5－羥色胺與阿爾茨海默病的關系研究進展

梁維維 梁慶成 吳 云

(哈爾濱醫科大學附屬第二臨床醫學院神經內科二病房，黑龍江 哈爾濱 150001)

5-羥色胺(5-HT)能神經纖維幾乎遍及整個中樞神經系統，參與對人類情感、睡眠、疼痛、食欲、性欲、學習和記憶等多種生理功能的調節。近年來研究表明，5-HT能系統與調節記憶和學習的腦區之間存在著直接的解剖與神經化學聯系。經證實5-HT受體，特別是一些受體的亞型在認知功能的調節上具有關鍵的作用〔1〕。眾所周知，阿爾茨海默病(AD)是隨年齡增長出現記憶喪失及神經變性最常見的疾病之一，因此，關于鑒定5-HT受體的配體化合物是否能恢復AD患者的認知和記憶已經成為目前非常熱門的研究方向。本文擬對5-HT與AD的關系及其治療研究進展作一綜述。

1 5-HT

5-HT，又名血清素，是自體活性物質，約90%合成和分布于腸嗜鉻細胞，其余主要分布在血小板，松果體和腦。中樞神經系統的5-HT能神經元主要分布于低位腦干，向前方投射至前腦，向兩側投射至新皮質。5-HT需通過其相應受體的介導產生作用，目前已發現的5-HT受體有7類14種亞型，即5-HT1A-F，5-HT2A-C，5-HT3，5-HT4，5-HT5A-B，5-HT6 和 5-HT7。根據這些受體在結構和功能上的不同，又可以把這些5-HT受體可分為兩大類，除5-HT3受體屬于配體門控性離子通道受體外，其他受體均與G蛋白耦聯。

在一些情況下認知功能的喪失與神經退行性變是并行存在的，如在阿爾茨海默病當中，認知損害是最顯著的癥狀。目前的一些治療方法只能在短時間內改善記憶和認知，但對整個疾病的發展過程沒有影響。近年來的研究表明，某些5-HT受體調節劑可能具有改變疾病過程，修復丟失的神經元的作用〔2〕，雖然這些受體調節劑在臨床上的應用仍然具有爭議，但不能否認的是這些發現將為認知功能障礙的治療提出了新的理論方向。

2 AD的病因學

2.1 膽堿能假說 早期研究就已發現AD患者有著明顯的膽堿能神經元的喪失，特別是在基底前腦核。當給予阿爾茨海默病人能夠提高腦內乙酰膽堿水平的藥物時，患者的記憶能力會得到改善〔3〕。目前臨床上已經廣泛應用膽堿酯酶抑制劑來治療輕到中度的阿爾茨海默病患者的認知功能損害。這些藥物包括多奈哌齊，利斯的明，加蘭他敏和他克林等。這些藥物的主要機制都是通過抑制乙酰膽堿酯酶(AchE)來阻止乙酰膽堿在突觸的代謝，從而增加突觸的乙酰膽堿水平以補償膽堿能神經元的喪失。然而這種方法只能在一個相對短的時期發揮作用，通常只有數年，如果在癡呆的最早期癥狀出現后沒有采取阻礙神經細胞凋亡的措施，那么隨著神經細胞的逐漸減少，這些藥物也會隨著突觸的減少而失效。

2.2 淀粉樣蛋白假說 通過對AD患者死后的腦組織進行組織化學分析發現，這些腦組織包含有淀粉樣蛋白(Aβ)在神經細胞外沉積形成的老年斑以及在神經細胞內由高度磷酸化的tau蛋白形成的神經纖維纏結。在Aβ形成過程中，淀粉樣前蛋白(APP)被β-分泌酶(BACE)裂解(在正常情況下，APP被α-分泌酶裂解產生可溶性的sAPPα)，產生sAPPβ肽，然后被γ-分泌酶裂解成一個Aβ肽(40～42)，這種肽隨后向細胞外轉移，導致了淀粉樣斑塊的形成。在細胞內，這種肽在tau蛋白的高度磷酸化中具有重要的作用。Aβ和高度磷酸化的tau蛋白都可以導致突觸可塑性的損傷和認知功能損害，并誘導氧化應激和神經炎癥反應，最終導致神經細胞的凋亡。目前除了β-分泌酶抑制劑和γ-分泌酶抑制劑之外，一些tau蛋白相關的藥物也已經發現如糖原合酶-3(GSK-3)和早老素。

