兒童注意缺陷多動障礙的分子機制研究進展*

趙秉宏，關明杰

(包頭醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院，內蒙古 包頭 014060)

兒童注意缺陷多動障礙(attention deficit hyperactivity disorder ADHD)也就是我們常說的多動癥，是一種以多動、注意力不集中、工作記憶缺陷和沖動性為特征的神經認知障礙。根據美國精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊第四版(DSM -IV)，將注意缺陷多動障礙分為混合型(ADHD-C)，注意缺陷型(ADHD-I)及多動沖動型(ADHD-HI)三個亞型。據統(tǒng)計，全球兒童ADHD發(fā)病率平均為6 %[1]，我國ADHD兒童的總患病率為5.5 %[2]，男性的發(fā)病率高于女性。注意缺陷多動障礙的發(fā)病時間多在6～11歲，其癥狀影響兒童的生活和學習，在學校違反紀律，易沖動，無法融入集體生活，課堂上注意不集中，學習成績低下，持續(xù)整個兒童時期，甚至有50 %至80 %的人其癥狀可持續(xù)到青春期，在大約40 %的人中，癥狀可持續(xù)到成年[3]，成年后的反社會人格，破壞、攻擊性行為使其無法融入社會，不能建立家庭，藥物濫用[4]、交通事故頻繁發(fā)生等。因此ADHD已經成為國際關注的公共衛(wèi)生問題。

注意缺陷多動障礙的臨床表現包括學習和認知障礙，記憶力減退，多動、沖動行為以及情緒易怒等，目前該病的發(fā)病機制尚不明確，大量研究表明ADHD是多因素綜合作用的結果，沒有一個理論假說能夠完全將ADHD的發(fā)病闡述清楚，包括分子遺傳、神經生理、神經生化、免疫學多方面的影響。分子遺傳機制一直是該病研究的重點，分子生物學在動物實驗研究中也逐步占據一定的地位，本文將從分子遺傳學及分子生物學方面對ADHD涉及到的可能機制進行綜述，為后續(xù)實驗研究提供理論基礎。

1 注意缺陷多動障礙的分子遺傳學

大量研究表明遺傳因素在ADHD病因方面起主要作用，其遺傳度可達到70 % - 80 %[5]，Livingstone等[6]研究發(fā)現，ADHD患兒組家族成員發(fā)生該病的危險是正常組兒童家族成員的2～8倍。通過全基因組掃描和優(yōu)勢對數評分已確認出ADHD的眾多候選基因，多巴胺能系統(tǒng)假說是目前ADHD廣泛認可的發(fā)病機理之一，研究較多的有多巴胺受體基因(DRD2、DRD4)、多巴胺轉運體基因(DAT1)[7]、多巴胺羥化酶基因等。DRD4是第一個被發(fā)現與ADHD人格特征有關的基因[8]，表達部位主要是大腦前額葉皮質、扣帶回、海馬等，尤其是扣帶回，這個部位與注意力功能有關；人口分析和家庭分析的方法中，單標記和多標記分析初步確定DRD1對合并型兒童多動癥的貢獻，驗證了DRD1與兒童多動癥之間的關聯，支持DRD1參與兒童ADHD[9]；DAT1是既定的ADHD候選基因， Pineau G認為DAT1 VNTR多態(tài)性可以調節(jié)與多動癥相關的腦神經活動[10]。DRD5的148bp等位基因被許多研究報道與ADHD有相關性，該位點與對立違抗障礙有關。DAT1通過調節(jié)突觸間隙的多巴胺濃度，從而控制多動行為，有動物實驗結果顯示被敲除了DAT1的小鼠與正常小鼠相比較，突觸間隙的多巴胺濃度高于正常小鼠，且活動度增加，表現出多動行為[11]。五羥色胺能系統(tǒng)假說是ADHD遺傳機制中的另一重要假說，研究多集中在5-HT1B、5-HT2C、5-HTT基因上，目前研究較多的是5-HTT，有研究表明杏仁核5-HTT基因網絡與ADHD相關的行為密切相關[12]，說明5-HTT基因與執(zhí)行功能有關，在5-HTT基因的啟動子區(qū)域存在缺失或插入可造成5-HT的含量下調，進而引起ADHD樣癥狀。去甲腎上腺素能系統(tǒng)的受體基因有ADRA2A、ADRA2C和ADRA1C等。ADRA2A啟動子區(qū)域有單核苷酸多態(tài)性位點(SNP)，其中G等位基因與對立反抗和精神障礙有關，C等位基因則與恐慌、強迫癥、成癮以及情感和分裂樣癥狀相關[13]。乙酰膽堿能系統(tǒng)基因也被認為與ADHD相關，腦內的膽堿能神經元自Meynert基底核發(fā)出的神經纖維投射至大腦皮層，該通路與學習、記憶功能密切相關[14]。其受體基因型有CHRNA4和CHRNA7，研究發(fā)現CHRNA 4多態(tài)性與ADHD癥狀之間存在關聯[15]，參與注意力，記憶力和知覺[16]；CHRNA7基因多態(tài)性可導致腦內默認網絡功能連接下降,其異常程度與認知功能相關，CHRNA7 GG基因對認知障礙患者靜息狀態(tài)下的腦內默認網絡選擇性有損害，參與認知障礙的病理過程[17]。

