丁酰膽堿酯酶在阿爾茨海默病發病機制中的作用

吳昊 李旭東 彭丹濤 焦勁松 李延峰 于普林 紀勇

阿爾茨海默病（AD）的典型病理改變是β?淀粉樣蛋白（Aβ）沉積形成的神經炎性斑［NPs，亦稱老年斑（SPs）]和tau蛋白異常聚集形成的神經原纖維纏結（NFTs），以及神經元缺失、軸索突觸異常的顆粒空泡形成等［1?5]。但其確切病因和發病機制尚未闡明，認為可能是多種因素共同作用所致，包括遺傳學機制、Aβ機制、tau蛋白機制、神經遞質機制和氧化應激機制等。研究顯示，阿爾茨海默病的發病與進展常累及膽堿能系統，其中丁酰膽堿酯酶（BChE）發揮重要作用［6]。本文擬就丁酰膽堿酯酶在阿爾茨海默病發病機制中的重要作用進行綜述。

一、丁酰膽堿酯酶在中樞神經系統中的功能、組成和分布

膽堿能系統系指合成乙酰膽堿（ACh）并以此作為神經遞質的神經網絡系統，廣泛分布于脊髓、腦干和大腦皮質等。乙酰膽堿的合成主要位于突觸前膜，由膽堿乙酰轉移酶（ChAT）催化膽堿和乙酰輔酶A合成，并釋放至突觸間隙，作用于突觸后膜毒蕈堿性（M）受體和煙堿性（N）受體，引起生理效應；此后，乙酰膽堿與受體解離，經突觸間隙內的膽堿酯酶（ChE）水解為膽堿和乙酸而失活，部分膽堿被突觸前膜膽堿轉運體（ChT）重新吸收再利用。膽堿酯酶是一類糖蛋白，分為乙酰膽堿酯酶（AChE）和丁酰膽堿酯酶，其中丁酰膽堿酯酶在正常腦組織中僅占20%、乙酰膽堿酯酶占80%［6]。丁酰膽堿酯酶是絲氨酸酯酶家族成員，分為單體（G1）、二聚體（G2）和四聚體（G4）共3種亞型，其中G4亞型在正常腦組織中所占比例較大，G1 亞型比例較小［7?8]。乙酰膽堿酯酶亦分為G1、G2和G4共3種亞型，且正常腦組織中以G4亞型為主［9]。丁酰膽堿酯酶主要表達于神經膠質細胞，分布于大腦皮質底層、海馬、杏仁核和丘腦；乙酰膽堿酯酶表達于神經元胞體和軸突，廣泛分布于大腦皮質［6?7，10?11]。乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶共同作用調節乙酰膽堿的分解。

二、阿爾茨海默病發病與進展過程中腦組織丁酰膽堿酯酶表達變化

在阿爾茨海默病的發病與進展過程中，丁酰膽堿酯酶的含量、活性和表達部位均有所改變。（1）丁酰膽堿酯酶含量變化：研究顯示，在阿爾茨海默病進展過程中，乙酰膽堿酯酶G1亞型含量增加，G4亞型含量減少；丁酰膽堿酯酶G1亞型含量增加，尤其是海馬和杏仁核［8，12]。阿爾茨海默病患者腦組織丁酰膽堿酯酶G1亞型含量可增加30%～60%，可能是由于膠質細胞源性丁酰膽堿酯酶含量增加，而G4亞型含量減少或無變化［13?14]。Ogane等［15]的研究顯示，與正常對照者相比，阿爾茨海默病患者額頂葉、頂葉和尾狀核乙酰膽堿酯酶G4亞型表達下調，分別為71%、45%和47%。隨著乙酰膽堿酯酶含量的減少，丁酰膽堿酯酶含量增加，故大腦皮質丁酰膽堿酯酶/乙酰膽堿酯酶比值自0.60升高至11［16]。（2）丁酰膽堿酯酶活性變化：研究顯示，阿爾茨海默病患者自輕度進展至重度過程中，大腦皮質乙酰膽堿酯酶活性逐漸降低并且較正常腦組織降低10%～15%，而丁酰膽堿酯酶活性逐漸升高，最高可升高120%［17]。（3）丁酰膽堿酯酶表達部位變化：丁酰膽堿酯酶表達部位的變化最先出現于大腦皮質。Darvesh［18]對認知功能正常組和阿爾茨海默病組患者額葉皮質進行丁酰膽堿酯酶染色，結果顯示，認知功能正常組額葉皮質幾乎不表達丁酰膽堿酯酶，而阿爾茨海默病組額葉皮質丁酰膽堿酯酶表達水平明顯升高。由此可見，隨著阿爾茨海默病病程進展，丁酰膽堿酯酶的絕對含量和相對含量增加、活性增強、表達部位自白質擴展至皮質，提示丁酰膽堿酯酶含量、活性和表達部位與認知功能之間存在潛在聯系。

