四氢孕酮与阿兹海默症

张　晖　综述　许百男　审校



四氢孕酮与阿兹海默症

张晖1,2综述许百男1审校

四氢孕酮；阿兹海默症；神经甾体激素

阿兹海默症(Alzheimer’s disease, AD)是一种以认知功能障碍、记忆力衰退、人格异常等为主要特征的慢性中枢性神经系统退行性疾病。其特征性病理表现是神经纤维缠结、老年斑、神经元细胞丢失等[1]。流行病学显示，AD的发病率日益增高，成为目前威胁老年人健康的重要疾病。预计至2050年，患病人数将是目前的4倍[2]。本病病因尚不明确，可能包括多种因素，如氧化应激、线粒体功能障碍、炎性反应、能量代谢不平衡、神经甾体分泌不足等。笔者主要对四氢孕酮(allopregnanolone, APα)这一重要的神经甾体激素在AD中预防和治疗的作用及其可能机制做一综述。

1　APα的合成及作用方式

APα，又称别孕烯醇酮，是神经甾体激素的一种，后者是由中枢神经系统合成或来自外周由中枢神经系统代谢衍生而成的甾体物质的总称[3]。位于线粒体外膜的转位蛋白18 Kda(translocator protein, TSPO)将胆固醇由线粒体外膜转运至内膜，侧链清除细胞色素P450酶位于线粒体内膜将胆固醇转化为甾体前体孕烯醇酮，进而合成孕烯醇酮硫酸脂(pregnenolone sulfate, PREGS)、孕酮(progesterone, PROG)，脱氢表雄酮(dehydroepiandrosterone, DHEA)、脱氢表雄酮硫酸脂(dehydroepiandrosterone sulfate, DHEAS)、雌激素、APα、四氢脱氧皮质酮(tetrahydrodeoxycorticosterone, THDOC)等神经甾体激素[4]。APα是由PROG转化生成，PROG首先在5α-还原酶的催化下，转化为5α-二氢孕酮，后者随即又在 3α-羟化类固醇脱氢酶(3α-hydroxysteroid dehydrogenase, 3α-HSD)的催化下转化为APα[3]。神经甾体具有广泛的生物学作用，参与了生长、发育、衰老等生理过程，以及焦虑、抑郁、惊厥、睡眠、药物滥用等的调节[3, 5]。雌激素和孕激素都有各自的受体，它们通过受体直接或间接作用于基因或非基因因素影响多种神经递质系统，如5-羟色胺和γ-氨基丁酸(γ-amino butyric acid, GABA)递质系统。APα则主要通过改变GABA的A 型受体(GABAA受体)的表达或敏感性影响情绪与认知[6]。

纳摩尔浓度级别时，APα可以增加GABAA受体介导的抑制性电位，而在更高浓度时，则可以在没有其他配体结合的情况下直接开放GABAA受体[6]。Pinna等[7]首次发现皮层边缘系统的内源性APα因有助于GABA对GABAA受体的微调发挥着重要的神经生理作用。而蝇蕈醇、苯二氮卓类和戊巴比妥等GABAA受体激动药的作用可以被5α还原酶抑制药和3α羟类固醇氧化还原酶抑制药所减弱，提示脑内具有APα调节GABAA受体的作用[8]。 而另外一些研究显示GABA受体的变构对调节APα的作用也是非常重要的[9]。

2　APα对AD的保护作用

成人神经甾体激素水平包括APα的水平随着年龄的增长逐渐下降。而在AD的症状前期和轻度认知损害(mild cognitive impairment, MCI)阶段，外周血和脑皮质的APα水平显著下降与AD的发生密切相关[10, 11]。目前，已有大量的研究显示PROG、APα具有神经保护作用，机体在应激或损伤情况下，PROG及APα会发生适应性的增加。而补充外源性PROG则可以改善炎性反应，增加海马锥体细胞的存活并改善海马CA1区注射β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein, Aβ)引起的认知损害[12]，APα则可以通过促进神经前体细胞的增生逆转阿兹海默模型鼠的病理改变并改善其记忆能力[13,14]。一般认为，PROG的神经保护作用是通过APα完成的[15]。

尽管如此，慢性补充神经甾体激素则需细致的方案。研究发现，在3月龄的3xTgAD雄性小鼠中，每2天补充1次APα，并不能促进神经细胞生成，每个月补充1次虽可以促进神经前体细胞的增殖，却不能减少Aβ的生成；而每周补充1次持续6个月则可以达到既能促进神经前体细胞的增殖又能减少Aβ生成的作用[16]。

目前，APα治疗AD的临床转化研究已经开始[17]。已有观点认为，在极早阶段AD样病理改变的年轻小鼠中应用的慢性给药方案并不是适用于人的理想方案。动物中不同模型、不同性别、不同脑区、不同行为学实验结果的差异也凸显出神经甾体激素疗效的影响因素之多。药理学分析发现单次剂量的APα即可快速增加血浆和脑内APα浓度，而每周1次的剂量可以达到安全间隙。此外，目前通过人和动物的研究已确定了APα的安全剂量参数。从转化医学的角度，APα的分子量小，可通过血-脑脊液屏障，大量临床前有效数据已证实其是预防和治疗AD的潜在药物。且目前APα是唯一已知的既能促进脑前体细胞增殖又能同时减轻AD病理的小分子[18,19]。

