丁圣恺 刘倩倩 刘新杨 商亚珍

承德医学院中药研究所，河北省中医药抗痴呆重点研究室，河北省中药研究与开发重点实验室，承德，067000，中国

随着人口老龄化程度的持续加深，阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）的患病率逐年增加。表现为渐进性的学习记忆能力减退、日常生活的能力下降，严重影响老年人的生活质量，给社会和家庭带来了沉重的经济和心理负担。病理上，AD 主要特征为β-淀粉样斑块形成的老年斑、Tau 蛋白过度磷酸化形成的神经纤维缠结等，AD 患者突触的逐渐丧失和神经元的死亡而引发学习和记忆障碍［1-2］。然而，研究发现，神经发生可补偿受损神经元及功能，对学习记忆能力有改善作用。AD 患者都存在较为明显的神经发生障碍，神经发生障碍已成为AD 发病机制研究的热点［3］。神经干细胞（neural stem cells，NSCs）对于重建或修复衰老病变组织器官的方面有着巨大的潜力，是目前治疗神经退行性疾病最有前景的细胞类型。近年来，研究发现成年哺乳动物海马齿状回存在可以分化为神经元的神经干细胞，这一过程与AD 发生发展存在着密切联系。

1 AD 现状

AD 是发生于中枢神经系统退行性疾病类的一种。患者的临床表现以记忆障碍、行为改变以及定向障碍等全面性痴呆为主要特征。随着人口老龄化的进程，2010 年我国第六次全国人口普查显示，65 岁以上人口1.19 亿，约占总人口的8.87%。全国精神疾病流行病学调查显示，65 岁人群中AD 的患病率高达5.56%，患病人数居世界之首。2019 年阿尔茨海默病协会（Alzheimer’s Disease International，ADI）在“World Alzheimer Report 2019 Attitudes to Dementia”的报告显示，全球有超过5 000 万痴呆症患者，到2050 年，这一数字将增加到1.52 亿［4］。然而，AD 的病程时间长，有多种并发症，需要长期的悉心护理，不仅严重危害AD 患者的身心健康，而且痴呆症所带来的经济社会负担在全球范围内不断增加，不同国家的社会经济后果各不相同［5］。ADI 公布目前痴呆症的年成本估计为1万亿美元，到2030 年将成本将达到2 万亿美元［4］。据调查，中国每位患者的每年社会经济成本为19 144.36美元［6］，但目前仍缺乏有效的治疗手段和药物。

2 AD 神经病理改变

AD 改变主要为神经病理学特征和神经化学特征两个方面。目前关于AD 的发病机制有多种学说，分别为β淀粉样蛋白（amyloid-β protein，Aβ）学说，Tau 蛋白缠结学说，基因遗传学说等。Aβ和Tau 蛋白学说分别基于AD 的老年斑和神经元纤维缠结2 种神经病理学特征变化提出的。基因遗传学说则认为AD 是一种遗传异质性疾病，有13 对染色体上的基因与AD 的发病相关，其中认为有四个基因与疾病风险的增加有关：淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）、早老素1（recombinant presenilin 1，PSEN1）、PSEN2 和载脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）等［7］。

AD 患者大体观主要病理特征为脑萎缩；镜下观临床尸检的AD 患者主要特征是Aβ聚集在细胞外形成老年斑（senile plaque，SP）和Tau 蛋白过度磷酸化聚集在细胞内形成神经纤维缠结（neurofibrillary tangle，NFT），同时，AD 患者大脑不同区域伴随着病理进展也发生进行性神经元凋亡［8-9］。

3 成年海马的神经发生

神经发生是由神经前体细胞增殖、分化产生为新的成熟神经元的过程，新生的神经元整合到既有的神经网络而发挥作用［10］。前脑侧脑室内侧壁的室下区（subventricular zone，SVZ）和海马齿状回的颗粒细胞下层（subgranular zone，SGZ）被证实是成年哺乳动物脑内具有神经发生的两个关键区域［11］。研究显示成年海马中新神经元的持续产生［12］，这些新神经元来自成年海马齿状回的颗粒细胞层的前体细胞和成人NSCs，形成具有活性的新的颗粒细胞神经元［13］。其中，研究结果显示SGZ 中的神经发生与学习和记忆有关［14］；海马的前体细胞就存在于SGZ 区，前体细胞不断增殖，再分化为颗粒细胞，并将轴和树突投射到海马CA3 区和分子层［15］，新生的细胞其功能类似于成熟的神经元，可迁移至脑损害部位，显示神经元的形态，产生动作电位，接受功能突触输入，并与周围神经元建立突触联系，从而补偿损伤神经元的功能。对于AD 患者来说，海马体的重塑性对记忆和学习很重要，而记忆和学习是海马区研究最多的角色［16］，这一神经再生对于改善认知障碍具有重要作用。同时，许多神经退行性疾病和神经精神疾病随着年龄的增加相应增多，并且伴随着认知能力的下降，海马区的神经发生也受到影响，如AD、帕金森综合征、抑郁症和亨廷顿病等［17］。在一定程度上成年海马神经发生对改善该类疾病的症状有潜在意义。

