阿尔茨海默病与脑缺血的相互作用

赵万红 罗 超 (湖北医药学院基础医学院，湖北 十堰 442000)

阿尔茨海默病(AD)是一种与年龄高度相关的、以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病，多发生在60岁以上的老年人。缺血性脑卒中以及慢性脑缺血引起的血管性痴呆，具有和AD相似的一些体征和症状，如行为异常、认知功能下降等，而且也多发于老年人。Zekry等〔1〕发现，33个痴呆病人中，24个同时有神经退行性变和血管损伤。这些均说明AD和脑缺血之间存在着密切的关系，有共性，还可能互相影响、互相促进。

1 AD概述

AD主要病理特征是脑组织神经细胞内的神经元纤维缠结(NFT)和神经细胞间的老年斑(SP)，后者的主要成分是不可溶的β－淀粉样蛋白(Aβ)。AD有两类:家族性和散发性。前者发病少，50%存在APP或早老素基因常染色体显性突变。后者占AD的绝大多数，载脂蛋白E(ApoE)的等位基因ε4是其高危因素〔2〕。但无论何种AD，Aβ都会在细胞外间隙积聚。Aβ是由其前体蛋白(APP)经一系列酶切得到的不溶性产物。

1.1 APP与神经元功能 APP是一种跨膜糖蛋白，有多种异构体，如APP695、751和770等。APP695在神经元表达丰富，而在非神经元很少。APP751在AD患者的海马和内嗅皮质神经元选择性高表达，APP－751/APP－695表达比率与SP的密度正相关，提示与AD关系密切。

APP可随浓度不同而起到神经毒性或保护的双重作用。一方面，它可以减弱脑组织的抗氧化能力，而且较低浓度的可溶性APP片段就可促使小胶质细胞产生神经毒素。Sondag等〔3〕研究发现，APP可通过募集酪氨酸激酶和丝裂原激活的蛋白激酶(MAPKs)介导小胶质细胞和单核细胞的促炎症反应活性。高表达人APP的转基因小鼠也表现出空间学习和记忆障碍〔4〕。然而，分泌型APP却有神经保护作用。APP基因敲除小鼠可表现出反应性脑神经胶质增生，活动能力和前肢肌力下降。Panegyres〔5〕发现，当神经元、胶质细胞对各种应激因素发生反应时，APP都是上调的，而且APP基因及其表达产物对突触功能及脑的发育也是非常重要的。可见，少量的APP对神经系统的稳定是十分必要的，但APP的高表达对神经元的功能是有害的。

1.2 Aβ与神经元功能 Aβ级联假说认为，APP的纤维状切割产物引起AD的神经退化。这个假说源于体外试验的一些发现，一方面，纤维状Aβ有神经毒性，另一方面，携带家族性AD相关基因突变的细胞可产生较多的Aβ。然而，有些证据并不支持该假说，如，通过对患者脑组织进行免疫组化检测发现，纤维状Aβ沉积与认知损伤严重性无关〔2〕。还有研究者发现，高表达人APP的转基因鼠，许多存在学习记忆缺陷和突触传递障碍，但缺乏纤维状蛋白沉积，而有些尽管有大量纤维状Aβ沉积，却没有神经元死亡〔6〕。

目前认为，具有潜在神经毒性和记忆损伤作用的Aβ应该是其寡聚体，而不是大的纤维，并且这种可溶性形式可在脑实质中自由扩散。Pitschke等〔7〕在AD患者脑脊液中发现有可溶性Aβ寡聚体;McLean等〔8〕进一步发现AD严重程度与脑中可溶性Aβ寡聚体的数量的相关性高于与SP的相关性。类似的，高表达人APP的转基因鼠脑中可溶性Aβ的数量与空间学习记忆缺陷高度相关〔9〕。因此，这种观点可能更合理。

2 AD与脑缺血

尸检发现，多数AD患者伴有脑血管病变，说明AD和脑缺血的共存是非常普遍的，提示AD和多发性梗死性痴呆的病理过程是一个协同和累积的过程〔2〕。

2.1 脑缺血的病理机制 脑缺血是脑血流永久或短暂减少的结果。脑缺血随着时间的推移，引起一系列生理生化改变，最终引起神经元退化。血流减少导致脑组织ATP减少，神经元和胶质细胞出现Na+、Ca2+内流和K+外流以及细胞去极化，进而使胞体、树突和突触前电压依赖性钙通道激活，兴奋性氨基酸释放，直接通过NMDA受体或AMPA受体，或者间接通过代谢型谷氨酸受体进一步促进Ca2+内流。细胞内Ca2+增加使线粒体Ca2+超载，引起线粒体膜渗漏，ATP产生中止，自由基大量产生。Ca2+浓度增加影响胞内及核内许多生理生化过程，如磷脂酶和核酸内切酶激活分别引起磷脂与核酸的断裂。氧自由基引起膜脂质过氧化、DNA和蛋白质的破坏以及炎症介质的产生。同时，谷氨酸介导的过度激活引起单价离子通道开放，Na+、Cl－内流，水随之进入细胞，导致细胞肿胀，功能障碍，甚至死亡。

