腺苷受體參與阿爾茨海默病的研究進展

楊濱瑞 高 騰 張驚宇

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，哈爾濱 150001)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是以智能缺失與社會能力下降為表現(xiàn)的疾病，主要根據(jù)不同的發(fā)病年齡階段進行判斷：65歲以前發(fā)病者稱早老性癡呆；65歲以后發(fā)病者稱老年性癡呆。AD在 65～69 歲人群中的患病率已由2.8‰上升至56.1‰，成為世界第4大疾病[1]。迄今全球AD患者已超過3 500萬例，而隨著全球各地老齡化現(xiàn)象的日趨嚴重，預(yù)計到2040年，全球患病人數(shù)會增至8 000萬例[2]。腺苷作為一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，可與細胞膜上的腺苷受體(adenosine receptors，AR)結(jié)合。有研究表明，AR在不同腦區(qū)的不同表達對AD的發(fā)病及治療具有極大影響。表明AR可能與AD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。而維持不同腦區(qū)AR的平衡表達是預(yù)防與治療AD的主要方法。

1 AR介導(dǎo)的神經(jīng)保護和神經(jīng)損傷

腺苷，在醫(yī)學(xué)名詞中又稱為腺嘌呤核苷。腺苷既是合成腺嘌呤核苷酸的前體組成組分，又可作為人體的代謝產(chǎn)物之一，其主要由5-核苷酸酶催化AMP 生成。有研究表明，在人體的各個組織、器官中，每時每刻都在產(chǎn)生腺苷，其中以血管內(nèi)皮為最。AR屬G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors，GPCRs)家族成員，包括A1、A2a、A2b和A3 4種亞型[3]。在神經(jīng)系統(tǒng)AR的活化中起保護和加重損傷2種效應(yīng)。

1.1AR與神經(jīng)保護 激活腺苷A1與A2a受體能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放，進而促使神經(jīng)元細胞膜超極化。神經(jīng)元興奮性減少，出現(xiàn)抑制神經(jīng)傳導(dǎo)。其中A1受體是通過2種不同的抑制作用被激活的：①突觸前的受體激活。A1的突觸前受體激活可通過減少Ca2+內(nèi)流從而降低乙酰膽堿、谷氨酸、去甲腎上腺素、兒茶酚乙胺等常見神經(jīng)遞質(zhì)的釋放能力，抑制神經(jīng)元細胞的興奮傳導(dǎo)能力，起神經(jīng)保護作用[4]；②研究發(fā)現(xiàn)，突觸后的受體一旦被激活，由于腺苷A1受體與NMDA受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor)在腦內(nèi)分布大同小異，腺苷A1受體便能夠借由增加K+內(nèi)流實現(xiàn)穩(wěn)定的突觸后膜電位，減少與NMDA的受體結(jié)合，神經(jīng)元的興奮保護神經(jīng)得到抑制。此外，腺苷A1受體還可減輕抑制興奮性氨基酸EAA的細胞毒性作用，從而保護神經(jīng)元[5-7]。

1.2AR與神經(jīng)損傷 有研究表明，A2a受體的活化能力可被多巴胺D2受體激動劑減弱。這一研究成果顯示，D2與A2a受體存在直接拮抗關(guān)系[8]。A2a受體活性受阻能有效促進多巴胺在人體中發(fā)揮作用，使運動功能得到改善。既往研究表明通過缺血模型可以明確拮抗A2a受體可對神經(jīng)起保護作用。此外，有研究表明AD患者的海馬膠質(zhì)細胞及大腦皮層中腺苷A2a受體的表達明顯增高[9，10]。還有研究表明在海馬神經(jīng)元損傷的情況下，A2a受體拮抗劑的使用可有效降低相關(guān)情況的產(chǎn)生[11]。Cao等[12]研究表明，阻斷A2a受體活性能夠減輕腦神經(jīng)損傷，同時還能夠改善神經(jīng)功能。