值得注意的是，有少数研究认为，APα在AD的治疗中可能具有双相效应，慢性持续APα暴露可产生有害的作用。成年小鼠持续给予APα后，神经传导、Aβ生成均增加、认知能力下降，这些作用可能是通过GABA能机制发挥作用的[20]，即APα通过调节GABAA受体改变神经元兴奋性，导致神经传导降低，继而使细胞内Aβ寡聚体的水平改变并造成认知损害。此外，应激水平的APα还能通过抑制突触活性，增加细胞内Aβ。在转基因 AβPP(Swe)PSEN1(ΔE9) AD小鼠模型中观察到在慢性应激水平的APα暴露3个月后，小鼠在Morris水迷宫中的学习能力受到损害。慢性APα治疗增加了脑内可溶性Aβ水平，而可溶性Aβ的增加可以作为病情进展的标志。但野生型小鼠的学习和记忆不受影响[21]。而具体的机制仍需进一步的实验研究。严重慢性应激状态时持续增加的APα则与GABAA受体的下调和功能异常有关，并进而导致记忆损害[22]。

3　APα的神经保护作用机制

3.1APα诱导神经元发生和神经祖细胞的增殖作用APα对大脑的发育具有非常重要的作用[23]，这与3α-HSD在新生大鼠的大脑皮质、中脑和后脑神经元和神经胶质细胞中活性很高相一致[24]。研究表明，APα不仅能够在体外诱导大鼠海马和人类脑皮质神经祖细胞的增殖[25]，还能在体内促进老化和AD萎缩脑内神经细胞的增殖，并且APα 促神经元增生作用具有剂量依赖和立体异构的特性[26]。在3xTgAD小鼠模型中的研究发现，3xTgAD小鼠的海马齿状回颗粒下层和脑室下带，神经增殖的减慢与年龄相关的AD样病理进展密切相关，而经过单次皮下注射10mg/kg APα后，神经前体细胞的增殖和进一步的细胞存活增加，并与记忆的改善密切相关[12, 13]。神经前体细胞的增殖和进一步的细胞存活可通过分析有丝分裂细胞包含的BrdU与DCX(未成熟的神经元标志)、NeuN(成熟神经元标志)的共定位。此外，有超过1/3的AD患者具有黑质纹状体通路异常表现，而补充APα也能够逆转AD小鼠模型黑质区病变，并增加黑质多巴胺能神经元的数量[26,27]。另有报道，APα 促进不与其他神经元或神经胶质细胞接触的海马神经元的衰退，但是对成功进行接触的海马神经元则不具有此效应，说明在神经退行性疾病及中枢神经损伤的修复过程中，APα可以促进神经元的结构重建[28]。

此外， APα能够增加促有丝分裂基因的表达，同时抑制阻碍细胞增殖基因的表达。研究表明，APα刺激发育中的颗粒细胞的增生是由GABAA受体介导的电压门控的L-型钙通道(voltage-gated L- typecalcium channels, VGLCC)和随后钙离子内流的增加实现的，VGLCC阻滞药硝苯地平可以阻碍APα诱导的颗粒细胞的增生[29, 30]。

3.2神经甾体激素的抗神经元凋亡作用神经元凋亡是老年性脑萎缩的主要原因，也是包括AD、帕金森病、亨廷顿病和肌萎缩性脊髓侧索硬化等神经退行性疾病病理变化的基础。多种神经甾体激素包括DHEA 及DHEAS、APα 和PROG均参与了抗神经元的凋亡作用[31]。其中，APα的抗凋亡作用主要与以下受体及信号途径有关。

3.2.1对抗N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate, NMDA)受体同谷氨酸相似，NMDA 在与NMDA受体结合并激活该受体之后，能够引起胞外Ca2+的快速内流，同时激活一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)，导致一氧化氮(nitric oxide, NO)的水平增加，触发NMDA 诱导的神经毒性作用。APα 通过变构调节NMDA受体达到削减NMDA受体诱导的神经元兴奋性毒性损伤，保护神经元免于凋亡[32, 33]。

3.2.2调控GABAA受体APα与GABAA受体结合，通过GABAA受体变构或诱导其α1和β2亚单位的表达来增强受体的抑制性作用。作为GABAA受体调节药的APα 和DHEA，它们能够通过抑制促细胞凋亡的效应分子(细胞色素C 和Bax)来拮抗NMDA对神经细胞的兴奋性毒性效应，最终达到保护神经元的目的[34]。上述作用可被GABAA受体拮抗药荷包牡丹碱所逆转[35]。

3.2.3其他APα能够通过激活转录因子cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein, CREB)和核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)来促进抗凋亡基因Bcl-2的转录。在此过程中具有促存活作用的蛋白激酶C α/β作为Bcl-2的翻译后激活剂也被激活。APα还能直接刺激具有神经保护作用的儿茶酚胺的生物合成和释放[36]。APα还可显著抑制线粒体通透性转导孔(mitochondrial permeablity transition pore, mtPTP)电流并减少细胞色素C的释放，而mtPTP是凋亡诱导神经元减少的内源性通路中的重要因素，其激活与细胞死亡密切相关[37]。

综上所述，APα可以通过促进神经细胞的增殖及减少其凋亡来改善AD的病理表现，并对疾病的进展起到预防甚至逆转的作用。目前，AD有效的预防和治疗措施非常有限，而APα作为临床预防和治疗的备选药物，无论是在基础还是在临床研究中都具有价值。

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(2015-02-28收稿2015-10-18修回)

(责任编辑岳建华)

张晖，博士，主治医师。

1．100853北京，解放军总医院神经外科；2．100142北京，空军总医院神经外科

许百男，E-mail: bn_xu@yahoo.com

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