儿童注意缺陷多动障碍的分子机制研究进展*

赵秉宏，关明杰

(包头医学院公共卫生学院，内蒙古 包头 014060)

儿童注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder ADHD)也就是我们常说的多动症，是一种以多动、注意力不集中、工作记忆缺陷和冲动性为特征的神经认知障碍。根据美国精神疾病诊断与统计手册第四版(DSM -IV)，将注意缺陷多动障碍分为混合型(ADHD-C)，注意缺陷型(ADHD-I)及多动冲动型(ADHD-HI)三个亚型。据统计，全球儿童ADHD发病率平均为6 %[1]，我国ADHD儿童的总患病率为5.5 %[2]，男性的发病率高于女性。注意缺陷多动障碍的发病时间多在6～11岁，其症状影响儿童的生活和学习，在学校违反纪律，易冲动，无法融入集体生活，课堂上注意不集中，学习成绩低下，持续整个儿童时期，甚至有50 %至80 %的人其症状可持续到青春期，在大约40 %的人中，症状可持续到成年[3]，成年后的反社会人格，破坏、攻击性行为使其无法融入社会，不能建立家庭，药物滥用[4]、交通事故频繁发生等。因此ADHD已经成为国际关注的公共卫生问题。

注意缺陷多动障碍的临床表现包括学习和认知障碍，记忆力减退，多动、冲动行为以及情绪易怒等，目前该病的发病机制尚不明确，大量研究表明ADHD是多因素综合作用的结果，没有一个理论假说能够完全将ADHD的发病阐述清楚，包括分子遗传、神经生理、神经生化、免疫学多方面的影响。分子遗传机制一直是该病研究的重点，分子生物学在动物实验研究中也逐步占据一定的地位，本文将从分子遗传学及分子生物学方面对ADHD涉及到的可能机制进行综述，为后续实验研究提供理论基础。

1 注意缺陷多动障碍的分子遗传学

大量研究表明遗传因素在ADHD病因方面起主要作用，其遗传度可达到70 % - 80 %[5]，Livingstone等[6]研究发现，ADHD患儿组家族成员发生该病的危险是正常组儿童家族成员的2～8倍。通过全基因组扫描和优势对数评分已确认出ADHD的众多候选基因，多巴胺能系统假说是目前ADHD广泛认可的发病机理之一，研究较多的有多巴胺受体基因(DRD2、DRD4)、多巴胺转运体基因(DAT1)[7]、多巴胺羟化酶基因等。DRD4是第一个被发现与ADHD人格特征有关的基因[8]，表达部位主要是大脑前额叶皮质、扣带回、海马等，尤其是扣带回，这个部位与注意力功能有关；人口分析和家庭分析的方法中，单标记和多标记分析初步确定DRD1对合并型儿童多动症的贡献，验证了DRD1与儿童多动症之间的关联，支持DRD1参与儿童ADHD[9]；DAT1是既定的ADHD候选基因， Pineau G认为DAT1 VNTR多态性可以调节与多动症相关的脑神经活动[10]。DRD5的148bp等位基因被许多研究报道与ADHD有相关性，该位点与对立违抗障碍有关。DAT1通过调节突触间隙的多巴胺浓度，从而控制多动行为，有动物实验结果显示被敲除了DAT1的小鼠与正常小鼠相比较，突触间隙的多巴胺浓度高于正常小鼠，且活动度增加，表现出多动行为[11]。五羟色胺能系统假说是ADHD遗传机制中的另一重要假说，研究多集中在5-HT1B、5-HT2C、5-HTT基因上，目前研究较多的是5-HTT，有研究表明杏仁核5-HTT基因网络与ADHD相关的行为密切相关[12]，说明5-HTT基因与执行功能有关，在5-HTT基因的启动子区域存在缺失或插入可造成5-HT的含量下调，进而引起ADHD样症状。去甲肾上腺素能系统的受体基因有ADRA2A、ADRA2C和ADRA1C等。ADRA2A启动子区域有单核苷酸多态性位点(SNP)，其中G等位基因与对立反抗和精神障碍有关，C等位基因则与恐慌、强迫症、成瘾以及情感和分裂样症状相关[13]。乙酰胆碱能系统基因也被认为与ADHD相关，脑内的胆碱能神经元自Meynert基底核发出的神经纤维投射至大脑皮层，该通路与学习、记忆功能密切相关[14]。其受体基因型有CHRNA4和CHRNA7，研究发现CHRNA 4多态性与ADHD症状之间存在关联[15]，参与注意力，记忆力和知觉[16]；CHRNA7基因多态性可导致脑内默认网络功能连接下降,其异常程度与认知功能相关，CHRNA7 GG基因对认知障碍患者静息状态下的脑内默认网络选择性有损害，参与认知障碍的病理过程[17]。

