从全身角度对阿尔茨海默病发病机制及预防与治疗初步探索

王延江 卜先乐 向阳 刘雨辉 矫树生 王庆华 曾凡 金旺盛 王俊 李玲陈阳 张涛 朱洁 邓娟 姚秀卿 高长越 张莉莉 张猛 许志强 周华东

阿尔茨海默病（AD）是临床最为常见的导致痴呆的神经变性病，发病率高，给家庭和社会带来沉重负担，迄今发病机制尚未完全阐明，缺乏有效的预防与治疗手段。深入探讨阿尔茨海默病发病机制、探寻预防与治疗新靶点和新方法是亟待解决的重要问题。我国国民经济和社会发展第十二个五年规划（以下简称“十二五”）时期，第三军医大学大坪医院王延江教授研究团体在国家科学技术部重点研发计划课题、国家自然科学基金杰出青年科学基金和国家自然科学基金等10余项基金资助下，从中枢和外周两种途径探讨阿尔茨海默病发病机制、干预靶点、β⁃淀粉样蛋白（Aβ）清除途径和药物。

一、阿尔茨海默病β⁃淀粉样蛋白中枢产生和清除机制研究

家族性阿尔茨海默病患者脑组织Aβ过度产生系β⁃淀粉样前体蛋白（APP）基因突变所致，而对于占阿尔茨海默病绝大多数的散发性阿尔茨海默病患者而言，脑组织Aβ过度产生和沉积的发生机制尚未完全阐明［1］。正常老龄化过程中，脑组织神经元神经营养因子受体p75（p75NTR）信号转导通路可以促进Aβ产生并介导Aβ神经毒性作用，提示p75NTR在散发性阿尔茨海默病发生与发展中发挥重要作用。我们课题组将APP/早老素1（PS⁃1）转基因小鼠与p75NTR基因敲除小鼠杂交，从而获得APP/PS⁃1/p75NTR+和 APP/PS⁃1/p75NTR⁃小鼠，免疫组织化学染色和Western boltting法显示，Aβ可以促进p75NTR过表达，p75NTR又反过来促进Aβ产生，二 者 形 成 正 反 馈 环 路 ，导 致 A β 过 度 产 生［2］。p75NTR正常代谢过程中释放p75NTR胞外段（p75ECD），其病理生理学意义尚不清楚。我们课题组发现，向APP/PS⁃1转基因小鼠海马组织注射重组p75ECD，可以竞争性阻断Aβ与p75NTR的正反馈环路，减少Aβ产生，并具有抑制Aβ聚集、减少Aβ沉积的作用（P＜0.05），表明p75ECD具有抗Aβ聚集和毒性的作用［2］。

我们课题组进一步探讨p75NTR在阿尔茨海默病发病机制中的作用，酶联免疫吸附试验（ELISA）和Western boltting法显示，阿尔茨海默病患者脑组织p75NTR水平升高、p75ECD水平降低，故p75NTR/p75ECD 比值失衡（P＜0.01）［3］。此后，我们课题组又在APP/PS⁃1转基因小鼠脑组织中转染人p75ECD基因以升高神经元p75ECD水平、恢复p75NTR/p75ECD比值平衡，结果显示，小鼠脑组织Aβ产生和沉积减少（P＜0.01），认知功能改善（P＜0.01），表明p75NTR/p75ECD比值失衡是阿尔茨海默病患者脑组织Aβ过度产生和沉积的重要机制［3］。

上述研究从p75NTR/p75ECD比值失衡角度揭示阿尔茨海默病的发病机制，为疾病预防与治疗研究提供新的靶点。p75NTR/p75ECD比值失衡研究作为封面文章发表于Mol Psychiatry［3］，并受到美国神经科学学会（ASN）前任主席Moses V.Chao教授的专题评论［4］。

二、阿尔茨海默病β⁃淀粉样蛋白外周来源和清除机制研究

传统观点认为，阿尔茨海默病患者脑组织Aβ系神经元产生，外周系统亦产生 Aβ［5⁃9］，外源性 Aβ是否参与阿尔茨海默病的发生尚不清楚。为探讨外周系统产生的Aβ在阿尔茨海默病发病机制中的作用，我们课题组将APP/PS⁃1转基因小鼠与同龄野生型小鼠并联（parabiosis，系将两只实验动物通过手术进行外科连接的模型，使两只动物的循环系统合为一体），使得野生型小鼠能够从APP/PS⁃1转基因小鼠获得稳定的Aβ，并联12个月后发现，APP/PS⁃1转基因小鼠产生的Aβ经血液循环进入野生型小鼠脑组织并沉积，形成神经炎性斑［NPs，亦称老年斑（SPs）］、淀粉样脑血管病（CAA）等阿尔茨海默病特征性病理改变，诱导神经炎症和神经元变性死亡，首次证实外源性Aβ参与阿尔茨海默病的发生［10］。此后，我们课题组在临床实践中发现，阿尔茨海默病或认知功能障碍相关疾病如慢性肾功能障碍、肝功能障碍、肺功能障碍和慢性感染等患者血清Aβ水平升高［11⁃14］，提示外周系统功能障碍可能通过影响外周血Aβ水平而参与或促进阿尔茨海默病的发生与发展。2017年，Nat Rev Neurol对该项研究进行研究亮点介绍［15］。