由此可見，激活腺苷A1受體能抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì)釋放，進而有效保護神經(jīng)元，而A2a受體的效應(yīng)剛好與A1受體相反，A2a受體被阻斷后能顯著減輕腦損傷,縮小梗死面積,從而更好地改善神經(jīng)功能，且激活A(yù)2a受體可減少A1 受體介導(dǎo)的效果，而阻斷A2a同時激活A(yù)1能起到協(xié)同保護缺血性神經(jīng)元損傷的作用(圖1)。綜上所述，激活A(yù)R對神經(jīng)系統(tǒng)具有雙向調(diào)節(jié)作用。提示AR激動劑與拮抗劑均可能具有神經(jīng)保護功效。

圖1 A1受體和A2a受體作用機制Fig.1 Mechanism of A1 receptor and A2a receptor

2 AR與AD發(fā)病機制的相關(guān)性

2.1AD的發(fā)病機制 近年各類研究成果顯示，AD的發(fā)病機制包括以下幾類：①Aβ淀粉樣蛋白沉積。在AD患者腦中，由于存在Aβ蛋白聚集所形成的纖維絲，使神經(jīng)細胞因為纖維絲所具有的神經(jīng)毒性而大批死亡；②Tau蛋白過度磷酸化。在神經(jīng)系統(tǒng)形成及軸突傳導(dǎo)的過程中，Tau蛋白均發(fā)揮至關(guān)重要的功能作用，其過度磷酸化可導(dǎo)致微管運輸營養(yǎng)物質(zhì)的功能異常及神經(jīng)元纖維纏結(jié)形成，進而引起神經(jīng)元末端的樹突和軸突萎縮；③基因突變；④膽堿能神經(jīng)元損傷。膽堿能神經(jīng)元損傷即中樞神經(jīng)遞質(zhì)代謝障礙，是最早被提出的AD發(fā)病機制之一[13]；⑤神經(jīng)遞質(zhì)通道的形成。Aβ在神經(jīng)細胞膜上離子通道的形成對腦部皮質(zhì)和海馬等部位的細胞存在的離子流動、平衡造成破壞和影響，導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡；⑥炎癥反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，AD的發(fā)病與興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)毒性有關(guān)[14]。

2.2AR與AD的發(fā)病機制

2.2.1A2a受體活化引起Tau蛋白的過度磷酸化 抑制A2a受體活化，進而下調(diào)Tau蛋白的磷酸化水平可有效保護機體的認知功能。研究表明，Tau蛋白存在于原代海馬神經(jīng)元細胞，而A2a受體的特異性激活可有效提升其Ser404位點的磷酸化水平，并進一步影響其線粒體運輸功能，提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)中Tau蛋白的異常磷酸化受A2a受體活化調(diào)控；而抑制A2a受體活化能夠激活蛋白激酶A ( protein kinase A，PKA )，進而激活糖原合酶激酶-3β，干預(yù)Tau蛋白C端的Ser404位點磷酸化水平，從而有效調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)Tau蛋白的磷酸化水平，并對機體的認知功能起保護作用[15]。

2.2.2A1受體與NMDA受體的偶聯(lián)作用 在腦組織中NMDA受體的分布與腺苷 A1受體的分布完全一致，腺苷A1受體激動劑可損害記憶，而腺苷A1受體阻斷劑可改善記憶損害[16]。研究表明，作為腺苷A1受體的特異性阻斷劑，8-環(huán)戊-1,3-二丙基黃嘌呤(8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine，DPCPX)可有效阻斷其對實驗小鼠學(xué)習(xí)記憶、腦內(nèi)乙酰膽堿(acetylcholine，ACh)含量和膽堿酯酶(acetylcholin-esterase，AChE)活性的影響[17]。研究證實，腺苷A1受體阻斷劑DPCPX可有效抑制腦內(nèi)AChE活性，從而提高ACh含量，改變谷氨酸和γ-氨基丁酸比值，調(diào)控NMDA受體活性，通過雙重環(huán)節(jié)，進而影響學(xué)習(xí)記憶過程[17]。提示膽堿能神經(jīng)以及氨基酸能神經(jīng)均受腺苷A1受體調(diào)控，進而影響大腦皮層的學(xué)習(xí)功能，這一作用與A1受體和NMDA受體的偶聯(lián)作用有關(guān)。

