磷酸二酯酶4抑制剂对阿尔茨海默病、抑郁症及二者共病的潜在治疗作用及其机制研究进展

丛怡帆，宋双双，侯雪芹，张汉霆，2

〔1.山东第一医科大学（山东省医学科学院）药学院，山东 泰安 271016；2.青岛大学药学院，山东 青岛 266073〕

磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDE）作为水解细胞内第二信使环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）和环磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）的超级酶家族，在新陈代谢、记忆与情感、神经递质传递、免疫反应和突触发生等生理过程中起着重要调节作用。根据其对底物的专一性，PDE可分为11个家族（PDE1～PDE11）；PDE4，7和8特异性水解cAMP，而PDE5，6和9特异性水解cGMP，其余的PDE家族能够同时水解cGMP和cAMP。每个PDE家族均在不同的细胞、组织中不同程度地表达，参与不同的生物功能调节，从而针对不同的疾病进行治疗。

PDE4是结构、功能最为复杂的一类PDE家族成员，作为阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）、抑郁症、特应性皮炎或慢性阻塞性肺病等疾病的潜在治疗靶点已被研究40余年。目前，已有3种PDE4抑制剂获批上市，即罗氟司特（roflumilast，Daxas）、克立鹏罗（crisaborole，Eucrisa）和阿普米司特（阿普斯特，apremilast，Otezla）分别用于治疗慢性阻塞性肺疾病、特应性皮炎和银屑病关节炎，表明PDE4作为药物靶标的重要研究价值和临床应用前景。然而，到目前为止，还无PDE4抑制剂被批准用于治疗神经精神疾病，有关PDE4在中枢神经系统方面的功能还需要更加深入研究。

AD是一种神经系统退行性疾病，主要表现为渐进性记忆力减退和认知功能障碍。此外，AD与抑郁症密切相关。50%AD患者伴有抑郁症；抑郁症病史也是AD发病的危险因素［1］。AD合并抑郁症，即AD抑郁共病，因其发病机制尚不明确，缺乏有效的药物作用靶标，目前临床上尚缺乏有效治疗药物。PDE4抑制剂增强记忆和认知、神经保护、神经再生及调节情绪的有效性已在体内外研究中得到广泛证实［2-4］，但作用机制和PDE4介导的下游靶点尚不清楚。除此之外，PDE4抑制剂引发的恶心、呕吐等不良反应对此类药物的研发造成了挑战，因此有必要了解单个PDE4亚型在不同疾病中所扮演的不同角色［5］，有针对性地开发PDE4亚型选择性抑制剂。

本文将概述PDE4对AD、抑郁症以及二者共病的独特调节功能以及可能参与的细胞内信号转导机制，讨论PDE4抑制剂可能存在的局限性和解决方案，旨在为研发治疗这些疾病的药物提供新的策略和视角。

1 PDE4及其亚型在脑内的分布和主要功能特点

PDE4是最大的PDE家族成员，具有低米氏常数（Km）及对cGMP或Ca2+/钙调蛋白不敏感的特点。神经细胞内70%～80%cAMP均由PDE4水解［6］。PDE4水平升高可过度水解cAMP；反之，PDE4活性下调会因减少cAMP水解而使cAMP累积。PDE4由 4个基因（PDE4A，PDE4B，PDE4C和PDE4D）编码，分别表达为对应的4个亚型。在PDE4蛋白结构的N端经过对不同部位的剪接后共形成25种剪接变异体，包括6种PDE4A，5种PDE4B，3种PDE4C，11种PDE4D。其中PDE4C主要分布在外周组织，其他3种亚型在中枢神经系统有丰富的表达，但在不同区域存在显著表达差异，提示每种PDE4亚型及剪接变异体都可能具有各自独特的功能。研究表明，PDE4A和PDE4D主要参与情绪与记忆功能的调节［7-9］，而PDE4B更可能参与多巴胺相关和应激相关的过程［10］。

