磷酸二酯酶4抑制劑對阿爾茨海默病、抑郁癥及二者共病的潛在治療作用及其機制研究進展

叢怡帆，宋雙雙，侯雪芹，張漢霆，2

〔1.山東第一醫科大學（山東省醫學科學院）藥學院，山東 泰安 271016；2.青島大學藥學院，山東 青島 266073〕

磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDE）作為水解細胞內第二信使環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）和環磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）的超級酶家族，在新陳代謝、記憶與情感、神經遞質傳遞、免疫反應和突觸發生等生理過程中起著重要調節作用。根據其對底物的專一性，PDE可分為11個家族（PDE1～PDE11）；PDE4，7和8特異性水解cAMP，而PDE5，6和9特異性水解cGMP，其余的PDE家族能夠同時水解cGMP和cAMP。每個PDE家族均在不同的細胞、組織中不同程度地表達，參與不同的生物功能調節，從而針對不同的疾病進行治療。

PDE4是結構、功能最為復雜的一類PDE家族成員，作為阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）、抑郁癥、特應性皮炎或慢性阻塞性肺病等疾病的潛在治療靶點已被研究40余年。目前，已有3種PDE4抑制劑獲批上市，即羅氟司特（roflumilast，Daxas）、克立鵬羅（crisaborole，Eucrisa）和阿普米司特（阿普斯特，apremilast，Otezla）分別用于治療慢性阻塞性肺疾病、特應性皮炎和銀屑病關節炎，表明PDE4作為藥物靶標的重要研究價值和臨床應用前景。然而，到目前為止，還無PDE4抑制劑被批準用于治療神經精神疾病，有關PDE4在中樞神經系統方面的功能還需要更加深入研究。

AD是一種神經系統退行性疾病，主要表現為漸進性記憶力減退和認知功能障礙。此外，AD與抑郁癥密切相關。50%AD患者伴有抑郁癥；抑郁癥病史也是AD發病的危險因素［1］。AD合并抑郁癥，即AD抑郁共病，因其發病機制尚不明確，缺乏有效的藥物作用靶標，目前臨床上尚缺乏有效治療藥物。PDE4抑制劑增強記憶和認知、神經保護、神經再生及調節情緒的有效性已在體內外研究中得到廣泛證實［2-4］，但作用機制和PDE4介導的下游靶點尚不清楚。除此之外，PDE4抑制劑引發的惡心、嘔吐等不良反應對此類藥物的研發造成了挑戰，因此有必要了解單個PDE4亞型在不同疾病中所扮演的不同角色［5］，有針對性地開發PDE4亞型選擇性抑制劑。

本文將概述PDE4對AD、抑郁癥以及二者共病的獨特調節功能以及可能參與的細胞內信號轉導機制，討論PDE4抑制劑可能存在的局限性和解決方案，旨在為研發治療這些疾病的藥物提供新的策略和視角。

1 PDE4及其亞型在腦內的分布和主要功能特點

PDE4是最大的PDE家族成員，具有低米氏常數（Km）及對cGMP或Ca2+/鈣調蛋白不敏感的特點。神經細胞內70%～80%cAMP均由PDE4水解［6］。PDE4水平升高可過度水解cAMP；反之，PDE4活性下調會因減少cAMP水解而使cAMP累積。PDE4由 4個基因（PDE4A，PDE4B，PDE4C和PDE4D）編碼，分別表達為對應的4個亞型。在PDE4蛋白結構的N端經過對不同部位的剪接后共形成25種剪接變異體，包括6種PDE4A，5種PDE4B，3種PDE4C，11種PDE4D。其中PDE4C主要分布在外周組織，其他3種亞型在中樞神經系統有豐富的表達，但在不同區域存在顯著表達差異，提示每種PDE4亞型及剪接變異體都可能具有各自獨特的功能。研究表明，PDE4A和PDE4D主要參與情緒與記憶功能的調節［7-9］，而PDE4B更可能參與多巴胺相關和應激相關的過程［10］。