2.2.3敲除A2a受體基因與炎癥反應(yīng)機制 研究表明，敲除實驗小鼠A2a受體基因后，其谷氨酸水平明顯下調(diào)，且維持時間短，對神經(jīng)功能具有較好的保護與修復(fù)作用[18]。但研究亦發(fā)現(xiàn)，敲除A2a受體基因初期實驗小鼠炎癥反應(yīng)增加，其抗炎作用在實驗過程中逐漸形成，提示實驗小鼠A2a受體基因的敲除與炎癥反應(yīng)的敏感性相關(guān)，在敲除初期與炎癥反應(yīng)呈正相關(guān)，在敲除后期則對炎癥反應(yīng)逐漸呈現(xiàn)抑制作用，說明A2a受體基因的敲除與兩種反饋機制并存的狀態(tài)。

以上結(jié)果表明，AR可通過參與AD發(fā)病機制中Tau蛋白的過度磷酸化、膽堿能神經(jīng)元損傷和炎癥反應(yīng)等參與AD發(fā)病[18]。此外，AR調(diào)節(jié)的Ca2+和K+在細胞內(nèi)的動態(tài)平衡也會間接影響AD發(fā)病，然而目前沒有相關(guān)方面的研究進展，對于此項議題仍需要更多的實驗和數(shù)據(jù)支持。

3 AR在AD發(fā)病過程中的作用

3.1AR在臨床AD患者中的作用 大量臨床研究表明AD患者發(fā)病過程中伴隨AR的異常，包括A2a受體表達升高及A1受體表達降低等。Lagarde等[19]對老年AD患者腦部進行MPDX-PET掃描，結(jié)果顯示其與同齡未患AD的老年人相比腦內(nèi)海馬區(qū)的A1受體表達明顯降低，且顳葉皮層的結(jié)合能力受到影響。Temido-Ferreira等[20]利用定量放射自顯影技術(shù)對AD患者紋狀體進行觀察，結(jié)果表明AD患者腦內(nèi)A1受體表達受到不同程度的影響，此外，AD患者海馬齒狀回與A1受體的特異性拮抗劑的結(jié)合率亦有明顯的降低趨勢。

研究人員在對早期和晚期AD患者檢查中得出結(jié)論：患者的A2a受體在前額葉皮質(zhì)之中的表達量有明顯上升趨勢，提示AD患者的A2a受體在體內(nèi)處于過表達狀態(tài)[21]。這也從另一個角度說明了控制A2a受體的表達可能是防治AD的有效方法。Gussago等[22]通過對AD患者細胞進行基因水平檢測發(fā)現(xiàn)，在發(fā)病初期，AD患者的外周單核細胞中的A2a受體表達有明顯的升高趨勢，雖然目前尚不能證實控制A2a受體的表達能有效防治AD，但結(jié)論提示A2a受體可以作為診斷AD患者的臨床指標，但相關(guān)的檢測標準和方法仍需進一步研究確定。

3.2AR在AD模型中的表達變化 AR不僅在AD患者腦內(nèi)發(fā)生表達變化，其在各種AD模型動物中也發(fā)生變化。對比正常小鼠和AD模型小鼠腦內(nèi)A1受體表達變化，發(fā)現(xiàn)相較于正常小鼠，A1受體在AD模型小鼠大腦皮層、海馬和小腦部分的表達分別下降了44%、50%和12%[23]。研究人員使用定量放射自顯影術(shù)發(fā)現(xiàn)，隨著大鼠的月齡增加，大腦皮層和海馬區(qū)域的A1受體密度不斷降低，提示A1受體在AD患者和模型動物體內(nèi)的表達變化一致，都存在表達下降的現(xiàn)象[24]。相較于A1受體，A2a受體在AD模型動物體內(nèi)表達升高。對比2月齡和24月齡的大鼠發(fā)現(xiàn)，A2a受體從最開始的36%膽堿能神經(jīng)元末梢表達上升到了49%，但在檢測中未發(fā)現(xiàn)A1受體的表達有明顯變化。Qosa等[25]發(fā)現(xiàn)A1受體在快速老化小鼠腦中呈增齡性降低，而A2a受體則呈增齡性升高。

