关注少突胶质细胞：阿尔茨海默病治疗的新靶点

赵红 李潇 王翠

大连市中心医院神经内科（辽宁大连 116033）

阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）又称老年痴呆症，是一种以进行性认知功能障碍和记忆力损害为主的神经系统退行性疾病。随着人口的老龄化，AD 发病率逐年增高，给家庭和社会带来了沉重的负担。既往认为AD 为皮质性痴呆，灰质有明显的病理改变，即β-淀粉样蛋白（β-amyloid protein，Aβ）沉积形成的老年斑和tau 蛋白过度磷酸化形成的神经元纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）［1］。然而大量针对Aβ 和tau 蛋白的靶向药物试验均已失败告终。少突胶质细胞形成的髓鞘是脑白质的重要成分，近年来发现AD 还存在着广泛的原发性白质损害，这种白质的损害发生较早，先于Aβ 聚集和Tau 蛋白的发生，且与认知功能的下降密切相关［2］。有学者认为AD 是一种脱髓鞘性疾病，髓鞘损伤启动了AD 的病理进程，导致突触功能异常和认知功能的下降。本文就髓鞘与认知功能的关系、AD 中的髓鞘损害及其可能性机制取得的进展进行综述。

1 髓鞘及与认知功能的关系

髓鞘是包裹在神经轴突外的脂肪鞘，由80%的脂质和20%的蛋白质组成。少突胶质细胞是中枢神经系统（central nerve system，CNS）的髓鞘形成细胞，其发出的细胞膜反复包绕轴突形成髓鞘。髓鞘在神经纤维的绝缘中起重要作用，维持轴突的动作电位，协助电信号的快速而准确的传导［3］。少突胶质细胞能够分泌多种因子如胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor，IGF-1）、胶质来源神经营养因子（glial cell derived neurotrophic factor，GDNF）和神经生长因子（nerve growth factor，NGF）等，为神经元提供营养支持及调节突触发育［4］。单一的髓鞘可以包绕近50 根轴突。CNS 髓鞘化是一个极为复杂的过程，从出生后到成年有大量的髓鞘形成，且不同区域开始髓鞘化时间不一，髓鞘化完成的时间也不同。人类的胼胝体髓鞘化在20岁左右完成，而前额叶在40 岁左右完成［5］。AD 小鼠模型大脑存在广泛的髓鞘总量减少，且髓鞘减少与学习记忆能力下降出现的时间相近，记忆训练可以促进脑皮层及相关白质脑区内少突胶质细胞新生和新的髓鞘形成，改善认知功能。另有研究表明，接受学习训练的AD 模型小鼠碱性髓鞘蛋白（myelin basic protein，MBP）的表达较没有接受训练的小鼠明显升高，且MBP的表达水平与学习速度密切相关［6］。小鼠在学习新的复杂技能后，胼胝体出现新的少突胶质细胞和髓鞘，提示学习活动可以调控少突胶质细胞的新生［7］。此外，髓鞘损伤可以影响神经元动作电位的传导，导致突触信号传递异常。实验性自身免疫性脑炎（experimental autoimmune encephalitis，EAE）脱髓鞘小鼠模型发现海马区突触传递功能减退，且小鼠的认知功能下降［8］。这些证据表明髓鞘参与了学习记忆功能，其可塑性是学习记忆的基础。

2 AD 中白质损害的新进展

AD 中的脑白质改变主要为髓鞘脱失、轴突损伤等，导致神经纤维束减少，白质体积减少，其中髓鞘的损伤尤为明显。2 个月龄大的三重转基因（3xTg-AD）小鼠模型，在海马和内嗅皮层检测到髓鞘缺失和少突胶质细胞表达的减少，电镜观察到髓鞘形态异常［9］。AD 模型小鼠的临床前阶段Braak 1/2 期颞叶皮层发现髓鞘合成缺陷，这一病理早于Aβ 聚集和Tau 蛋白的发生［10］，提示白质异常发生于AD 早期，可能是AD 病理的起因。另有研究发现，AD 转基因小鼠模型，局灶性脱髓鞘损伤发生在Aβ 斑块附近，无斑块的新皮层区域没有髓鞘脱失和少突胶质细胞丢失，提示脱髓鞘和神经元死亡密切相关，但始终无法辨认白质异常是引发AD 的首要因素，还是间接导致AD 发病。极长链神经酰胺为髓鞘脂质组分之一，由神经酰胺合成酶2（ceramide synthase 2，cers2）催化合成。KAYA 等［11］观察到AD 模型小鼠cers2 的活性明显减少。除了髓鞘的缺失，轴突受损也是AD 重要的白质改变。轴突改变最明显的特点是轴突转运障碍。动物模型的研究表明，轴突所必需的驱动蛋白-1（kinesin-1）大量减少，导致轴突运输受损［12］，由此引发下游事件淀粉样蛋白Aβ 和斑块的形成，Aβ 异常聚集又可能引起轴突转运障碍加重，两者可以相互影响进入恶性环节。

