阿尔茨海默病性别差异及其机制研究

刘金颖，孙林琳，钱园园综述，段淑荣审校

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是发生于老年和老年前期、以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的慢性中枢神经系统退行性疾病。临床上表现为记忆障碍、失语、失用、失认、视空间能力损害、抽象思维和计算力损害、人格和行为改变等[1]。流行病学研究发现，阿尔茨海默病的发病有明显的性别差异，而且男性和女性在临床表现方面也存在明显的性别差异，本文主要对近年来关于AD性别差异及其相关机制进行概述，并初步探索长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)在AD发病及其性别差异中的作用。

1 AD发病机制

AD是老年期最常见的痴呆类型，约占老年期痴呆的50%～70%，其大体病理表现为脑组织体积缩小和重量减轻，特别是颞叶海马的萎缩，组织学病理表现为β-淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)在神经细胞外沉积形成的神经炎性斑(neuritic plaques，NP)和过度磷酸化tau蛋白在神经细胞内聚集形成的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFT)，神经原缺失和胶质细胞增生[1]。Aβ可通过多种途径发挥其毒性作用，从而引起突触和神经元变性，其中重要的一点是Aβ具有线粒体毒性作用，由Aβ引起的线粒体功能障碍可能是由一氧化氮(NO)的产生增加而介导的，NO的增加降低线粒体呼吸链复合物(主要是复合物IV)的活性，降低细胞内ATP水平，最终引发细胞死亡，加速神经元的消亡，不仅Aβ，tau蛋白也可导致这种代谢损伤和氧化应激，tau蛋白和Aβ可协同加剧AD早期的线粒体病理性恶化，引起神经细胞死亡[2]。Aβ的聚集、沉积,Tau蛋白磷酸化过程的中间产物及微管解聚所致的神经毒性,都是导致阿尔茨海默病进展的重要环节[3]。Aβ源自β-分泌酶和γ-分泌酶对淀粉样β-前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)的顺序切割，APP广泛存在于人体组织细胞中,并作为一种膜受体在脑内大量表达[4]。APP在体内通过α途径和β途径裂解，在β途径中APP被β-和γ-分泌酶酶切产生Aβ肽，以大约37至43个氨基酸的长度在细胞外释放,其中Aβ-40是最丰富的,与Aβ-42的浓度比约为10∶1，β-分泌酶介导了该途径中最初的限速步骤，其中膜结合天冬氨酰蛋白酶(β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1)已被确定为其中主要的限速酶[5,6]。

2 AD性别差异的流行病学

2014年，有研究者对中国65岁以上的6096名城市人口及4180名农村人口进行调查统计，研究发现：城市男性AD患病率为1.27%，女性AD患病率为3.54%；而在农村，男性AD患病率为1.95%，女性AD患病率为6.30%，女性患者所占比例达3/4[7]。在国外，Niu H等人2016年进行的Meta分析结果显示：欧洲AD的患病率估计为5.05%，其中男性AD患病率为3.31%，女性AD患病率为7.13%[8]。Meta分析结果显示，与同龄男性相比，女性从轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment，MCI)进展到AD的风险为男性的1.33倍,随着年龄增长到80岁左右，女性的患病风险会显著高于男性[9]。

3 AD临床表现的性别差异

正常男性和女性具有不同的认知优势，在国外的一项研究中，在言语学习和记忆测试中，女性表现优于男性，而在视觉建构和视觉感知方面，男性表现优于女性[10]。AD患者的认知损害同样存在性别差异，在AD相同时期，女性的认知能力比男性差，男人在语言和语义能力、视觉空间能力和情节记忆等认知领域的表现明显优于女人[11]。除认知功能外，AD患者的精神行为异常同样也存在明显性别差异，有研究应用自恋人格(narcissistic personality inventory，NPI)量表评估AD患者精神行为症状，结果显示女性AD患者更容易出现脱抑制表现，而男性患者更容易出现易激惹症状，而且这种性别差异在中重度AD患者中表现更加突出[12]。

4 AD病理学的性别差异

病理检测表明，女性AD患者脑中的Aβ含量、tau蛋白磷酸化水平、神经炎症、神经元和突触的损失、神经纤维退化和脑实质萎缩等病理变化比男性严重[13]，AD神经影像学计划(AD neuroimaging initiative，ADNI)应用磁共振成像 (magnetic resonance imaging，MRI)研究，发现女性脑萎缩的速度是男性的1～1.5倍[14]。最近的一项研究显示随着脑脊液Aβ-42水平下降或tau蛋白水平增高，女性海马萎缩及认知功能较男性下降更快；同时发现Aβ-42及总tau水平与海马萎缩、记忆力纵向下降和执行功能下降存在明显性别差异，具有指示病理变化较差的Aβ-42和总tau的女性较男性表现出更快的海马萎缩和认知能力下降[15]。

