5－羟色胺与阿尔茨海默病的关系研究进展

梁维维 梁庆成 吴 云

(哈尔滨医科大学附属第二临床医学院神经内科二病房，黑龙江 哈尔滨 150001)

5-羟色胺(5-HT)能神经纤维几乎遍及整个中枢神经系统，参与对人类情感、睡眠、疼痛、食欲、性欲、学习和记忆等多种生理功能的调节。近年来研究表明，5-HT能系统与调节记忆和学习的脑区之间存在着直接的解剖与神经化学联系。经证实5-HT受体，特别是一些受体的亚型在认知功能的调节上具有关键的作用〔1〕。众所周知，阿尔茨海默病(AD)是随年龄增长出现记忆丧失及神经变性最常见的疾病之一，因此，关于鉴定5-HT受体的配体化合物是否能恢复AD患者的认知和记忆已经成为目前非常热门的研究方向。本文拟对5-HT与AD的关系及其治疗研究进展作一综述。

1 5-HT

5-HT，又名血清素，是自体活性物质，约90%合成和分布于肠嗜铬细胞，其余主要分布在血小板，松果体和脑。中枢神经系统的5-HT能神经元主要分布于低位脑干，向前方投射至前脑，向两侧投射至新皮质。5-HT需通过其相应受体的介导产生作用，目前已发现的5-HT受体有7类14种亚型，即5-HT1A-F，5-HT2A-C，5-HT3，5-HT4，5-HT5A-B，5-HT6 和 5-HT7。根据这些受体在结构和功能上的不同，又可以把这些5-HT受体可分为两大类，除5-HT3受体属于配体门控性离子通道受体外，其他受体均与G蛋白耦联。

在一些情况下认知功能的丧失与神经退行性变是并行存在的，如在阿尔茨海默病当中，认知损害是最显著的症状。目前的一些治疗方法只能在短时间内改善记忆和认知，但对整个疾病的发展过程没有影响。近年来的研究表明，某些5-HT受体调节剂可能具有改变疾病过程，修复丢失的神经元的作用〔2〕，虽然这些受体调节剂在临床上的应用仍然具有争议，但不能否认的是这些发现将为认知功能障碍的治疗提出了新的理论方向。

2 AD的病因学

2.1 胆碱能假说 早期研究就已发现AD患者有着明显的胆碱能神经元的丧失，特别是在基底前脑核。当给予阿尔茨海默病人能够提高脑内乙酰胆碱水平的药物时，患者的记忆能力会得到改善〔3〕。目前临床上已经广泛应用胆碱酯酶抑制剂来治疗轻到中度的阿尔茨海默病患者的认知功能损害。这些药物包括多奈哌齐，利斯的明，加兰他敏和他克林等。这些药物的主要机制都是通过抑制乙酰胆碱酯酶(AchE)来阻止乙酰胆碱在突触的代谢，从而增加突触的乙酰胆碱水平以补偿胆碱能神经元的丧失。然而这种方法只能在一个相对短的时期发挥作用，通常只有数年，如果在痴呆的最早期症状出现后没有采取阻碍神经细胞凋亡的措施，那么随着神经细胞的逐渐减少，这些药物也会随着突触的减少而失效。

2.2 淀粉样蛋白假说 通过对AD患者死后的脑组织进行组织化学分析发现，这些脑组织包含有淀粉样蛋白(Aβ)在神经细胞外沉积形成的老年斑以及在神经细胞内由高度磷酸化的tau蛋白形成的神经纤维缠结。在Aβ形成过程中，淀粉样前蛋白(APP)被β-分泌酶(BACE)裂解(在正常情况下，APP被α-分泌酶裂解产生可溶性的sAPPα)，产生sAPPβ肽，然后被γ-分泌酶裂解成一个Aβ肽(40～42)，这种肽随后向细胞外转移，导致了淀粉样斑块的形成。在细胞内，这种肽在tau蛋白的高度磷酸化中具有重要的作用。Aβ和高度磷酸化的tau蛋白都可以导致突触可塑性的损伤和认知功能损害，并诱导氧化应激和神经炎症反应，最终导致神经细胞的凋亡。目前除了β-分泌酶抑制剂和γ-分泌酶抑制剂之外，一些tau蛋白相关的药物也已经发现如糖原合酶-3(GSK-3)和早老素。

