瘦素的神经保护与促进记忆作用研究

程 瑾，胡顺安

0 引言

激素在机体众多生理生化过程中发挥重要的调节作用[1]。中枢神经系统(CNS)存在大量的激素及其受体，这是激素信号调节大脑生理功能的物质基础[2]。目前研究集中于对海马功能有调节作用[3-4]的瘦素(Lep)和胰岛素上。Lep的下游靶点BDNF也参与下丘脑摄食调节，已成为抗肥胖药物研发的新靶点[5]。

脂质代谢异常与神经退行性疾病尤其是阿尔茨海默病(AD)相关[6-7]。临床研究表明，糖尿病患者罹患AD的风险增加，提示内分泌疾病和神经退行性过程相关[8]。此外，肥胖和胰岛素信号异常都提示神经退行性疾病易感性增加。

阿尔茨海默病的主要特征是记忆力减退，海马在学习记忆过程中发挥重要的基础性作用，因此，Lep调节海马神经元功能有重大的现实意义。本综述的目的是讨论Lep在神经系统疾病中的作用，主要从神经保护作用和促进记忆两个方面进行阐述。

1 Lep在CNS中的生理作用

Lep基因(OB)编码16 kDa的多肽Lep。Lep与其受体(Ob-R)结合介导细胞内信号途径并发挥生理功能。以往研究表明，Lep受体缺乏小鼠(ob/ob小鼠)易发展至病态肥胖和糖尿病，血浆Lep水平与体脂含量高度相关[9]。

Lep受体主要位于下丘脑，参与调控能量平衡。除了调节能量平衡和下丘脑神经内分泌功能，Lep在大脑还有更广泛的作用。Lep可激活海马神经元K+通道，调节其兴奋性。另外，ob/ob小鼠空间学习能力受损。Lep信号可能影响神经元兴奋性及突触可塑性[10]。

Ob-R还存在于脑干血清素能神经元，Lep通过抑制脑干神经元5-羟色胺(5-HT)的合成和释放调节食欲和能量消耗。黑质也存在Ob-R mRNA表达。此外，Lep还能调节中脑边缘多巴胺系统[2,11]，Lep对多巴胺能神经元的神经递质产生影响，如增加酪氨酸羟化酶含量和调节多巴胺转运蛋白活性等[2]。

另外，Ob-R在培养的海马神经元和胶质细胞共表达[12]。Lep是海马功能的关键调节剂，Lep对海马谷氨酸受体尤其NMDA和AMPA受体功能有影响，两者是学习记忆和癫疒间等神经系统疾病的重要调节因素[13-15]。此外，Lep还能对抗红藻氨酸(Kainate acid，KA)导致的兴奋性神经毒性，调节突触可塑性和树突形态[13]。

2 Lep是神经保护剂

体外模型研究表明，除多巴胺能细胞外，Lep对其他类型细胞和脑区都有神经保护作用[7,16-17]。因此，Lep对AD和帕金森病(PD)等神经系统疾病治疗有潜在的应用价值。

2.1 Lep在AD中的作用 AD是一种多因素导致的神经退化性疾病，其特点是渐进性神经元丢失、胶质细胞增生和两种疾病标志物的积聚：老年斑(β-淀粉样蛋白聚集)和神经元纤维缠结(tau蛋白磷酸化)[18-19]。游离脂肪酸、胆固醇、脂蛋白和apo E等均能促进Aβ形成，以上因素干预可能减缓或限制Aβ形成，Lep有利于Aβ消除。Lep可通过以下方式干扰AD的发病过程：①抑制淀粉样过程[18]；②降低糖原合酶激酶-3β(GSK3β)活性，降低tau蛋白磷酸化水平[20]；③改善认知功能[7]。

首先，Lep可降低Aβ形成，Aβ是β-和γ-分泌酶连续裂解淀粉样前体蛋白(APP)的结果，Lep可降低神经元β位APP分解酶(BACE)的活性，减少Aβ生成[21]。类似地，Lep信号可能与apoE基因表达相关，Lep也可通过apo E依赖性摄取，增强Aβ聚集体的消除。Lep的以上作用在体外和体内转基因AD小鼠模型中均已得到证实[21-22]。Lep显著改善AD小鼠模型(TgCRND8)AD相关特征，包括减少Aβ、tau蛋白磷酸化水平和改善认知[7]。

其次，Lep参与神经保护作用的机制可能是激活AMPK和SIRT1，两者均为AD有关的潜在靶标[23]。但低水平Lep导致AMPK活性不足，反而增加Aβ和tau磷酸化。SIRT1的活化可能通过上调α-分泌酶生成，在AD中发挥有益作用[24]。研究表明，Lep导致GSK3β的9-丝氨酸磷酸化引起GSK3β失活。总之，Lep通过AMPK和GSK3β途径调节tau蛋白磷酸化[18-20]。因此，Lep可同时改善Aβ和tau相关病理途径，有望用于AD治疗。

2.2 Lep在PD中的作用 研究显示，体重减轻是PD患者的一个共同特征[25]。PD患者血清Lep水平与体重之间有关联[26-27]。然而，体脂下降可能是PD患者血浆Lep水平降低更好的指标[28]。

据报道，Lep对抗线粒体神经毒素MPP实验性PD模型，发挥细胞保护作用[29]。Lep激活PI3K/AKT，促进SH-SY5Y细胞生存[29-30]。另外，Lep通过增加线粒体解偶联蛋白2(UCP2)的表达，在体内外恢复ATP水平，保证能量供应，说明Lep能提高线粒体效率[30]，从而介导Lep的神经保护作用。

