中樞5-HT系統和阿爾茨海默病的相關性

劉帥 彭良玉 劉甜甜 劉斌文 顧小萍

(1南京醫科大學鼓樓臨床醫學院， 江蘇 南京 210008；2南京大學醫學院附屬鼓樓醫院麻醉科)

阿爾茨海默病(AD)是一種神經退行性疾病，認知功能下降是其主要臨床癥狀，當前抗AD藥物只能短暫緩解癥狀，難以逆轉病理過程而且長期使用會引起情緒異常等不良反應；作用于5-羥色胺(HT)系統信號轉導為AD的藥物研究帶來新希望，不僅能改善認知和情緒，還能延緩β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉積；本文對5-HT系統與AD的相關性進行綜述。

1 AD

AD主要表現為進行性的認知功能障礙，伴隨著情緒、攝食、睡眠等其他生理功能失調。AD是癡呆的主要類型〔1〕，據統計，截至2016年，全球癡呆患者數量為4 380萬人，相較于1990年增加了1倍，癡呆也上升為全球第五大死亡原因。AD的病理機制主要分為：①Aβ學說：Aβ形成不溶性老年斑引起線粒體和突觸功能障礙〔2,3〕。②Tau蛋白學說：Tau蛋白過度磷酸化形成胞內神經纖維纏結，正常微管結構受損，引發突觸功能障礙〔3,4〕。③膽堿能學說：基底前腦膽堿能向皮質和海馬投射退變，膽堿攝取、乙酰膽堿釋放受損，煙堿和毒蕈堿受體表達不足，神經營養支持功能失調，軸突運輸不足〔5〕。除了上述病理因素外，Aβ引發的膠質細胞反應增強，神經炎癥，載脂蛋白(Apo)E，神經遞質系統(5-HT、多巴胺、去甲腎上腺素、谷氨酸等)的異常變化等均參與AD的發生。目前，已經上市治療AD的藥物主要為膽堿酯酶抑制劑(AchE)-I和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體拮抗劑，但只能暫時緩解AD進展，長期使用會導致惡心、頭痛、幻覺等癥狀。5-HT系統參與認知、情緒、睡眠、攝食等生理功能的調節，介導5-HT系統可有效延緩Aβ等病理變化及改善認知作用，聯合抗AD藥時，不僅增強AchE-I和NMDA受體拮抗劑認知改善作用，同時有助于減輕AchE-I和NMDA受體拮抗劑的不良反應，靶點于5-HT系統為AD的研究帶來新的方向。

2 5-HT

5-HT，又稱為血清素，屬于單胺類神經遞質，在中樞神經系統中，由色氨酸經色氨酸羥化酶(tph)2生成5-羥基色氨酸(HTP)，最后經5-羥基脫羧酶生成5-HT〔6〕。5-HT生成后，由囊泡轉運體至囊泡內，然后胞吐至突觸間隙，并且與突觸前或者突觸后受體結合發揮生理作用。突觸間隙的5-HT主要由5-HT轉運體(SERT)回收至突觸前膜，然后經單胺氧化酶(MAO)A分解代謝形成無活性的5-羥吲哚乙酸(HTIAA)。 5-HT受體主要分為7個家族(5-HT1～7受體)，至少有14個亞型，除了5-HT3受體為離子型門控通道蛋白，其余均屬于G蛋白耦聯受體(GPCRS)〔7〕。5-HT受體在學習記憶相關的區域(如海馬、杏仁核、皮質)高密度分布〔8〕，通過耦聯G蛋白，引起下游環磷腺苷效應元件結合蛋白(CREB)、腦源性神經營養因子(BDNF)等表達增加，參與記憶的獲取和鞏固。同樣，作用于SERT位點，調節5-HT再攝取，也能發揮類似作用。大量研究表明〔9,10〕，5-HT系統紊亂(尤其是5-HT受體和SERT的改變)在AD的發生發展中扮演重要作用，包括病理和臨床表現的調節。