PDE4A在嗅球、皮质深层、杏仁核、下丘脑、海马、梨状皮质和小脑中存在较高的表达［11］。双相情感障碍患者PDE4A表达减少［12］，自闭症患者脑中PDE4A的表达在不同脑区发生不同的变化［13］。在PDE4A基因敲除小鼠模型上也显示，PDE4A可能在情绪记忆和焦虑样行为的调节中发挥重要作用［8］。此外，短暂的睡眠剥夺通过增加PDE4A5的表达影响海马功能，进而引起认知障碍［14］。与此一致的是，PDE4A5在海马兴奋性神经元中的过度表达可损害突触可塑性和海马依赖的长期记忆［15］。β淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）是AD的典型病理特征之一，而抑制PDE4A有望减轻Aβ1-42诱导的AD神经毒性［16］。

PDE4B主要表达于杏仁核、丘脑、下丘脑、白质束、纹状体和海马［17］。PDE4B因与神经炎症关系密切而引起了广泛关注［18］。小鼠经脂多糖刺激后，白细胞中肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）和PDE4B的表达明显增加，而在PDE4B缺乏的小鼠中并未观察到TNF-α的改变［19］。PDE4B还可能参与焦虑和抑郁的调节。PDE4B基因敲除小鼠血浆皮质酮水平升高，表现出类似焦虑症的行为［10］。精神分裂症和双相情感障碍患者尸检显示，其脑组织中PDE4B表达下降［20］。此外，PDE4B缺乏可减少C57BL/6NJ小鼠和C57BL/6J小鼠的酒精摄入量［21］；小鼠摄入酒精可增加脑内PDE4B表达，但对PDE4A和PDE4D的表达则无明显影响［22］，提示PDE4B可能参与酒精成瘾调节。特异性抑制PDE4B可能对酗酒者产生有益的效果。然而PDE4B可能并不参与认知功能的调节［23］。

PDE4D在大脑所有区域中广泛表达，在海马、皮质、丘脑、脑干和小脑表达丰富［11］。大量研究证实，抑制PDE4D具有改善认知和调节情绪的作用。例如，PDE4D抑制剂BPN14770［24-25］、PDE4D基因敲除或敲减［26-27］都可产生明显的增强记忆作用；PDE4D基因敲除或敲减也可产生抗抑郁样行为［9，28］，但PDE4D抑制剂D159687和GREB-7b均未显示抗抑郁或缓解焦虑的效果［29-30］，这可能是由于基因敲除动物的代偿机制对行为表型产生了间接影响，而选择性抑制剂只会引起PDE4D被短暂抑制。然而不幸的是，PDE4D是4个亚型中在脑内延髓呕吐中枢表达水平最高的亚型［31］，PDE4D基因敲除小鼠表现出呕吐样行为［32］。这种不良反应的产生阻碍了PDE4D抑制剂的发展与应用。

2 PDE4及其亚型对AD的调节

慢性进行性认知能力下降是AD的标志性症状。随着人口老龄化日益严重，AD患病人数和发病率正逐年增长，预计到2050年全球患病人数将达到1.315亿［33］。然而到目前为止，尚无有效的AD治疗方法。AD对患者本人及其家庭的生活质量产生巨大的负面影响。AD的两大神经病理学特征分别为微管相关蛋白（microtubule-associated protein tau，Tau）异常磷酸化引起的神经纤维缠结和Aβ沉积引起的老年斑。现阶段临床上使用的药物主要是乙酰胆碱酯酶抑制剂和非竞争性N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受体拮抗剂，然而在病程适当阶段给予这些药物治疗只能在一定程度上缓解患者的痴呆症状，改善患者的生活质量，并不能治愈AD或阻止其病程的发展［33］。PDE4通过特异性水解cAMP而调整细胞cAMP信号水平，后者对于将信息整合至长期记忆十分重要，尤其是后期巩固阶段。研究表明，PDE4功能异常通常会导致大脑某些区域cAMP信号失调，异常的cAMP信号与AD及其他神经退行性疾病的认知缺陷密切相关［34］。

