老年痴呆的发病机制及防治药物

老年痴呆的发病机制及防治药物 3 张均田 (中国医学科学院、中国协和医科大学药物研究所 ,北京 　100050) [摘 　要 ] 　老年痴呆的发病率随人口老龄化而增加 ,其发病机制的主要学说是淀粉样肽假说 :凝聚态 Aβ在脑实质 的沉积启动病理级联 ,导致神经纤维缠结形成 ,神经元丢失和痴呆表现。治疗老年痴呆的药物主要有胆碱酯酶抑制药、 脑血管扩张药 ,钙拮抗药 ,防止 Aβ沉积药 ,抑制β、γ分泌酶药和抗炎药以及具有潜在抗老年痴呆作用的天然成分等。 [关键词 ] 　老年痴呆 ;发病机制 ;药物治疗 [中图分类号 ] 　R971. 9 　　　[文献标识码 ] 　A 　　　[文章编号 ] 　100420781 (2002) 0820469203 　　老年痴呆与年龄老化有密切关系。随着人口老龄 化 ,老年痴呆的发病率也随之增加。根据 Rotterdarm 研究结果 ,65～69 岁老年人每年的发病率是 1. 4 ‰,70 ～74 岁者是 3. 9 ‰,75～79 岁者是 16. 7 ‰,到 85 岁时 增至 45. 4 ‰。老年痴呆是继肿瘤、心脏病、脑血管病 之后引起老年人死亡的第四大病因 ,它是一种严重的、 退行性脑疾患 ,临床特征是进行性认知功能障碍 ,至疾 病后期 ,患者生活不能自理及卧床不起 ,不能说话甚至 连自己的近亲都不认识。痴呆患者的病理改变包括广 泛的神经元丢失、脑内出现无数神经元纤维缠结 (NFT)和老年斑。 1 　老年痴呆的发病机制 老年痴呆大致可分为早老性痴呆 ( alzheimer’s disease , AD)和血管性痴呆 (vascular dementia , VD)和二 者的混合型。AD 更常见 ,也研究得更多。关于痴呆的 发病机制 ,一个主要的学说是淀粉样肽假说 :凝聚态 Aβ在脑实质的沉积启动病理级联 ,导致 NFT 形成 ,神 经元丢失和痴呆表现[1～6 ] (图 1) 。 图 1 　淀粉样肽假说示意图 淀粉样肽假说强调 Aβ凝聚而非已成熟的淀粉样 纤维在 AD 发病中的作用。具有神经毒性的 Aβ参与 [收稿日期 ] 　2002205222 [基金项目 ] 　3 本课为国家重点基础研究发展规划基金 资助项目 (基金编号 : G1998051109) [作者简介 ] 　张均田 (1931 - ) ,男 ,江西人 ,全国政协委 员 ,中国药理学会理事长 ,博士生导师 ,从事神经药理学研究。 了 NFT的形成。但前脑额叶痴呆与 17 号染色体有关 联。细胞内 tau 的凝聚也可由 tau 基因突变直接引起 (引自 Allsop D , et al . Biochem Soc. Symp. 67 , 1～4) 。 微管是重要的细胞骨架成分 ,与有丝分裂、细胞内转运 等多种功能有关。微管由管蛋白 (tubulin) 和微管相关 蛋白 (tau 含量最高) 组成。tau 蛋白是一种含磷蛋白 质。AD 患者的 tau 蛋白被异常高度磷酸化 ,随之被异 常糖基化和糖化 ,是 NFT 中双股螺旋丝 ( PHF) 的主要 成分之一。异常修饰的 tau 蛋白丧失其促微管组装的 生物学活性 ,并引起分子间广泛交叉连接 ,影响细胞信 息传递和产生细胞毒性。早老素 1 ( PS21) 和早老素 2 (PS22)突变参与了 AD 老年斑和 NFT的形成 ,具有 PS2 1 基因缺陷的个体均患 AD ,早发型家族性 AD 中有 70 %～80 %是由 PS21 引起的。