第1章 引言
第 1 章 引言
1.1 老年痴呆症的概述
阿尔茨海默氏症(Alzheimer’s disease，AD)又称老年痴呆症，是一种神经退行性疾病，大多数发生在人的老年期，该病的早期症状为记忆障碍，主要表现为近期记忆的健忘。在疾病后期病人会出现对时间和地点的定向能力逐渐丧失，计算能力障碍，理解力和判断力下降，语言障碍等一系列的症状，随着病情的加重，病人的记忆和生活能力将逐步丧失，严重时会导致生活不能自理和人格的改变，会给家庭和社会带来沉重负担[1]。在发达国家中老年痴呆症的死亡率仅次于心脏病、肿瘤、中风位居第四。随着世界人口日趋老龄化，老年痴呆症的发病率也越来越高，已成为当前老年医学面临的严重问题之一[2]。由于该疾病的病因尚不明确,治疗方法有限，研究AD的发病机制及寻找有效的治疗和预防AD的方法尤为重要，将有利于改善病人的生存质量，减轻家庭及社会负担。
1.2 老年痴呆症的发病机制
1.2.1 Aβ毒性学说
Aβ毒性学说认为AD是由于淀粉样蛋白沉积病变导致的神经退行性疾病。Aβ由细胞膜上淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)的异常的剪切和错误折叠所导致的[3]。APP基因位于人的21号染色体上，有19个外显子，其表达产物含有695~770个氨基酸，是一种广泛分布于全身组织细胞膜上的跨膜蛋白[4]。其结构包括两部分，一部分是胞外较长的糖基化N端，另一部分为较短的胞内C端，Aβ是APP位于胞外的一段序列。APP在体内有两条不同的剪切途径：在正常人体内APP多经过α和γ分泌酶的作用，产生分泌性APP(sAPPα)和胞内C83两个部分，sAPPα序列中包含部分Aβ片段，由于这一剪切方式会破坏Aβ的完整结构，从而不产生Aβ，不形成Aβ沉淀。在正常情况下这一途径是主要的APP的代谢途径。在AD患者中，APP的代谢途径发生了改变，APP主要经β和γ分泌酶的剪切，先由β分泌酶切割产生一段胞外可溶性sAPPβ片段和C99，C99包含了完整的Aβ，经?分泌酶切割形成完整的Aβ。由于γ分泌酶在
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同济大学 硕士学位论文 APP(swe)/PSEN1dE9和Tg6799老年痴呆症转基因小鼠模型系统性比较研究
APP 711/713位点各有一个切割位点，从而生成Aβ40和Aβ42。其中约90%为Aβ40，少部分是具有致病性的Aβ42。Aβ沉淀能在脑中自发地形成β折叠结构，这些β折叠进一步堆积就形成了脑中的淀粉样斑块，会导致神经元的损伤或死亡，神经突触之间的信号传递受阻，严重者引起脑中星形胶质细胞和小突胶质细胞的激活，引发脑内的炎症反应[5-7]。Aβ毒性学说认为Aβ在老年痴呆的发病过程中起到至关重要的起始及枢纽作用[8]，图1.1为APP剪切产生Aβ的示意图。
图1.1 APP剪切产生A?的示意图[9]
1.2.2 基因突变学说
基因突变学说是21号染色体上APP基因、14号染色体上的早老素1基因和1号染色体上早老素2基因突变，从而导致了50％～80％的家族性老年痴呆，占老年痴呆病人的总数3％～5％[10]。还有其它位于12染色体上的A2M，LRP1，CP2和OLR1的基因[11]和19号染色体上的CALM3(钙结合蛋白)基因突变[12]也可能导致老年痴呆的发生。另外有科学发现，位于10号染色体上的载脂蛋白酶E(Apolipoprotein E，ApoE)等位基因在老年痴呆症中起到了非常重要的作用，研究发现等位基因ε4增加或ε2减少都会增加患老年痴呆症的危险[13-14]。
1.2.3 微管相关蛋白Tau异常学说
Tau蛋白是微管相关蛋白，含有79个丝氨酸和苏氨酸的磷酸化位点，正常
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脑中Tau蛋白会有2~3个位点被磷酸化，正常磷酸化Tau能与微管蛋白结合，使之形成微管[15]；与形成的微管结合，维持微管稳定性，降低微管蛋白分子的解离，并诱导微管成束，在维持脑的正常功能方面有着重要作用。研究发现在老年痴呆症病人中Tau蛋白总量显著增加，同时Tau蛋白的过度磷酸化也有显著增加[16]。Tau蛋白的过度磷酸化会抑制其与微管蛋白结合，且磷酸化的Tau极易形成双螺旋纤维丝，进而形成神经元细胞内神经纤维缠结(Neurofibrillary tangles，NFT)最终导致神经元微管结构的破坏从而引起突触丢失、神经元功能损伤，发生脑神经退行性病变导致老年痴呆[17]。
1.3 老年痴呆症的治疗药物