PDE在认知中的作用首次在20世纪70年代研究缺乏学习能力的PDE4D基因缺失的果蝇中发现［35］。目前，已经有许多PDE抑制剂在非临床研究中表现出显著的改善认知的作用，这些PDE包括PDE1［36-37］，PDE2［38-39］，PDE3［40］，PDE4［41］，PDE5［42］，PDE7［43-44］，PDE9［45-46］和 PDE10［47］，它们都不同程度地参与认知功能的调节，在记忆的不同阶段发挥不同作用。现已有＞15种PDE抑制剂进行了临床试验，其中PDE4抑制剂的作用尤为明显和广泛［48］，表明PDE4是最具潜力的靶点。咯利普兰（rolipram）是经典的PDE4抑制剂，能透过血脑屏障，显著改善动物的学习记忆能力。近期研究表明，在物体位置记忆的巩固窗口期间注射2次咯利普兰，可改善老年雄性小鼠的空间记忆缺陷［49］。在 Aβ25-35［50］和 Aβ1-42［51］诱导的啮齿类动物 AD 模型中，咯利普兰同样也显示出明显的增强学习记忆的效果。临床研究发现，健康老年人［52］和健康年轻人［2］在口服罗氟司特后语言记忆能力均得到提高。这些发现为PDE4抑制剂治疗AD提供了实验依据。

虽然PDE4抑制剂可能不会直接影响Aβ沉积，但可通过减少Tau蛋白的异常累积促进记忆恢复。选择性PDE4D抑制剂GEBR-7b和GEBR-32a可改善β淀粉样前体蛋白/早老素1（β-amyloid precursor protein/presenilin 1，APP/PS1）模型小鼠的认知能力，但在降低海马Aβ沉积方面无显著效果［34］。PDE4抑制剂屈他韦林（drotaverine）可剂量依赖性地逆转AD模型小鼠大脑中Aβ和Tau的高表达［53］。AD小鼠早期使用咯利普兰也可促进蛋白酶体的激活，使Tau积累减少［54］。此外，最近的一项报告显示，AD患者颞叶脑组织中PDE4D1，PDE4D3和PDE4D5的过表达与神经纤维缠结的严重程度密切相关［55］。在AD发病机制研究中，虽然大量研究支持Aβ位于Tau上游的假说，并认为Aβ可能触发或促进磷酸化Tau的累积［56］，但也有证据表明，磷酸化的Tau可通过反馈作用增强Aβ的毒性［57］。因此，PDE4抑制剂是否通过降低tau聚集水平预防或减缓AD的神经退行性变化也将是一个有趣的研究方向。

近年来，随着基因敲除小鼠模型和基因沉默技术（如RNAi和CRSPR-Cas9）的发展，研究者发现在PDE4的4种亚型中，PDE4D或许是介导记忆和认知最主要的亚型。本课题组前期研究表明，慢病毒微RNA诱导的PDE4D基因敲减，特别是PDE4D的长型变异体PDE4D4和PDE4D5，在海马相关的记忆和神经发生中发挥着重要作用［7］。同样的方法还表明，PDE4D基因敲减可逆转Aβ1-42诱导的认知损伤［26］。另一项研究进一步验证了这一结论，即敲减小鼠双侧前额皮质中的长型PDE4D可显著提高认知能力，并且在用咯利普兰抑制其他PDE4亚型后，这一效应并未进一步提高［58］。这表明长型PDE4D可能在认知方面起主导作用，其机制可能与抗氧化、抗凋亡和神经保护作用有关［27］。为了特异性地研究 PDE4D5，Bolger等［59］培育了 PDE4D5-D556A转基因小鼠模型。有意思的是，这种小鼠在Morris水迷宫实验中表现出明显的海马依赖性空间学习能力缺陷。出现这种矛盾结果的原因尚不清楚，可能与PDE4D5表达被抑制后，记忆调节脑区的其他PDE4D变异体代偿性上调有关，需进一步研究解释。确定PDE4剪接变异体对AD的潜在调节作用，可能为相关记忆丧失提供一种有前景的治疗策略。

