张 葳， 刘丽华， 车翠娇， 朱晓易综述

氧化应激是机体内产生自由基和氧化防御系统失衡所致，是与衰老相关的各种退化性疾病的重要病理生理基础。需氧细胞代谢过程中产生的超氧自由基会对脑组织造成损害，促进脑细胞的衰老和死亡。脑组织富含不饱和脂肪酸，由于单位分子脂肪酸完全氧化较葡萄糖耗氧量大，其抗氧化酶活性相对较低，因此易遭受自由基的氧化损伤。线粒体是细胞中合成能量的工厂，在脑组织中，线粒体含量丰富，与活跃的高级中枢神经活动相适应，为其提供丰富的能源物质，但它也是氧自由基产生的主要部位。同时，氧化剂对线粒体可造成广泛的影响，脑组织在受到氧化剂损伤时，其必然影响到线粒体功能、细胞能量代谢以及乙酰胆碱合成，构成AD的发病学基础［1］。自由基还能损害细胞染色体，使第21号染色体畸变而发生AD。另有研究认为脑部的小胶质细胞可与Aβ聚集结合，并释放出自由基吞噬并清除Aβ。正常情况下，只有少数Aβ聚集，容易被吞噬清除，但在病态下小胶质细胞很难清除众多Aβ聚结而成的SP，虽然胶质细胞仍会与之结合，且不断释放自由基企图清除SP，这样过量的自由基会对脑造成伤害，而且可能导致更多的Aβ聚结，造成恶性循环［2，3］。

1 AD与自由基

自由基是外层轨道具有不配对电子的原子、分子或基团，具有化学活性强、连锁反应的特点。自由基的产生可以是内源性的或外源性的，引起生物衰老的主要是生物代谢过程中不断产生的内源性自由基。正常情况下，人体氧代谢过程中产生低浓度生理范围的自由基，但若产生过多或清除能力减弱，就会对机体造成伤害。机体衰老时，一方面由于线粒体内电子传递链功能下降，CoQ部位聚集的电子增多，导致电子漏流增加;另一方面由于衰老细胞清除氧自由基的酶活性下降，最终导致线粒体内氧自由基水平增加，氧化损伤加重。AD患者超氧化物歧化酶活性增强，脑葡萄糖-6-磷酸脱氢酶增多，谷氨酰胺合成酶活性减弱，脂质过氧化物酶增多，这些都会导致氧化应激增加，自由基淤积［4］。自由基损伤生物膜造成细胞内环境紊乱，导致细胞老化、死亡;损伤线粒体造成氧化磷酸化障碍;损伤脂类产生过氧化，使核糖核酸失活，造成DNA和RNA交联，触发DNA突变。过氧化脂质分解时可产生丙烯醛等醛类，这些醛类与磷酸及蛋白结合形成脂褐素，沉积于脑内导致智力障碍。

2 线粒体异常在AD中的作用机制

线粒体是存在于真核生物细胞质中的含有核外遗传物质的细胞器，是细胞的动力工厂。线粒体是糖代谢时三羧酸循环、氧化磷酸化的场所，机体细胞一切生命活动所需能量(ATP)的95%来自线粒体的氧化磷酸化。线粒体可以通过多种机制参与AD的发生发展。

2.1 线粒体功能异常 线粒体功能异常可导致一系列相互作用的损伤过程，能量代谢障碍以及基于钙稳态破坏和活性氧产生为基础的神经元兴奋性毒性。

2.1.1 线粒体能量代谢障碍 许多证据表明，线粒体能量代谢障碍在AD的发生中占有重要地位。正电子断层扫描(positron emission tomogrphy，PET)检查显示:AD患者脑组织氧化和能量代谢受损，表现为脑颞部及顶部葡萄糖利用减少，脑脊液中乳酸含量增高，而琥珀酸、延胡索酸、谷氨酰胺含量降低，表明AD患者脑线粒体氧化代谢过程受损［5］。线粒体酶的改变可能解释上述现象。在AD患者脑中多种线粒体酶活性下降，如丙酮酸脱氢酶复合体(PDHC)、α酮戊二酸脱氢酶复合体(KGDHC)、细胞色素氧化酶(cytochrome C oxidase，COX)等［6］。上述几种酶中，以COX酶活性改变在AD中的作用最受关注。在AD患者的海马中发现有COX的缺陷及该酶活性的升高或降低，这可能与COX的异质性表达有关［7，8］。应用免疫组化和定量放免方法研究COX的两类亚基(即核编码的COXⅣ线粒体编码的COXⅠ)的表达与AD样病理改变的关系，发现在AD患者脑神经细胞中这两类亚基的表达不均一，在健康、无纤维缠结的神经元中，这两类亚基的表达均升高;相反，在有纤维缠结的病变神经元中，它们均不表达。同时发现，COXⅣ的表达水平与相应海马区高磷酸化tau蛋白聚集程度相关，不与散发性AD患者脑中淀粉样蛋白的沉积相关;而COXⅠ的表达则不具备这种相关性［9］。上述结果表明，COX在AD发病中可能起重要作用，AD患者脑中正常神经元中COX的两类亚基表达的增高可能是对病变神经元功能改变的一种代偿反应，以降低病变造成的神经元的功能损害和死亡。