在体核磁共振（MRI）研究提供了AD 髓鞘改变的进一步证据。AD 为皮质性痴呆，灰质有明显的病理改变，MR 成像中AD 患者大脑灰质区域相应体积缩小。近年来发现白质异常也是AD 的重要改变，在AD 的临床前阶段灰质结构保持完好，然而白质的神经纤维成分已开始发生异常，且这种白质的改变并不继发于神经元的变性。AD 脑白质改变越来越受到重视，不仅是AD 中晚期患者，AD 早期包括AD 高危人群、临床症状前期、主观性认知功能下降（subjective cognitive impairment，SCI）、轻度认知功能损害（mild cognitive impairment，MCI）患者中均存在明显的白质微结构损伤。MCI 及AD 患者的MRI T1 加权像表现出白质萎缩，T2 加权像中表现白质高信号［13］。但MRI 结构成像发现白质损伤时，大部分痴呆患者已进入中晚期阶段。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可以在疾病早期检测到MRI 序列难以探测到的白质纤维束髓鞘异常。DTI 技术观察到AD患者与情境记忆相关的部位如颞顶区域、楔前叶、后扣带回和海马旁回存在广泛的白质改变［14］。有研究者建议使用DTI 测量后扣带回与海马间的连接纤维来帮助诊断AD［15］。AD 患者内侧颞叶最早受累，病变最严重，且与AD 病理密切相关。研究发现，与内侧颞叶连接纤维的减少及中断不是由内侧颞叶萎缩引起的，提示AD 患者存在原发性的白质损害［16］。穹隆是海马脑区主要的传入和传出白质纤维，DTI 成像研究发现在携带APOE4 基因的AD 高危人群中，穹隆白质纤维束的完整性破坏，这类损伤独立于灰质变性［17］。MCI 患者在许多脑区存在白质损害，然而灰质萎缩仅仅局限于内侧颞叶，且DTI 测量的异常白质纤维束与邻近的灰质体积无关［18］。SCI 患者皮层的厚度尚未发生改变，已可检测到白质纤维束的损伤［19］。与此研究类似，APOE4 携带者在认知功能损害出现之前灰质结构相对完整时，已发现明显的白质改变［20-21］。上述影像学证据表明，AD 早期病理改变不仅仅局限于大脑皮层灰质结构异常，还涉及到白质微结构的损害，且白质变性先于灰质损害。

生化研究也证实了AD 患者存在髓鞘的损伤。MBP 是CNS 髓鞘的主要结构性蛋白，约占髓鞘蛋白总量的30%，是反映髓鞘脱失的指标。MBP 不仅与髓鞘紧密性相关，还能调节Aβ 纤维组装过程，与Aβ 结合抑制Aβ 沉积。离体实验证实，MBP具有在体外降解Aβ 活性的作用［22］。研究发现，AD 患者MBP 水平明显下降，且MBP 的下降水平与Aβ42 增多有很强的相关性［23］，提示AD 患者存在髓鞘损伤，髓鞘损伤后引起Aβ 表达的改变。而Aβ 对少突胶质细胞又具有细胞毒性作用，加重髓鞘损伤，两者之间有相互促进的作用。另有研究发现，AD 患者胶质来源抗体如抗MOG、抗MAG、抗MBP 和抗PLP 抗体较正常对照组增加［24］，针对髓鞘不同抗体水平的增加间接反映了髓鞘的损伤。除此之外，人脑死后尸检也证实在感觉运动皮层，颞上回和额回中少突胶质细胞数量的减少。髓鞘损伤在AD 病程的早期可能发挥了重要的作用，然而，AD 病理和髓鞘损伤之间的确切联系仍不清楚，髓鞘脱失是否继发于神经元的变性还是AD 的始动因素，脱髓鞘还是Aβ 沉积是AD 的上游事件以及Aβ 和髓鞘脱失之间是否有直接的联系仍需进一步研究。

