针刺调节AD线粒体代谢研究进展*

陈垲艺，阚伯红，吴帮启，张香香，徐妙，陈付艳

（天津中医药大学第一附属医院，国家中医针灸临床医学研究中心，天津 300381）

阿尔茨海默病（AD）是老年人常见的一种中枢神经系统的进行性功能退行性脑疾病，也是导致痴呆的主要原因，其临床症状以及症状由轻度到重度的发展速度具有明显的特异性[1]，目前大多认为AD的临床症状以多个认知领域的获得性认知丧失以及生活自理能力的减退为主，并伴有老年斑和神经纤维缠结（NFT）这两种特征性病变，这两种特征性病变分别由脑组织中异常聚集的β淀粉样蛋白（Aβ）以及高磷酸化tau蛋白引起[2-3]。2016年1项美国的调查研究发现全美约有540万人患有阿尔茨海默氏症，以2010年人口普查为基础，预计在这540万AD患者中有520万人的年龄在65岁及以上[4-5]。2018年中国阿尔兹海默症患者约300～400万，患病人数居世界第一[6]。随着中国人口老龄化速度的加快，AD的患病率也在逐年增长，老年性痴呆将逐步发展成为中国不容忽视的医疗卫生和社会经济问题[7]。基于中国2015年1%的人口普查数据，专家预测2020年中国60岁以上的老年AD患者人数为1 450万人，2050年患病人数可高达3 003万人[8]。同多数慢性疾病类似，AD的发生发展是多种因素共同作用的结果，具有较为复杂的发病机制。越来越多的研究发现细胞线粒体的结构和功能上的损伤与AD的临床发生和发展过程存在着密切的联系[9-10]。AD往往伴随着能量缺乏的发病机制，线粒体作为人体主要的供能细胞器，大脑的高能量需求使得其对供应能量的线粒体的功能的变化非常敏感[11]。除此之外，线粒体功能障碍引起的氧化应激是导致AD发病的一个方面，最近又有研究提出线粒体损伤引起的炎症也与阿尔兹海默症密切相关[12-13]。可见线粒体功能障碍对AD的发生发展起着重要的作用。

与此同时，由于AD完整的发病机制尚不清楚，目前的治疗方案仍停留在缓解症状这一方面，尚未找到治愈这种疾病的方法，而且减缓病情发展的手段也十分有限[14-15]。针灸治疗阿尔兹海默症历史悠久，并且动物和临床试验都证明了针灸对AD患者的认知功能具有一定的改善作用，基于其较好的临床疗效以及较低的不良反应的优势，针灸已经受到了国内外专家极高的重视[16-17]。随着当今循证医学的发展，针刺治疗AD的相关研究也越来越具有循证性和可靠性。近年来脑成像技术，如功能性磁共振成像和正电子发射断层摄影术，已经作为一种动态地，视觉地以及客观地评估针刺改善脑反应的方式[18]。本综述旨在从线粒体损伤着手探讨AD发病与线粒体之间的关系以及针刺改善脑功能的具体机制。

1 线粒体与AD的关系

线粒体为细胞进行有氧呼吸的场所，可为人体提供能量，线粒体中的两个主要生物学功能是三羧酸循环（TCA循环，也称为Krebs循环）和氧化磷酸化（OXPHOS）。线粒体结构和功能受损是导致多种神经退行性疾病发生的原因，AD就是其一[19-20]。早在1998年Gibson等就已经收集资料总结出线粒体功能不全在AD的病理生理过程中起着重要作用[21]。分别又有“线粒体级联假说”和“线粒体瓶颈假说”这两个假说支撑线粒体功能不全在AD发病机制中的关键作用[22]。线粒体功能障碍能减少代谢，破坏体内钙稳态，并增加反应性氧物质的水平，促进脂质过氧化和细胞凋亡反射等[23]。相应地，对于AD患者来说，线粒体损伤可导致AD患者的糖代谢和能量代谢障碍，可介导AD进展过程中的病理损害和AD发病过程中的炎症和氧化应激，此外线粒体裂变和融合之间的不平衡还可影响了线粒体呼吸功能和ATP的产生[22]。研究发现AD患者大脑神经元中的线粒体不仅有细胞肿胀、变性、突变等细胞形态和结构的明显改变，还有因为线粒体膜电位水平降低、通透性水平增高、线粒体能量相关酶活性水平降低、神经末梢细胞ATP数量合成减少、细胞自由基生成过多等引起细胞功能的异常[24-25]，以及随之可能出现或加重的疾病包括细胞内Ca2+调节失衡、细胞凋亡和谷基酸释放过量等[26-28]。线粒体还可触发逆行反应，严重影响阿尔兹海默症患者的蛋白平衡[29]。AD患者脑颞叶组织中线粒体能量的代谢途径严重受损，还可导致脑颞叶中部及顶部的葡萄糖利用减少，脑脊液中葡萄乳酸的含量明显增高，相反脑脊液中琥珀酸、延胡索酸、谷氨酰胺的含量则明显降低[21]。总之线粒体的能量代谢途径障碍是AD患者线粒体损伤的主要表现形式，在AD的发生中起到关键作用。