3 5-HT與AD

新近研究表明，增強5-HT的活性能夠改善正常老齡人群和阿爾茨海默病患者的記憶，而由5-HT消耗所引起的腦內5-HT水平下降則損害了他們的記憶〔4〕，值得注意的是，5-HT水平的變化也同時影響著腦內5-HT受體的表達〔5〕。由此我們認為5-HT受體可能參與了老齡狀態和病理狀態(如AD)下的學習記憶的調節。事實上，記憶的形成和老化過程本身也能夠調節5-HT受體的表達。目前采用放射自顯影技術進行的動物研究表明，記憶形成過程需要5-HT受體的向下調節，但是5-HT受體的進一步減少可能就與記憶障礙有關〔6〕。這一結論也與5-HT受體隨著老化和阿爾茨海默病的進展而減少的證據相一致〔6〕。這些都提示5-HT能系統對學習和記憶的調控具有重要的作用，而這種神經支配與5-HT受體的表達密切相關。目前的研究表明，與 AD相關的受體主要有5-HT1A，5-HT2A，5-HT2C，5-HT3，5-HT4，5-HT6，5-HT7 等。

3.1 5-HT1A受體與AD 5-HT1A受體可分為突觸前膜受體和突觸后膜受體，其中突觸前膜受體屬于抑制性自身受體，主要分布于中縫核，其激活能夠對5-HT神經元電活動起到抑制的作用。而突觸后膜的5-HT1A受體則密集的分布在海馬。最近的研究表明，在晚期AD患者中，海馬區的5-HT1A受體出現顯著的下降〔7〕，這種5-HT1A受體的丟失可能與錐體細胞的丟失有關〔8〕。然而，在AD病理進展和疾病晚期受體減少的過程中，5-HT1A受體的功能仍是不明確的，但我們可以推斷的是AD患者海馬5-HT1A受體的丟失可能加重了疾病晚期記憶和認知損害。此外，5-HT1A受體功能的改變可能也影響著一些非認知功能，包括抑郁、焦慮、恐懼、易激惹和攻擊性等，這些行為障礙也更多的出現在AD的晚期。大量實驗表明，給予5-HT1A受體拮抗劑可以導致學習和記憶的改善，并指出這一拮抗劑可能成為治療認知障礙的新方法〔9〕。而這一機制可能是通過增加乙酰膽堿功能的同時阻止谷氨酸能超極化來發揮作用的。

3.2 5-HT2A和5-HT2C受體 5-HT2A受體主要分布在帶狀核、嗅結節、新皮質等區域。Marner等〔10〕的最新研究表明，皮質的5-HT2A受體明顯減少是輕度認知損害的一個早期特征，而在病程進展到AD階段，5-HT2A受體則不再出現顯著的改變。同時研究表明紋狀體的5-HT2A受體減少與抑郁和焦慮評分之間存在相關性，據此我們認為5-HT2A受體減少可能與AD早期的神經精神癥狀有關〔11〕。5-HT2C受體則主要位于腦室脈絡叢、丘腦下部、黑質、中縫核及藍斑。目前研究表明，應用5-HT2C受體的激動劑可以刺激腦脊液中sAPPα的生成并能減少Aβ的產生〔12〕。因此，對于5-HT2受體目前的研究方向集中于將高選擇性的受體激動劑應用于臨床研究以鑒定它們是否能夠改變AD的臨床過程。