3 5-HT与AD

新近研究表明，增强5-HT的活性能够改善正常老龄人群和阿尔茨海默病患者的记忆，而由5-HT消耗所引起的脑内5-HT水平下降则损害了他们的记忆〔4〕，值得注意的是，5-HT水平的变化也同时影响着脑内5-HT受体的表达〔5〕。由此我们认为5-HT受体可能参与了老龄状态和病理状态(如AD)下的学习记忆的调节。事实上，记忆的形成和老化过程本身也能够调节5-HT受体的表达。目前采用放射自显影技术进行的动物研究表明，记忆形成过程需要5-HT受体的向下调节，但是5-HT受体的进一步减少可能就与记忆障碍有关〔6〕。这一结论也与5-HT受体随着老化和阿尔茨海默病的进展而减少的证据相一致〔6〕。这些都提示5-HT能系统对学习和记忆的调控具有重要的作用，而这种神经支配与5-HT受体的表达密切相关。目前的研究表明，与 AD相关的受体主要有5-HT1A，5-HT2A，5-HT2C，5-HT3，5-HT4，5-HT6，5-HT7 等。

3.1 5-HT1A受体与AD 5-HT1A受体可分为突触前膜受体和突触后膜受体，其中突触前膜受体属于抑制性自身受体，主要分布于中缝核，其激活能够对5-HT神经元电活动起到抑制的作用。而突触后膜的5-HT1A受体则密集的分布在海马。最近的研究表明，在晚期AD患者中，海马区的5-HT1A受体出现显著的下降〔7〕，这种5-HT1A受体的丢失可能与锥体细胞的丢失有关〔8〕。然而，在AD病理进展和疾病晚期受体减少的过程中，5-HT1A受体的功能仍是不明确的，但我们可以推断的是AD患者海马5-HT1A受体的丢失可能加重了疾病晚期记忆和认知损害。此外，5-HT1A受体功能的改变可能也影响着一些非认知功能，包括抑郁、焦虑、恐惧、易激惹和攻击性等，这些行为障碍也更多的出现在AD的晚期。大量实验表明，给予5-HT1A受体拮抗剂可以导致学习和记忆的改善，并指出这一拮抗剂可能成为治疗认知障碍的新方法〔9〕。而这一机制可能是通过增加乙酰胆碱功能的同时阻止谷氨酸能超极化来发挥作用的。

3.2 5-HT2A和5-HT2C受体 5-HT2A受体主要分布在带状核、嗅结节、新皮质等区域。Marner等〔10〕的最新研究表明，皮质的5-HT2A受体明显减少是轻度认知损害的一个早期特征，而在病程进展到AD阶段，5-HT2A受体则不再出现显著的改变。同时研究表明纹状体的5-HT2A受体减少与抑郁和焦虑评分之间存在相关性，据此我们认为5-HT2A受体减少可能与AD早期的神经精神症状有关〔11〕。5-HT2C受体则主要位于脑室脉络丛、丘脑下部、黑质、中缝核及蓝斑。目前研究表明，应用5-HT2C受体的激动剂可以刺激脑脊液中sAPPα的生成并能减少Aβ的产生〔12〕。因此，对于5-HT2受体目前的研究方向集中于将高选择性的受体激动剂应用于临床研究以鉴定它们是否能够改变AD的临床过程。

3.3 5-HT3受体与AD 在中枢，5-HT3受体主要分布在海马、杏仁核、皮质和低位脑干等部位。虽然最初Barnes等〔13〕已经证实，5-HT3受体的密度在AD患者的海马和杏仁核没有发生改变。但是随后 Hodges等〔14〕研究发现，应用选择性的5-HT3受体拮抗剂，WAY-100289，能够显著逆转由鹅膏蕈氨酸介导前脑胆碱能系统损害所致的认知功能障碍。同时Carli等〔15〕的动物实验也证明，5-HT3拮抗剂昂丹司琼能够改善东莨菪碱所致的记忆障碍，其机制可能是增加了乙酰胆碱的释放。由此认为，选择性的5-HT3受体拮抗剂可能为与中枢胆碱能神经元衰退相关的认知损害的治疗提供一种新思路。

