针灸干预阿尔茨海默病代谢组学的研究进展❋

张海洋，殷之光，杨秋红，刘文博，赵舒羽，徐广顺，马金丹,△

(1.长春中医药大学，长春 130117；2.上海中医药大学，上海 201203；3.上海市嘉定区安亭医院，上海 201805)

阿尔茨海默病(alzheimer’s disease，AD)是现阶段世界范围内尚无确切治疗方案的一种神经退行性疾病[1]。本病在发展为AD前多不易被发现，或以轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment，MCI)被临床所发现，因早期缺乏特异性诊断方法，导致其生存率较低[2]。β淀粉样蛋白(β-amyloid protein，Aβ)沉积及磷酸化Tau蛋白累积，形成细胞外斑块及细胞内神经纤维缠结为本病的主要病理改变。除年龄、基因携带[3-5]等先天因素外，糖尿病、肥胖、饮食等与代谢相关的后天高风险因素对本病也有一定的影响[6]。代谢组学作为基因组、蛋白组学的延伸和终端，为AD及MCI的临床前期生物标志物的鉴定提供了一种新的方向[7]。研究认为，无论哪种信号通路及蛋白的研究，均会伴随着代谢改变[8-10]。针灸疗法在慢性病、疑难病的治疗及预防保健中有显著优势。研究[11]表明，早期电针干预可降低SAMP8小鼠海马磷酸化Tau蛋白水平，上调AD大鼠血清中Aβ内化酶的含量[12]，促进AD患者体内Aβ的清除[13]，保护神经细胞，改善学习记忆能力[14]。本文主要对AD及MCI患者体内氨基酸类、脂质及能量三大类物质代谢的改变，及中医针灸疗法对其的干预进行整理归纳，以期为临床治疗及进一步研究上游蛋白及信号通路提供参考。

1 AD脑内能量代谢异常及针灸改善葡萄糖代谢的机制

1.1 脑内葡萄糖代谢异常对认知功能的损伤

AD脑内能量物质不足或相关酶缺乏等引起代谢率降低是脑内能量代谢异常的主要原因。在AD患者认知功能减退及影像学改变之前，大脑皮层葡萄糖代谢已经出现异常[15]，提示脑中葡萄糖摄取减少早于神经元萎缩[16]。研究发现，三羧酸循环、糖异生、乙醛酸和二羧酸盐代谢所需要的主要化合物丙酮酸和草酰乙酸，参与谷氨酸能突触、钙信号通路、GnRH信号通路等相关信号通路的完成[17]，且丙酮酸和丙酮酸-草酰乙酸可通过促进脑-血谷氨酸外排来保护神经系统代谢[18]。若AD患者体内葡萄糖代谢出现异常，丙酮酸等代谢发生改变，则其参与的相关信号通路及对神经系统的代谢也会相应的出现异常，最终导致AD的发生。且脑葡萄糖代谢率的下降程度与患者认知能力损害程度呈正相关[19]。

1.2 脑内淀粉样变对能量代谢的反馈效应

AD的淀粉样蛋白病理学改变对脑内能量代谢异常有反馈效应。对APP/PS1转基因小鼠脑葡萄糖代谢的研究发现，与野生型(WT)小鼠相比，APP/PS1小鼠的脑葡萄糖明显累积，其三羧酸媒介(琥珀酸)以及神经递质(谷氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸和天冬氨酸)、乳酸盐C3等浓度均有所降低，提示淀粉样蛋白病理学改变可能导致葡萄糖利用率降低，进而导致能量和神经递质代谢以及大脑中的乳酸-丙氨酸交换减少[20]。应用PET对AD模型大鼠葡萄糖代谢进行观察，结果AD大鼠呈现顶叶葡萄糖代谢降低的特征征象，可用于协助AD的早期诊断[21]。除脑内代谢物质改变外，对尿液的研究也发现，APP/PS1早期AD小鼠尿液的标本中，其糖代谢、甲胺代谢等代谢途径有一定差异，提示糖代谢、甲胺代谢也可能参与AD早期的发病机制[22]。

