阿爾茨海默病與氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展

方 威 胡國章 劉乃杰

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院急救醫(yī)學(xué)科，吉林 長春 130033)

1 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院神經(jīng)外科

阿爾茨海默病與氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展

方 威 胡國章 劉乃杰1

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院急救醫(yī)學(xué)科，吉林 長春 130033)

阿爾茨海默??；氧化應(yīng)激

阿爾茨海默病(AD)是一種由神經(jīng)系統(tǒng)變性引起的疾病，又叫老年癡呆癥。近年來，我國AD的發(fā)病也逐年上升。目前藥物治療是治療AD最主要方式之一。本文對(duì)AD發(fā)病機(jī)制的各種學(xué)說與氧化應(yīng)激的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 氧化應(yīng)激反應(yīng)與AD

研究認(rèn)為，氧化應(yīng)激廣泛參與衰老、炎癥和腫瘤等多種病理生理過程〔1,2〕。大腦富含不飽和脂肪酸，是個(gè)高耗氧量的器官，最易受到氧化應(yīng)激的影響，腦組織缺血缺氧5 min，即發(fā)生不可逆性改變。生理狀態(tài)下，體內(nèi)的氧化能力于抗氧化相平衡，維持正常功能，當(dāng)缺血缺氧等應(yīng)激源誘發(fā)時(shí)，活性氧類(ROS)產(chǎn)生增多，體內(nèi)抗氧化能力下降，氧自由基可直接損傷細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)，甚至包括線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器和細(xì)胞核等，加速器官的功能喪失及壞死凋亡〔3〕。神經(jīng)元細(xì)胞作為一種高代謝細(xì)胞，其維持基本的功能有賴于線粒體呼吸鏈及氧化磷酸化所供應(yīng)的能量，當(dāng)神經(jīng)元抗氧化能力下降時(shí)，神經(jīng)元的防御功能減低，自身生理功能得不到維持。

研究表明，氧化應(yīng)激反應(yīng)在AD發(fā)病機(jī)制中扮演著重要的角色〔4〕。過強(qiáng)的氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞膜或細(xì)胞器膜上的脂質(zhì)過氧化，和(或)蛋白質(zhì)的硝化和核酸的破壞，影響神經(jīng)細(xì)胞突觸能力甚至導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡〔5〕。氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡是AD患者發(fā)病機(jī)制的共同通路。初始由淀粉樣蛋白(Aβ)在腦組織中不可逆性沉積，進(jìn)一步激活氧自由基，引起氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡，最終導(dǎo)致神經(jīng)元功能缺失，代謝紊亂，學(xué)習(xí)認(rèn)知及記憶功能明顯下降。

ROS和活性氮類(RNS)釋放過多，超出機(jī)體抗氧化能力，引起氧化物質(zhì)堆積，抗氧化系統(tǒng)功能減弱，組織損傷〔6〕。體內(nèi)生成的大量活性ROS和RNS還可以作為多種信號(hào)通路的第二信使，導(dǎo)致P53蛋白的活性增強(qiáng)并促進(jìn)P53向細(xì)胞核轉(zhuǎn)移，調(diào)控caspase蛋白的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞損傷和(或)凋亡〔7〕。

2 Aβ與氧化應(yīng)激反應(yīng)

AD特征性的病理改變包括以下幾個(gè)方面：老年斑的形成(主要由Aβ聚集形成)、Tau蛋白纖維纏結(jié)異常聚集(NFT)、腦皮質(zhì)神經(jīng)元丟失及膠質(zhì)細(xì)胞的增生。其中，Aβ由AD患者腦內(nèi)產(chǎn)生，并進(jìn)一步沉積聚集形成老年斑，是AD發(fā)展形成的關(guān)鍵因素之一。Aβ是老年斑的主要成分，由39～43個(gè)氨基酸組成，分子量4.0～4.2 kD，主要包括Aβ1～40和Aβ1～42兩種形式，AD患者大腦中存在大量Aβ(尤其是Aβ1-42)沉積，促進(jìn)AD病理過程的進(jìn)展，導(dǎo)致NFT形成、突觸丟失，最終引起神經(jīng)元的調(diào)亡。淀粉祥前體蛋白(APP)經(jīng)過β-分泌酶和γ-分泌酶剪切，并進(jìn)一步形成Aβ單體。APP是一種跨膜糖蛋白，廣泛表達(dá)于多種細(xì)胞，編碼基因位于21號(hào)染色體。在正常生理狀態(tài)下，APP在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、軸突延伸、細(xì)胞遷移等方面發(fā)揮重要作用，其C端在基因表達(dá)及神經(jīng)元存活方面發(fā)揮重要作用。APP的清除分為兩種方式：首先，由α-分泌酶水解形成可溶性sAPP肽段，在細(xì)胞外經(jīng)γ-分泌酶水解為p3，在這個(gè)過程中無AP形成。其次，經(jīng)β-分泌酶和γ-分泌酶的剪切作用形成39～43個(gè)氨基酸的Aβ膚段。AD患者腦中APP清除受到損害，但AP的輕微升高可増強(qiáng)其清除能力。

