慢性腦缺血與阿爾茨海默病

徐 鈞(綜述)，儲照虎(審校)

(1.蕪湖市第一人民醫(yī)院神經(jīng)內科，安徽蕪湖241000;2.皖南醫(yī)學院弋磯山醫(yī)院神經(jīng)科，安徽蕪湖241001)

慢性腦缺血是指各種原因引起的長期腦血流灌注不足。而大腦慢性低灌注狀態(tài)導致的長期腦血供不足及其所誘發(fā)的自由基損傷等多種病理學變化可能是阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)的病因。散發(fā)性AD均有毛細血管結構的異常、β淀粉樣肽(β-amyloid protein，Aβ)的沉積、神經(jīng)元變性和進行性認知功能障礙等，這與雙側頸總動脈結扎(2-vessel occlusion，2VO)模型所產(chǎn)生的慢性腦缺血引起的大鼠腦的變化非常相似。de la Torre［1］提出了AD發(fā)病機制的臨界腦低灌注閾值假說:在血管危險因素的作用下，腦灌流不足，當?shù)竭_一定閾值時即可引發(fā)一系列級聯(lián)反應，最終導致AD的病理學改變?，F(xiàn)就慢性腦缺血和Aβ的生成與清除、神經(jīng)細胞凋亡、能量代謝障礙、免疫炎性氧化應激損傷幾個方面進行簡要綜述。

1 慢性腦缺血與Aβ的生成與清除

目前，在AD發(fā)病機制的眾多假說中，最受關注的淀粉級聯(lián)假說認為Aβ在AD發(fā)病過程中起著核心作用，其引起的一系列神經(jīng)毒性導致神經(jīng)細胞功能紊亂和死亡，引發(fā)癡呆。Aβ在神經(jīng)細胞外沉積是AD發(fā)生的觸發(fā)因素，在AD的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)代研究證實，腦缺血可引起腦內Aβ表達增多。基礎研究發(fā)現(xiàn)缺血性腦血管病患者腦中淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)和Aβ的水平有所增加。實驗研究證實，腦缺血能夠上調大鼠腦內APP mRNA表達，增加Aβ生成、β分泌酶的活性和表達［2］，β分泌酶分泌可由淀粉樣蛋白誘導增多，這可能是APP的生成形成一個正反饋回路［3］。因此，在慢性腦缺血后APP表達可增加。

De Jong等［4］研究發(fā)現(xiàn)，慢性腦缺血后毛細血管出現(xiàn)了細胞變性，微血管纖維化，基膜增厚，血管腔狹窄。在人為動靜脈瘺造成慢性腦缺血的大鼠發(fā)現(xiàn)毛細血管密度增高，而毛細血管密度的增加可能是因為腦慢性缺血誘發(fā)毛細血管反應性增生，但是新生的毛細血管因為結構不完整，因此具有滲出和出血的傾向。有研究發(fā)現(xiàn)，血液是產(chǎn)生可溶性Aβ的主要來源，可溶性Aβ可以通過有功能缺陷的血-腦脊液屏障進入腦組織，逐漸形成沉積［5］，并且慢性腦缺血后Aβ清除障礙可能與血-腦脊液屏障的破壞、Aβ通過血-腦脊液屏障清除的功能受損有關。

2 慢性腦缺血與神經(jīng)細胞凋亡

研究證實，慢性腦缺血出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)元變性壞死。在神經(jīng)變性性癡呆的發(fā)展過程中，神經(jīng)元脫失的主要形式是細胞凋亡。Smale等［6］用缺口末端標記法觀察AD患者腦標本中的細胞凋亡，發(fā)現(xiàn)AD患者海馬區(qū)的缺口末端標記陽性細胞明顯多于同齡非AD患者對照組，凋亡的細胞中不僅有神經(jīng)元，還有膠質細胞。慢性腦缺血后海馬CA1-CA4區(qū)、齒狀回神經(jīng)元損傷程度不一致，齒狀回損傷程度最重。隨著低氧時間延長，上述改變呈逐漸加重［7］。