1.3 针灸通过干预线粒体能量代谢改善相关症状

针灸可通过多种机制干预脑内能量代谢，提高葡萄糖代谢水平。研究表明，针灸可抑制海马神经元线粒体中A-β结合乙醇脱氢酶的过度表达[23]，提高细胞色素C氧化酶活性，抑制海马线粒体亲环蛋白D表达，阻滞线粒体通透性转换孔的形成[24]，减少线粒体损伤[25]，改善线粒体能量代谢障碍，改善学习记忆能力。对AD小鼠大脑皮层葡萄糖代谢水平影响的研究发现，以电针为干预方法，其 Mitcro-PET影像结果中，电针可以升高AD模型组小鼠大脑相关皮层18F-FDG摄取率，提示其可以提高AD小鼠大脑葡萄糖代谢水平，改善AD小鼠学习记忆能力[26]。另有研究证实，艾灸可以通过以上多种途径调整APP/PS1模型AD小鼠的脑部能量代谢[27]。

2 脂质代谢对AD的影响及针灸对脂质氧化应激的调节

2.1 脂质及其过氧化机制对神经系统生物功能的影响

脂质具有构成细胞膜结构、储存能量、神经元突触的生长和成熟、神经的成长和修复、参与机体信号传导等多种生物功能，对人体认知功能有重要影响[28]。研究发现，AD发生过程中，类脂质代谢、甘油磷脂和α-亚麻酸等代谢发生了显著改变，而类脂质代谢物的变化，被甘油、丙二醇和脂肪酸化合物水平所影响[29]。这些脂肪酸引起脂质过氧化，促进氧化应激反应中有害产物的生成，导致神经损伤，促进AD的发展。对AD患者血浆代谢物的研究发现，溶血磷脂酰胆碱、二氢(神经)赖氨醇和4-羟双氢(神经)赖氨醇等神经鞘脂类物质均有不同改变，而这些物质参与卵磷脂的代谢与神经鞘脂的生物合成与代谢[30]。

2.2 胆固醇代谢异常对Aβ堆积及Tau蛋白水平的调节

既往研究表明，胆固醇代谢参与AD的病理过程，胆固醇通过长链脂肪酸与过剩的胆固醇通过胆固醇酰基转移酶(cholesterol A acyltransferase，ACAT)的催化，产生胆固醇酯(cholesterol ester,CE)。而体内及体外研究表明，胆固醇酯可促进Aβ的产生，加速AD的病理过程[31]。胆固醇酯为Tau蛋白早期发育的上游调节因子[32]，可通过ACAT1基因缺失来抑制胆固醇酯化，阻止Tau蛋白基因缺失小鼠早期的Tau病理性改变[33]。通过不同药物降低胆固醇酯，可以降低FAD、SAD和NDC受试者神经元中多个磷酸化表位的pTau水平，且能调节淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)进程，进而影响AD的病理过程[34]。

胆汁酸(bile acids,BAs)是胆固醇代谢和清除的产物，在肝脏中产生并被肠道细菌进一步代谢。AD患者血清中主要BA(胆酸[CA]的浓度明显降低，而次要BA、脱氧胆酸及其甘氨酸和牛磺酸结合物的浓度升高，提示胆汁酸中某些成分的浓度变化与认知功能减退密切相关[35]。研究发现，载脂蛋白E (apolipoprotein E,ApoE)是调节血脂水平的关键物质，可调节脂质转运及脑中胆固醇稳态，其基因型ε4与老年痴呆有一定的相关性[36]。

2.3 针灸可通过干预脂质代谢调节脑内Aβ水平

临床研究表明，针灸可调节AD患者细胞因子水平和血脂代谢[37]。电针可通过调节Aβ转运受体LRP1、海马ApoE及Aβ水平，降低皮层Aβ1-42含量，改善APP/PS1双转基因小鼠学习记忆能力[38-39]。另有研究表明，艾灸可以调节体内脂质氧化应激的特异性标志物水平，降低机体的氧化代谢产物，提高MCI 患者的认知水平[40]。

