酒精性脑损伤的突触机制及其修复策略述评

[摘要]酒精性痴呆日益成为严峻的医学和社会问题，整体机制不明是目前酒精性脑损伤干预和治疗的瓶颈。突触作为神经元之间递质释放与跨膜信息传递及整合的核心结构，对于学习记忆等脑的高级功能具有决定性作用。本文基于突触传递的神经生物学基础，围绕酒精分子胁迫下突触传递过程和效率的变化，分别从突触形态结构、物质基础、信号转导等层面，系统评述了酒精性脑损伤的突触机制及其修复策略，以期为酒精性脑损伤的深入研究和益智类保健食品开发提供思路借鉴。

基金项目：中国博士后科学基金项目(No.2014M552203)。

作者单位：1.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州市510640；2.无限极(中国)有限公司技术中心，广东广州市510665；3.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江市524088。作者简介：徐德峰(1978-)，男，汉族，安徽砀山县人，博士，副教授，主要研究方向：食源性益智肽的制备与机制解析。通讯作者：赵谋明、马忠华。E-mail: zhaomouming@163.com(赵谋明)；William.Ma@infinitus.com(马忠华)。

DOI: 10.3969/j.issn.1006-9771.2015.10.014

SynapticMechanismand RepairingStrategiesfor AlcoholicRecognition Impairment (review)

XU De-feng 1,2,3, ZHAOMou-ming 1, MAZhong-hua 2, SU Guo-wan 1, ZHANGTing 2

1.College of Light Industry and Food Science Technology, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510640, China; 2.Technique Center of Infinitus(China)Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510665, China; 3.Collegeof Food Scienceand Technology of Guangdong Ocean University, Zhanjiang, Guangdong524088, China

Abstract: Alcoholic dementiaisincreasingly becoming both aseveremedical issueand asocial problem; theunknown overall mechanism isthebottleneck for effectiveintervention and treatment of alcoholic brain injury.Astheprimary structurefor therelease, transmission of neurotransmitter and information integration between neurons, synapse plays a significant role in performing the advanced function of brain, such as learning and memory.Based on the neurobiological principles of synaptic structure and function, the changes in process and efficiency of synaptic transmission and information integration stressed by alcoholic molecular were reviewed in comparison with the normal process.Themolecular mechanismsfor alcoholic brain damagein learning and memory abilitiesweresystematically discussed from the levelsof synaptic morphology, material components, and signal transduction, respectively, and therepairing strategiesfor thedamaged synaptic structurewereproposed accordingly.Hopefully, thisreview could provideadeep insight into understanding themolecular mechanism of alcoholicbraindamage, anddraw ideasfor thememory-enhancingpeptidesdevelopment.

Keywords: alcoholicbraininjury; synapticmechanism; repairingstrategies; review

[文献标识码]A

[文章编号]1006-9771(2015)10-1187-04

[本文著录格式]徐德峰，赵谋明，马忠华，等.酒精性脑损伤的突触机制及其修复策略述评[J].中国康复理论与实践, 2015, 21(10): 1187-1190.

CITED AS: Xu DF, Zhao MM, Ma ZH, et al.Synaptic mechanism and repairing strategies for alcoholic recognition impairment (review)[J].Zhongguo Kangfu LilunYu Shijian, 2015, 21(10): 1187-1190.

各种急慢性酒精滥用及依赖可严重降低大脑的认知功能，并引发诸多社会问题 [1-4]。突触作为学习记忆的神经生物学基础，其物质结构和功能状态直接决定了学习记忆等大脑高级功能的有效性和效率。已有的研究表明，酒精性脑损伤的形态学基础主要表现在酒精分子致皮质和海马等学习记忆关键脑区神经元丢失和突触连接弱化 [2,5-8]。但鉴于酒精分子的多靶点和多途径损伤效应，从分子到行为系统阐明突触传递的细胞与分子机制是制约酒精性脑损伤功能修复的瓶颈，而在突触传递微环路水平阐明酒精性脑损伤的分子机制则是受损神经系统结构重建和功能恢复的基础。因此，本文在对酒精性脑损伤整体现状文献分析的基础上，围绕酒精应激状态下神经元突触传递过程和效率的变化，分别从突触微观结构、物质基础、信号分子及其信号转导等层面，系统评述了酒精性脑损伤的突触机制及其修复策略，以期为深入理解酒精性脑损伤的分子机制和促进益智类保健食品开发提供思路借鉴。

