同型半胱氨酸与阿尔茨海默病、轻度认知功能障碍的相关性研究进展

张冰玮 李玺 权乾坤

AD 是老年痴呆的一种常见类型，多发生于老年期和老年前期，调查显示65 岁以上的老年人群中约5%患有AD［1］。AD是一种中枢神经系统退行性疾病，起病隐秘，病程呈慢性进行性发展，病人多表现为记忆和认知功能障碍、人格和行为改变等，其主要的病理学特征改变为形成老年斑、神经元丧失、淀粉样血管病变、神经原纤维缠结等，其中老年斑和神经元纤维缠结主要发生在海马、前脑基底段大脑皮层。轻度认知功能障碍（MCI）是正常老化和痴呆之间的一种认知缺损状态，表现为可治疗的认知功能、精神行为和社会生活功能障碍，其向AD 的转化率明显高于正常人群。AD 通常被认为是不可逆转的，且其严重影响老年人的生活自理能力、社交及生活质量，给病人家庭及社会带来沉重负担。因此，探讨影响AD 发病的相关因素成为当前老年病学研究的重要课题。关于AD、MCI 发生机制的研究结论颇多，其发病机制复杂多样，可由多种因素共同作用导致。其中Hcy 是疾病发生发展过程中已经被证实的危险因素，Hcy 水平的增高与认知减退、脑白质损伤、脑萎缩、神经纤维缠结及痴呆均存在关联。现将血浆Hcy与AD、MCI的相关性研究进展作一综述。

1 Hcy简述

Hcy 是甲硫氨酸代谢的一种重要中间产物，是一种含硫氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中的蛋氨酸转变而来。血浆Hcy主要包括Hcy、同型胱氨酸、同型半胱氨酸-胱氨酸二硫化合物3种形式，他们大部分（约70%）以蛋白结合形式存在，其余小部分以游离形式存在，但不论是结合形式还是游离形式的Hcy 都统称为总同型半胱氨酸（tHcy）。血浆Hcy 的正常值为5～15 μmol/L，但地区差异大，男性一般高于女性［2］。也有研究者提出，大于60 岁老年人血浆Hcy 水平的正常参考值为5～20 μmol/L。

血浆tHcy＞15 μmol/L 即为高同型半胱氨酸血症（HHcy），其中血浆tHcy 浓度在15～30 μmol/L 为轻度HHcy，31～100 μmol/L 为中度HHcy，＞100 μmol/L 为重度HHcy［3］。Hcy 升高原因：（1）先天因素：Hcy 代谢关键酶［如甲硫氨酸合成酶、胱硫醚-β 合成酶（CBS）等］基因突变或存在影响其活性的因素；（2）营养因素：Hcy 代谢所需的维生素辅助因子如叶酸、维生素B12、维生素B6等缺乏，另外长期饮酒、吸烟、过量摄入无过滤的咖啡以及食用高甲硫氨酸的食物等；（3）疾病因素：DM、慢性肾功能不全、自身免疫性疾病、甲状腺功能减退、急性淋巴细胞白血病、某些肿瘤及恶性贫血等；（4）药物因素：叶酸拮抗剂（苯妥英钠、卡马西平、甲氨蝶呤等）、维生素B6拮抗剂（避孕药、茶碱等）、左旋多巴及抗癫痫药等；（5）其他：年龄、男性、绝经期等。

