海马神经细胞衰老及神经再生与阿尔茨海默病关系的研究进展※

陈 璐 第五永长

(陕西中医药大学2016级硕士研究生，陕西 咸阳 712000)

海马神经细胞衰老及神经再生与阿尔茨海默病关系的研究进展※

陈 璐 第五永长△

(陕西中医药大学2016级硕士研究生，陕西 咸阳 712000)

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是一种以神经元的变性、丢失和突触减少为重要病理特征的中枢神经系统退行性疾病，常见于老年人。目前，大量证据表明衰老是AD的关键危险因素，神经元的异常衰老和AD发病有着一定的联系。另一方面，采用海马神经再生治疗AD已成为极具发展前景的治疗手段。本文对海马神经细胞衰老及神经再生与AD关系的研究进展进行综述。

阿尔茨海默病；海马；细胞学；综述

细胞衰老及神经元再生的研究在神经科学领域发展迅速。认知功能、记忆力下降与衰老期海马神经细胞衰老、新生神经元产生减少密切相关[1-3]。目前普遍认为哺乳动物大脑中主要存在海马齿状回颗粒下层(subgranular zone，SGZ)[4]和侧脑室内侧下区2个神经再生的区域。神经再生过程中脑内神经干细胞通过增殖、分化，再整合到神经元网络受各种因素调节，对各种神经系统变性疾病、脑损伤起重要作用。阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是多发于老年人，以记忆、认知功能减退和进行性痴呆为主要临床症状，以老年斑(senile plaques，SP)、神经原纤维缠结形成及神经元变性、丢失为主要病理改变的进行性神经退行性疾病，其病因及发病机制目前尚不清楚。多数学者认同机体衰老与慢性炎症是AD的重要基础，AD发生机制与衰老过程密切相关[5]。神经再生作为治疗AD的新途径，具有广阔的发展前景[6]。

兹将海马神经细胞衰老及神经再生与AD关系的研究进展综述如下。

1 海马神经细胞衰老与AD

1.1 海马神经细胞衰老 细胞衰老的概念被定义为以正常人类在各种因素的作用下，细胞脱离细胞周期，以细胞生长、增殖停滞为主要特征的生理过程。细胞衰老过程中，如端粒变短、氧化应激、致癌基因活化、持续的DNA损伤反应(DNA damage response,DDR)等触发因素，已被证明促进神经细胞的衰老。衰老过程中神经细胞数量可随增龄而减少，表现为脑萎缩。神经纤维的传导速度减慢及肌肉的营养功能减弱，可导致老年肌肉萎缩。神经系统形态、代谢的改变，可致中枢神经功能减退。但衰老期海马神经异常导致新生神经元减少等相关问题还有待深入研究。

1.2 海马神经细胞衰老与AD的关系 正常人生长发育到成熟期以后，随年龄增长机体会出现一系列退行性改变，即神经细胞萎缩，细胞间突触接受和传递信息的能力减退，使老年人感觉反应迟钝、记忆力减退等。衰老是生物的普遍规律，细胞也同样经历着新生与衰老[7]。海马神经细胞的衰老有早有晚，衰老程度的个体差异也很大。神经元内沉积的脂褐质为脑衰老的主要特征，尤以大脑皮质和海马部位为著，其蓄积能使蛋白质的质和量发生变化，引起生理功能和结构改变，导致正常的生化代谢减慢[8-9]。病理性脑衰老与AD等神经系统退行性疾病的发生发展有关。目前大量研究表明，海马神经细胞衰老与AD有着相似的病理学基础。海马神经细胞衰老可能是AD等神经系统退行性改变的最初阶段，可能促进AD等神经退行性疾病的发生发展[10]。海马神经细胞衰老是由于基因突变、分子生物学等，出现认知、精神、感觉、运动等障碍[8]。Hollands C等[11]观察到AD小鼠模型中神经元细胞的分化是有缺陷的，导致SGZ功能障碍。此外如早老素-1(presenilin-1，PS1)等关键的信号调节神经发生改变。也有研究表明表达突变的β-淀粉样蛋白前体蛋白(β-amyloid precursor protein,APP)小鼠AD模型，发现在海马SGZ区的神经元减少，且这种减少与老龄化、AD样病理学改变及行为学缺陷呈平行发展[12]。因此，海马神经细胞衰老因素也可导致AD等神经退行性疾病的发生。

2 海马神经再生与AD

2.1 海马神经再生 神经再生的过程即神经前体细胞产生新神经元。成年哺乳动物大脑内的海马具有成年神经再生能力。海马是脑部与学习记忆有关的关键区域，当AD中受损严重，神经元会大量减少。海马的前体细胞不断增殖，产生的新细胞迁移到颗粒细胞层，再分化为颗粒细胞，并将轴突和树突投射到海马CA3区和分子层[13]，这些新生的细胞其特性类似于成熟的神经元，显示神经元的形态,产生动作电位,接受功能突触输入,可迁移至脑损害部位，并与周围神经元建立突触联系，从而补偿损伤神经元的功能。