PDE4A在嗅球、皮質深層、杏仁核、下丘腦、海馬、梨狀皮質和小腦中存在較高的表達［11］。雙相情感障礙患者PDE4A表達減少［12］，自閉癥患者腦中PDE4A的表達在不同腦區發生不同的變化［13］。在PDE4A基因敲除小鼠模型上也顯示，PDE4A可能在情緒記憶和焦慮樣行為的調節中發揮重要作用［8］。此外，短暫的睡眠剝奪通過增加PDE4A5的表達影響海馬功能，進而引起認知障礙［14］。與此一致的是，PDE4A5在海馬興奮性神經元中的過度表達可損害突觸可塑性和海馬依賴的長期記憶［15］。β淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）是AD的典型病理特征之一，而抑制PDE4A有望減輕Aβ1-42誘導的AD神經毒性［16］。

PDE4B主要表達于杏仁核、丘腦、下丘腦、白質束、紋狀體和海馬［17］。PDE4B因與神經炎癥關系密切而引起了廣泛關注［18］。小鼠經脂多糖刺激后，白細胞中腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）和PDE4B的表達明顯增加，而在PDE4B缺乏的小鼠中并未觀察到TNF-α的改變［19］。PDE4B還可能參與焦慮和抑郁的調節。PDE4B基因敲除小鼠血漿皮質酮水平升高，表現出類似焦慮癥的行為［10］。精神分裂癥和雙相情感障礙患者尸檢顯示，其腦組織中PDE4B表達下降［20］。此外，PDE4B缺乏可減少C57BL/6NJ小鼠和C57BL/6J小鼠的酒精攝入量［21］；小鼠攝入酒精可增加腦內PDE4B表達，但對PDE4A和PDE4D的表達則無明顯影響［22］，提示PDE4B可能參與酒精成癮調節。特異性抑制PDE4B可能對酗酒者產生有益的效果。然而PDE4B可能并不參與認知功能的調節［23］。

PDE4D在大腦所有區域中廣泛表達，在海馬、皮質、丘腦、腦干和小腦表達豐富［11］。大量研究證實，抑制PDE4D具有改善認知和調節情緒的作用。例如，PDE4D抑制劑BPN14770［24-25］、PDE4D基因敲除或敲減［26-27］都可產生明顯的增強記憶作用；PDE4D基因敲除或敲減也可產生抗抑郁樣行為［9，28］，但PDE4D抑制劑D159687和GREB-7b均未顯示抗抑郁或緩解焦慮的效果［29-30］，這可能是由于基因敲除動物的代償機制對行為表型產生了間接影響，而選擇性抑制劑只會引起PDE4D被短暫抑制。然而不幸的是，PDE4D是4個亞型中在腦內延髓嘔吐中樞表達水平最高的亞型［31］，PDE4D基因敲除小鼠表現出嘔吐樣行為［32］。這種不良反應的產生阻礙了PDE4D抑制劑的發展與應用。

2 PDE4及其亞型對AD的調節

慢性進行性認知能力下降是AD的標志性癥狀。隨著人口老齡化日益嚴重，AD患病人數和發病率正逐年增長，預計到2050年全球患病人數將達到1.315億［33］。然而到目前為止，尚無有效的AD治療方法。AD對患者本人及其家庭的生活質量產生巨大的負面影響。AD的兩大神經病理學特征分別為微管相關蛋白（microtubule-associated protein tau，Tau）異常磷酸化引起的神經纖維纏結和Aβ沉積引起的老年斑。現階段臨床上使用的藥物主要是乙酰膽堿酯酶抑制劑和非競爭性N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體拮抗劑，然而在病程適當階段給予這些藥物治療只能在一定程度上緩解患者的癡呆癥狀，改善患者的生活質量，并不能治愈AD或阻止其病程的發展［33］。PDE4通過特異性水解cAMP而調整細胞cAMP信號水平，后者對于將信息整合至長期記憶十分重要，尤其是后期鞏固階段。研究表明，PDE4功能異常通常會導致大腦某些區域cAMP信號失調，異常的cAMP信號與AD及其他神經退行性疾病的認知缺陷密切相關［34］。