2 HHcy与AD、MCI的相关性

2.1 研究背景 20 世纪70 年代，哈佛大学病理学家Mcully 教授［4］首次提出Hcy 可以导致血管动脉粥样硬化的发病学说；第二年，他又通过动物模型证实HHcy可以导致类似的血管损伤［5］。McCaddon 等［6］研究了30 例≥65 岁临床诊断为AD 的病人，发现其血浆Hcy与Cambridge认知能力检查评分呈负相关，且AD 组的血浆Hcy 浓度明显高于健康对照组。Clarke 等［7］对164 例临床诊断为AD 的病人和108 例年龄相匹配的健康人进行了病例对照研究，同样发现AD 病人的血浆Hcy 浓度显著高于健康对照组，并认为血浆Hcy 浓度与疾病的进展有关。Seshadri等［8］发现，HHcy是AD一个重要的、独立的危险因素，而血清Hcy 的浓度在AD 发病之前就已经开始升高。美国弗朗汉医学研究中心的调查指出，血清Hcy＞14 μmol/L 时，AD 发生的风险加倍，而且其每升高5 μmol/L，AD 发生的风险就增加40%。Piazza 等［9］的研究显示，HHcy 病人罹患AD 的危险性是Hcy 正常者的3 倍以上。Den Heijer等［10］研究了1077 例60～90 岁受试者血浆Hcy 水平与其脑组织萎缩程度的关系，结果显示血浆Hcy 水平较高者，大脑皮层和左右两侧海马的萎缩程度也较高，此研究为Hcy 与AD 之间的关系提供了另一有力证据。Raiagopalan 等［11］对AD 神经影响的初步研究发现，Hcy水平升高者的额、顶、枕叶脑白质萎缩。Ravaglia 等［12］研究发现，当血清Hcy 水平逐渐升高时，受试对象的MMSE评分就会逐渐降低，由此可见，血清Hcy水平是认知功能障碍的一个危险因素。有研究发现，HHcy能预测MCI向AD 的转化以及AD 病人认知功能的进行性衰退［13］。国内外大量研究也表明，HHcy 是认知功能减退（特别是晚发型AD）的危险因素［14］。

2.2 HHcy引起AD、MCI的可能机制

2.2.1 氧化损伤：氧化损伤在AD 的发生发展中起着重要作用。细胞内氧化还原电位调节Hcy 在细胞内的代谢，Hcy 通过氧化破坏细胞内氧化还原电位从而损伤细胞。一方面，Hcy 通过降低谷胱甘肽过氧化酶和超氧化物歧化酶活性，减少血管内皮细胞过氧化氢的分泌，使一氧化氮（NO）更易被氧化失活，进而降低内皮细胞抗氧化能力，破坏血管内皮细胞结构并致其功能障碍；Hcy还可减少组织中各类维生素的含量，从而降低组织的抗氧化能力。另一方面，Hcy 通过加速LDL-C 氧化，增加泡沫细胞，使血管内壁增厚，促进动脉硬化形成［15］。

2.2.2 神经毒性：Hcy 可激活N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）受体，产生细胞毒性从而引起MCI；同时Hcy可活化Ⅰ型亲代谢性谷氨酸盐受体，间接促进Ca2+内流，引起继发性神经毒性。Hcy 还能提高神经元对兴奋性毒物的敏感性［16］，通过促进凋亡和兴奋性毒物介导的细胞外毒性作用损伤神经元。此外，Hcy 通过抑制细胞Na-K-ATP 酶活性［17］，导致能量代谢障碍从而损伤神经细胞；Hcy可以转化为同型胱氨酸，对神经元产生毒性作用；Hcy 在酶的作用下还能够转化成同型半胱氨酸硫代内脂，通过修饰细胞内的巯基分子而改变其结构和功能［18］，但在中枢神经系统中被Hcy 修饰的分子和功能蛋白还需要进一步研究。

2.2.3 低甲基化：S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为体内最主要的甲基供体，叶酸或维生素B12缺乏均可导致甲基化转移障碍。SAM 合成减少可以抑制甲基化反应，进而影响乙酰胆碱、髓鞘磷脂和膜磷脂的代谢，对神经细胞产生毒性作用［19］。同时，甲基供体的缺乏还可影响神经细胞获取嘌呤和胸腺嘧啶核苷，修补被氧化破坏的DNA 并触发其凋亡。S-腺苷高半胱氨酸（SAH）是一种强效甲基转移酶抑制剂，HHcy 可抑制SAH 的分解使其水平升高，从而减慢脑组织中甲基化过程，对神经递质、磷脂、髓鞘、DNA 和蛋白质等物质形成产生影响，使神经元对损害和凋亡更为敏感。Hcy和B族维生素共同参与AD病人早老素1（PS-1）启动子去甲基化的调控［20］。