3 5-HT受體和AD

AD患者尸檢發現〔10,11〕，中縫背核上5-HT能神經元大量丟失，進而降低向大腦皮層、海馬等區域的投射，最終導致大腦內5-HT含量減少；5-HT水平的變化，會引起5-HT受體的適應性改變〔12〕，病理狀態下如AD也會直接引起5-HT受體密度的改變；而靶點于5-HT受體的配體已經在研究AD的動物或者臨床試驗中證實具有改善認知效應，和AD密切相關的主要有5-HT1A、5-HT2A/C,5-HT3受體，5-HT4受體、5-HT6受體、5-HT7受體。

3.15-HT1A受體和AD 5-HT1A受體屬于抑制性受體，包括突觸前受體(自身受體，位于中縫背核神經元胞體上)和突觸后受體(位于海馬、內嗅皮質、隔核、皮質)。從5-HT1A受體在AD患者腦內波動可發現，海馬區5-HT1A受體分為兩種狀態，對激動劑高親和力的功能性受體/耦聯G蛋白和低親和力的非功能性受體/未耦聯G蛋白，以往研究發現5-HT1A受體在AD晚期明顯降低，近年來，在前期AD患者腦內觀察到海馬CA1區5-HT1A功能性受體明顯下降，非功能性受體增加〔13〕，這種前期功能性受體的下降可認為是代償性的“拮抗”作用。

激活突觸前5-HT1A受體，能降低5-HT神經元放電，減少神經末梢5-HT釋放；激活突觸后5-HT1A受體，導致胞膜超極化，抑制鈣離子內流，進而減少神經遞質(乙酰膽堿、去甲腎上腺素、γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸)釋放〔14〕。相反，拮抗5-HT1A受體從而提高谷氨酸能和膽堿能神經傳遞能改善AD認知功能〔15〕。5-HT1A受體還作用于海馬神經元的節律震蕩改善認知功能。大腦神經元保持同步性活動即節律震蕩對于認知功能至關重要，海馬γ振蕩由抑制性中間神經元和興奮性椎體細胞相互作用產生。在動物和人體實驗中，AD的γ震蕩受到破壞〔16〕，通過光和聲音刺激大腦γ震蕩，能減輕Aβ的沉積及認知損害〔17〕；激活5-HT1A受體，誘導海馬CA3區椎體細胞超級化，破壞興奮性和抑制性平衡，因此，拮抗5-HT1A受體可能有助于重建AD患者腦內正常的神經元震蕩水平〔18〕。

在臨床前研究中，5-HT1A受體的拮抗劑NAD-299，已經被證實，能顯著改善AD模型鼠在新物體識別實驗和被動回避中的表現，同時降低Aβ水平，保護海馬神經元〔19〕。有趣的是，低劑量5-HT1A受體激動劑8-羥基-2(二丙基氨基)四氯萘(8-OH-DAPT)也可改善小鼠的記憶水平，究其原因，5-HT1A受體廣泛存在于前額葉皮質的錐體神經元(50%～60%)和GABA能神經元(25%)〔20〕，激動5-HT1A受體時可能優先抑制GABA能神經元，局部細胞相互作用導致錐體神經元放電增加，進而提高記憶水平〔21,22〕。綜上，5-HT1A受體功能狀態的變化對AD的診治均有重要意義，但是相關配體在AD模型或者患者中的作用仍需要進一步研究。

3.25-HT2A/C受體和AD 5-HT2A主要位于海馬和大腦皮質。在Aβ注射導致記憶受損的動物和輕度認知障礙(MCI)患者中均觀察到5-HT2A水平的降低〔23,24〕，同時5-HT2A/C受體基因多態性被證實和AD的精神行為癥狀有關，包括幻想、焦慮、食欲障礙等〔25〕，表明5-HT2A受體和AD密切相關。