2 与AD有关的能量代谢障碍相关物质

2.1 β-淀粉样蛋白（Aβ） β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积是AD的病理标志，Aβ已被临床实验证明对线粒体具有非常强的神经毒性，在AD患者的线粒体的能量代谢障碍中起到了主导性的作用。研究发现，在AD患者脑区内，位于线粒体细胞基质的Aβ-结合性的酒精脱氢酶淀粉样蛋白（AβAD）与Aβ结合，形成了一种复合物（Aβ-AβAD），其能够阻止烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的结合，进而阻断线粒体细胞膜上未经编码的活性复合体Ⅳ亚基运输至线粒体内，引起细胞色素氧化复合酶（COXⅣ）的活性显著降低，呼吸链的电子传递受阻后，则会产生更多的氧自由基（ROS），影响ATP的生成，最终导致线粒体发生能量代谢的障碍[30]。不仅如此，Aβ的沉积还会诱导tau蛋白的表达和病理改变，在毒性状态下，tau蛋白会导致突触损伤，导致记忆和认知功能障碍[31]。

2.2 细胞色素氧化酶Ⅳ（COXⅣ） 线粒体细胞色素呼吸链酶复合物位于线粒体细胞内膜上，与线粒体氧化磷酸化酶代谢有关，主要可以分为4种，而作为主要的线粒体色素呼吸链酶之一的细胞色素氧化酶Ⅳ（COXⅣ），是氧化磷酸化酶在代谢过程中的主要关键代谢酶之一。有研究报道，AD疾病患者的大脑血管组织中过多地产生的ROS与COXⅣ的活性下降有关，而不是与COXⅠ、COXⅡ和COXⅢ的活性有关[32]。COXⅣ损伤程度可直接地影响细胞线粒体的功能，导致细胞的ATP合成数量减少，膜电位丧失，促使细胞产生大量ROS[31]，可能引发细胞凋亡[33-34]。

2.3 葡萄糖代谢调节蛋白75（GRP75） 葡萄糖代谢调节蛋白75（GRP75）是一种主要存在于线粒体细胞膜内的热休克蛋白。当细胞中葡萄糖浓度水平明显下降时，GRP75的上调性表达基因的表达增高，这一过程可被看作是一种细胞对线粒体能量代谢缺糖应激的某种应答。与线粒体能量代谢缺糖应激相关的细胞生物大分子在细胞能量应激代谢的过程中可以通过GRP75的帮助穿过细胞线粒体，从而参与细胞能量代谢的各种化学反应[35]。GRP75的缺糖应激表达和受损细胞的线粒体能量和缺糖应激代谢有关，在细胞线粒体能量应激代谢的障碍中广泛地发挥着对细胞保护的作用。

2.4 琥珀酸脱氢酶（SDH） 琥珀酸脱氢酶（SDH）为一种在电子传递链和线粒体三羧酸循环（TCA循环）中起着十分重要作用的线粒体蛋白复合体[36]。结合于线粒体内的细胞膜，可为细胞需氧和产能的线粒体呼吸链运输电子，对线粒体呼吸链ATP的产生尤为重要，为线粒体的一种重要标志性多亚基酶[37]。可以以其活性作为评价线粒体中三羧酸循环运行稳定程度一个重要指标，同时也能评价线粒体的功能。SDH作为TCA循环酶之一，正常情况下，在脑中的活性较低，而在AD患者的大脑中，SDH的活性会升高44%[38]。

3 针刺调节能量代谢相关物质

近年来，越来越多的证据表明[39]，针灸可能是治疗AD的一种有效而安全的方法。Jiang[40]等还发现在提高AD模型大鼠空间学习能力和记忆力，改善大脑糖代谢以及降低β-淀粉样蛋白含量等方面针刺联合西药多奈哌齐相比单纯使用多奈哌齐疗效更好。并且Zhao[41]等通过真针刺和假针刺AD模型小鼠发现，真针刺组AD小鼠的认知能力得到了明显的改善，其作用机理并不全与安慰效应相关。由此可见针灸改善老年痴呆症的认知状态的疗效确切，但其作用机制尚不清楚。考虑到线粒体能量代谢障碍是AD主要的发病机制之一，近年来关于针灸治疗AD机制探讨方面的研究也向能量代谢障碍相关物质靠拢，这些研究结果表明调节能量代谢相关物质或许是针灸改善AD患者临床症状的一个作用方式。