PDE在認知中的作用首次在20世紀70年代研究缺乏學習能力的PDE4D基因缺失的果蠅中發現［35］。目前，已經有許多PDE抑制劑在非臨床研究中表現出顯著的改善認知的作用，這些PDE包括PDE1［36-37］，PDE2［38-39］，PDE3［40］，PDE4［41］，PDE5［42］，PDE7［43-44］，PDE9［45-46］和 PDE10［47］，它們都不同程度地參與認知功能的調節，在記憶的不同階段發揮不同作用。現已有＞15種PDE抑制劑進行了臨床試驗，其中PDE4抑制劑的作用尤為明顯和廣泛［48］，表明PDE4是最具潛力的靶點。咯利普蘭（rolipram）是經典的PDE4抑制劑，能透過血腦屏障，顯著改善動物的學習記憶能力。近期研究表明，在物體位置記憶的鞏固窗口期間注射2次咯利普蘭，可改善老年雄性小鼠的空間記憶缺陷［49］。在 Aβ25-35［50］和 Aβ1-42［51］誘導的嚙齒類動物 AD 模型中，咯利普蘭同樣也顯示出明顯的增強學習記憶的效果。臨床研究發現，健康老年人［52］和健康年輕人［2］在口服羅氟司特后語言記憶能力均得到提高。這些發現為PDE4抑制劑治療AD提供了實驗依據。

雖然PDE4抑制劑可能不會直接影響Aβ沉積，但可通過減少Tau蛋白的異常累積促進記憶恢復。選擇性PDE4D抑制劑GEBR-7b和GEBR-32a可改善β淀粉樣前體蛋白/早老素1（β-amyloid precursor protein/presenilin 1，APP/PS1）模型小鼠的認知能力，但在降低海馬Aβ沉積方面無顯著效果［34］。PDE4抑制劑屈他韋林（drotaverine）可劑量依賴性地逆轉AD模型小鼠大腦中Aβ和Tau的高表達［53］。AD小鼠早期使用咯利普蘭也可促進蛋白酶體的激活，使Tau積累減少［54］。此外，最近的一項報告顯示，AD患者顳葉腦組織中PDE4D1，PDE4D3和PDE4D5的過表達與神經纖維纏結的嚴重程度密切相關［55］。在AD發病機制研究中，雖然大量研究支持Aβ位于Tau上游的假說，并認為Aβ可能觸發或促進磷酸化Tau的累積［56］，但也有證據表明，磷酸化的Tau可通過反饋作用增強Aβ的毒性［57］。因此，PDE4抑制劑是否通過降低tau聚集水平預防或減緩AD的神經退行性變化也將是一個有趣的研究方向。

近年來，隨著基因敲除小鼠模型和基因沉默技術（如RNAi和CRSPR-Cas9）的發展，研究者發現在PDE4的4種亞型中，PDE4D或許是介導記憶和認知最主要的亞型。本課題組前期研究表明，慢病毒微RNA誘導的PDE4D基因敲減，特別是PDE4D的長型變異體PDE4D4和PDE4D5，在海馬相關的記憶和神經發生中發揮著重要作用［7］。同樣的方法還表明，PDE4D基因敲減可逆轉Aβ1-42誘導的認知損傷［26］。另一項研究進一步驗證了這一結論，即敲減小鼠雙側前額皮質中的長型PDE4D可顯著提高認知能力，并且在用咯利普蘭抑制其他PDE4亞型后，這一效應并未進一步提高［58］。這表明長型PDE4D可能在認知方面起主導作用，其機制可能與抗氧化、抗凋亡和神經保護作用有關［27］。為了特異性地研究 PDE4D5，Bolger等［59］培育了 PDE4D5-D556A轉基因小鼠模型。有意思的是，這種小鼠在Morris水迷宮實驗中表現出明顯的海馬依賴性空間學習能力缺陷。出現這種矛盾結果的原因尚不清楚，可能與PDE4D5表達被抑制后，記憶調節腦區的其他PDE4D變異體代償性上調有關，需進一步研究解釋。確定PDE4剪接變異體對AD的潛在調節作用，可能為相關記憶喪失提供一種有前景的治療策略。