有研究顯示，阿爾茨海默病患者腦組織星形膠質細胞和小膠質細胞增生，尤其在神經炎性斑周圍增生明顯［19]。阿爾茨海默病患者神經炎性斑和神經原纖維纏結中丁酰膽堿酯酶活性均升高，可能是分泌丁酰膽堿酯酶的神經膠質細胞增生所致［20?21]。目前認為，Aβ是阿爾茨海默病發病機制的必要環節，其形成、沉積和降解貫穿疾病的整個過程［5，22]。Guillozet等［23]對正常人群和阿爾茨海默病患者進行腦組織Aβ和丁酰膽堿酯酶染色，結果顯示，正常對照者大腦皮質Aβ染色呈陽性，而丁酰膽堿酯酶染色呈陰性；阿爾茨海默病患者大腦皮質Aβ和丁酰膽堿酯酶染色均呈陽性，表明丁酰膽堿酯酶參與Aβ致病的重要環節，并且出現于神經炎性斑形成前期，參與Aβ沉積自良性至惡性的過程。Layer［24]認為，丁酰膽堿酯酶可以促進阿爾茨海默病患者腦組織神經炎性斑增殖并上調乙酰膽堿酯酶水平，也可以促進神經元和神經膠質細胞增殖。Reid和Darvesh［25]對BChE基因敲除和未敲除的阿爾茨海默病小鼠模型進行腦組織丁酰膽堿酯酶染色，結果顯示，BChE基因敲除小鼠大腦皮質丁酰膽堿酯酶染色呈陰性、乙酰膽堿酯酶染色呈陽性；BChE基因敲除組小鼠腦組織Aβ含量較BChE基因未敲除組明顯減少（雄性減少70%、雌性減少20%）。此后，他們又對BChE基因敲除和未敲除的阿爾茨海默病模型小鼠進行腦組織Aβ染色，結果顯示，BChE基因敲除小鼠海馬、杏仁核、丘腦和基底節Aβ沉積明顯減少［26]，表明抑制丁酰膽堿酯酶生成可以減少Aβ沉積。因此，阿爾茨海默病發病與進展過程中，增殖的神經膠質細胞可以分泌丁酰膽堿酯酶，且丁酰膽堿酯酶是Aβ沉積導致阿爾茨海默病的重要環節。

三、丁酰膽堿酯酶在阿爾茨海默病病理生理學機制中的作用

多項研究結果顯示，丁酰膽堿酯酶在阿爾茨海默病發病與進展過程中具有重要的病理生理學機制［6，13，16，27?29]。一方面，正常腦組織中丁酰膽堿酯酶表達于神經膠質細胞，主要分布于皮質下；而阿爾茨海默病進展過程中，神經膠質細胞增生、遷移，自皮質下擴展至皮質，其分泌的丁酰膽堿酯酶絕對數量和相對數量增加、活性增強，表達部位擴展至皮質，促使乙酰膽堿分解增加、表達下調，從而引起膽堿能神經遞質傳遞障礙，導致并加重阿爾茨海默病。另一方面，丁酰膽堿酯酶與Aβ相互作用導致阿爾茨海默病發病與進展，丁酰膽堿酯酶出現于神經炎性斑形成前期，介導Aβ沉積，并增加神經炎性斑毒性，參與Aβ致病的重要環節；而Aβ可以損傷膽堿能神經元突觸功能，且神經炎性斑周圍神經膠質細胞增生、丁酰膽堿酯酶活性增強，二者相互作用促進阿爾茨海默病的發病與進展。

四、丁酰膽堿酯酶抑制劑治療阿爾茨海默病

隨著越來越多的證據表明丁酰膽堿酯酶在阿爾茨海默病發病機制中的作用，丁酰膽堿酯酶抑制劑逐漸成為阿爾茨海默病的治療靶點之一。利斯的明是目前唯一的乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶雙重抑制劑。Birks和Grimley［30]進行的Meta分析納入13項隨機對照臨床試驗，結果顯示，與安慰劑相比，利期的明可以改善輕中度阿爾茨海默病患者認知功能和日常生活活動能力。亦有研究顯示，利斯的明可以改善阿爾茨海默病患者精神癥狀［31]。尚待大樣本隨機對照臨床試驗證實丁酰膽堿酯酶抑制劑的臨床療效，同時也亟待研發新型藥物。

綜上所述，越來越多的證據表明丁酰膽堿酯酶在阿爾茨海默病的發病機制中發揮重要作用，但尚待更多基礎與臨床研究闡明這一機制，有助于揭示阿爾茨海默病的病因和發病機制，為疾病的預防、診斷與治療提供新的思路。

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