2.2 脑缺血对AD的影响 除NFT和SP两大主要病理特征外，AD还常有其他病理改变，包括脑梗死、Aβ在脑血管的聚集、白质改变等。Premkumar等〔10〕研究发现，30%的 AD病人患有脑梗死。目前，普遍认为，脑卒中或脑血管病变加重AD患者的认知损伤并加速其衰老，同时患有AD和血管疾病的，痴呆要严重得多。

分子水平的研究表明，缺血后脑组织中APP的表达增加，并且缺血促进APP的Aβ裂解途径。在缺血大鼠也发现有tau蛋白的AD样构象改变，而在AD，异常磷酸化tau蛋白是NFTs的主要成分，因此，缺血还可能促进NFTs的形成〔11〕。

2.3 AD对脑卒中发生的影响 有认知缺陷的患者患脑卒中或脑血管疾病的可能性增加。Gale等〔12〕研究证实，没有脑卒中病史，但存在认知能力低下，临床诊断为AD的老年患者以后患脑卒中的风险明显增加，而且这种风险增加与高血压和糖尿病无关。

2.4 动物模型的研究 缺血性脑损伤与APP、Aβ有一定关系。Zhang等〔13〕发现，3～4月龄的突变APP高表达小鼠脑实质中Aβ增多，但没有纤维斑块，而它们在局灶性脑缺血时，梗死体积显著大于非转基因鼠。其机制在于，Aβ介导血管收缩，使内皮依赖性脑血管反应性发生改变。另一研究表明，Aβ破坏高表达人APP小鼠的脑血管自身调节功能可能使脑在脑血流发生改变时更容易受损〔14〕。可溶性Aβ对血管收缩的影响是通过促炎症反应途径发生的，因为环氧酶2抑制剂(NS-398)和p38 MAPK抑制剂(SB202190)可抑制Aβ对离体脑血管和转基因AD模型的有害作用〔15〕。故可认为，Aβ引发炎症反应，从而导致AD的脑血管系统容易受损。

研究还发现，表达人APP751超过内源性APP 1～2倍的小鼠在遭受大脑中动脉永久阻断(pMCAO)后出现的梗死区显著大于正常小鼠的梗死区。这些小鼠没有纤维状Aβ斑块，但有弥散的Aβ沉积，后者与局部星形胶质细胞有关，说明APP和(或)弥散的Aβ集聚引起了这些小鼠的神经元易损。而通过监测，发现两种小鼠缺血前后脑血流的减少量是相似的〔16〕。以上表明，除 Aβ介导的血管效应外，还有其他因素降低APP751高表达小鼠神经元死亡的阈值。实际上，在APP751高表达小鼠的小胶质细胞，基础表达本已增高的炎症途径的重要介导物-磷酸化p38 MAPK在pMCAO时进一步上调〔16〕。提示，APP和或Aβ介导的炎症在神经元缺血易损性中发挥了作用。

由以上推测，脑血管系统和脑实质Aβ水平增高的AD患者，Aβ介导的血管收缩和脑实质炎症介导物的表达增加在神经组织对局部缺血损伤的易感性中起了重要作用。

3 神经炎症是AD和脑缺血的共同病变

炎症与AD的发生有关，因为在Aβ斑块部位有活化的小胶质细胞和炎症介质，并且抗炎药物能减缓AD的发展。脑缺血启动炎症反应途径，抗炎药物对局部脑缺血损伤的动物模型也有效。这说明，炎症与AD和脑缺血均有关系。

脑组织中小胶质细胞和星形胶质细胞细胞因子的表达和释放是神经炎症的基本现象〔2〕。AD和脑缺血的小胶质细胞分泌炎症介质，如补体因子、白介素(IL)、肿瘤坏死因子(TNF)等〔11〕。神经元也能表达IL-1β、TNF等细胞因子，而且是表达COX2的主要细胞，后者涉及前列腺素类物质和氧自由基的形成〔17〕。说明，神经炎症发生在这两种疾病是完全可能的。