2 注意缺陷多动障碍的分子生物学

从生物化学的角度看，学习记忆过程伴随脑内物质代谢的改变，ADHD相关的神经递质、信号通路、神经营养因子等是目前ADHD分子生物学研究的重点，多巴胺、五羟色胺、去甲肾上腺素是与ADHD密切相关的神经递质，其在脑内的含量变化是ADHD的发病机制之一，相关通路涉及的上游分子含量的上调或者下调会影响下游分子，最终导致一系列蛋白表达的变化，影响生理活动。

2.1多巴胺 国内外研究表明多巴胺( DA) 是导致ADHD发生的重要因素。多巴胺是中枢神经系统中非常重要的儿茶酚胺类神经递质，与调节情感、协调运动和认知功能有关。许多神经障碍性疾病的发生都涉及多巴胺的调节障碍，如帕金森病，精神分裂症，Tourette综合征等。多巴胺主要分布于大脑的纹状体、海马、杏仁核、下丘脑、大脑皮层、中脑、延髓等，有研究者发现在ADHD患者的前额叶、大脑皮质、纹状体中多巴胺的含量较正常人减少。

2.1.1多巴胺的合成代谢 DA的合成是由酪氨酸在酪氨酸羟化酶(TH)的催化作用下生成多巴，再由多巴经多巴胺脱羧酶(DDC)催化而后生成多巴胺，储存于囊泡中备用。当接受到外界的信号后，DA会以胞吐的形式释放到突触间隙，突触间隙的DA一部分与多巴胺受体(dopamine receptor , DR)结合后被释放到胞外，一部分被多巴胺转运体(dopamine transporter, DAT)转运回到突触末端再被重新利用[18]，还有部分则通过单胺氧化酶(MAO)和儿茶酚-氧位-甲基转移酶(COMT)途经降解，即代谢过程。

ADHD患者的发病与多巴胺(DA)含量密切相关，多巴胺过剩或缺乏均可对大脑造成损伤，进而损伤认知功能，而DAT对于多巴胺的重新摄取是多巴胺维持平衡状态的关键步骤。有研究发现D2R-DAT的破坏提高了细胞外多巴胺水平，而细胞内DA含量继而减少，从而引起ADHD相关临床表现[19]。神经兴奋类药物—哌醋甲酯治疗ADHD的原理就是与多巴胺转运体结合，减少对DA的重摄取，下调多巴胺的含量，从而达到缓解ADHD的效果。从DA合成代谢过程提示多巴胺合成酶和代谢酶的活力对多巴胺的调控也可起到至关重要的作用，其代谢产物DOPAC和HVA也是作为间接反映脑内神经递质水平及大脑功能的指标[20]。

2.1.2多巴胺经典通路 AC/cAMP/PKA通路是ADHD研究的经典通路，该通路的信号传递过程是：突触间隙的多巴胺与突触后膜的受体结合后引起细胞内的反应，这种反应取决于多巴胺的受体类型，多巴胺受体(DR)属于G蛋白偶联受体，包括D1样受体和D2样受体两种亚型。D1样受体可与Gs蛋白偶联，激活腺苷酸环化酶(AC)的活性，使第二信使环磷酸腺苷(cAMP)的含量上调，进而激活蛋白激酶A(PKA)，D2样受体则可与Gi蛋白偶联抑制AC活性，下调cAMP，从而抑制PKA。由此可看出多巴胺的受体类型对AC的活性至关重要[21]。有研究表明D2R可以抑制AC/cAMP/PKA通路后又反馈的降低DA合成速度，导致DA缺陷状态形成[22]。

2.2五羟色胺 五羟色胺又名血清素，简称5-HT，5-羟色胺是神经系统多种功能的调节因子，主要从神经细胞体、轴突和树突中释放[23]，与情绪和认知功能有关[24]。5-HT的合成代谢异常可诱发抑郁、焦虑、冷漠和易怒等临床表现。

