海马和视网膜组织中VEGF 和PKC 表达与认知功能障碍关系的研究进展

吕 姣，王 芳综述，邹英鹰审校

0 引 言

认知功能障碍(cognitive impairment，CI)泛指各种原因导致的各种程度的认知功能损害，从轻度认知功能损害到痴呆［1］。轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment，MCI)是指正常脑老化与痴呆之间的临床状态。随着人口老龄化的不断进展，老年轻度认知障碍的发病率不断提高，而MCI 是导致痴呆的高危因素之一;因此，研究轻度认知损害对痴呆的预防和治疗具有重要意义［2-4］。突触可塑性在CI 的发生、发展过程中发挥着重要的作用。神经营养因子具有维持神经元生存、促进突触生长的作用，倘若前额叶、海马等脑区神经营养因子缺乏，可抑制相应脑功能从而最终导致CI。血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)均是多功能因子，VEGF 能够通过多种途径促进血管生成，保护缺血和退变的神经元，引发成年大脑神经元再生，从而影响认知功能。近年发现各种血管性危险因素不仅是血管性痴呆(vascular dementia，VD)的危险因素，也是阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)和MCI的危险因素。PKC 是重要的细胞内信号转导分子，活化后可介导VEGF 的合成，在神经细胞功能的调节中起着较为关键的作用。近年来VEGF 和PKC 是CI的研究热点之一，现将海马和视网膜组织中VEGF 和PKC 表达与CI 关系的研究作一综述。

1 海马与认知功能的关系

海马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2 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 4 个区［5］。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［6］。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、CI，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。研究证明，链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠海马神经元细胞核结构改变，包括核周间隙增宽，部分核膜消失甚至出现了核仁分离，细胞亚结构溶解现象［7］。突触可塑性是学习记忆活动的细胞水平的生物学基础，海马的可塑性主要表现在其突触上。对糖尿病患者和糖尿病动物模型的研究发现，海马突触可塑性的变化与糖尿病CI 有关［8］。有研究表明，糖尿病CI 与海马突触可塑性改变密切相关，包括突触结构和功能的可塑性，结构方面主要表现为突触变性，突触数量、突触小泡与突触后致密物厚度减少，突触间隙增宽;功能方面主要表现为长时程增强(long-term potentiation，LTP)效应降低或长时程抑制效应易化［9-10］。总之，机体的病理改变导致海马突触数量显著减少，突触变性，突触间隙模糊不清，突触连接间断，影响突触功能，导致空间学习记忆障碍。

2 视网膜与认知功能的关系

视网膜又称外周脑，与大脑相同，是与外界有直接联系的部分。从组织上来说，包括十层细胞，构成了一个复杂的细胞网络，具有初步的信息处理功能［11］。近年来，随着对CI 的重视和视网膜数字成像技术的发展，越来越多的研究开始关注视网膜微血管改变与CI 的相关性。以往也有研究表明，视网膜病变会对学习能力和空间判断能力产生一定的影响［12］。在无卒中史的中年人群中，视网膜病变是认知功能下降的独立危险因素，提示脑微血管疾病可能是CI 下降的原因之一［13］。在老年人群中，伴视网膜微血管病变者其认知功能较差，而在患有高血压的老年人中，多发痴呆［14］。AD 是一种进行性中枢神经系统退行性疾病，是痴呆最常见的类型，临床表现包括不同程度的记忆力、判断力、思维能力和运动能力的下降，还包括视力、色觉、对比敏感度等视功能的改变。有研究表明，AD 和MCI 患者存在视神经视网膜退行性变，而且随着AD 病情加重视网膜神经纤维层变薄的程度逐渐增加［15］。视神经是中枢神经系统的一部分，视网膜所得到的视觉信息，经视神经传送到大脑，是特殊躯体感觉神经，其纤维始于视网膜的节细胞，而节细胞的轴突于视网膜后部汇成视神经盘后穿过巩膜，构成视神经，经视神经管入颅中窝，连于视交叉，再经视束止于外侧膝状体，传导视觉冲动。因此，在接收外来信息，并把信息传给大脑，通过大脑对信息的处理，支配动物对外界事物做出相应的变化中，视神经起着重要的作用。

3 VEGF 和PKC 在海马中的表达与认知功能的关系

VEGF 是一种可被缺氧诱导的神经营养因子，在很多病理情况下，其表达增高。在对AD 大鼠行为学障碍的改善作用探究实验中发现，当大鼠的行为学障碍有所改善时，海马区的VEGF 表达有所升高［16］。说明VEGF 与认知功能有一定的联系。在对VD 大鼠学习记忆的研究中发现，除脑小血管病被认为是导致高龄人群血管性痴呆的重要原因外，海马齿状回VEGF 的表达可能与其学习记忆有关，当VD 大鼠学习记忆能力明显改善时，海马内VEGF表达明显增高［17-18］。在对慢性脑缺血大鼠海马VEGF 表达的研究中，发现VEGF 上调时，大鼠认知功能得到明显改善［19］。脑缺血和高血糖均可激活VEGF 表达，VEGF 表达的时空特点与海马神经元继发性损伤的变化规律具有相对的一致性，提示VEGF 表达在海马选择性易损现象中可能具有重要作用［20］。