3.3 5-HT3受體與AD 在中樞，5-HT3受體主要分布在海馬、杏仁核、皮質和低位腦干等部位。雖然最初Barnes等〔13〕已經證實，5-HT3受體的密度在AD患者的海馬和杏仁核沒有發生改變。但是隨后 Hodges等〔14〕研究發現，應用選擇性的5-HT3受體拮抗劑，WAY-100289，能夠顯著逆轉由鵝膏蕈氨酸介導前腦膽堿能系統損害所致的認知功能障礙。同時Carli等〔15〕的動物實驗也證明，5-HT3拮抗劑昂丹司瓊能夠改善東莨菪堿所致的記憶障礙，其機制可能是增加了乙酰膽堿的釋放。由此認為，選擇性的5-HT3受體拮抗劑可能為與中樞膽堿能神經元衰退相關的認知損害的治療提供一種新思路。

3.4 5-HT4受體與AD 5-HT4受體在腦內的嗅結節，基底節和海馬都有顯著表達。最近的研究指出，在AD的前臨床階段到癡呆的輕度階段(根據MMSE評定)，5-HT4受體和Aβ聚合物之間呈正相關，隨著Aβ聚集的增加，5-HT4受體是向上調節的，其中以海馬區最為明顯，然而在隨后的AD的不同階段，5-HT4受體的水平可能發生改變甚至在AD的晚期出現負調節〔16〕。早期研究已經證實5-HT4受體調節乙酰膽堿的釋放。興奮大腦半球和局部海馬的5-HT4受體都能增加乙酰膽堿的釋放。新近研究表明，5-HT4受體在記憶的獲取和鞏固上起到了重要的作用，并且5-HT4受體的興奮能夠改善行為學表現〔1〕，聯合應用5-HT4受體激動劑與膽堿酯酶抑制劑時可表現為協同作用〔17，18〕。這些發現表明5-HT4受體激動劑可能在膽堿功能障礙的治療上具有重要的作用，如AD。這就提供了一種可能性，即在治療AD的過程中，聯合應用這兩種藥物可能會使維持治療活性的用藥劑量減少，從而減少藥物的副作用。更值得我們關注的是。5-HT4受體的興奮能夠激活非淀粉樣蛋白形成通路，刺激sAPPα(具有神經保護，神經營養和認知增強的作用)的分泌〔19，20〕，并且在 Tg2576轉基因鼠的細胞培養中，應用5-HT4受體激動劑能夠抑制細胞外的Aβ聚集并促進神經元的存活〔21〕。因此，5-HT4受體，對于AD的癥狀學和病理學治療可能具有重要的意義。

3.5 5-HT6受體與AD 5-HT6受體幾乎只在中樞神經系統中表達，這樣的定位分布提示作用于這一靶點的治療性藥物可能具有較少的周圍性副作用。高表達的5-HT6受體出現在紋狀體，海馬和皮質區域。在海馬CA1-3區和齒狀回，5-HT6受體的含量最多〔22〕。值得注意的是，與5-HT其他受體不同，5-HT6受體的定位在人、大鼠和小鼠之間有著顯著地差異。研究表明，在人和大鼠的基底節區，5-HT6受體是高表達的，而在小鼠的基底節內卻幾乎無表達〔23〕。盡管5-HT6受體被認為與焦慮和抑郁〔24〕，以及進食障礙〔25〕有關，但是最有效的前臨床證據是它在學習記憶方面的作用。研究表明，5-HT6受體在AD患者的前額葉的表達是減少的〔26〕。此外，5-HT6受體基因多態性與晚發性AD相關〔27〕。在動物實驗中，應用5-HT6受體拮抗劑能夠改善信息的鞏固和保持。這主要是因為5-HT6受體的活化時能夠增加抑制性的GABA的功能，并因此降低了膽堿能和谷氨酸能神經元的活性。此外，長期應用5-HT6受體拮抗劑治療也能夠改善信息的獲取，這可能與神經元樹突增殖有關，并且在皮質和海馬神經元的腦源性神經生長因子(BDNF)和即早基因(IEG)的表達也有所增加。研究還發現，5-HT6受體激動劑可能具有直接改善認知的作用，這是由于5-HT6受體在膽堿能和谷氨酸能神經元中也有表達，當它們活化時，可以直接增加膽堿能和谷氨酸能系統的功能〔1〕。