研究表明，DNA的損傷與修復在缺血神經(jīng)元的死亡機制中發(fā)揮重要的作用，對DNA損傷修復的失敗是觸發(fā)缺血神經(jīng)細胞凋亡的重要機制之一［8］。慢性腦缺血的一些細胞凋亡相關基因及其產(chǎn)物在AD腦中有明顯的變化。AD中凋亡相關基因與腦缺血中凋亡相關基因有部分重疊，提示腦缺血所致凋亡在AD發(fā)病中的可能作用。抑制凋亡的基因Bcl-2和促凋亡基因Bax相互拮抗形成一個平衡體系，通過調節(jié)凋亡相關蛋白Bcl-2和Bax水平的表達，可以抑制細胞凋亡的發(fā)生［9］。而DNA自身修復是通過p53蛋白激活一系列下游基因或直接與DNA單、雙鏈結合而完成的。如果DNA損傷嚴重、修復失敗，則以凋亡的形式清除細胞以維護細胞基因組的完整性和修復的忠實性［10］。所以，p53基因是神經(jīng)細胞死亡的關鍵性調節(jié)因子，具有一定的促凋亡作用。p53的一個直接下游產(chǎn)物p21通過結合并抑制周期素依賴激酶而在細胞周期調節(jié)中發(fā)揮重要作用。除細胞周期阻滯外，p21同時還抑制p53介導和非p53介導的細胞凋亡，在一些特定的情況下它又能促進細胞凋亡［11］。實驗結果表明，慢性腦缺血狀態(tài)海馬區(qū)p21和p53蛋白的表達上調，表明兩者均參與了神經(jīng)細胞的凋亡［12］。

凋亡基因在缺血和AD腦中部分相似的變化，以及細胞凋亡在缺血和AD患者腦中的出現(xiàn)，提示慢性腦缺血在AD發(fā)病中的作用。

3 慢性腦缺血與能量代謝障礙

Staffen等［13］經(jīng)SPECT研究發(fā)現(xiàn)AD患者局部腦血流灌注明顯降低。長時間腦血流不足可能導致認知功能損害。Plaschke等［14］研究在逐步漸進性腦低灌注成年大鼠中發(fā)現(xiàn)皮質和海馬三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)、二磷酸腺苷逐漸下降，乳酸/丙酮酸和腺苷增加。線粒體能量代謝障礙在AD的發(fā)生中的研究越來越多，與正常人相比，AD患者腦部對葡萄糖的吸收和利用減少21%～28%，因而導致AD患者發(fā)生輕度認知障礙［15］。AD患者因為腦血流不足進一步導致腦細胞線粒體氧化代謝過程受到損傷［16］。有研究表明，在神經(jīng)纖維纏結形成之前，線粒體內細胞色素氧化酶與線粒體DNA的水平有所改變，進而得到線粒體異常是AD病理的早期特征［17］。線粒體損傷使 ATP合成進一步減少，腦內60%的ATP是由細胞膜上的Na+-K+-ATP酶消耗的，ATP減少使其活性大大降低，導致軸突-樹突轉運障礙，蛋白、營養(yǎng)因子及其他依賴能量轉運的分子對突觸或神經(jīng)元胞質的供應減少，并有可能導致突觸丟失。ATP的減少使Ca+的跨膜轉運受影響，產(chǎn)生了細胞內鈣超載，使神經(jīng)元功能受損。腦內自由基產(chǎn)生增加，而自由基通過阻斷膜Na+-K+-ATP酶轉運谷氨酸，使其在細胞外集聚，產(chǎn)生興奮性氨基酸毒性作用。并且膠質細胞增生、體積變大，在結構和功能上都發(fā)生了改變。ATP減少還可使高爾基體受損，一方面可能導致異常APP翻譯后加工，從而生成Aβ，最后形成老年斑;另一方面可能導致異常的tau蛋白過度磷酸化，形成雙股螺旋絲和神經(jīng)元纏結。

