血管性癡呆的中樞膽堿能機制

1、血管性癡呆的中樞膽堿能機制    血管性癡呆的中樞膽堿能機制【摘要】 由于血管性癡呆的發(fā)病率逐年上升，且較阿爾茨海默病(AD)有更高的防治價值，因此對其發(fā)病機制的研究具有非常重要的醫(yī)學和社會意義。血管性癡呆是腦血管疾病所導致的慢性進行性智能損害綜合征。越來越多的證據(jù)表明，中樞膽堿能系統(tǒng)參與了血管性癡呆的發(fā)生與發(fā)展     【摘要】 由于血管性癡呆的發(fā)病率逐年上升，且較阿爾茨海默病(AD)有更高的防治價值，因此對其發(fā)病機制的研究具有非常重要的醫(yī)學和社會意義。血管性癡呆是腦血管疾病所導致的慢性進行性智能損害綜合征。越來

2、越多的證據(jù)表明，中樞膽堿能系統(tǒng)參與了血管性癡呆的發(fā)生與發(fā)展，且體內(nèi)的一些神經(jīng)遞質(zhì)也影響著中樞膽堿能系統(tǒng)的功能?，F(xiàn)就腦內(nèi)膽堿能系統(tǒng)與學習記憶的關系，血管性癡呆時膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)、受體的變化等方面的研究進行綜述。 【關鍵詞】 血管性癡呆 神經(jīng)遞質(zhì) 膽堿能 受體 血管性癡呆(vascular dementia, VaD)是各種腦血管病引起的獲得性智能損害和認知障礙的綜合征,為一種慢性進行性疾病。VaD在歐洲和美國等國家是僅次于阿爾茨海默?。ˋlzheimer病，AD）的第二位最常見癡呆的原因，患病率在0.9%3%，約占所有癡呆的10%50%1。隨著全球人口的老齡化和腦血管性病發(fā)病率的增高，VaD的發(fā)病

3、率也隨之增高。因此近年來，VaD 逐漸成為人們關注的熱點，并且隨著化學、神經(jīng)解剖學、分子病理學以及認知神經(jīng)學等學科的迅猛發(fā)展 ，以及對AD研究的深入，對其研究取得了長足的進展。研究表明：VaD的學習記憶障礙主要是中樞膽堿能神經(jīng)元變化引起的?，F(xiàn)就VaD的膽堿能機制做一綜述。 1 膽堿能遞質(zhì)（cholinergic transmitter） 中樞膽堿能遞質(zhì)在學習記憶行為中有重要的調(diào)節(jié)作用。20世紀70年代初，Deutsh提出了中樞膽堿能突觸就是記憶突觸的假說，強調(diào)膽堿能突觸是記憶的結構和生理學基礎。腦內(nèi)乙酰膽堿（acetylcholine，Ach）存在于膽堿能神經(jīng)元囊泡中，是迄今發(fā)現(xiàn)的與學習記憶關

4、系最為密切的一種神經(jīng)遞質(zhì)。Ach由膽堿在膽堿乙酰轉移酶（choline acetyltransferase，ChAT）的催化下合成，一旦由囊泡中釋放便被膽堿脂酶（acetylcholinesterase，AchE）迅速水解為膽堿和醋酸。ChAT和AchE共同維持著 Ach的動態(tài)平衡，也是維持哺乳動物正常進行學習記憶的必要條件。Nagaya等2發(fā)現(xiàn)，增加海馬ChAT的活性，即增加Ach的合成能力，有助于大鼠空間學習能力的改善。臨床研究發(fā)現(xiàn)，VaD患者的認知障礙程度與Ach合成減少和AchE活性相對增高有關。VaD患者腦脊液中的Ach含量較對照組顯著降低，且下降幅度與癡呆程度一致3。低氧可能使葡萄

5、糖氧化受阻，丙酮酸生成減少，造成Ach的合成原料乙酰輔酶A減少；缺氧還能夠抑制三羧酸循環(huán)，在多種因素的共同作用下阻礙腦內(nèi)Ach的合成，從而影響學習記憶功能，最終發(fā)生癡呆。多項研究認為腦缺血后相關區(qū)域的乙酰膽堿水平下降4。短暫性缺血后再灌注最易引起人和動物海馬CA1區(qū)神經(jīng)損傷,幾天后發(fā)生遲發(fā)性神經(jīng)元死亡,其后果是被認為是血管性癡呆發(fā)生機制之一5。樊敬峰等6采用原位雜交技術觀測血管性癡呆小鼠海馬神經(jīng)元ChAT mRNA的表達變化，研究中發(fā)現(xiàn), 模型組海馬ChAT mRNA比假手術組表達下降, 說明其表達降低參與VaD的發(fā)生。范文輝等7采用持久性雙側頸總動脈結扎法致老齡大鼠慢性前腦血流灌注不足, 建

