中樞5-HT系統(tǒng)和阿爾茨海默病的相關性

劉帥 彭良玉 劉甜甜 劉斌文 顧小萍

(1南京醫(yī)科大學鼓樓臨床醫(yī)學院， 江蘇 南京 210008；2南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院麻醉科)

阿爾茨海默病(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，認知功能下降是其主要臨床癥狀，當前抗AD藥物只能短暫緩解癥狀，難以逆轉病理過程而且長期使用會引起情緒異常等不良反應；作用于5-羥色胺(HT)系統(tǒng)信號轉導為AD的藥物研究帶來新希望，不僅能改善認知和情緒，還能延緩β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉積；本文對5-HT系統(tǒng)與AD的相關性進行綜述。

1 AD

AD主要表現(xiàn)為進行性的認知功能障礙，伴隨著情緒、攝食、睡眠等其他生理功能失調。AD是癡呆的主要類型〔1〕，據(jù)統(tǒng)計，截至2016年，全球癡呆患者數(shù)量為4 380萬人，相較于1990年增加了1倍，癡呆也上升為全球第五大死亡原因。AD的病理機制主要分為：①Aβ學說：Aβ形成不溶性老年斑引起線粒體和突觸功能障礙〔2,3〕。②Tau蛋白學說：Tau蛋白過度磷酸化形成胞內神經(jīng)纖維纏結，正常微管結構受損，引發(fā)突觸功能障礙〔3,4〕。③膽堿能學說：基底前腦膽堿能向皮質和海馬投射退變，膽堿攝取、乙酰膽堿釋放受損，煙堿和毒蕈堿受體表達不足，神經(jīng)營養(yǎng)支持功能失調，軸突運輸不足〔5〕。除了上述病理因素外，Aβ引發(fā)的膠質細胞反應增強，神經(jīng)炎癥，載脂蛋白(Apo)E，神經(jīng)遞質系統(tǒng)(5-HT、多巴胺、去甲腎上腺素、谷氨酸等)的異常變化等均參與AD的發(fā)生。目前，已經(jīng)上市治療AD的藥物主要為膽堿酯酶抑制劑(AchE)-I和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體拮抗劑，但只能暫時緩解AD進展，長期使用會導致惡心、頭痛、幻覺等癥狀。5-HT系統(tǒng)參與認知、情緒、睡眠、攝食等生理功能的調節(jié)，介導5-HT系統(tǒng)可有效延緩Aβ等病理變化及改善認知作用，聯(lián)合抗AD藥時，不僅增強AchE-I和NMDA受體拮抗劑認知改善作用，同時有助于減輕AchE-I和NMDA受體拮抗劑的不良反應，靶點于5-HT系統(tǒng)為AD的研究帶來新的方向。

2 5-HT

5-HT，又稱為血清素，屬于單胺類神經(jīng)遞質，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，由色氨酸經(jīng)色氨酸羥化酶(tph)2生成5-羥基色氨酸(HTP)，最后經(jīng)5-羥基脫羧酶生成5-HT〔6〕。5-HT生成后，由囊泡轉運體至囊泡內，然后胞吐至突觸間隙，并且與突觸前或者突觸后受體結合發(fā)揮生理作用。突觸間隙的5-HT主要由5-HT轉運體(SERT)回收至突觸前膜，然后經(jīng)單胺氧化酶(MAO)A分解代謝形成無活性的5-羥吲哚乙酸(HTIAA)。 5-HT受體主要分為7個家族(5-HT1～7受體)，至少有14個亞型，除了5-HT3受體為離子型門控通道蛋白，其余均屬于G蛋白耦聯(lián)受體(GPCRS)〔7〕。5-HT受體在學習記憶相關的區(qū)域(如海馬、杏仁核、皮質)高密度分布〔8〕，通過耦聯(lián)G蛋白，引起下游環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白(CREB)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)等表達增加，參與記憶的獲取和鞏固。同樣，作用于SERT位點，調節(jié)5-HT再攝取，也能發(fā)揮類似作用。大量研究表明〔9,10〕，5-HT系統(tǒng)紊亂(尤其是5-HT受體和SERT的改變)在AD的發(fā)生發(fā)展中扮演重要作用，包括病理和臨床表現(xiàn)的調節(jié)。

