阿爾茨海默癥與脂多糖相關(guān)性研究進(jìn)展

方程嫻 許毅 魏秀 胡雨欣 吳立山 魏華通訊作者

（1.寧波衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 寧波 315100；2.美康生物科技股份有限公司 浙江 寧波 315100）

《世界阿爾茨海默病報(bào)告》顯示：全球癡呆患者以大約每20 年遞增一倍的速度逐漸增加，預(yù)計(jì)到2050 年將增加至1.315 億例。阿爾茨海默病現(xiàn)已列為我國(guó)的第五大死亡原因，年齡、APOE-e4 基因和家族病史是該病的最大風(fēng)險(xiǎn)因素。由于發(fā)病機(jī)理不清，目前臨床尚缺乏治療AD 的有效手段。

AD 分為家族性與散發(fā)性二類。罕見(jiàn)的早期家族性AD 與β 淀粉樣前體蛋白（AβPP）基因、早老素1（PS1）基因和早老素2（PS2）基因的突變相關(guān)。β淀粉樣蛋白（Aβ）聚集及tau 蛋白異常磷酸化是AD的主要病理改變，近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明細(xì)菌LPS 與AD 主要病理改變的發(fā)生具有相關(guān)性[1]。本文綜述LPS 與AD 的研究進(jìn)展，為AD 的預(yù)防及治療提供新的思路。

1 AD 與炎癥

炎癥一直被認(rèn)為與AD 的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。研究表明AD 患者血液中的炎癥蛋白，特別是C 反應(yīng)蛋白（CRP）與白介素6（IL-6）的水平明顯高于正常人。并且高血漿CRP、白介素1β（IL-1β）與腫瘤壞死因子α（TNF-α）的人群患AD 的風(fēng)險(xiǎn)性更高[2-3]。臨床試驗(yàn)顯示非甾體抗炎藥（NSAIDs）對(duì)于AD 的治療具有一定效果，使用NSAIDs 超過(guò)24 個(gè)月可顯著降低AD 的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[4]。

革蘭陰性細(xì)菌LPS 可通過(guò)受損的腸上皮屏障進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)發(fā)生免疫應(yīng)答，增加IL-1β，IL-6 和IL-8 等炎癥因子的表達(dá)，導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生系統(tǒng)低水平慢性炎癥。Lingyun Yue 等人在雄性小鼠腦室內(nèi)注射LPS，發(fā)現(xiàn)LPS 可誘導(dǎo)小鼠AD 樣神經(jīng)炎癥，小鼠海馬組織IL-1β 等炎癥因子明顯增多[5]。因此，LPS 可能是引起AD 炎癥的因素之一。

2 AD 與感染

在轉(zhuǎn)基因AD 小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，其血腦屏障（BBB）通透性的改變發(fā)生在β 淀粉樣沉積與臨床癥狀出現(xiàn)之前[6]，且輕度認(rèn)知障礙（MCI）和早期AD患者的BBB 也表現(xiàn)出損傷癥狀。BBB 損傷可能為L(zhǎng)PS 從血液進(jìn)入腦組織提供了一個(gè)入口，導(dǎo)致腦內(nèi)LPS 量的增加，與AD 的發(fā)生相關(guān)。

來(lái)自英國(guó)的研究人員使用二代測(cè)序方法分析了8 位AD 患者和6 位對(duì)照個(gè)體尸檢大腦中細(xì)菌的組成，發(fā)現(xiàn)2 組人群腦組織中細(xì)菌水平與菌種比例均存在顯著差異。另外，用牙齦卟啉胞菌感染鼠模型，小鼠腦內(nèi)表現(xiàn)出類似AD 的病理改變，表明牙齒損傷和口腔感染也與AD 的發(fā)生相關(guān)。真菌與皰疹病毒、巨細(xì)胞病毒也被報(bào)導(dǎo)可能參與AD 的病理學(xué)改變。這些研究表明，微生物感染可能會(huì)引發(fā)AD 的下游病理學(xué)改變。

3 AD 腦內(nèi)髓鞘損傷與LPS

髓鞘堿性蛋白（MBP）是脊椎動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）少突膠質(zhì)細(xì)胞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)雪旺細(xì)胞合成的一種強(qiáng)堿性膜蛋白，是CNS 髓鞘的主要蛋白質(zhì)，位于髓鞘漿膜面，維持CNS 髓鞘結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定，具有神經(jīng)組織特異性。少突膠質(zhì)細(xì)胞的主要功能為在CNS 中包繞軸突、形成絕緣的髓鞘結(jié)構(gòu)、協(xié)助生物電信號(hào)的跳躍式高效傳遞并維持和保護(hù)神經(jīng)元的正常功能。中樞性MBP 由少突膠質(zhì)細(xì)胞合成和分泌，少突膠質(zhì)細(xì)胞異常不僅會(huì)導(dǎo)致CNS 脫髓鞘病變，還會(huì)引起神經(jīng)元損傷或精神類疾病。

