阿尔茨海默病治疗靶点研究新进展

张守字 张 力 李钦云 马 丽 武海燕

(北京老年医院精神心理科，北京 100095)

阿尔茨海默病(AD)发病和遗传及环境因素有关，其大脑海马和新皮层乙酰胆碱转移酶(ChAT)水平显著减少，近年来不断发现AD发病和很多综合因素如β淀粉样蛋白(Aβ)沉积、磷酸化tau蛋白、脑内重金属及谷氨酸毒性作用等有关，其作为新的治疗靶点为开发新的治疗药物提供了新思路。

1 脑内重金属内环境

重金属铝(Al)在AD发病过程中起到一定的作用，动物实验发现Al盐对学习和记忆有影响，可导致神经生化改变，流行病学研究提示痴呆的患病率与饮水中Al含量有关。也有人认为虽然Al被公认为一种神经毒性物质，但还不能作为AD的患病危险因素。有研究发现Cu、Pb、Hg等重金属和AD的发病密切相关，已经发现在AD患者的血清及脑脊液(CSF)中Cu、Zn、Pb、Al含量升高，这些金属加速在老年斑中的聚集，并和其结合导致神经突触功能失调及加速淀粉前体蛋白的形成，重金属还能够加重脑内氧自由基氧化应激作用〔1〕。

在AD发病的几个关键物质如Aβ及β淀粉样前体蛋白(APP)都能调节脑内铜和锌的代谢，所以APP及Aβ代谢变化可以改变AD脑内金属内环境，相应的会增加神经元氧化应激反应〔2〕。神经元纤维缠结(NFT)主要是由AD发病过程中的微管相关蛋白Tau蛋白形成的，有很多证据证实有一些金属物质如Zn是在NFT中高度聚集，推断其可能参与了AD的发病过程〔2〕。水银不仅能够影响神经组织的Aβ沉积，也能影响Tau蛋白的超磷酸化，使得神经纤维缠结在一起形成NFT〔3〕。

金属对维持神经组织内环境的稳定至关重要，钙能保证细胞膜膜电位的稳定，细胞内钙超载可以导致神经细胞水肿；镁和降低甘油三酯及升高高密度脂蛋白(HDL)水平的活性酶密切相关，镁缺乏会影响钙离子的转运及铁吸收，诱发氧化应激反应。在另一方面，适量的镁可以改善能量和糖的利用，稳定镁和细胞膜的稳定性，保护细胞分子免于氧化应激反应的损害〔4,5〕。

AD患者脑内APP和Aβ可以改变脑内金属内环境的变化，同样金属物质也参与了APP及Aβ的代谢，这为通过调节脑内重金属的变化来预防治疗AD提供了一个新途径，已经有人在AD动物模型及小样本临床实验AD病人中使用渗透性合成受体(CQ)来调节脑内重金属，能够延缓AD患者的认知能力下降，但是具体的作用机制还不是很清楚。这为AD的药物治疗开辟了一个新的选择办法，可以称之为“金属靶向治疗”，这种干预旨在调整金属在脑内的重新分布，而不是单纯的降低其含量〔6,7〕。

2 神经递质

乙酰胆碱(Ach)在脑和脊髓的某些神经元起到神经递质的作用，最早发现AD的胆碱能神经元系统有特异性的神经递质缺陷，皮质和海马的ChAT减少，ChAT含在Meynert基底神经核、中隔核中，这些核的损害使ChAT减少，以至于在皮质和海马合成Ach减少。Ach和学习和记忆密切相关，通过胆碱酯酶抑制剂可以增加脑内Ach的含量。目前临床使用的胆碱酯酶抑制剂有加兰他敏、石杉碱甲及盐酸多奈哌齐等，经过临床验证能够对AD患者的认知、日常生活能力、行为及总体临床评分等方面有显著改善〔8,9〕。使用胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐治疗动物实验显示脑海马及皮层的脑源性神经营养因子(BDNF)含量升高，在临床上经过一段时间的治疗后血液中的BDNF含量也升高〔10〕。

近几年对丁酰胆碱酯酶(BuChE)的研究也在增加，随着疾病的进展，AD患者脑内乙酰胆碱酯酶(AchE)的含量在下降，但是BuChE 的含量逐渐升高。AD患者脑内富含BuChE的细胞在海马比颞叶更明显。基础研究中，给服用AChE抑制剂的啮鼠动物注入特异性的BuChE抑制剂可以产生相似的ACh升高。目前越来越多的证据显示BuChE的酶功能和非酶功能可影响神经退行性疾病病理和症状的出现及进展。丁酰胆碱酯酶在正常脑内主要分布于神经胶质细胞和上皮细胞内。虽然AChE神经元分布广且比BuChE神经元多，但在海马、丘脑和杏仁核，BuChE免疫阳性神经元表达特别高。BuChE作为一个新的治疗老年痴呆的靶点已经得到重视〔11,12〕。现有的有AchE和BuChE双调节的药物重酒石酸卡巴拉汀，在实验阶段的有四氢呋喃苯并呋喃cymserine(THFBFC)和二羟基苯并二氧cymserine (DHBDC)。