3.1 AD的神经炎症 典型的AD炎症反应是慢性的、分散的、点状的，并局限于易感脑区。因此，可以认为，AD的脑部炎症源于对其基本病理改变(NFTs和Aβ沉积)、损伤的神经元与轴突的反应，与全身性炎症反应有所不同。

炎症对AD也有好的作用。Aβ沉积物在激活小胶质细胞释放神经毒素的同时，它的抗体调节作用能通过Fc受体介导而诱导小胶质细胞吞噬和降解Aβ斑块。Wyss-Coray等〔18〕发现，星形胶质细胞能从含有Aβ的脑片中清除Aβ。表明某些胶质细胞的激活对AD有治疗作用。非甾体抗炎药能抑制转基因小鼠脑SP斑块的形成，但临床试验发现，该类药对AD并没有较好的治疗作用或者存在不能耐受的副作用。因此，通过抗感染治疗AD尚需进一步探索。

3.2 脑缺血的神经炎症 营养和氧的缺乏可诱导小胶质细胞和星形胶质细胞的激活、增殖和肥大。这些炎症反应在缺血性脑损伤的发展中起重要作用，同时也为脑缺血的治疗提供了治疗途径。另外，局部缺血损伤还可引起其他一些炎症反应，包括多形核淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞等由于血脑屏障的破坏而出现的浸润和聚集。后者与AD炎症的机制是不同的。许多脑缺血诱导的炎症介质基因表达通过上游相同的激酶和级联调节，这些激酶和调节途径可作为重要的药理学靶点。MAPKs，尤其JNK和p38 MAPK与调节细胞生存、凋亡和炎症细胞因子产生的信号级联有关。上世纪末发现的一类抑制细胞因子抗炎药可阻断p38 MAPK激活下游途径，进而影响TNF-α、IL-1β和IL-8等的产生。如SB203580是p38 MAPKα和β的强抑制剂，可显著减少沙土鼠全脑缺血模型的梗死体积〔19〕。第二代p38 MAPK抑制剂SB239063可减少氧糖剥夺海马神经元的死亡〔20〕。另外，我国具有自主知识产权的抗脑缺血药丁基苯酞可抑制MCAO后脑组织中花生四烯酸释放和PLA2的基因表达，可提高缺血脑组织中PGI2/TXA2的比值，对原代培养的大鼠皮层神经细胞也能够剂量依赖性地升高细胞外液中6-酮-PGF1α含量，降低 TXB2水平，从而使二者比值升高〔21〕，而PLA2可水解细胞膜磷脂，生成花生四烯酸，后者又是许多炎症介质的来源，PGI2、TXA2、6-酮-PGF1α也都与炎症有着非常密切的关系，说明该药也可能通过抗炎在治疗脑缺血中发挥一定作用。以上说明，抗炎可作为治疗脑缺血的一个途径。

4 APP和Aβ增加脑组织缺血易损性的机制

APP751高表达小鼠神经元易损性的增加与p38 MAPK的上调表达有关。炎症反应使脑对缺血损伤更加敏感的假设通过在APP751高表达小鼠MCAO之前使用抗炎药物阿司匹林治疗而得到证实。阿司匹林显著消除了这种易损性，但并未影响脑血流和其他生理参数。为了明确p38 MAPK在APP诱导的缺血易损性中的作用，使用APP751高表达小鼠，在脑缺血前使用选择性的p38 MAPK抑制剂SD282，结果，完全消除了APP751高表达小鼠和正常小鼠缺血易损性的差异〔16〕。表明，p38 MAPK是一个与神经元对缺血敏感性增加有关的炎症途径的重要上游调节物。另外，研究发现，Aβ在体外也可刺激小胶质细胞的p38 MAPK磷酸化，因此，这也是Aβ增加神经元缺血易损性的机制〔22〕。综上所述，APP751和Aβ可通过上调p38 MAPK而增加神经元缺血易损性。

AD和脑缺血常常并存，互相促进。炎症是它们的共同特征之一，它既促进AD的发展，又加重脑缺血损伤。其发生主要是通过小胶质细胞的激活和p38 MAPK的表达上调实现的。因此，可以认为，通过对小胶质细胞的活性调节和p38 MAPK的抑制，尤其是后者，对防止神经元缺血易损性和随之而来的AD神经退行性变是有效的。针对这一靶点，开发可调节小胶质细胞活性和抑制p38 MAPK的药物是防治AD和缺血性脑卒中发生发展的重要途径。另外，抗脑缺血新药丁基苯酞同时兼有防治AD的作用〔23～25〕，如前所述，它可影响一些炎症介质的产生，那么它是否通过对炎症途径的影响发挥了一定的作用，有待探索。总之，通过炎症途径干扰同时防治AD和脑缺血是可能的。

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