3 PDE4及其亞型對抑郁癥的調節

抑郁癥是一種慢性精神疾病，發病率呈逐年上升趨勢，其特征是持續性的情緒低落、悲觀厭世、睡眠障礙，對日常活動失去興趣，且抑郁癥患者大多具有嚴重的自殺傾向。目前，抑郁癥的發病機制尚不清楚，主要的假說包括單胺假說、受體假說、神經營養假說、炎癥反應假說和神經內分泌假說等。抑郁癥的治療臨床上最常用的藥物有選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑、去甲腎上腺素再攝取抑制劑、單胺受體拮抗劑和單胺氧化酶抑制劑。而這些藥物存在很多局限性，如有效率不高，且起效時間較晚，大部分藥物需要數周甚至更長時間才能產生療效。最近，美國FDA批準的Auvelity成為首個用于治療抑郁癥的速效口服NMDA受體拮抗劑，其主要成分是右美沙芬和安非他酮。但目前仍有必要研發其他新型抗抑郁藥物。大量證據表明，cAMP信號通路在抑郁情緒調節中起重要作用［60］。PDE4抑制劑可通過提高細胞cAMP水平緩解神經炎癥，改善與抑郁癥相關的神經突觸可塑性，并提高神經元的存活［61］。

在未服用和長期服用抗抑郁藥物的抑郁癥患者大腦中均發現PDE4活性發生了變化，這表明PDE4是治療抑郁癥的一個重要潛在靶點［60，62］。經典PDE4抑制劑咯利普蘭不僅在非臨床實驗中表現出顯著的抗抑郁作用，還曾在早期的臨床試驗中被用于治療重度抑郁癥（major depressive disorder，MDD）［63］，但因其嚴重的惡心、嘔吐等胃腸道不良反應，不得不終止臨床試驗。與之相比，治療劑量羅氟司特幾乎不出現嘔吐等不良反應，引起了人們的特別關注。慢性不可預知的溫和應激（chronic unpredictable mild stress，CUMS）是一種常用的抑郁動物模型，可在一定程度上模擬人類抑郁癥的臨床表現。雄性C57小鼠經過16周的應激后，在曠場、強迫游泳和新奇抑制攝食實驗中均表現出抑郁樣行為；應用羅氟司特后，這些行為均得到明顯改善［4］。隨著人們對PDE4生物學功能認識的逐步提高，越來越多的有效PDE4抑制劑得到開發。例如，近年報道的 FCPR03［64］和 FCPE07［65］等新型選擇性PDE4抑制劑，在表現出良好的抗抑郁作用的基礎上，幾乎無致嘔吐的不良反應。這為PDE4抑制劑未來用于抑郁癥的治療帶來了曙光。

炎癥反應假說認為，機體通過釋放炎癥細胞因子從而引起神經內分泌和免疫系統功能紊亂，最終導致抑郁癥發生［66］。小膠質細胞作為大腦中有免疫活性的一類細胞，具有監測神經元活動的功能，其過度活化與腦內慢性炎癥的產生和神經元的死亡密切相關。最近研究表明，羅氟司特可有效改善CUMS誘導的雄性C57小鼠抑郁樣行為，其機制主要是通過抑制小膠質細胞活化和恢復其形態，表現為小膠質細胞的總突起長度、面積、體積、分支點數目、終點數和總Sholl交叉點減少［4］。PDE4抑制劑FCPR16不僅可使CUMS小鼠皮質與海馬中促炎細胞因子〔TNF-α、白細胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6〕表達減少，抗炎細胞因子IL-10表達增加，還誘導小膠質細胞M1標志物mRNA水平持續下調，而M2標志物mRNA表達水平上調［67］。有趣的是，大多數PDE4抑制劑都是抗炎藥，由此可推測，PDE4抑制劑的抗抑郁效應與其抗炎作用密不可分。