PS 在 AD 发病中的作 用是 :促进 Aβ的沉积 ,损伤线粒体 ,产生自由基 ,造成 钙稳态失调和释放凋亡因子引起细胞凋亡 ,提高 GSK2 3β活性 , 增加 tau 蛋白的磷酸化。载脂蛋白 E (apolipoprotien E , APOE) 基因定位于 19 号染色体 ,人 类的 APOE 基因有三个等位基因即 APOE2 ,APOE3 , APOE4 ,产生三个等位体即ε2 ,ε3 ,ε4。ε4 等位体在 AD 患者中的出现频率约为 40 %。APOE4 在 AD 发病中的 作用是 :促进 Aβ的形成 ,减少 Aβ清除 ,促进 tau 高度 磷酸化和形成双股螺旋细丝以及使乙酰胆碱合成减 少。 除上述 AD 相关基因突变和多型性外 ,钙稳态失 调和氧化应激被认为是神经元损伤、死亡的关键因素。 现趋向于认为 ,它们是急性和慢性神经退行性疾病和 细胞死亡的“最后共同通路”(final common pathways) 。 神经细胞坏死主要是不可控制的大量离子内流和细胞 溶解 ,神经细胞凋亡主要是“死亡基因”表达增加所致。 现已确定 ,“死亡基因”的表达增加或大量离子内流入 细胞 ,其元凶仍然是钙稳态失调和自由基生成过多。 反过来 ,各种基因的、环境的因素都会影响神经元的钙 稳态和自由基代谢。当细胞内钙离子持续升高并同时 ·964·医药导报 2002 年 8 月第 21 卷第 8 期 存在自由基时 ,会出现恶性前馈 (feed2forward) 循环 ,即 Ca2 + 加速自由基的生成 ,或反过来 ,自由基增加细胞内 钙离子的堆积。此外 ,线粒体损伤与 AD 关系的研究 受到越来越多的重视。已证明 ,线粒体中的遗传基因 突变、细胞内钙超载、兴奋性氨基酸释放过量、自由基 (包括 NO)生成过多 ,均能引起线粒体能量代谢障碍 , 从而导致疾病包括 AD 等神经退行性疾病的发生或恶 化。 2 　防治老年痴呆的药物 目前治疗老年痴呆的药物主要有胆碱酯酶抑制 药 ,脑血管扩张药 ,钙拮抗药 ,防止 Aβ沉积药 ,抑制β、 γ分泌酶药和抗炎药等。应该指出 ,患者往往对某特 定药物的反应有显著差别。这种反应的差别与以下因 素有关 :AD 发病的阶段、痴呆的程度、脑功能损伤程 度、遗传因素 (散发型与家族型) 和存在于个体间的反 应差异[4 ,7～10 ] 。 2. 1 　改善胆碱系统功能的药物 　在老年痴呆的早期 , 胆碱功能缺乏的症状早于其他任何症状 ,AD 特征之一 的神经元凋亡也主要发生在胆碱神经元。从治疗角度 看 ,美国 FDA 批准上市治疗 AD 的药物均为胆碱酯酶 抑制药。从建立 AD 模型看 ,无论是化学的方法或手 术的方法都是以损毁胆碱神经元或切断胆碱神经通路 来建立痴呆模型。现用于临床的胆碱酯酶抑制药有他 克林、多奈哌齐 (donepezil)和石杉碱甲等。此类药物对 痴呆病早期以及改善认知功能障碍有效 ,但也有一定 副作用及作用短暂等缺点 ,尤其是他克林对肝脏损伤 严重 ,我国临床已不再使用此药。 2. 2 　减少氧应激和胞内钙超载的药物 　自由基生成 过多被视为引起退行性变和细胞死亡的关键因素 ,胞 内钙超载是各型细胞凋亡或坏死的最后共同通路。维 生素 E (2 000 U·d21)和司来吉兰 (selegiline , 10 mg·d21) 以及艾地苯醌 (idebenone , 360 mg·d21)在临床上均有一 定效果。双氢吡啶类钙拮抗药尼莫地平 ( nimodipine) 对小鼠、大鼠多种化学性记忆障碍模型均显示出良好 效果。我国和德国几乎同时将尼莫地平试用于早老性 痴呆、血管性痴呆和其他类型痴呆以及各种原因引起 的记忆障碍患者。