高脂饮食与阿尔采末病之间关系的研究进展

何 鑫，胡金凤，苑玉和，楚世峰，韩 宁，陈乃宏

(1.天然药物活性物质与功能国家重点实验室，中国医学科学院药物研究所，北京 100050;2.天津中医药大学研究生院，天津 300193)

阿尔采末病(AD)，又称老年痴呆症，是一种神经退行性疾病。临床症状主要表现为记忆能力减退，持续性认知能力下降以及运动障碍等［1］。其主要病理特征为:颞叶和海马皮质等部位神经元丢失;tau蛋白过度磷酸化形成神经纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFTs);以及β淀粉样蛋白(amyloid peptide，Aβ)大量沉积形成的老年斑(senile plaques，SPs)［2］。

AD的发病原因及病理机制错综复杂，不仅与遗传因素有关，还与年龄、环境、饮食、脑外伤等密切相关。上世纪90年代就有研究报道高脂饮食是AD发病的危险因素［3］。近年来对高脂饮食与AD发病之间的相关性研究表明，中年时的高脂饮食与AD发病的危险性增加密切相关，且调节血脂的药物如他汀类药物、胆固醇合成阻断剂均可防治AD［4］。脑内的胆固醇代谢紊乱与AD发病密切相关，胆固醇是调节生理状态下脂质双层膜物理化学状态和功能活性的必需的分子，在中枢神经系统中不可或缺，它对包括信号传递、突触可塑性、学习记忆在内的正常脑功能的维持非常重要。脑内胆固醇代谢紊乱会造成氧固醇、24-OH胆固醇、25-OH胆固醇等胆固醇代谢产物的产生发生改变，而使得脑内一些酶如乙酰基转移酶等发生改变，进而损伤脑内神经元，造成学习记忆等的损伤及AD的发生［5］。

虽然高脂饮食可增加AD的发病率，但胆固醇不能透过血脑屏障进入脑内，所以高脂饮食并不能直接导致AD的发生。现研究表明高脂饮食引起AD发病可能与以下几种途径有关:①促进Aβ产生;② 诱导神经炎症;③ 促进tau蛋白过度磷酸化;④ 损伤突触可塑性;⑤ 损伤胆碱能神经系统。

1 高脂可促进Aβ含量增加

Aβ是老年斑的主要成分，由分泌酶裂解淀粉样蛋白前体蛋白(APP)产生，是人体代谢的正常产物之一。流行病学调查显示，胆固醇动态平衡的紊乱可能通过增加Aβ的蓄积而导致AD。胆固醇与Aβ联系的最早报道是Sparks等1994在兔上实验得到的。Jaya Prasanthi等［6］以高脂饲料饲养兔为模型来表现兔AD样病变后大脑的病理特征。实验表明，通过ELISA检测表明高脂饲料饲养兔的皮层中Aβ(可溶性Aβ1-40、Aβ1-42及 Aβ 蓄积物)的含量增加，海马中可溶性Aβ1-40、Aβ1-42含量增加，但 Aβ 蓄积物没有增加。Ullrich等［5］研究也发现高脂饮食动物脑中Aβ的含量增加。虽然高脂饮食能导致Aβ蓄积，但其机制并不完全清楚。

已知Aβ的增加主要由两个方面造成:生成增加以及降解受阻。Aβ在脑内的水平受裂解 APP的 β-分泌酶(BACE1)、降解Aβ的胰岛素降解酶(IDE)、清除该蛋白的低密度脂蛋白相关蛋白(LRP-1)以及调节其转运的高级糖基化终产物受体(RAGE)等因素综合控制。BACE1是一种蛋白水解酶，在APP裂解产生Aβ的过程中起重要作用。BACE1裂解了APP的胞外区(sAPP)产生了C99膜结合C端碎片，该碎片被γ分泌酶进一步加工生成 Aβ(Fig 1)［7］。Catherine等指出高胆固醇增加 Aβ的含量是通过增加BACE1的催化活性而完成的。进一步研究发现高脂饮食可增强BACE1与其底物APP的结合，进而增加Aβ的产生。正常胆固醇条件下，BACE1分布于脂筏上，而APP在脂筏上存在的量却很低，提示正常胆固醇条件下APP的降解方式不是通过BACE1剪切所产生。而当胆固醇含量升高，APP在细胞膜上会重新分布，到达已经包含BACE1的脂筏上，进而增加 Aβ 的生成［8］。