研究證實(shí)，AD患者和轉(zhuǎn)基因AD小鼠模型腦組織中Aβ形成增多，與增高的氧化應(yīng)激水平呈正相關(guān)。體外培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)Aβ暴露后，脂質(zhì)過氧化程度和過氧化氫水平均明顯升高。研究證實(shí)，抗氧化劑可抑制淀粉樣蛋白聚集〔8〕。給予維生素E或過氧化氫酶預(yù)處理能減低Aβ的沉積，說明抗氧化應(yīng)激可拮抗Aβ的沉積。反之，Aβ又可引起機(jī)體抗氧化酶類的失活，誘發(fā)ROS生成，形成正反饋途徑加重神經(jīng)系統(tǒng)氧化應(yīng)激反應(yīng)〔9〕。在Aβ中，Aβ25～35是最具活性的片段，淀粉樣β蛋白25-35可以作為脂質(zhì)過氧化始動(dòng)劑，數(shù)分鐘內(nèi)便可誘發(fā)出大量自由基，而其他淀粉樣蛋白片段則需要更長時(shí)間甚至數(shù)天才可誘發(fā)自由基的產(chǎn)生。

研究顯示，Aβ可引起氧化應(yīng)激損傷。目前的研究機(jī)制包括以下假說：(1) 甲硫氨酸，作為Aβ的第35位氨基酸殘基，可進(jìn)一步與氧反應(yīng)，生成氧硫化物，再進(jìn)一步生成氧化二硫或過氧化硫，產(chǎn)生氧自由基，其次，Ap還可以與NO反應(yīng)，生成過氧亞硝基，使自由基水平增加，學(xué)習(xí)認(rèn)知功能減低。(2) 過氧亞硝基與Aβ受體結(jié)合，放大氧化應(yīng)激水平。Joy等〔10〕證明，Aβ可作為配體結(jié)合高度糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的活性氧生成。活性氧通過鈣離子通道，引起細(xì)胞膜去極化，損傷細(xì)胞膜蛋白的功能，同時(shí)鈣離子內(nèi)流可引起細(xì)胞內(nèi)鈣超載〔11〕；(3)Aβ還可通過介導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)降低Na+K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶的活性，對(duì)能量代謝造成干擾〔12〕。

3 Tau蛋白與氧化應(yīng)激反應(yīng)

微管蛋白的主要功能是促進(jìn)神經(jīng)末梢內(nèi)遞質(zhì)的傳遞，為神經(jīng)元提供營養(yǎng)，為神經(jīng)元生存之所必須。Tau蛋白能與微管蛋白結(jié)合，并促進(jìn)其穩(wěn)定形成，因此Tau蛋白的異?？蓪?dǎo)致神經(jīng)元的損傷。在AD患者的腦組織中，Tau蛋白被異常修飾，導(dǎo)致Tau蛋白磷酸化過度、糖基化、泛素化，引起神經(jīng)纖維纏結(jié)，其Tau蛋白引起神經(jīng)纖維纏結(jié)的數(shù)量與AD患者臨床表現(xiàn)的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。磷酸酶的脫磷酸作用和蛋白激酶的磷酸化作用相互制約，其平衡程度決定Tau蛋白的磷酸化程度。氧化應(yīng)激反應(yīng)可激活糖元合成激酶(GSK)-3，而GSK-3是Tau蛋白激酶的異構(gòu)體。因而氧化應(yīng)激亦促進(jìn)了Tau蛋白的磷酸化，從而引起神經(jīng)功能缺損〔13〕。

