5-羟色胺受体对阿尔茨海默病的意义及相关药物研发进展

孙海涛， 巨淑慧， 庄建华， 李 澎， 马天君， 毛 蕾， 赵忠新， 尹 又*

1. 海军军医大学，上海 200433 2. 海军军医大学附属长征医院神经内科，上海 200003

5-羟色胺受体对阿尔茨海默病的意义及相关药物研发进展

孙海涛1， 巨淑慧1， 庄建华2， 李 澎2， 马天君2， 毛 蕾2， 赵忠新2， 尹 又2*

1. 海军军医大学，上海 200433 2. 海军军医大学附属长征医院神经内科，上海 200003

阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)是最常见的痴呆类型之一。5-羟色胺(5-HT)受体介导的信号通路在AD发病过程中扮演着重要的角色，可通过调节胆碱能和谷氨酸能神经传递，改变认知能力，调节学习记忆功能。AD患者常伴发抑郁、淡漠等情绪问题和无节制饮食等临床表现，上述症状均与5-HT受体介导的功能有关。增强5-HT受体介导的信号通路及研发增加突触间5-HT浓度的药物，已作为新的延缓AD疾病进展的治疗策略。本文以5-HT转导通路为目标的AD治疗策略作一综述。

5-HT；受体；阿尔茨海默病；药物

阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)是以进行性认知功能障碍和行为损害为特征的不可逆性中枢神经系统退行性病变。全球每3 s新发1例痴呆患者，2050年患病人数将增至1.3亿[1]，而任何能够延缓AD疾病5年发生的药物至少可减少43%的患者[2]。目前美国食品与药品监督管理局(FDA)批准的AchEI、NMDA受体拮抗剂仅延缓AD进展，而近期针对Aβ蛋白相关病理改变的免疫制剂均宣告失败。因此，以5-羟色胺(5-HT)、Tau、γ-分泌酶抑制剂β为靶点的药物研发再次成为研究热点。目前，越来越多的证据表明，5-HT受体，特别是5-HT1A、5-HT4和5-HT6受体，与Aβ蛋白形成关系密切[3-5]。本文就5-HT受体与AD的关系及各5-HT受体作为靶点药物的研发进展作一综述。

1 5-HT受体与AD

5-HT受体至少包含14种亚型(表1)，除5-HT3A/B受体为阳离子门控通道外，其余受体均与不同的G蛋白偶联受体(GPCRs)偶联，分别为Gαi/o(5-HT1A～F和5-HT5A/B受体)、Gαq/11(5-HT2A-C受体)、Gαs(5-HT4、5-HT6、5-HT7受体)。大多数5-HT受体位于突触后膜，5-HT1B/D受体位于突触前膜，5-HT1A受体在突触前/后膜均有分布[2]。分布在突触间隙的5-HT受体是记忆形成过程的下游信号基础，该类受体介导的信号通路产物(蛋白质或mRNA)表达与记忆形成过程的信息传递密切相关，特别是海马区和新皮质的记忆环路。AD患者的主要改变在于认知功能的下降，主要表现为记忆功能的逐渐丧失[6]。从记忆形成的基本环节分析，AD的发生与海马、皮质区的各类5-HT受体紧密相关，特别是5-HT1A、5-HT4和5-HT6受体数量、亲和力改变在AD的病理改变中有重要意义。有研究报道，5-HT1A受体参与海马区记忆形成重要环节，可影响学习和认知功能的改变[2,5]；5-HT4受体介导海马突触间信息传递过程[5]，调节下游信号转导。AD的发生与不同记忆形成区域、不同亚型5-HT受体数量或亲和力改变紧密相关。

表1 5-HT受体各亚型的分布及功能作用

2 5-HT受体及其相关药物研发进展

5-HT信号通路激活有益于AD症状的改善，但由哪些亚型发挥作用还有待研究。目前，市面上超过30%的药物以GPCRs为靶点，部分药物以5-HT受体为靶点。部分5-HT受体偶联GPCRs可调节淀粉样前体蛋白(APP)的分解过程，包括5-HT2A、5-HT2C、5-HT4受体。5-HT4受体可介导APP非淀粉样蛋白源性分解，减少Aβ40/42蛋白分泌，增加sAPPα含量[7]。而抑制5-HT6受体的活力有助于AD的改善，提高认知水平。以下将从5-HT1A、5-HT4、5-HT6、5-HT再摄取转运体、多位点靶向治疗等5个方面进行介绍。

