阿尔茨海默病与氧化应激的研究进展

方 威 胡国章 刘乃杰

(吉林大学中日联谊医院急救医学科，吉林 长春 130033)

1 吉林大学中日联谊医院神经外科

阿尔茨海默病与氧化应激的研究进展

方 威 胡国章 刘乃杰1

(吉林大学中日联谊医院急救医学科，吉林 长春 130033)

阿尔茨海默病；氧化应激

阿尔茨海默病(AD)是一种由神经系统变性引起的疾病，又叫老年痴呆症。近年来，我国AD的发病也逐年上升。目前药物治疗是治疗AD最主要方式之一。本文对AD发病机制的各种学说与氧化应激的关系进行综述。

1 氧化应激反应与AD

研究认为，氧化应激广泛参与衰老、炎症和肿瘤等多种病理生理过程〔1,2〕。大脑富含不饱和脂肪酸，是个高耗氧量的器官，最易受到氧化应激的影响，脑组织缺血缺氧5 min，即发生不可逆性改变。生理状态下，体内的氧化能力于抗氧化相平衡，维持正常功能，当缺血缺氧等应激源诱发时，活性氧类(ROS)产生增多，体内抗氧化能力下降，氧自由基可直接损伤细胞内的遗传物质，甚至包括线粒体内质网等细胞器和细胞核等，加速器官的功能丧失及坏死凋亡〔3〕。神经元细胞作为一种高代谢细胞，其维持基本的功能有赖于线粒体呼吸链及氧化磷酸化所供应的能量，当神经元抗氧化能力下降时，神经元的防御功能减低，自身生理功能得不到维持。

研究表明，氧化应激反应在AD发病机制中扮演着重要的角色〔4〕。过强的氧化应激反应会导致神经细胞膜或细胞器膜上的脂质过氧化，和(或)蛋白质的硝化和核酸的破坏，影响神经细胞突触能力甚至导致神经细胞凋亡〔5〕。氧化应激及细胞凋亡是AD患者发病机制的共同通路。初始由淀粉样蛋白(Aβ)在脑组织中不可逆性沉积，进一步激活氧自由基，引起氧化应激、炎症反应及细胞凋亡，最终导致神经元功能缺失，代谢紊乱，学习认知及记忆功能明显下降。

ROS和活性氮类(RNS)释放过多，超出机体抗氧化能力，引起氧化物质堆积，抗氧化系统功能减弱，组织损伤〔6〕。体内生成的大量活性ROS和RNS还可以作为多种信号通路的第二信使，导致P53蛋白的活性增强并促进P53向细胞核转移，调控caspase蛋白的表达，进而诱导神经细胞损伤和(或)凋亡〔7〕。

2 Aβ与氧化应激反应

AD特征性的病理改变包括以下几个方面：老年斑的形成(主要由Aβ聚集形成)、Tau蛋白纤维缠结异常聚集(NFT)、脑皮质神经元丢失及胶质细胞的增生。其中，Aβ由AD患者脑内产生，并进一步沉积聚集形成老年斑，是AD发展形成的关键因素之一。Aβ是老年斑的主要成分，由39～43个氨基酸组成，分子量4.0～4.2 kD，主要包括Aβ1～40和Aβ1～42两种形式，AD患者大脑中存在大量Aβ(尤其是Aβ1-42)沉积，促进AD病理过程的进展，导致NFT形成、突触丢失，最终引起神经元的调亡。淀粉祥前体蛋白(APP)经过β-分泌酶和γ-分泌酶剪切，并进一步形成Aβ单体。APP是一种跨膜糖蛋白，广泛表达于多种细胞，编码基因位于21号染色体。在正常生理状态下，APP在信号转导、轴突延伸、细胞迁移等方面发挥重要作用，其C端在基因表达及神经元存活方面发挥重要作用。APP的清除分为两种方式：首先，由α-分泌酶水解形成可溶性sAPP肽段，在细胞外经γ-分泌酶水解为p3，在这个过程中无AP形成。其次，经β-分泌酶和γ-分泌酶的剪切作用形成39～43个氨基酸的Aβ肤段。AD患者脑中APP清除受到损害，但AP的轻微升高可増强其清除能力。

研究证实，AD患者和转基因AD小鼠模型脑组织中Aβ形成增多，与增高的氧化应激水平呈正相关。体外培养的神经细胞经Aβ暴露后，脂质过氧化程度和过氧化氢水平均明显升高。研究证实，抗氧化剂可抑制淀粉样蛋白聚集〔8〕。给予维生素E或过氧化氢酶预处理能减低Aβ的沉积，说明抗氧化应激可拮抗Aβ的沉积。反之，Aβ又可引起机体抗氧化酶类的失活，诱发ROS生成，形成正反馈途径加重神经系统氧化应激反应〔9〕。在Aβ中，Aβ25～35是最具活性的片段，淀粉样β蛋白25-35可以作为脂质过氧化始动剂，数分钟内便可诱发出大量自由基，而其他淀粉样蛋白片段则需要更长时间甚至数天才可诱发自由基的产生。

