關注少突膠質(zhì)細胞：阿爾茨海默病治療的新靶點

趙紅 李瀟 王翠

大連市中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科（遼寧大連 116033）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）又稱老年癡呆癥，是一種以進行性認知功能障礙和記憶力損害為主的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。隨著人口的老齡化，AD 發(fā)病率逐年增高，給家庭和社會帶來了沉重的負擔。既往認為AD 為皮質(zhì)性癡呆，灰質(zhì)有明顯的病理改變，即β-淀粉樣蛋白（β-amyloid protein，Aβ）沉積形成的老年斑和tau 蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）［1］。然而大量針對Aβ 和tau 蛋白的靶向藥物試驗均已失敗告終。少突膠質(zhì)細胞形成的髓鞘是腦白質(zhì)的重要成分，近年來發(fā)現(xiàn)AD 還存在著廣泛的原發(fā)性白質(zhì)損害，這種白質(zhì)的損害發(fā)生較早，先于Aβ 聚集和Tau 蛋白的發(fā)生，且與認知功能的下降密切相關［2］。有學者認為AD 是一種脫髓鞘性疾病，髓鞘損傷啟動了AD 的病理進程，導致突觸功能異常和認知功能的下降。本文就髓鞘與認知功能的關系、AD 中的髓鞘損害及其可能性機制取得的進展進行綜述。

1 髓鞘及與認知功能的關系

髓鞘是包裹在神經(jīng)軸突外的脂肪鞘，由80%的脂質(zhì)和20%的蛋白質(zhì)組成。少突膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nerve system，CNS）的髓鞘形成細胞，其發(fā)出的細胞膜反復包繞軸突形成髓鞘。髓鞘在神經(jīng)纖維的絕緣中起重要作用，維持軸突的動作電位，協(xié)助電信號的快速而準確的傳導［3］。少突膠質(zhì)細胞能夠分泌多種因子如胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor，IGF-1）、膠質(zhì)來源神經(jīng)營養(yǎng)因子（glial cell derived neurotrophic factor，GDNF）和神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）等，為神經(jīng)元提供營養(yǎng)支持及調(diào)節(jié)突觸發(fā)育［4］。單一的髓鞘可以包繞近50 根軸突。CNS 髓鞘化是一個極為復雜的過程，從出生后到成年有大量的髓鞘形成，且不同區(qū)域開始髓鞘化時間不一，髓鞘化完成的時間也不同。人類的胼胝體髓鞘化在20歲左右完成，而前額葉在40 歲左右完成［5］。AD 小鼠模型大腦存在廣泛的髓鞘總量減少，且髓鞘減少與學習記憶能力下降出現(xiàn)的時間相近，記憶訓練可以促進腦皮層及相關白質(zhì)腦區(qū)內(nèi)少突膠質(zhì)細胞新生和新的髓鞘形成，改善認知功能。另有研究表明，接受學習訓練的AD 模型小鼠堿性髓鞘蛋白（myelin basic protein，MBP）的表達較沒有接受訓練的小鼠明顯升高，且MBP的表達水平與學習速度密切相關［6］。小鼠在學習新的復雜技能后，胼胝體出現(xiàn)新的少突膠質(zhì)細胞和髓鞘，提示學習活動可以調(diào)控少突膠質(zhì)細胞的新生［7］。此外，髓鞘損傷可以影響神經(jīng)元動作電位的傳導，導致突觸信號傳遞異常。實驗性自身免疫性腦炎（experimental autoimmune encephalitis，EAE）脫髓鞘小鼠模型發(fā)現(xiàn)海馬區(qū)突觸傳遞功能減退，且小鼠的認知功能下降［8］。這些證據(jù)表明髓鞘參與了學習記憶功能，其可塑性是學習記憶的基礎。