2.1 5-HT1A受体及其药物研究 研究[8]表明，AD患者的记忆下降与海马、颞叶和额叶的5-HT1A受体数量下降有关；但是不论海马区突触后5-HT1A受体上调或下调，清晰记忆都会受损；5-HT水平下降引起5-HT1A受体密度增加与认知功能下降相关联。健康人群中5-HT1A受体数量在人脑中处于波动状态，在不同的记忆任务中变化不同。模型研究显示，缺乏5-HT1A受体会出现海马区记忆功能受损。上述观点提示，不同脑区的5-HT1A受体上调、下调或“静默”参与记忆形成，影响认知功能的改变。因此，5-HT1A受体可能作为认知功能障碍新的治疗靶点。

调节5-HT1A受体可提高痴呆患者的认知能力。采用5-HT1A受体拮抗剂可治疗AD患者的认知缺陷[6]，这可能与降低5-HT的抑制作用，促进谷氨酸能和胆碱能神经传递有关。但是，迄今为止还没有5-HT1A受体拮抗剂应用于临床治疗。动物实验表明，5-HT1A受体拮抗剂Lecozotan(SRR-333)可以提高动物的记忆和认知能力；在人体研究中，显示单剂量5 mg Lecozotan可最大限度结合人脑中的5-HT1A受体。但是，AD患者使用该药后会出现感觉异常、眩晕和视觉障碍等，Lecozotan的临床二期试验失败可能与其不良反应有关[1]。5-HT1A受体部分激活剂坦度螺酮(Tandospirone)和丁螺环酮(Buspirone)对于痴呆的精神行为症状治疗有效[8-10]，而以Tandospirone作为添加药物配合哌罗匹隆可增强精神分裂症患者的陈述记忆。Brexpiprazole作为一种5-HT1A受体部分激活剂，具备5-HT和多巴胺活性，可改善认知缺陷[10]。5-HT1A/7双受体激活剂8-OH-DPAT也可提高记忆功能[11]。关于5-HT1A受体拮抗剂/兴奋剂的药理作用、药代动力学研究、安全性、耐受性研究以及临床试验都还有待于进一步研究。5-HT1A受体药物与作用详见表2。

表2 5-HT1A受体药物与作用

2.2 5-HT4受体及其药物研究 5-HT4受体是G蛋白偶联的跨膜蛋白，主要分布于边缘系统，如海马区、额叶等与学习和记忆相关的脑区，尤其是海马区的突触后膜[12]。5-HT4受体在记忆与学习过程中有非常重要的地位，5-HT4受体可刺激海马区表达学习行为相关性蛋白的表达，如BDNF、AKT、CREB。激活5-HT4受体可降低CA1区锥体细胞的后超极化电流，从而增加神经元兴奋性。此外，5-HT4受体关联的非受体型酪氨酸激酶Src的磷酸化作用可活化胞外信号调节激酶(ERK)，参与海马区突触可塑性调节，特别是长时程突触减弱(LTD)的调节。

5-HT4受体的缺失可能导致胆碱能系统出现适应性改变，这一改变使长期记忆低于基线水平。即使仅有5-HT4受体的缺失也会加重记忆损害[10]。这可能是使用AchEI类药物只能缓解症状的原因所在。不论是在体内还是体外试验，刺激5-HT4受体都可以激活非淀粉样蛋白通路产生sAPP，同时可以抑制胞外Aβ的沉积并增加神经元存活率[13]。但是关于5-HT4受体与sAPP之间关系还需要更进一步阐明，如5-HT4配体对于记忆的潜在效应是否是因为降低了Aβ聚积还是通过其他方式影响记忆功能。

目前，临床上已开展多项针对5-HT4受体激动剂的AD药物试验。结果发现，PRX-3140可以促进认知和记忆功能，减缓AD患者的发病进程[1]；cisapride和Tegaserod则由于严重的心血管不良反应已被终止临床试验；而高度选择性受体激动剂prucalopride因不增加患者QT间期，有可能成为新的治疗药物[14]。一期临床试验证明，部分受体激活剂PF-04995274可提高认知节点[1]；RQ-9已经通过临床一期试验，结果表明该分子可以改善认知功能[1]。而动物实验[10]表明，SL65.0155可增强记忆功能，加强突触生长。上述结果表明，5-HT4受体是AD治疗非常有前景的一个靶向分子。5-HT4受体药物与作用详见表3。

表3 5-HT4受体药物与作用

2.3 5-HT6受体及其药物研究 5-HT6受体属于5-HT能受体超家族，分布于介导认知的海马区、皮质、纹状体[15]，与情感紊乱、认知障碍都有关联[2]。AD发病过程中伴有5-HT6受体和信号级联反应的改变，但5-HT6受体在AD发病机制中的地位还不明确，虽然选择性5-HT6受体拮抗剂idalopirdine已应用于中度AD患者，但是实际效果还需进一步观察。