6、立老齡大鼠血管性癡呆模型, 進行數(shù)字減影血管造影(DSA)檢查、穿梭箱試驗和ChAT 免疫組化測定，結果表明: 海馬CA1 區(qū)ChAT免疫反應陽性神經(jīng)元和纖維數(shù)量明顯減少, 與大鼠的學習記憶障礙程度呈正相關。Wallin等8發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)下血管性癡呆患者腦脊液中AchE活性與對照組比明顯降低。另有不同的VaD 模型研究均表明，海馬等處腦組織 AchE活性下降明顯， 提示海馬組織內(nèi)膽堿能機制功能減退。可能為大腦反復缺血使中樞膽堿能神經(jīng)元受損，導致腦內(nèi)海馬環(huán)路（學習記憶神經(jīng)生化基礎）損害，以此造成了癡呆。 2 影響中樞乙酰膽堿的因素 2.1 毒蕈堿受體（muscarinic receptor，M-ChR

7、） 中樞Ach的毒蕈堿受體（M受體）是G蛋白偶聯(lián)受體超家族中的一員。Ach主要通過M受體發(fā)揮作用，主要是調(diào)控學習、記憶、錐體外系運動、前庭功能和鎮(zhèn)痛等。目前可以分為5種亞型，M1M5受體，在腦內(nèi)呈不均勻分布，含量較多的腦區(qū)有皮質(zhì)、邊緣區(qū)（膈區(qū)、海馬、杏仁核、韁核、齒狀回）、丘腦、下丘腦、嗅球、嗅結節(jié)、黑質(zhì)、紋狀體、橋腦和小腦。其中M1受體主要分布在神經(jīng)組織中，腦內(nèi)M1受體占總M受體的50%80%。M2受體主要分布在心臟，在神經(jīng)和平滑肌也有少量分布9。M1受體分布在突觸后神經(jīng)元，M2受體分布在突觸前神經(jīng)元；M1受體激活使Ach釋放增加，而M2受體激活使Ach釋放減少10。已發(fā)現(xiàn)在癡呆患者腦內(nèi)梅奈

8、特基底核中的膽堿能神經(jīng)變性，突觸前膜的M2受體減少，突觸后膜的M1受體密度增加10。有研究者發(fā)現(xiàn)，VaD動物模型皮質(zhì)組織的M受體結合數(shù)顯著下降，海馬組織的M受體結合數(shù)與對照組比較不降反升。不少研究發(fā)現(xiàn)VaD模型鼠M受體活性降低，這提示M受體的減少與VaD的學習記憶功能障礙密切相關11。 2.2 煙堿受體（nicotine receptor） 煙堿受體（N受體）是最早被研究的受體之一，屬于配體-門控離子通道超家族成員。N受體不僅分布在神經(jīng)元，在腦的脈管系統(tǒng)和星形膠質(zhì)細胞中也有分布。放射自顯影技術發(fā)現(xiàn)N受體沿著神經(jīng)纖維通路分布。Kimura 等12用放射自顯影和原位雜交技術研究發(fā)現(xiàn)，自發(fā)性高血壓腦

9、卒中傾向VaD 模型大鼠中，大腦皮質(zhì)和海馬組織N受體結合數(shù)下降，與nAchRa7亞基mRNA水平下降相一致。多發(fā)性梗死性癡呆患者大腦皮質(zhì)中高親和力N受體也顯著喪失13。以上研究表明，VaD 時中樞膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)N受體及其功能受損。 2.3 胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1） IGF-1是一類結構類似于胰島素原的多肽，由3個二硫鍵交接而成。目前已證實中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞也可產(chǎn)生IGF-1，在腦組織受損傷時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的巨噬細胞也可分泌內(nèi)源性的IGF-1。在腦中以垂體部位的IGF-1含量最高，嗅球、上位腦干、小腦、紋狀體、海

10、馬、低位腦干依次次之。近幾年一些研究顯示，IGF家族除了能營養(yǎng)神經(jīng)元以外，同時還是一種能調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中乙酰膽堿轉移和釋放的調(diào)節(jié)因子。在應激情況下，IGF-1能減少內(nèi)源性Ach在海馬和大腦皮質(zhì)的釋放，并可減少這些部位膽堿再攝取，而IGF-2的效應正好相反14-15。IGF-1還具有促進神經(jīng)突觸形成和維持神經(jīng)細胞功能的作用，可改善老齡動物的學習記憶能力。除營養(yǎng)神經(jīng)元外，IGF-1調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的Ach轉移和釋放，對VaD的發(fā)病起間接作用。眾所周知，卒中部位與VaD的發(fā)生密切相關，大腦后動脈供血區(qū)，如丘腦、海馬和角回的梗死灶易致認知水平下降和癡呆。這些關鍵部位含有豐富的IGF-1受體，在發(fā)生