病理報(bào)告發(fā)現(xiàn)，AD 患者大腦中存在髓鞘損傷。在AD 患者腦中，可發(fā)現(xiàn)在淀粉樣斑塊內(nèi)部與斑塊附近有少突膠質(zhì)細(xì)胞和髓鞘的灶性丟失現(xiàn)象。Couttas 等人的研究發(fā)現(xiàn)，在AD 患者腦皮質(zhì)中，髓鞘生物合成所必需的神經(jīng)酰胺合成酶2 的活性喪失發(fā)生在tau 磷酸化和淀粉樣病變之前。在小鼠AD模型中也發(fā)現(xiàn)，少突膠質(zhì)細(xì)胞和髓鞘損傷早于淀粉樣斑塊和tau 的磷酸化。

另外，家族性AD 是由AβPP、PS-1 和PS-2基因突變引起的，這些突變導(dǎo)致大腦與血液中Aβ數(shù)量的增加。髓鞘損傷可導(dǎo)致髓鞘聚集體形成，以包含3 個(gè)AβPP 突變和2 個(gè)PS-1 突變的AD 小鼠（5XFAD 小鼠）為模型，Zhan 等人發(fā)現(xiàn)8 個(gè)月和10個(gè)月的5XFAD 小鼠均顯示出腦內(nèi)髓鞘聚集，且這些聚集體與淀粉樣斑塊在腦內(nèi)共定位，提示髓鞘損傷與淀粉樣沉積相關(guān)。已知，LPS 和Aβ 都是TLR4/CD14 的配體，且兩者都能引起髓鞘損傷。所以，LPS 和或Aβ 與TLR4/CD14 結(jié)合后引起細(xì)胞因子水平增高，可以導(dǎo)致Aβ 的量進(jìn)一步增加，并引起髓鞘損傷以及產(chǎn)生降解的MBP（dMBP）。

AD 患者與動(dòng)物模型腦內(nèi)髓鞘損傷的原因仍有待進(jìn)一步闡明，根據(jù)已有研究結(jié)果推測(cè)，革蘭陰性菌LPS 分子激活的免疫應(yīng)答可能導(dǎo)致少突膠質(zhì)細(xì)胞與髓鞘蛋白的損傷，并與AD 腦內(nèi)淀粉樣斑塊形成相關(guān)。

4 AD 與腸道微生物

最近的研究結(jié)果表明，腸道微生物與包括AD在內(nèi)的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病如自閉癥譜系障礙、多發(fā)性硬化、帕金森、癲癇、AD、視神經(jīng)脊髓炎、吉蘭巴雷綜合征、肝性腦病、肌萎縮側(cè)索硬化、精神分裂癥、抑郁癥、慢性疲勞綜合征、亨延頓病、腦卒中等均相關(guān)。野生型小鼠與AD 轉(zhuǎn)基因小鼠模型的腸道微生物組成存在明顯差異，正常對(duì)照與AD 患者之間的腸道菌群結(jié)構(gòu)也存在明顯差異。隨著年齡增長(zhǎng)，腸道中產(chǎn)LPS 的革蘭陰性菌越來(lái)越多，Cattaneo 等人發(fā)現(xiàn)老年人認(rèn)知功能受損及腦淀粉樣改變與其腸道內(nèi)具有促炎功能的細(xì)菌類群以及其外周血中的炎癥標(biāo)記物的增加有關(guān)。AD 鼠模型的研究結(jié)果還表明，抗生素引起的腸道微生物多樣性紊亂可加重大腦的神經(jīng)炎癥及增多淀粉樣蛋白的量。來(lái)自腸道源或機(jī)體感染源的革蘭陰性菌可以釋放LPS，這些LPS 分子通過(guò)TLR4/CD14 受體被單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞以及腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬，激活NFkB 通路，增加細(xì)胞因子的分泌，導(dǎo)致髓鞘損傷。還可提高Aβ 產(chǎn)生關(guān)鍵酶與β 分泌酶1（BACE1）的活性，從而增加AD 腦內(nèi)Aβ 和淀粉樣蛋白的含量。

5 AD 與LPS

感染性病原體或感染性病原體的分子，尤其是LPS 成分可能在引起AD 的過(guò)程中起到非常重要的作用。反復(fù)發(fā)作的革蘭陰性細(xì)菌性牙周病已被發(fā)現(xiàn)與AD 的發(fā)生相關(guān)。最近的研究表明牙齦疾病的主要致病菌牙齦卟啉單胞菌在AD 的發(fā)病中起著關(guān)鍵作用。

