高脂飲食與阿爾采末病之間關(guān)系的研究進(jìn)展

何 鑫，胡金鳳，苑玉和，楚世峰，韓 寧，陳乃宏

(1.天然藥物活性物質(zhì)與功能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所，北京 100050;2.天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，天津 300193)

阿爾采末病(AD)，又稱老年癡呆癥，是一種神經(jīng)退行性疾病。臨床癥狀主要表現(xiàn)為記憶能力減退，持續(xù)性認(rèn)知能力下降以及運(yùn)動障礙等［1］。其主要病理特征為:顳葉和海馬皮質(zhì)等部位神經(jīng)元丟失;tau蛋白過度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs);以及β淀粉樣蛋白(amyloid peptide，Aβ)大量沉積形成的老年斑(senile plaques，SPs)［2］。

AD的發(fā)病原因及病理機(jī)制錯綜復(fù)雜，不僅與遺傳因素有關(guān)，還與年齡、環(huán)境、飲食、腦外傷等密切相關(guān)。上世紀(jì)90年代就有研究報(bào)道高脂飲食是AD發(fā)病的危險(xiǎn)因素［3］。近年來對高脂飲食與AD發(fā)病之間的相關(guān)性研究表明，中年時(shí)的高脂飲食與AD發(fā)病的危險(xiǎn)性增加密切相關(guān)，且調(diào)節(jié)血脂的藥物如他汀類藥物、膽固醇合成阻斷劑均可防治AD［4］。腦內(nèi)的膽固醇代謝紊亂與AD發(fā)病密切相關(guān)，膽固醇是調(diào)節(jié)生理狀態(tài)下脂質(zhì)雙層膜物理化學(xué)狀態(tài)和功能活性的必需的分子，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中不可或缺，它對包括信號傳遞、突觸可塑性、學(xué)習(xí)記憶在內(nèi)的正常腦功能的維持非常重要。腦內(nèi)膽固醇代謝紊亂會造成氧固醇、24-OH膽固醇、25-OH膽固醇等膽固醇代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生發(fā)生改變，而使得腦內(nèi)一些酶如乙酰基轉(zhuǎn)移酶等發(fā)生改變，進(jìn)而損傷腦內(nèi)神經(jīng)元，造成學(xué)習(xí)記憶等的損傷及AD的發(fā)生［5］。

雖然高脂飲食可增加AD的發(fā)病率，但膽固醇不能透過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)，所以高脂飲食并不能直接導(dǎo)致AD的發(fā)生?，F(xiàn)研究表明高脂飲食引起AD發(fā)病可能與以下幾種途徑有關(guān):①促進(jìn)Aβ產(chǎn)生;② 誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥;③ 促進(jìn)tau蛋白過度磷酸化;④ 損傷突觸可塑性;⑤ 損傷膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)。

1 高脂可促進(jìn)Aβ含量增加

Aβ是老年斑的主要成分，由分泌酶裂解淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)產(chǎn)生，是人體代謝的正常產(chǎn)物之一。流行病學(xué)調(diào)查顯示，膽固醇動態(tài)平衡的紊亂可能通過增加Aβ的蓄積而導(dǎo)致AD。膽固醇與Aβ聯(lián)系的最早報(bào)道是Sparks等1994在兔上實(shí)驗(yàn)得到的。Jaya Prasanthi等［6］以高脂飼料飼養(yǎng)兔為模型來表現(xiàn)兔AD樣病變后大腦的病理特征。實(shí)驗(yàn)表明，通過ELISA檢測表明高脂飼料飼養(yǎng)兔的皮層中Aβ(可溶性Aβ1-40、Aβ1-42及 Aβ 蓄積物)的含量增加，海馬中可溶性Aβ1-40、Aβ1-42含量增加，但 Aβ 蓄積物沒有增加。Ullrich等［5］研究也發(fā)現(xiàn)高脂飲食動物腦中Aβ的含量增加。雖然高脂飲食能導(dǎo)致Aβ蓄積，但其機(jī)制并不完全清楚。