研究显示，Aβ可引起氧化应激损伤。目前的研究机制包括以下假说：(1) 甲硫氨酸，作为Aβ的第35位氨基酸残基，可进一步与氧反应，生成氧硫化物，再进一步生成氧化二硫或过氧化硫，产生氧自由基，其次，Ap还可以与NO反应，生成过氧亚硝基，使自由基水平增加，学习认知功能减低。(2) 过氧亚硝基与Aβ受体结合，放大氧化应激水平。Joy等〔10〕证明，Aβ可作为配体结合高度糖基化终产物受体(RAGE)，介导细胞内的活性氧生成。活性氧通过钙离子通道，引起细胞膜去极化，损伤细胞膜蛋白的功能，同时钙离子内流可引起细胞内钙超载〔11〕；(3)Aβ还可通过介导氧化应激反应降低Na+K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶的活性，对能量代谢造成干扰〔12〕。

3 Tau蛋白与氧化应激反应

微管蛋白的主要功能是促进神经末梢内递质的传递，为神经元提供营养，为神经元生存之所必须。Tau蛋白能与微管蛋白结合，并促进其稳定形成，因此Tau蛋白的异常可导致神经元的损伤。在AD患者的脑组织中，Tau蛋白被异常修饰，导致Tau蛋白磷酸化过度、糖基化、泛素化，引起神经纤维缠结，其Tau蛋白引起神经纤维缠结的数量与AD患者临床表现的严重程度呈正相关。磷酸酶的脱磷酸作用和蛋白激酶的磷酸化作用相互制约，其平衡程度决定Tau蛋白的磷酸化程度。氧化应激反应可激活糖元合成激酶(GSK)-3，而GSK-3是Tau蛋白激酶的异构体。因而氧化应激亦促进了Tau蛋白的磷酸化，从而引起神经功能缺损〔13〕。

尸检证实在AD患者中，Tau蛋白聚集的部位氧化应激产物增多〔14〕。体外实验证明，神经元被氧化后，发生聚集反应成丝状，经免疫组织化学法和免疫荧光法测定，AD患者脑组织中高级糖基化终产物增多，其主要促进氧自由基生成，集中在Tau蛋白沉积部位内〔11〕。研究表明，将这种终产物转染到肿瘤细胞中，可进一步产生氧自由基〔10〕。Takashima等〔15〕发现，Tau蛋白聚集引起的神经细胞缠结由硝基化的蛋白质组成，为氧化修饰的异常状态，与神经细胞损伤有关，其干扰蛋白质的三级结构，使其丧失功能，导致正常细胞骨架变为异常纤维缠结。Polidori〔16〕研究发现，脂质过氧化损伤的羧基引起在AD患者脑组织中NFT，而钙离子超载和自由基的产生可以加速此过程。Aβ的沉积，伴随强烈氧化应激反应及钙浓度的升高，均在NFT的形成中起到了关键的作用〔17〕。

4 氧化应激与细胞凋亡

AD患者的另一典型特征是神经细胞缺失，而神经细胞丢失又可进一步引起神经细胞凋亡，研究显示，细胞凋亡学说与其他学说之间相互影响，且为其他学说导致神经元损伤的最后通路〔13〕。细胞凋亡是多种因素及基因复杂相互作用的结果，机制暂不完全明确。但神经细胞作为一种不可再生细胞，想办法减少细胞凋亡，是治疗AD的关键措施。Good等〔18〕检测了10例AD患者脑组织中抗氧化酶活性和过氧化物的含量，结果显示患者颞叶中大量神经元丢失，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性明显低于正常人，而脂质过氧化程度明显增高。此结果表明，AD病人脑组织自由基生成增多，损伤严重，神经元功能缺失，脂质过氧化物可以增加细胞膜表面的膜流动性，引起神经细胞退行性病变。同时改变膜表面葡萄糖转运体，是葡萄糖转运能力下降，引起神经细胞功能丧失〔19,20〕。研究表明，Bcl-2蛋白作为细胞凋亡抑制因子，在线粒体和内质网中广泛存在，其作用可以清除自由基，降低ROS及脂质过氧化物水平，抑制凋亡〔21〕。以上证据提示神经元凋亡与氧化应激密切相关。

5 展 望

氧化应激反应通过直接氧化细胞膜、蛋白质和核酸造成细胞损伤，诱导细胞凋亡，并激发强烈的神经炎症反应，从而促进AD的发生与发展。目前大量低分子化合物和中药单一成分已经被证明具有显著的抗氧化能力，并在基础研究和亚临床研究中起到抗AD病理生理进程的作用。因此对AD病程中氧化应激反应调控机制的深入研究，发展针对氧化应激的靶向药物，将为AD的临床治疗提供更有效、更广泛的手段。

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刘乃杰(1972-)，男，主治医师，主要从事神经病理研究。

方 威(1972-)，女，主管护师，主要从事神经病理研究。

R74

A

1005-9202(2017)20-5205-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.20.112

〔2017-01-25修回〕

(编辑 袁左鸣)