1　整体现状分析

1.1嗜酒和酒精滥用已成为日益严重的全球性医学和社会问题近年来，因嗜酒和酒精滥用造成的伤害正日益成为全球性医学和社会问题，酒精中毒者均出现不同程度的学习和记忆障碍，长期亚急性酒精摄入可导致柯萨可夫综合征，严重损害学习和记忆已是不争的事实 [9]。在美国有超过14%的人对酒精具有依赖，是造成痴呆的第2位原因，并且50%～75%的酗酒者清醒后存在认知障碍 [10]。在印度有流行病学调查表明，与饮酒相关的痴呆占10.5%，而与营养和阿尔茨海默病相关的痴呆仅分别为7.5%和4.8% [11]。由WHO资助在中国五省区的一项调查发现，在24992名15岁以上的人群中，26.1%的男性和5.4%的女性每天饮酒，所消费的酒主要是烈性白酒(占消费酒量的50%～ 55%)，其中6.7%每日饮酒多于40 g纯酒精 [12]。除医学问题外，酒精依赖和酒精滥用所推高的离婚率、自杀率、交通事故和暴力犯罪率等社会问题也日益引起人们的关注。

1.2酒精性脑损伤的整体机制尚不明确已成为酒精性神经退变干预和治疗的瓶颈问题

目前，关于酒精损害学习记忆的机制，不同学者已从突触构成 [3, 13-15]、神经递质系统 [10, 16-18]、神经营养因子 [9, 11-13]、受体 [13,19-20]及信号通路 [22-25]等不同角度进行研究，但具体机制尚未阐明，尤其是从分子到行为的系统深入研究较为缺乏。总体研究表明，酒精性脑损伤的主要机制在于降低了脑区神经传导的突触可塑性。作为神经元之间连接方式和信息交换的特殊部位，突触既是内外环境变化最敏感部位，易受年龄、药物、机体内外环境变化等因素的影响，同时突触又在形态、结构和功能方面表现出一定的可塑性。海马作为学习记忆的关键脑区，突触界面结构的可塑性变化与学习记忆行为关系密切 [3,12,14,16]。鉴于突触传递复杂性和灵敏性，酒精性神经退变的干预和防治研究必须在分子-网络-系统-行为的整体层面上展开。

2　突触机制研究现状

2.1突触可塑性

研究表明，酒精可以直接通过血脑屏障进入脑组织，一方面对神经元产生毒害，抑制蛋白质合成，破坏细胞膜结构；另一方面影响神经递质的合成、释放与回摄，引起突触传递功能障碍 [10, 14-16]。突触可塑性是神经系统生长发育、损伤与修复、学习与记忆的神经生物学基础。学习记忆的实质是信号的传导和处理过程，这一功能的产生以特定结构的形成为基础。突触后致密带(postsynaptic density, PSD)位于中枢神经系统突触后膜，除参与锚定突触后受体和组成细胞骨架外，更是突触后信号转导和整合的结构基础。许多研究结果证明PSD的形态变化是突触功能活动变化的重要结构基础。研究表明，急性/亚急性乙醇中毒致小鼠学习记忆功能障碍与其降低脑组织抗氧化能力，致海马突触界面结构可塑性退变有关 [3, 8, 12]。酒精长期摄入会抑制突触膜上的Na-K-ATP酶活性，使细胞内游离Ca 2+减少，Ca 2+稳态的紊乱导致突触可塑性变化，引起包括长时程增强(long-termpotential, LTP)在内的多种突触传递功能障碍 [21]。