3 5-HT受體和AD

AD患者尸檢發(fā)現(xiàn)〔10,11〕，中縫背核上5-HT能神經(jīng)元大量丟失，進而降低向大腦皮層、海馬等區(qū)域的投射，最終導致大腦內5-HT含量減少；5-HT水平的變化，會引起5-HT受體的適應性改變〔12〕，病理狀態(tài)下如AD也會直接引起5-HT受體密度的改變；而靶點于5-HT受體的配體已經(jīng)在研究AD的動物或者臨床試驗中證實具有改善認知效應，和AD密切相關的主要有5-HT1A、5-HT2A/C,5-HT3受體，5-HT4受體、5-HT6受體、5-HT7受體。

3.15-HT1A受體和AD 5-HT1A受體屬于抑制性受體，包括突觸前受體(自身受體，位于中縫背核神經(jīng)元胞體上)和突觸后受體(位于海馬、內嗅皮質、隔核、皮質)。從5-HT1A受體在AD患者腦內波動可發(fā)現(xiàn)，海馬區(qū)5-HT1A受體分為兩種狀態(tài)，對激動劑高親和力的功能性受體/耦聯(lián)G蛋白和低親和力的非功能性受體/未耦聯(lián)G蛋白，以往研究發(fā)現(xiàn)5-HT1A受體在AD晚期明顯降低，近年來，在前期AD患者腦內觀察到海馬CA1區(qū)5-HT1A功能性受體明顯下降，非功能性受體增加〔13〕，這種前期功能性受體的下降可認為是代償性的“拮抗”作用。

激活突觸前5-HT1A受體，能降低5-HT神經(jīng)元放電，減少神經(jīng)末梢5-HT釋放；激活突觸后5-HT1A受體，導致胞膜超極化，抑制鈣離子內流，進而減少神經(jīng)遞質(乙酰膽堿、去甲腎上腺素、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸)釋放〔14〕。相反，拮抗5-HT1A受體從而提高谷氨酸能和膽堿能神經(jīng)傳遞能改善AD認知功能〔15〕。5-HT1A受體還作用于海馬神經(jīng)元的節(jié)律震蕩改善認知功能。大腦神經(jīng)元保持同步性活動即節(jié)律震蕩對于認知功能至關重要，海馬γ振蕩由抑制性中間神經(jīng)元和興奮性椎體細胞相互作用產(chǎn)生。在動物和人體實驗中，AD的γ震蕩受到破壞〔16〕，通過光和聲音刺激大腦γ震蕩，能減輕Aβ的沉積及認知損害〔17〕；激活5-HT1A受體，誘導海馬CA3區(qū)椎體細胞超級化，破壞興奮性和抑制性平衡，因此，拮抗5-HT1A受體可能有助于重建AD患者腦內正常的神經(jīng)元震蕩水平〔18〕。

在臨床前研究中，5-HT1A受體的拮抗劑NAD-299，已經(jīng)被證實，能顯著改善AD模型鼠在新物體識別實驗和被動回避中的表現(xiàn)，同時降低Aβ水平，保護海馬神經(jīng)元〔19〕。有趣的是，低劑量5-HT1A受體激動劑8-羥基-2(二丙基氨基)四氯萘(8-OH-DAPT)也可改善小鼠的記憶水平，究其原因，5-HT1A受體廣泛存在于前額葉皮質的錐體神經(jīng)元(50%～60%)和GABA能神經(jīng)元(25%)〔20〕，激動5-HT1A受體時可能優(yōu)先抑制GABA能神經(jīng)元，局部細胞相互作用導致錐體神經(jīng)元放電增加，進而提高記憶水平〔21,22〕。綜上，5-HT1A受體功能狀態(tài)的變化對AD的診治均有重要意義，但是相關配體在AD模型或者患者中的作用仍需要進一步研究。

3.25-HT2A/C受體和AD 5-HT2A主要位于海馬和大腦皮質。在Aβ注射導致記憶受損的動物和輕度認知障礙(MCI)患者中均觀察到5-HT2A水平的降低〔23,24〕，同時5-HT2A/C受體基因多態(tài)性被證實和AD的精神行為癥狀有關，包括幻想、焦慮、食欲障礙等〔25〕，表明5-HT2A受體和AD密切相關。

5-HT2A受體耦聯(lián)G蛋白后，激活磷脂酶(PL)A2，刺激淀粉樣前體蛋白(APP)分泌，降低Aβ水平〔26〕；激活5-HT2A受體，也可降低AD模型鼠的氧化應激反應，防止海馬神經(jīng)元的丟失〔27〕。研究發(fā)現(xiàn)，Rac1是5-HT2A受體下游靶點，Rac1通過控制肌動蛋白細胞骨架重組影響突觸結構和功能可塑性，參與主動遺忘過程〔28〕，已經(jīng)有研究證實通過藥物抑制Rac1活性，可抑制AD模型鼠的遺忘過程，改善記憶水平〔29〕；而激活5-HT2A受體抑制Rac1表達，改善場景恐懼記憶〔30〕，所以5-HT2A可能通過調控Rac1來改善AD患者認知，但需要進一步驗證。