3 AD 中髓鞘损伤的机制

3.1 年龄与基因突变年龄是AD 发病过程中最重要的危险因素，是髓鞘损害的主要原因。在正常的自然衰老过程中，少突胶质细胞老化且数量减少，髓鞘发生退行性改变（髓鞘变薄、有髓纤维丧失），且这种改变先于神经元的丢失。少突胶质细胞的数量从青少年到90 岁减少27%，白质体积减少28%［25］。少突胶质细胞死亡和髓鞘损伤的速度远远超过神经元死亡的速度。有研究表明，AD模型小鼠超早期出现髓鞘的改变，且随着年龄增加，变化逐渐加大，髓鞘总量逐渐下降，髓鞘厚度和密度也呈下降趋势［26］。水迷宫实验发现老化过程中，小鼠学习和记忆能力明显下降。细胞自噬在Aβ 斑块的代谢中起重要作用，少突胶质及前体细胞（oligodendrocyte precursor cells，OPCs）能够通过自噬作用清除Aβ［27］。随着年龄的增长，OPCs和少突胶质细胞老化且数量减少，细胞自噬能力减弱，导致Aβ 清除障碍。除此之外，年龄和其相关的因素如铁过量、氧化应激、低灌注、兴奋性氨基酸毒性作用等都可能参与髓鞘的损伤。少突胶质细胞富含铁，髓鞘老化后导致细胞内铁的大量释放［28］。铁释放后一方面增加淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）的产生促进Aβ 寡聚体形成，另一方面产生大量的氧自由基，引发脂质过氧化和细胞内钙超载，导致少突胶质细胞的受损和死亡。

AD 具有高度的遗传性，AD 相关风险基因的突变或基因水平调控失常也可导致髓鞘破坏。在家族性AD 患者，APP 突变使得新产生髓鞘的粘附能力受损，导致髓鞘脱失。PS1 突变小鼠少突胶质细胞对毒性物质易感性增加。β 分泌酶1（BACE1）是水解APP 生成Aβ 的限速酶，在APP 形成Aβ 中发挥重要作用。近年来发现，BACE1 与髓鞘化过程密切相关。缺乏BACK1 的小鼠髓鞘化过程延迟，髓鞘厚度降低，可能因为BACK1 能裂解神经调节素（neuregulin 1，NRG1）。NRG1 是髓鞘化所需的轴突表达因子之一，对神经损伤后的髓鞘再生起重要作用［29］。载脂蛋白E（APOE）不仅在脂质代谢中起到重要作用，也是散发性AD 的遗传风险因子［30］。APOE 参与脑中内源性脂质的产生、转运和回收，对于髓鞘的再生与修复至关重要。APOE4等位基因与髓鞘损伤有一定的关系。APOE 等位基因的携带者较没有APOE 携带者血清APOE 水平下降，APOE 水平降低后能够减少脑内髓鞘的形成，促进年龄相关的髓鞘损害。晚发型AD 患者，携带APOE4 突变基因的患者回收必需脂质的能力减退，髓鞘修复减慢［4］。

3.2 Aβ介导的白质损伤Aβ沉积是神经元变性的主要原因，Aβ 对神经元和内皮细胞有毒性作用。越来越多的证据表明，Aβ 对少突胶质细胞亦有毒性作用，导致髓鞘的损害。立体定向注射Aβ42 到大鼠胼胝体导致广泛的白质损伤和少突胶质细胞死亡。在125 例AD 患者死后尸检中发现，Aβ 沉积是额叶白质损伤的主要因素［31］。离体细胞培养模型揭示，Aβ 通过DNA 损伤、线粒体功能失衡和细胞骨架断裂，对少突胶质细胞产生直接的细胞毒性作用。转基因的AD 小鼠模型，当免疫注射Aβ特异性抗体中和Aβ 斑块后，髓鞘和少突胶质细胞的异常可以逆转甚至恢复到正常［32］。这些数据表明Aβ 的神经毒性在AD 白质损伤中发挥了重要的作用。

Aβ 对神经细胞的毒性作用机制复杂，除了直接损伤，还存在着其他多种机制。有研究表明Aβ与细胞凋亡活动关系密切。离体实验证实Aβ 可以导致caspase-3 激活，从而诱导少突胶质及前体细胞凋亡。Aβ 可以激活中性鞘磷脂酶（neutral sphingomyelinase，nSMase）-神经酰胺级联反应，导致少突胶质细胞功能失衡。nSMase 能够降解细胞膜的鞘磷脂释放神经酰胺，参与细胞凋亡的发生。使用鞘磷脂酶抑制剂3-O-methyl-sphingomyelin 或基因敲除nSMase 可以延缓Aβ 诱导的少突胶质细胞凋亡［33］。Aβ诱导的神经毒也可造成膜损伤，氧自由基释放，通过氧化应激导致细胞死亡。还原型谷胱甘肽（GSH）在氧自由基清除中起关键作用，可以阻止Aβ 激活nSMase 以减少少突细胞的死亡。AD 患者少突胶质细胞内GSH 含量下降，一方面清除自由基的能力减弱，另一方面通过激活nSMase途径，加速少突胶质细胞死亡。

