腺苷受体参与阿尔茨海默病的研究进展

杨滨瑞 高 腾 张惊宇

(哈尔滨医科大学附属第四医院神经内科，哈尔滨 150001)

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是以智能缺失与社会能力下降为表现的疾病，主要根据不同的发病年龄阶段进行判断：65岁以前发病者称早老性痴呆；65岁以后发病者称老年性痴呆。AD在 65～69 岁人群中的患病率已由2.8‰上升至56.1‰，成为世界第4大疾病[1]。迄今全球AD患者已超过3 500万例，而随着全球各地老龄化现象的日趋严重，预计到2040年，全球患病人数会增至8 000万例[2]。腺苷作为一种重要的神经递质，可与细胞膜上的腺苷受体(adenosine receptors，AR)结合。有研究表明，AR在不同脑区的不同表达对AD的发病及治疗具有极大影响。表明AR可能与AD的发生发展密切相关。而维持不同脑区AR的平衡表达是预防与治疗AD的主要方法。

1 AR介导的神经保护和神经损伤

腺苷，在医学名词中又称为腺嘌呤核苷。腺苷既是合成腺嘌呤核苷酸的前体组成组分，又可作为人体的代谢产物之一，其主要由5-核苷酸酶催化AMP 生成。有研究表明，在人体的各个组织、器官中，每时每刻都在产生腺苷，其中以血管内皮为最。AR属G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors，GPCRs)家族成员，包括A1、A2a、A2b和A3 4种亚型[3]。在神经系统AR的活化中起保护和加重损伤2种效应。

1.1AR与神经保护 激活腺苷A1与A2a受体能够调节神经递质释放，进而促使神经元细胞膜超极化。神经元兴奋性减少，出现抑制神经传导。其中A1受体是通过2种不同的抑制作用被激活的：①突触前的受体激活。A1的突触前受体激活可通过减少Ca2+内流从而降低乙酰胆碱、谷氨酸、去甲肾上腺素、儿茶酚乙胺等常见神经递质的释放能力，抑制神经元细胞的兴奋传导能力，起神经保护作用[4]；②研究发现，突触后的受体一旦被激活，由于腺苷A1受体与NMDA受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor)在脑内分布大同小异，腺苷A1受体便能够借由增加K+内流实现稳定的突触后膜电位，减少与NMDA的受体结合，神经元的兴奋保护神经得到抑制。此外，腺苷A1受体还可减轻抑制兴奋性氨基酸EAA的细胞毒性作用，从而保护神经元[5-7]。

1.2AR与神经损伤 有研究表明，A2a受体的活化能力可被多巴胺D2受体激动剂减弱。这一研究成果显示，D2与A2a受体存在直接拮抗关系[8]。A2a受体活性受阻能有效促进多巴胺在人体中发挥作用，使运动功能得到改善。既往研究表明通过缺血模型可以明确拮抗A2a受体可对神经起保护作用。此外，有研究表明AD患者的海马胶质细胞及大脑皮层中腺苷A2a受体的表达明显增高[9，10]。还有研究表明在海马神经元损伤的情况下，A2a受体拮抗剂的使用可有效降低相关情况的产生[11]。Cao等[12]研究表明，阻断A2a受体活性能够减轻脑神经损伤，同时还能够改善神经功能。

由此可见，激活腺苷A1受体能抑制兴奋性神经递质释放，进而有效保护神经元，而A2a受体的效应刚好与A1受体相反，A2a受体被阻断后能显著减轻脑损伤,缩小梗死面积,从而更好地改善神经功能，且激活A2a受体可减少A1 受体介导的效果，而阻断A2a同时激活A1能起到协同保护缺血性神经元损伤的作用(图1)。综上所述，激活AR对神经系统具有双向调节作用。提示AR激动剂与拮抗剂均可能具有神经保护功效。

图1 A1受体和A2a受体作用机制Fig.1 Mechanism of A1 receptor and A2a receptor

2 AR与AD发病机制的相关性

2.1AD的发病机制 近年各类研究成果显示，AD的发病机制包括以下几类：①Aβ淀粉样蛋白沉积。在AD患者脑中，由于存在Aβ蛋白聚集所形成的纤维丝，使神经细胞因为纤维丝所具有的神经毒性而大批死亡；②Tau蛋白过度磷酸化。在神经系统形成及轴突传导的过程中，Tau蛋白均发挥至关重要的功能作用，其过度磷酸化可导致微管运输营养物质的功能异常及神经元纤维缠结形成，进而引起神经元末端的树突和轴突萎缩；③基因突变；④胆碱能神经元损伤。胆碱能神经元损伤即中枢神经递质代谢障碍，是最早被提出的AD发病机制之一[13]；⑤神经递质通道的形成。Aβ在神经细胞膜上离子通道的形成对脑部皮质和海马等部位的细胞存在的离子流动、平衡造成破坏和影响，导致神经细胞死亡；⑥炎症反应。有研究发现，AD的发病与兴奋性神经递质的神经毒性有关[14]。