2.1.2 神经元的兴奋性毒性 随年龄而加重的线粒体能量代谢缺陷，可以增加神经元对兴奋性毒性损伤的敏感性。兴奋性毒性是指过量产生为基础的神经元兴奋性毒性。兴奋性毒性是指过量的谷氨酸或天门冬氨酸等兴奋性氨基酸作用于神经元上的相应受体，导致其高度兴奋，引起毒性和死亡的过程。当神经元细胞内葡萄糖代谢受损和相应酶活性下降时，细胞内能量代谢水平下降，维持细胞膜电位所必需的ATP依赖性膜运输减少，细胞膜持续地部分去极化，导致N-甲基D-天门冬氨酸受体(Nemthyl Daspartate，NMDA)等离子通道受损，NMDA介导的谷氨酸神经毒性显著增强，引起缓慢持续的Ca2+、Na+内流，细胞内Ca2+水平增高，而增高的Ca2+水平又刺激谷氨酸的释放，进一步激活NMDA受体，细胞内 Ca2+水平持续升高，细胞内钙稳态被破坏［10，11］。神经元能量代谢障碍和兴奋性毒性作用可升高细胞内Ca2+水平，导致活性氧等自由基的产生。由于AD患者脑中核酸氧化主要发生在受损神经元的胞质RNA，以及AD中线粒体DNA氧化程度为对照组的3倍，说明引起氧化损伤的自由基可能主要来源于线粒体，它们对胞质的损害作用早于核质［12］。由于神经元对活性氧等自由基的损伤作用极为敏感，故它们的增多可致神经元核酸蛋白质、脂类和细胞器等的过氧化，引起Aβ的大量产生并聚集，出现KGDHC酶活性的下降和保护性ApoE的损伤等，而细胞内大分子物质的过氧化、Aβ的聚集和KGDHC酶活性的降低又促进自由基的产生，加剧了线粒体功能的异常和神经元的变性死亡，加快了AD 的发生和发展［13］。

2.2 参与凋亡过程 细胞凋亡是包括AD在内的多种神经退行性疾病中神经细胞的最终归宿。不同凋亡刺激因素诱导凋亡过程中，首先观察到线粒体呼吸功能的降低、氧化磷酸化-电子传递偶联受损、膜电位降低等线粒体功能改变，其变化早于核固缩和细胞膜完整性的破坏，表明线粒体损伤及功能改变在细胞凋亡中发挥重要作用［14，15］。

2.3 线粒体基因突变 近年的研究表明，AD也与线粒体DNA(mtDNA)基因突变有关。线粒体在氧化磷酸化过程中因电子渗漏易产生自由基，而mtDNA裸露，故易受自由基的攻击而损伤，损伤后也难以恢复，其氧化损伤率比细胞核DNA高10倍以上，突变率比细胞核DNA高10～100倍，并随年龄增加突变加剧［16］。

3 抗氧化剂在AD防治中的应用

由于AD的病因和发病机制未明，目前尚无理想的有效防治措施。氧自由基理论的提出，为抗氧化剂防治AD开拓了一条新途径，而且，就目前看来，这可能是一条行之有效、有发展前景的防治途径。研究较多的抗氧化剂主要是维生素E、雌激素等。

维生素E是已知营养素中较强的抗氧化剂，与其他抗氧化剂不同的是，维生素E是脂溶性的，可溶于中枢神经系统的脂质结构。在细胞膜中，维生素E作为第一线抗氧化剂，和细胞内其他抗氧化物质如SOD等一起作用，阻止氧自由基的脂质过氧化作用。

雌激素具有很高的抗氧化活性，这可能使雌激素具有保护神经元免受氧化应激所致的细胞损伤作用。体外实验也证实雌激素可阻抑Aβ对培养的神经元的毒性作用［17］。雌激素的化学结构也许可解释为何它具有抗氧化活性。雌激素是一种类固醇类化合物，和维生素E一样，在其内消旋环(mesomerlering)上有一个羟基而具有抗氧化活性，其末端还具有一个亲脂性糖基。有人认为，作为保护大脑神经元的抗氧化剂，雌激素及其衍生物比维生素E更具有优势。

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