谷氨酸是主要的兴奋性神经递质，谷氨酸激活亲离子受体，引起钙离子和钠离子内流，谷氨酸受体的过度激活在脑血管病、AD、帕金森病(PD)的发病机制中起到重要作用。CSF中谷氨酸量升高已经成为AD的一个重要的生化标志物。临床应用较为广泛的谷氨酸受体抑制剂美金刚可以改善AD患者的认知及精神行为异常，也证实了谷氨酸对AD发病及疾病进展中的作用。但是其作用机制还不很清楚〔13〕。AD患者的血液Aβ40含量和认知损伤有直接关系，通过美金刚治疗6个月后再次检测AD患者血液中Aβ40含量发现有下降并有统计学意义〔14〕。

3 β-淀粉样蛋白(Aβ)、β-分泌酶(BACE)及tau蛋白

AD的病理基础主要是以Aβ为核心的链式病理变化和NFT组成，其中主要的成分即是Aβ〔15〕。CSF中的Aβ42水平，总tau蛋白，磷酸化tau蛋白已经证实是AD发病的独立和混合危险因素。Aβ在神经元内聚集成可溶性寡聚体，可以激活小胶质细胞产生炎症反应，影响突触传递和突触可塑性。Aβ系由APP降解生成的，其降解有两种途径：一是在β-和γ-分泌酶的共同作用下生成Aβ40和Aβ42。其二是在α-分泌酶作用下，在APP氨基酸序列第687位，即Aβ第16位和第17位之间进行裂解，产生可溶性的αAPPs和C83片段多肽。故通过抑制β-和γ-分泌酶和激动α-分泌酶可减少Aβ的生成，并有利于保护神经细胞的功能。通过这个机制已经用于研发新的药物，有的已经在临床上取得了很不错的疗效，但由于副作用较大等原因不得不取消进一步的临床实验〔16〕。

BACE是位于细胞膜上的门冬氨酸蛋白酶，是催化Aβ蛋白产生的限速酶，AD病理的关键因素。脑脊液中BACE1水平和活性在AD病人中显著升高，可能是其最终导致了Aβ的聚集，在BACE1敲除的小鼠没有显示有Aβ沉积，从而就没有和AD病理有关的神经细胞缺失和记忆减退，已经有小样本的研究显示BACE1在AD和克雅病(CJD)人CSF中轻度升高，而其他类型痴呆及对照组的含量在正常范围。可以假设使用BACE1抑制剂可以减少Aβ聚集及相关毒性作用。因而BACE1也可以是治疗AD的一个靶点〔17,18〕。

另外针对Aβ的免疫疗法及促进Aβ降解的药物也在试验中，但Aβ疫苗的安全性还要进一步改进，以减少抗原特异性反应如中枢神经系统炎症的发生〔19〕。

生理情况下的 tau蛋白定位在神经元轴突上 ,是细胞骨架和细胞之间运输系统的成分。神经元变性和轴突损伤后 tau蛋白游离至细胞外 ,从而导致 CSF 中 tau 蛋白水平的增高。NFT是由大量异常磷酸化的 tau 蛋白组成。针对Aβ的实验药物在过去十几年内因为有效性和安全性原因最后都没有在临床推广，针对tau蛋白为靶点的药物正在研发过程中，期望在未来数年内有突破性的进展〔20〕。

4 神经营养因子(NGF)

NGF可使脑胆碱能神经元产生Ach。NGF可使基因表达ChAT，合成Ach。Ach可增加NGF的合成和转运，神经营养作用。Ach减少，可引起认知功能减退。AD患者的皮层和海马的NGF可能较少或正常，其在胆碱能神经元逆向转运障碍。已经有实验证实通过基因治疗增加NGF脑内的分泌能对AD患者有治疗作用〔21〕。

5 胰岛素

2型糖尿病是AD及血管性痴呆发病的一个重要危险因素，AD患者的胰岛素信号转导出现异常，认知功能有关的某些脑区如海马、内嗅区和大脑皮层神经元本身也能合成胰岛素(Ins)，也存在胰岛素受体及其信号转导蛋白。Ins能促进神经元对糖的利用和维持神经元的存活及正常功能。Ins信号转导障碍将出现能量代谢障碍和影响细胞存活。Aβ、高糖皮质激素等可致认知相关部位的神经元Ins信号转导障碍。Aβ还可在胰岛素作用下，将Aβ排出体外，保护神经元〔22〕。AD脑组织病理及分子生物学异常和Ins及Ins样营养因子信号装置的紊乱密切相关。AD是一种专门选择性损害脑组织的糖尿病。使用脑神经元Ins增敏剂即是基于这一学说对AD进行的治疗探索。

6 参考文献

1Price KA,Crouch PJ,White AR. Therapeutic treatment of Alzheimer's disease using metal complexing agents〔J〕. Recent Pat CNS Drug Discov,2007;Nov;2(3):180-7.