3.4 5-HT4受体与AD 5-HT4受体在脑内的嗅结节，基底节和海马都有显著表达。最近的研究指出，在AD的前临床阶段到痴呆的轻度阶段(根据MMSE评定)，5-HT4受体和Aβ聚合物之间呈正相关，随着Aβ聚集的增加，5-HT4受体是向上调节的，其中以海马区最为明显，然而在随后的AD的不同阶段，5-HT4受体的水平可能发生改变甚至在AD的晚期出现负调节〔16〕。早期研究已经证实5-HT4受体调节乙酰胆碱的释放。兴奋大脑半球和局部海马的5-HT4受体都能增加乙酰胆碱的释放。新近研究表明，5-HT4受体在记忆的获取和巩固上起到了重要的作用，并且5-HT4受体的兴奋能够改善行为学表现〔1〕，联合应用5-HT4受体激动剂与胆碱酯酶抑制剂时可表现为协同作用〔17，18〕。这些发现表明5-HT4受体激动剂可能在胆碱功能障碍的治疗上具有重要的作用，如AD。这就提供了一种可能性，即在治疗AD的过程中，联合应用这两种药物可能会使维持治疗活性的用药剂量减少，从而减少药物的副作用。更值得我们关注的是。5-HT4受体的兴奋能够激活非淀粉样蛋白形成通路，刺激sAPPα(具有神经保护，神经营养和认知增强的作用)的分泌〔19，20〕，并且在 Tg2576转基因鼠的细胞培养中，应用5-HT4受体激动剂能够抑制细胞外的Aβ聚集并促进神经元的存活〔21〕。因此，5-HT4受体，对于AD的症状学和病理学治疗可能具有重要的意义。

3.5 5-HT6受体与AD 5-HT6受体几乎只在中枢神经系统中表达，这样的定位分布提示作用于这一靶点的治疗性药物可能具有较少的周围性副作用。高表达的5-HT6受体出现在纹状体，海马和皮质区域。在海马CA1-3区和齿状回，5-HT6受体的含量最多〔22〕。值得注意的是，与5-HT其他受体不同，5-HT6受体的定位在人、大鼠和小鼠之间有着显著地差异。研究表明，在人和大鼠的基底节区，5-HT6受体是高表达的，而在小鼠的基底节内却几乎无表达〔23〕。尽管5-HT6受体被认为与焦虑和抑郁〔24〕，以及进食障碍〔25〕有关，但是最有效的前临床证据是它在学习记忆方面的作用。研究表明，5-HT6受体在AD患者的前额叶的表达是减少的〔26〕。此外，5-HT6受体基因多态性与晚发性AD相关〔27〕。在动物实验中，应用5-HT6受体拮抗剂能够改善信息的巩固和保持。这主要是因为5-HT6受体的活化时能够增加抑制性的GABA的功能，并因此降低了胆碱能和谷氨酸能神经元的活性。此外，长期应用5-HT6受体拮抗剂治疗也能够改善信息的获取，这可能与神经元树突增殖有关，并且在皮质和海马神经元的脑源性神经生长因子(BDNF)和即早基因(IEG)的表达也有所增加。研究还发现，5-HT6受体激动剂可能具有直接改善认知的作用，这是由于5-HT6受体在胆碱能和谷氨酸能神经元中也有表达，当它们活化时，可以直接增加胆碱能和谷氨酸能系统的功能〔1〕。

