肌萎縮側(cè)索硬化與膽固醇代謝的相關(guān)性研究進展

周曉萌，曹翠芳，劉亞玲，聶祥玉，張婷，齊偉靜

肌萎縮側(cè)索硬化（ALS）是一種逐漸進展的累及上下運動神經(jīng)元的致死性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾?。?］。目前無有效的治療藥物，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準應(yīng)用的治療ALS的藥物僅有力如太、依達拉奉，研究顯示其可以延緩ALS 患者病情進展，但療效甚微［2］。ALS 發(fā)病機制尚不清楚，既往研究認為氧化應(yīng)激、谷氨酸興奮性毒性作用、線粒體功能障礙、自身免疫、炎癥、高代謝狀態(tài)等參與發(fā)病過程［3］。

ALS 多為散發(fā)性，家族性僅占10%左右，目前隨著基因二代測序的進展，由最初1993年報道的SOD1 基因開始，目前已知的致病基因多達幾十種［1］。ALS 病理學(xué)特征為胞漿內(nèi)泛素化的包涵體、細胞核內(nèi)的RNA 灶以及核內(nèi)的包涵體，這些病理現(xiàn)象不僅出現(xiàn)在神經(jīng)元內(nèi)，膠質(zhì)細胞包括星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞等也可以出現(xiàn)上述病理變化，說明ALS 并不是單一細胞病變引起的，而是多個細胞的協(xié)同作用［1］。

膽固醇是細胞膜主要構(gòu)成成分，在維持細胞膜的完整性、穩(wěn)定性及信號傳導(dǎo)中起重要作用。腦為人體膽固醇含量豐富的器官，腦膽固醇占全身膽固醇總量的23%～25%，每克腦組織中膽固醇含量為15～30 mg，而在其他人體組織中膽固醇含量為2～3 mg。腦膽固醇在腦內(nèi)主要存在于細胞膜及髓鞘中，主要用于維持細胞膜、髓鞘的正常功能，參與信號傳導(dǎo)，維持軸漿運輸，參與突觸形成，參與樹突生長等重要生理功能［4］。

近年來研究顯示膽固醇代謝異常可以引起結(jié)構(gòu)性及功能性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變?nèi)鏝iemann-Pick C ?。?］、亨廷頓?。℉D）、阿爾茨海默?。ˋD）［6］、帕金森?。≒D）［7］等。ALS 同樣為神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，關(guān)于膽固醇代謝與ALS 的發(fā)病、疾病進展、預(yù)后的相關(guān)性研究逐漸增多，本文將對兩者的相關(guān)性進行綜述。

1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)膽固醇代謝

腦膽固醇主要以非酯化的活性形式存在，中樞神經(jīng)系統(tǒng)膽固醇主要存在于細胞膜及髓鞘中，30%存在于膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元的細胞膜中，周轉(zhuǎn)相對快速（t1/2為5～10 個月，也有研究認為其t1/2為幾天）［4］，70%膽固醇位于髓鞘中，周轉(zhuǎn)相當(dāng)緩慢（t1/2約為5年）［8］。腦膽固醇大多數(shù)是在出生后髓鞘形成旺盛期由少突膠質(zhì)細胞合成；髓鞘形成后膽固醇合成率下降90%，主要由星形膠質(zhì)細胞及神經(jīng)元合成。雖然神經(jīng)元膽固醇合成量比星形膠質(zhì)細胞少，但神經(jīng)元膽固醇主要通過由星形膠質(zhì)細胞合成的膽固醇轉(zhuǎn)運而來，主要參與樹突生長、突觸形成、信號傳導(dǎo)等［9］。

