甲醛与阿尔茨海默病的基础与临床研究进展

郝智慧 李文杰 崔志杰 王维山 苗君叶 赫荣乔 (北京老年医院，北京 00095)

越来越多的基础和临床研究证明，甲醛与阿尔茨海默病(AD)可能有因果关系。实验表明，超浓度甲醛可直接损伤神经元或神经化学物质，可使动物或人的认知、记忆、社会交往和情感异常;甚至可以引起神经纤维缠结(NFTS);过多产生老年斑(SP)。AD病理特征性改变几乎都可以见到。甲醛在我国有毒化学品优先控制名单上位居第二位〔1〕。暴露在自然环境中的甲醛进入体内称之为外源性甲醛，是预防医学研究使用较多的有毒化学物质。

1 外源性甲醛影响神经化学物质使认知、记忆和行为异常

1.1 影响神经化学物质 张明等〔2〕对小鼠低浓度甲醛空气暴露可引起多巴胺(DP)和五羟-色胺(5-HT)等神经化合物改变。杨在明小鼠水迷宫实验发现染毒组小鼠海马中5-HT;DP;NE含量较正常增加。甲醛浓度在4.02 mg/m3时7 d小鼠进入盲端错误次数较未染毒组明显增加(P＜0.05)〔3〕。

1.2 影响认知、记忆和行为 1987年Kilbum等〔4〕对305名组织学实验技术人员进行神经行为研究。结果发现每天暴露甲醛中时间越长;他们在故事记忆、视觉记忆、数字记忆、灵巧实验研究的成绩越差。潘绥等〔5〕按世界卫生组织推荐NCTB检测项目测试低甲醛浓度作业接触者，结果发现缺失记忆、注意力、数字(数字跨度、视觉保留)、视无知(数字平码、简单反应时)有一定影响;手运动速度、准确度(手敏感度、目标追踪)等神经行为有一定影响。Heck等〔6〕将F-344小鼠用14C标记的甲醛空气中染毒6 h后，在脑内检测到放射物质。

上述试验表明长时间接触暴露超标甲醛浓度环境中可使神经化学物质的产生、释放、突触结合、消除等某些环节障碍。对神经元或神经化学物质可直接干扰或伤害。使人或动物的认知、记忆和行为异常改变。如果接触的是低浓度甲醛且时间较短神经结构或神经化学物质损伤较轻还可以恢复的。因为甲醛在血中半衰期比较短1～1.5 min。反之，因甲醛含有活泼氢和羟基，能与许多生物分子氨基酸、核苷、蛋白质、核苷酸等起反应，形成化学性质不稳定的化合物或不可逆的DNA-蛋白质交联。对神经元或神经化学物质造成不可恢复的伤害。

2 内源性甲醛对神经系统的损伤

内源性甲醛可增加Àβ数量、可使tau蛋白变性、增加氧自由基等与阿尔茨海默病有关联性。童志前等〔7〕用加温法在人体内检测出少量甲醛。正常值(0.08±4)mmol/L。内源性甲醛生成途径主要有①细胞色素P450催化N-甲基，S-甲基-复合物脱甲基后产生甲醛。②氨基脲敏感型胺氧化酶(SSAO)作用氨基丙酮、甲胺等内源性物质生成甲醛。③核胺氧化酶(LSAI)依从单或二甲基化组蛋白赖氨酸去甲基化过程中生成甲醛等。甲醛最终代谢是以甲酸进一步氧化成水和二氧化碳，分别随呼吸和尿液排除。在此过程中比较重要的酶是甲醛脱氢酶。该酶在人脑的皮质、小脑、中脑、神经元的核内都有不同程度的表达〔8〕。如果内源性甲醛生成过多或清除途径某环节障碍，使内源性甲醛在体内蓄积，造成对神经的伤害。

2.1 甲醛与NFTs AD病理特点是细胞外NFTs。目前公认是由过度磷酸化的tau蛋白聚集而成。中国科学院生物物理研究所脑与认知功能科学国家重点实验室赫荣乔等〔9〕教授研究组用纯化的tau蛋白与5%浓度的甲醛温育24 h后发生明显集聚，形成配对螺旋样二聚体(PHFS)。tau蛋白错误折叠成似球状。类似老年痴呆患者脑内神经纤维缠结的异常超微结构双螺旋丝和囊状丝(SF)，其聚集产物有明显的细胞毒性故提出“内源性甲醛慢性损伤”假说〔10〕。蛋白错误折叠似球状聚集物可导致细胞代谢障碍和死亡。另外用原子力显微镜观察到聚集物大小为(42.35±2.61)nm占全部颗粒数的18%～22%。聚集物中央有类似“空状结构”。孔的直径(8.94±1.62)nm。这些“孔道样”聚集结构可使膜内外电解质浓度差异常而使细胞膜电位发生变化〔11〕。提出“非特异膜孔道损伤”学说〔12〕。正常的tau蛋白是一种含磷的蛋白质。每克分子Tau蛋白中磷的含量2～3 mmol。而在AD患者Tau蛋白被异常磷酸化后，每克分子Tau蛋白中磷的含量达到5～9 mmol〔13〕。tau蛋白的功能的主要功能是促进微管蛋白组装成微管和维持微管的结构(微管是轴突转运的重要结构)。tau蛋白在脑中有三型:即胞质异常修饰tau-(tau/Ab-tau);异常修饰易容型tau-(ADP-tau)和异常修饰并聚集为双螺旋型tau(PHF-tau)。结构异常的tau蛋白不仅使自身与微管结合能力下降，同时还能与正常的微管结合聚集或解聚而影响轴浆的运输，进而造成神经元变性。甲醛能使tau蛋白错误折叠呈球状或成“孔道样”改变是客观存在的。但在人体内化学物质甲醛是怎样作用或改变生物学物质tau蛋白的变化过程仍然不清。

