甲醛與阿爾茨海默病的基礎與臨床研究進展

郝智慧 李文杰 崔志杰 王維山 苗君葉 赫榮喬 (北京老年醫院，北京 00095)

越來越多的基礎和臨床研究證明，甲醛與阿爾茨海默病(AD)可能有因果關系。實驗表明，超濃度甲醛可直接損傷神經元或神經化學物質，可使動物或人的認知、記憶、社會交往和情感異常;甚至可以引起神經纖維纏結(NFTS);過多產生老年斑(SP)。AD病理特征性改變幾乎都可以見到。甲醛在我國有毒化學品優先控制名單上位居第二位〔1〕。暴露在自然環境中的甲醛進入體內稱之為外源性甲醛，是預防醫學研究使用較多的有毒化學物質。

1 外源性甲醛影響神經化學物質使認知、記憶和行為異常

1.1 影響神經化學物質 張明等〔2〕對小鼠低濃度甲醛空氣暴露可引起多巴胺(DP)和五羥-色胺(5-HT)等神經化合物改變。楊在明小鼠水迷宮實驗發現染毒組小鼠海馬中5-HT;DP;NE含量較正常增加。甲醛濃度在4.02 mg/m3時7 d小鼠進入盲端錯誤次數較未染毒組明顯增加(P＜0.05)〔3〕。

1.2 影響認知、記憶和行為 1987年Kilbum等〔4〕對305名組織學實驗技術人員進行神經行為研究。結果發現每天暴露甲醛中時間越長;他們在故事記憶、視覺記憶、數字記憶、靈巧實驗研究的成績越差。潘綏等〔5〕按世界衛生組織推薦NCTB檢測項目測試低甲醛濃度作業接觸者，結果發現缺失記憶、注意力、數字(數字跨度、視覺保留)、視無知(數字平碼、簡單反應時)有一定影響;手運動速度、準確度(手敏感度、目標追蹤)等神經行為有一定影響。Heck等〔6〕將F-344小鼠用14C標記的甲醛空氣中染毒6 h后，在腦內檢測到放射物質。

上述試驗表明長時間接觸暴露超標甲醛濃度環境中可使神經化學物質的產生、釋放、突觸結合、消除等某些環節障礙。對神經元或神經化學物質可直接干擾或傷害。使人或動物的認知、記憶和行為異常改變。如果接觸的是低濃度甲醛且時間較短神經結構或神經化學物質損傷較輕還可以恢復的。因為甲醛在血中半衰期比較短1～1.5 min。反之，因甲醛含有活潑氫和羥基，能與許多生物分子氨基酸、核苷、蛋白質、核苷酸等起反應，形成化學性質不穩定的化合物或不可逆的DNA-蛋白質交聯。對神經元或神經化學物質造成不可恢復的傷害。

2 內源性甲醛對神經系統的損傷

內源性甲醛可增加àβ數量、可使tau蛋白變性、增加氧自由基等與阿爾茨海默病有關聯性。童志前等〔7〕用加溫法在人體內檢測出少量甲醛。正常值(0.08±4)mmol/L。內源性甲醛生成途徑主要有①細胞色素P450催化N-甲基，S-甲基-復合物脫甲基后產生甲醛。②氨基脲敏感型胺氧化酶(SSAO)作用氨基丙酮、甲胺等內源性物質生成甲醛。③核胺氧化酶(LSAI)依從單或二甲基化組蛋白賴氨酸去甲基化過程中生成甲醛等。甲醛最終代謝是以甲酸進一步氧化成水和二氧化碳，分別隨呼吸和尿液排除。在此過程中比較重要的酶是甲醛脫氫酶。該酶在人腦的皮質、小腦、中腦、神經元的核內都有不同程度的表達〔8〕。如果內源性甲醛生成過多或清除途徑某環節障礙，使內源性甲醛在體內蓄積，造成對神經的傷害。

2.1 甲醛與NFTs AD病理特點是細胞外NFTs。目前公認是由過度磷酸化的tau蛋白聚集而成。中國科學院生物物理研究所腦與認知功能科學國家重點實驗室赫榮喬等〔9〕教授研究組用純化的tau蛋白與5%濃度的甲醛溫育24 h后發生明顯集聚，形成配對螺旋樣二聚體(PHFS)。tau蛋白錯誤折疊成似球狀。類似老年癡呆患者腦內神經纖維纏結的異常超微結構雙螺旋絲和囊狀絲(SF)，其聚集產物有明顯的細胞毒性故提出“內源性甲醛慢性損傷”假說〔10〕。蛋白錯誤折疊似球狀聚集物可導致細胞代謝障礙和死亡。另外用原子力顯微鏡觀察到聚集物大小為(42.35±2.61)nm占全部顆粒數的18%～22%。聚集物中央有類似“空狀結構”。孔的直徑(8.94±1.62)nm。這些“孔道樣”聚集結構可使膜內外電解質濃度差異常而使細胞膜電位發生變化〔11〕。提出“非特異膜孔道損傷”學說〔12〕。正常的tau蛋白是一種含磷的蛋白質。每克分子Tau蛋白中磷的含量2～3 mmol。而在AD患者Tau蛋白被異常磷酸化后，每克分子Tau蛋白中磷的含量達到5～9 mmol〔13〕。tau蛋白的功能的主要功能是促進微管蛋白組裝成微管和維持微管的結構(微管是軸突轉運的重要結構)。tau蛋白在腦中有三型:即胞質異常修飾tau-(tau/Ab-tau);異常修飾易容型tau-(ADP-tau)和異常修飾并聚集為雙螺旋型tau(PHF-tau)。結構異常的tau蛋白不僅使自身與微管結合能力下降，同時還能與正常的微管結合聚集或解聚而影響軸漿的運輸，進而造成神經元變性。甲醛能使tau蛋白錯誤折疊呈球狀或成“孔道樣”改變是客觀存在的。但在人體內化學物質甲醛是怎樣作用或改變生物學物質tau蛋白的變化過程仍然不清。