5-HT2C受體主要位于海馬和杏仁核中，和5-HT2A受體的信號轉導通路相似，也能調節(jié)APP分泌，不過該過程除了涉及PLA2外，蛋白激酶(PK)C也參與其中〔26,31〕。因此，5-HT2A/C通過參與認知、精神癥狀的調節(jié)為AD研究提供重要方向。

3.35-HT3受體和AD 5-HT3受體主要位于海馬、嗅球、大腦皮質及杏仁核中〔32〕，與其他亞型受體不同，在AD的發(fā)展中，受體表達水平恒定〔33〕，但5-HT3受體和AD仍具有相關性。

5-HT3受體可作用于膽堿能和GABA能調節(jié)認知功能。5-HT3受體拮抗劑昂丹司瓊能增加乙酰膽堿釋放，聯(lián)合GABA受體拮抗劑能進一步促進乙酰膽堿釋放〔34,35〕?？赡軝C制如下：大部分表達5-HT3受體細胞屬于GABA能群細胞〔36〕，拮抗5-HT3受體通過解除GABA能對膽堿能的抑制，從而促進乙酰膽堿釋放；行為學試驗中，昂丹司瓊也可減輕基底前腦膽堿能損傷引起的記憶損傷〔37,38〕。5-HT3受體拮抗劑具有神經(jīng)保護作用。在一項體外細胞實驗中，拮抗5-HT3受體能降低胞內Ca2+，抑制谷氨酸的過度興奮，降低活性氧的產(chǎn)生及降低含半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-3活性〔39〕；5-HT3受體拮抗劑可能也在AD中發(fā)揮相同作用。5-HT3受體同樣也作用于海馬神經(jīng)元節(jié)律震蕩，θ振蕩及θ和γ相位振幅耦合損害是AD患者認知損害的標志和機制之一〔40,41〕。研究發(fā)現(xiàn)，拮抗5-HT3受體，抑制GABA介導的抑制性突觸后電位所導致的波間超極化，進而引起海馬神經(jīng)元θ節(jié)律增加〔42〕；激活5-HT3受體后，破壞小清蛋白(PV)中間神經(jīng)元放電頻率的同步性，最終導致γ振蕩受損〔43〕；臨床前研究中，膽堿酯酶抑制劑多奈哌齊能增強θ和γ功率，并且引起θ和γ相位振幅耦合，雖然單獨使用昂丹司瓊不影響相位振幅耦合，但是昂丹司瓊聯(lián)合多奈哌齊可明顯提高多奈哌齊的效應〔44〕。

目前，托烷司瓊作為5-HT3受體拮抗劑和部分α7煙堿性乙酰膽堿受體(nAchR)激動劑，能持續(xù)增加可溶性(s)APPα/Aβ比值及記憶改善作用，已經(jīng)被批準進入臨床試驗〔45〕。

3.45-HT4受體和AD 5-HT4受體主要分布于邊緣系統(tǒng)和基底節(jié)〔46～48〕，尤其是海馬突觸后膜。早期AD患者尸檢發(fā)現(xiàn)〔47〕，5-HT4受體明顯降低；近來，通過正電子放射斷層造影術(PET)手段，發(fā)現(xiàn)AD患者腦中5-HT4受體，在臨床前期和MCI，5-HT4受體結合明顯增加，和Aβ沉積成正相關，表明可能在AD前期，因為膽堿能降低和Aβ累積，5-HT4受體代償性增加改善記憶功能，而在疾病后期，代償機制失活，逐漸減少。