VEGF 增加血管通透性的信号传导机制十分复杂，PKC 是其中的重要信息分子。PKC 是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，广泛存在于细胞内，是重要的细胞内信号转导分子。迄今为止，根据同工酶的结构、酶的特性、激活剂的不同等将其分为①cPKCs(classical PKC):α、β1、β2、γ;②nPKCs(novel PKC):δ、ε、η、θ、μ;③aPKC(atypical PKC):λ、ξ;④PRKs(PKC-Related-Kinasc):PRK1、PRK2［21］。在未受刺激的细胞中，PKC 主要分布在视神经管中，呈非活性构象，一旦有第二信使的存在，PKC 将成为膜结合的酶，能激活细胞质中的酶，参与生化反应的调控，同时也能作用于细胞核中的转录因子，参与基因表达的调控，是一种多功能酶。PKC 在神经细胞功能的调节中起着较为关键的作用。高血糖可促使二酰甘油升高，后者可激活血管组织中的PKC［22］，而活化的PKC 又介导了VEGF 的合成［23］。Suen 等［24］观察到PKC 能使突触后N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptors，NMDARs)磷酸化，从而激活NMDARs，而谷氨酸受体是海马内主要的兴奋性神经递质受体，NMDARs 作为分子开关触发突触可塑性，主要决定LTP 的诱导。PKC 通过间接激活钙调蛋白激酶Ⅲ促进NMDARs 的转运。多种形式的突触可塑性都依赖于NMDARs 的激活以及随后胞内Ca2+浓度的增加。因此，调节NMDARs 功能对突触可塑性具有重要的意义。有研究表明，PKC 抑制剂Staurosporine 可阻断强直刺激诱导的LTP［25-26］。Bames 空间迷宫实验发现，经过训练或熟悉迷宫的大鼠比未经训练和熟悉迷宫的大鼠在海马CA1 区有更高的PKC-γ 的免疫活性［27］。另外，国内学者通过研究铝暴露对大鼠海马PKC-γ 亚型的影响表明慢性铝暴露影响大鼠海马PKC-γ mRNA 和PKC-γ蛋白表达，使PKC 活性降低，导致LTP 的下降，从而影响学习记忆的功能［28］。根据上述的研究表明，海马中VEGF 和PKC 的表达与认知功能密切相关。

4 视网膜组织中VEGF 和PKC 表达与认知功能的关系

VEGF 受缺氧调节的特性而成为重要的促新生血管形成因子，参与缺氧诱导有关的视网膜新生血管形成［29］。视网膜微血管内皮细胞、周细胞、视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)细胞均可以产生VEGF，其中以RPE 细胞表达VEGF 的能力最为显著［30］。视网膜微血管损伤是视网膜病变(Diabetic Retinopathy，DR)典型的标志性病变［31］。DR 患者玻璃体的VEGF 水平明显升高，同时长期的高糖缺氧使低氧诱导因子过度表达，从而引起与血管内皮功能障碍密切相关的VEGF 等细胞因子过度表达，且随着病情的严重程度呈相关性升高，玻璃体内注射抗VEGF 疗法是目前治疗该病的最新方法之一［32-34］。PKC 信号传导通路在调节视网膜生物学过程中起重要作用。Moriarty 等［35］用Western blot 测定人视网膜3 种细胞类型即RPE、周细胞和视网膜微血管内皮细胞均有PKC 高表达。研究发现，PKC 亚型PKC-βⅡ激活后可介导RPE 细胞迁移，形成玻璃体视网膜增殖病变膜，促使非增殖型糖尿病性视网膜病变进展为增殖型糖尿病性视网膜病变。Amadio 等［36］发现PKC-β 亚型激活后可增加体外培养视网膜血管内皮细胞和周细胞中VEGF 的表达，促进视网膜病理性血管生长。而高选择性PKC-β 亚型抑制剂mboxistaurin 能有效阻止糖尿病患者的视力丧失，从而改善患者的认知功能。近年来有研究表明，在对有抑郁症或存在CI 的大鼠进行药物干预时，在认知能力有改善的情况下，海马区的PKC 亚型PKC-δ 有一定程度的降低，提示PKC 的亚型对CI 有一定的相关性［37］。高糖条件下，PKC 可活化血小板，促进血小板聚集、血栓形成，促发糖尿病性视网膜病变［38］。总之，视网膜中VEGF 和PKC的表达与认知功能密切相关。

5 结 语

认知功能是一种复杂的大脑神经运动过程。在海马和视网膜病变引起的CI 事件中，海马和视网膜组织中神经细胞及微血管的病变都起着至关重要的作用。VEGF 及PKC 在海马和视网膜中的表达变化及在突触可塑性、学习记忆形成机制中的作用十分复杂;不仅是受体本身性质，还有受体间信号专递的相互作用等共同因素决定了在CI 方面的作用。至今发现，许多机体的病理改变会让患者的认知功能下降，但其存在的分子机制尚不明确。随着分子克隆技术、基因技术等的发展和应用，对海马损伤及视网膜病变在CI 中所发挥的作用以及存在的相关分子机制的研究必将不断深入，为寻找到引起CI 的关键因素提供新的线索，为CI 治疗提供新的靶点。

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