结果表明该药在认知障碍、操作、情 感和社会行为等方面均有明显改善作用。褪黑激素 (melatonin)作为一个强大的内源性自由基清除药 ,具 有显著的抗衰老及防治老年痴呆的作用。首先 ,它作 为一个内源性自由基清除药具有以下一些特点 : ①既 可从食物 (水果、蔬菜、谷物等等均含褪黑激素) 中摄 取 ,又可在身体内合成 ; ②可清除·OH、H2O2、单线氧、 NO、过氧化亚硝酸阴离子 (ONOO - ) 和过氧化硝酸 (ONOOH - )等 ,还可通过基因调节 ,提高 SOD、GSH2Px 和谷胱甘肽还原酶的活性 ; ③能够有效地抵御大多数 自由基生成药 (氰化钾、铬、脂多糖、阿司匹林、吲哚美 辛、百草枯、乙醇、四氧嘧啶等) 、自由基生成过程 (缺血2再灌注、过度运动) 和大剂量化学致癌物黄樟醚以及 电离辐射造成 DNA 破坏及基因损伤等 ,褪黑激素清除 羟基自由基的能力是谷胱甘肽的 4 倍、甘露醇的 10 倍、维生素 E的 2 倍 ; ④褪黑激素透过血脑屏障和分布 在细胞膜、细胞质和细胞核 ,而维生素 E 及维生素 C 等则不能分布在细胞的所有部位 ; ⑤褪黑激素属自杀 性抗氧化药 ,不参与氧化2还原反应 ,故不会形成前氧 化物。褪黑激素有无抗老年痴呆作用呢 ? 我们采用 APP695 转基因小鼠观察到 ,10 个月龄 APP695 转基因 小鼠有与 AD 类似的 SP、NFT、神经元丢失和认知障碍 的病理变化。长期应用褪黑激素 10 mg·kg21可改善 APP695Tg + / 2小鼠行为学障碍 ,同时提高脑内的胆碱 乙酰转移酶 (ChAT) 活性 ,还可显著地抑制 Aβ的沉积 和胶质细胞的异常活化。APP695Tg + / 2小鼠皮层存在 神经元的凋亡并发现脑中 GFAP 的表达增加 ,TrKA 和 Calbindin D 28K的表达明显降低。提示此转基因小鼠 存在神经生长因子信号通路的异常和钙缓冲的失调。 抗凋亡基因 bcl22 的表达明显减弱 , 而凋亡基因 caspase23、Bax、Par24 的表达明显增加。提示凋亡/ 生存 平衡的失调介导了 APP695Tg + / 2小鼠皮层神经元的 凋亡 ,褪黑激素可逆转上述现象。 2. 3 　干扰 Aβ形成和沉积的药物 　Aβ是由其前体蛋 白 APP 在加工修饰过程中经不同的剪切方式形成的 39～43 个氨基酸残基所组成 ,被认为是 AD 发病的主 要原因之一。Aβ的前体 APP 含量减少 ,Aβ的生成也 随之减少。为减少 APP 的生成 ,可用抗体封闭或反义 技术 ———反义 DNA、反义 RNA、反义寡核甘酸来抑制 与其互补的特异基因或其 mRNA。分泌酶中α2分泌酶 酶切位点位于 Aβ第 16 位赖氨酸和第 17 位亮氨酸之 间 ,该位点的肽键发生水解不能形成 Aβ,而β、γ2分泌 酶酶解位点分别是 Met6712Asp672 和 39～43 区段某一 肽键上 ,故可产生 Aβ。选择性地升高α2分泌酶或抑制 β、γ2分泌酶的活性都能阻止 Aβ的生成。由于 APP 的 裂解主要在内吞小体2溶酶体系统内进行 ,找到合适的 溶酶体抑制药将有助于防止 Aβ的生成。有研究报道 称 ,β2环糊精 (β2cyclodextrin) 、利福霉素 (rifamycin) 、层粘 连蛋白、蒽环类抗生素、尼可丁、褪黑激素、基于 Aβ中 央疏水区合成的短肽等可抑制 Aβ的纤维形成。