2.2神经生长因子

受损突触的修复需要多种蛋白和因子的参与，其中具有营养神经元和促进神经突起生长双重功能的生长调节因子，对受损神经细胞的再生和功能特性表达具有重要调控作用 [9-10]。目前，酒精性脑损伤研究较多涉及脑源性神经生长因子(brain-derived neurotropic factor, BDNF)。BDNF是体内含量最多的神经营养因子，通过与酪氨酸受体激酶B(tyrosinereceptor kinaseB, TrkB)的结合而发挥作用。TrkB胞内区域具有内在的酪氨酸激酶活性，BDNF与TrkB结合后激活胞内区域，引起TrkB自身磷酸化，进而激活Ras-有丝分裂原蛋白激酶(Ras-MAPK)通路，最后在cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein, CREB)的丝氨酸位点激活CREB [2,8,22]。CREB通过增加BDNF基因及抗凋亡蛋白基因Bcl-2的表达，促进神经细胞生存，并增加突触可塑性和LTP，从而改善学习过程和促进记忆形成。BDNF基因敲除的杂合子小鼠，其神经病变的发生比野生型小鼠高许多，表明BDNF作为信号分子参与突触传递和损伤修复 [10]。

2.3 CREB磷酸化水平

磷酸化是细胞信号通路中转录因子活性调控的主要机制。CREB作为最早证实由磷酸化调控其活性的转录因子之一，在脑内所有细胞中均有表达，定位于核内并在多种信号分子诱导下调控下游靶基因的表达。由于在多种细胞及动物模型中证实CREB磷酸化在学习记忆过程中发挥重要的作用，CREB磷酸化成为近年来相关领域的研究热点。CREB可在不同信号通路的激酶作用下实现Ser133磷酸化而活化，并在学习记忆过程中起重要作用，其中研究最为透彻的为环腺苷酸单磷酸-蛋白激酶A(cAMP-PKA)通路对CREB的磷酸化 [13, 21, 23-25]。膜上的G蛋白偶联受体与胞外递质等配体结合后活化，刺激腺苷酸环化酶增加胞内cAMP浓度，4分子cAMP与PKA结构亚基上的位点结合激活PKA，具有催化活性的PKA调节亚基解离并进入核内，从而启动下游靶基因的转录。近期研究证实，在阿尔茨海默病中存在PKA-CREB信号通路功能障碍 [21]，提示提高CREB活性有望成为改善学习记忆的新途径。而目前关于p-CREB与酒精染毒对学习记忆功能损伤的研究尚未见报道。

2.4从信号转导的系统水平研究酒精性脑损伤的分子机制目前仍较为薄弱

迄今为止，仍没有直接证据表明改变信号通路是否能影响酒精摄取和/或酒精依赖戒断症状 [22, 26-28]，确定cAMP信号通路改变与酒精依赖和/或酒精戒断综合征之间因果关系将是酒精成瘾机理研究的主要方向。酒精依赖的机制涉及细胞内信号系统和基因表达等一系列调节控制系统的改变，在正常机体内，机体通过各种复杂的神经网络调节体内众多神经递质及激素代谢，保持各系统之间的功能平衡。当酒精进入体内并作用于受体后，引起机体一系列适应性变化以建立新的平衡，而且当这种平衡机制导致依赖时，便会产生酒精依赖症。酒精摄入一旦停止，便造成机体功能紊乱产生戒断综合征。目前关于学习记忆相关的信号转导主要集中在MARK和ERK通路上 [22, 25, 29-31]，而对于酒精性脑损害的信号机制缺乏深入研究。由于体内信号系统的复杂性和多样性，必须进一步研究与突触可塑性修复密切相关的细胞内信号机制，为分子干预和靶向修复奠定理论基础。

2.5内源性神经肽

学习记忆过程受多种递质和神经肽的调节，神经肽作为含量极低的内源性信息物质，对神经系统有着广泛的调节作用 [30-32]。研究表明，神经肽通常与神经递质通过相互作用来影响学习和记忆的某环节或者某方面，从而参与对学习记忆的调节 [33-36]。陈丽萍研究发现慢性酒精作用可改变大鼠下丘脑、海马、纹状体和前额叶皮质脑区内的脑啡肽水平，慢性酒精作用损害学习记忆的机制可能是其影响了动物脑区内阿片肽的释放及其活动，而非选择性阿片受体拮抗剂纳洛酮能部分逆转或完全逆转慢性酒精摄入后脑区内阿片肽水平的变化。