以上結(jié)果表明，A1受體在AD發(fā)病過程中的表達不斷下降，A2a受體表達不斷上升，這種表達變化在與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)的海馬腦區(qū)最為明顯。其機制為AD在發(fā)病早期主要由A1受體介導(dǎo)神經(jīng)保護作用，而晚期則由A2a受體介導(dǎo)神經(jīng)損傷作用。

4 AR在AD防治過程中的作用研究

咖啡因是一種應(yīng)用最為普遍的黃嘌呤生物堿類精神藥品，可以短時間興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)、影響大腦睡眠、認知、學(xué)習(xí)和記憶。此外，還能夠修正多種包括AD在內(nèi)的大腦神經(jīng)性功能障礙或疾病?？Х纫驗锳R的非選擇性拮抗劑，其所引起的生物學(xué)效應(yīng)主要通過拮抗A1和A2a受體行使其功能[26]。除了阻斷AR外，咖啡因在細胞水平還具有其他效應(yīng)，如抑制磷酸二酯酶、促進細胞內(nèi)鈣庫的鈣釋放[26]。有研究證實，轉(zhuǎn)基因AD模型小鼠可通過長期食用含咖啡因的飼料逐漸改善認知缺陷。系統(tǒng)的行為學(xué)測試表明，轉(zhuǎn)基因小鼠從4月齡至8月齡給予咖啡因治療后可改善小鼠認知的衰退，并降低小鼠海馬中Aβ的表達水平[27]。體外實驗發(fā)現(xiàn)咖啡因作用于神經(jīng)元細胞后，Aβ的釋放明顯降低，且降低程度隨咖啡因的含量增加而增大，說明AR的神經(jīng)元拮抗具有神經(jīng)保護作用。此外，研究人員對實驗小鼠(18月齡)進行為期4周的咖啡因治療，結(jié)果顯示其可引起腦內(nèi)Aβ斑塊沉淀減少，促進認知功能的恢復(fù)[28]。雖然咖啡因介導(dǎo)治療AD模型的神經(jīng)保護機制尚不明確，但以上實驗結(jié)果均可說明AR(尤其A1和A2a)均可作為研制治療AD藥物的新靶點。但亦需要注意的是，AR的拮抗劑和激動劑作為治療AD的靶點還僅限于體外和AD動物模型實驗。體外研究證實，β-淀粉樣蛋白多肽受A2a受體拮抗劑的影響，能夠有效地對其相關(guān)方面的合成起抑制作用，其研究機理和谷氨酸興奮性及自由基生成具有調(diào)控、毒性等方面的功能作用，進而對突觸功能產(chǎn)生一定影響[29]。目前咖啡因的神經(jīng)保護作用在實驗大鼠小腦神經(jīng)元中已然得到證實，其主要是通過對A2a受體的拮抗，進而減少Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性。且有更進一步的實驗證實，選擇性使用A2a受體拮抗劑可有效驗證咖啡因的神經(jīng)保護作用[27]。有實驗證實，芍藥苷和 A1受體特異性拮抗劑DPCPX存在相同效果[30]。即芍藥苷能夠改善CPA引起的小鼠被動回避能力損傷與海馬區(qū)長時程增強誘發(fā)能力的降低。提示芍藥苷同時兼具激動 A1受體和拮抗 A2a 受體的作用[30]。另有實驗證實，芍藥苷保護神經(jīng)元損傷和減輕小膠質(zhì)細胞激活可能是其發(fā)揮拮抗作用的主要機制。此外，作用于神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞可能與藥物同時激活A(yù)R和抑制受體相關(guān)[5]。綜上所述，AR具有一定的神經(jīng)保護及神經(jīng)損傷作用，而這種作用同時調(diào)控AD Tau蛋白的過度磷酸化、膽堿能神經(jīng)元損傷及炎癥反應(yīng)等發(fā)病機制，而AR在AD患者及模型體內(nèi)的表達變化基本一致，提示AR可能會成為研制檢測和治療AD新型藥物的新靶點。