11、腦組織缺血缺氧性損傷時，IGF-1在這些部位聚積，與受體結合數(shù)量增加，從而減少神經(jīng)元脫失，降低癡呆風險。總之，IGF-1作為一種多功能生長因子，可影響VaD發(fā)病機制中的多個環(huán)節(jié)?？梢酝茰y，IGF-1和VaD有一定的聯(lián)系，這為預防或預測VaD的發(fā)生和發(fā)展提示一個方向。 <2.4 神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）及腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF） NGF受體廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。在胚胎發(fā)育早期，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中NGF含量決定了膽堿能神經(jīng)元的密度，在基底前腦膽堿能神經(jīng)元支配區(qū)如海馬、腦皮質(zhì)區(qū)等，N

12、GF mRNA有較強的表達。NGF在膽堿能神經(jīng)元體外培養(yǎng)中的作用也有較多的報道，一般認為NGF可以增加AchE或ChAT陽性神經(jīng)元的數(shù)量，并能促進膽堿能神經(jīng)元的發(fā)育。將外源性NGF注入新生鼠腦內(nèi)，可見膽堿能神經(jīng)元的cAMP的活性明顯增強而且顯著提高了基底前腦、紋狀體、海馬等部位的Ach含量。 BDNF是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族中的重要一員 ，是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞重要的神經(jīng)營養(yǎng)因子，BDNF主要分布于大腦皮質(zhì)、海馬、基底前腦、紋狀體等膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)中，BDNF發(fā)揮生物學效應主要有賴于和其特異性受體Trkb的結合，BDNF在其靶組織海馬、大腦皮質(zhì)的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞內(nèi)合成、分泌，經(jīng)逆行運輸?shù)交浊澳X膽

13、堿能神經(jīng)元的胞體，然后作用于膽堿能投射纖維終束的Trkb受體，形成配體/受體復合物，從而發(fā)揮正常神經(jīng)元的功能并能夠維持神經(jīng)元的存活、生長、分化，挽救神經(jīng)元變性等作用。像NGF一樣，BDNF也能促進培養(yǎng)中的膽堿能神經(jīng)元存活和表達分化，用BDNF處理的膽堿能神經(jīng)元培養(yǎng)中，AchE陽性神經(jīng)元和ChAT活性均提高了23倍。以往研究表明，海馬具有促進基底前腦膽堿能神經(jīng)元中ChAT的活性，保護和延緩基底前腦膽堿能神經(jīng)元發(fā)生退變和死亡的作用，從而維護老年的記憶能力。這種作用與BDNF增加隔區(qū)膽堿能神經(jīng)元合成、儲存Ach的能力有關。BDNF對膽堿能神經(jīng)元具有正向性效應。海馬CA3區(qū)在學習記憶中擔負著重要的作用

14、，可能是初級記憶的形成部位。BDNF mRNA的最高表達也在海馬和大腦皮質(zhì)，BDNF mRNA受體最高表達的部位是海馬CA3、CA2區(qū)的錐體細胞層和齒狀回顆粒層。BDNF mRNA的這種分布規(guī)律正好和膈區(qū)膽堿能神經(jīng)元投射而來的神經(jīng)末梢在海馬的分布情況相一致；并且在NGF mRNA高表達區(qū)海馬，BDNF mRNA的表達是NGF的50倍。 BDNF、NGF在移植入AD模型鼠胚胎基底前腦后，能明顯促進神經(jīng)元的生長，并改善其空間記憶能力，可以推測BDNF能夠影晌海馬膽堿能神經(jīng)纖維的傳遞 。Knipper等16的研究證實，BDNF能增加大鼠隔-海馬膽堿能神經(jīng)元突觸小泡釋放Ach，BDNF與Ach存在正回

15、饋的作用，它們之間相互調(diào)節(jié)的機制表明，BDNF可能影晌著突觸的可塑性；Dunbar等17實驗證實，增加海馬ChAT的活性有助于提高大鼠的空間記憶能力。BDNF不僅能促進體外培養(yǎng)的膽堿能神經(jīng)元的存活和增加ChAT的活性，也促進切斷軸突的膽堿神經(jīng)元的存活。 2.5 促紅細胞生成素(erythropoietin，EPO) EPO作為一種造血生長因子廣泛應用于貧血的治療 。近年研究表明1820，EPO 及其功能受體不僅對造血系統(tǒng)有治療作用，且可在腦內(nèi)表達并具有明顯的神經(jīng)保護及神經(jīng)營養(yǎng)作用。 單培彥等21采用“兩血管阻斷+硝普鈉降壓”法建立VaD大鼠模型，并經(jīng)Morris水迷宮驗證腹腔注射EPO對VaD