3　酒精性脑损伤的突触修复策略

3.1 ERK信号通路

从分子水平看，突触传递是一系列信号的转换和传导过程，需要突触前和突触后许多蛋白和信号分子共同完成。BNDF作为神经生长因子家族中的重要成员参与突触形成的调节。张子韬对大鼠原代培养神经元的研究表明，BDNF可显著促进突触形成 [9]。Shiflett等研究发现BDNF长时间作用于神经元(12～24h)可通过ERK通路调节突触形成 [31]。ERK通道是与突触可塑性密切相关的细胞内信号转导通道，联系着细胞外信号与细胞核的信息表达，ERK参与多种学习和记忆过程，调控细胞增殖与分化 [29-31]。ERK对多种胞外刺激有响应，激活状态的ERK调节突触蛋白的合成，促进新生树突棘的形成。因此，从ERK信号通路深入研究突触修复的分子机制可为酒精性脑损伤的功能修复提供分子靶点。

3.2突触传递效能

基于突触传递过程的研究，在酒精性脑损伤的修复上目前已有较多报道。Tiwari等研究表明生育酚可通过降低乙酰胆碱酯酶活力和中枢神经系统的氧化应激水平，从而改善慢性酒精致大鼠认知功能的紊乱 [24]。陈翠桃等研究表明大蒜多糖可通过调节胆碱能和单胺神经系统，拮抗持续过量饮酒导致的小鼠学习记忆能力下降和脑细胞损伤 [32]。于海芙研究了酒精中毒及戒断对大鼠学习记忆及海马NMDA受体亚基NR2B表达的影响，结果表明长期高浓度饮酒导致的学习记忆下降与海马区NR2B含量增多密切相关 [17]。李爽等的研究表明，心脑佳配方可能通过对NMDA受体亚基NR2B蛋白表达的调节而发挥抗酒精中毒作用 [33]。此类研究均从不同角度论证了修复突触传递过程的某一方面即可改善酒精性脑损伤，进一步表明突触传递效能在学习记忆过程中发挥核心作用。

3.3结合ERK通路研究食源肽改善酒精性脑损伤的分子机制将是益智肽研究和开发的关键

自从Mellander 1950年首次揭示食源性生物活性肽具有生物活性以来，食源性生物活性肽的生物功能就一直引起科学家的兴趣和关注。作为蛋白质特定片段，生物活性肽的多种生物功能已被报道，其中影响人和动物学习记忆等脑高级功能的一些肽也有报道 [34-38]。Pei等以大马哈鱼皮胶原蛋白为底物，通过生物酶解技术制备海洋胶原蛋白寡肽MCP，评价了其对雌性衰老小鼠学习记忆的改善效果，并进一步探究其分子机制 [34]。结果表明，所制备的MCP分子量分布为300～800 Da，添加0.44%浓度的饲料连续喂养3个月可以显著提高受试小鼠的空间学习记忆能力，其机理在于降低氧化应激、减少神经元凋亡、上调BDNF和突触后致密蛋白PSD95的表达，提示该产品可以开发为抗衰老的保健食品或药品。

4　展望

近年来，对于蛋白质的营养功能特性，越来越多的学者认同蛋白质以肽的形式吸收和发挥功能。从理论上分析，基于已知的活性肽氨基酸顺序，可以采用现代酶解技术制备功能性肽，开发相应的功能性食品或药品。在现实方面，市场上各种功能肽产品的日益丰富也进一步说明开发食源性益智活性肽的可行性。总体来讲，食源性益智活性肽的研究和开发目前鲜见报道，而酒精依赖及其戒断综合征所引发的各种急慢性脑损伤却严重降低了大脑学习记忆功能。因此，围绕ERK信号通路系统深入研究酒精性脑损伤的分子机制及食源肽对受损神经系统的修复作用，明确酒精分子在神经细胞上的信号靶点，不仅可深化对脑高级功能损伤与修复的理解，而且可为益智活性肽保健产品的开发奠定理论基础。