2.2 甲醛與SP 細胞外密集纖維絲樣斑塊(SP)含有40～42個殘留肽段的β淀粉樣蛋白(Αβ)構成也是AD病理特征性改變。淀粉樣肽直徑5～10 nm微絲和41～43個氨基酸組成的多肽(β-淀粉樣肽 β-amyloid àβ)。分布在海馬、視丘、杏仁核、尾壯核、豆狀核和meynent基底核〔14〕。董自前等將甲醛與tau蛋白溫育24 h后采用剛果紅染色證實有類淀粉肽樣物質存在。研究發現用轉基因鼠(APP/PSI)實驗觀察3月齡時實驗鼠腦中甲醛濃度明顯高于對照組(P＜0.05)，6月齡時腦內就可見到àβ淀粉樣沉淀〔15〕。àβ是膽堿能神經元的重要調節物。是維持神經功能不可缺少的多肽。它的β-片層結構可促進àβ聚集成不溶性纖維;不易被蛋白酶降解，形成極難溶的沉淀，最終形成AD病理所見到的老年斑〔16〕。

2.3 甲醛與老年癡呆患者 各種實驗均證明無論外源或內源性超濃度的甲醛對神經元的損害是肯定的。但對老年癡呆患者又是如何呢?本作者與中國科學院生物物理研究所腦與認知科學國家重點實驗室對此進行臨床研究。診斷依據美國國立神經病學，語言交流障礙和卒中-老年性癡呆和相關性疾病工作小組標準(RDA)。評定工具選用簡短精神狀態量表(MMSE)和臨床癡呆評定表(CDR)。

對臨床病理確診的AD患者腦組織海馬區域檢測甲醛濃度結果明顯高于正常死亡腦組織海馬區域甲醛水平(P＜0.05)〔15〕。董志前等篩查65歲以上老年癡呆患者141名按MMSE得分多少標準;分輕、中、重三組與65歲以上正常健康老人33人，進行尿甲醛濃度比較研究。結果正常組尿甲醛濃度0.083;而老年癡呆組分別是0.196、0.293、0.313，相關系數為-0.441說明MMSE與老年癡呆程度呈負相關。

筆者觀察65歲正常老人30例與很可能AD患者30例，進行臨床尿甲醛濃度比較研究。結果正常組尿甲醛濃度(0.04±0.02)mmol/L明顯低于AD患者(0.26±0.22)mmol/L，兩組比較差異有統計學意義(t=-5.269，P＜0.01)〔17〕。

臨床研究表明AD患者尿甲醛濃度比正常老年人尿甲醛濃度高。通過臨床AD患者尿甲醛濃度檢測結果，與實驗室研究結論基本相吻合，有一定參考和實用價值。

3 討論

蛋白質集聚是細胞內或細胞外蛋白質的一種粘連。聚集的蛋白質形成原纖維或者無固定形狀的沉積物。化學修飾中的磷酸化、糖基化、羥基化在蛋白質聚集過程中起著重要的作用。使用Illumina-solexa.DNA序列將甲醛加載到sy5y細胞株上，可使P25和Gsk3β表達失調，說明異常濃度的甲醛與過度磷酸化相關。

甲醛對人體的傷害是明確和肯定的。實驗和實踐表明外源性甲醛對神經傷害是急性或亞急性的。首先影響神經介質的正常功能和代謝。其次是對神經結構的損傷和破壞。如果不是長期或過高濃度接觸。對神經損傷是短暫的或是一過的。對AD而言并不是重要的危險因素。內源性甲醛產生過多或消除環節障礙對神經的損傷過程雖然是緩慢的;但是是持久的;甚至是不可恢復的。其損傷的機制是多因素和復雜的過程。實驗室結果證明甲醛能導致神經細胞變性壞死與AD病理極為相似。臨床研究也表明AD患者尿甲醛濃度確實高于正常老年人。表明內源性甲醛與AD有某種關系。尿甲醛濃度檢查可能是診斷AD的有用生物學指標。

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