5 AD性别差异机制

AD在流行病学、临床表现及病理学等方面都存在性别差异，目前的报道认为导致上述差异的原因主要有以下几个方面。

5.1 脑容量差异 脑容量储备认为脑容量较大的患者可以承受更多的病理损伤，在老年人总体认知能力方面,脑容量大可能构成一种可能的形态学优势[16]，男性和女性大脑解剖最显著的差异在于男性的头部尺寸和脑容量较大[17]；因此女性相对来说更容易出现认知障碍。有研究发现，从MCI到AD发展过程中，女性脑容量的下降速度比男性快[18]，这也是女性AD患者发病率高、症状重的因素之一。

5.2 受教育程度不同 认知储备理论认为认知储备评分相对高的个体,在临床认知功能下降出现之前,能耐受更多的病理改变，通常认知储备的估算使用替代变量，受教育程度便是其中一项，有研究发现教育水平高的人认知储备高，比教育水平低的人患痴呆的风险小[16]。在新中国成立以前，女性不能与男性享有平等的受教育权，绝大部分都处于文盲状态。新中国成立后，中国妇女才获得了平等的受教育权力[19]。在国外，从总体上看,20世纪50年代至70年代,英国高等教育机会获得的性别均等化程度很低,女生的入学机会一直不到男生的一半;20世纪90年代中期以后,高等教育机会获得的性别比例开始逐渐发生逆转，在中国，2010年以前男生获得的高等教育入学机会多于女生[20,21]，总体上来说65岁以上老人的受教育程度男性要高于女性，这也表明AD的发生与受教育程度有一定的关系。

5.3 生活习惯差异 男性和女性在生活习惯上也有一定的差异，一般来说，男性在整个生命周期中运动量要大于女性，国内相关Meta分析结果表明有氧运动可以有效改善AD患者的认知功能，提高AD患者日常生活能力，减少精神行为症状[22]。另外也有文献表明,有氧运动训练可以使海马体积变大,从而使记忆障碍得到改善[23]。另外男性的吸烟量要多于女性，中国疾病预防控制中心发布的《2015中国成人烟草调查报告》显示，中国成人吸烟率为27.7%，其中男性占52.1%，略多于女性。有研究表明烟草中的烟气可能加剧转基因小鼠和大鼠阿尔茨海默病的病理表现，包括Aβ沉积、tau蛋白过度磷酸化、神经炎症和神经元缺失等[24～26]，但目前吸烟与AD的关系尚不明确。

5.4 寿命长短差异 据统计，全球范围内，女性平均寿命74.2岁，男性平均寿命69.8岁[27]，女性的平均寿命要长于男性，而AD主要在65岁以后发病，因此女性AD患病人数较男性要多。

5.5 遗传学差异 AD可分为家族性AD和散发性AD，其中家族性AD呈常染色体显性遗传，家族性AD相关基因主要有：APP基因、早老素1(presenilin 1，PS1)、早老素2(presenilin 2，PS2)等,而散发性AD最为相关的基因主要为载脂蛋白E(ApoE)，ApoE是胆固醇的主要载体，可介导脂质运输和脑部损伤修复，参与体内高密度脂蛋白的转运和内吞，在中枢神经系统中，ApoE主要由星形胶质细胞和少量小胶质细胞产生，其主要功能为促进胆固醇和磷脂在细胞之间的转运，APOE基因多态性是阿尔茨海默病(AD)患病风险增加的主要遗传因素，APOE主要有3种亚型(ε2、ε3和ε4)，其中ε4以剂量依赖性方式增加认知下降和AD的风险，全基因组关联研究证实，APOE的ε4等位基因是AD的最强遗传危险因素，许多研究表明APOE4蛋白与Aβ沉积和神经纤维缠结都有关系，影响Aβ的沉积，形成老年斑并引起脑淀粉样血管病(CAA)[28，29]。Genin等[30]提出，载脂蛋白E(APOE)的的外显率也取决于性别，他们发现85岁以上的男性和女性纯合子APOE-ε4携带者的终生风险分别为51%和60%。杂合子APOE-ε3、ε4携带者的相应风险分别为23%和30%，而且携带APOEε4的AD患者呈现更大的内侧颞叶萎缩，特别是在海马区。

5.6 激素水平差异 男性与女性另一明显的生理学差异为激素水平的差异，其中雌激素发挥了主要的作用，雌激素是一种类固醇激素，主要由卵巢和胎盘产生，包括雌二醇(E2)、雌三醇、雌酮三类，大量研究表明雌激素对神经系统具有保护作用，如促进神经元修复、增加神经递质的合成、促进中枢神经突触的可塑性等。在大脑内，雌激素可调节葡萄糖的转运，有氧糖酵解和线粒体功能，从而在涉及认知功能的多个大脑区域(如内侧颞叶、扣带回和额叶皮质)中生成ATP，为脑组织提供能量[31]，在更年期过渡时期，雌激素水平下降，增加了女性AD发生的风险，有横断面研究表明，与绝经前的女性和男性相比，围绝经期和绝经后的女性表现出AD的病理学表现，其特征是脑淀粉样Aβ沉积、代谢减少和神经元体积减少。另外，与男性相比，绝经年龄妇女在顶叶和颞叶区域(包括颞叶内侧皮质)的灰质体积减少[32]。