除此之外，Aβ 沉积激活小胶质细胞导致的炎症反应也在髓鞘损伤的病理机制中起着重要的作用。小胶质细胞是脑内主要的免疫效应细胞，清除微环境的有害物质。离体定向注射Aβ42 到大鼠可以观察到星型胶质和小胶质细胞的数量增多，异常活化，同时检测到多种炎症因子如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素-1（interleukin-1，IL-1）等的表达增加。这些致炎因子具有毒性作用，导致少突胶质细胞损伤。少突胶质细胞死亡后释放细胞内铁，又可以促进Aβ 寡聚体的形成和增加Aβ 的毒性作用。另外，这些炎症分子通过作用于神经元或其他胶质细胞，促使其他炎症分子及补体的产生，异常Aβ合成过多，形成一个恶性循环。可见，胶质细胞作为潜在的炎症反应细胞加速髓鞘的损伤。

3.3 tau 蛋白介导的白质损伤AD 另一个重要的病理特征是神经元内因高度磷酸化tau 蛋白聚集而成的NFTs。Tau 蛋白即微管相关蛋白，将相邻的微管连接起来，形成成熟和稳定的微管。微管在神经元结构、轴突运输和突触可塑性方面发挥了重要作用。正常情况下，tau 蛋白以磷酸化形式存在，有利于微管的稳定。当蛋白激酶活性上调或磷酸酯酶活性下调时，tau 蛋白将被过度磷酸化，从微管蛋白上脱离下来，不再具有结合稳定微管的能力，导致微管解体。而脱落下来的tau 蛋白聚集形成不溶性的NFTs，沉积与神经元的胞浆和突起，导致神经元死亡。AD 脑中tau 蛋白过度异常磷酸化主要发生在神经元，但在神经胶质细胞（星形胶质和少突胶质细胞）中也有tau 蛋白磷酸化病变的发生。含G272V 突变的tau 转基因鼠，发现与人类AD 病理类似的少突胶质细胞纤维损伤。tau 病变小鼠模型中，使用微管结合剂稳定微管结构减少tau 蛋白过度磷酸化，不仅能减轻轴索损伤，也能减轻AD 的临床症状。除此之外，NTFs 也通过炎症和氧化应激机制导致少突胶质细胞分化成熟障碍，进而影响髓鞘生成。髓鞘损伤是NTFs的原因还是结果以及NTFs 对少突胶质细胞具体作用机制仍需进一步研究。

3.4 缺血与脑白质损伤多数白质病变归因于和AD 并存的脑小血管病所导致。80%AD 患者可以观察到血管样的病理改变如白质高信号、腔隙性脑梗死、淀粉样变等。血管性痴呆患者脑内亦可见Aβ 沉积。此外，Aβ40 肽通常易于在软脑膜和脑动脉壁上沉积，导致脑的淀粉样血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）。有90%AD 患者有这种改变。CAA 可以导致受累血管区域血流灌注的减少，使得缺血性脑血管病的发病率增高［34］。因此有学者认为，AD 是血管性疾病，血管危险因素可以启动AD 病理的发生。缺血后由于葡萄糖及氧缺乏，引起细胞内钙超载、氧化应激、兴奋性氨基酸毒性作用等导致少突胶质细胞损伤。研究表明，白质低灌注使得星型胶质细胞和小胶质细胞产生透明质酸，透明质酸可以抑制少突胶质细胞的增殖及成熟，影响髓鞘修复。多数AD 与血管性疾病并存，提示两者间的髓鞘损害可能存在着共同的机制。

4 结语与展望

大量的证据表明，髓鞘损害是AD 病理的重要特点，与认知功能下降密切相关。有研究者认为Aβ 沉积和tau 蛋白不是AD 的主要病因，而是髓鞘修复的副产物，清除脑内的Aβ，AD 患者临床症状并没有得到改善也支持这一观点。广泛的原发白质损害在AD 病程的早期发挥了重要的作用，然而，很难说单独的髓鞘损伤可以驱动AD 病理的发生，这类损伤与其他病理损伤密切相关，互相影响，共同促进了AD 病程的进展。在一定程度上保护髓鞘，促进髓鞘修复可能改善AD 患者的认知损伤。对AD 中髓鞘损害发生机制的深入研究将为AD 的治疗提供新的靶点。