3.6 5-HT7受體與AD 在中樞，5-HT7受體主要分布在下丘腦(特別是視交叉上核)、丘腦、海馬和皮質。Sarkisyan等〔28〕研究發現，5-HT7受體基因敲除的小鼠在依賴于海馬的學習記憶中表現出明顯的損傷。而這種在海馬依賴性學習記憶的損傷是AD動物模型中的一個早期現象，據此可以推測，5-HT7受體與AD之間可能存在著一定的聯系。除此之外，5-HT7受體也參與了記憶的形成。Meneses等〔29〕研究表明，選擇性的5-HT7受體拮抗劑SB269970能夠逆轉由東莨菪堿(膽堿能抑制劑)和聯苯西平(NMDA抑制劑)誘導的遺忘癥。然而，他們的實驗小組在后續實驗中也證實了5-HT7受體激動劑AS-19具有增強記憶的作用〔30〕。這兩者似乎是矛盾的，因此5-HT7受體在學習記憶中的確切作用仍然有待于更多的實驗研究來證實。

4 總結和展望

5-HT能系統，特別是5-HT作為神經遞質，在學習和記憶中起到重要的作用。5-HT能系統的這些功能主要是通過它與膽堿能系統，GABA能系統或谷氨酸能系統之間的相互作用來介導的。基于臨床前期的許多實驗證據，一些藥物作用的靶點已經直接作用于與這些認知增強有關的受體。據我們了解，目前扎利羅登(一種生長因子激動劑和5-HT1A受體激動劑)、SL65.0155、PRX-03140(5-HT4受體激動劑)以及八種作用于5-HT6受體的復合物已經進入了治療AD的臨床試驗階段〔25〕，它們在AD患者治療中的表現將值得我們期待。

1 King MV，Marsden CA，Fone KC.A role for the5-HT(1 A)，5-HT4 and 5-HT6 receptors in learning and memory〔J〕.Trends Pharmacol Sci，2008;29(9):482-92.

2 Macmillan KS，Naidoo J，Liang J，et al.Development of proneurogenic，neuroprotective small molecules〔J〕.J Am Chem Soc，2011;133(5):1428-37.

3 Wilkinson DG，Francis PT，Schwam E，et al.Cholinesterase inhibitor s used in the treatment of Alzheimer's disease:the relationship between pharmacological effects and clinical efficacy〔J〕.Drugs Aging，2004;21(7):453-78.

4 Schmitt JA，Winger M，Ramaekers JG，et al.Serotonin and human cognitive performance〔J〕.Curr Pharm Des，2006;12:2473-86.

5 Cahir M，Ardis T，Reynolds GP，et al.Acute and chronic tryptophan depletion differentially regulate central 5-HT1A and 5-HT2A receptor binding in the rat〔J〕.Psychopharmacology(Berl)，2007;190:497-506.

6 Perez-Garcia G，Meneses A.Memory formation，amnesia，improved memory and reversed amnesia:5-HT role〔J〕.Behav Brain Res，2008;195(1):17-29.

7 Katsuyoshi M，Masanori I，Hiroyasu A，et al.An immunohistochemical study of the serotonin 1A receptor in the hippocampus of subjects with Alzheimer's disease〔J〕.Neuropathology，2011;31(5):503-9.

8 Kepe V，Barrio JR，Huang SC，et al.Serotonin 1A receptors in the living brain of Alzheimer's disease patients〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA，2006;103:702-7.

9 Meneses A，Perez-Garcia G.5-HT1A receptors and memory〔J〕.Neurosci Biobehav Rev，2007;31:705-27.

10 Marner L，Knudsen GM，Madsen K，et al.The reduction of baseline serotonin 2A receptors in mild cognitive impairment is stable at two-year follow-up〔J〕.J Alzheimers Dis，2011;23(3):453-9.

11 Hasselbalch SG，Madsen K，Svarer C，et al.Reduced 5-HT2A receptor binding in patients with mild cognitive impairment〔J〕.Neurobiol Aging，2008;29(12):1830-8.

12 Arjona AA，Pooler AM，Lee RK，et al.Effect of a5-HT2Cserotonin agonist，dexnorfenfluramine，on amyloid precursor protein metabolism in guinea pigs〔J〕.Brain Res，2002;951(1):135-40.