3 PDE4及其亚型对抑郁症的调节

抑郁症是一种慢性精神疾病，发病率呈逐年上升趋势，其特征是持续性的情绪低落、悲观厌世、睡眠障碍，对日常活动失去兴趣，且抑郁症患者大多具有严重的自杀倾向。目前，抑郁症的发病机制尚不清楚，主要的假说包括单胺假说、受体假说、神经营养假说、炎症反应假说和神经内分泌假说等。抑郁症的治疗临床上最常用的药物有选择性5-羟色胺再摄取抑制剂、去甲肾上腺素再摄取抑制剂、单胺受体拮抗剂和单胺氧化酶抑制剂。而这些药物存在很多局限性，如有效率不高，且起效时间较晚，大部分药物需要数周甚至更长时间才能产生疗效。最近，美国FDA批准的Auvelity成为首个用于治疗抑郁症的速效口服NMDA受体拮抗剂，其主要成分是右美沙芬和安非他酮。但目前仍有必要研发其他新型抗抑郁药物。大量证据表明，cAMP信号通路在抑郁情绪调节中起重要作用［60］。PDE4抑制剂可通过提高细胞cAMP水平缓解神经炎症，改善与抑郁症相关的神经突触可塑性，并提高神经元的存活［61］。

在未服用和长期服用抗抑郁药物的抑郁症患者大脑中均发现PDE4活性发生了变化，这表明PDE4是治疗抑郁症的一个重要潜在靶点［60，62］。经典PDE4抑制剂咯利普兰不仅在非临床实验中表现出显著的抗抑郁作用，还曾在早期的临床试验中被用于治疗重度抑郁症（major depressive disorder，MDD）［63］，但因其严重的恶心、呕吐等胃肠道不良反应，不得不终止临床试验。与之相比，治疗剂量罗氟司特几乎不出现呕吐等不良反应，引起了人们的特别关注。慢性不可预知的温和应激（chronic unpredictable mild stress，CUMS）是一种常用的抑郁动物模型，可在一定程度上模拟人类抑郁症的临床表现。雄性C57小鼠经过16周的应激后，在旷场、强迫游泳和新奇抑制摄食实验中均表现出抑郁样行为；应用罗氟司特后，这些行为均得到明显改善［4］。随着人们对PDE4生物学功能认识的逐步提高，越来越多的有效PDE4抑制剂得到开发。例如，近年报道的 FCPR03［64］和 FCPE07［65］等新型选择性PDE4抑制剂，在表现出良好的抗抑郁作用的基础上，几乎无致呕吐的不良反应。这为PDE4抑制剂未来用于抑郁症的治疗带来了曙光。

炎症反应假说认为，机体通过释放炎症细胞因子从而引起神经内分泌和免疫系统功能紊乱，最终导致抑郁症发生［66］。小胶质细胞作为大脑中有免疫活性的一类细胞，具有监测神经元活动的功能，其过度活化与脑内慢性炎症的产生和神经元的死亡密切相关。最近研究表明，罗氟司特可有效改善CUMS诱导的雄性C57小鼠抑郁样行为，其机制主要是通过抑制小胶质细胞活化和恢复其形态，表现为小胶质细胞的总突起长度、面积、体积、分支点数目、终点数和总Sholl交叉点减少［4］。PDE4抑制剂FCPR16不仅可使CUMS小鼠皮质与海马中促炎细胞因子〔TNF-α、白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6〕表达减少，抗炎细胞因子IL-10表达增加，还诱导小胶质细胞M1标志物mRNA水平持续下调，而M2标志物mRNA表达水平上调［67］。有趣的是，大多数PDE4抑制剂都是抗炎药，由此可推测，PDE4抑制剂的抗抑郁效应与其抗炎作用密不可分。