2 AD 中白質(zhì)損害的新進展

AD 中的腦白質(zhì)改變主要為髓鞘脫失、軸突損傷等，導致神經(jīng)纖維束減少，白質(zhì)體積減少，其中髓鞘的損傷尤為明顯。2 個月齡大的三重轉(zhuǎn)基因（3xTg-AD）小鼠模型，在海馬和內(nèi)嗅皮層檢測到髓鞘缺失和少突膠質(zhì)細胞表達的減少，電鏡觀察到髓鞘形態(tài)異常［9］。AD 模型小鼠的臨床前階段Braak 1/2 期顳葉皮層發(fā)現(xiàn)髓鞘合成缺陷，這一病理早于Aβ 聚集和Tau 蛋白的發(fā)生［10］，提示白質(zhì)異常發(fā)生于AD 早期，可能是AD 病理的起因。另有研究發(fā)現(xiàn)，AD 轉(zhuǎn)基因小鼠模型，局灶性脫髓鞘損傷發(fā)生在Aβ 斑塊附近，無斑塊的新皮層區(qū)域沒有髓鞘脫失和少突膠質(zhì)細胞丟失，提示脫髓鞘和神經(jīng)元死亡密切相關，但始終無法辨認白質(zhì)異常是引發(fā)AD 的首要因素，還是間接導致AD 發(fā)病。極長鏈神經(jīng)酰胺為髓鞘脂質(zhì)組分之一，由神經(jīng)酰胺合成酶2（ceramide synthase 2，cers2）催化合成。KAYA 等［11］觀察到AD 模型小鼠cers2 的活性明顯減少。除了髓鞘的缺失，軸突受損也是AD 重要的白質(zhì)改變。軸突改變最明顯的特點是軸突轉(zhuǎn)運障礙。動物模型的研究表明，軸突所必需的驅(qū)動蛋白-1（kinesin-1）大量減少，導致軸突運輸受損［12］，由此引發(fā)下游事件淀粉樣蛋白Aβ 和斑塊的形成，Aβ 異常聚集又可能引起軸突轉(zhuǎn)運障礙加重，兩者可以相互影響進入惡性環(huán)節(jié)。

在體核磁共振（MRI）研究提供了AD 髓鞘改變的進一步證據(jù)。AD 為皮質(zhì)性癡呆，灰質(zhì)有明顯的病理改變，MR 成像中AD 患者大腦灰質(zhì)區(qū)域相應體積縮小。近年來發(fā)現(xiàn)白質(zhì)異常也是AD 的重要改變，在AD 的臨床前階段灰質(zhì)結(jié)構(gòu)保持完好，然而白質(zhì)的神經(jīng)纖維成分已開始發(fā)生異常，且這種白質(zhì)的改變并不繼發(fā)于神經(jīng)元的變性。AD 腦白質(zhì)改變越來越受到重視，不僅是AD 中晚期患者，AD 早期包括AD 高危人群、臨床癥狀前期、主觀性認知功能下降（subjective cognitive impairment，SCI）、輕度認知功能損害（mild cognitive impairment，MCI）患者中均存在明顯的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷。MCI 及AD 患者的MRI T1 加權(quán)像表現(xiàn)出白質(zhì)萎縮，T2 加權(quán)像中表現(xiàn)白質(zhì)高信號［13］。但MRI 結(jié)構(gòu)成像發(fā)現(xiàn)白質(zhì)損傷時，大部分癡呆患者已進入中晚期階段。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可以在疾病早期檢測到MRI 序列難以探測到的白質(zhì)纖維束髓鞘異常。DTI 技術(shù)觀察到AD患者與情境記憶相關的部位如顳頂區(qū)域、楔前葉、后扣帶回和海馬旁回存在廣泛的白質(zhì)改變［14］。有研究者建議使用DTI 測量后扣帶回與海馬間的連接纖維來幫助診斷AD［15］。AD 患者內(nèi)側(cè)顳葉最早受累，病變最嚴重，且與AD 病理密切相關。研究發(fā)現(xiàn)，與內(nèi)側(cè)顳葉連接纖維的減少及中斷不是由內(nèi)側(cè)顳葉萎縮引起的，提示AD 患者存在原發(fā)性的白質(zhì)損害［16］。穹隆是海馬腦區(qū)主要的傳入和傳出白質(zhì)纖維，DTI 成像研究發(fā)現(xiàn)在攜帶APOE4 基因的AD 高危人群中，穹隆白質(zhì)纖維束的完整性破壞，這類損傷獨立于灰質(zhì)變性［17］。MCI 患者在許多腦區(qū)存在白質(zhì)損害，然而灰質(zhì)萎縮僅僅局限于內(nèi)側(cè)顳葉，且DTI 測量的異常白質(zhì)纖維束與鄰近的灰質(zhì)體積無關［18］。SCI 患者皮層的厚度尚未發(fā)生改變，已可檢測到白質(zhì)纖維束的損傷［19］。與此研究類似，APOE4 攜帶者在認知功能損害出現(xiàn)之前灰質(zhì)結(jié)構(gòu)相對完整時，已發(fā)現(xiàn)明顯的白質(zhì)改變［20-21］。上述影像學證據(jù)表明，AD 早期病理改變不僅僅局限于大腦皮層灰質(zhì)結(jié)構(gòu)異常，還涉及到白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的損害，且白質(zhì)變性先于灰質(zhì)損害。