在PDE4的4種亞型中，PDE4A和PDE4D可能與抑郁癥關系最為密切，而有關PDE4B參與抑郁調節的報道相對較少。首先，CUMS會引起小鼠海馬PDE4D表達上調，損害海馬神經發生［68］。其次，PDE4D基因敲除小鼠在多種行為實驗中表現出抗抑郁樣作用［8］。再次，敲除前額皮質中的長型PDE4D可緩解慢性應激誘導的皮質酮升高和抑郁樣行為，而這些效應并不能被咯利普蘭增強［69］。最后，白藜蘆醇作為一種天然多酚，以濃度和時間依賴的方式緩解皮質酮誘導的小鼠海馬神經元HT-22細胞的損傷，白藜蘆醇衍生物RES003還有效改善慢性應激誘導的小鼠抑郁樣行為，這些作用均與抑制PDE4D有關［70-71］。這些結果為PDE4D參與抗抑郁治療提供了有力的證據。另外，由于PDE4A在大腦中的分布模式與PDE4D相似，因此PDE4A可能也參與了抗抑郁作用的調節［72］。最新的遺傳學證據表明，女性抑郁癥的高患病率可能與PDE4A基因變異有關［73］。反式白藜蘆醇可能通過下調海馬PDE4A的表達而改善應激誘導的抑郁癥［74］，缺乏PDE4A還可以保護小鼠免受遺傳或高脂飲食誘導的抑郁樣行為［75］。盡管有研究表明抗抑郁藥物或電驚厥治療可引起PDE4A剪接變異體在大鼠的不同腦區差異性上調，但這可能是由于代償機制引起的，即通過上調PDE4A以增強cAMP水解，從而使第二信使恢復至正常水平，同時也可以解釋抗抑郁藥物起效較慢的原因［76-77］。當然，未來還需要更多的研究闡明PDE4A與抑郁癥之間的關系。

4 PDE4對AD和抑郁癥共病的調節及機制

AD患者常常伴隨著多種精神異常［78］，其中高達50%患者在疾病發展過程的某個階段患有抑郁癥；有抑郁癥病史的人在晚年也更有可能出現認知衰退［79］，2種疾病之間存在著實質性的基因重疊［80］和顯著的遺傳相關性［81］。抑郁癥可能是AD發病前的一個危險因素，或神經退行性改變的早期征兆，亦可能作為伴隨癥狀同時出現。AD和抑郁共病不僅加速患者認知功能衰退，使護理難度顯著增加，也使死亡率大大增加。重疊的大腦區域、病理學特征和細胞信號通路是認知衰退和情緒障礙共病的基礎，將AD與抑郁癥聯系起來的生物學機制包括下丘腦-垂體-腎上腺軸失調、糖皮質激素水平異常、腦血管因素、淀粉樣蛋白斑塊沉積、海馬萎縮、慢性炎癥、神經生長因子缺乏和興奮性氨基酸分泌過多［82］。到目前為止，對其病因尚未達成共識，診斷方法也存在爭議［83］。因此，了解認知衰退及其伴隨的情感特征發展的共同神經生物學通路，對于開發AD抑郁癥共病的潛在治療方法至關重要。