4 成年海马神经发生与AD

AD 早期，其病理变化始于横嗅皮层，并逐渐延伸至内嗅皮层、海马，AD 晚期，继而累及到颞叶、额叶和顶叶，最后直至整个大脑皮层［18］。在AD 患者或AD动物模型中，海马是大脑中较易损坏的区域之一，这种损害往往导致AD 的早期症状及学习记忆缺陷的出现，而早期影响到的主要是海马神经发生区域，因此，AD 发病影响海马神经发生，海马神经发生障碍则可能进一步加重AD 的认知功能的损害。大量研究显示，伴随着AD的病变过程中，海马神经发生也发生着异常改变［19-21］。

4.1 AD 动物模型海马神经发生的变化

AD 转基因小鼠模型代表AD 的某一病理机制的特性，对AD 和成年海马神经发生存在着共同的相关病理学机制。例如，APP 是一种主要表达在中枢神经系统的跨膜蛋白。切割时，APP 通过β-和γ-分泌酶裂解释放出来具有毒性的Aβ，而老年斑就是由38～43 个氨基酸的Aβ组成，是AD 的一个主要神经病理学特征。在非淀粉样蛋白生成途径中，α-分泌酶在Aβ结构域内裂解APP，导致APP 的可溶性片段 α（soluble amyloid precursor protein α，sAPPα）和膜结合的羧基末端片段的产生，从而阻止Aβ的形成。APP 的这一种代谢产物sAPPα具有神经营养和神经保护的特性［22-24］。观察PDGF-APPSW，Ind 转基因小鼠，2 月龄，无Aβ斑块期小鼠出现海马神经干细胞的增殖、分化增加，8 月龄，Aβ斑块初始期和12 月龄，Aβ斑块进展期小鼠海马神经干细胞增殖降低，分化为神经元的能力增强［25］。早老蛋白（presenilin，PS）形成了天冬氨酸蛋白酶γ-分泌酶复合体的催化核心，负责各种I 型膜蛋白的膜内加工，包括APP［19］。人类的突变体PS1P117L 在转基因小鼠中表达降低了BrdU 标记的神经前体细胞的存活率，导致家族性AD 突变动物在标记后4 周内所产生的新的β-Ⅲ-微管蛋白免疫反应神经元的减少［26］。不同的是在 PS1A246E 转基因小鼠的研究中，新生细胞的存活能力降低，而神经干细胞的增殖能力增加［27］。ApoE 中载脂蛋白4（ε4）等位基因的存在是AD 最重要的遗传危险因素［28］。Jia 等在404 个家族性AD 患者中研究结果显示，在无PSEN/APP 突变的患者中，44.31%携带一个ApoEε4 等位基因，14.85%携带两个ApoEε4 等位基因［29］。研究发现ApoE 基因敲除（KO）或人类ApoE4 敲除（Ki）等位基因小鼠的成年神经发生，报告了ApoE-KO 和ApoE4-Ki 小鼠的神经发生均减少，在产生ApoE4 的神经元中，Tau 磷酸化和神经毒性ApoE 片段的水平都升高，同时伴随着γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）能神经元存活率的下降［30］。

4.2 AD 患者海马神经发生的变化

对于AD 大脑中海马神经发生增加与否的问题还是存在争议。例如：临床尸检的AD 患者，和正常脑组织对比，AD 患者海马区神经干细胞数目和未成熟的神经元标志蛋白的表达增加，但成熟神经元标志蛋白没有增加［31］；另外，从AD 患者海马中分离出的神经干细胞进行培养，发现与正常细胞对比，AD 患者出现较为明显的神经干细胞增殖降低并且达到衰老的时间较早［32］。其临床尸检结果来观察仅仅可能代表患者的后期病变，AD 转基因小鼠模型代表AD 的某一病理机制的特性，显然，这些研究发现并不一致，可能是由于疾病类型的分期、患者所接受的治疗以及增殖细胞的标记方法的不同。无论是何种情况，得出AD 患者海马区新生神经元不能成熟，不能整合到海马神经环路导致认知功能障碍。