5-HT4受體調節(jié)APP的代謝過程。5-HT4受體耦聯(lián)Gs蛋白，激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)〔49〕，進而引起環(huán)磷酸腺苷(cAMP)聚集誘發(fā)Epac，通過Rap1/Rac途徑，調節(jié)α-分泌酶，導致sAPPα生成增加，減少Aβ的沉積，發(fā)揮神經(jīng)保護作用〔50～52〕。在動物模型中也證實〔53〕，5-HT4受體激動劑能增加sAPPα水平，降低Aβ沉積，并且聯(lián)合膽堿酯酶抑制劑能達到標準劑量的記憶改善效果。5-HT4受體激動劑增強膽堿能來改善認知作用。膽堿能功能退變是AD患者認知損害的重要因素〔54〕，5-HT4受體激活促進皮質和海馬區(qū)乙酰膽堿釋放〔50,55,56〕。但5-HT4受體mRNA不存在于基底前腦膽堿能細胞群上，而分布于基底前腦GABA能、小清蛋白、谷氨酸能細胞及海馬和皮層的谷氨酸能細胞，表明5-HT4受體激動劑可能是通過非膽堿能細胞群來促進乙酰膽堿分泌〔57〕。其他研究發(fā)現(xiàn)〔58〕，5-HT4受體激動劑能促進組胺釋放，后者通過作用于膽堿能神經(jīng)元胞體促進乙酰膽堿釋放來實現(xiàn)促認知作用；同時，5-HT4受體激動劑也可增加海馬θ節(jié)律功率，提高θ震蕩水平，而θ震蕩主要由膽堿能調節(jié)，對于5-HT4受體是直接作用于海馬節(jié)律性震蕩還是間接通過膽堿能實現(xiàn)有待進一步研究證實。

目前，多種5-HT4受體激動劑(如SL65.0155〔59〕，PRX-03140〔60〕和PF-04995274〔60〕等)都已進入初期臨床試驗，表現(xiàn)出良好的安全性、耐受性，但是臨床療效并未達到預期，在一項隨機對照雙盲的健康成人臨床試驗中〔61〕，prucalopride組比安慰劑組表現(xiàn)出更好的學習記憶水平，且prucalopride并不誘發(fā)心律失常〔62,63〕，是AD臨床試驗的重要候選藥物。

3.55-HT6受體和AD 5-HT6受體幾乎只分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，尤其是與學習記憶相關的前額葉皮質和海馬〔64〕，分布的特異性表明外周不良反應較低。在一項AD患者尸檢中，大腦皮質內5-HT6受體密度明顯降低，同時和AD的行為癥狀密切相關〔65〕。

5-HT6受體通過調節(jié)膽堿能和谷氨酸能來改善認知行為。5-HT6受體拮抗劑和激動劑均可改善新物體識別實驗、社會識別測試、被動回避、水迷宮行為表現(xiàn)〔66〕，而且都能增加膽堿能和谷氨酸能神經(jīng)傳遞〔67〕。5-HT6受體的配體介導神經(jīng)遞質的可能機制如下：5-HT6受體在膽堿能神經(jīng)元上分布較少，而在GABA能神經(jīng)元廣泛分布〔68,69〕，5-HT6受體拮抗劑和激動劑作用位點可能不同，激動劑作用于膽堿能和(或)谷氨酸能神經(jīng)元上的少量受體，獲得血清素能傳入；拮抗劑作用于抑制性GABA能中間神經(jīng)元上的受體，解除GABA對乙酰膽堿和谷氨酸的抑制〔70〕。其他研究發(fā)現(xiàn)，5-HT6受體激動劑也能抑制鈣離子依賴性的谷氨酸釋放〔71〕及損害工作記憶〔72〕，這限制了5-HT6受體激動劑臨床研究。而5-HT6受體拮抗劑idalopirdine作為輕中度AD的輔助用藥〔73〕，Ⅱ期臨床試驗有較好的安全性和耐受性，但是Ⅲ期臨床試驗聯(lián)合多奈哌齊并沒有達到預期改善認知的效果〔74〕。

5-HT6受體拮抗劑也作為抗精神病藥物有助于降低抗膽堿酯酶藥誘發(fā)的錐體外系不良反應〔75〕。雖然idalopirdine臨床試驗以失敗告終，但5-HT6受體拮抗劑憑借改善AD患者認知和行為癥狀及自身較低的藥物不良反應，在未來AD的研究中會受到更多的關注。

3.65-HT7受體和AD 5-HT7受體主要位于丘腦、下丘腦、海馬及大腦皮質〔76〕。突觸功能的損害是AD的病理之一，激活5-HT7受體調節(jié)細胞骨架，影響神經(jīng)突的延長和生長，從而調節(jié)突觸可塑性〔77〕，該過程主要由兩個信號機制介導：①耦聯(lián)Gs蛋白，激活細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)5和細胞外信號調節(jié)激酶(ERK)；②耦聯(lián)Gα12蛋白，進一步直接或者間接通過mTOR來激活Rho三磷酸鳥苷(GTP)酶家族(Cdc42和RhoA)。5-HT7受體還可激活血小板源性生長因子(PDGF)β受體，PDGF-β受體具有抑制NMDA受體(NR1和NR2B)的作用，減輕NMDA受體過度興奮引起的神經(jīng)毒性〔78〕，但急性給藥時，反而通過激活cAMP/PKA途徑來刺激NMDA受體依賴性的活動(如LTP和LTD)，改善學習記憶水平〔79〕。在臨床前研究中，5-HT7受體激動劑AS-19，能減少海馬神經(jīng)元的凋亡，進而改善海馬突觸功能〔80〕。