6-羟基多巴胺(6-OHDA)是另一种公认的神经毒素。在MN9D多巴胺能细胞系，Lep能逆转6-OHDA毒性作用导致的细胞损失[31]。Lep通过MAPK和ERK途径调节pCREB，提高BDNF水平，对抗体内多巴胺能神经元的6-OHDA毒性。Lep增加BDNF水平可能是介导神经保护作用的主要潜在机制，这一论点支持Lep作为一种神经保护药物用于PD实验模型研究。

2.3 Lep与癫疒间 生酮饮食是难治性癫疒间的一种有效治疗方法，显著提高啮齿类动物的血清Lep水平[32]。研究表明，Lep是一种内源性抗惊厥剂[33]。ob/ob小鼠比野生型小鼠更易被致疒间剂戊四氮(PTZ)点燃，并诱导癫疒间发作，此外，更易发生全身性发作和细胞死亡[34]。表明血浆Lep水平升高可能会降低神经元兴奋性，发挥抗惊厥作用。Lep还明显减少其他化学模型如脑室注射4-氨基吡啶、腹腔注射PTZ等引起的小鼠癫疒间发作[35]。此外，Lep能够保护ob/ob小鼠海马神经元对抗KA兴奋性毒性，KA癫疒间模型通过激活谷氨酸受体易化癫疒间活动[36]。

Lep可能通过调节NMDA受体或激活大电导钙激活钾通道(BK)[37]发挥抗惊厥作用。BK是决定海马神经元兴奋性的重要因素，可导致癫疒间活动中的异常放电[33]。Lep还通过与Lep受体结合并激活JAK2/PI3K途径，抑制AMPAR介导的突触传递，起抗癫疒间作用。此外，Lep在体外对NMDA受体(KA诱导的海马细胞死亡相关受体)引起的兴奋性毒性和氧化应激导致的神经细胞损伤都有保护作用[13]。

2.4 Lep在脑缺血模型中的神经保护作用 Lep在啮齿类动物模型局部大脑缺血中也有神经保护作用。研究证明，Lep神经保护机制与ERK1/2、AKT、NF-κB转录和STAT3信号通路有关[36-39]，它们均为Lep受体激活的下游信号事件。转录因子NF-κB激活诱导BCL-2家族成员抗凋亡蛋白Bcl-xL基因表达，是典型的神经保护作用分子[39]。因此，Lep改变Bcl-xL/Bax比值至抗凋亡状态，进而在局部缺血中发挥抗细胞凋亡作用。同样，Lep也可活化ERK1/2，进而磷酸化Bad Ser-112，抑制其凋亡活性，从而起神经保护作用。另外，p65和p50核转位后，可与c-Rel形成复合物，与细胞存活有关，这是Lep的另一作用机制。

3 Lep在学习记忆中的作用

有证据表明，Lep在调节海马突触可塑性和影响谷氨酸受体，主要是NMDA和AMPA受体转运中，起着重要的作用[40]。

海马CA1区NMDA受体依赖性长时程增强(LTP)是空间学习记忆的基础，突触NMDA受体激活使突触后[Ca2+]i升高，这对海马CA1区突触LTP诱导是至关重要的。Lep促进海马神经元CaMKII磷酸化，易化LTP的形成[41]。在新生啮齿动物，Lep能够增加海马NMDA受体NR1亚单位的表达[37]。随后，Lep激活突触含NR2A的NMDA受体，增加海马突触密度。Lep调节树突形态的作用在海马突触可塑性和神经发育中也具有重要的意义[40-42]。Lep受体在小脑神经元也有表达，促进其NMDA受体NR2B介导的钙内流。

Lep促进成年大鼠海马切片GluR2缺乏的AMPA受体突触表达增加，导致兴奋性突触传递效能持久性增加[43]。GluR2缺乏的AMPA受体可渗透Ca2+，导致突触效能所需的细胞内特定信号通路激活。以上作用可以部分解释Lep对记忆的有利影响。

4 结语与展望

综上所述，Lep对如AD、PD、癫疒间和局部缺血等神经系统疾病有神经保护作用，并能改善认知功能。Lep通过与其受体结合，调节CDK5、AMPK、GSK3β、STAT3等信号途径参与神经保护[7]。此外，Lep调节谷氨酸受体，提高认知[7]。

Lep神经保护的另一个机制是调节线粒体功能。Lep通过激活AMPK、PPARγ共激活因子(PGC)/PPAR途径，支持线粒体功能。Lep通过激活和调节线粒体代谢，有助于恢复疾病神经元至精力充沛的状态，发挥神经营养和保护作用。Lep诱导以上线粒体变化的分子机制还有待进一步调查，而BCL-2蛋白家族是参与神经细胞凋亡的主要调控因子。

总之，Lep激动剂相关肽的研发对Lep受体相关神经系统疾病的治疗有现实意义。另外，药理学领域感兴趣的是Lep对类风湿关节炎的治疗，其中Lep受体拮抗剂可能对类风湿关节炎有潜在治疗作用[44]。

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