2 注意缺陷多動障礙的分子生物學

從生物化學的角度看，學習記憶過程伴隨腦內物質代謝的改變，ADHD相關的神經遞質、信號通路、神經營養(yǎng)因子等是目前ADHD分子生物學研究的重點，多巴胺、五羥色胺、去甲腎上腺素是與ADHD密切相關的神經遞質，其在腦內的含量變化是ADHD的發(fā)病機制之一，相關通路涉及的上游分子含量的上調或者下調會影響下游分子，最終導致一系列蛋白表達的變化，影響生理活動。

2.1多巴胺 國內外研究表明多巴胺( DA) 是導致ADHD發(fā)生的重要因素。多巴胺是中樞神經系統(tǒng)中非常重要的兒茶酚胺類神經遞質，與調節(jié)情感、協調運動和認知功能有關。許多神經障礙性疾病的發(fā)生都涉及多巴胺的調節(jié)障礙，如帕金森病，精神分裂癥，Tourette綜合征等。多巴胺主要分布于大腦的紋狀體、海馬、杏仁核、下丘腦、大腦皮層、中腦、延髓等，有研究者發(fā)現在ADHD患者的前額葉、大腦皮質、紋狀體中多巴胺的含量較正常人減少。

2.1.1多巴胺的合成代謝 DA的合成是由酪氨酸在酪氨酸羥化酶(TH)的催化作用下生成多巴，再由多巴經多巴胺脫羧酶(DDC)催化而后生成多巴胺，儲存于囊泡中備用。當接受到外界的信號后，DA會以胞吐的形式釋放到突觸間隙，突觸間隙的DA一部分與多巴胺受體(dopamine receptor , DR)結合后被釋放到胞外，一部分被多巴胺轉運體(dopamine transporter, DAT)轉運回到突觸末端再被重新利用[18]，還有部分則通過單胺氧化酶(MAO)和兒茶酚-氧位-甲基轉移酶(COMT)途經降解，即代謝過程。

ADHD患者的發(fā)病與多巴胺(DA)含量密切相關，多巴胺過?；蛉狈蓪Υ竽X造成損傷，進而損傷認知功能，而DAT對于多巴胺的重新攝取是多巴胺維持平衡狀態(tài)的關鍵步驟。有研究發(fā)現D2R-DAT的破壞提高了細胞外多巴胺水平，而細胞內DA含量繼而減少，從而引起ADHD相關臨床表現[19]。神經興奮類藥物—哌醋甲酯治療ADHD的原理就是與多巴胺轉運體結合，減少對DA的重攝取，下調多巴胺的含量，從而達到緩解ADHD的效果。從DA合成代謝過程提示多巴胺合成酶和代謝酶的活力對多巴胺的調控也可起到至關重要的作用，其代謝產物DOPAC和HVA也是作為間接反映腦內神經遞質水平及大腦功能的指標[20]。

2.1.2多巴胺經典通路 AC/cAMP/PKA通路是ADHD研究的經典通路，該通路的信號傳遞過程是：突觸間隙的多巴胺與突觸后膜的受體結合后引起細胞內的反應，這種反應取決于多巴胺的受體類型，多巴胺受體(DR)屬于G蛋白偶聯受體，包括D1樣受體和D2樣受體兩種亞型。D1樣受體可與Gs蛋白偶聯，激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)的活性，使第二信使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)的含量上調，進而激活蛋白激酶A(PKA)，D2樣受體則可與Gi蛋白偶聯抑制AC活性，下調cAMP，從而抑制PKA。由此可看出多巴胺的受體類型對AC的活性至關重要[21]。有研究表明D2R可以抑制AC/cAMP/PKA通路后又反饋的降低DA合成速度，導致DA缺陷狀態(tài)形成[22]。

2.2五羥色胺 五羥色胺又名血清素，簡稱5-HT，5-羥色胺是神經系統(tǒng)多種功能的調節(jié)因子，主要從神經細胞體、軸突和樹突中釋放[23]，與情緒和認知功能有關[24]。5-HT的合成代謝異?？烧T發(fā)抑郁、焦慮、冷漠和易怒等臨床表現。