Aβ发挥神经损伤作用是通过作用于细胞膜表面受体，主要为RAGE、LRP-1。RAGE是一种跨膜转运蛋白，由于其配体都具有结构特异性，而被认为是模式识别受体，其配体包括一些氧化应激产物、Aβ、APP、炎症因子、DNA结合蛋白等［9］。LRP-1是低密度脂蛋白受体家族的一员，它担任着多功能“清洁工”、信号分子受体、转运体以及促使胆固醇和载脂蛋白新陈代谢的功能［10］。RAGE和LRP-1是血脑屏障(BBB)重要的毛细管运输蛋白，在与其配体Aβ的相互作用过程中，RAGE将Aβ从血液转运至脑中，而LRP-1能够调节Aβ从脑到血液的转运。因此，Aβ出脑或者入脑的净通量依赖于这两种受体的表达及活性，而改变这两种蛋白的表达量及活性使其失衡则会导致Aβ转运的不平衡，引起BBB的功能紊乱［11］。Jaya Prasanthi等［6］研究发现，高胆固醇增加海马和皮层中RAGE的表达水平，而降低LRP-1的表达水平，使得RAGE与LRP-1的相对分布不平衡，最终导致Aβ在脑内的蓄积。

Fig 1 The releasing of Aβ from its precursor APP.

IDE是存在于胞质、过氧化物酶体、囊泡及细胞表面的一种金属内切酶［12］。Kurochkin等［13］在1994年研究证明，IDE参与Aβ的降解。IDE是主要的Aβ降解酶，它通过对淀粉样沉淀的组成肽的裂解而阻止其产生。IDE在皮层中能清除Aβ1-40和Aβ1-42的神经毒性作用。研究报道高脂饮食降低了海马和皮层中IDE的表达水平，IDE的含量降低可能减弱Aβ的降解而使得 Aβ的水平升高导致脑内 Aβ的蓄积［6］。

由此可见，高脂饮食增加脑中Aβ的量与参与Aβ产生、降解、清除及转运过程的蛋白变化有关，即(1)增强BACE1与APP的结合使Aβ的产生增加;(2)转运Aβ由血入脑的受体RAGE含量增加，而转运Aβ由脑入血的蛋白LRP-1含量下降，导致Aβ在脑内的蓄积;(3)Aβ降解酶IDE含量的下降，减少Aβ的清除。这些蛋白的表达变化是高脂所致Aβ蓄积的原因。因此维持正常的血浆胆固醇浓度，防止调节Aβ相关蛋白的变化，从而阻止其蓄积可防治AD。

2 引起神经炎症

AD的关键性特征之一是脑内神经炎症，而神经炎症的主要来源是小胶质细胞的激活。激活的小胶质细胞不仅形态学上发生改变——阿米巴状，而且在细胞内激活了NF-κB等炎性信号通路，增加诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达，促进NO等活性氧物质的释放以及TNF-α、IL-1等炎性因子的分泌，间接损伤神经元［14］。Zhang等以高脂饲料饲养1个月龄的♂大鼠5个月后发现，高脂饮食可增加Iba-1的表达，激活小胶质细胞，并且明显增加大脑皮层ROS的产生，NADPH氧化酶各亚基及COX-2的表达，增加细胞核中NF-κB的表达以及PGE2水平［15］，即高脂饮食激活了脑内神经炎症，这为高脂饮食与AD发病间的相互联系提供了新的证据。

