血管性痴呆的中枢胆碱能机制

1、血管性痴呆的中枢胆碱能机制    血管性痴呆的中枢胆碱能机制【摘要】 由于血管性痴呆的发病率逐年上升，且较阿尔茨海默病(AD)有更高的防治价值，因此对其发病机制的研究具有非常重要的医学和社会意义。血管性痴呆是脑血管疾病所导致的慢性进行性智能损害综合征。越来越多的证据表明，中枢胆碱能系统参与了血管性痴呆的发生与发展     【摘要】 由于血管性痴呆的发病率逐年上升，且较阿尔茨海默病(AD)有更高的防治价值，因此对其发病机制的研究具有非常重要的医学和社会意义。血管性痴呆是脑血管疾病所导致的慢性进行性智能损害综合征。越来

2、越多的证据表明，中枢胆碱能系统参与了血管性痴呆的发生与发展，且体内的一些神经递质也影响着中枢胆碱能系统的功能。现就脑内胆碱能系统与学习记忆的关系，血管性痴呆时胆碱能神经递质、受体的变化等方面的研究进行综述。 【关键词】 血管性痴呆 神经递质 胆碱能 受体 血管性痴呆(vascular dementia, VaD)是各种脑血管病引起的获得性智能损害和认知障碍的综合征,为一种慢性进行性疾病。VaD在欧洲和美国等国家是仅次于阿尔茨海默病（Alzheimer病，AD）的第二位最常见痴呆的原因，患病率在0.9%3%，约占所有痴呆的10%50%1。随着全球人口的老龄化和脑血管性病发病率的增高，VaD的发病

3、率也随之增高。因此近年来，VaD 逐渐成为人们关注的热点，并且随着化学、神经解剖学、分子病理学以及认知神经学等学科的迅猛发展 ，以及对AD研究的深入，对其研究取得了长足的进展。研究表明：VaD的学习记忆障碍主要是中枢胆碱能神经元变化引起的。现就VaD的胆碱能机制做一综述。 1 胆碱能递质（cholinergic transmitter） 中枢胆碱能递质在学习记忆行为中有重要的调节作用。20世纪70年代初，Deutsh提出了中枢胆碱能突触就是记忆突触的假说，强调胆碱能突触是记忆的结构和生理学基础。脑内乙酰胆碱（acetylcholine，Ach）存在于胆碱能神经元囊泡中，是迄今发现的与学习记忆关

4、系最为密切的一种神经递质。Ach由胆碱在胆碱乙酰转移酶（choline acetyltransferase，ChAT）的催化下合成，一旦由囊泡中释放便被胆碱脂酶（acetylcholinesterase，AchE）迅速水解为胆碱和醋酸。ChAT和AchE共同维持着 Ach的动态平衡，也是维持哺乳动物正常进行学习记忆的必要条件。Nagaya等2发现，增加海马ChAT的活性，即增加Ach的合成能力，有助于大鼠空间学习能力的改善。临床研究发现，VaD患者的认知障碍程度与Ach合成减少和AchE活性相对增高有关。VaD患者脑脊液中的Ach含量较对照组显著降低，且下降幅度与痴呆程度一致3。低氧可能使葡萄

5、糖氧化受阻，丙酮酸生成减少，造成Ach的合成原料乙酰辅酶A减少；缺氧还能够抑制三羧酸循环，在多种因素的共同作用下阻碍脑内Ach的合成，从而影响学习记忆功能，最终发生痴呆。多项研究认为脑缺血后相关区域的乙酰胆碱水平下降4。短暂性缺血后再灌注最易引起人和动物海马CA1区神经损伤,几天后发生迟发性神经元死亡,其后果是被认为是血管性痴呆发生机制之一5。樊敬峰等6采用原位杂交技术观测血管性痴呆小鼠海马神经元ChAT mRNA的表达变化，研究中发现, 模型组海马ChAT mRNA比假手术组表达下降, 说明其表达降低参与VaD的发生。范文辉等7采用持久性双侧颈总动脉结扎法致老龄大鼠慢性前脑血流灌注不足, 建