4 慢性腦缺血與免疫炎性氧化應激損傷

4.1 免疫炎性損傷 近年的研究表明，慢性腦缺血引起神經(jīng)膠質細胞的活動異常，包括小膠質細胞的活化、星形膠質細胞的增生和活化，少突膠質細胞的損傷等反應［18］。激活的小膠質細胞能夠分泌大量的生物活性因子，如腫瘤壞死因子 α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-3、IL-1、IL-6、誘導型一氧化氮合酶等，這些生物活性因子通過不同的途徑反饋性加重小膠質細胞的活化效應。此外，還可以直接對神經(jīng)組織產(chǎn)生各自的作用加重炎性反應，并且激活星形膠質細胞，導致惡性循環(huán)，促進神經(jīng)元損傷［19］。反應性變化的星形膠質細胞一方面對缺血后組織損傷的修復及內環(huán)境的穩(wěn)定起重要作用;另一方面產(chǎn)生的一氧化氮和TNF-α，可介導少突膠質細胞的凋亡，加重白質的損傷［20-21］。Deng等［22］研究發(fā)現(xiàn)，激活的小膠質細胞產(chǎn)生的炎性細胞因子也可對少突膠質細胞產(chǎn)生損害作用，導致腦室周圍白質病變。

長期以來，免疫炎性反應作為腦缺血損傷級聯(lián)反應中重要的一環(huán)一直備受關注。其中，IL-1、IL-6及TNF被視為與中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺血相關的最主要炎性反應分子。研究表明2VO后海馬區(qū)IL-1、IL-6、TNF-α陽性細胞明顯增高［23］。IL-1由小膠質細胞分泌，通過刺激β-淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein，β-APP)的啟動子上調β-APP的表達，從而促進β-APP的加工過程，使Aβ沉積。也可通過刺激誘導營養(yǎng)不良性軸突生成和磷酸化tau蛋白水平增加，與神經(jīng)元纏結形成直接相關。研究證實，IL-6在彌散性斑塊中的分布多于其他類型的斑塊，提示在老年斑早期形成中IL-6有驅動作用。TNF作為Aβ誘導的小膠質細胞神經(jīng)毒性的重要媒介，與在神經(jīng)元、小膠質細胞及星形膠質細胞表達的受體結合，從而激活眾多細胞類型的炎癥信號。

4.2 氧化應激損傷 氧化應激是指體內過多的氧自由基導致組織氧化損傷的過程，在AD的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用?；钚匝醮刂械牧u自由基是氧化損傷中最重要的自由基。自由基介導產(chǎn)生活性氧簇，在氧化產(chǎn)物過度堆積和抗氧化系統(tǒng)缺陷而引發(fā)細胞損傷甚至凋亡。因此，活性氧簇和自由基是引起 AD 病變的重要原因［24-25］。舒敏等［26］用 2VO 模型觀察了慢性腦缺血損傷后大鼠腦組織中的氧化應激反應，術后90 d大鼠腦組織一氧化氮濃度、一氧化氮合酶、誘導型一氧化氮合酶活力較對照組明顯升高，且一氧化氮濃度與一氧化氮合酶及誘導型一氧化氮合酶活力呈正相關。Bharti等［27］觀察到，2VO術后10 d腦組織脂質過氧化程度加劇，氧自由基毒性代謝產(chǎn)物丙二醛增加，而谷胱甘肽顯著減少，超氧化物歧化酶活性顯著下降。體內生成的活性氧簇不僅可以使鈣穩(wěn)態(tài)失調，還可通過抑制能量代謝使糖原合成激酶3代償性激活，共同促進tau蛋白異常磷酸。De Butte等［28］證實，自由基消除劑褪黑素在慢性腦缺血中具有神經(jīng)保護作用，從側面說明氧化應激致神經(jīng)元損傷在慢性腦缺血致AD中起著重要作用。

5 結語

許多證據(jù)都表明，腦血流量減少在認知功能損害進程中起到重要作用，慢性腦缺血能夠導致認知功能障礙，并且是AD的重要危險因素。對慢性腦缺血后免疫炎性損傷、能量代謝障礙以及細胞凋亡等方面的研究或許可以幫助尋找阻斷細胞凋亡和癡呆發(fā)展的重要途徑。目前對慢性腦缺血的研究尚處在起步階段，其導致認知功能障礙的病理機制，尤其是分子機制有待進一步研究。

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