阿尔茨海默症与脂多糖相关性研究进展

方程娴 许毅 魏秀 胡雨欣 吴立山 魏华通讯作者

（1.宁波卫生职业技术学院 浙江 宁波 315100；2.美康生物科技股份有限公司 浙江 宁波 315100）

《世界阿尔茨海默病报告》显示：全球痴呆患者以大约每20 年递增一倍的速度逐渐增加，预计到2050 年将增加至1.315 亿例。阿尔茨海默病现已列为我国的第五大死亡原因，年龄、APOE-e4 基因和家族病史是该病的最大风险因素。由于发病机理不清，目前临床尚缺乏治疗AD 的有效手段。

AD 分为家族性与散发性二类。罕见的早期家族性AD 与β 淀粉样前体蛋白（AβPP）基因、早老素1（PS1）基因和早老素2（PS2）基因的突变相关。β淀粉样蛋白（Aβ）聚集及tau 蛋白异常磷酸化是AD的主要病理改变，近年来越来越多的研究表明细菌LPS 与AD 主要病理改变的发生具有相关性[1]。本文综述LPS 与AD 的研究进展，为AD 的预防及治疗提供新的思路。

1 AD 与炎症

炎症一直被认为与AD 的发生发展相关。研究表明AD 患者血液中的炎症蛋白，特别是C 反应蛋白（CRP）与白介素6（IL-6）的水平明显高于正常人。并且高血浆CRP、白介素1β（IL-1β）与肿瘤坏死因子α（TNF-α）的人群患AD 的风险性更高[2-3]。临床试验显示非甾体抗炎药（NSAIDs）对于AD 的治疗具有一定效果，使用NSAIDs 超过24 个月可显著降低AD 的发病风险[4]。

革兰阴性细菌LPS 可通过受损的肠上皮屏障进入循环系统，刺激机体免疫系统发生免疫应答，增加IL-1β，IL-6 和IL-8 等炎症因子的表达，导致机体发生系统低水平慢性炎症。Lingyun Yue 等人在雄性小鼠脑室内注射LPS，发现LPS 可诱导小鼠AD 样神经炎症，小鼠海马组织IL-1β 等炎症因子明显增多[5]。因此，LPS 可能是引起AD 炎症的因素之一。

2 AD 与感染

在转基因AD 小鼠模型中发现，其血脑屏障（BBB）通透性的改变发生在β 淀粉样沉积与临床症状出现之前[6]，且轻度认知障碍（MCI）和早期AD患者的BBB 也表现出损伤症状。BBB 损伤可能为LPS 从血液进入脑组织提供了一个入口，导致脑内LPS 量的增加，与AD 的发生相关。

来自英国的研究人员使用二代测序方法分析了8 位AD 患者和6 位对照个体尸检大脑中细菌的组成，发现2 组人群脑组织中细菌水平与菌种比例均存在显著差异。另外，用牙龈卟啉胞菌感染鼠模型，小鼠脑内表现出类似AD 的病理改变，表明牙齿损伤和口腔感染也与AD 的发生相关。真菌与疱疹病毒、巨细胞病毒也被报导可能参与AD 的病理学改变。这些研究表明，微生物感染可能会引发AD 的下游病理学改变。

3 AD 脑内髓鞘损伤与LPS

髓鞘碱性蛋白（MBP）是脊椎动物中枢神经系统（CNS）少突胶质细胞和周围神经系统雪旺细胞合成的一种强碱性膜蛋白，是CNS 髓鞘的主要蛋白质，位于髓鞘浆膜面，维持CNS 髓鞘结构和功能的稳定，具有神经组织特异性。少突胶质细胞的主要功能为在CNS 中包绕轴突、形成绝缘的髓鞘结构、协助生物电信号的跳跃式高效传递并维持和保护神经元的正常功能。中枢性MBP 由少突胶质细胞合成和分泌，少突胶质细胞异常不仅会导致CNS 脱髓鞘病变，还会引起神经元损伤或精神类疾病。

病理报告发现，AD 患者大脑中存在髓鞘损伤。在AD 患者脑中，可发现在淀粉样斑块内部与斑块附近有少突胶质细胞和髓鞘的灶性丢失现象。Couttas 等人的研究发现，在AD 患者脑皮质中，髓鞘生物合成所必需的神经酰胺合成酶2 的活性丧失发生在tau 磷酸化和淀粉样病变之前。在小鼠AD模型中也发现，少突胶质细胞和髓鞘损伤早于淀粉样斑块和tau 的磷酸化。

另外，家族性AD 是由AβPP、PS-1 和PS-2基因突变引起的，这些突变导致大脑与血液中Aβ数量的增加。髓鞘损伤可导致髓鞘聚集体形成，以包含3 个AβPP 突变和2 个PS-1 突变的AD 小鼠（5XFAD 小鼠）为模型，Zhan 等人发现8 个月和10个月的5XFAD 小鼠均显示出脑内髓鞘聚集，且这些聚集体与淀粉样斑块在脑内共定位，提示髓鞘损伤与淀粉样沉积相关。已知，LPS 和Aβ 都是TLR4/CD14 的配体，且两者都能引起髓鞘损伤。所以，LPS 和或Aβ 与TLR4/CD14 结合后引起细胞因子水平增高，可以导致Aβ 的量进一步增加，并引起髓鞘损伤以及产生降解的MBP（dMBP）。

AD 患者与动物模型脑内髓鞘损伤的原因仍有待进一步阐明，根据已有研究结果推测，革兰阴性菌LPS 分子激活的免疫应答可能导致少突胶质细胞与髓鞘蛋白的损伤，并与AD 脑内淀粉样斑块形成相关。