2.2.1五羥色胺的合成代謝 5-HT不能通過血腦屏障[25]，腦內的5-HT由腦內神經元合成。5-HT的前體合成物質是色氨酸，色氨酸在色氨酸羥化酶的催化作用下生成5羥色氨酸，而后5羥色氨酸在5羥色胺酸脫羧酶的催化作用下生成5-HT。腦內5-HT的含量可影響色氨酸羥化酶的活性，反饋性的調節(jié)5-HT的含量，而血清中的色氨酸含量升高又可導致進入腦的色氨酸含量增多，從而促進5-HT的合成。5-HT含量過剩會導致情緒異常和認知障礙，有研究表明5-HT再攝取抑制劑可對情緒和認知障礙起到保護作用[26]。5-HT的代謝是由單胺氧化酶(MAO)介導，最終以5-羥色醛和5-羥吲哚乙酸的形式隨尿液排出。

5-HT受體中5-HT1B受體可誘發(fā)多動、沖動、攻擊行為，直接或間接調控多巴能神經傳遞[27]，5-HT2A受體可以調節(jié)DA的含量，且5-HT2A受體的活性也與沖動、攻擊行為存在相關性。動物實驗研究表明，5-HT4受體激活有望成為治療抑郁癥和認知障礙的新靶點。5-HT4受體激動劑在許多抑郁癥動物模型中產生快速的抗抑郁作用，在學習和記憶任務中產生親認知效應[28]。

2.2.2五羥色胺介導AC/cAMP/PKA通路 5-HT可通過AC/cAMP/PKA通路影響機體的生理活動。I類5-HT受體與Gi蛋白偶聯可以抑制AC使cAMP含量下調，PKA的活性降低，IV類受體與Gs蛋白偶聯可激活AC，并上調cAMP，進而影響PKA調節(jié)下游相關基因以及蛋白的表達。

2.2.3五羥色胺影響Akt/GSK-3β/β-catenin通路 5-HT也可作為一種營養(yǎng)因子激活G蛋白偶聯受體，激活PI3K/Akt，GSK3β是Akt的下游作用靶點，Akt下調GSK3β的活性，可上調β-catenin的表達。GSK3β具有多種生理功能，可以誘導凋亡，抑制促存活轉錄因子，激活凋亡相關蛋白[29]。

2.3去甲腎上腺素 中樞神經系統(tǒng)內的去甲腎上腺素(NE)與DA和5-HT一樣同屬于單胺類神經遞質，主要來源于藍斑核團并投射至幾乎整個大腦皮層, 腦內去甲腎上腺素神經元可調節(jié)注意力、學習記憶、意識、情緒、睡眠-覺醒等[30-31]。

2.3.1去甲腎上腺素的合成代謝 去甲腎上腺素的調節(jié)受其作為神經遞質的特點所影響，與ADHD發(fā)病有關[32]，腦內去甲腎上腺素的合成是多巴胺在多巴胺β羥化酶(DβH)的催化作用下產生的，DβH既是DA代謝的關鍵酶又是NE合成的限速酶，DβH的活性可影響認知功能[33]。

2.3.2去甲腎上腺素影響PKA NE通過α1、α2和β受體發(fā)揮作用。一般認為，腦中α2受體激活與維持正常的認知功能有關，α1受體過度激活反而會使認知功能異常。α1受體可與Gi蛋白結合下調cAMP，影響PKA，PKA磷酸化受到抑制，對NE的釋放起到抑制作用，使腦組織的NE含量維持平衡。而α2受體可導致神經元興奮效應，使機體處于一種應激狀態(tài)，表現為認知障礙。

2.4其它神經遞質及通路 乙酰膽堿是首先被發(fā)現的中樞神經遞質，屬于興奮性神經遞質，腦神經元可以釋放乙酰膽堿。乙酰膽堿作為神經遞質，主要分布在大腦皮層、海馬、紋狀體、伏隔核、隔核等。

乙酰膽堿由乙酰輔酶A及膽堿在膽堿乙酰轉移酶的作用下生成，有研究發(fā)現大腦皮層中乙酰膽堿轉移酶的活性和乙酰膽堿含量顯著降低，是記憶障礙的重要機制之一[34]。乙酰膽堿的釋放通過其受體發(fā)揮作用。受體亞型分為M受體(M-AChR)和N受體(N-AChR)。M-AChR屬于G蛋白偶聯受體，分為5個亞型，M1-M5，其中M1、M3、M5受體可與G蛋白偶聯介導磷脂酰肌醇信號通路激活磷脂酶C(PLC)，使PIP2水解生成IP3和DG，他們作為第二信使傳遞信號。M2和M4受體通過G蛋白抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，從而降低胞內cAMP，或作用于離子通道，引起生物學效應。當乙酰膽堿與受體結合過程存在異常，導致其信號傳遞受到影響時，會引起記憶力減退等ADHD相關癥狀。