2.2 甲醛与SP 细胞外密集纤维丝样斑块(SP)含有40～42个残留肽段的β淀粉样蛋白(Αβ)构成也是AD病理特征性改变。淀粉样肽直径5～10 nm微丝和41～43个氨基酸组成的多肽(β-淀粉样肽 β-amyloid Àβ)。分布在海马、视丘、杏仁核、尾壮核、豆状核和meynent基底核〔14〕。董自前等将甲醛与tau蛋白温育24 h后采用刚果红染色证实有类淀粉肽样物质存在。研究发现用转基因鼠(APP/PSI)实验观察3月龄时实验鼠脑中甲醛浓度明显高于对照组(P＜0.05)，6月龄时脑内就可见到Àβ淀粉样沉淀〔15〕。Àβ是胆碱能神经元的重要调节物。是维持神经功能不可缺少的多肽。它的β-片层结构可促进Àβ聚集成不溶性纤维;不易被蛋白酶降解，形成极难溶的沉淀，最终形成AD病理所见到的老年斑〔16〕。

2.3 甲醛与老年痴呆患者 各种实验均证明无论外源或内源性超浓度的甲醛对神经元的损害是肯定的。但对老年痴呆患者又是如何呢?本作者与中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室对此进行临床研究。诊断依据美国国立神经病学，语言交流障碍和卒中-老年性痴呆和相关性疾病工作小组标准(RDA)。评定工具选用简短精神状态量表(MMSE)和临床痴呆评定表(CDR)。

对临床病理确诊的AD患者脑组织海马区域检测甲醛浓度结果明显高于正常死亡脑组织海马区域甲醛水平(P＜0.05)〔15〕。董志前等筛查65岁以上老年痴呆患者141名按MMSE得分多少标准;分轻、中、重三组与65岁以上正常健康老人33人，进行尿甲醛浓度比较研究。结果正常组尿甲醛浓度0.083;而老年痴呆组分别是0.196、0.293、0.313，相关系数为-0.441说明MMSE与老年痴呆程度呈负相关。

笔者观察65岁正常老人30例与很可能AD患者30例，进行临床尿甲醛浓度比较研究。结果正常组尿甲醛浓度(0.04±0.02)mmol/L明显低于AD患者(0.26±0.22)mmol/L，两组比较差异有统计学意义(t=-5.269，P＜0.01)〔17〕。

临床研究表明AD患者尿甲醛浓度比正常老年人尿甲醛浓度高。通过临床AD患者尿甲醛浓度检测结果，与实验室研究结论基本相吻合，有一定参考和实用价值。

3 讨论

蛋白质集聚是细胞内或细胞外蛋白质的一种粘连。聚集的蛋白质形成原纤维或者无固定形状的沉积物。化学修饰中的磷酸化、糖基化、羟基化在蛋白质聚集过程中起着重要的作用。使用Illumina-solexa.DNA序列将甲醛加载到sy5y细胞株上，可使P25和Gsk3β表达失调，说明异常浓度的甲醛与过度磷酸化相关。

甲醛对人体的伤害是明确和肯定的。实验和实践表明外源性甲醛对神经伤害是急性或亚急性的。首先影响神经介质的正常功能和代谢。其次是对神经结构的损伤和破坏。如果不是长期或过高浓度接触。对神经损伤是短暂的或是一过的。对AD而言并不是重要的危险因素。内源性甲醛产生过多或消除环节障碍对神经的损伤过程虽然是缓慢的;但是是持久的;甚至是不可恢复的。其损伤的机制是多因素和复杂的过程。实验室结果证明甲醛能导致神经细胞变性坏死与AD病理极为相似。临床研究也表明AD患者尿甲醛浓度确实高于正常老年人。表明内源性甲醛与AD有某种关系。尿甲醛浓度检查可能是诊断AD的有用生物学指标。

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