2.2 海马神经再生与AD的关系 AD早期阶段的病理变化最早见于横嗅皮层，并逐渐扩展至内嗅皮层、海马，晚期累及颞叶、额叶和顶叶[14]，而早期影响到的是海马神经再生区域，因此AD发病影响海马神经再生，海马神经再生障碍可能进一步加重AD认知功能的损害[15-16]。大量研究表明，在AD病变过程中，海马神经再生发生改变[12]。但关于脑内海马神经再生增加还是降低的问题还存在争议。还有学者观察到AD患者SGZ区神经干细胞的增殖明显增加[17]。在AD病理条件下SGZ区神经干细胞的增殖、分化能力反而增强，而新生的神经元不能发育成熟，因此损害了学习记忆和认知功能。相反，另有研究表明从AD患者海马分离出神经干细胞进行培养发现，与正常细胞相比，AD患者的神经干细胞增殖明显降低并且达到衰老的时间较早[18]。这些结果很明显存在差异，可能与疾病阶段、治疗方法及标记细胞增殖的方法不同有关，更多的系统研究需要一步阐明。Demars M等[19]用APPswe/PS1△E9双转基因小鼠研究表明，模型小鼠神经前体细胞增殖、分化能力明显降低,表现出严重的神经再生损伤。此外，行为操作的差异也是海马神经再生结果改变的一个原因。Ryan SM等[20]研究表明，运动干预AD小鼠模型，诱导性减少淀粉样变性可提高神经再生。Hu YS等[21]用APPswe/PS1△E9双转基因小鼠研究发现，神经干细胞增殖能力降低，并且环境富集可以改善这种降低。因此，通过训练和环境富集促进了小鼠的海马神经元再生。

3 调控细胞衰老及海马神经再生治疗AD

3.1 调控细胞衰老有利于治疗AD 大量研究提示，衰老相关基因与AD的发生、发展密切相关。早老素基因可以调节细胞膜内Notch受体蛋白裂解及Wnt通路，并参与淀粉样前体蛋白(APP)的代谢。Wnt通路可促进多种前体细胞的发育。沉默信息调节因子1(SIRT1)在AD发病过程中起重要作用，参与APP的代谢,且在脑及神经元的发育中具有重要作用。给予海马注射Sirt 1病毒后神经退行性变及认知功能明显改善[22]。前列腺凋亡应答-4基因在神经元生长过程中发挥重要作用,其水平的增加可导致凋亡进而维持神经系统神经元的数量。AD动物模型也显示前列腺凋亡应答-4基因mRNA及蛋白质的水平升高。转化生长因子-β基因参与调控细胞增殖、分化、凋亡，并在AD的发病中起着双重调节作用。胰岛素样生长因子-1基因改变可能与AD的发病密切相关，可保护神经元免受β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein，Aβ)毒性损伤，增加神经元存活率。因此，调控衰老基因有益于AD的治疗。

3.2 调控海马神经再生有利于治疗AD 海马神经再生的不同阶段受神经营养因子、神经递质系统等因素的动态调节。Wnt、胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)等信号分子可以调控海马神经再生。Wnt信号途径对神经系统SGZ区神经再生的增殖和分化有着重要作用，Wnt信号的下调抑制了小鼠海马神经再生[23]。研究表明，活化的Aβ引起的细胞毒性可被Wnt信号通路阻止，有利于AD的治疗[24]。另一条重要途径Notch信号通路也可以调节细胞增殖、分化。研究显示，Notch信号通路可抑制神经干细胞的分化，当信号通路阻断后，神经干细胞分化增强[25]。因此，Notch信号通路的调控有利于AD的治疗。此外，大量研究发现，ERK信号通路的激活参与了AD的发病机制，同时也明显提高了神经再生并且促进新生神经元的迁移和存活[26]。抗抑郁药和5-羟色胺受体激动剂也显示增加神经再生比例和脑源神经营养因子的产生，能促进新生神经元的存活。在AD发生、发展过程中，海马神经再生的相关性研究表明，促进神经再生或提高新生神经元的功能可能是AD治疗的新途径[27]。