牙齦卟啉單胞菌是一種非酵解糖的革蘭陰性的厭氧桿菌，被認(rèn)為是牙周病的始動(dòng)因素。LPS 能激活免疫細(xì)胞釋放炎性細(xì)胞因子，其中牙周袋底的巨噬細(xì)胞是LPS 的主要效應(yīng)細(xì)胞，牙齦卟咻單胞菌的LPS可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生許多炎性因子。

Zhan 等用Western-blot 分析3 例AD 患者與對(duì)照組腦組織中來(lái)自大腸桿菌K99 的菌毛蛋白與LPS，發(fā)現(xiàn)3 例AD 患者的白質(zhì)（WM）樣品中都存在K99 菌毛蛋白，2 例AD 患者灰質(zhì)（GM）樣品中存在K99 菌毛蛋白，而對(duì)照組樣本均無(wú)K99 菌毛蛋白。3例AD 患者腦白質(zhì)與灰質(zhì)中均存在LPS，而對(duì)照組樣本無(wú)LPS。在AD 腦組織中，LPS 除存在于顳葉灰質(zhì)和額葉白質(zhì)中外，還存在于海馬體中。因此,來(lái)自多種革蘭氏陰性菌的LPS 可能與AD 相關(guān)。

LPS 與AD 相關(guān)還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.可產(chǎn)生LPS 的大腸桿菌可形成胞外淀粉樣蛋白，與AD 患者腦內(nèi)的淀粉樣蛋白類似。

2.高劑量的LPS 可損傷BBB，促進(jìn)LPS 自身入腦, 也可促進(jìn)單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞攜帶LPS 進(jìn)入腦組織。Erickson 等人的研究還發(fā)現(xiàn)低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（LRP）是Aβ 的轉(zhuǎn)運(yùn)體,負(fù)責(zé)Aβ 的跨BBB 轉(zhuǎn)運(yùn),介導(dǎo)Aβ 從大腦流出，而LPS 可通過(guò)損害LRP，繼而引起大腦中Aβ 水平的增加。

3.Li-Ming Wang 等人的研究發(fā)現(xiàn)LPS 可促進(jìn)tau 磷酸化。

已有的研究結(jié)果顯示，LPS 可促進(jìn)AD 腦組織中所有關(guān)鍵的神經(jīng)病理學(xué)改變，包括淀粉樣斑塊、髓鞘損傷以及tau 異常磷酸化。

6 LPS 導(dǎo)致AD 腦損傷模型的建立

基于以上研究，研究者構(gòu)建了LPS 導(dǎo)致AD 腦損傷的可能模型。家族性AD 由AβPP、PS-1 和PS-2 基因突變引起，這些突變可導(dǎo)致腦中Aβ 增加。在家族性與散發(fā)性AD 患者中，LPS 可與外周單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和腦小膠質(zhì)細(xì)胞上的TLR4/CD14 受體結(jié)合，激活NFkB 介導(dǎo)的外周血單核細(xì)胞/ 中性粒細(xì)胞和腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)IL-1、IL-6 和TNF 等細(xì)胞因子的釋放。BBB 完整時(shí)，LPS 很難進(jìn)入正常腦組織，但當(dāng)炎癥、缺血、缺氧、外周細(xì)胞因子和其他因素存在時(shí)，損傷的BBB有助于LPS 進(jìn)入大腦。LPS 一旦進(jìn)入大腦，就會(huì)與小膠質(zhì)細(xì)胞上的TLR4/CDl4 受體結(jié)合，激活NFkB途徑，促進(jìn)腦內(nèi)細(xì)胞因子增加。異常高水平的細(xì)胞因子能產(chǎn)生dMBP 以及髓鞘損傷，最終導(dǎo)致淀粉樣斑塊形成與tau 異常磷酸化。另外，LPS 還可以通過(guò)損害LRP 來(lái)增加AβPP 和Aβ 的積累，而Aβ 又可作用于TLR4，從而產(chǎn)生正反饋環(huán)路增加腦內(nèi)Aβ的量，造成AD 的逐級(jí)進(jìn)展[4]。

7 結(jié)論

根據(jù)目前已有的研究結(jié)論推測(cè)，LPS 結(jié)合其他因素可導(dǎo)致AD 腦內(nèi)形成淀粉樣斑塊、髓鞘損傷和tau 過(guò)度磷酸化，與AD 的發(fā)生與發(fā)展相關(guān)。隨著研究的進(jìn)一步深入，未來(lái)以LPS、TLR4/CD14 受體以及革蘭氏陰性菌為靶點(diǎn)研發(fā)新型AD 治療藥物，并嘗試用LPS 疫苗等來(lái)干預(yù)AD 發(fā)生，為AD 的預(yù)防和治療提供新的思路。