3.1 针刺调节Aβ 汤双红等[42]针刺AD模型Wistar大鼠“百会”和“肾俞”穴后，监测各组大鼠Aβ内化酶及Aβ1-42的含量，结果发现与假手术组大鼠对比，模型组大鼠血清中Aβ内化酶含量下降明显，Aβ1-42的含量增多明显，齿状回内Aβ1-42阳性表达升高。而针灸组大鼠与模型组大鼠比较，血清中Aβ内化酶含量上升明显，Aβ1-42含量减少明显，齿状回内Aβ1-42阳性表达降低，说明针灸能上调AD模型大鼠血清中Aβ内化酶的含量，促进Aβ的清除以保护神经细胞。陈阳阳等[43]针刺AD模型Wistar大鼠“百会”和“肾俞”穴后，监测各组大鼠Aβ的含量，结果显示模型组血清中Aβ含量明显高于正常组，而针灸组Aβ的含量明显低于模型组，提示AD大鼠血清中Aβ含量能够通过针刺而降低。李芙[44]，张雪婷等[45]电针APP/PS1转基因小鼠“涌泉”“百会”穴后，检测小鼠血清中Aβ1-42、Aβ1-40含量，结果与正常组小鼠相比，模型组小鼠血清中Aβ1-42、Aβ1-40含量及Aβ1-40/Aβ1-42值均明显提高，与模型组小鼠比，电针组小鼠血清中Aβ1-42、Aβ1-40含量及Aβ1-40/Aβ1-42值均明显下降，说明电针可降低AD小鼠Aβ水平。罗琴琴等[46]针灸AD模型大鼠“百会”和“肾俞”穴后，监测对脑啡肽酶（NEP）和前序列蛋白酶（PreP）的影响，结果显示与正常组及假手术组大鼠相比，模型组大鼠海马NEP和PreP的含量显著降低，治疗组大鼠海马NEP和PreP的含量高于模型组大鼠，说明针灸可提高大鼠海马NEP和PreP的含量，加速细胞内外Aβ的降解，从而治疗AD。李翀等[47]电针老年痴呆模型小鼠双侧足三里21天，每天10分钟，结果提示电针足三里能明显下调小鼠大脑皮质β-淀粉样肽前体蛋白（APP）及β-淀粉样肽蛋白（Aβ）表达。

3.2 针刺调节COXⅣ 罗磊等[48]对AD模型Wistar大鼠针灸“百会”和“肾俞”穴后，观察各组大鼠中AβAD和COXⅣ水平的变化，结果显示针灸治疗组大鼠中的AβAD的水平明显低于模型组，而COXⅣ的活性明显高于模型组，说明针灸可以抑制AβAD的表达，从而提高COXⅣ活性的，减少ROS的大量产生，达到改善能量代谢的目的。崔翔等[49]针灸AD模型Wistar大鼠“百会”和“肾俞”穴后，监测各组大鼠中COXⅣ水平，结果显示与模型组大鼠相比，针灸治疗组大鼠中的COXⅣ活性显著提高，说明COXⅣ的活性可以通过针灸升高，从而防治AD。

3.3 针刺调节GRP75 彭静等[50]对SAMP8小鼠“百会”和“涌泉”穴电针后，监测小鼠GRP75水平，结果显示电针组小鼠GRP75的表达明显高于模型组小鼠，提示电针可能通过提高AD小鼠GRP75的表达以改善线粒体能量代谢。

3.4 针刺调节SDH 曾芳等[51]电针SD大鼠“百会”和“涌泉”穴，结果显示电针组大鼠的海马线粒体SDH较模型组极显著增加，提示电针能提高AD大鼠线粒体中SDH活性，从而促进ATP的合成，以维持细胞代谢和脑功能的发挥。

4 展望

现今临床主要是用能抑制体内胆碱酯酶活性，提高脑内胆碱能神经元活性的药物来治疗AD。但是从治疗AD的效果来看，不良反应较突出是这类药物的不足之处，对患者的长期治疗和服用不利，因此充分挖掘中医治疗方法具有一定的深远重大的意义。将改善线粒体能量代谢障碍作为新的途径，对针刺治疗AD提供了新的研究靶点，具有重要意义。但近几年关于此方面的研究较少，质量较低且临床研究中关于这方面的报道也不突出。因此，将线粒体能量代谢功能作为针刺治疗AD的靶点，还需在今后的实验及临床研究中做大量的工作。