生化研究也證實了AD 患者存在髓鞘的損傷。MBP 是CNS 髓鞘的主要結(jié)構(gòu)性蛋白，約占髓鞘蛋白總量的30%，是反映髓鞘脫失的指標。MBP 不僅與髓鞘緊密性相關，還能調(diào)節(jié)Aβ 纖維組裝過程，與Aβ 結(jié)合抑制Aβ 沉積。離體實驗證實，MBP具有在體外降解Aβ 活性的作用［22］。研究發(fā)現(xiàn)，AD 患者MBP 水平明顯下降，且MBP 的下降水平與Aβ42 增多有很強的相關性［23］，提示AD 患者存在髓鞘損傷，髓鞘損傷后引起Aβ 表達的改變。而Aβ 對少突膠質(zhì)細胞又具有細胞毒性作用，加重髓鞘損傷，兩者之間有相互促進的作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，AD 患者膠質(zhì)來源抗體如抗MOG、抗MAG、抗MBP 和抗PLP 抗體較正常對照組增加［24］，針對髓鞘不同抗體水平的增加間接反映了髓鞘的損傷。除此之外，人腦死后尸檢也證實在感覺運動皮層，顳上回和額回中少突膠質(zhì)細胞數(shù)量的減少。髓鞘損傷在AD 病程的早期可能發(fā)揮了重要的作用，然而，AD 病理和髓鞘損傷之間的確切聯(lián)系仍不清楚，髓鞘脫失是否繼發(fā)于神經(jīng)元的變性還是AD 的始動因素，脫髓鞘還是Aβ 沉積是AD 的上游事件以及Aβ 和髓鞘脫失之間是否有直接的聯(lián)系仍需進一步研究。

3 AD 中髓鞘損傷的機制

3.1 年齡與基因突變年齡是AD 發(fā)病過程中最重要的危險因素，是髓鞘損害的主要原因。在正常的自然衰老過程中，少突膠質(zhì)細胞老化且數(shù)量減少，髓鞘發(fā)生退行性改變（髓鞘變薄、有髓纖維喪失），且這種改變先于神經(jīng)元的丟失。少突膠質(zhì)細胞的數(shù)量從青少年到90 歲減少27%，白質(zhì)體積減少28%［25］。少突膠質(zhì)細胞死亡和髓鞘損傷的速度遠遠超過神經(jīng)元死亡的速度。有研究表明，AD模型小鼠超早期出現(xiàn)髓鞘的改變，且隨著年齡增加，變化逐漸加大，髓鞘總量逐漸下降，髓鞘厚度和密度也呈下降趨勢［26］。水迷宮實驗發(fā)現(xiàn)老化過程中，小鼠學習和記憶能力明顯下降。細胞自噬在Aβ 斑塊的代謝中起重要作用，少突膠質(zhì)及前體細胞（oligodendrocyte precursor cells，OPCs）能夠通過自噬作用清除Aβ［27］。隨著年齡的增長，OPCs和少突膠質(zhì)細胞老化且數(shù)量減少，細胞自噬能力減弱，導致Aβ 清除障礙。除此之外，年齡和其相關的因素如鐵過量、氧化應激、低灌注、興奮性氨基酸毒性作用等都可能參與髓鞘的損傷。少突膠質(zhì)細胞富含鐵，髓鞘老化后導致細胞內(nèi)鐵的大量釋放［28］。鐵釋放后一方面增加淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）的產(chǎn)生促進Aβ 寡聚體形成，另一方面產(chǎn)生大量的氧自由基，引發(fā)脂質(zhì)過氧化和細胞內(nèi)鈣超載，導致少突膠質(zhì)細胞的受損和死亡。