3 促进tau蛋白过度磷酸化

tau是一种微管相关蛋白，主要在神经细胞中表达，正常功能是诱导与促进微管蛋白合成微管，并与之结合，维持微管功能的稳定及微管蛋白分子的解离，诱导微管成束。tau的过磷酸化以及异常方式聚集可导致人类及多种动物的神经性疾病。特别是tau的过度磷酸化使其与微管蛋白的结合只有正常tau蛋白的10%，并束缚了tau蛋白对微管的稳定，造成神经纤维退化及功能丧失，形成NFTs。Kopke等［16］研究发现，在正常人脑中每个分子tau蛋白有2～3个分子的磷酸基团，但在AD患者的脑中，每个分子tau蛋白可有9～10个磷酸基团。因此，tau蛋白的异常过度磷酸化被认为是AD致病的关键因素。Ullrich(2010年)、Ghribi(2008年)、Schindowski(2008年)、Woodruff-Pak(2007 年)、Ghribi(2006年)等的研究均表明，高脂饮食能增加tau蛋白的表达和磷酸化。tau蛋白的磷酸化主要受蛋白激酶GSK-3β、MAPK等激酶的调控。Rahman研究表明高脂饮食能影响GSK-3β活性，因此GSK-3β激活可能是tau过度磷酸化的原因［17］，并且Aβ的蓄积和tau蛋白的过度磷酸化密切相关，Aβ的蓄积能通过激活MAPK通路来增加tau蛋白的磷酸化。Ghribi等［18］用高脂饲料饲养7个月的兔后通过检测PHF-1和AT8发现，高脂引发的tau过度磷酸化的位点在tau蛋白的Ser396或Ser404，而不是Ser202或Thr205，tau蛋白过度磷酸化同时伴随着P-ERK的增加，而P-JNK与P-GSK-3β并没有增加，提示高脂饮食引发的tau蛋白过度磷酸化可能是Aβ的蓄积激活了ERK而导致的，具体机制目前不明确，需进一步研究。

4 损伤神经可塑性

神经可塑性是神经系统的基本特征之一，包括突触可塑性、神经发生、神经网络重组和功能脑区转移等，其中最突出的表现为突触可塑性。突触可塑性是指突触在一定条件下通过改变形态而调整功能的能力，在神经发育、成熟及学习记忆等众多的生理功能中起重要作用，可分为突触结构和效能可塑性两方面。前者指突触形态的改变、新突触连接形成和突触功能的建立;后者是指突触的反复活动引致突触传递效率的增加或降低，包括长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)［19］。

近年来大量的研究报道，高脂饮食可以改变突触效能可塑性和突触结构可塑性，从而损伤学习记忆。首先，高脂饮食能够损伤突触功能可塑性，Alexis［20］的研究证明高脂饲料饲养8个月后抑制大鼠海马 CA1区的LTP。Gault(2010年)、Mattson(2010年)等也研究证明高脂饮食可以抑制LTP。LTP形成机制复杂，高脂饮食抑制LTP的机制尚不完全清楚，目前研究报道，高脂可抑制突触前synapsin I磷酸化，抑制与LTP及学习记忆密切相关的核转录因子CREB的磷酸化，并且降低BDNF的表达［21］，从而损伤突触可塑性。高脂饮食也明显损伤突触结构可塑性。任姗姗等［22］的研究表明高脂饮食能导致正常小鼠突触体数量衰减和突触体膜流动性下降。Mattson(2010年)研究发现高脂饲养8个月后可以降低海马突触棘密度。Molteni报道，高脂饲养6个月能够降低海马中GAP43的mRNA和蛋白含量。Mattson［23］研究发现，高脂饮食能使大鼠海马CA1区的微管相关蛋白(MAP2)染色减弱，MAP2的分布与海马特别是CA1-CA3区神经元的完整性密切相关，它的减少表明海马神经元受损。因此，高脂饮食能够明显损伤突触可塑性。

5 损伤胆碱能神经系统

乙酰胆碱在神经系统中广泛分布，对控制脑血流量、睡眠－觉醒循环以及调节认知能力和学习记忆过程都有重要作用。胆碱能系统的功能紊乱与进行性记忆缺失直接相关。前脑基底核的胆碱能细胞丢失是AD的典型特征，胆碱能神经递质释放的损伤能引起Aβ沉积，增加tau蛋白磷酸化，导致AD。Ullrich等的研究表明，给予高脂饮食5个月的大鼠与空白组相比，血浆胆固醇水平明显上升、学习记忆能力受损，并且高胆固醇大鼠脑基底核胆碱能神经元的数目减少，皮层乙酰胆碱含量降低，从而损伤胆碱能神经元［24］。Gonzalo-Ruiz等［25］也报道高胆固醇饮食能加剧Aβ聚集造成的老年鼠大脑皮层胆碱能神经元数目的减少。因此，高脂可通过损伤胆碱能神经系统而导致AD发生、发展。

综上所述，高脂饮食能通过增加Aβ产生，诱导神经炎症，促进tau蛋白过度磷酸化，损伤突触可塑性及胆碱能神经系统而降低认知功能，成为AD发病的危险因素。因此，合理的饮食可防止高脂引起认知障碍，减少AD发病几率。

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