6 LncRNA在AD发病机制中的作用

近年来，随着RNA测序技术和计算方法学的迅速发展 ，长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)逐渐被人们所认识，lncRNA是一类异质的RNA，具有超过200个核苷酸和有限的蛋白质编码能力,lncRNA在转录或转录后水平的基因调控中发挥关键作用，并参与许多生物学功能，包括增殖、凋亡、转移、基因组稳定性、代谢和治疗抗性等。目前的研究发现,一些lncRNA与AD有关，如：BACE1-AS、BDNF、BC200、17A等。

6.1 BACE1-AS β位淀粉样蛋白前体蛋白裂解酶1反义转录物(BACE1-AS)是从BACE1基因座相反链的11号染色体正链转录的保守RNA，BACE1-AS在mRNA和蛋白水平调节BACE1(β位点APP裂解酶-1)的表达。BACE1对于产生有毒的Aβ是必不可少的，细胞应激会增加BACE1-AS的水平，进而刺激BACE1的表达，这会增强APP处理和Aβ-42的产生。升高的Aβ-42水平可以进一步促进BACE1-AS的过表达[33]，TE LIU等人的研究表明抑制lncRNA BACE1-AS的表达可有效地抑制内源性Aβ的产生，因此，lncRNA BACE1-AS可能是成熟Aβ肽形成的重要因素。通过沉默lncRNA BACE1-AS的表达，削弱了BACE1切割APP的能力[34]。

6.2 BC200 BC200 RNA是小的LncRNA，位于神经元突触,可在翻译水平上调节基因表达,在维持突触可塑性中起着重要的作用，有助于局部Aβ的产生和随后的淀粉样蛋白沉积，一项验尸研究发现，在49～86岁之间，皮质区域的BC200 RNA水平降低了60%以上，与年龄匹配的正常大脑相比，AD大脑中的BC200 RNA明显上调，此外，与AD相关的大脑区域中的相对BC200 RNA水平与疾病进展同时增加[33]。

6.3 BDNF脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)对维持神经系统功能具有重要作用,在AD患者中BDNF表达下调,并且其反义链的转录本lncR NA BDNF-AS的表达与BDNF负相关,抑制BDNF-AS的表达可以提高脑内BDNF的表达水平[35,36]。

6.4 17A lncRNA 17A可调控G蛋白偶联受体51(GRP51)可变性剪切体的产生,抑制GAGA B2受体的转录,从而影响GABA信号通路。Massone等[37]的研究发现,在AD患者的脑组织内lncRNA 17A的表达上调,AD患者脑内的炎症反应可刺激lncRNA 17A的表达。同时细胞实验表明,lncRNA 17A的表达可促进Aβ分泌并提高Aβ-42、Aβ-40比率,从而加重AD病情的发展。

7 竞争内源RNA(ceRNA)假说

LncRNA经过两个加工阶段可产生miRNA，miRNA是基因表达的负调控因子，许多lncRNA的功能可能是通过隔离miRNA来调节基因表达，从而限制了它们在细胞中的浓度，从而减少了细胞中可用miRNA的集合。以这种方式，lncRNA充当miRNA功能的负调节剂，并延伸成为基因表达的正调节剂，这就是“竞争内源RNA(ceRNA)”假说[38]。有研究利用医学芯片大数据，下载了125例AD患者的17个皮质区域的表达谱(GSE84422)并对其进行差异表达基因分析，在17个区域中，仅仅4个基因(GRM2、ESRRB、KIF26B和ASPA)在超过3个区域存在着差异表达[39]。和AD相关的LncRNA可能通过ceRNA来调控上述4种基因的表达，来影响AD的发生与发展，如果能够找到这种关联，这也能够为以后AD的治疗提供新的靶点。

8 总结与展望

AD在流行病学、临床表现、病理变化等方面都存在明显的性别差异，AD的发生发展与多种因素有关，遗传易感因素、社会因素、心理因素等，以上我们已经总结了近年来关于AD性别差异性的相关机制以及lncRNA与AD发生发展的关系，但是基于全基因组的AD的性别差异的分子机制的研究以及关于lncRNA与AD性别差异的具体关系还未见相关报道，所以研究关于AD的性别差异的分子学机制及lncRNA在AD的发生发展中的作用都有待进一步研究与探索。