3.6 5-HT7受体与AD 在中枢，5-HT7受体主要分布在下丘脑(特别是视交叉上核)、丘脑、海马和皮质。Sarkisyan等〔28〕研究发现，5-HT7受体基因敲除的小鼠在依赖于海马的学习记忆中表现出明显的损伤。而这种在海马依赖性学习记忆的损伤是AD动物模型中的一个早期现象，据此可以推测，5-HT7受体与AD之间可能存在着一定的联系。除此之外，5-HT7受体也参与了记忆的形成。Meneses等〔29〕研究表明，选择性的5-HT7受体拮抗剂SB269970能够逆转由东莨菪碱(胆碱能抑制剂)和联苯西平(NMDA抑制剂)诱导的遗忘症。然而，他们的实验小组在后续实验中也证实了5-HT7受体激动剂AS-19具有增强记忆的作用〔30〕。这两者似乎是矛盾的，因此5-HT7受体在学习记忆中的确切作用仍然有待于更多的实验研究来证实。

4 总结和展望

5-HT能系统，特别是5-HT作为神经递质，在学习和记忆中起到重要的作用。5-HT能系统的这些功能主要是通过它与胆碱能系统，GABA能系统或谷氨酸能系统之间的相互作用来介导的。基于临床前期的许多实验证据，一些药物作用的靶点已经直接作用于与这些认知增强有关的受体。据我们了解，目前扎利罗登(一种生长因子激动剂和5-HT1A受体激动剂)、SL65.0155、PRX-03140(5-HT4受体激动剂)以及八种作用于5-HT6受体的复合物已经进入了治疗AD的临床试验阶段〔25〕，它们在AD患者治疗中的表现将值得我们期待。

1 King MV，Marsden CA，Fone KC.A role for the5-HT(1 A)，5-HT4 and 5-HT6 receptors in learning and memory〔J〕.Trends Pharmacol Sci，2008;29(9):482-92.

2 Macmillan KS，Naidoo J，Liang J，et al.Development of proneurogenic，neuroprotective small molecules〔J〕.J Am Chem Soc，2011;133(5):1428-37.

3 Wilkinson DG，Francis PT，Schwam E，et al.Cholinesterase inhibitor s used in the treatment of Alzheimer's disease:the relationship between pharmacological effects and clinical efficacy〔J〕.Drugs Aging，2004;21(7):453-78.

4 Schmitt JA，Winger M，Ramaekers JG，et al.Serotonin and human cognitive performance〔J〕.Curr Pharm Des，2006;12:2473-86.

5 Cahir M，Ardis T，Reynolds GP，et al.Acute and chronic tryptophan depletion differentially regulate central 5-HT1A and 5-HT2A receptor binding in the rat〔J〕.Psychopharmacology(Berl)，2007;190:497-506.

6 Perez-Garcia G，Meneses A.Memory formation，amnesia，improved memory and reversed amnesia:5-HT role〔J〕.Behav Brain Res，2008;195(1):17-29.

7 Katsuyoshi M，Masanori I，Hiroyasu A，et al.An immunohistochemical study of the serotonin 1A receptor in the hippocampus of subjects with Alzheimer's disease〔J〕.Neuropathology，2011;31(5):503-9.

8 Kepe V，Barrio JR，Huang SC，et al.Serotonin 1A receptors in the living brain of Alzheimer's disease patients〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，2006;103:702-7.

9 Meneses A，Perez-Garcia G.5-HT1A receptors and memory〔J〕.Neurosci Biobehav Rev，2007;31:705-27.

10 Marner L，Knudsen GM，Madsen K，et al.The reduction of baseline serotonin 2A receptors in mild cognitive impairment is stable at two-year follow-up〔J〕.J Alzheimers Dis，2011;23(3):453-9.

11 Hasselbalch SG，Madsen K，Svarer C，et al.Reduced 5-HT2A receptor binding in patients with mild cognitive impairment〔J〕.Neurobiol Aging，2008;29(12):1830-8.

12 Arjona AA，Pooler AM，Lee RK，et al.Effect of a5-HT2Cserotonin agonist，dexnorfenfluramine，on amyloid precursor protein metabolism in guinea pigs〔J〕.Brain Res，2002;951(1):135-40.

