膳食維生素B12添加與阿爾茨海默病的防治

黃亦依　馮　瀟　朱　炫　王歡歡　

(杭州師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院，浙江　杭州　310036)

1浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

阿爾茨海默病(AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙，記憶力降低并伴隨個性和行為改變，病變持續(xù)發(fā)展最終出現(xiàn)癡呆〔1〕。AD發(fā)病的最大影響因素是年齡，80歲以上人群患AD的概率高達(dá)20%以上〔1〕。20世紀(jì)以來，隨著社會醫(yī)療水平的不斷提高，人的壽命顯著延長，AD發(fā)病率也快速上升。AD已成為影響老年人身體健康、生活質(zhì)量最重要的疾病之一，預(yù)計(jì)到2050年，全球?qū)⒂谐^1億的AD患者〔2〕。維生素(VitB12)的缺乏與AD的發(fā)生關(guān)系密切，這與VitB12參與機(jī)體許多重要生理過程有關(guān)。VitB12在體內(nèi)作為輔酶參與多種生化過程，調(diào)節(jié)關(guān)鍵DNA或蛋白質(zhì)的甲基化水平，調(diào)控溶酶體正常功能，以及其本身也具有一定的抗炎抗氧化作用。膳食VitB12的添加作為新型AD防治的輔助方法當(dāng)前受到越來越多的關(guān)注，但膳食中VitB12的穩(wěn)定性及安全性尚未作深入研究。本文將對VitB12缺乏與AD發(fā)生的機(jī)制，以及膳食VitB12添加與AD防治隱患作如下綜述。

1　AD發(fā)病機(jī)制

AD的發(fā)生伴隨一系列神經(jīng)系統(tǒng)損傷癥狀，其最基本的病理特征是淀粉樣沉淀和神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)〔3〕。當(dāng)前研究認(rèn)為，AD患者腦內(nèi)β淀粉樣肽(Aβ)的沉積是產(chǎn)生神經(jīng)損傷的主要原因〔1〕。Aβ數(shù)量的增多及二聚體、寡聚體、多聚體至淀粉樣沉淀的形成對神經(jīng)細(xì)胞造成損傷，激活神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。膠質(zhì)細(xì)胞的激活可通過模式識別受體(PRR)活性的上調(diào)活化細(xì)胞內(nèi)一系列炎癥相關(guān)信號通路，從而上調(diào)細(xì)胞因子、趨化因子等促炎因子的轉(zhuǎn)錄和翻譯。膠質(zhì)細(xì)胞釋放的大量炎癥因子，如腫瘤壞死因子(TNF)α等，可以使tau蛋白過度磷酸化形成細(xì)胞內(nèi)NFTs，從而造成更大范圍的神經(jīng)損傷。因此，神經(jīng)炎癥反應(yīng)的抑制作為AD治療的潛在靶點(diǎn)一直受到廣泛關(guān)注，但至今仍鮮有切實(shí)有效的相關(guān)治療藥物和方案〔4〕。Aβ是它的前體淀粉樣前體蛋白(APP)的剪切產(chǎn)物。APP可被β剪切酶(BACE)1和γ剪切酶(PS)1剪切，從而釋放Aβ〔5〕。目前雖然已經(jīng)有一些研究成功合成BACE1和PS1抑制劑，但臨床效果甚微或副反應(yīng)較大。當(dāng)前對于AD的治療主要依靠的仍然是膽堿能神經(jīng)功能相關(guān)的緩減癥狀的方法，而真正針對發(fā)病機(jī)制的靶點(diǎn)藥物仍乏善可陳。