5-HT2A受體耦聯G蛋白后，激活磷脂酶(PL)A2，刺激淀粉樣前體蛋白(APP)分泌，降低Aβ水平〔26〕；激活5-HT2A受體，也可降低AD模型鼠的氧化應激反應，防止海馬神經元的丟失〔27〕。研究發現，Rac1是5-HT2A受體下游靶點，Rac1通過控制肌動蛋白細胞骨架重組影響突觸結構和功能可塑性，參與主動遺忘過程〔28〕，已經有研究證實通過藥物抑制Rac1活性，可抑制AD模型鼠的遺忘過程，改善記憶水平〔29〕；而激活5-HT2A受體抑制Rac1表達，改善場景恐懼記憶〔30〕，所以5-HT2A可能通過調控Rac1來改善AD患者認知，但需要進一步驗證。

5-HT2C受體主要位于海馬和杏仁核中，和5-HT2A受體的信號轉導通路相似，也能調節APP分泌，不過該過程除了涉及PLA2外，蛋白激酶(PK)C也參與其中〔26,31〕。因此，5-HT2A/C通過參與認知、精神癥狀的調節為AD研究提供重要方向。

3.35-HT3受體和AD 5-HT3受體主要位于海馬、嗅球、大腦皮質及杏仁核中〔32〕，與其他亞型受體不同，在AD的發展中，受體表達水平恒定〔33〕，但5-HT3受體和AD仍具有相關性。

5-HT3受體可作用于膽堿能和GABA能調節認知功能。5-HT3受體拮抗劑昂丹司瓊能增加乙酰膽堿釋放，聯合GABA受體拮抗劑能進一步促進乙酰膽堿釋放〔34,35〕。可能機制如下：大部分表達5-HT3受體細胞屬于GABA能群細胞〔36〕，拮抗5-HT3受體通過解除GABA能對膽堿能的抑制，從而促進乙酰膽堿釋放；行為學試驗中，昂丹司瓊也可減輕基底前腦膽堿能損傷引起的記憶損傷〔37,38〕。5-HT3受體拮抗劑具有神經保護作用。在一項體外細胞實驗中，拮抗5-HT3受體能降低胞內Ca2+，抑制谷氨酸的過度興奮，降低活性氧的產生及降低含半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶(caspase)-3活性〔39〕；5-HT3受體拮抗劑可能也在AD中發揮相同作用。5-HT3受體同樣也作用于海馬神經元節律震蕩，θ振蕩及θ和γ相位振幅耦合損害是AD患者認知損害的標志和機制之一〔40,41〕。研究發現，拮抗5-HT3受體，抑制GABA介導的抑制性突觸后電位所導致的波間超極化，進而引起海馬神經元θ節律增加〔42〕；激活5-HT3受體后，破壞小清蛋白(PV)中間神經元放電頻率的同步性，最終導致γ振蕩受損〔43〕；臨床前研究中，膽堿酯酶抑制劑多奈哌齊能增強θ和γ功率，并且引起θ和γ相位振幅耦合，雖然單獨使用昂丹司瓊不影響相位振幅耦合，但是昂丹司瓊聯合多奈哌齊可明顯提高多奈哌齊的效應〔44〕。

目前，托烷司瓊作為5-HT3受體拮抗劑和部分α7煙堿性乙酰膽堿受體(nAchR)激動劑，能持續增加可溶性(s)APPα/Aβ比值及記憶改善作用，已經被批準進入臨床試驗〔45〕。

3.45-HT4受體和AD 5-HT4受體主要分布于邊緣系統和基底節〔46～48〕，尤其是海馬突觸后膜。早期AD患者尸檢發現〔47〕，5-HT4受體明顯降低；近來，通過正電子放射斷層造影術(PET)手段，發現AD患者腦中5-HT4受體，在臨床前期和MCI，5-HT4受體結合明顯增加，和Aβ沉積成正相關，表明可能在AD前期，因為膽堿能降低和Aβ累積，5-HT4受體代償性增加改善記憶功能，而在疾病后期，代償機制失活，逐漸減少。