已知Aβ的增加主要由兩個(gè)方面造成:生成增加以及降解受阻。Aβ在腦內(nèi)的水平受裂解 APP的 β-分泌酶(BACE1)、降解Aβ的胰島素降解酶(IDE)、清除該蛋白的低密度脂蛋白相關(guān)蛋白(LRP-1)以及調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)運(yùn)的高級糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)等因素綜合控制。BACE1是一種蛋白水解酶，在APP裂解產(chǎn)生Aβ的過程中起重要作用。BACE1裂解了APP的胞外區(qū)(sAPP)產(chǎn)生了C99膜結(jié)合C端碎片，該碎片被γ分泌酶進(jìn)一步加工生成 Aβ(Fig 1)［7］。Catherine等指出高膽固醇增加 Aβ的含量是通過增加BACE1的催化活性而完成的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食可增強(qiáng)BACE1與其底物APP的結(jié)合，進(jìn)而增加Aβ的產(chǎn)生。正常膽固醇條件下，BACE1分布于脂筏上，而APP在脂筏上存在的量卻很低，提示正常膽固醇條件下APP的降解方式不是通過BACE1剪切所產(chǎn)生。而當(dāng)膽固醇含量升高，APP在細(xì)胞膜上會重新分布，到達(dá)已經(jīng)包含BACE1的脂筏上，進(jìn)而增加 Aβ 的生成［8］。

Aβ發(fā)揮神經(jīng)損傷作用是通過作用于細(xì)胞膜表面受體，主要為RAGE、LRP-1。RAGE是一種跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，由于其配體都具有結(jié)構(gòu)特異性，而被認(rèn)為是模式識別受體，其配體包括一些氧化應(yīng)激產(chǎn)物、Aβ、APP、炎癥因子、DNA結(jié)合蛋白等［9］。LRP-1是低密度脂蛋白受體家族的一員，它擔(dān)任著多功能“清潔工”、信號分子受體、轉(zhuǎn)運(yùn)體以及促使膽固醇和載脂蛋白新陳代謝的功能［10］。RAGE和LRP-1是血腦屏障(BBB)重要的毛細(xì)管運(yùn)輸?shù)鞍?，在與其配體Aβ的相互作用過程中，RAGE將Aβ從血液轉(zhuǎn)運(yùn)至腦中，而LRP-1能夠調(diào)節(jié)Aβ從腦到血液的轉(zhuǎn)運(yùn)。因此，Aβ出腦或者入腦的凈通量依賴于這兩種受體的表達(dá)及活性，而改變這兩種蛋白的表達(dá)量及活性使其失衡則會導(dǎo)致Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)的不平衡，引起B(yǎng)BB的功能紊亂［11］。Jaya Prasanthi等［6］研究發(fā)現(xiàn)，高膽固醇增加海馬和皮層中RAGE的表達(dá)水平，而降低LRP-1的表達(dá)水平，使得RAGE與LRP-1的相對分布不平衡，最終導(dǎo)致Aβ在腦內(nèi)的蓄積。

Fig 1 The releasing of Aβ from its precursor APP.

IDE是存在于胞質(zhì)、過氧化物酶體、囊泡及細(xì)胞表面的一種金屬內(nèi)切酶［12］。Kurochkin等［13］在1994年研究證明，IDE參與Aβ的降解。IDE是主要的Aβ降解酶，它通過對淀粉樣沉淀的組成肽的裂解而阻止其產(chǎn)生。IDE在皮層中能清除Aβ1-40和Aβ1-42的神經(jīng)毒性作用。研究報(bào)道高脂飲食降低了海馬和皮層中IDE的表達(dá)水平，IDE的含量降低可能減弱Aβ的降解而使得 Aβ的水平升高導(dǎo)致腦內(nèi) Aβ的蓄積［6］。