2.2.1五羟色胺的合成代谢 5-HT不能通过血脑屏障[25]，脑内的5-HT由脑内神经元合成。5-HT的前体合成物质是色氨酸，色氨酸在色氨酸羟化酶的催化作用下生成5羟色氨酸，而后5羟色氨酸在5羟色胺酸脱羧酶的催化作用下生成5-HT。脑内5-HT的含量可影响色氨酸羟化酶的活性，反馈性的调节5-HT的含量，而血清中的色氨酸含量升高又可导致进入脑的色氨酸含量增多，从而促进5-HT的合成。5-HT含量过剩会导致情绪异常和认知障碍，有研究表明5-HT再摄取抑制剂可对情绪和认知障碍起到保护作用[26]。5-HT的代谢是由单胺氧化酶(MAO)介导，最终以5-羟色醛和5-羟吲哚乙酸的形式随尿液排出。

5-HT受体中5-HT1B受体可诱发多动、冲动、攻击行为，直接或间接调控多巴能神经传递[27]，5-HT2A受体可以调节DA的含量，且5-HT2A受体的活性也与冲动、攻击行为存在相关性。动物实验研究表明，5-HT4受体激活有望成为治疗抑郁症和认知障碍的新靶点。5-HT4受体激动剂在许多抑郁症动物模型中产生快速的抗抑郁作用，在学习和记忆任务中产生亲认知效应[28]。

2.2.2五羟色胺介导AC/cAMP/PKA通路 5-HT可通过AC/cAMP/PKA通路影响机体的生理活动。I类5-HT受体与Gi蛋白偶联可以抑制AC使cAMP含量下调，PKA的活性降低，IV类受体与Gs蛋白偶联可激活AC，并上调cAMP，进而影响PKA调节下游相关基因以及蛋白的表达。

2.2.3五羟色胺影响Akt/GSK-3β/β-catenin通路 5-HT也可作为一种营养因子激活G蛋白偶联受体，激活PI3K/Akt，GSK3β是Akt的下游作用靶点，Akt下调GSK3β的活性，可上调β-catenin的表达。GSK3β具有多种生理功能，可以诱导凋亡，抑制促存活转录因子，激活凋亡相关蛋白[29]。

2.3去甲肾上腺素 中枢神经系统内的去甲肾上腺素(NE)与DA和5-HT一样同属于单胺类神经递质，主要来源于蓝斑核团并投射至几乎整个大脑皮层, 脑内去甲肾上腺素神经元可调节注意力、学习记忆、意识、情绪、睡眠-觉醒等[30-31]。

2.3.1去甲肾上腺素的合成代谢 去甲肾上腺素的调节受其作为神经递质的特点所影响，与ADHD发病有关[32]，脑内去甲肾上腺素的合成是多巴胺在多巴胺β羟化酶(DβH)的催化作用下产生的，DβH既是DA代谢的关键酶又是NE合成的限速酶，DβH的活性可影响认知功能[33]。

2.3.2去甲肾上腺素影响PKA NE通过α1、α2和β受体发挥作用。一般认为，脑中α2受体激活与维持正常的认知功能有关，α1受体过度激活反而会使认知功能异常。α1受体可与Gi蛋白结合下调cAMP，影响PKA，PKA磷酸化受到抑制，对NE的释放起到抑制作用，使脑组织的NE含量维持平衡。而α2受体可导致神经元兴奋效应，使机体处于一种应激状态，表现为认知障碍。

2.4其它神经递质及通路 乙酰胆碱是首先被发现的中枢神经递质，属于兴奋性神经递质，脑神经元可以释放乙酰胆碱。乙酰胆碱作为神经递质，主要分布在大脑皮层、海马、纹状体、伏隔核、隔核等。

乙酰胆碱由乙酰辅酶A及胆碱在胆碱乙酰转移酶的作用下生成，有研究发现大脑皮层中乙酰胆碱转移酶的活性和乙酰胆碱含量显著降低，是记忆障碍的重要机制之一[34]。乙酰胆碱的释放通过其受体发挥作用。受体亚型分为M受体(M-AChR)和N受体(N-AChR)。M-AChR属于G蛋白偶联受体，分为5个亚型，M1-M5，其中M1、M3、M5受体可与G蛋白偶联介导磷脂酰肌醇信号通路激活磷脂酶C(PLC)，使PIP2水解生成IP3和DG，他们作为第二信使传递信号。M2和M4受体通过G蛋白抑制腺苷酸环化酶的活性，从而降低胞内cAMP，或作用于离子通道，引起生物学效应。当乙酰胆碱与受体结合过程存在异常，导致其信号传递受到影响时，会引起记忆力减退等ADHD相关症状。