3xTg-AD小鼠是通過在PS1M146V基因敲入小鼠體中顯微注射包含APPSWE和TauP30lL的共基因序列而建立的AD動物模型，能夠很好的模擬AD的兩大神經病理學和行為學特征［84］，是近年來出現的較為理想的AD動物模型。9月齡3xTg-AD小鼠與同月齡C57BL/6對照小鼠相比，在曠場實驗中央區域活動時間百分比、高架十字迷宮實驗開放臂停留時間百分比和糖水偏好實驗糖水偏好率均明顯降低，表現出焦慮樣和抑郁樣行為［85］。此外，尸檢報告顯示，與一生中從未患過抑郁癥的AD患者相比，有MDD病史的AD患者海馬區顯示出更多的神經炎性斑塊和神經纖維纏結，并伴隨著認知功能的加速衰退［86］。輕度認知障礙（mild cognitive impair-ment，MCI）是一種處于正常衰老和癡呆之間的臨床狀態，被認為是AD的早期階段［87］。臨床研究發現，MCI患者的抑郁癥患病率較高［88］，且在MCI到AD的轉變過程中，抑郁癥起到加速器的作用［89］。MCI患者中淡漠、抑郁的發病率為56%，而癡呆患者中淡漠、抑郁的發病率高達70%［90］。深刻理解MCI，MDD和AD之間的關系，對于預防疾病發生和延緩疾病進程具有重大意義。

盡管微RNA誘導的PDE4基因敲減或敲除和PDE4抑制劑產生的效應大致相同，但仍有一些問題尚未解決。目前，PDE4抑制劑羅氟司特已被證明可有效逆轉10月齡APP/PS1小鼠的認知缺陷和抑郁樣行為，并且減輕神經細胞損傷和凋亡，這些作用與PDE4B和PDE4D的抑制有關［91］。雖然PDE4D基因敲減大鼠僅表現出抗抑郁樣行為，而空間學習或記憶并無改善［28］，但RNA干擾介導的前額葉皮質PDE4D基因敲減小鼠卻同時表現出抗抑郁樣和認知增強的雙重作用［58，69］，推測這種行為表現不一致的原因可能與物種有關，不同動物模型對于研究PDE4在AD和抑郁癥共病中的作用發揮著不容小覷的價值。PDE4D抑制劑GEBR-7b可明顯改善CUS誘導的大鼠抑郁樣行為［92］，改善APP/PS1小鼠的空間記憶功能［30］。但另一項研究卻表明，在體內外實驗中，PDE4D與pS214-Tau水平均呈負相關，GEBR-7b可引起工作記憶受損［93］。這可能是由于空間記憶能力主要受海馬的調控［94］，而皮質主要負責調節工作記憶導致的。

4.1 PDE4對AD和抑郁癥共病的主要信號通路的調節

4.1.1 cAMP-蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）

研究表明，PDE4抑制劑增強cAMP信號轉導，激活PKA，繼而促進cAMP反應元件結合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）磷酸化，調節下游的各種蛋白因子表達水平，參與AD和抑郁癥的病理生理變化，是治療多種神經精神疾病的重要潛在靶點［95］。正電子發射斷層掃描成像發現MDD患者cAMP信號級聯活性下調，而經抗抑郁治療后，cAMP信號級聯活性增強甚至可能恢復到正常水平［60］。同時，cAMP/PKA/CREB通路還參與長時程增強，可有效提高記憶能力［96］。CREB一直以來都被認為是學習記憶［97］和情緒調節［62］所需的關健。非臨床和臨床研究均表明，CREB信號失調在AD和抑郁共病中起著重要作用。降低cAMP水平導致磷酸化CREB水平降低，從而使突觸可塑性降低和記憶減退［48］，并產生抑郁樣行為［71］。

磷酸化CREB的下游靶點十分廣泛，包括炎癥細胞因子、神經營養因子和細胞凋亡調節因子等，其中腦源性神經營養因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的作用尤為廣泛和重要。BDNF是大腦功能和結構的關鍵調節因子，在維持和修復神經元功能中起著重要作用，BDNF的減少被認為是與年齡相關的突觸密度和認知功能下降的重要因素［98］。在某些情況下，BDNF水平甚至與AD的嚴重程度相關［99］。BDNF可以調節Aβ在大腦中的聚積，防止Aβ表達過度所導致的細胞死亡，有助于修復Aβ引起的一系列損傷［97］。雖然尸檢發現，AD患者血清或大腦中BDNF增加，但這可能是代償機制引起的，或者是由于藥物治療所致［100］。