16、大鼠學習記憶的行為學確實具有改善作用，使其維持在正常水平，而模型組的記憶功能明顯受損；采用Nissl染色、AchE組化染色和AchE活性測定的病理學檢測法，也證實了EPO可以減少細胞凋亡，促進軸突生長，具有神經(jīng)保護作用。如Nissle染色結果表明，EPO組大鼠海馬CA1區(qū)錐體細胞及尼氏小體數(shù)量較模型組增多；AchE組化染色結果表明，模型組額葉皮質(zhì)、海馬CA1區(qū)的膽堿能纖維數(shù)量較假手術組、用藥組明顯減少(P<0.01，P<0.05)；用藥組額葉皮質(zhì)和海馬CA1區(qū)膽堿能纖維數(shù)量較假手術組減少，但差異無顯著性，在Morris水迷宮的定位航試驗中也未表現(xiàn)出學習記憶障礙，說明雖然神經(jīng)元對缺血

17、缺氧比較敏感，但EPO的腦缺血缺氧的神經(jīng)保護作用使膽堿能纖維的數(shù)目保持在相對正常水平，并促使膽堿能神經(jīng)纖維的功能代償性增加，使學習記憶維持在正常水平。 <2.6 雌激素（estrogen） 雌激素有廣泛的生理作用，除了基本的對生殖系統(tǒng)的作用外，大量的體外實驗研究表明雌激素有神經(jīng)保護作用22-23。 已有研究發(fā)現(xiàn)，雌激素有助于膽堿能神經(jīng)元的生長和存活24。趙宇紅等25發(fā)現(xiàn)雌二醇在體外條件下對A誘導的海馬和膽堿能神經(jīng)元損傷具有保護作用，它對2種神經(jīng)元的保護作用程度相似，其機制可能與提高Mn-SOD活性,促進聚集型的A溶解有關，它對2種神經(jīng)元的保護作用機制可能存在差異，值得進一步探討。Gran

18、holm等26在對Down綜合征模型研究中發(fā)現(xiàn)雌激素可顯著改善大鼠的認知功能，同時基底前腦ChAT陽性神經(jīng)元的數(shù)量增加、體積增大。張偉等27發(fā)現(xiàn)大鼠雙側卵巢切除后，體內(nèi)雌激素缺乏，結果導致大腦皮質(zhì)、海馬CA1區(qū)、杏仁復合體和Meynert核區(qū)ChAT表達顯著減少。這可能與雌激素缺少，雌激素調(diào)節(jié)和營養(yǎng)神經(jīng)功能作用降低有關28。有報道29-30，絕經(jīng)期后婦女的循環(huán)雌激素水平長期缺少可以引起與衰老有關的基底前腦膽堿能神經(jīng)元功能減退，而雌激素替代療法可以逆轉這種損傷。蔣波等31觀察了長期雌激素缺乏大鼠海馬結構內(nèi)膽堿能神經(jīng)元的變化，同時比較長期口服復方尼爾雌醇和小劑量17雌二醇對去卵巢大鼠海馬結構內(nèi)膽堿

19、能神經(jīng)元的作用及效果，發(fā)現(xiàn)長期雌激素缺乏導致大鼠海馬結構內(nèi)膽堿能神經(jīng)元的數(shù)量及ChAT表達的下降，推測是導致去卵巢大鼠記憶力下降的原因之一。長期口服復方尼爾雌醇和小劑量17雌二醇補充治療可防止上述變化，有助于膽堿能神經(jīng)元的生長和存活。但朱曉暉等32發(fā)現(xiàn)卵巢切除后的小鼠給雌激素7天和40天后并未增加ChAT的含量和活性，單純的雌激素的替代對中樞神經(jīng)遞質(zhì)的含量和活性并不能產(chǎn)生作用。賈曉靜等33利用免疫組織化學染色結合圖象分析方法觀察去卵巢大鼠海馬CA1區(qū)ChAT的變化，利用RT-PCR方法檢測去卵巢大鼠基底前腦NGF mRNA表達的變化，發(fā)現(xiàn)去卵巢大鼠海馬CA1區(qū)ChAT的活性下降，基底前腦NGF mRNA表達水平降低，雌激素能夠上調(diào)去卵巢大鼠NGF mRNA表達，而NGF能夠增強ChAT的活性，促進Ach的合成和釋放，改善學習記憶的能力。 雌激素影響中樞膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的作用機制可能是雌激素上調(diào)了NGF mRNA的表達，間接作用于中樞膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)，雌激素受體和NGF受體在膽堿能神經(jīng)元內(nèi)有廣泛的共表達，它們可通過協(xié)同作用共同調(diào)節(jié)神經(jīng)元的存活、分化、再生，這也提示膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)受BDNF和雌激素的雙重調(diào)節(jié)，不難理解雌激素長期缺乏必將影響膽堿能神經(jīng)元的生長與存活。 2.7 生長抑素（somatostatin，SS） SS