物。加蘭他明是一種特異性的三級異喹啉生物堿，具有雙重作用機制，是AChE的競爭性抑制劑，能結合并激活煙堿型乙酰膽堿受體的α亞基變構。接受加蘭他明長期治療的AD患者整體認知功能穩定，Wallin等[52]的亞組分析發現，加蘭他明在認知功能低下、ApoE-ε4等位基因發生率較低的老年患者中獲得的短期反應較好，可用于輕中度AD患者的治療。

3.2NMDAR拮抗劑 NMDAR是由兩個NR1亞基和兩個NR2亞基或兩個NR3亞基組成的四聚體。通過NMDAR進行的谷胱甘肽傳遞對于神經可塑性、神經元存活以及學習和記憶的形成至關重要[53]。NMDAR激活導致Ca2+內流并觸發下游信號轉導。在正常情況下，細胞外的Mg2+促進Ca2+進入細胞并發揮生理功能，從而抑制NMDAR。鈣調蛋白依賴性激酶和cAMP反應元件結合蛋白被磷酸化，觸發形成長期增強效應所需的基因轉錄，這是神經可塑性和記憶形成的分子基礎。美金剛是第一個被批準的針對NMDAR和谷氨酸通路用于治療中重度AD的藥物，其他NMDAR非競爭性拮抗劑藥物正在開發中。目前已有幾種NMDAR非競爭性拮抗劑進入臨床試驗，但大多因療效差、不良反應大而失敗[54]。NMDAR拮抗劑亟待更大規模的試驗進行驗證，仍需不斷探索新的治療方法。

4 其他輔助治療手段

認知訓練可能對輕中度AD患者整體認知感及語言流利性的改善有積極影響，且這些益處可以在治療時獲得延續[55]。認知刺激、音樂療法和心理治療(如認知行為療法)等是治療癡呆的有效方式，而AD是導致癡呆最常見的原因，這些干預措施可以改善患者的抑郁癥和焦慮癥，且有助于提高患者生活質量[56]。家庭和其他專業人員的支持性護理也是治療AD的主要手段。楊靜等[57]研究表明，采用健康信念模式護理AD患者可改善患者認知功能，提高患者的生活滿意度。建議醫療保健人員使用這些方法，增強患者的生命體驗感。同時，讓患者待在熟悉的家庭環境中可以滿足他們的日常需求，從而獲得更高的生活質量。

5 小結與展望

近年來AD發病率逐漸升高，引起人們的廣泛關注，因此開展更多與AD相關的課題具有重要意義。雖然目前的藥物不能阻止AD對腦細胞的損害，但有助于減輕或穩定患者癥狀，未來迫切需要研發更加有效的治療AD的藥物。針對AD患者Aβ聚集的病理特點，考慮從減輕Aβ沉積的角度來治療AD，可以通過使用分泌酶抑制劑減少Aβ生成、接種Aβ疫苗減少Aβ積聚、借助肽類抗聚集物減少Aβ聚集、研發促進Aβ清除或抑制Aβ抗體增加的藥物等手段，也可以進一步探索利用丁酰膽堿酯酶抑制劑、β分泌酶抑制劑和γ分泌酶抑制劑等途徑阻止AD的進展。對于有AD風險的患者可以加強體育鍛煉、調整生活方式并改變膳食結構，同時進行適當的認知訓練增強大腦健康，盡可能地減少AD的發生。