由此可見，高脂飲食增加腦中Aβ的量與參與Aβ產(chǎn)生、降解、清除及轉(zhuǎn)運(yùn)過程的蛋白變化有關(guān)，即(1)增強(qiáng)BACE1與APP的結(jié)合使Aβ的產(chǎn)生增加;(2)轉(zhuǎn)運(yùn)Aβ由血入腦的受體RAGE含量增加，而轉(zhuǎn)運(yùn)Aβ由腦入血的蛋白LRP-1含量下降，導(dǎo)致Aβ在腦內(nèi)的蓄積;(3)Aβ降解酶IDE含量的下降，減少Aβ的清除。這些蛋白的表達(dá)變化是高脂所致Aβ蓄積的原因。因此維持正常的血漿膽固醇濃度，防止調(diào)節(jié)Aβ相關(guān)蛋白的變化，從而阻止其蓄積可防治AD。

2 引起神經(jīng)炎癥

AD的關(guān)鍵性特征之一是腦內(nèi)神經(jīng)炎癥，而神經(jīng)炎癥的主要來源是小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞不僅形態(tài)學(xué)上發(fā)生改變——阿米巴狀，而且在細(xì)胞內(nèi)激活了NF-κB等炎性信號通路，增加誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)表達(dá)，促進(jìn)NO等活性氧物質(zhì)的釋放以及TNF-α、IL-1等炎性因子的分泌，間接損傷神經(jīng)元［14］。Zhang等以高脂飼料飼養(yǎng)1個(gè)月齡的♂大鼠5個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，高脂飲食可增加Iba-1的表達(dá)，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，并且明顯增加大腦皮層ROS的產(chǎn)生，NADPH氧化酶各亞基及COX-2的表達(dá)，增加細(xì)胞核中NF-κB的表達(dá)以及PGE2水平［15］，即高脂飲食激活了腦內(nèi)神經(jīng)炎癥，這為高脂飲食與AD發(fā)病間的相互聯(lián)系提供了新的證據(jù)。

3 促進(jìn)tau蛋白過度磷酸化

tau是一種微管相關(guān)蛋白，主要在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)，正常功能是誘導(dǎo)與促進(jìn)微管蛋白合成微管，并與之結(jié)合，維持微管功能的穩(wěn)定及微管蛋白分子的解離，誘導(dǎo)微管成束。tau的過磷酸化以及異常方式聚集可導(dǎo)致人類及多種動物的神經(jīng)性疾病。特別是tau的過度磷酸化使其與微管蛋白的結(jié)合只有正常tau蛋白的10%，并束縛了tau蛋白對微管的穩(wěn)定，造成神經(jīng)纖維退化及功能喪失，形成NFTs。Kopke等［16］研究發(fā)現(xiàn)，在正常人腦中每個(gè)分子tau蛋白有2～3個(gè)分子的磷酸基團(tuán)，但在AD患者的腦中，每個(gè)分子tau蛋白可有9～10個(gè)磷酸基團(tuán)。因此，tau蛋白的異常過度磷酸化被認(rèn)為是AD致病的關(guān)鍵因素。Ullrich(2010年)、Ghribi(2008年)、Schindowski(2008年)、Woodruff-Pak(2007 年)、Ghribi(2006年)等的研究均表明，高脂飲食能增加tau蛋白的表達(dá)和磷酸化。tau蛋白的磷酸化主要受蛋白激酶GSK-3β、MAPK等激酶的調(diào)控。Rahman研究表明高脂飲食能影響GSK-3β活性，因此GSK-3β激活可能是tau過度磷酸化的原因［17］，并且Aβ的蓄積和tau蛋白的過度磷酸化密切相關(guān)，Aβ的蓄積能通過激活MAPK通路來增加tau蛋白的磷酸化。Ghribi等［18］用高脂飼料飼養(yǎng)7個(gè)月的兔后通過檢測PHF-1和AT8發(fā)現(xiàn)，高脂引發(fā)的tau過度磷酸化的位點(diǎn)在tau蛋白的Ser396或Ser404，而不是Ser202或Thr205，tau蛋白過度磷酸化同時(shí)伴隨著P-ERK的增加，而P-JNK與P-GSK-3β并沒有增加，提示高脂飲食引發(fā)的tau蛋白過度磷酸化可能是Aβ的蓄積激活了ERK而導(dǎo)致的，具體機(jī)制目前不明確，需進(jìn)一步研究。