2　維生素B12的缺乏與AD的發(fā)生

AD的發(fā)生常常伴隨VitB12的缺乏。許多報(bào)道發(fā)現(xiàn)血清VitB12及葉酸水平的降低與認(rèn)知能力的損傷有密切關(guān)系〔6〕。更為準(zhǔn)確的神經(jīng)生物學(xué)功能測試也顯示B族維生素的缺乏與癡呆的發(fā)生之間的聯(lián)系更為緊密〔7〕。早期研究認(rèn)為這二者之間孰因孰果無定論，有可能二者互為因果，通常認(rèn)為VitB12的缺乏往往伴隨著AD相關(guān)認(rèn)知功能的喪失。對于單純性VitB12缺乏患者的研究發(fā)現(xiàn)，患者往往長期處在VitB12缺乏的狀態(tài)中〔8,9〕；進(jìn)一步流行病研究發(fā)現(xiàn)，長期缺乏VitB12的膳食攝入可加劇AD和輕度認(rèn)知障礙的發(fā)生率〔10,11〕。另外，還有研究表明長期補(bǔ)充VitB12可推遲家族型AD和散發(fā)型AD的發(fā)病〔12，13〕。因此，目前認(rèn)為VitB12的補(bǔ)充是預(yù)防AD發(fā)生的有效方法之一，許多AD高發(fā)人群都會遵醫(yī)囑長期規(guī)律攝取VitB12以延緩疾病的發(fā)生。

更為重要的是，老年患者往往是VitB12缺乏癥的高危人群。老年人缺乏VitB12主要原因往往歸咎于腸道系統(tǒng)對于VitB12吸收的下降。有研究顯示，VitB12缺乏患者中，53%的患者消化吸收不良，33%患者處于長期惡性貧血，只有不到2%的患者是由于飲食問題引起VitB12的缺乏〔14〕。而且，通常老年患者胃炎的發(fā)病率高于正常值，胃酸分泌量減少，可進(jìn)一步削弱VitB12的吸收。在非AD患者或輕度認(rèn)知功能障礙的患者中，VitB12的缺乏也已被證實(shí)與患者認(rèn)知功能的損傷相關(guān)〔15〕。因此，老年人不僅是VitB12缺乏的高危人群，也是AD發(fā)生的高危人群，這二者之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系。

3　VitB12缺乏影響AD發(fā)生的可能機(jī)制

3.1VitB12的生化特性VitB12是一種水溶性維生素，它在機(jī)體許多生理功能中發(fā)揮著重要作用，如神經(jīng)功能、紅細(xì)胞的生成及DNA的合成等。VitB12又叫鈷胺素，是體內(nèi)唯一含金屬元素的維生素，以相鄰的4個吡咯環(huán)及1個鈷原子組成的咕啉環(huán)為基本結(jié)構(gòu)，化學(xué)分子式為C63H88CoN14O14P(圖1)。根據(jù)咕啉環(huán)軸向上方的配基(-R)不同，則會產(chǎn)生不同形式的鈷胺素類物質(zhì)，包括氰基鈷胺素(-CN)、羥基鈷胺素(-OH)、水鈷胺素(-H2O)、硝基鈷胺素(-NO)、甲基鈷胺素(-CH3)和脫氧腺苷鈷胺素(-5-dA)等〔16〕。VitB12是所有這些衍生物的統(tǒng)稱，其中氰基鈷胺素不是VitB12的天然存在形式，它是在工業(yè)提純時用氰化物取代天然鈷胺素而得到的產(chǎn)物，商品形式的VitB12多為氰基鈷胺素。VitB12參與的體內(nèi)具體生化過程包括：將同型半胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榧琢虬彼幔挚蓪⒓谆徂D(zhuǎn)變?yōu)殓牾］o酶A；將5-甲基四氫葉酸轉(zhuǎn)變?yōu)樗臍淙~酸酯，這一過程在DNA的合成和紅細(xì)胞的生成中至關(guān)重要〔17〕。VitB12無法被人體自身合成，必須通過外源攝取動物蛋白或植物加工制品并經(jīng)體內(nèi)充分消化獲取。VitB12主要存在于肉類中，植物中的大豆及一些草藥也含有VitB12。胃酸可將食物中的VitB12游離，隨后與內(nèi)因子結(jié)合，并在結(jié)腸末端被人體吸收。