4 5-HT再攝取抑制劑(SSRI)和AD

SSRI作用于5-HT再攝取SERT，增加突觸間隙內5-HT水平。通過影像學技術發(fā)現(xiàn)，AD鼠晚期SERT密度明顯降低〔81,82〕，表明SSRI治療AD晚期效果可能較差。

SSRI類藥物能作用于Aβ 代謝過程。聚集動力學實驗發(fā)現(xiàn)〔83〕，SSRI類藥物可抑制Aβ42聚集，減少Aβ42生成；機制可能是SSRI類藥物通過激活Gs受體，引起ERK的磷酸化，調節(jié)α分泌酶活性，達到降低Aβ的作用〔84〕；去整合素金屬蛋白酶(ADAM)10是調節(jié)α-分泌酶活性的主要調節(jié)酶，在一項對AD患者血液中ADAM10進行定量分析后，發(fā)現(xiàn)服用SSRI藥物能增加ADAM10水平,最終提高α-分泌酶活性，促進sAPPα的分泌〔85〕。相較于其他SSRI類藥物，舍曲林和氟西汀具有獨特的神經(jīng)保護性，減少Aβ誘導的神經(jīng)毒性，但是具體機制不清，有研究者認為氟西汀能激活Wnt信號通路，上調Wnt-3a表達，抑制糖原合成酶激酶(GSK)-3β活性，增加磷酸化GSK-3β水平及穩(wěn)定β-連環(huán)素(catenin)水平，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用〔86〕；還可能是通過刺激星形膠質細胞旁分泌轉化生長因子(TGF)-β1來增加神經(jīng)元存活，且該效應不依賴于SERT，因此，氟西汀可能具有較好應用前景〔87〕。SSRI類藥物還可和神經(jīng)膠質細胞相互作用，西酞普蘭能降低海馬和皮質小膠質細胞的增生和激活，氟西汀同樣能降低星形膠質細胞的數(shù)量，減輕膠質細胞反應性〔88,89〕。另外，依他普倫還能通過抑制HPA軸和加強磷酸化GSK-3β來減輕應激誘導的認知損害和Tau蛋白磷酸化〔90〕，曲唑酮也能減少磷酸化Tau蛋白沉積，恢復認知水平〔91〕。除了認知行為以外，多項臨床試驗證明，西酞普蘭能夠減輕AD患者的激越狀態(tài)〔92,93〕。

實際上，SSRI類藥物的研究仍存在爭議，有研究者發(fā)現(xiàn)，長期使用SSRI類藥物對Aβ病理沉積無明顯作用〔94,95〕，Wang等〔96〕的Meta分析提示SSRI類藥物的應用增加癡呆的風險，而Xie等〔97〕Meta分析的結果相反；表明SSRI類藥物在AD中扮演重要作用，但同時也需要研究者進一步去探索，驗證其內在機制。

綜上，5-HT系統(tǒng)功能失調和AD的病理及臨床表現(xiàn)密切相關，5-HT系統(tǒng)主要通過調節(jié)APP代謝、介導神經(jīng)傳遞、改善突觸功能及影響神經(jīng)振蕩來干預AD。雖然眾多5-HT相關藥物投入臨床試驗，但鮮有達到預期效果，一方面是由于AD涉及眾多病理變化，單一靶點干預難以維持長期療效；另一方面，AD確診過晚，病情嚴重。因此，在膽堿酯酶抑制劑和NMDA受體拮抗劑長期治療效果有限的背景下，應提倡多靶點藥物治療，臨床上已經(jīng)有5-HT4受體激動劑和膽堿酯酶抑制劑及5-HT4受體激動劑和5-HT6受體激動劑雙靶點藥物，可能會有更好的效果及更少的不良反應；不過更重要的是完善診斷標準，確定早期生物標志物(血清素、膽堿能系統(tǒng)等)，實現(xiàn)早期干預，是以后的重點研究目標。