此外，越來越多的臨床研究提示，BDNF水平與抑郁癥也密切相關。首先，抑郁自殺患者腦內BDNF水平明顯低于正常水平［101］。其次，使用藥物進行抗抑郁治療能夠逆轉CUMS誘導的小鼠海馬BDNF水平降低［102-103］，在海馬或中腦直接注射BDNF或外周皮下注射BDNF均可產生抗抑郁樣效果［104］。一項數量巨大的臨床病理樣本檢測結果顯示，與單純癡呆癥（無MDD）的老年患者相比，患有抑郁癥和癡呆癥的老年人死后腦中BDNF表達水平更低［105］。這些證據表明，BDNF在對抗AD和抑郁癥方面起著紐帶的作用。

4.1.2 cAMP-cAMP激活交換蛋白（exchange protein activated by cAMP，EPAC）

cAMP含量的增加除了激活PKA信號通路外，還可直接激活EPAC。EPAC信號通路自1998年被發現以來便得到廣泛關注［106］，作為一種相對較新的cAMP效應分子，其主要功能是作為小G蛋白Rap1的特異性鳥嘌呤核苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF），將無活性的Rap1-GDP置換為有活性的Rap1-GTP而參與多種生理功能的調節，在增強記憶、神經生長、突觸可塑性和調節情緒方面均有重要作用［107］。EPAC有2種亞型，即EPAC1和EPAC2，分別由RAPGEF3和RAPGEF42種不同的基因編碼［108］。RAPGEF3在大多數組織中均有轉錄，因此，EPAC1分布十分廣泛。而RAPGEF4轉錄產生的3種蛋白EPAC2A，EPAC2B和EPAC2C以嚴格的組織特異性模式表達，主要表達于大腦、腎上腺、胰腺和肝。目前還不清楚參與抗抑郁和改善認知功能的EPAC亞型。

睡眠剝奪小鼠在同時注射PDE4抑制劑咯利普蘭和PKA抑制劑綠原酸（chlorogenic acid）后，與對照組相比，依然表現出記憶水平的提高和海馬區磷酸化CREB表達增加，提示PDE4抑制劑通過PKA和EPAC雙重機制發揮改善記憶的作用［109］。腦內注射EPAC激動劑增強環境依賴的恐懼條件反射記憶，海馬CA1區的電生理實驗也進一步支持了EPAC在認知中的作用［110］。McPhee等［111］報道，AD患者前額皮質和海馬EPAC2表達顯著減少，而EPAC1表達增加，后者可能為代償性變化。這表明，在認知功能的調控方面，EPAC2可能是主要的亞型。

早期尸檢研究發現，抑郁癥自殺者前額皮質和海馬中EPAC2蛋白水平與對照組相比顯著升高，而EPAC1蛋白表達無差異［112］。與之相反，一項利用EPAC基因敲除小鼠進行的活體研究發現，EPAC2基因敲除小鼠表現出廣泛的情緒障礙，包括在曠場實驗中表現出焦慮樣行為以及在強迫游泳和蔗糖偏好測試中表現出絕望和冷漠行為，而EPAC1基因敲除小鼠無明顯行為變化［113］。另有研究表明，EPAC2基因敲除小鼠出現社交障礙，但不會引起焦慮，也不改變空間參考記憶或空間工作記憶［114］。有趣的是，EPAC基因敲除模型還可能成為闡明男性和女性之間情緒調節差異的一種工具［115］。如何跨越實驗動物模型和人類病理學之間的鴻溝［33］，深入了解EPAC的功能將為神經精神疾病的治療提供有力幫助。

4.2 PDE4抑制劑對AD和抑郁癥共病的潛在治療作用及前景

2011年，Kobayashi等［116］提出了“抑郁-癡呆中間狀態”的概念，認為處于這一狀態的患者如果能夠得到及時且有效的治療，或許可以預防或延緩AD的進展。現階段亟須解決的一個問題是能否通過干預AD的臨床前階段，即在認知障礙出現之前，通過抑制PDE4或其他抗抑郁手段起到預防認知功能減退或促進認知障礙癥狀延遲的目的。“一盎司的預防”是否值得“一磅的治療”［117］？老年人的抑郁癥作為一種可以治療的疾病，適時的干預和治療可使患者的生活質量得到極大程度的改善［78］。因此，可以做這樣的假設：PDE4抑制劑的應用不僅可能降低抑郁癥患者患AD的風險，還可能減緩MCI向AD的進展［118］，成為AD與抑郁癥共病的一種有效治療手段。