神經(jīng)元通過Kandutsch-Russell 通路合成膽固醇，而星形膠質(zhì)細胞主要通過Bloch 通路合成膽固醇，兩種細胞內(nèi)膽固醇的前體不同，神經(jīng)元中主要是羊毛甾醇、7-脫氫膽固醇、烯膽甾烷醇，而星形膠質(zhì)細胞內(nèi)的前體是鏈甾醇，然后分別經(jīng)DHCR24、CYP51 催化生成膽固醇［10］。腦膽固醇的合成主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的質(zhì)膜中錨定有胰島素誘導(dǎo)蛋白（INSIG）1、2，當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中膽固醇濃度高的時候，通過與固醇調(diào)節(jié)元件/固醇調(diào)節(jié)元件裂解蛋白（SREBP-2/SCAP）相互作用，使轉(zhuǎn)錄因子SREBP-2 處于非活性狀態(tài)，當(dāng)膽固醇濃度降低時，INSIG1 與SREBP-2/SCAP 的相互作用減弱，使得SCAP 將SREBP-2 運送到高爾基體，在高爾基體內(nèi)SCAP 裂解并釋放到SREBP-2 N 端的區(qū)域，再轉(zhuǎn)位到細胞核結(jié)合到固醇調(diào)節(jié)元件（SRE）調(diào)節(jié)膽固醇合成所需的30 多種酶相關(guān)的目標基因的表達［11］。合成的膽固醇僅有約1%以膽固醇酯的形式存在，也被稱為脂滴。酯化形式的膽固醇是腦膽固醇的儲存方式，用于髓鞘的形成及突觸間的聯(lián)系。酯化作用是由ACAT1 催化生成，膽固醇酯也可以通過膽固醇水解酶變成非酯化的膽固醇，以維持腦內(nèi)膽固醇的內(nèi)穩(wěn)態(tài)［12］。

星形膠質(zhì)細胞合成的膽固醇與不含脂質(zhì)的載脂蛋白A（APOA1）通過出泡及非出泡方式從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸?shù)劫|(zhì)膜，通過星形膠質(zhì)細胞膜上的ABCA1、ABCG1、ABCG4、LDLr 等轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運到細胞外［13］。而ABCA1 在細胞膜的表達可以被膽固醇代謝產(chǎn)物24-羥膽固醇上調(diào)，同時也會受到星形膠質(zhì)細胞內(nèi)LXR 激活劑的調(diào)節(jié)，促進ABCA1 的表達。通過神經(jīng)元上的低密度脂蛋白相關(guān)受體LDLr、LRPs，載脂蛋白將其攜帶的膽固醇轉(zhuǎn)運到神經(jīng)元內(nèi)。LRP1 主要是將APOE 攜帶的膽固醇轉(zhuǎn)運到神經(jīng)元，而LRP1 主要位于神經(jīng)元細胞膜，LDLr 則主要存在于星形膠質(zhì)細胞的細胞膜中［14］。

膽固醇從中樞神經(jīng)系統(tǒng)排泄的速率為6～12 mg/d，以24-羥膽固醇的形式跨過血-腦脊液屏障，進入周圍循環(huán)后與低密度脂蛋白結(jié)合，被肝臟細胞攝取，以膽汁的形式排泄［15］。24-羥膽固醇由CYP46A1 催化生成，CYP46A1 主要位于神經(jīng)元的胞體、樹突近端，而在軸突及遠端突觸膜的表達較少［16］。免疫組化染色顯示CYP46A1 在腦內(nèi)不同區(qū)域的分布也不同，主要分布于小腦的皮質(zhì)、海馬、丘腦、視網(wǎng)膜、皮質(zhì)錐體細胞，而不在星形膠質(zhì)細胞表達［16-17］。腦損傷后或者疾病狀態(tài)下CYP46A1 也可以表達在膠質(zhì)細胞中（星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞等）［18］。24-羥膽固醇除了可以促進腦膽固醇的排泄，還可以作用于LXR，促進與膽固醇轉(zhuǎn)運相關(guān)受體APOE、ABCA1 的表達從而調(diào)節(jié)腦膽固醇的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，還可以促進神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育［19］。