4 AD 与肠道微生物

最近的研究结果表明，肠道微生物与包括AD在内的多种神经系统疾病如自闭症谱系障碍、多发性硬化、帕金森、癫痫、AD、视神经脊髓炎、吉兰巴雷综合征、肝性脑病、肌萎缩侧索硬化、精神分裂症、抑郁症、慢性疲劳综合征、亨延顿病、脑卒中等均相关。野生型小鼠与AD 转基因小鼠模型的肠道微生物组成存在明显差异，正常对照与AD 患者之间的肠道菌群结构也存在明显差异。随着年龄增长，肠道中产LPS 的革兰阴性菌越来越多，Cattaneo 等人发现老年人认知功能受损及脑淀粉样改变与其肠道内具有促炎功能的细菌类群以及其外周血中的炎症标记物的增加有关。AD 鼠模型的研究结果还表明，抗生素引起的肠道微生物多样性紊乱可加重大脑的神经炎症及增多淀粉样蛋白的量。来自肠道源或机体感染源的革兰阴性菌可以释放LPS，这些LPS 分子通过TLR4/CD14 受体被单核细胞和中性粒细胞以及脑内的小胶质细胞吞噬，激活NFkB 通路，增加细胞因子的分泌，导致髓鞘损伤。还可提高Aβ 产生关键酶与β 分泌酶1（BACE1）的活性，从而增加AD 脑内Aβ 和淀粉样蛋白的含量。

5 AD 与LPS

感染性病原体或感染性病原体的分子，尤其是LPS 成分可能在引起AD 的过程中起到非常重要的作用。反复发作的革兰阴性细菌性牙周病已被发现与AD 的发生相关。最近的研究表明牙龈疾病的主要致病菌牙龈卟啉单胞菌在AD 的发病中起着关键作用。

牙龈卟啉单胞菌是一种非酵解糖的革兰阴性的厌氧杆菌，被认为是牙周病的始动因素。LPS 能激活免疫细胞释放炎性细胞因子，其中牙周袋底的巨噬细胞是LPS 的主要效应细胞，牙龈卟咻单胞菌的LPS可以诱导巨噬细胞和单核细胞产生许多炎性因子。

Zhan 等用Western-blot 分析3 例AD 患者与对照组脑组织中来自大肠杆菌K99 的菌毛蛋白与LPS，发现3 例AD 患者的白质（WM）样品中都存在K99 菌毛蛋白，2 例AD 患者灰质（GM）样品中存在K99 菌毛蛋白，而对照组样本均无K99 菌毛蛋白。3例AD 患者脑白质与灰质中均存在LPS，而对照组样本无LPS。在AD 脑组织中，LPS 除存在于颞叶灰质和额叶白质中外，还存在于海马体中。因此,来自多种革兰氏阴性菌的LPS 可能与AD 相关。

LPS 与AD 相关还表现在以下几个方面：

1.可产生LPS 的大肠杆菌可形成胞外淀粉样蛋白，与AD 患者脑内的淀粉样蛋白类似。

2.高剂量的LPS 可损伤BBB，促进LPS 自身入脑, 也可促进单核细胞/巨噬细胞携带LPS 进入脑组织。Erickson 等人的研究还发现低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）是Aβ 的转运体,负责Aβ 的跨BBB 转运,介导Aβ 从大脑流出，而LPS 可通过损害LRP，继而引起大脑中Aβ 水平的增加。

3.Li-Ming Wang 等人的研究发现LPS 可促进tau 磷酸化。

已有的研究结果显示，LPS 可促进AD 脑组织中所有关键的神经病理学改变，包括淀粉样斑块、髓鞘损伤以及tau 异常磷酸化。

6 LPS 导致AD 脑损伤模型的建立

基于以上研究，研究者构建了LPS 导致AD 脑损伤的可能模型。家族性AD 由AβPP、PS-1 和PS-2 基因突变引起，这些突变可导致脑中Aβ 增加。在家族性与散发性AD 患者中，LPS 可与外周单核细胞/巨噬细胞、中性粒细胞和脑小胶质细胞上的TLR4/CD14 受体结合，激活NFkB 介导的外周血单核细胞/ 中性粒细胞和脑内小胶质细胞对IL-1、IL-6 和TNF 等细胞因子的释放。BBB 完整时，LPS 很难进入正常脑组织，但当炎症、缺血、缺氧、外周细胞因子和其他因素存在时，损伤的BBB有助于LPS 进入大脑。LPS 一旦进入大脑，就会与小胶质细胞上的TLR4/CDl4 受体结合，激活NFkB途径，促进脑内细胞因子增加。异常高水平的细胞因子能产生dMBP 以及髓鞘损伤，最终导致淀粉样斑块形成与tau 异常磷酸化。另外，LPS 还可以通过损害LRP 来增加AβPP 和Aβ 的积累，而Aβ 又可作用于TLR4，从而产生正反馈环路增加脑内Aβ的量，造成AD 的逐级进展[4]。

7 结论

根据目前已有的研究结论推测，LPS 结合其他因素可导致AD 脑内形成淀粉样斑块、髓鞘损伤和tau 过度磷酸化，与AD 的发生与发展相关。随着研究的进一步深入，未来以LPS、TLR4/CD14 受体以及革兰氏阴性菌为靶点研发新型AD 治疗药物，并尝试用LPS 疫苗等来干预AD 发生，为AD 的预防和治疗提供新的思路。