13 Barnes NM，Costall B，Naylor RJ，et al.Normal densities of 5-HT3 receptor recognition sites in Alzheimer's disease〔J〕.Neuroreport，1990;1(3-4):253-4.

14 Hodges H，Sowinski P，Turner JJ，et al.Comparison of the effects of the 5-HT3 receptor antagonists WAY-100579 and on dansetron on spatial learning in the water maze in rats with excitotoxic lesions of the forebrain cholinergic projection system〔J〕.Psychopharmacology，1996;125(2):146-61.

15 Carli M，Luschi R，Samanin R.Dose-related impairment of spatial learning by intrahippocampal scopolamine:antagonism by ondansetron，a 5-H3 receptor antagonist〔J〕.Behav Brain Res，1997;82(2):185-94.

16 Madsen K，Neumann WJ，Holst K，et al.Cerebral serotonin 4 receptors and amyloid-β in early Alzheimer's disease〔J〕.J Alzheimers Dis，2011;26(3):457-66.

17 Cachard-Chastel M，Devers S，Sicsic S，et al.Prucalopride and donepezil act synergistically to reverse scopolamine-induced memory deficit in C57BL/6j mice〔J〕.Behav Brain Res，2008;187(2):455-61.

18 Mohler EG，Shacham S，Noiman S，et al.VRX-03011，a novel 5-HT4 agonist，enhances memory and hippocampal acetylcholine efflux〔J〕.Neuropharmacology，2007;53(4):563-73.

19 Cachard-Chastel M，Lezoualc'h F，Dewachter I，et al.5-HT4 receptor agonists increase sAPP-alpha levels in the cortex and hippocampus of male C57BL/6j mice〔J〕.Br J Pharmacol，2007;150:883-92.

20 Lezoualch F，Robert SJ.The serotonin 5-HT4 receptor and the amyloid precursor protein processing〔J〕.Exp Gerontol，2003;38:159-66.

21 Cho S，Hu Y.Activation of 5-HT4 receptors inhibits secretion of betaamyloid peptides and increases neuronal survival〔J〕.Exp Neurol，2007;203:274-8.

22 Fone KC.An update on the role of the5-hydro-xytryptamine6 receptor in cognitive function〔J〕.Neuropharmacology，2008;55(6):1015-22.

23 Hirst WD，Abrahamsen B，Blaney FE，et al.Differences in the central nervous system distribution and pharmacology of the mouse 5-hydroxytryp tamine-6 receptor compared with rat and human receptors investigated by radioligand binding，site-directed mutagenesis，and molecular modeling〔J〕.Mol Pharmacol，2003;64(6):1295-308.

24 Svenningsson P，Tzavara ET，Qi H，et al.Biochemical and behavioral evidence for antidepressant-like effects of 5-HT6 receptor stimulation〔J〕.Neurosci，2007;27:4201-9.

25 Heal DJ，Smith SL，Fisas A，et al.Selective 5-HT6 receptor ligands:progress in the development of a novel pharmacological approach to the treatment of obesity and related metabolic disorders〔J〕.Pharmacol T-her，2008;117:207-31.

26 Lorke DE，Lu G，Cho E，et al.Serotonin 5-HT2A and 5-HT6 receptors in the prefrontal cortex of Alzheimer and normal aging patients〔J〕.BMC Neurosci，2006;7:36.

27 Kan R，Wang B，Zhang C，et al.Association of the HTR6 polymorphism C267T with late-onset Alzheimer's disease in Chinese〔J〕.Neurosci Lett，2004;372:27-9.

28 Sarkisyan G，Hedlund PB.The 5-HT7 receptor is involved in allocentric spatial memory information processing〔J〕.Behav Brain Res，2009;202:26-31.

29 Meneses A.Effects of the 5-HT7 receptor antagonists SB-269970 and DR4004 in autoshaping Pavlovian/instrumental learning task〔J〕.Behav Brain Res，2004;155:275-82.

30 Perez-García GS，Meneses A.Effects of the potential 5-HT7 receptor agonist AS 19 in an autoshaping learning task〔J〕.Behav Brain Res，2005;163:136-40.