在PDE4的4种亚型中，PDE4A和PDE4D可能与抑郁症关系最为密切，而有关PDE4B参与抑郁调节的报道相对较少。首先，CUMS会引起小鼠海马PDE4D表达上调，损害海马神经发生［68］。其次，PDE4D基因敲除小鼠在多种行为实验中表现出抗抑郁样作用［8］。再次，敲除前额皮质中的长型PDE4D可缓解慢性应激诱导的皮质酮升高和抑郁样行为，而这些效应并不能被咯利普兰增强［69］。最后，白藜芦醇作为一种天然多酚，以浓度和时间依赖的方式缓解皮质酮诱导的小鼠海马神经元HT-22细胞的损伤，白藜芦醇衍生物RES003还有效改善慢性应激诱导的小鼠抑郁样行为，这些作用均与抑制PDE4D有关［70-71］。这些结果为PDE4D参与抗抑郁治疗提供了有力的证据。另外，由于PDE4A在大脑中的分布模式与PDE4D相似，因此PDE4A可能也参与了抗抑郁作用的调节［72］。最新的遗传学证据表明，女性抑郁症的高患病率可能与PDE4A基因变异有关［73］。反式白藜芦醇可能通过下调海马PDE4A的表达而改善应激诱导的抑郁症［74］，缺乏PDE4A还可以保护小鼠免受遗传或高脂饮食诱导的抑郁样行为［75］。尽管有研究表明抗抑郁药物或电惊厥治疗可引起PDE4A剪接变异体在大鼠的不同脑区差异性上调，但这可能是由于代偿机制引起的，即通过上调PDE4A以增强cAMP水解，从而使第二信使恢复至正常水平，同时也可以解释抗抑郁药物起效较慢的原因［76-77］。当然，未来还需要更多的研究阐明PDE4A与抑郁症之间的关系。

4 PDE4对AD和抑郁症共病的调节及机制

AD患者常常伴随着多种精神异常［78］，其中高达50%患者在疾病发展过程的某个阶段患有抑郁症；有抑郁症病史的人在晚年也更有可能出现认知衰退［79］，2种疾病之间存在着实质性的基因重叠［80］和显著的遗传相关性［81］。抑郁症可能是AD发病前的一个危险因素，或神经退行性改变的早期征兆，亦可能作为伴随症状同时出现。AD和抑郁共病不仅加速患者认知功能衰退，使护理难度显著增加，也使死亡率大大增加。重叠的大脑区域、病理学特征和细胞信号通路是认知衰退和情绪障碍共病的基础，将AD与抑郁症联系起来的生物学机制包括下丘脑-垂体-肾上腺轴失调、糖皮质激素水平异常、脑血管因素、淀粉样蛋白斑块沉积、海马萎缩、慢性炎症、神经生长因子缺乏和兴奋性氨基酸分泌过多［82］。到目前为止，对其病因尚未达成共识，诊断方法也存在争议［83］。因此，了解认知衰退及其伴随的情感特征发展的共同神经生物学通路，对于开发AD抑郁症共病的潜在治疗方法至关重要。