6、立老龄大鼠血管性痴呆模型, 进行数字减影血管造影(DSA)检查、穿梭箱试验和ChAT 免疫组化测定，结果表明: 海马CA1 区ChAT免疫反应阳性神经元和纤维数量明显减少, 与大鼠的学习记忆障碍程度呈正相关。Wallin等8发现皮质下血管性痴呆患者脑脊液中AchE活性与对照组比明显降低。另有不同的VaD 模型研究均表明，海马等处脑组织 AchE活性下降明显， 提示海马组织内胆碱能机制功能减退。可能为大脑反复缺血使中枢胆碱能神经元受损，导致脑内海马环路（学习记忆神经生化基础）损害，以此造成了痴呆。 2 影响中枢乙酰胆碱的因素 2.1 毒蕈碱受体（muscarinic receptor，M-ChR

7、） 中枢Ach的毒蕈碱受体（M受体）是G蛋白偶联受体超家族中的一员。Ach主要通过M受体发挥作用，主要是调控学习、记忆、锥体外系运动、前庭功能和镇痛等。目前可以分为5种亚型，M1M5受体，在脑内呈不均匀分布，含量较多的脑区有皮质、边缘区（膈区、海马、杏仁核、缰核、齿状回）、丘脑、下丘脑、嗅球、嗅结节、黑质、纹状体、桥脑和小脑。其中M1受体主要分布在神经组织中，脑内M1受体占总M受体的50%80%。M2受体主要分布在心脏，在神经和平滑肌也有少量分布9。M1受体分布在突触后神经元，M2受体分布在突触前神经元；M1受体激活使Ach释放增加，而M2受体激活使Ach释放减少10。已发现在痴呆患者脑内梅奈

8、特基底核中的胆碱能神经变性，突触前膜的M2受体减少，突触后膜的M1受体密度增加10。有研究者发现，VaD动物模型皮质组织的M受体结合数显著下降，海马组织的M受体结合数与对照组比较不降反升。不少研究发现VaD模型鼠M受体活性降低，这提示M受体的减少与VaD的学习记忆功能障碍密切相关11。 2.2 烟碱受体（nicotine receptor） 烟碱受体（N受体）是最早被研究的受体之一，属于配体-门控离子通道超家族成员。N受体不仅分布在神经元，在脑的脉管系统和星形胶质细胞中也有分布。放射自显影技术发现N受体沿着神经纤维通路分布。Kimura 等12用放射自显影和原位杂交技术研究发现，自发性高血压脑

9、卒中倾向VaD 模型大鼠中，大脑皮质和海马组织N受体结合数下降，与nAchRa7亚基mRNA水平下降相一致。多发性梗死性痴呆患者大脑皮质中高亲和力N受体也显著丧失13。以上研究表明，VaD 时中枢胆碱能神经递质N受体及其功能受损。 2.3 胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1） IGF-1是一类结构类似于胰岛素原的多肽，由3个二硫键交接而成。目前已证实中枢神经系统中的神经元和胶质细胞也可产生IGF-1，在脑组织受损伤时，中枢神经系统中的巨噬细胞也可分泌内源性的IGF-1。在脑中以垂体部位的IGF-1含量最高，嗅球、上位脑干、小脑、纹状体、海

10、马、低位脑干依次次之。近几年一些研究显示，IGF家族除了能营养神经元以外，同时还是一种能调节中枢神经系统中乙酰胆碱转移和释放的调节因子。在应激情况下，IGF-1能减少内源性Ach在海马和大脑皮质的释放，并可减少这些部位胆碱再摄取，而IGF-2的效应正好相反14-15。IGF-1还具有促进神经突触形成和维持神经细胞功能的作用，可改善老龄动物的学习记忆能力。除营养神经元外，IGF-1调节中枢神经系统中的Ach转移和释放，对VaD的发病起间接作用。众所周知，卒中部位与VaD的发生密切相关，大脑后动脉供血区，如丘脑、海马和角回的梗死灶易致认知水平下降和痴呆。这些关键部位含有丰富的IGF-1受体，在发生

