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阿尔茨海默病中枢胆碱能系统的损伤及主要机制 【关键词】 阿尔茨海默病;乙酰胆碱;中枢胆碱能系统损坏机制 阿尔茨海默病(ad)作为痴呆最常见的病因，是一种慢性神经退行性疾病，病因及发病机制目前尚未得到阐明，病理以细胞外淀粉样蛋白(aβ)沉积和老年斑(sp)形成，细胞内神经原纤维缠结(nfts)为主要特点，临床主要表现为进行性不可逆认知障碍。目前对于ad的病因及发病机制仍不十分清楚，而在上世纪70年代提出的胆碱能假说一直是国内外学者研究的热点，并指导着人们对ad的认识与干预。乙酰胆碱(ach)作为中枢神经系统最重要的神经递质之一，在脑内广泛存在，其主要功能是维持意识的清醒，在学习记忆中起重要作用。中枢胆碱能神经元数量的减少、ach合成减少、ach受体和(或)敏感性降低、ach通路的解剖异常等都可导致学习记忆功能的障碍。故中枢胆碱能系统损伤可能是各种原因所致痴呆的共同归宿。 1 ad患者中枢胆碱能系统的改变 胆碱乙酰转移酶(chat)作为生成ach的限速酶，在胆碱能神经元胞体内合成，是胆碱能神经元的特殊标志，常被作为研究胆碱能神经元的标志或估计ach含量(释放量)的间接指标。milos等〔1〕于2005年通过研究证实了临床期ad病人原始视皮质chat活性低于轻度认知障碍组(mci)和非认知障碍组(nci)，但mci和nci两者间差别无统计学意义，这种缺陷在影响视空间功能的同时，可能还会干扰高级视觉融入全脑认知的一体化过程，从而影响了ad病人的正常认知过程。wWW.11665.cOm之后，该实验组又通过尸解发现ad患者上额皮质chat密度相对于mci和nci减低，mci和nci之间密度相当，且在越浅处皮质其密度减低越明显，密度减低程度与患者生前简易智能量表(mmse)评分呈负相关，与患者脑内aβ含量呈正相关〔2〕。 乙酰胆碱酯酶(ache) 是ach的水解酶，主要分布于海马，其次是顶叶和枕叶。其变化一般后于chat，因此在ad发病初期，由于chat异常所致合成减少的ach，仍被正常的ache分解，致使突触间ach含量的减少。在ad病程中，ache在老年斑和胆碱能神经元丢失区域染色增强，在aβ沉积区及其周围其酶活性增强，并促进aβ生成,加速其聚积〔3〕;在额叶皮质ache水平降低,并与患者mmse评分有关，减弱的ache酶活性与chat酶活性及胞外ach水平存在关联，故ache也可用作评估胆碱能损伤的标志物〔4〕。ache的经典作用是水解ach，但新近研究发现，其非经典作用可参与细胞凋亡。细胞培养发现,氮端延伸的ache变型(naches)转染激活tau蛋白激酶糖原合成酶激酶3(gsk3)，可引起tau蛋白过度磷酸化和细胞凋亡;抑制gsk3或半胱天冬酶(caspase)，加强抗凋亡bcl2蛋白的表达、抑制ache或使其不表达，就能抑制naches的致凋亡作用;在ad患者大脑皮质，naches水平过表达的同时可发现过度磷酸化的tau蛋白，病程中的钙失调、蛋白错折叠等形成的应激源都可以上调内源性naches水平〔5〕。 m型ach体(machrs)属于g偶联蛋白、由第二信使介导的受体家族，分5个亚型，目前报道最多的在ad病程中主要发生变化的是1型和2型。1型是突触后受体，主要参与调节ach效应;2型是突触前受体，主要抑制ach的释放。1、2、3型均可以选择性地作用于淀粉样前体蛋白(app)，使非aβ生成增多,而1型还可以使pc12细胞tau蛋白脱磷酸化。故machrs可改变ad病程中的tau蛋白高度磷酸化和nfts。然对于其在ad中的密度改变目前尚无一致见解。在严重痴呆表现的ad病例中，与g偶联蛋白的m1型achr呈显著减少，并影响认知功能减退的速度;丢失的耦联体主要位于额叶皮质，而不是颞叶皮质〔6〕。tsang等〔7〕通过进一步的研究证实了这些观点,并补充其解耦联的程度与ad患者额皮质蛋白激酶c活性和n甲基d天冬氨酸(nmda)受体密度降低有关，与痴呆症状的严重程度相关。 n型ach受体(nachrs)属于离子通道耦联的受体家族，其激活后主要通过对膜电位的调节而影响细胞功能活动。人脑中最具有代表性的是α4和α7 nachrs亚型，而在老年和与老龄相关的神经退行性变过程中出现的亚型改变最明显的是前者。marwan等〔8〕通过临床病理分析发现nachrs在nci与mci人群的脑中没有差别，但在ad患者脑中的密度明显下降，由此推测nachrs主要在mci到ad转变的过程中发生丢失。ad患者的大脑nachrs的蛋白水平的降低主要有α4、α3和α7亚型，轻到中度ad患者基底核胆碱能神经元α7 nachr在mrna表达水平相对于nci和mci人群明显上调，且α7 nachr的表达水平与患者生前全脑认知功能评分和mmse评分呈负相关，由此推测：基底核提高的α7 nachr的表达水平可能作为ad病程进展的指标〔9〕。 2 ad中枢胆碱能系统改变的主要机制 2.1 脑血流量减少 在大多数痴呆病例，神经变性与血管损伤共存并相互作用，加速认知功能减退;血流的减少会消极地影响记忆和学习所必需的蛋白质的合成。神经病理学也证实，动脉粥样硬化所致脑灌注不足可能加重甚至引起ad的临床症状，特别是发生在颈动脉的动脉粥样硬化，是痴呆发病的高危因素〔10〕;尸解发现，发生在ad和血管性痴呆(vd)患者的颅底动脉环(willis环)的粥样硬化病变比非痴呆患者更严重〔11〕。