2.2AR与AD的发病机制

2.2.1A2a受体活化引起Tau蛋白的过度磷酸化 抑制A2a受体活化，进而下调Tau蛋白的磷酸化水平可有效保护机体的认知功能。研究表明，Tau蛋白存在于原代海马神经元细胞，而A2a受体的特异性激活可有效提升其Ser404位点的磷酸化水平，并进一步影响其线粒体运输功能，提示中枢神经系统中Tau蛋白的异常磷酸化受A2a受体活化调控；而抑制A2a受体活化能够激活蛋白激酶A ( protein kinase A，PKA )，进而激活糖原合酶激酶-3β，干预Tau蛋白C端的Ser404位点磷酸化水平，从而有效调控中枢神经系统Tau蛋白的磷酸化水平，并对机体的认知功能起保护作用[15]。

2.2.2A1受体与NMDA受体的偶联作用 在脑组织中NMDA受体的分布与腺苷 A1受体的分布完全一致，腺苷A1受体激动剂可损害记忆，而腺苷A1受体阻断剂可改善记忆损害[16]。研究表明，作为腺苷A1受体的特异性阻断剂，8-环戊-1,3-二丙基黄嘌呤(8-cyclopentyl-1,3-dipropylxanthine，DPCPX)可有效阻断其对实验小鼠学习记忆、脑内乙酰胆碱(acetylcholine，ACh)含量和胆碱酯酶(acetylcholin-esterase，AChE)活性的影响[17]。研究证实，腺苷A1受体阻断剂DPCPX可有效抑制脑内AChE活性，从而提高ACh含量，改变谷氨酸和γ-氨基丁酸比值，调控NMDA受体活性，通过双重环节，进而影响学习记忆过程[17]。提示胆碱能神经以及氨基酸能神经均受腺苷A1受体调控，进而影响大脑皮层的学习功能，这一作用与A1受体和NMDA受体的偶联作用有关。

2.2.3敲除A2a受体基因与炎症反应机制 研究表明，敲除实验小鼠A2a受体基因后，其谷氨酸水平明显下调，且维持时间短，对神经功能具有较好的保护与修复作用[18]。但研究亦发现，敲除A2a受体基因初期实验小鼠炎症反应增加，其抗炎作用在实验过程中逐渐形成，提示实验小鼠A2a受体基因的敲除与炎症反应的敏感性相关，在敲除初期与炎症反应呈正相关，在敲除后期则对炎症反应逐渐呈现抑制作用，说明A2a受体基因的敲除与两种反馈机制并存的状态。

以上结果表明，AR可通过参与AD发病机制中Tau蛋白的过度磷酸化、胆碱能神经元损伤和炎症反应等参与AD发病[18]。此外，AR调节的Ca2+和K+在细胞内的动态平衡也会间接影响AD发病，然而目前没有相关方面的研究进展，对于此项议题仍需要更多的实验和数据支持。

3 AR在AD发病过程中的作用

3.1AR在临床AD患者中的作用 大量临床研究表明AD患者发病过程中伴随AR的异常，包括A2a受体表达升高及A1受体表达降低等。Lagarde等[19]对老年AD患者脑部进行MPDX-PET扫描，结果显示其与同龄未患AD的老年人相比脑内海马区的A1受体表达明显降低，且颞叶皮层的结合能力受到影响。Temido-Ferreira等[20]利用定量放射自显影技术对AD患者纹状体进行观察，结果表明AD患者脑内A1受体表达受到不同程度的影响，此外，AD患者海马齿状回与A1受体的特异性拮抗剂的结合率亦有明显的降低趋势。

研究人员在对早期和晚期AD患者检查中得出结论：患者的A2a受体在前额叶皮质之中的表达量有明显上升趋势，提示AD患者的A2a受体在体内处于过表达状态[21]。这也从另一个角度说明了控制A2a受体的表达可能是防治AD的有效方法。Gussago等[22]通过对AD患者细胞进行基因水平检测发现，在发病初期，AD患者的外周单核细胞中的A2a受体表达有明显的升高趋势，虽然目前尚不能证实控制A2a受体的表达能有效防治AD，但结论提示A2a受体可以作为诊断AD患者的临床指标，但相关的检测标准和方法仍需进一步研究确定。