尽管老年痴呆症的发病率呈逐年上升趋势，各国医药界对其治疗药物的研究高度重视，但目前临床上用于老年痴呆症治疗的药物还很有限，且大部分药物仅限于改善患者症状，主要包括以下几个方面：①改善神经信号传递类药物：近年来研究发现，胆碱能递质在AD发病中有着重要的作用，在AD患者中胆碱能递质降解过快，使得神经突触间的信号传递出现障碍，从而导致患者学习和记忆力的减退以及行为和个性改变等[18]。因此，抑制胆碱能递质降解的药物对AD治疗会有一定的帮助。已知胆碱能递质是乙酰胆碱酯酶(AchE)的作用底物，抑制AchE的活性将会抑制胆碱能递质的降解。基于这一点，具有乙酰胆碱酯酶活性抑制功能的药物，在治疗AD的过程中发挥一定的作用。目前乙酰胆碱酯酶抑制剂类药物主要有4种药物，包括塔克林(tacrine)，多奈哌齐(donepezil，安理申)，利斯的明(rivastigmine)和加兰他敏(galanthamine)(图1.2)。②NMDA拮抗剂：老年痴呆症患者脑内谷氨酸含量升高，谷氨酸是大脑中最为常见的兴奋性神经递质，谷氨酸通过与NMDA受体结合会使下游神经处于持续兴奋的状态，这与老年痴呆症发病有着密切关系。基于这一点盐酸美金刚(Memantine Hydrochloride)可以阻断NMDA受体，从而抑制了谷氨酸的活性，发挥治疗AD的作用[19-20]。NMDA在2002年和2003年分别被欧洲CPMP和美国FDA批准为治疗中期或晚期老年痴呆症的药物(图1.3)。③改善脑血液循环和脑细胞代谢的药物：有研究发现，AD患者存在糖、蛋白、核酸、脂质等代谢障碍[21]，增加血液循环和脑细胞代谢将有助于改善AD症状。因此改善大脑循环和代谢的药物对AD的治疗有一定程度的帮助。此类药物有脑复康、都可喜、喜得镇、己酮可可碱、脑通等。④激素类药物及非甾体抗炎药物：研究发现，在老年痴呆患者脑中雌激素对神经有一定的保护作用，并可能延缓或防止患者病情的发展[22]。雌激素的这方面作
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用与其抗氧化、减少淀粉样蛋白沉积对细胞的损伤、促进神经元的修复、防止神经细胞死亡等有关[23]。非甾体抗炎药可能抑制淀粉样蛋白沉淀形成过程中的炎症反应，如抑制小胶质细胞增生或抑制淀粉样蛋白沉淀形成从而减缓AD的发病。流行病学的研究提示，经常服用阿司匹林或消炎镇痛药物的老年人患AD和认知障碍的危险性明显降低[24]。此外，医药学家将非甾体抗炎药布洛芬、双氯芬酸、萘普生等作为治疗老年痴呆症的辅助药物。⑤自由基消除剂和抗氧化剂：Bars等人利用银杏叶提取物EGB-761来治疗AD患者。EGB-761具有消除自由基的作用，结果发现EGB-761对实验动物的认知功能有明显的改善作用[25]。维生素E是重要的抗氧化剂，对抗神经氧化起到了一定的作用，可能对β-淀粉样蛋白沉积具有抑制和清除的作用，从而能够延缓衰老[26]。其他具有自由基清除作用的药物还有：褪黑素、去铁敏、艾地苯醌等。
图1.2 乙酰胆碱酯酶抑制剂类药物结构式
图1.3 美金刚结构式
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AD的治疗和预防是世界性的难题，随着科学技术的发展，在AD发病机制及治疗研究方面也取得了新的进展。G蛋白偶联受体(GPCR)是近期新发现的与AD疾病相关的细胞膜表面受体[27]。GPCR与胞外配体结合后激活胞内的G蛋白，G蛋白再将信号传递给细胞内的效应分子，从而激活细胞内相应的信号通路，来调节细胞增殖、分化、死亡、迁移等各类生理活动。GPCR也是最具开发前景的药物作用靶点之一，全球40%以上的药物作用于GPCR。有研究表明，β2AR受体的激活会加强γ分泌酶的活性，进而增加其对APP蛋白的剪切，最终导致脑中Aβ沉积的量增加。另外，δ阿片受体激活后能与β和γ分泌酶形成复合物，促进APP的剪切，从而促进Aβ的产生。拮抗δ阿片受体会降低β和γ分泌酶活性，从而减少Aβ的产生，同时却不影响γ分泌酶在其他通路中的活性[28]。δ阿片受体的拮抗剂Naltrindole可明显改善AD小鼠学习记忆能力。以上研究表明GPCR信号通路可以作为研究AD治疗药物的新靶点。
1.4老年痴呆症的小鼠模型
针对老年痴呆症的学习和记忆功能的缺陷，人们通过急性AD造模和转基因的方法，构建具有痴呆症状的小鼠模型。小鼠AD造模的常用方法有腹腔注射东莨菪碱、腹腔注射D-半乳糖、灌胃AlCl3和脑内注射A?等。其中脑内注射A?是AD急性造模常用的方法。AD造模的方法能够模拟AD病人的学习和记忆能力的障碍，其主要是通过药物在小鼠体内作用，使小鼠出现痴呆症状，这不同自然条件下AD的发病机制。研究表明，在AD患者会出现APP等基因的突变，致使正常的APP剪切或其代谢发生错误，进而形成Aβ沉积。基于Aβ毒性学说建立的转基因小鼠模型是通过将人类突变的APP基因和PSEN1基因转入到小鼠体内，使小鼠出现AD患者类似的行为和病理的特征，为研究AD提供了重要工具。
1.4.1 β-淀粉样蛋白沉积转基因小鼠模型
为了研究老年痴呆症的发病过程，人们通过转基因技术将人类突变的APP基因和PSEN1基因转入到小鼠体内，模拟AD疾病状态下APP的异常剪切通路，从而使小鼠表现出来老年痴呆症的症状。此类转基因小鼠在病理上表现为脑内Aβ沉淀，在行为学实验中表现为记忆缺陷等老年痴呆病人的症状。该类小鼠主要包括(表1.1)：
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