2Mo ZY,Zhu YZ,Zhu HL,etal. Low micromolar zinc accelerates the fibrillization of human tau via bridging of Cys-291 and Cys-322〔J〕. J Biol Chem，2009;284(50):34648-57.

3Wataha JC,Nakajima H,Hanks CT,etal. Correlation of cytotoxicity with element release from mercury- and gallium-based dental alloys in vitro〔J〕.Dent Mater,1994;10(5):298-303.

4Kato T. Role of magnesium ions on the regulation of NMDA receptor-a pharmacopathology of memantine〔J〕.Clin Calcium,2004;14: 76-80.

5Price KA,Crouch PJ,White AR.Therapeutic treatment of Alzheimer's disease using metal complexing agents〔J〕. Recent Pat CNS Drug Discov,2007;2(3):180-7.

6Squitti R,Zito G.Anti-copper therapies in Alzheimer's disease: new concepts〔J〕. Recent Pat CNS Drug Discov,2009;4(3):209-19.

7Bush AI,Tanzi RE.Therapeutics for Alzheimer's disease based on the metal hypothesis〔J〕.Neurotherapeutics,2008;5(3):421-32.

8Sugimoto H.Donepezil hydrochloride: a treatment drug for Alzheimer's disease〔J〕.Chem Rec,2001;1(1):63-73.

9Alzheimer's disease: early diagnosis and treatment〔J〕.Hong Kong Med J,2012;18(3):228-37.

10Leyhe T,Stransky E,Eschweiler GW,etal.Increase of BDNF serum concentration during donepezil treatment of patients with early Alzheimer's disease〔J〕.Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci,2008;258(2):124-8.

11Onor ML,Trevisiol M,Aguglia E. Rivastigmine in the treatment of Alzheimer's disease: an update〔J〕. Clin Interv Aging,2007;2(1):17-32.

12Ballard CG.Advances in the treatment of Alzheimer's disease: benefits of dual cholinesterase inhibition〔J〕. Eur Neurol,2002;47(1):64-70.

13Rosini M,Simoni E,Bartolini M. Inhibition of acetylcholine-esterase,beta-amyloid aggregation,and NMDA receptors in Alzheimer's disease: a promising direction for the multi-target-directed ligands gold rush〔J〕. J Med Chem,2008;51(15):4381-4.

14Modrego PJ,Monleon I,Sarasa M. The clinical significance of plasmatic amyloid A{beta}-40 peptide levels in Alzheimer's disease patients treated with galantamine〔J〕.Am J Alzheimers Dis Other Demen,2008;23(3):286-90.

15Silvestrelli G,Lanari A,Parnetti L,etal. Treatment of Alzheimer’s disease: From pharmacology to a better understanding of disease pathophysiology 〔J〕. Mech Ageing Dev,2006;127(2): 148-157.

16vingtdeux V,Marambaud P. Identification and biology of α-secretase〔J〕. J Neurochem,2012;120(1):34-45.

17Takasugi N,Sasaki T,Suzuki K.BACE1 activity is modulated by cell-associated sphingosine-1-phosphate〔J〕. J Neurosci,20114;31(18):6850-7.

18Bodendorf U,Danner S,Fischer F,etal. Expression of human beta-secretase in the mouse brain increases the steady-state level of beta-amyloid〔J〕. J Neurochem,2002;80(5): 799-806.

19Lemere CA,Spooner ET,Leverone JF,etal. Amyloid-beta immunization in Alzheimer’s disease transgenic mouse models and wild type mice 〔J〕. Neurochem Res,2003;28(7):1017-27.

20Fuentes P,Catalan J. A clinical perspective: anti tau's treatment in Alzheimer's disease〔J〕.Curr Alzheimer Res,2011;8(6): 686-8.

21Ebert AD,Svendsen CN. A new tool in the battle against Alzheimer's disease and aging: ex vivo gene therapy〔J〕.Rejuvenation Res,2005;8(3):131-4.

22Miklossy J,Qing H,Radenovic A.Beta amyloid and hyperpho-sphorylated tau deposits in the pancreas in type 2 diabetes〔J〕.Neurobiol Aging,2010;31(9):1503-15.