2.2.4 β 淀粉样蛋白（Aβ）神经毒性：Aβ 沉积可形成老年斑，参与AD 的发生发展。研究表明，AD 病人血Aβ水平随Hcy浓度的升高而升高［21］。Miwa等［22］研究发现，Hcy 能诱导Aβ 前体蛋白裂解酶的基因表达，从而加重其神经毒性。Hcy 通过促进Aβ 在脑内的沉积以及增加神经细胞对Aβ 的敏感性，从而加速AD 的发展。Aβ 与Hcy 共同作用会引起神经元不可逆性损伤，甚至细胞死亡［23］；Aβ 还能损害神经元的正常功能和突触传递，促进认知功能的减退［24］。血清高Hcy 水平增加了Aβ 在海马和大脑皮质的沉积，导致海马神经元死亡。

2.2.5 tau蛋白过度磷酸化：tau蛋白的磷酸化是由蛋白激酶和磷解酶调节的，蛋白激酶类活性增强以及磷解酶活性降低均可导致tau 蛋白的过度磷酸化。Aβ能够增加蛋白激酶类的活性，使tau 蛋白磷酸化从而引发MCI。AD 病人的磷解酶水平及其活性降低可能与HHcy 的低甲基化作用有关。血清Hcy 浓度过高时会抑制体内甲基化转移酶的活性，使甲基化作用产生的蛋白磷酸酶2A（PP2A）异质三联体形成减少，促进tau 蛋白高度磷酸化，导致神经元轴突出现退行性改变［25］。

2.2.6 脂代谢基因异常：大量的研究证实，Hcy 相关代谢酶基因多态性与AD 的发生有着密切的相关性。载脂蛋白E（ApoE）通过LDL 受体及其相关蛋白参与脂质代谢和胆固醇平衡调节，同时参与神经系统的正常生长及损伤后修复。Aβ 浓度升高时，ApoE 可以促进Aβ 沉积。此外有研究发现，ApoE 可调节神经细胞内Ca2+水平，通过蛋白激酶的级联放大作用来调节蛋白的磷酸化。人类亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）通过碱基突变生成一个Hinfl 限制性内切酶识别序列，造成编码的氨基酸改变，导致酶活性降低，从而发生代谢障碍。人蛋氨酸合成酶基因（MS）活性丧失可导致Hcy再甲基化变成甲硫氨酸过程障碍。CBS活性降低导致甲硫氨酸代谢障碍，CBS 基因错义突变和缺失突变是其主要原因。

2.2.7 基因表达调控：高浓度Hcy 通过对基因表达的影响，诱发一系列的细胞应答及信号通路。Khayati等［26］的研究表明，Hcy 可能通过激活雷帕霉素复合物1（mTORC1）抑制细胞内自噬，并造成Aβ和tau等异常蛋白的积累。亦有研究报道PS-1、PS-2在介导自噬过程中也具有重要意义［27］。Sai 等［28］的研究表明，内质网应激蛋白（HERP）和PS-l、PS-2 相互作用，使过度表达HERP 的细胞生成更多的Aβ。此外有研究显示，Hcy 通过影响相关基因促进早发性AD 的发生，造成AD 的发病年龄提早化［29］。近年来研究认为，端粒长度缩短与AD 风险的增加密切相关，不过Hcy 对神经细胞端粒长度的影响鲜有报道［30］。

3 小结及展望

随着我国社会老龄化加剧，AD 发病率也越来越高。目前关于AD、MCI 的发病因素机制尚不明确，现阶段临床治疗主要是以抗乙酰胆碱脂酶抑制剂为主，无法从根本上延缓或改善疾病进展，因此，对AD 及MCI 可能高危因素的筛查及干预至关重要。本研究综述近年来最新研究文献显示，HHcy 主要通过氧化损伤、神经毒性、低甲基化、Aβ 神经毒性、tau 蛋白磷酸化等途径，以及脂代谢基因异常、基因表达调控等机制，在AD 及MCI 发生发展过程中的多个环节发挥重要的作用。Hcy 诱导AD、MCI风险增加的分子及基因水平的研究近几年来逐渐增多，需要更为深入的动物模型等相关研究来探讨。通过Hcy 与其发病机制的进一步深入揭示，可以为AD、MCI 等神经退行性疾病的预防和治疗提供新的策略和方向。