3xTg-AD小鼠是通过在PS1M146V基因敲入小鼠体中显微注射包含APPSWE和TauP30lL的共基因序列而建立的AD动物模型，能够很好的模拟AD的两大神经病理学和行为学特征［84］，是近年来出现的较为理想的AD动物模型。9月龄3xTg-AD小鼠与同月龄C57BL/6对照小鼠相比，在旷场实验中央区域活动时间百分比、高架十字迷宫实验开放臂停留时间百分比和糖水偏好实验糖水偏好率均明显降低，表现出焦虑样和抑郁样行为［85］。此外，尸检报告显示，与一生中从未患过抑郁症的AD患者相比，有MDD病史的AD患者海马区显示出更多的神经炎性斑块和神经纤维缠结，并伴随着认知功能的加速衰退［86］。轻度认知障碍（mild cognitive impair-ment，MCI）是一种处于正常衰老和痴呆之间的临床状态，被认为是AD的早期阶段［87］。临床研究发现，MCI患者的抑郁症患病率较高［88］，且在MCI到AD的转变过程中，抑郁症起到加速器的作用［89］。MCI患者中淡漠、抑郁的发病率为56%，而痴呆患者中淡漠、抑郁的发病率高达70%［90］。深刻理解MCI，MDD和AD之间的关系，对于预防疾病发生和延缓疾病进程具有重大意义。

尽管微RNA诱导的PDE4基因敲减或敲除和PDE4抑制剂产生的效应大致相同，但仍有一些问题尚未解决。目前，PDE4抑制剂罗氟司特已被证明可有效逆转10月龄APP/PS1小鼠的认知缺陷和抑郁样行为，并且减轻神经细胞损伤和凋亡，这些作用与PDE4B和PDE4D的抑制有关［91］。虽然PDE4D基因敲减大鼠仅表现出抗抑郁样行为，而空间学习或记忆并无改善［28］，但RNA干扰介导的前额叶皮质PDE4D基因敲减小鼠却同时表现出抗抑郁样和认知增强的双重作用［58，69］，推测这种行为表现不一致的原因可能与物种有关，不同动物模型对于研究PDE4在AD和抑郁症共病中的作用发挥着不容小觑的价值。PDE4D抑制剂GEBR-7b可明显改善CUS诱导的大鼠抑郁样行为［92］，改善APP/PS1小鼠的空间记忆功能［30］。但另一项研究却表明，在体内外实验中，PDE4D与pS214-Tau水平均呈负相关，GEBR-7b可引起工作记忆受损［93］。这可能是由于空间记忆能力主要受海马的调控［94］，而皮质主要负责调节工作记忆导致的。

4.1 PDE4对AD和抑郁症共病的主要信号通路的调节

4.1.1 cAMP-蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）

研究表明，PDE4抑制剂增强cAMP信号转导，激活PKA，继而促进cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）磷酸化，调节下游的各种蛋白因子表达水平，参与AD和抑郁症的病理生理变化，是治疗多种神经精神疾病的重要潜在靶点［95］。正电子发射断层扫描成像发现MDD患者cAMP信号级联活性下调，而经抗抑郁治疗后，cAMP信号级联活性增强甚至可能恢复到正常水平［60］。同时，cAMP/PKA/CREB通路还参与长时程增强，可有效提高记忆能力［96］。CREB一直以来都被认为是学习记忆［97］和情绪调节［62］所需的关健。非临床和临床研究均表明，CREB信号失调在AD和抑郁共病中起着重要作用。降低cAMP水平导致磷酸化CREB水平降低，从而使突触可塑性降低和记忆减退［48］，并产生抑郁样行为［71］。

磷酸化CREB的下游靶点十分广泛，包括炎症细胞因子、神经营养因子和细胞凋亡调节因子等，其中脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的作用尤为广泛和重要。BDNF是大脑功能和结构的关键调节因子，在维持和修复神经元功能中起着重要作用，BDNF的减少被认为是与年龄相关的突触密度和认知功能下降的重要因素［98］。在某些情况下，BDNF水平甚至与AD的严重程度相关［99］。BDNF可以调节Aβ在大脑中的聚积，防止Aβ表达过度所导致的细胞死亡，有助于修复Aβ引起的一系列损伤［97］。虽然尸检发现，AD患者血清或大脑中BDNF增加，但这可能是代偿机制引起的，或者是由于药物治疗所致［100］。