11、脑组织缺血缺氧性损伤时，IGF-1在这些部位聚积，与受体结合数量增加，从而减少神经元脱失，降低痴呆风险。总之，IGF-1作为一种多功能生长因子，可影响VaD发病机制中的多个环节。可以推测，IGF-1和VaD有一定的联系，这为预防或预测VaD的发生和发展提示一个方向。 <2.4 神经生长因子（nerve growth factor，NGF）及脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF） NGF受体广泛分布于中枢神经系统中。在胚胎发育早期，中枢神经系统中NGF含量决定了胆碱能神经元的密度，在基底前脑胆碱能神经元支配区如海马、脑皮质区等，N

12、GF mRNA有较强的表达。NGF在胆碱能神经元体外培养中的作用也有较多的报道，一般认为NGF可以增加AchE或ChAT阳性神经元的数量，并能促进胆碱能神经元的发育。将外源性NGF注入新生鼠脑内，可见胆碱能神经元的cAMP的活性明显增强而且显著提高了基底前脑、纹状体、海马等部位的Ach含量。 BDNF是神经营养因子家族中的重要一员 ，是神经元和神经胶质细胞重要的神经营养因子，BDNF主要分布于大脑皮质、海马、基底前脑、纹状体等胆碱能神经系统中，BDNF发挥生物学效应主要有赖于和其特异性受体Trkb的结合，BDNF在其靶组织海马、大脑皮质的神经元和神经胶质细胞内合成、分泌，经逆行运输到基底前脑胆

13、碱能神经元的胞体，然后作用于胆碱能投射纤维终束的Trkb受体，形成配体/受体复合物，从而发挥正常神经元的功能并能够维持神经元的存活、生长、分化，挽救神经元变性等作用。像NGF一样，BDNF也能促进培养中的胆碱能神经元存活和表达分化，用BDNF处理的胆碱能神经元培养中，AchE阳性神经元和ChAT活性均提高了23倍。以往研究表明，海马具有促进基底前脑胆碱能神经元中ChAT的活性，保护和延缓基底前脑胆碱能神经元发生退变和死亡的作用，从而维护老年的记忆能力。这种作用与BDNF增加隔区胆碱能神经元合成、储存Ach的能力有关。BDNF对胆碱能神经元具有正向性效应。海马CA3区在学习记忆中担负着重要的作用

14、，可能是初级记忆的形成部位。BDNF mRNA的最高表达也在海马和大脑皮质，BDNF mRNA受体最高表达的部位是海马CA3、CA2区的锥体细胞层和齿状回颗粒层。BDNF mRNA的这种分布规律正好和膈区胆碱能神经元投射而来的神经末梢在海马的分布情况相一致；并且在NGF mRNA高表达区海马，BDNF mRNA的表达是NGF的50倍。 BDNF、NGF在移植入AD模型鼠胚胎基底前脑后，能明显促进神经元的生长，并改善其空间记忆能力，可以推测BDNF能够影晌海马胆碱能神经纤维的传递 。Knipper等16的研究证实，BDNF能增加大鼠隔-海马胆碱能神经元突触小泡释放Ach，BDNF与Ach存在正回

15、馈的作用，它们之间相互调节的机制表明，BDNF可能影晌着突触的可塑性；Dunbar等17实验证实，增加海马ChAT的活性有助于提高大鼠的空间记忆能力。BDNF不仅能促进体外培养的胆碱能神经元的存活和增加ChAT的活性，也促进切断轴突的胆碱神经元的存活。 2.5 促红细胞生成素(erythropoietin，EPO) EPO作为一种造血生长因子广泛应用于贫血的治疗 。近年研究表明1820，EPO 及其功能受体不仅对造血系统有治疗作用，且可在脑内表达并具有明显的神经保护及神经营养作用。 单培彦等21采用“两血管阻断+硝普钠降压”法建立VaD大鼠模型，并经Morris水迷宫验证腹腔注射EPO对VaD