圖1　VitB12分子結(jié)構(gòu)示意圖

3.2VitB12作為輔酶參與機(jī)體代謝通常認(rèn)為VitB12的缺乏與神經(jīng)損傷的關(guān)系存在兩種機(jī)制，這兩種機(jī)制都建立在VitB12作為輔酶參與體內(nèi)許多生化反應(yīng)的基礎(chǔ)上。VitB12作為輔酶參與體內(nèi)多項(xiàng)代謝反應(yīng)中，最為重要的就是同型半胱氨酸(Hcy)的代謝。Hcy是一種含硫氨基酸，它并不參與蛋白質(zhì)的合成，它只是甲硫氨酸(Methionine)代謝循環(huán)的中間產(chǎn)物〔18〕(圖2)。Hcy是S-腺苷半胱氨酸(SAH)的代謝產(chǎn)物。SAH的有效代謝需要一些輔助因子的參與，其中包括較低劑量的葉酸和VitB12，而Hcy失活轉(zhuǎn)化為S-腺苷甲硫氨酸(SAM)則需要較高劑量VitB12的幫助。因此，缺乏VitB12可阻礙Hcy的失活從而引起高半胱氨酸血癥(HHcy)的產(chǎn)生。

體內(nèi)半胱氨酸含量的升高引起的HHcy與許多疾病的發(fā)生密切相關(guān)，如冠狀動脈疾病、外周血管疾病和腦卒中等〔19〕。除此之外，HHcy也被證實(shí)參與一些神經(jīng)退行性疾病如AD的發(fā)生〔20,21〕。流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，AD患者血漿Hcy水平顯著上升〔22〕。關(guān)于血漿Hcy水平作為一項(xiàng)相對獨(dú)立的AD發(fā)病危險(xiǎn)因素也在近期得到證實(shí)〔18，21〕，因此近年來血漿Hcy水平也成為AD發(fā)生的檢測指標(biāo)之一〔23,24〕。研究顯示，VitB12的缺失可加速轉(zhuǎn)基因AD小鼠模型腦部Aβ的沉積〔25,26〕；由高SAH飼料喂飼或低葉酸飼料喂飼引起的HHcy可顯著上調(diào)小鼠體內(nèi)PS1和BACE1活性及Aβ的產(chǎn)量(圖2)〔27,28〕。

圖2　VitB12參與體內(nèi)甲硫氨酸代謝循環(huán)及其對AD相關(guān)APP剪切的影響

3.3VitB12參與甲基化修飾調(diào)節(jié)甲基化修飾是體內(nèi)許多酶系統(tǒng)激活和DNA轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)節(jié)步驟，而由葉酸和VitB12共同參與Hcy轉(zhuǎn)化而來的SAM則是體內(nèi)最重要的甲基化來源〔29〕。有研究表明，血漿Hcy水平的升高和體內(nèi)甲基化代謝的失調(diào)有著密切關(guān)系。甲基化是DNA轉(zhuǎn)錄前修飾的重要方式之一，DNA的甲基化可引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。通常情況下，在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，DNA的CG兩個核苷酸的胞嘧啶被選擇性地添加甲基，從而引起DNA的失活。體內(nèi)甲基化代謝的異常會影響體內(nèi)多種正常生理功能，包括神經(jīng)細(xì)胞的正常功能、細(xì)胞的增殖增生和染色體雙螺旋的穩(wěn)定性等〔16〕。就AD相關(guān)PS1和BACE1而言，基因DNA的甲基化可有效控制其轉(zhuǎn)錄翻譯，從而調(diào)控神經(jīng)毒性Aβ的產(chǎn)生〔30〕。因此，VitB12引起DNA甲基化的效能將決定其對AD相關(guān)PS1、BACE1，甚至APP基因轉(zhuǎn)錄翻譯的控制。有研究表明，無活性VitB12衍生物可通過競爭血漿VitB12運(yùn)載蛋白降低VitB12本身的活性，從而弱化各類基因的甲基化。同時，也不排除VitB12衍生物本身可直接下調(diào)AD相關(guān)基因甲基化，影響Aβ的產(chǎn)生及其神經(jīng)毒性作用〔22〕。