已证 明能抑制 Aβ凝聚的药物是苯并呋喃类衍生物 (32p2 toluoy122 [ 4 ’ = ( 32diethylaminopropoxy )2phenyl ])2 ·074· Herald of Medicine Vol . 21 No. 8 August 2002 benzofuran ,其作用点位于形成毒性淀粉样肽之前 ,故能 阻断其细胞毒性。Aβ在AD 的神经病理改变中起中心 作用 ,能产生多方面神经毒性 ,用人工合成的 Aβ1～42 免疫接种 ,观察对早期的、尚无明显 AD 样病变的 PDAPP转基因鼠以及对晚期已有明显 AD 样病理改变 的 PDAPP 转基因鼠的作用 ,结果表明 ,用 Aβ1～42 免疫 接种大大减轻了 PDAPP 的 AD 样病理改变 ,在青年鼠淀 粉样斑块产生前接种可基本上阻断斑块的生成 ,在老年 鼠已产生斑块后接种则可明显延迟已有病变的发展 ,并 促进其消失。Aβ1～42 免疫接种可产生抗 Aβ1～42 抗 体 ,引起单核/ 小胶质细胞的激活 ,从而清除了 Aβ1～42。 因此 ,Aβ免疫疗法可望成为 AD 的一种新的治疗方法。 2. 4 　具有潜在抗老年痴呆作用的天然成分 　从天然 产物和中草药中发掘具有抗老年痴呆的药物有重要的 理论和实用意义。存在于芸香科植物黄皮 [ lansium Clausena (Lour. ) Skeels ]的黄皮酰胺是一消旋体 ,我所 已人工合成成功并拆分为 (2) 和 ( + ) 黄皮胺。采用多 种方法和多种记忆障碍模型证明 , (2) 黄皮酰胺口服剂 量 5～10 mg·kg21 ,可明显改善记忆障碍 ,而吡拉西坦 (piracetam)的有效剂量高达 500 mg·kg21。采用电生理 学方法证明 ,在离体海马脑片、麻醉动物和清醒自由活 动动物 , (2)黄皮酰胺均可增强突触基础传递活动和提 高高频电刺激 ( HFS) 引起的 LTP 的幅度 , ( + ) 黄皮酰 胺和吡拉西坦不但无促进 LTP 的作用 ,反而产生抑制 作用。(2)黄皮酰胺易化学习记忆的作用机制主要是 增强中枢胆碱系统功能、增加海马突触数和苔藓神经 纤维末梢发芽数以及增加脑内蛋白质的合成和 Zif/ 268、BDNF 的表达。采用三种凋亡模型观察到 (2) 黄皮 酰胺能明显抑制细胞凋亡和 DNA 的断裂。其机制与 调控凋亡相关基因和修复线粒体功能有关。(2) 黄皮 酰胺还能提高 PKC 和 Calcineurin 和 Calpain 蛋白磷酸 酯酶活性 ,因而推测它可能具有抑制 tau 蛋白过度磷 酸化的作用。丹酚酸 B 是从中药丹参分离出的丹酚 酸类化合物之一 ,有较强的抗氧活性。研究证明 ,它能 抑制Aβ的凝聚和纤维形成 ,从而防止神经毒性。应用 脑缺血2再灌注损伤和 Aβ1～40 及 Aβ25～35 造成神经 细胞凋亡和线粒体损伤以及葡萄糖重摄取障碍。丹酚 酸 B 在 1026～1028 mol·L21浓度下具有抗神经细胞凋亡 作用 ,其作用机制主要是抑制 Aβ纤维形成 ,提高线粒 体膜电位 ,改善能量代谢 ,减少自由基产生 ,抑制细胞 色素 C 释放 ,抑制 caspase23 的活化和表达。脑缺血/ 葡萄糖代谢障碍被认为是急性神经退行性疾病 ,丹酚 酸整体给药 ,剂量为 6～10 mg·kg21 ,能减少脑梗死面 积、脑水肿和改善神经缺失症状[11～13 ] 。 [参考文献 ] [1 ] 　Allsop D , Twyman L J , Davies Y, et al . 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