膽固醇的代謝產(chǎn)物除了24-羥膽固醇，還包括27-羥膽固醇，其可以由全身的組織細胞產(chǎn)生，包括神經(jīng)元細胞、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞等［20］。正常情況下27-羥膽固醇水平較低，當(dāng)病理狀態(tài)下其水平升高，可以自由通過血-腦脊液屏障，周圍組織產(chǎn)生的27-羥膽固醇也可以通過血-腦脊液屏障進入腦內(nèi)（5 mg/d）［21］。高27-羥膽固醇常被認為與高膽固醇血癥、氧化應(yīng)激相關(guān)［21］。

腦膽固醇代謝過程在不同細胞及不同腦區(qū)各有不同，參與的相關(guān)轉(zhuǎn)運體及調(diào)節(jié)因素不同，但是彼此又相互調(diào)節(jié)，以維持腦膽固醇的內(nèi)穩(wěn)態(tài)及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常生理功能。

2 ALS 患者血脂分析

ALS 患者處于高代謝的狀態(tài)，超過50%的患者存在靜息狀態(tài)下能量過度消耗［22］，一般認為患者存在肌肉萎縮、肌肉容積減少、脂肪容積減少等情況，貌似與高代謝相反［23］，但其實一些變量是與高代謝狀態(tài)相關(guān)，如廣泛肌束震顫、呼吸肌過度工作、線粒體功能障礙［22］。ALS 患者多存在脂質(zhì)代謝異常，脂質(zhì)代謝異?？赡艹蔀榛颊哳A(yù)后及診斷的生物標志物。

動物模型研究發(fā)現(xiàn)高脂質(zhì)飲食動物模型的神經(jīng)保護作用及生存期延長［24］，而限制能量的攝取，則會加重動物模型的運動癥狀［25］。一項ALS 體外模型研究顯示在癥狀發(fā)生以前，ALS 小鼠血脂水平較野生組小鼠低［26］。2008年法國DUPUIS 等［27］進行的一項關(guān)于369 例ALS 患者空腹血脂水平的隊列研究，發(fā)現(xiàn)與正常對照相比，ALS 患者血清膽固醇、三酰甘油升高2 倍，同時研究發(fā)現(xiàn)高LDL/HDL 可以延長生存期（＞12 個月）。2011年德國DORST 等［28］進行了一項隊列研究，對488 例ALS 患者分析發(fā)現(xiàn)，高膽固醇、高甘油三酯血癥患者有較長的生存期，三酰甘油＞1.47 mmol/L 時患者生存期可延長14 個月，但當(dāng)調(diào)整了BMI、發(fā)病年齡后高膽固醇血癥與生存期無相關(guān)性。2012年日本IKEDA 等［29］進行了一項橫斷面研究，發(fā)現(xiàn)女性ALS 患者血清總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、三酰甘油、LDL/HDL 與對照組相比是顯著升高的，每年肌萎縮側(cè)索硬化功能評分量表（ALS-FRS）評分、用力肺活量（FVC）下降率與血清總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇呈負相關(guān)。同年，塞爾維亞DEDIC 等［30］回顧性分析82 例ALS 患者血清脂質(zhì)水平，發(fā)現(xiàn)大約52%的患者有高脂血癥，但相關(guān)性分析顯示其與生存期無明顯相關(guān)性。2014年瑞士WUOLIKAINEN 等［31］研究發(fā)現(xiàn)女性ALS 患者與對照組相比血脂水平無明顯差異，但是調(diào)整年齡后發(fā)現(xiàn)低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇、24-羥膽固醇與對照組相比是顯著升高的。我國HUANG 等［32］進行了一項隊列研究分析了413 例ALS 患者，發(fā)現(xiàn)高甘油三酯血癥患者與低甘油三酯患者相比有較好的生存期，當(dāng)三酰甘油＞127.5 mg/dl 時可以延長生存期5.8 個月，同時meta 分析顯示總膽固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇、LDL/HDL 與對照組相比無明顯差異。2015年英國HUISMAN 等［33］研究顯示，512 例ALS 患者中高膽固醇血癥占73%，隨著隨訪時間延長，到18 個月時高膽固醇血癥比例下降了64%（見表1）。