3.4VitB12的抗氧化作用在AD的發(fā)生過程中，過氧化反應(yīng)的發(fā)生及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)、線粒體的過氧化損傷，以及由此引發(fā)的活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)的釋放，都會加劇神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活及炎癥反應(yīng)和神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)一步的損傷〔31〕。且有報(bào)道稱，小鼠缺少VitB12可以上調(diào)腦脊液TNFα和表皮生長因子(EGF)水平，增強(qiáng)神經(jīng)炎癥反應(yīng)，加劇神經(jīng)損傷〔32〕。因此，VitB12對AD的神經(jīng)保護(hù)作用除了通過相關(guān)基因蛋白表達(dá)直接調(diào)控Aβ的產(chǎn)生以外，還可以通過抵抗由Aβ神經(jīng)毒性引起的ER損傷，弱化細(xì)胞炎癥反應(yīng)而間接發(fā)揮其作用。有報(bào)道稱，VitB12可通過調(diào)節(jié)Sirtuin 1脫乙酰酶(SIRT1)活性及SIRT1下游一系列激酶的活化，調(diào)控細(xì)胞內(nèi)分子伴侶蛋白(chaperon protein)以抵抗ER損傷〔33〕。VitB12分子中以鈷元素為中心的卟啉環(huán)及5，6-二甲基苯并咪唑被認(rèn)為是發(fā)揮該作用的重要結(jié)構(gòu)。不同VitB12類似物在卟啉和咪唑環(huán)上的修飾對其抗氧化作用和抑制神經(jīng)炎癥作用有何不同，對細(xì)胞內(nèi)ER、線粒體過氧化反應(yīng)的作用，及對由Aβ產(chǎn)生的神經(jīng)毒性作用或有害或有益，都還未見成熟研究。

3.5VitB12參與溶酶體功能調(diào)控VitB12的正常代謝需要溶酶體轉(zhuǎn)運(yùn)體的參與。VitB12從腸道吸收進(jìn)入血漿或組織間液后可與鈷胺素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(TC)結(jié)合隨循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)輸，與靶細(xì)胞膜上特定受體結(jié)合，以VitB12-TC復(fù)合物的形式被細(xì)胞攝取〔34〕。VitB12-TC進(jìn)入細(xì)胞后TC部分可被溶酶體消化，繼而游離出VitB12，進(jìn)一步參與各類細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)。溶酶體內(nèi)含有超過50種水解酶，溶酶體腔內(nèi)的酸性pH對其發(fā)揮正常功能十分關(guān)鍵。對于VitB12而言，胞內(nèi)溶酶體的正常運(yùn)作對VitB12在胞內(nèi)的釋放并轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體這一過程至關(guān)重要，這一過程受到溶酶體膜上的兩種蛋白LMBD1和ABCD4對VitB12的調(diào)控〔35～37〕。各種VitB12衍生物在溶酶體中代謝過程的不同特點(diǎn)目前并沒有深入研究，VitB12各取代基對溶酶體膜蛋白LMBD1和ABCD4活性的不同影響也未有詳細(xì)報(bào)道。與此同時，AD相關(guān)Aβ在細(xì)胞內(nèi)外的蓄積也受到溶酶體代謝的調(diào)節(jié)：一方面AD發(fā)生過程中生成的部分Aβ可被溶酶體消化，從而緩解細(xì)胞內(nèi)Aβ載量及由此帶來的細(xì)胞毒性；另一方面，不斷增加的Aβ量也可加重溶酶體負(fù)擔(dān)，從而破壞膜蛋白LMBD1和ABCD4活性，影響Aβ的正常降解〔38〕。VitB12與Aβ的代謝均依賴于溶酶體這一特性決定了，VitB12的正常水平及VitB12衍生物不同取代基對于溶酶體膜蛋白活性的調(diào)控，都將影響細(xì)胞內(nèi)Aβ的產(chǎn)量及其導(dǎo)致的AD相關(guān)神經(jīng)損傷的癥狀。