谷氨酸是中樞神經系統(tǒng)中最常見的一種興奮性神經遞質，對中樞神經元表現為興奮作用。谷氨酸在腦內的代謝途徑是通過谷氨酰胺合成酶催化生成谷氨酰胺釋放到突觸間隙，而后被神經元重攝取，為谷氨酸的再合成做儲備。谷氨酸通過其受體發(fā)揮作用，其中NMDA受體參與許多生理功能，如長時程增強、神經遞質傳遞等。有研究表明谷氨酸受體被激活可改善學習記憶缺陷[35]。

ADHD的發(fā)病與學習記憶有關，突觸可塑性是學習記憶的重要機制，長時程增強(LTP)是突觸可塑性的一方面，NMDA受體參與LTP過程的機制是Ca2+通過NMDA-r相關通道進入介導的。Ca2+進入NMDA-r離子通道后，IP3使胞內Ca2+升高，Ca2+與CaM結合形成復合物，作為信號激活AC/cAMP信號通路，此通路與學習記憶相關。同時Ca2+也可以激活PKC，進而影響生理活動。Ca2+、PKC是維持LTP所必需的，有必要對上述相關受體、信號分子及蛋白激酶進一步研究。

2.5腦源性神經營養(yǎng)因子及相關通路

2.5.1BDNF的合成代謝 在已知的神經營養(yǎng)因子中，腦源性神經營養(yǎng)因子(BDNF)是哺乳動物中樞神經系統(tǒng)(CNS)中含量最豐富、分布最廣的一種[36]。BDNF的神經環(huán)路包括前紋狀體-小腦神經環(huán)路和腹側紋狀體-邊緣環(huán)路，這兩條神經環(huán)路在ADHD的發(fā)病過程中起著至關重要的作用[37]。有研究表明BDNF在中腦多巴胺能神經元的存活和分化中起著關鍵作用[38]。中腦BDNF活性下降可能導致中腦多巴胺能功能障礙，從而導致ADHD[39]。

BDNF主要在中樞神經系統(tǒng)表達，分布集中在海馬和大腦皮層。其合成是內質網中的BDNF前體在纖維蛋白溶酶原活化物、絲氨酸蛋白纖溶酶、金屬蛋白酶的作用下裂解為成熟的BDNF。而未裂解的BDNF前體可以被星形膠質細胞重新攝取以備循環(huán)利用。其釋放包括兩種方式即自釋放和刺激反應釋放，其釋放異常是ADHD的可能機制，有研究結果表明ADHD患兒組與健康對照組相比，血清BDNF水平顯著降低[40]。

2.5.2TrkB介導的信號通路 BDNF/TrkB刺激的細胞內信號對神經元的存活、形態(tài)發(fā)生和可塑性至關重要。有三條由TrkB受體介導的信號轉導途徑，包括磷脂酶Cγ(PLCγ)，絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節(jié)蛋白激酶 (MAPK/ERK)，和磷酸肌醇3激酶(PI3K)。PLCγ可導致鈣和鈣非依賴性激酶II(CaMKII)的釋放，進而激活cAMP磷酸化過程，最終在cAMP反應元件結合蛋白(CREB)的絲氨酸位點激活。MAPK/ERK通路與神經元存活有關，有研究表明MAPK/ERK通路被抑制后可導致神經細胞凋亡顯著增加[41]。Trkb/PI3K通路對神經元起到保護作用，Konstantinos Botsakis 等人發(fā)現BNN-20可通過TrkB-PI3K-Akt-NF-κB信號通路發(fā)揮其有益作用[42]。

3 總結

隨著ADHD在兒童中的發(fā)病升高，且兒童是人體各項功能迅速發(fā)育的階段，不僅對個人健康成長至關重要，對家庭及社會也會產生極大的影響，因而對ADHD的研究越來越重視，但是ADHD的發(fā)病機制復雜，被認為是多因素綜合作用的結果，這其中涉及眾多基因以及大腦相關信號傳遞，因而進一步研究與ADHD發(fā)病相關的因子，從多角度進行研究，有助于闡明尚未明確的發(fā)病機制，將是注意缺陷多動障礙研究領域新的突破，從而為預防該病提供有效措施，為兒少衛(wèi)生保健做出貢獻。