此外，越来越多的临床研究提示，BDNF水平与抑郁症也密切相关。首先，抑郁自杀患者脑内BDNF水平明显低于正常水平［101］。其次，使用药物进行抗抑郁治疗能够逆转CUMS诱导的小鼠海马BDNF水平降低［102-103］，在海马或中脑直接注射BDNF或外周皮下注射BDNF均可产生抗抑郁样效果［104］。一项数量巨大的临床病理样本检测结果显示，与单纯痴呆症（无MDD）的老年患者相比，患有抑郁症和痴呆症的老年人死后脑中BDNF表达水平更低［105］。这些证据表明，BDNF在对抗AD和抑郁症方面起着纽带的作用。

4.1.2 cAMP-cAMP激活交换蛋白（exchange protein activated by cAMP，EPAC）

cAMP含量的增加除了激活PKA信号通路外，还可直接激活EPAC。EPAC信号通路自1998年被发现以来便得到广泛关注［106］，作为一种相对较新的cAMP效应分子，其主要功能是作为小G蛋白Rap1的特异性鸟嘌呤核苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF），将无活性的Rap1-GDP置换为有活性的Rap1-GTP而参与多种生理功能的调节，在增强记忆、神经生长、突触可塑性和调节情绪方面均有重要作用［107］。EPAC有2种亚型，即EPAC1和EPAC2，分别由RAPGEF3和RAPGEF42种不同的基因编码［108］。RAPGEF3在大多数组织中均有转录，因此，EPAC1分布十分广泛。而RAPGEF4转录产生的3种蛋白EPAC2A，EPAC2B和EPAC2C以严格的组织特异性模式表达，主要表达于大脑、肾上腺、胰腺和肝。目前还不清楚参与抗抑郁和改善认知功能的EPAC亚型。

睡眠剥夺小鼠在同时注射PDE4抑制剂咯利普兰和PKA抑制剂绿原酸（chlorogenic acid）后，与对照组相比，依然表现出记忆水平的提高和海马区磷酸化CREB表达增加，提示PDE4抑制剂通过PKA和EPAC双重机制发挥改善记忆的作用［109］。脑内注射EPAC激动剂增强环境依赖的恐惧条件反射记忆，海马CA1区的电生理实验也进一步支持了EPAC在认知中的作用［110］。McPhee等［111］报道，AD患者前额皮质和海马EPAC2表达显著减少，而EPAC1表达增加，后者可能为代偿性变化。这表明，在认知功能的调控方面，EPAC2可能是主要的亚型。

早期尸检研究发现，抑郁症自杀者前额皮质和海马中EPAC2蛋白水平与对照组相比显著升高，而EPAC1蛋白表达无差异［112］。与之相反，一项利用EPAC基因敲除小鼠进行的活体研究发现，EPAC2基因敲除小鼠表现出广泛的情绪障碍，包括在旷场实验中表现出焦虑样行为以及在强迫游泳和蔗糖偏好测试中表现出绝望和冷漠行为，而EPAC1基因敲除小鼠无明显行为变化［113］。另有研究表明，EPAC2基因敲除小鼠出现社交障碍，但不会引起焦虑，也不改变空间参考记忆或空间工作记忆［114］。有趣的是，EPAC基因敲除模型还可能成为阐明男性和女性之间情绪调节差异的一种工具［115］。如何跨越实验动物模型和人类病理学之间的鸿沟［33］，深入了解EPAC的功能将为神经精神疾病的治疗提供有力帮助。

4.2 PDE4抑制剂对AD和抑郁症共病的潜在治疗作用及前景

2011年，Kobayashi等［116］提出了“抑郁-痴呆中间状态”的概念，认为处于这一状态的患者如果能够得到及时且有效的治疗，或许可以预防或延缓AD的进展。现阶段亟须解决的一个问题是能否通过干预AD的临床前阶段，即在认知障碍出现之前，通过抑制PDE4或其他抗抑郁手段起到预防认知功能减退或促进认知障碍症状延迟的目的。“一盎司的预防”是否值得“一磅的治疗”［117］？老年人的抑郁症作为一种可以治疗的疾病，适时的干预和治疗可使患者的生活质量得到极大程度的改善［78］。因此，可以做这样的假设：PDE4抑制剂的应用不仅可能降低抑郁症患者患AD的风险，还可能减缓MCI向AD的进展［118］，成为AD与抑郁症共病的一种有效治疗手段。