5-HT4受體調節APP的代謝過程。5-HT4受體耦聯Gs蛋白，激活腺苷酸環化酶(AC)〔49〕，進而引起環磷酸腺苷(cAMP)聚集誘發Epac，通過Rap1/Rac途徑，調節α-分泌酶，導致sAPPα生成增加，減少Aβ的沉積，發揮神經保護作用〔50～52〕。在動物模型中也證實〔53〕，5-HT4受體激動劑能增加sAPPα水平，降低Aβ沉積，并且聯合膽堿酯酶抑制劑能達到標準劑量的記憶改善效果。5-HT4受體激動劑增強膽堿能來改善認知作用。膽堿能功能退變是AD患者認知損害的重要因素〔54〕，5-HT4受體激活促進皮質和海馬區乙酰膽堿釋放〔50,55,56〕。但5-HT4受體mRNA不存在于基底前腦膽堿能細胞群上，而分布于基底前腦GABA能、小清蛋白、谷氨酸能細胞及海馬和皮層的谷氨酸能細胞，表明5-HT4受體激動劑可能是通過非膽堿能細胞群來促進乙酰膽堿分泌〔57〕。其他研究發現〔58〕，5-HT4受體激動劑能促進組胺釋放，后者通過作用于膽堿能神經元胞體促進乙酰膽堿釋放來實現促認知作用；同時，5-HT4受體激動劑也可增加海馬θ節律功率，提高θ震蕩水平，而θ震蕩主要由膽堿能調節，對于5-HT4受體是直接作用于海馬節律性震蕩還是間接通過膽堿能實現有待進一步研究證實。

目前，多種5-HT4受體激動劑(如SL65.0155〔59〕，PRX-03140〔60〕和PF-04995274〔60〕等)都已進入初期臨床試驗，表現出良好的安全性、耐受性，但是臨床療效并未達到預期，在一項隨機對照雙盲的健康成人臨床試驗中〔61〕，prucalopride組比安慰劑組表現出更好的學習記憶水平，且prucalopride并不誘發心律失常〔62,63〕，是AD臨床試驗的重要候選藥物。

3.55-HT6受體和AD 5-HT6受體幾乎只分布于中樞神經系統中，尤其是與學習記憶相關的前額葉皮質和海馬〔64〕，分布的特異性表明外周不良反應較低。在一項AD患者尸檢中，大腦皮質內5-HT6受體密度明顯降低，同時和AD的行為癥狀密切相關〔65〕。

5-HT6受體通過調節膽堿能和谷氨酸能來改善認知行為。5-HT6受體拮抗劑和激動劑均可改善新物體識別實驗、社會識別測試、被動回避、水迷宮行為表現〔66〕，而且都能增加膽堿能和谷氨酸能神經傳遞〔67〕。5-HT6受體的配體介導神經遞質的可能機制如下：5-HT6受體在膽堿能神經元上分布較少，而在GABA能神經元廣泛分布〔68,69〕，5-HT6受體拮抗劑和激動劑作用位點可能不同，激動劑作用于膽堿能和(或)谷氨酸能神經元上的少量受體，獲得血清素能傳入；拮抗劑作用于抑制性GABA能中間神經元上的受體，解除GABA對乙酰膽堿和谷氨酸的抑制〔70〕。其他研究發現，5-HT6受體激動劑也能抑制鈣離子依賴性的谷氨酸釋放〔71〕及損害工作記憶〔72〕，這限制了5-HT6受體激動劑臨床研究。而5-HT6受體拮抗劑idalopirdine作為輕中度AD的輔助用藥〔73〕，Ⅱ期臨床試驗有較好的安全性和耐受性，但是Ⅲ期臨床試驗聯合多奈哌齊并沒有達到預期改善認知的效果〔74〕。