我们课题组同时探讨脑组织Aβ在外周系统的代谢能力和机制。共纳入30例认知功能正常的房室折返性心动过速患者，在接受射频消融（RFA）时收集不同循环部位（上腔静脉、下腔静脉、股动脉）血液，ELISA法检测Aβ40和Aβ42水平，结果显示，上腔静脉Aβ水平高于股动脉（P＜0.01），下腔静脉Aβ水平低于股动脉（P＜0.05），表明脑组织Aβ通过血液循环流向外周血而被外周系统清除，揭示人体具有生理性Aβ外周清除机制［16］。为揭示生理性Aβ外周清除机制对脑组织Aβ的清除作用，我们课题组将APP/PS⁃1转基因小鼠与同龄野生型小鼠并联，结果显示，并联后APP/PS⁃1转基因小鼠脑组织Aβ水平减少68%，根据公式［外周系统Aβ清除量=并联阿尔茨海默病小鼠脑组织Aβ减少量/（并联阿尔茨海默病小鼠脑组织Aβ原有量+并联阿尔茨海默病小鼠脑组织Aβ减少量）］计算，APP/PS⁃1转基因小鼠脑组织约40%的Aβ经外周系统清除，表明生理性Aβ外周清除机制是脑组织Aβ清除的重要机制［16］。

三、β⁃淀粉样蛋白清除途径和药物研究

清除脑组织Aβ是预防与治疗阿尔茨海默病的重要策略，既往研究聚焦于药物进入脑组织而发挥Aβ清除作用，即中枢途径清除［17］。针对Aβ的免疫治疗是具有代表性的Aβ清除方法，包括接种Aβ疫苗AN1792、静脉注射抗Aβ抗体和静脉注射免疫球蛋白（IVIg）。但在临床试验中发现，抗Aβ抗体进入脑组织可以诱发自身免疫性脑炎、微血管出血等一系列中枢神经系统损害［18］。我们课题组将抗Aβ抗体与Aβ纤维共孵育，采用硫磺素T（ThT）荧光分析法、透射电子显微镜和Western blotting法检测抗Aβ抗体对Aβ纤维的解聚作用，结果显示，针对Aβ氨基末端（N末端）的抗体可以促进Aβ纤维解聚为毒性更强的可溶性Aβ寡聚体（P＜0.05），进而加重Aβ毒性作用（P＜0.01），并将此种作用命名为“扬尘效应（dust⁃raising effect）”［19］。由此可见，中枢途径清除Aβ存在诱导神经损害的潜在作用，因此，外周途径清除脑组织Aβ成为值得探讨的重要研究方向。

我们课题组进一步探讨外周途径清除Aβ的策略。分别向APP/PS⁃1转基因小鼠肌肉组织转染抗Aβ抗体基因和人p75ECD基因，通过降低血清Aβ水平而促进脑组织Aβ流向外周血，从而显著降低脑组织Aβ水平（P ＜ 0.01）［20⁃22］。腹膜透析常用于清除血液和脑组织有毒物质。我们课题组首先探讨腹膜透析对血浆Aβ水平的影响，结果显示，接受腹膜透析的慢性肾功能衰竭患者在腹膜透析后血浆Aβ水平显著降低（P＜0.001）。为进一步探讨腹膜透析对脑组织Aβ水平的影响，我们课题组通过手术方法建立APP/PS⁃1转基因小鼠腹膜透析模型，同时采用微透析技术对接受腹膜透析的小鼠进行脑组织动态微量生化取样，获得可以反映脑组织可溶性Aβ水平的样本，结果显示，腹腔透析在清除血浆Aβ的同时亦可有效清除脑组织可溶性Aβ（P＜0.001），长期腹腔透析可以有效清除小鼠脑组织Aβ（P＜0.01）、改善认知功能（P＜0.05）［23］，证实外周途径清除脑组织Aβ的有效性。我们课题组提出外周途径清除Aβ的阿尔茨海默病预防与治疗新策略［24］。2017年，Nat Rev Neurol对此项研究进行专题介绍，认为外周途径清除Aβ是一项有前景的阿尔茨海默病预防与治疗途径［25］。

抑制Aβ聚集是清除Aβ的重要策略。我们课题组予月龄3个月的APP/PS⁃1转基因小鼠葡萄籽多酚口服9个月，采用免疫组织化学染色和ELISA法检测脑组织Aβ水平，结果显示，服用葡萄籽多酚可以明显降低小鼠脑组织Aβ水平（P＜0.05）［26］；进一步通过结构分析解析出儿茶酚基团是上述天然多酚抗氧化应激和抑制Aβ聚集的共同基团［27］，提示可以从抗氧化剂中探寻新型抗Aβ聚集药。依达拉奉是临床用于急性缺血性卒中的氧自由基清除剂，我们课题组发现依达拉奉具有较强的抑制Aβ聚集作用，并进行依达拉奉预防与治疗阿尔茨海默病的动物实验，予APP/PS⁃1转基因小鼠腹腔注射或口服依达拉奉，结果显示，两种方法均可以有效抑制脑组织Aβ沉积（P＜0.01），减轻氧化应激和神经元变性死亡（P ＜0.01），改善认知功能（P ＜0.05）［28］。阿尔茨海默病的发病机制涉及脑组织Aβ沉积、氧化应激等多个病理环节，应协同干预。抗氧化应激和抑制Aβ聚集共同基团的揭示，为阿尔茨海默病多靶点协同药物研发提供新的思路。鉴于此我们课题组提出阿尔茨海默病预防与治疗应采用综合干预的策略［29］。

我们课题组对阿尔茨海默病Aβ中枢和外周清除机制以及清除途径和干预靶点进行初步探讨，发现Aβ中枢和外周清除机制共同参与疾病的发生与发展，二者均是潜在的阿尔茨海默病干预靶点。据此我们课题组提出阿尔茨海默病系统观［30］，为从全身角度探讨阿尔茨海默病的发病机制及诊断与治疗策略提供新的思路。

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