13 Barnes NM，Costall B，Naylor RJ，et al.Normal densities of 5-HT3 receptor recognition sites in Alzheimer's disease〔J〕.Neuroreport，1990;1(3-4):253-4.

14 Hodges H，Sowinski P，Turner JJ，et al.Comparison of the effects of the 5-HT3 receptor antagonists WAY-100579 and on dansetron on spatial learning in the water maze in rats with excitotoxic lesions of the forebrain cholinergic projection system〔J〕.Psychopharmacology，1996;125(2):146-61.

15 Carli M，Luschi R，Samanin R.Dose-related impairment of spatial learning by intrahippocampal scopolamine:antagonism by ondansetron，a 5-H3 receptor antagonist〔J〕.Behav Brain Res，1997;82(2):185-94.

16 Madsen K，Neumann WJ，Holst K，et al.Cerebral serotonin 4 receptors and amyloid-β in early Alzheimer's disease〔J〕.J Alzheimers Dis，2011;26(3):457-66.

17 Cachard-Chastel M，Devers S，Sicsic S，et al.Prucalopride and donepezil act synergistically to reverse scopolamine-induced memory deficit in C57BL/6j mice〔J〕.Behav Brain Res，2008;187(2):455-61.

18 Mohler EG，Shacham S，Noiman S，et al.VRX-03011，a novel 5-HT4 agonist，enhances memory and hippocampal acetylcholine efflux〔J〕.Neuropharmacology，2007;53(4):563-73.

19 Cachard-Chastel M，Lezoualc'h F，Dewachter I，et al.5-HT4 receptor agonists increase sAPP-alpha levels in the cortex and hippocampus of male C57BL/6j mice〔J〕.Br J Pharmacol，2007;150:883-92.

20 Lezoualch F，Robert SJ.The serotonin 5-HT4 receptor and the amyloid precursor protein processing〔J〕.Exp Gerontol，2003;38:159-66.

21 Cho S，Hu Y.Activation of 5-HT4 receptors inhibits secretion of betaamyloid peptides and increases neuronal survival〔J〕.Exp Neurol，2007;203:274-8.

22 Fone KC.An update on the role of the5-hydro-xytryptamine6 receptor in cognitive function〔J〕.Neuropharmacology，2008;55(6):1015-22.

23 Hirst WD，Abrahamsen B，Blaney FE，et al.Differences in the central nervous system distribution and pharmacology of the mouse 5-hydroxytryp tamine-6 receptor compared with rat and human receptors investigated by radioligand binding，site-directed mutagenesis，and molecular modeling〔J〕.Mol Pharmacol，2003;64(6):1295-308.

24 Svenningsson P，Tzavara ET，Qi H，et al.Biochemical and behavioral evidence for antidepressant-like effects of 5-HT6 receptor stimulation〔J〕.Neurosci，2007;27:4201-9.

25 Heal DJ，Smith SL，Fisas A，et al.Selective 5-HT6 receptor ligands:progress in the development of a novel pharmacological approach to the treatment of obesity and related metabolic disorders〔J〕.Pharmacol T-her，2008;117:207-31.

26 Lorke DE，Lu G，Cho E，et al.Serotonin 5-HT2A and 5-HT6 receptors in the prefrontal cortex of Alzheimer and normal aging patients〔J〕.BMC Neurosci，2006;7:36.

27 Kan R，Wang B，Zhang C，et al.Association of the HTR6 polymorphism C267T with late-onset Alzheimer's disease in Chinese〔J〕.Neurosci Lett，2004;372:27-9.

28 Sarkisyan G，Hedlund PB.The 5-HT7 receptor is involved in allocentric spatial memory information processing〔J〕.Behav Brain Res，2009;202:26-31.

29 Meneses A.Effects of the 5-HT7 receptor antagonists SB-269970 and DR4004 in autoshaping Pavlovian/instrumental learning task〔J〕.Behav Brain Res，2004;155:275-82.

30 Perez-García GS，Meneses A.Effects of the potential 5-HT7 receptor agonist AS 19 in an autoshaping learning task〔J〕.Behav Brain Res，2005;163:136-40.