经莨菪碱处理的大鼠，海马CA3区5-HT6受体显著增加；选择性5-HT6受体拮抗剂SB-399885可促进记忆巩固、降低15个脑区5-HT6受体表达以及促进伏隔核、尾状核和纹状体的5-HT6受体数量上调/下调；SB-258585作用类似[1]。SB-271046用于阻断5-HT6受体评估大鼠认知功能和工作记忆[2]。

选择性5-HT6受体兴奋剂WAY-18117可损伤社会认知记忆功能；EMD 386088损害记忆巩固和短期记忆但对长期记忆没有影响[11]。而5-HT6受体拮抗剂可以逆转非空间认知记忆和工作记忆巩固的缺陷[2]。在AD的药物治疗研究方面，一些5-HT6受体拮抗剂已经成功开展一期临床实验，甚至是二期/三期临床试验。SB-742457已经在轻中度AD患者人群中完成4项二期试验，包括剂量范围试验及SB-742457和多奈哌齐联合使用的探索性研究[1]。结果显示，SB-742457能够中度提高轻中度AD患者认知记忆功能。Lu-AE-58054(SGS-518)或Idalopirdine联合多奈哌齐的疗效[1,10-11]均优于单一使用多奈哌齐[14]。而其他的5-HT6受体拮抗剂PF-05212377/SAM-760，SUVN-502、AVN-322、PRX-07034等尚处于不同时期临床试验阶段。此外，丹吡芙蓉(dimebolin)在二期试验中表现出非常好的结果，但在三期试验中无预期效果。非活化剂量的5-HT6受体兴奋剂E-6801可协同提高非活性剂量的多奈哌齐效果[1]。关于5-HT6受体的药物研究仍需进一步展开。5-HT6受体药物与作用具体见表4。

表4 5-HT6受体药物与作用

2.4 5-HT再摄取转运体及其药物研究 AD患者不仅有认知功能损害，还伴有情绪功能的紊乱，5-HT再摄取抑制剂(SSRIs)氟西汀和AchEI类药物卡巴拉汀联合使用极大改善了患者的日常活动和整体功能。短效SSRIs可减少AD大鼠模型中Aβ蛋白的产生；而长效SSRIs也可降低APP/PS1大鼠的Aβ蛋白。人体研究中，长效SSRIs舍曲林也可降低Aβ蛋白的产生及其健康人群脑脊液中的浓度[14]。在未来的AD治疗中，SSRIs的作用在临床试验会得到更多的关注。

2.5 多位点靶向治疗 联合5-HT受体调节和抑制乙酰胆碱降解的多位点靶向治疗策略应用于AD可能是未来有意义的研究方向。Donecopride是结合了5-HT4受体兴奋作用和胆碱酯酶抑制作用的新式分子，通过抑制胆碱酯酶的催化位点(CAS)抑制乙酰胆碱降解，活化5-HT4受体促进乙酰胆碱的释放从而保留胆碱能效应。而且Donecopride可通过阻断AchE的外周阴离子位点(PAS)抑制Aβ蛋白的聚积，活化5-HT4受体促进sAPP的生成，从而减缓AD的发展进程。Donecopride在多个位点具有多种效应，减少了药物相互作用，减少治疗剂量以及并发症[11]。但是临床前随访调查需要确认Donecopride同时作用于2个位点产生的治疗作用是否优于同时服用分别针对2个靶点药物组合。以5-HT4受体和5-HT6受体为靶点的MTDLs治疗策略也在研发之中。