16、大鼠学习记忆的行为学确实具有改善作用，使其维持在正常水平，而模型组的记忆功能明显受损；采用Nissl染色、AchE组化染色和AchE活性测定的病理学检测法，也证实了EPO可以减少细胞凋亡，促进轴突生长，具有神经保护作用。如Nissle染色结果表明，EPO组大鼠海马CA1区锥体细胞及尼氏小体数量较模型组增多；AchE组化染色结果表明，模型组额叶皮质、海马CA1区的胆碱能纤维数量较假手术组、用药组明显减少(P<0.01，P<0.05)；用药组额叶皮质和海马CA1区胆碱能纤维数量较假手术组减少，但差异无显著性，在Morris水迷宫的定位航试验中也未表现出学习记忆障碍，说明虽然神经元对缺血

17、缺氧比较敏感，但EPO的脑缺血缺氧的神经保护作用使胆碱能纤维的数目保持在相对正常水平，并促使胆碱能神经纤维的功能代偿性增加，使学习记忆维持在正常水平。 <2.6 雌激素（estrogen） 雌激素有广泛的生理作用，除了基本的对生殖系统的作用外，大量的体外实验研究表明雌激素有神经保护作用22-23。 已有研究发现，雌激素有助于胆碱能神经元的生长和存活24。赵宇红等25发现雌二醇在体外条件下对A诱导的海马和胆碱能神经元损伤具有保护作用，它对2种神经元的保护作用程度相似，其机制可能与提高Mn-SOD活性,促进聚集型的A溶解有关，它对2种神经元的保护作用机制可能存在差异，值得进一步探讨。Gran

18、holm等26在对Down综合征模型研究中发现雌激素可显著改善大鼠的认知功能，同时基底前脑ChAT阳性神经元的数量增加、体积增大。张伟等27发现大鼠双侧卵巢切除后，体内雌激素缺乏，结果导致大脑皮质、海马CA1区、杏仁复合体和Meynert核区ChAT表达显著减少。这可能与雌激素缺少，雌激素调节和营养神经功能作用降低有关28。有报道29-30，绝经期后妇女的循环雌激素水平长期缺少可以引起与衰老有关的基底前脑胆碱能神经元功能减退，而雌激素替代疗法可以逆转这种损伤。蒋波等31观察了长期雌激素缺乏大鼠海马结构内胆碱能神经元的变化，同时比较长期口服复方尼尔雌醇和小剂量17雌二醇对去卵巢大鼠海马结构内胆碱

19、能神经元的作用及效果，发现长期雌激素缺乏导致大鼠海马结构内胆碱能神经元的数量及ChAT表达的下降，推测是导致去卵巢大鼠记忆力下降的原因之一。长期口服复方尼尔雌醇和小剂量17雌二醇补充治疗可防止上述变化，有助于胆碱能神经元的生长和存活。但朱晓晖等32发现卵巢切除后的小鼠给雌激素7天和40天后并未增加ChAT的含量和活性，单纯的雌激素的替代对中枢神经递质的含量和活性并不能产生作用。贾晓静等33利用免疫组织化学染色结合图象分析方法观察去卵巢大鼠海马CA1区ChAT的变化，利用RT-PCR方法检测去卵巢大鼠基底前脑NGF mRNA表达的变化，发现去卵巢大鼠海马CA1区ChAT的活性下降，基底前脑NGF mRNA表达水平降低，雌激素能够上调去卵巢大鼠NGF mRNA表达，而NGF能够增强ChAT的活性，促进Ach的合成和释放，改善学习记忆的能力。 雌激素影响中枢胆碱能神经系统的作用机制可能是雌激素上调了NGF mRNA的表达，间接作用于中枢胆碱能神经系统，雌激素受体和NGF受体在胆碱能神经元内有广泛的共表达，它们可通过协同作用共同调节神经元的存活、分化、再生，这也提示胆碱能神经系统受BDNF和雌激素的双重调节，不难理解雌激素长期缺乏必将影响胆碱能神经元的生长与存活。 2.7 生长抑素（somatostatin，SS） SS