糖尿病海马损伤与认知功能障碍研究进展

和亚强，马洪伟，付文亮，陈志宏

(承德医学院，河北承德 067000）

海马(hippocampus)是大脑皮质的一个内褶区，在侧脑室底部绕脉络膜裂形成一弓形隆起，由两个扇形部分组成。依据细胞构筑和纤维联系的不同，海马可分成CA1、CA2、CA3和CA4四个区。由海马沟至室管膜，海马皮质依次由分子层、锥体细胞层和多形细胞层构成。海马与学习、记忆活动密切相关，是短时记忆的机构，主管人类的近期记忆，将几周内或几个月内的记忆鲜明暂留，以便快速存取[1]。在记忆和认知的过程中，要储存或抛掉某些信息，不是出自有意识的判断，而是由脑中的一个细小结构─海马来处理。当大脑皮质中的神经元接收到各种感官或知觉讯息时，它们会把讯息传递给海马。假如海马有所反应，神经元就会形成持久的网络;但如果没有通过这种认可的模式，那么脑部接收到的经验就自动消逝无踪。海马受损，记忆中不能再储存新的信息，但原来储存的信息仍可保留，如失忆症病患的海马中没有任何近期记忆暂留。研究证明[2-4]，海马对高血糖敏感，在慢性高血糖作用下海马神经元数量减少、形态异常或功能失调，从而导致相关的学习、认知功能障碍，不能对外界形成正确的认识或形成正确认识的时间延长，从而对外界事物形成正确反应的能力出现障碍。本文从糖尿病海马损伤的形态学、电生理、生化、病理等方面的改变综述其与认知功能障碍的关系。

1 糖尿病相关认知功能障碍的临床表现

大量临床资料显示，糖尿病患者存在认知功能障碍，认知功能障碍的程度因人而异，轻者仅有轻度认知损伤，重者可能发展为痴呆。1型糖尿病患者认知功能损伤最严重的是概念推理能力、信息处理速度和获取新知识的能力;2型糖尿病患者与年龄相当的人群相比，在听觉性词汇学习测验和Benton视觉暂停测验中成绩更差，尤其是在Benton测验中出现较多逻辑、曲解、大小错误及遗忘错误[5]。另外，糖尿病患者注意力容易分散，分类概括能力明显下降。动物实验也证实，糖尿病模型动物在Y型电迷宫法、穿梭箱实验、Morris水迷宫实验中表现为学习、认知能力下降[6]。

2 糖尿病时海马的形态学变化

陈拥彬等[7]用TUNEL法原位末端标记DNA断裂片段及HE染色计数神经元的方法观察糖尿病海马神经元凋亡，发现:糖尿病时海马神经元数目明显减少、凋亡神经元增多，部分神经元出现核固缩、胞质浓缩和细胞体积变小。

马学毅等[8]应用透射电镜观察糖尿病海马神经元超微结构的变化，发现:高血糖1个月时海马神经元发生退行性改变(神经元核凝聚、电子密度增加，胞浆中核糖体解聚、线粒体电子密度增高等），但无明显毛细血管基底膜增厚及内皮细胞皱缩、管腔狭窄等改变。3个月时神经元的退行性改变较前更加明显，并在退变神经元周围见到小胶质细胞包绕现象。

张松筠等[9]电镜观察了链脲佐菌素(STZ）致糖尿病模型大鼠海马神经元的超微结构，发现:3个月时，核膜变薄、出现不规则凹陷，核内染色质分布不均、颗粒化，凝集成块并边集，间有电子密度低的空白区;线粒体肿胀，双层膜模糊不清，粗面内质网粗短，网腔不规则，核糖核蛋白体脱颗粒;高尔基复合体形态不规则，肿胀，极性消失6个月时，核膜明显皱缩，核呈固缩性改变，染色质或凝集成块、紧依核膜(边集），或浓缩成半月形或球形，还可见核碎裂现象;细胞核染色质崩解成小碎片，核膜破裂，核碎裂分散于胞浆内，形成凋亡小体。核周间隙加大;细胞器明显减少，线粒体变性、皱缩，呈絮状改变或致密变;粗面内质网扩张、断裂成小棒状，脱颗粒;高尔基复合体扩张。

临床观察发现，与同年龄未患糖尿病者比较，糖尿病患者的脑组织明显萎缩，表现为脑沟回增宽、脑室增大磁共振则显示糖尿病患者海马萎缩，且此萎缩与脑血管病变无关[10]。

3 糖尿病模型动物行为学及电生理改变

糖尿病时海马损伤导致认知功能障碍，产生一系列行为学和电生理改变。

3.1 Y型电迷宫 侍晓云等[11]用Y型电迷宫检测STZ致糖尿病鼠发现，糖尿病大鼠达9/10正确反应前所需的电击次数明显高于正常大鼠，提示糖尿病鼠学习记忆能力明显减低。

3.2 穿梭箱实验 吴芳等[12]利用穿梭箱实验检测结果显示，糖尿病模型大鼠的电击次数、潜伏期明显延长，主动逃避次数显著降低。

3.3 Morris水迷宫实验 蔡志友等[13]研究发现，Morri水迷宫实验中糖尿病模型组大鼠学习潜伏期延长，记忆潜伏期显著缩短。

3.4 糖尿病海马电生理改变 Geert等[14]研究发现，发病11周的糖尿病大鼠同时伴有学习记忆功能受损和海马长时程增强效应(Long-term potentiation,LTP）减弱，并认为LTP减弱可能与学习记忆功能受损有关。糖尿病儿童脑电图(EEG）非特异性异常者达19%-76%，老年糖尿病患者中央皮质的EEG节律减慢，青年1型糖尿病患者a波振幅减弱。糖尿病患者脑干视觉诱发电位(EPS）潜伏期延长，1型糖尿病患者P300波潜伏期延长。