PDE4抑制劑在治療中樞神經系統疾病方面具有顯著優勢的同時，也存在挑戰和風險。首先，大腦中cAMP信號平衡極其微妙。PDE4亞家族種類數量繁多，分布于全身各處，參與一系列生理活動的調節，且各異構體的催化位點極其相似，使用非特異性抑制劑必定會影響到其他系統，導致許多非靶向效應，產生信號調節失調或其他不良影響。雖然cAMP的升高增強了海馬介導的記憶，但增加杏仁核中的cAMP可能會促進類似焦慮的行為或傾向。前額皮質cAMP活性的升高也可能會損害工作記憶［5］。

其次，闡明PDE4亞型及其剪接變異體的定位和藥理功能對于PDE4抑制劑的應用具有極其重要的意義。盡管PDE4抑制劑表現出廣泛的治療潛力，但其致嘔吐的不良反應使其臨床應用受到限制。這種不良反應是由多種復雜的因素造成的，推測主要原因可能與PDE4D在延髓化學感受區（極后區和孤束核）的高表達有關。另外，PDE4抑制劑引起的體溫過低與不良反應之間也存在明顯的相關性［119］。因此，有針對性地開發高效且低風險的PDE4亞型選擇性抑制劑是未來研究重點之一。目前針對不良反應主要有2種解決方式：一種是開發PDE4D的負變構抑制劑如BPN14770，它不能完全抑制PDE4D；另一種是開發完整的PDE4抑制劑，但其與嘔吐相關的PDE4D亞型親和力較低［120］。

如何避免PDE4抑制劑的不良反應一直是PDE研究領域的一項難題。聯合用藥是非常有前景的一種方式，不僅能避免單獨用藥引起的劑量限制和不良反應，同時還可起到提高認知和增強神經保護的作用［120］。例如，亞有效劑量的PDE5抑制劑伐地那非（vardenafil）與PDE4抑制劑咯利普蘭聯用已被證明對突觸可塑性和記憶形成有協同增強作用［121］。此外，開發既能抑制PDE4又能通過經典抗抑郁機制（如抑制去甲腎上腺素或5-羥色胺再攝取）發揮作用的雙重抑制劑將具有重大意義［72］。與使用單一的PDE4抑制劑相比，選擇正確的藥物組合改善患者的病理狀態或許是一種更好的策略［122］。靶向給藥到大腦似乎也是有前景的研究方向，有效的腦靶向藥物輸送系統可以突破血腦屏障，從而將藥物輸送到大腦，同時保證對其他部位影響較低［123-124］。

5 結語

雖然PDE4在cAMP信號介導的中樞神經系統中的作用已取得了較大的研究進展，PDE4抑制劑的調節情緒、增強記憶和神經再生等功能被廣泛證實，然而其潛在的機制仍不完全清楚，距離開發高治療指數的PDE4抑制劑并將其用于AD、抑郁癥或二者共病的預防與治療還有很長的路要走。此外，還需要深入分析PDE4各個亞型在不同部位的不同作用，這將有利于加深人們對藥物性質和疾病神經生物學機制的理解。從PDE4中發掘介導其生物學效應而又避免不良反應的關鍵亞型和剪接變異體是該領域新藥研發的關鍵。

總之，深入探討PDE4與AD及抑郁癥之間的關系，運用PDE4抑制劑來治療AD、抑郁癥及二者共病，并克服PDE4抑制劑應用方面存在的不良反應是目前研究的重點，這將為AD、抑郁癥及二者共病的治療提供一種新策略。