AD 具有高度的遺傳性，AD 相關風險基因的突變或基因水平調(diào)控失常也可導致髓鞘破壞。在家族性AD 患者，APP 突變使得新產(chǎn)生髓鞘的粘附能力受損，導致髓鞘脫失。PS1 突變小鼠少突膠質(zhì)細胞對毒性物質(zhì)易感性增加。β 分泌酶1（BACE1）是水解APP 生成Aβ 的限速酶，在APP 形成Aβ 中發(fā)揮重要作用。近年來發(fā)現(xiàn)，BACE1 與髓鞘化過程密切相關。缺乏BACK1 的小鼠髓鞘化過程延遲，髓鞘厚度降低，可能因為BACK1 能裂解神經(jīng)調(diào)節(jié)素（neuregulin 1，NRG1）。NRG1 是髓鞘化所需的軸突表達因子之一，對神經(jīng)損傷后的髓鞘再生起重要作用［29］。載脂蛋白E（APOE）不僅在脂質(zhì)代謝中起到重要作用，也是散發(fā)性AD 的遺傳風險因子［30］。APOE 參與腦中內(nèi)源性脂質(zhì)的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)運和回收，對于髓鞘的再生與修復至關重要。APOE4等位基因與髓鞘損傷有一定的關系。APOE 等位基因的攜帶者較沒有APOE 攜帶者血清APOE 水平下降，APOE 水平降低后能夠減少腦內(nèi)髓鞘的形成，促進年齡相關的髓鞘損害。晚發(fā)型AD 患者，攜帶APOE4 突變基因的患者回收必需脂質(zhì)的能力減退，髓鞘修復減慢［4］。

3.2 Aβ介導的白質(zhì)損傷Aβ沉積是神經(jīng)元變性的主要原因，Aβ 對神經(jīng)元和內(nèi)皮細胞有毒性作用。越來越多的證據(jù)表明，Aβ 對少突膠質(zhì)細胞亦有毒性作用，導致髓鞘的損害。立體定向注射Aβ42 到大鼠胼胝體導致廣泛的白質(zhì)損傷和少突膠質(zhì)細胞死亡。在125 例AD 患者死后尸檢中發(fā)現(xiàn)，Aβ 沉積是額葉白質(zhì)損傷的主要因素［31］。離體細胞培養(yǎng)模型揭示，Aβ 通過DNA 損傷、線粒體功能失衡和細胞骨架斷裂，對少突膠質(zhì)細胞產(chǎn)生直接的細胞毒性作用。轉(zhuǎn)基因的AD 小鼠模型，當免疫注射Aβ特異性抗體中和Aβ 斑塊后，髓鞘和少突膠質(zhì)細胞的異?？梢阅孓D(zhuǎn)甚至恢復到正常［32］。這些數(shù)據(jù)表明Aβ 的神經(jīng)毒性在AD 白質(zhì)損傷中發(fā)揮了重要的作用。

Aβ 對神經(jīng)細胞的毒性作用機制復雜，除了直接損傷，還存在著其他多種機制。有研究表明Aβ與細胞凋亡活動關系密切。離體實驗證實Aβ 可以導致caspase-3 激活，從而誘導少突膠質(zhì)及前體細胞凋亡。Aβ 可以激活中性鞘磷脂酶（neutral sphingomyelinase，nSMase）-神經(jīng)酰胺級聯(lián)反應，導致少突膠質(zhì)細胞功能失衡。nSMase 能夠降解細胞膜的鞘磷脂釋放神經(jīng)酰胺，參與細胞凋亡的發(fā)生。使用鞘磷脂酶抑制劑3-O-methyl-sphingomyelin 或基因敲除nSMase 可以延緩Aβ 誘導的少突膠質(zhì)細胞凋亡［33］。Aβ誘導的神經(jīng)毒也可造成膜損傷，氧自由基釋放，通過氧化應激導致細胞死亡。還原型谷胱甘肽（GSH）在氧自由基清除中起關鍵作用，可以阻止Aβ 激活nSMase 以減少少突細胞的死亡。AD 患者少突膠質(zhì)細胞內(nèi)GSH 含量下降，一方面清除自由基的能力減弱，另一方面通過激活nSMase途徑，加速少突膠質(zhì)細胞死亡。

除此之外，Aβ 沉積激活小膠質(zhì)細胞導致的炎癥反應也在髓鞘損傷的病理機制中起著重要的作用。小膠質(zhì)細胞是腦內(nèi)主要的免疫效應細胞，清除微環(huán)境的有害物質(zhì)。離體定向注射Aβ42 到大鼠可以觀察到星型膠質(zhì)和小膠質(zhì)細胞的數(shù)量增多，異?；罨瑫r檢測到多種炎癥因子如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）等的表達增加。這些致炎因子具有毒性作用，導致少突膠質(zhì)細胞損傷。少突膠質(zhì)細胞死亡后釋放細胞內(nèi)鐵，又可以促進Aβ 寡聚體的形成和增加Aβ 的毒性作用。另外，這些炎癥分子通過作用于神經(jīng)元或其他膠質(zhì)細胞，促使其他炎癥分子及補體的產(chǎn)生，異常Aβ合成過多，形成一個惡性循環(huán)?？梢姡z質(zhì)細胞作為潛在的炎癥反應細胞加速髓鞘的損傷。