5 调控海马神经发生与AD

成年海马神经发生受多种因素的调控，其中包括神经营养因子（neurotrophic factor，NTF）、神经递质系统（neurotransmitter system）、应激、蛋白激酶（protein kinase）和激素等，这些因素动态的影响神经发生的各个阶段。Wnt、PI3K/Akt、胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）和cAMP 反应元件结合蛋 白（cyclic-AMP response element binding protein，CREB）等信号通路调控着海马神经发生。Wnt 信号通路参与调控细胞的增殖、分化、凋亡等生理病理的环节，不仅能抑制星形胶质细胞活性，同时也能抑制SGZ 区神经发生［33］。在 AD 中，Wnt 信号通路通过激活 β-catenin 因子抑制GSK-3 活性，减少了Aβ 产生及Tau 蛋白的过度磷酸化，对AD 起到了神经保护作用［34］。PI3K 信号通路在细胞的分化、增殖和凋亡等生命周期活动中发挥着重要的调节作用，其中蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）是关键的一个因子，AKT磷酸化后处于活化状态，然后通过抑制作用于下游的Bax 蛋白的表达，抑制细胞凋亡，进而起到了神经保护作用［35］。研究表明，PI3K/Akt 信号通路的激活可保护神经元免受Aβ诱导的神经毒性的作用［36］。另一条重要途径是ERK 信号通路，ERK 信号通路的激活明显提高了神经发生并促进新生神经元的迁移和存活［37］。Li 等检测了神经丝，一种神经发生的标志，均受ERK信号的调节［38］。CREB 是一种调节基因转录蛋白，Ser133 位点磷酸化（p-CREB-Ser133）后才具转录活性，p-CREB-Ser133 通过一系列机制启动靶基因转录，调节与细胞周期、信号传导、生长发育等相关的神经肽、受体、生长因子及信号分子等，特别是脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等是促进突触可塑性和海马神经发生的重要神经营养因子，这些因子通过刺激下游信号通路激活CREB，可诱导某些基因表达，促进神经发生，发挥学习记忆功能［39-41］。红细胞生成素（erythropoietin，EPO）能提高成年海马神经发生，敲除 EPO 受体使小鼠脑内的细胞凋亡增加［42］。雌激素水平具有潜在的增加神经发生的功能［43］。环境富集可以增强SGZ 的神经发生，使神经元数量增加功能增强［44］等。这些表现均与AD 的流行病学相一致。

6 促进AD 神经发生的药物

截止目前，FDA 仅批准两类药物用于治疗AD：胆碱酯酶抑制药（AChEIs）和N-甲基-D-天门冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）受体拮抗药，这两类药物均能提高神经发生。AChEIs 如加兰他敏通过与烟碱受体结合而促进脑神经发生，具有神经保护作用。在小鼠海马神经发生研究中，加兰他明可增加齿状回颗粒下带BrdU 阳性细胞数［45］。美金刚促神经发生功能主要与抑制NMDA 受体的激活有关，减少兴奋毒性，保护神经元，减缓AD 神经退化的节奏［46］。中药活性成分在调控神经发生治疗AD 的研究也发挥了积极主动的作用，包括黄芩茎叶黄酮、姜黄素、淫羊藿苷等，可能通过激活多信号通路促进成年海马的神经发生。如：黄芩茎叶黄酮是中药黄芩地上部分提取分离黄酮类化合物，本实验室研究表明其具有抗炎、抗缺氧、抗氧化和改善记忆障碍等作用［47］。Zhang 等通过复合Aβ所致大鼠记忆障碍模型，给予不同剂量的黄芩茎叶黄酮30 d，研究结果显示，给药组比模型组的学习记忆能力强且神经元凋亡减少［48］。姜黄素是从姜科与天南星科的一些植物根茎中提取的一种酮类化合物，具有抗氧化，抗衰老的活性。Dong 等通过成年雄性SD 大鼠，持续给药6 周与12 周对比，其学习与记忆能力均有明显改善，BrdU 阳性细胞的数量明显增多［49］。NSCs 能促进脑组织修复和神经元的再生，抑制NSCs 治疗AD 的神经退行性疾病被认为是一种新的治疗方法。移植的NSCs细胞有可能替代受损的神经回路，并分泌神经营养因子来对抗症状恶化或改变病变蛋白水平［50］。

7 展望

AD 给社会和家庭带来的负担日趋严峻。目前，治疗AD 没有较好的方法，多年的研究增加了对该疾病机制的了解，但是对疾病的治疗方案仍未有较大突破，这也可能是一旦发生认知功能障碍，就会出现不可逆的神经元损伤，成年海马神经发生可补偿受损神经元结构及功能，因此，促进AD 大脑中的神经发生可能为AD 提供了一个崭新的治疗手段和应用前景，也有利于研究AD 的发病机制。AD 是人类健康事业无法回避的问题，让我们一起携手共同克服困难。