3.2AR在AD模型中的表达变化 AR不仅在AD患者脑内发生表达变化，其在各种AD模型动物中也发生变化。对比正常小鼠和AD模型小鼠脑内A1受体表达变化，发现相较于正常小鼠，A1受体在AD模型小鼠大脑皮层、海马和小脑部分的表达分别下降了44%、50%和12%[23]。研究人员使用定量放射自显影术发现，随着大鼠的月龄增加，大脑皮层和海马区域的A1受体密度不断降低，提示A1受体在AD患者和模型动物体内的表达变化一致，都存在表达下降的现象[24]。相较于A1受体，A2a受体在AD模型动物体内表达升高。对比2月龄和24月龄的大鼠发现，A2a受体从最开始的36%胆碱能神经元末梢表达上升到了49%，但在检测中未发现A1受体的表达有明显变化。Qosa等[25]发现A1受体在快速老化小鼠脑中呈增龄性降低，而A2a受体则呈增龄性升高。

以上结果表明，A1受体在AD发病过程中的表达不断下降，A2a受体表达不断上升，这种表达变化在与学习记忆密切相关的海马脑区最为明显。其机制为AD在发病早期主要由A1受体介导神经保护作用，而晚期则由A2a受体介导神经损伤作用。

4 AR在AD防治过程中的作用研究

咖啡因是一种应用最为普遍的黄嘌呤生物碱类精神药品，可以短时间兴奋中枢神经系统、影响大脑睡眠、认知、学习和记忆。此外，还能够修正多种包括AD在内的大脑神经性功能障碍或疾病。咖啡因为AR的非选择性拮抗剂，其所引起的生物学效应主要通过拮抗A1和A2a受体行使其功能[26]。除了阻断AR外，咖啡因在细胞水平还具有其他效应，如抑制磷酸二酯酶、促进细胞内钙库的钙释放[26]。有研究证实，转基因AD模型小鼠可通过长期食用含咖啡因的饲料逐渐改善认知缺陷。系统的行为学测试表明，转基因小鼠从4月龄至8月龄给予咖啡因治疗后可改善小鼠认知的衰退，并降低小鼠海马中Aβ的表达水平[27]。体外实验发现咖啡因作用于神经元细胞后，Aβ的释放明显降低，且降低程度随咖啡因的含量增加而增大，说明AR的神经元拮抗具有神经保护作用。此外，研究人员对实验小鼠(18月龄)进行为期4周的咖啡因治疗，结果显示其可引起脑内Aβ斑块沉淀减少，促进认知功能的恢复[28]。虽然咖啡因介导治疗AD模型的神经保护机制尚不明确，但以上实验结果均可说明AR(尤其A1和A2a)均可作为研制治疗AD药物的新靶点。但亦需要注意的是，AR的拮抗剂和激动剂作为治疗AD的靶点还仅限于体外和AD动物模型实验。体外研究证实，β-淀粉样蛋白多肽受A2a受体拮抗剂的影响，能够有效地对其相关方面的合成起抑制作用，其研究机理和谷氨酸兴奋性及自由基生成具有调控、毒性等方面的功能作用，进而对突触功能产生一定影响[29]。目前咖啡因的神经保护作用在实验大鼠小脑神经元中已然得到证实，其主要是通过对A2a受体的拮抗，进而减少Aβ诱导的神经毒性。且有更进一步的实验证实，选择性使用A2a受体拮抗剂可有效验证咖啡因的神经保护作用[27]。有实验证实，芍药苷和 A1受体特异性拮抗剂DPCPX存在相同效果[30]。即芍药苷能够改善CPA引起的小鼠被动回避能力损伤与海马区长时程增强诱发能力的降低。提示芍药苷同时兼具激动 A1受体和拮抗 A2a 受体的作用[30]。另有实验证实，芍药苷保护神经元损伤和减轻小胶质细胞激活可能是其发挥拮抗作用的主要机制。此外，作用于神经元和小胶质细胞可能与药物同时激活AR和抑制受体相关[5]。综上所述，AR具有一定的神经保护及神经损伤作用，而这种作用同时调控AD Tau蛋白的过度磷酸化、胆碱能神经元损伤及炎症反应等发病机制，而AR在AD患者及模型体内的表达变化基本一致，提示AR可能会成为研制检测和治疗AD新型药物的新靶点。