谷氨酸是中枢神经系统中最常见的一种兴奋性神经递质，对中枢神经元表现为兴奋作用。谷氨酸在脑内的代谢途径是通过谷氨酰胺合成酶催化生成谷氨酰胺释放到突触间隙，而后被神经元重摄取，为谷氨酸的再合成做储备。谷氨酸通过其受体发挥作用，其中NMDA受体参与许多生理功能，如长时程增强、神经递质传递等。有研究表明谷氨酸受体被激活可改善学习记忆缺陷[35]。

ADHD的发病与学习记忆有关，突触可塑性是学习记忆的重要机制，长时程增强(LTP)是突触可塑性的一方面，NMDA受体参与LTP过程的机制是Ca2+通过NMDA-r相关通道进入介导的。Ca2+进入NMDA-r离子通道后，IP3使胞内Ca2+升高，Ca2+与CaM结合形成复合物，作为信号激活AC/cAMP信号通路，此通路与学习记忆相关。同时Ca2+也可以激活PKC，进而影响生理活动。Ca2+、PKC是维持LTP所必需的，有必要对上述相关受体、信号分子及蛋白激酶进一步研究。

2.5脑源性神经营养因子及相关通路

2.5.1BDNF的合成代谢 在已知的神经营养因子中，脑源性神经营养因子(BDNF)是哺乳动物中枢神经系统(CNS)中含量最丰富、分布最广的一种[36]。BDNF的神经环路包括前纹状体-小脑神经环路和腹侧纹状体-边缘环路，这两条神经环路在ADHD的发病过程中起着至关重要的作用[37]。有研究表明BDNF在中脑多巴胺能神经元的存活和分化中起着关键作用[38]。中脑BDNF活性下降可能导致中脑多巴胺能功能障碍，从而导致ADHD[39]。

BDNF主要在中枢神经系统表达，分布集中在海马和大脑皮层。其合成是内质网中的BDNF前体在纤维蛋白溶酶原活化物、丝氨酸蛋白纤溶酶、金属蛋白酶的作用下裂解为成熟的BDNF。而未裂解的BDNF前体可以被星形胶质细胞重新摄取以备循环利用。其释放包括两种方式即自释放和刺激反应释放，其释放异常是ADHD的可能机制，有研究结果表明ADHD患儿组与健康对照组相比，血清BDNF水平显著降低[40]。

2.5.2TrkB介导的信号通路 BDNF/TrkB刺激的细胞内信号对神经元的存活、形态发生和可塑性至关重要。有三条由TrkB受体介导的信号转导途径，包括磷脂酶Cγ(PLCγ)，丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节蛋白激酶 (MAPK/ERK)，和磷酸肌醇3激酶(PI3K)。PLCγ可导致钙和钙非依赖性激酶II(CaMKII)的释放，进而激活cAMP磷酸化过程，最终在cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的丝氨酸位点激活。MAPK/ERK通路与神经元存活有关，有研究表明MAPK/ERK通路被抑制后可导致神经细胞凋亡显著增加[41]。Trkb/PI3K通路对神经元起到保护作用，Konstantinos Botsakis 等人发现BNN-20可通过TrkB-PI3K-Akt-NF-κB信号通路发挥其有益作用[42]。

3 总结

随着ADHD在儿童中的发病升高，且儿童是人体各项功能迅速发育的阶段，不仅对个人健康成长至关重要，对家庭及社会也会产生极大的影响，因而对ADHD的研究越来越重视，但是ADHD的发病机制复杂，被认为是多因素综合作用的结果，这其中涉及众多基因以及大脑相关信号传递，因而进一步研究与ADHD发病相关的因子，从多角度进行研究，有助于阐明尚未明确的发病机制，将是注意缺陷多动障碍研究领域新的突破，从而为预防该病提供有效措施，为儿少卫生保健做出贡献。