而ad患者的认知功能减退与脑微血管功能损伤也存在关联〔12〕。缺血低氧使葡萄糖氧化受阻，丙酮酸生成减少，造成ach的合成原料乙酰辅酶a减少，ach合成减少;ach参与各类脑血管舒张反应，故在有血管损伤时，胆碱能系统的损害进一步减少了皮质下缺血敏感区血流，而血流减少又加重胆碱能系统损害，形成恶性循环;同时由于脑缺血时胆碱能神经元退变，使ache释出，脑组织中可溶性ache活性增强，导致ach水平进一步下降，加重学习记忆功能缺损，而ache诱导的细胞凋亡又加重了胆碱能神经元损害。 2.2 炎症反应 作为ad的主要病因，aβ的沉积可激活星形胶质细胞、小胶质细胞并促进其释放促炎因子和一氧化氮(no)，特别是小胶质细胞能大量表达一氧化氮合酶(inos)，产生大量的no〔13〕，从而引起炎症级联反应。no可以直接抑制参与线粒体电子传递及与柠檬酸循环有关的酶;与氧自由基结合形成高度攻击性的过氧化亚硝基阴离子损伤神经元。在ad患者海马和大脑皮质有高水平硝基酪氨酸蛋白，以突触囊泡蛋白为靶点阻碍ach释放，并能通过破坏葡萄糖代谢使乙酰辅酶a耗竭从而使ach合成减少〔14〕。 2.3 细胞凋亡 基底前脑胆碱能神经元丢失，作为ad病理上的显著特点，被认为是皮质投射区神经元ach递质减少的主要原因，是它们与之互动的神经生长因子(ngf)异常、轴突损伤、突触传递障碍等的结果。 基底前脑胆碱能神经支配的靶区，如大脑皮质和海马都有高浓度的ngf mrna表达，可以合成ngf，经基底前脑胆碱能神经元的轴突摄取，逆行运输至胞体，对其神经元的存活和轴突的再生发挥重要作用。尸检证明ad患者基底前脑的ngf水平下降，而皮层和海马的ngf蛋白水平并未降低，说明从皮层和海马到基底前脑神经元的ngf运输出现障碍，使基底前脑的神经元缺乏神经营养作用，在外界损伤因素的作用下导致神经元的变性及死亡。当ngf缺失时，其靶神经元aβ形成通路会被激活，aβ生成增多并聚积在细胞内外，从而引起细胞凋亡〔15〕。作为一切反射产生的结构和功能基础、中枢神经元之间的信息传递的重要环节，突触的丧失会中断很多功能通路的联系，引起多方面的功能障碍，尤其严重的是认知和记忆障碍。vd大鼠皮质和海马的突触密度明显下降，其结构带长度减小，体积改变，从而导致神经递质(包括胆碱能神经递质)的释放减少;而胆碱能损害可伴有突触减少及丧失，突触素蛋白(p38)能够反映突触减少的程度。毁损大鼠的meynert基底核，测其额叶皮层及海马的突触素和chat含量均低于正常对照组，而随着chat的增加，突触素蛋白p38含量也相应增加，且胆碱能损害改善以后可以促进新的突触形成〔16〕。 而轴突的损伤可致突触连接受损，必将导致递质传递障碍。有学者发现，轴突缺陷在大鼠ad模型先于与疾病相关的病理而出现，在人的ad早期阶段也观察到了类似的轴突缺陷,轴突运输障碍会加重轴突受损并促进aβ沉淀、老年斑的形成和ad的发展〔17〕。 3 中枢胆碱能系统在ad治疗上的应用 目前ad还无法治愈，其治疗主要落在延缓病情进展、维持残脑功能、减少并发症、对症的药物和非药物治疗上。对于药物治疗，现今应用的最多的便是针对胆碱能递质的药物，包括ache抑制剂、受体激动剂等，而以前者应用最广。鉴于ad病程中胆碱能系统受损的诸多机制，可以考虑针对这些机制提出更多的方案来预防ad的发生及病情发展，如调节脑血流量、抗炎、抑制神经元凋亡等，将有助于延缓ad的病情发展、减轻认知功能障碍的症状。 【参考文献】 1 ikonomovic md，mufson ej，wuu j,et al.reduction of choline acetyltransferase activity in primary visual cortex in mild to moderate alzheimer′s disease〔j〕.arch neurol，2005;62(3):42530. 2 ikonomovic md，abrahamson ee，isanski ba,et al.superior frontal cortex cholinergic axon density in mild cognitive impairment and early alzheimer disease〔j〕.arch neurol，2007;64(9):13127. 3 jean l，thomas b，tahirialaoui a,et al.heterologous amyloid seeding:revisiting the role of acetylcholinesterase in alzheimer′s disease〔j〕.plos one，2007;2(7):e652. 4 gilbea fj，garc′iaalloza m，dom′inguez j,et al. evaluation of cholinergic markers in alzheimer′s disease and in a model of cholinergic deficit〔j〕. neurosci lett，2005;375(1):3741. 5 toiber d， berson a，greenberg d,et al.nacetylcholinesteraseinduced apoptosis 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