4　膳食VitB12添加的風(fēng)險(xiǎn)

早期對于VitB12缺乏的治療往往采用傳統(tǒng)的肌肉注射法〔17〕，而后又被口服片劑取代〔39〕。隨著社會醫(yī)療水平的進(jìn)步及大眾對于健康養(yǎng)生的關(guān)注和重視，目前除人工合成VitB12片劑以外，許多人也選擇通過食用富含VitB12的食物來增加VitB12的攝取，如一些海鮮、肉類和大部分腌制食品等。研究顯示，VitB12的膳食添加可以有效改善患者血漿Hcy水平并部分改善或延緩患者認(rèn)知功能的退化〔40〕。VitB12分別以腺基鈷胺素和甲基鈷胺素兩種形式參與了體內(nèi)各種代謝反應(yīng)〔41〕。人工合成的VitB12主要以較為穩(wěn)定的氰鈷胺為主，進(jìn)入體內(nèi)后可被代謝為可被人體利用的腺鈷胺和甲鈷胺。食物中的VitB12的類型則要豐富得多，存在許多類型的VitB12衍生物或類似物，而這些類似物是否在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w能利用的形式則未能證實(shí)。值得關(guān)注的是，一些VitB12的衍生物會造成某些酶系統(tǒng)的失活，從而對細(xì)胞的正常代謝產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。研究人員在猴頭菇中檢測到了c-內(nèi)酰鈷胺素，并發(fā)現(xiàn)c-內(nèi)酰鈷胺素可以在體內(nèi)或體外與特定酶結(jié)合并使其喪失生理功能〔42,43〕。由此說明，各種VitB12類似物在體內(nèi)的作用不盡相同，一些衍生物在進(jìn)入體內(nèi)后可代謝為腺基鈷胺素和甲基鈷胺素參與如Hcy的失活等生化反應(yīng)，而另一些則不具備此功能，以無效VitB12的形式存在體內(nèi)，妨礙VitB12的正常功能，甚至產(chǎn)生其他毒性作用。明確各種VitB12衍生物的生物活性及其對AD相關(guān)基因、蛋白表達(dá)、活化的影響，對Aβ產(chǎn)生的神經(jīng)毒性的調(diào)控作用，將有利于食品藥品生產(chǎn)中有效規(guī)避有害副產(chǎn)物產(chǎn)生，提高其有效成分的利用率。

綜上，VitB12作為人體多項(xiàng)代謝過程中重要的調(diào)控因子，它的缺乏將會引起機(jī)體多方面的損傷，神經(jīng)功能損傷及相關(guān)認(rèn)知功能的障礙，從而引起的老年癡呆或AD相關(guān)癥狀得到了越來越多的關(guān)注。VitB12的缺乏可以調(diào)控機(jī)體內(nèi)多項(xiàng)生化反應(yīng)的輔酶活性，DNA轉(zhuǎn)錄的甲基化修飾，包括ER、線粒體、溶酶體等細(xì)胞器的正常功能，從而影響神經(jīng)細(xì)胞的活性和正常功能(圖3)。外源性補(bǔ)充VitB12被證實(shí)可有效降低AD相關(guān)神經(jīng)損傷的癥狀，但食品藥品中存在的不同VitB12衍生物進(jìn)入體內(nèi)后多經(jīng)歷的化學(xué)反應(yīng)、代謝途徑及對機(jī)體各項(xiàng)機(jī)能所產(chǎn)生的可能影響都尚沒有深入系統(tǒng)的研究。明確VitB12各類衍生物對AD相關(guān)基因、蛋白的影響，將可以進(jìn)一步提高VitB12膳食添加對AD防治的效果和效率。

圖3　VitB12參與機(jī)體多種代謝反應(yīng)與AD相關(guān)神經(jīng)損傷的關(guān)系示意圖

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