3.3 tau 蛋白介導的白質(zhì)損傷AD 另一個重要的病理特征是神經(jīng)元內(nèi)因高度磷酸化tau 蛋白聚集而成的NFTs。Tau 蛋白即微管相關蛋白，將相鄰的微管連接起來，形成成熟和穩(wěn)定的微管。微管在神經(jīng)元結(jié)構(gòu)、軸突運輸和突觸可塑性方面發(fā)揮了重要作用。正常情況下，tau 蛋白以磷酸化形式存在，有利于微管的穩(wěn)定。當?shù)鞍准っ富钚陨险{(diào)或磷酸酯酶活性下調(diào)時，tau 蛋白將被過度磷酸化，從微管蛋白上脫離下來，不再具有結(jié)合穩(wěn)定微管的能力，導致微管解體。而脫落下來的tau 蛋白聚集形成不溶性的NFTs，沉積與神經(jīng)元的胞漿和突起，導致神經(jīng)元死亡。AD 腦中tau 蛋白過度異常磷酸化主要發(fā)生在神經(jīng)元，但在神經(jīng)膠質(zhì)細胞（星形膠質(zhì)和少突膠質(zhì)細胞）中也有tau 蛋白磷酸化病變的發(fā)生。含G272V 突變的tau 轉(zhuǎn)基因鼠，發(fā)現(xiàn)與人類AD 病理類似的少突膠質(zhì)細胞纖維損傷。tau 病變小鼠模型中，使用微管結(jié)合劑穩(wěn)定微管結(jié)構(gòu)減少tau 蛋白過度磷酸化，不僅能減輕軸索損傷，也能減輕AD 的臨床癥狀。除此之外，NTFs 也通過炎癥和氧化應激機制導致少突膠質(zhì)細胞分化成熟障礙，進而影響髓鞘生成。髓鞘損傷是NTFs的原因還是結(jié)果以及NTFs 對少突膠質(zhì)細胞具體作用機制仍需進一步研究。

3.4 缺血與腦白質(zhì)損傷多數(shù)白質(zhì)病變歸因于和AD 并存的腦小血管病所導致。80%AD 患者可以觀察到血管樣的病理改變?nèi)绨踪|(zhì)高信號、腔隙性腦梗死、淀粉樣變等。血管性癡呆患者腦內(nèi)亦可見Aβ 沉積。此外，Aβ40 肽通常易于在軟腦膜和腦動脈壁上沉積，導致腦的淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）。有90%AD 患者有這種改變。CAA 可以導致受累血管區(qū)域血流灌注的減少，使得缺血性腦血管病的發(fā)病率增高［34］。因此有學者認為，AD 是血管性疾病，血管危險因素可以啟動AD 病理的發(fā)生。缺血后由于葡萄糖及氧缺乏，引起細胞內(nèi)鈣超載、氧化應激、興奮性氨基酸毒性作用等導致少突膠質(zhì)細胞損傷。研究表明，白質(zhì)低灌注使得星型膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生透明質(zhì)酸，透明質(zhì)酸可以抑制少突膠質(zhì)細胞的增殖及成熟，影響髓鞘修復。多數(shù)AD 與血管性疾病并存，提示兩者間的髓鞘損害可能存在著共同的機制。

4 結(jié)語與展望

大量的證據(jù)表明，髓鞘損害是AD 病理的重要特點，與認知功能下降密切相關。有研究者認為Aβ 沉積和tau 蛋白不是AD 的主要病因，而是髓鞘修復的副產(chǎn)物，清除腦內(nèi)的Aβ，AD 患者臨床癥狀并沒有得到改善也支持這一觀點。廣泛的原發(fā)白質(zhì)損害在AD 病程的早期發(fā)揮了重要的作用，然而，很難說單獨的髓鞘損傷可以驅(qū)動AD 病理的發(fā)生，這類損傷與其他病理損傷密切相關，互相影響，共同促進了AD 病程的進展。在一定程度上保護髓鞘，促進髓鞘修復可能改善AD 患者的認知損傷。對AD 中髓鞘損害發(fā)生機制的深入研究將為AD 的治療提供新的靶點。