4 糖尿病时海马神经递质及神经调质的变化

4.1 胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factors,GF-1)IGF-1在中枢神经系统中的生物学作用包括:促进细胞增殖、分化、成熟等神经营养支持，抑制细胞凋亡，调节突触可塑性和调节神经递质的合成和释放，影响钙通道的活性。研究发现，胰岛素能纠正IGF-1代谢降低。而1型糖尿病(T1DM）时胰岛素绝对缺乏，自身不能分泌胰岛素，部分2型糖尿病(T2DM）患者存在胰岛素分泌不足，导致胰岛素调节IGF-1代谢的作用消失。动物实验发现，糖尿病时，IGF-1的基因表达不仅在肝脏、肾上腺、脊髓显著减少，而且在脑的表达也显著减低[15]。因此，影响了IGFs促进神经生长和修复的作用，最终导致认知功能受损。

4.2 乙酰胆碱(ACh） 大量研究表明，中枢胆碱能系统与记忆有关。先天性胆碱乙酰化酶活力降低的小鼠的记忆保持能力较差。胆碱乙酰转移酶(ChAT）是参与乙酰胆碱合成过程中唯一的酶,在胆碱能神经元末梢合成,其含量和活性的高低决定了体内乙酰胆碱的含量[16]。张栋珉等[17]研究发现，STZ糖尿病大鼠海马ChAT表达水平降低的同时,其认知功能出现明显的改变，Morris水迷宫测试显示其学习和记忆功能明显减退,表明STZ糖尿病大鼠认知功能障碍和ChAT含量的减少密切相关。Lakham等[18]发现，糖尿病大鼠海马胆碱能系统酶活性下降，认为糖尿病动物学习记忆功能下降可能由特意的胆碱能系统损伤引起。张松筠等[19]研究发现，糖尿病大鼠海马CA1区和齿状回分子层胆碱能纤维密度较正常组明显降低，从解剖学角度证实了糖尿病大鼠确实发生了中枢胆碱能系统损害，推测糖尿病大鼠海马CA1区和齿状回分子层胆碱能纤维密度降低，参与了认知功能障碍的形成。

4.3 生长抑素(SOM) SOM是一种环状14肽，广泛存在于机体组织，以中枢神经系统为多，其中大脑皮质、海马和基底节含量最高[20]。海马及大脑皮质内有大量SOM及受体分布，参与学习和记忆功能的调节;另外，SOM还对神经有营养作用，能诱发神经突起的萌发，缺乏SOM会导致神经元发育障碍[21]。在海马内注入SOM可明显增强LTP效应，而海马内注入SOM拮抗剂半胱胺(CYS）则LTP明显受损，从而损害学习记忆功能。张晓明等[22]研究发现，糖尿病时大鼠海马齿状回SOM mRNA阳性神经元细胞的数量、光密度及平均细胞面积均比正常大鼠显著减少，提示SOM可能是糖尿病发生认知功能障碍的原因之一。

4.4 一氧化氮(NO） 海马神经元的LTP是学习记忆的神经基础和分子机制，NO作为一种逆向性传递物质参与LTP的产生和维持的观点已被学术界广泛认同[23]。NO的作用具有双重性:一方面，作为一种新型的信使分子参与体内多种生理功能;另一方面，NO生成过多或生成障碍却是很多疾病的病因或重要促成因素。过量的NO可与超氧阴离子(O2-）快速结合，形成过氧亚硝基阴离子(ONOO-），并降解产生毒性很大的羟基游离基和NO2，介导多种细胞损伤;再加上兴奋性氨基酸增多和Ca2+超载对海马神经元的毒性，导致海马LTP效应减弱，学习记忆力下降。催化内源性NO生物合成的酶是一氧化氮合酶(NOS），NOS有3种亚型，即神经元型(nNOS）、内皮细胞型(eNOS）和诱导型(iNOS）。nNOS具有Ca2+-钙调蛋白依赖性，产生的NO以细胞间传递信息为主，维持正常的神经细胞生理功能。eNOS的激活发生在脑缺血早期，所产生的NO通过促进血管扩张，抑制血小板聚集和白细胞粘附而增加血流量，发挥脑保护作用。随着缺血持续和再灌注进行，受损脑组织内有大量的中性粒细胞和巨噬细胞浸润，以及受损细胞产生的细胞因子，都是iNOS的诱导激活剂，此时，通过iNOS激活产生大量的NO，具有细胞毒性作用[24]。柳刚等[25]的研究显示，STZ大鼠3个月时海马中iNOS有较高的表达，而正常组却未见表达。由于NO通过Glu-NMDA受体-Ca2+-NOS-Gc-cGMP通路参与学习记忆形成，从而认为糖尿病大鼠海马的NO降低是其学习障碍的机制之一。

总之，糖尿病海马损伤引起的认知功能障碍是糖尿病研究中的一个重要课题，糖尿病海马损伤所致认知功能障碍是多种因素共同作用，相互影响的结果。随着分子克隆技术、基因技术等的发展和应用，对糖尿病海马损伤各因素在认知功能障碍中所起到的作用研究将进一步深入，对糖尿病认知功能障碍的临床治疗提供新方法和手段，对糖尿病的发展、预后具有重要意义。

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