3.3 中药活性成分治疗AD 中药在调控神经细胞衰老和神经再生治疗AD中有一定的疗效。一些很有前途的活性成分，包括姜黄素、皂苷类、淫羊藿苷等。姜黄素是姜黄根茎的提取物，是咖喱的主要成分，具有抗氧化、抗衰老等活性[28]。研究表明，印度1 010例60～90岁人群中常食用咖喱者(gt;1次/月)比不食用咖喱者或极少食用咖喱者认知功能好。姜黄素的强抗氧化、抗衰老作用能保护神经细胞，从而防治AD的发展[28]。皂苷类成分是一种多靶点、抗衰老的传统中药。研究表明，以人参皂甙Rg3含量来控制药品质量，不同月龄的APPswe/PS1△E9双转基因AD模型小鼠给药后，显示皮层与海马Aβ聚集和SP减少，在治疗AD和延缓衰老方面表现出良好的应用前景[29]。而具有化瘀止血作用的传统中草药三七中含有三七总皂苷活性成分在抗衰老及促进海马神经再生的作用较为明显。徐扬等[30]采用随机分组，将45只22月龄雌性SD大鼠分为低剂量组、高剂量组及老年大鼠对照组，同时再选取15只青年大鼠作为青年对照组，按照不同的剂量分别对低剂量及高剂量组注射不同剂量的三七皂苷，给予青、老年大鼠对照组注入相应剂量的0.9%氯化钠注射液，结果显示连续给药30 d后高、低剂量组比青、老年大鼠对照组的学习记忆能力强，神经元凋亡减少。石杉碱甲作为一种石杉类新型有效的活性成分，具有增强细胞抗氧化能力、抑制细胞凋亡的作用。目前有研究表明，在AD豚鼠模型中，豚鼠的额叶、顶叶、颞叶和小脑由于石杉碱甲的抗氧化作用，三价铁还原抗氧化力和氧化应激标记物(如血尿素氮、转氨酶和葡萄糖等)水平提高[31]。中药复方和单味中药提取物可多靶点、多途径地作用于AD的复杂发病过程。部分补肾中药如何首乌二苯乙烯苷、山茱萸环烯醚萜苷、淫羊藿苷已被证明具有神经保护和神经营养再生作用[32]。Jin F等[33]观察到淫羊藿苷可能通过刺激APP/PS1转基因鼠的一氧化氮(NO)/环鸟苷酸(cGMP)信号通路等保护神经元功能，使其学习和记忆能力明显提高。

3.4 西药治疗AD 由于AD的发病机制十分复杂，尚未明确，且临床治疗缺乏在预防以及控制疾病发展恶化方面具有显著疗效的药物。目前，应用于临床治疗AD的药物，如胆碱酯酶抑制剂及美金刚等药物均具有提高神经再生能力的作用。其中，将胆碱酯酶抑制剂他克林和加兰他敏这2种药物应用于成年小鼠体内观察到，小鼠侧脑室的室管膜下区和SGZ区神经干细胞的增殖能力可提高26%～45%；而应用于体外培养的神经干细胞时可观察到，其增殖能力提高40%。此研究表明，应用胆碱酯酶抑制剂可提高成年神经再生能力，在治疗AD方面有一定疗效[34]。临床应用药物美金刚也可取得一定疗效。美金刚可通过减少兴奋毒性作用保护神经元，使患者的认知、记忆功能得到改善。目前有研究表明，应用美金刚后在成年小鼠体内SGZ区神经干细胞的增殖能力增强，从而提高神经再生能力[35]。雌激素不仅有强大的神经保护作用，还有抗氧化、抗细胞凋亡等作用[36]。大量研究表明，雌激素替代疗法不仅对AD的治疗有效，还能延迟AD的发病年龄[37]。作为抗氧化剂，具有神经保护作用的自由基清除剂和抗氧剂维生素E还可通过抑制清除脑内Aβ沉积，达到延缓衰老的作用。目前，临床试验发现轻、中度AD患者单用或合用维生素E均有延缓痴呆的作用[38]。神经干细胞不仅能促进神经元的再生和脑组织的修复，还能通过基因修饰用于其他神经系统疾病的基因治疗[39]。因此，应用抗衰老和促进神经元再生药物治疗AD在未来将有广阔的发展空间。以上药物虽在很大程度上缓解了AD患者的症状，如认知、记忆、行为能力等，但对于AD患者的治疗仍存在无法治愈以及难以遏制疾病发展等诸多问题。

4 问题与展望

近年来，调控海马神经细胞衰老及神经再生在分子机制、相关衰老基因及干细胞调控、神经元生成和功能成熟等研究领域取得了巨大的成就，但仍面临突出的问题[40]。虽然AD的发病机制十分复杂，但脑神经的衰老依然是AD最主要的危险因素。部分在细胞及动物实验水平上有防治作用的药物，未能在临床试验阶段获得理想结果[36]。因此，重视AD海马神经细胞衰老及其早期干预显得尤为重要。同时，神经再生研究领域的突破离不开胚胎干细胞方面的深入研究和知识积累。另一方面，由于简单相关性原理[41]，未来还需要大量的成年神经再生和胚胎对比性的研究。此外，仍需进一步了解神经细胞衰老与动物行为之间、成年神经再生不足和神经退行性疾病症状之间的因果关系。

随着全球老龄化进程的加剧，AD发病率逐年升高，而目前针对AD的多种治疗方法，均未取得令人满意的疗效。调控海马神经细胞衰老、诱导神经再生、替代AD中死亡或功能退化的神经元是一种能够扭转AD的治疗方法。促进成年海马神经再生不仅为防治AD拓展了思路，还有助于进一步研究AD的发病机制。因此，通过调控神经细胞衰老和促进神经元再生，寻求AD防治研究的新方法，将是一种有意义、有前景的探索。

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2017-06-25)

(本文编辑：习 沙)

10.3969/j.issn.1002-2619.2017.10.035

※ 项目来源：国家自然科学基金委员会资助项目(编号：81674042)

△ 通讯作者：陕西中医药大学第一附属医院脑病科，陕西 咸阳 712000

陈璐(1993—)，女，硕士研究生在读，学士。研究方向：中医内科学。

R-05；R745.705；R749.16；R392.11

A

1002-2619(2017)10-1583-05