尸檢證實(shí)在AD患者中，Tau蛋白聚集的部位氧化應(yīng)激產(chǎn)物增多〔14〕。體外實(shí)驗(yàn)證明，神經(jīng)元被氧化后，發(fā)生聚集反應(yīng)成絲狀，經(jīng)免疫組織化學(xué)法和免疫熒光法測定，AD患者腦組織中高級(jí)糖基化終產(chǎn)物增多，其主要促進(jìn)氧自由基生成，集中在Tau蛋白沉積部位內(nèi)〔11〕。研究表明，將這種終產(chǎn)物轉(zhuǎn)染到腫瘤細(xì)胞中，可進(jìn)一步產(chǎn)生氧自由基〔10〕。Takashima等〔15〕發(fā)現(xiàn)，Tau蛋白聚集引起的神經(jīng)細(xì)胞纏結(jié)由硝基化的蛋白質(zhì)組成，為氧化修飾的異常狀態(tài)，與神經(jīng)細(xì)胞損傷有關(guān)，其干擾蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，使其喪失功能，導(dǎo)致正常細(xì)胞骨架變?yōu)楫惓＠w維纏結(jié)。Polidori〔16〕研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)過氧化損傷的羧基引起在AD患者腦組織中NFT，而鈣離子超載和自由基的產(chǎn)生可以加速此過程。Aβ的沉積，伴隨強(qiáng)烈氧化應(yīng)激反應(yīng)及鈣濃度的升高，均在NFT的形成中起到了關(guān)鍵的作用〔17〕。

4 氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡

AD患者的另一典型特征是神經(jīng)細(xì)胞缺失，而神經(jīng)細(xì)胞丟失又可進(jìn)一步引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡，研究顯示，細(xì)胞凋亡學(xué)說與其他學(xué)說之間相互影響，且為其他學(xué)說導(dǎo)致神經(jīng)元損傷的最后通路〔13〕。細(xì)胞凋亡是多種因素及基因復(fù)雜相互作用的結(jié)果，機(jī)制暫不完全明確。但神經(jīng)細(xì)胞作為一種不可再生細(xì)胞，想辦法減少細(xì)胞凋亡，是治療AD的關(guān)鍵措施。Good等〔18〕檢測了10例AD患者腦組織中抗氧化酶活性和過氧化物的含量，結(jié)果顯示患者顳葉中大量神經(jīng)元丟失，谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性明顯低于正常人，而脂質(zhì)過氧化程度明顯增高。此結(jié)果表明，AD病人腦組織自由基生成增多，損傷嚴(yán)重，神經(jīng)元功能缺失，脂質(zhì)過氧化物可以增加細(xì)胞膜表面的膜流動(dòng)性，引起神經(jīng)細(xì)胞退行性病變。同時(shí)改變膜表面葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體，是葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，引起神經(jīng)細(xì)胞功能喪失〔19,20〕。研究表明，Bcl-2蛋白作為細(xì)胞凋亡抑制因子，在線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中廣泛存在，其作用可以清除自由基，降低ROS及脂質(zhì)過氧化物水平，抑制凋亡〔21〕。以上證據(jù)提示神經(jīng)元凋亡與氧化應(yīng)激密切相關(guān)。

5 展 望

氧化應(yīng)激反應(yīng)通過直接氧化細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和核酸造成細(xì)胞損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并激發(fā)強(qiáng)烈的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)AD的發(fā)生與發(fā)展。目前大量低分子化合物和中藥單一成分已經(jīng)被證明具有顯著的抗氧化能力，并在基礎(chǔ)研究和亞臨床研究中起到抗AD病理生理進(jìn)程的作用。因此對(duì)AD病程中氧化應(yīng)激反應(yīng)調(diào)控機(jī)制的深入研究，發(fā)展針對(duì)氧化應(yīng)激的靶向藥物，將為AD的臨床治療提供更有效、更廣泛的手段。

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劉乃杰(1972-)，男，主治醫(yī)師，主要從事神經(jīng)病理研究。

方 威(1972-)，女，主管護(hù)師，主要從事神經(jīng)病理研究。

R74

A

1005-9202(2017)20-5205-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.20.112

〔2017-01-25修回〕

(編輯 袁左鳴)