PDE4抑制剂在治疗中枢神经系统疾病方面具有显著优势的同时，也存在挑战和风险。首先，大脑中cAMP信号平衡极其微妙。PDE4亚家族种类数量繁多，分布于全身各处，参与一系列生理活动的调节，且各异构体的催化位点极其相似，使用非特异性抑制剂必定会影响到其他系统，导致许多非靶向效应，产生信号调节失调或其他不良影响。虽然cAMP的升高增强了海马介导的记忆，但增加杏仁核中的cAMP可能会促进类似焦虑的行为或倾向。前额皮质cAMP活性的升高也可能会损害工作记忆［5］。

其次，阐明PDE4亚型及其剪接变异体的定位和药理功能对于PDE4抑制剂的应用具有极其重要的意义。尽管PDE4抑制剂表现出广泛的治疗潜力，但其致呕吐的不良反应使其临床应用受到限制。这种不良反应是由多种复杂的因素造成的，推测主要原因可能与PDE4D在延髓化学感受区（极后区和孤束核）的高表达有关。另外，PDE4抑制剂引起的体温过低与不良反应之间也存在明显的相关性［119］。因此，有针对性地开发高效且低风险的PDE4亚型选择性抑制剂是未来研究重点之一。目前针对不良反应主要有2种解决方式：一种是开发PDE4D的负变构抑制剂如BPN14770，它不能完全抑制PDE4D；另一种是开发完整的PDE4抑制剂，但其与呕吐相关的PDE4D亚型亲和力较低［120］。

如何避免PDE4抑制剂的不良反应一直是PDE研究领域的一项难题。联合用药是非常有前景的一种方式，不仅能避免单独用药引起的剂量限制和不良反应，同时还可起到提高认知和增强神经保护的作用［120］。例如，亚有效剂量的PDE5抑制剂伐地那非（vardenafil）与PDE4抑制剂咯利普兰联用已被证明对突触可塑性和记忆形成有协同增强作用［121］。此外，开发既能抑制PDE4又能通过经典抗抑郁机制（如抑制去甲肾上腺素或5-羟色胺再摄取）发挥作用的双重抑制剂将具有重大意义［72］。与使用单一的PDE4抑制剂相比，选择正确的药物组合改善患者的病理状态或许是一种更好的策略［122］。靶向给药到大脑似乎也是有前景的研究方向，有效的脑靶向药物输送系统可以突破血脑屏障，从而将药物输送到大脑，同时保证对其他部位影响较低［123-124］。

5 结语

虽然PDE4在cAMP信号介导的中枢神经系统中的作用已取得了较大的研究进展，PDE4抑制剂的调节情绪、增强记忆和神经再生等功能被广泛证实，然而其潜在的机制仍不完全清楚，距离开发高治疗指数的PDE4抑制剂并将其用于AD、抑郁症或二者共病的预防与治疗还有很长的路要走。此外，还需要深入分析PDE4各个亚型在不同部位的不同作用，这将有利于加深人们对药物性质和疾病神经生物学机制的理解。从PDE4中发掘介导其生物学效应而又避免不良反应的关键亚型和剪接变异体是该领域新药研发的关键。

总之，深入探讨PDE4与AD及抑郁症之间的关系，运用PDE4抑制剂来治疗AD、抑郁症及二者共病，并克服PDE4抑制剂应用方面存在的不良反应是目前研究的重点，这将为AD、抑郁症及二者共病的治疗提供一种新策略。