3 5-HT受体波动的病理意义及SSRIs类药物应用前景

不同亚型的5-HT受体的波动是促进AD病情演变的重要因素。Cavallaro[16]的动物实验结果表明，记忆训练的开展可以明显改变部分亚型5-HT受体(Htr2c、Htr3a和Htr6)的表达水平，这种分子水平的改变具有时效性[16]。换言之，5-HT受体参与记忆训练导致的记忆编码，随着记忆训练的结束，局部5-HT受体的表达水平也会恢复基线水平。如果进行长期的记忆训练，可以保持局部5-HT受体高水平表达状态。而Haahr等[17]开展的研究表明，5-HT4受体参与人类记忆编码与强化的过程，并提出海马区越低水平的5-HT4受体代表了越完善的事件记忆功能。在动物实验中发现记忆功能的变化与受体水平波动相互影响。随着记忆训练的开展，大鼠记忆功能的改变伴随着5-HT4受体表达的上调；而改变刺激受体也能够促进记忆功能的改善[17]。尽管Lai[18]提出位于AD患者额叶颞叶的5-HT4受体的亲和力及表达水平在病程进展中不发生变化，但是并未提及其他类型受体的改变，也并未提及其他脑区的受体改变。5-HT受体时空分布规律与AD的病情进展存在密切联系；同时通过外部干预方式影响记忆功能可以调节5-HT受体水平，进一步延缓AD病情转变。因此，明确5-HT受体时空分布及其上游调控信号以及下游调控通路对于控制AD病情发展具有重要意义。尽管已有报道提出5-HT受体可以直接调节胆碱能、谷氨酸能神经信号传递，间接控制AD病情发展，但是该结论还需要进一步的研究支持[6]。另一方面，5-HT受体表达水平直接影响AD的病情进展。长期应用5-HT4受体激活剂可以直接减少AD模型大鼠，特别是海马区Aβ蛋白以及神经纤维结的形成。5-HT受体也可以间接通过激活改变M1受体介导的信号通路，进而减少Aβ蛋白沉积[13,15]。值得思考的是，5-HT受体介导的直接还是间接作用对于减少Aβ蛋白更有意义以及5-HT受体激活剂/拮抗剂在人体是否可以产生与AD模型大鼠相同的结果，不同5-HT受体偶联的信号通路产生对于AD患者的认知功能下降有何作用[11]。尽管针对5-HT受体为靶点的临床药物研究并没有完全展开，但从现有的相关药物试验以及针对AD患者焦虑、抑郁等情绪改变采用SSRIs治疗的结果来看，SSRIs减少人Aβ蛋白为治疗策略的临床试验具有较好的研究前景。该试验安全性高，耐受程度高，可以开展长期随访研究，有助于进一步明确5-HT受体对AD意义以及其治疗价值。

4 小结及展望

综上所述，AD的发生与5-HT受体存在广泛的联系。特别是以5-HT1A、5-HT4和5-HT6受体为靶点的治疗药物正逐渐受到关注。在AchEI、NMDA受体拮抗剂基础上，联合使用以5-HT受体为靶点的治疗策略有可能成为未来的研究热点。既往AD药物研发失败的经验表明，对已表现临床症状的轻中度、甚至重度AD患者进行干预，即使有效改善部分病理改变，仍不能获得显著的临床获益，提示失败原因可能为干预时机过晚，或因缺乏明确的生物学标志物而存在诊断的不准确性等。因此，在未来的研究中，要聚焦以生物标志物为诊断导向的Preclinical AD(临床前AD)、更早期遗忘型轻度认知障碍(aMCI)的干预。总之，虽然AD药物研发目前进入困惑与低谷期，但包含5-HT受体靶点的多靶点联合治疗极有可能成为未来的AD临床药物研发的热点方向之一。

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Significances of 5-HT receptors in Alzheimer disease and related drug research progress

SUN Hai-tao1, JU Shu-hui1, ZHUANG Jian-hua2, LI Peng2, MA Tian-jun2, MAO Lei2, ZHAO Zhong-xin2, YIN You2*

1.Navy Military Medical University, Shanghai 200433, China 2.Department of Neurology, Changzheng Hospital, Navy Military Medical University, Shanghai 200003, China

Alzheimer disease (AD) is one of the most common types of dementia. Serotonin (5-HT) plays an important role in the pathogenesis of AD, causing alterations in patients’ cognitive abilities, as well as learning and memory capabilities, by regulating the cholinergic and glutamatergic neurotransmission through the signal transduction pathway. Patients suffer from emotional disorders including depression and apathy and clinical manifestations such as unrestrained diet, which are all related to the signaling function of 5-HT receptors. Strengthening the 5-HT receptor-mediated transduction pathway and increasing the concentration of synaptic 5-HT have been used as a novel therapy for delaying the progression of AD. This articles reviews the AD therapies targeting 5-HT transduction pathway.

5-HT; receptors; Alzheimer disease; drugs

2017-01-18接受日期2017-09-07

国家自然科学基金(81171252，81070070，81371459，30900473)，国家科技部十二五重大专项(2011ZXJ09202-015),国家科技支撑计划项目(2015BAI13B01),上海市自然科学基金(15ZR1414600),上海市科委“科技创新行动计划”(17411950104). Supported by National Natural Science Foundation of China (81171252, 81070070, 81371459, 30900473), the Twelfth Five-year Major Project of National Science and Technology (2011ZXJ09202-015), the National Science and Technology Support Program (2015BAI13B01)， Natural Science Foundation of Shanghai (15ZR1414600)， and Innovation Action Project of Shanghai Science and Technology Committee (17411950104).

孙海涛，海军军医大学海军临床医学专业2013级本科学员. E-mail: typhoid_mary920126@163.com

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021-81885463, E-mail: yinyou179@163.com

10.12025/j.issn.1008-6358.2017.20170050

R 749.1+6

A

[本文编辑] 廖晓瑜，贾泽军