4 損傷神經(jīng)可塑性

神經(jīng)可塑性是神經(jīng)系統(tǒng)的基本特征之一，包括突觸可塑性、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重組和功能腦區(qū)轉(zhuǎn)移等，其中最突出的表現(xiàn)為突觸可塑性。突觸可塑性是指突觸在一定條件下通過改變形態(tài)而調(diào)整功能的能力，在神經(jīng)發(fā)育、成熟及學(xué)習(xí)記憶等眾多的生理功能中起重要作用，可分為突觸結(jié)構(gòu)和效能可塑性兩方面。前者指突觸形態(tài)的改變、新突觸連接形成和突觸功能的建立;后者是指突觸的反復(fù)活動引致突觸傳遞效率的增加或降低，包括長時(shí)程增強(qiáng)(LTP)和長時(shí)程抑制(LTD)［19］。

近年來大量的研究報(bào)道，高脂飲食可以改變突觸效能可塑性和突觸結(jié)構(gòu)可塑性，從而損傷學(xué)習(xí)記憶。首先，高脂飲食能夠損傷突觸功能可塑性，Alexis［20］的研究證明高脂飼料飼養(yǎng)8個(gè)月后抑制大鼠海馬 CA1區(qū)的LTP。Gault(2010年)、Mattson(2010年)等也研究證明高脂飲食可以抑制LTP。LTP形成機(jī)制復(fù)雜，高脂飲食抑制LTP的機(jī)制尚不完全清楚，目前研究報(bào)道，高脂可抑制突觸前synapsin I磷酸化，抑制與LTP及學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)的核轉(zhuǎn)錄因子CREB的磷酸化，并且降低BDNF的表達(dá)［21］，從而損傷突觸可塑性。高脂飲食也明顯損傷突觸結(jié)構(gòu)可塑性。任姍姍等［22］的研究表明高脂飲食能導(dǎo)致正常小鼠突觸體數(shù)量衰減和突觸體膜流動性下降。Mattson(2010年)研究發(fā)現(xiàn)高脂飼養(yǎng)8個(gè)月后可以降低海馬突觸棘密度。Molteni報(bào)道，高脂飼養(yǎng)6個(gè)月能夠降低海馬中GAP43的mRNA和蛋白含量。Mattson［23］研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食能使大鼠海馬CA1區(qū)的微管相關(guān)蛋白(MAP2)染色減弱，MAP2的分布與海馬特別是CA1-CA3區(qū)神經(jīng)元的完整性密切相關(guān)，它的減少表明海馬神經(jīng)元受損。因此，高脂飲食能夠明顯損傷突觸可塑性。

5 損傷膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)

乙酰膽堿在神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛分布，對控制腦血流量、睡眠－覺醒循環(huán)以及調(diào)節(jié)認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)記憶過程都有重要作用。膽堿能系統(tǒng)的功能紊亂與進(jìn)行性記憶缺失直接相關(guān)。前腦基底核的膽堿能細(xì)胞丟失是AD的典型特征，膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)釋放的損傷能引起Aβ沉積，增加tau蛋白磷酸化，導(dǎo)致AD。Ullrich等的研究表明，給予高脂飲食5個(gè)月的大鼠與空白組相比，血漿膽固醇水平明顯上升、學(xué)習(xí)記憶能力受損，并且高膽固醇大鼠腦基底核膽堿能神經(jīng)元的數(shù)目減少，皮層乙酰膽堿含量降低，從而損傷膽堿能神經(jīng)元［24］。Gonzalo-Ruiz等［25］也報(bào)道高膽固醇飲食能加劇Aβ聚集造成的老年鼠大腦皮層膽堿能神經(jīng)元數(shù)目的減少。因此，高脂可通過損傷膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)而導(dǎo)致AD發(fā)生、發(fā)展。

綜上所述，高脂飲食能通過增加Aβ產(chǎn)生，誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥，促進(jìn)tau蛋白過度磷酸化，損傷突觸可塑性及膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)而降低認(rèn)知功能，成為AD發(fā)病的危險(xiǎn)因素。因此，合理的飲食可防止高脂引起認(rèn)知障礙，減少AD發(fā)病幾率。

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