3 AD的氨基酸代谢机制及针灸对氨基酸代谢紊乱的纠正

3.1 氨基酸代谢通过参与神经递质合成及代谢影响认知功能

氨基酸作为蛋白质的基本组成单位，可合成体内主要的神经递质，在机体的学习记忆、神经传导和受体功能等方面发挥着重要作用，其中丝氨酸与甘氨酸主要参与乙酰胆碱的代谢，色氨酸参与5-HT的代谢。研究表明，机体处于病理状态下，可导致氨基酸代谢异常改变，AD/AMCI患者体内氨基酸代谢出现明显紊乱，对中枢神经系统产生潜在影响，使得脑部相关区域神经元损伤，造成认知功能损害和记忆力下降[41]。

3.2 AD体内存在氨基酸代谢的异常

在AD诊断与治疗中有重要作用的色氨酸片段减少，也对本病的发病机制有一定的揭示作用[42]。对认知能力下降患者给予精氨酸提取物干预后，老年受试者记忆识别能力提高，证明在认知功能损伤过程中，精氨酸也起到一定的作用[43]。此外，精氨酸、脯氨酸、谷胱甘肽、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸代谢、泛酸盐和辅酶A生物合成，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成，柠檬酸循环、甘油磷脂代谢等，与AD关系密切[44]。亮氨酸重复激酶2基因突变被认为是帕金森病及AD的主要遗传因素[45]。研究发现，AD患者3种代谢产物甲基鸟苷、组氨酸-苯丙氨酸、胆碱-胞苷代谢与正常人不同，这3种主要代谢产物与苯丙氨酸和组胺的生物合成途径有关[46]。对AD大鼠尿液代谢组学的研究表明，与健康对照组大鼠相比，AD大鼠海马组织γ-氨基丁酸、乙酰胆碱、甘氨酸、去甲肾上腺素、5 -羟色胺、氨基乙磺酸和多巴胺浓度降低，谷氨酸和天冬氨酸浓度增加。从代谢谱的生物学意义分析，AD的发病机制主要与肠道菌群失调、能量代谢异常、氧化应激损伤和神经元保护物质的缺失等相关[47]。

3.3 针灸通过纠正氨基酸代谢紊乱状态改善认知功能

AD模型小鼠体内存在氨基酸代谢通路的紊乱，而艾灸可以通过调节碳水化合物和部分氨基酸代谢途径，纠正其紊乱状态，最终改善认知功能[48]。实验研究结果表明，艾灸干预后，丙氨酸、色氨酸、氨基丙酸、精氨酸和脯氨酸、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、泛酸盐和辅酶A的生物合成等代谢，在AD模型小鼠与正常小鼠的尿液标本中存在差异。艾灸对AD模型小鼠尿液代谢物的影响主要涉及淀粉和蔗糖代谢、戊糖和葡萄糖醛酸酯互变，色氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、脯氨酸、甘氨酸、二羧酸根阴离子等代谢途径。此外，针刺干预AD模型大鼠的实验结果表明，针刺可调节AD大鼠谷氨酸代谢[49]。

4 结语

除以上三大类代谢外，还有核苷酸代谢等相关代谢途径，在疾病的发生发展过程中也起着重要作用。除此之外，能量代谢、脂质代谢、氨基酸代谢间也存在着相互转化，如氨基酸除可形成蛋白质外，还可通过脱氨酸作用生成有机酸类，参与三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TAC)成为能量来源，TAC是线粒体产生能量的重要环节，是糖类、脂质类及蛋白质在体内相互转化分解代谢的共同途径。本文通过AD能量、脂质、氨基酸代谢，及针灸改善脑内葡萄糖代谢、调节脂质氧化应激、纠正氨基酸代谢紊乱等方面进行分析，以期为进一步研究本病发病机制的上游蛋白及信号通路提供一定的参考，也对针灸治疗提供一定的理论基础。