2009年意大利CHIò 等［34］研究658 例ALS 患者發(fā)現(xiàn)總膽固醇、三酰甘油、高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、LDL/HDL 與對照組相似，無統(tǒng)計學(xué)差異，但是LDL/HDL 較低的患者FVC 也較差，LDL/HDL 與生存期之間并無相關(guān)性。同樣2011年美國PAGANDNI 等［35］研究427 例ALS 患者血脂水平發(fā)現(xiàn)高LDL/HDL 與生存期無相關(guān)性，但是認為BMI 與預(yù)后相關(guān)。SUTEDJA 等［36］研究發(fā)現(xiàn)ALS 患者LDL/HDL 與健康對照者相比較低，同時也發(fā)現(xiàn)低密度脂蛋白膽固醇、總膽固醇較低的患者FVC 也同樣較差，單因素分析顯示LDL/HDL 與生存期相關(guān)，但是調(diào)整年齡、性別、FVC 后兩者并無差異。同樣YANG 等［37］研究韓國95 例ALS 患者發(fā)現(xiàn)，男性ALS 患者總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、三酰甘油、LDL/HDL 與健康對照者相比是較低的，而女性患者與對照組相比無明顯差異。2017年MARIOSA 等［38］追蹤分析瑞士623例ALS 患者確診前20年的血清學(xué)指標，發(fā)現(xiàn)高水平的低密度脂蛋白膽固醇、載脂蛋白B（APOB）、APOB/APOA1 的患者ALS 發(fā)病率也高；空腹血糖水平偏高的患者ALS 發(fā)病率偏低，在ALS 確診前10年內(nèi)，ALS 患者往往LDL、HDL、APOB、APOA1 較高，隨著疾病進展，LDL/HDL、APOB/APOA1 逐漸降低（見表1）。

由此可見，各個國家及地區(qū)的ALS 患者血脂研究結(jié)果并不一致［39］，一般亞洲地區(qū)血脂水平較低［37］。ALS 患者為什么會出現(xiàn)高膽固醇血癥，高膽固醇血癥與預(yù)后關(guān)聯(lián)的相關(guān)機制是什么目前并不清楚，高脂血癥可能來源于高能量的攝入［39］，因此需要進一步臨床研究來分析能量攝入與膽固醇之間的關(guān)系。同樣也需要更多的研究來分析脂質(zhì)與性別、種族、BMI 以及預(yù)后的相關(guān)性。

簡言之，目前關(guān)于ALS 與膽固醇代謝的研究仍然需要大量的前瞻性隊列研究或者病例對照研究來進一步分析兩者的相關(guān)性。同時相關(guān)機制的研究還需體內(nèi)試驗、體外基礎(chǔ)實驗來進一步證實。

3 小結(jié)

本文主要闡述中樞神經(jīng)系統(tǒng)膽固醇在不同細胞的生物合成及其調(diào)節(jié)，神經(jīng)元與膠質(zhì)細胞間膽固醇的轉(zhuǎn)運，以及膽固醇通過其代謝產(chǎn)物跨血-腦脊液屏障而進入血液循環(huán)的過程。同時，也綜述了近年來關(guān)于脂質(zhì)代謝障礙與神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的相關(guān)研究，主要集中于ALS 與膽固醇代謝的相關(guān)性分析。然而，目前并沒有一致的研究結(jié)論，仍需要大量的臨床前瞻性研究及基礎(chǔ)研究來進一步明確兩者之間的具體關(guān)系。

表1 ALS 患者血脂分析相關(guān)研究Table 1 Blood lipid profile analysis in amyotrophic lateral sclerosis patients

作者貢獻：周曉萌進行文章的構(gòu)思與設(shè)計，文獻收集、整理，撰寫論文，并對文章負責(zé)；曹翠芳、聶祥玉進行論文初步修訂及英文的修訂；張婷、齊偉靜進行文獻分類收集；劉亞玲負責(zé)文章質(zhì)量控制及審校，對文章整體負責(zé)、監(jiān)督指導(dǎo)。