5-HT6受體拮抗劑也作為抗精神病藥物有助于降低抗膽堿酯酶藥誘發的錐體外系不良反應〔75〕。雖然idalopirdine臨床試驗以失敗告終，但5-HT6受體拮抗劑憑借改善AD患者認知和行為癥狀及自身較低的藥物不良反應，在未來AD的研究中會受到更多的關注。

3.65-HT7受體和AD 5-HT7受體主要位于丘腦、下丘腦、海馬及大腦皮質〔76〕。突觸功能的損害是AD的病理之一，激活5-HT7受體調節細胞骨架，影響神經突的延長和生長，從而調節突觸可塑性〔77〕，該過程主要由兩個信號機制介導：①耦聯Gs蛋白，激活細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)5和細胞外信號調節激酶(ERK)；②耦聯Gα12蛋白，進一步直接或者間接通過mTOR來激活Rho三磷酸鳥苷(GTP)酶家族(Cdc42和RhoA)。5-HT7受體還可激活血小板源性生長因子(PDGF)β受體，PDGF-β受體具有抑制NMDA受體(NR1和NR2B)的作用，減輕NMDA受體過度興奮引起的神經毒性〔78〕，但急性給藥時，反而通過激活cAMP/PKA途徑來刺激NMDA受體依賴性的活動(如LTP和LTD)，改善學習記憶水平〔79〕。在臨床前研究中，5-HT7受體激動劑AS-19，能減少海馬神經元的凋亡，進而改善海馬突觸功能〔80〕。

4 5-HT再攝取抑制劑(SSRI)和AD

SSRI作用于5-HT再攝取SERT，增加突觸間隙內5-HT水平。通過影像學技術發現，AD鼠晚期SERT密度明顯降低〔81,82〕，表明SSRI治療AD晚期效果可能較差。

SSRI類藥物能作用于Aβ 代謝過程。聚集動力學實驗發現〔83〕，SSRI類藥物可抑制Aβ42聚集，減少Aβ42生成；機制可能是SSRI類藥物通過激活Gs受體，引起ERK的磷酸化，調節α分泌酶活性，達到降低Aβ的作用〔84〕；去整合素金屬蛋白酶(ADAM)10是調節α-分泌酶活性的主要調節酶，在一項對AD患者血液中ADAM10進行定量分析后，發現服用SSRI藥物能增加ADAM10水平,最終提高α-分泌酶活性，促進sAPPα的分泌〔85〕。相較于其他SSRI類藥物，舍曲林和氟西汀具有獨特的神經保護性，減少Aβ誘導的神經毒性，但是具體機制不清，有研究者認為氟西汀能激活Wnt信號通路，上調Wnt-3a表達，抑制糖原合成酶激酶(GSK)-3β活性，增加磷酸化GSK-3β水平及穩定β-連環素(catenin)水平，從而發揮神經保護作用〔86〕；還可能是通過刺激星形膠質細胞旁分泌轉化生長因子(TGF)-β1來增加神經元存活，且該效應不依賴于SERT，因此，氟西汀可能具有較好應用前景〔87〕。SSRI類藥物還可和神經膠質細胞相互作用，西酞普蘭能降低海馬和皮質小膠質細胞的增生和激活，氟西汀同樣能降低星形膠質細胞的數量，減輕膠質細胞反應性〔88,89〕。另外，依他普倫還能通過抑制HPA軸和加強磷酸化GSK-3β來減輕應激誘導的認知損害和Tau蛋白磷酸化〔90〕，曲唑酮也能減少磷酸化Tau蛋白沉積，恢復認知水平〔91〕。除了認知行為以外，多項臨床試驗證明，西酞普蘭能夠減輕AD患者的激越狀態〔92,93〕。

實際上，SSRI類藥物的研究仍存在爭議，有研究者發現，長期使用SSRI類藥物對Aβ病理沉積無明顯作用〔94,95〕，Wang等〔96〕的Meta分析提示SSRI類藥物的應用增加癡呆的風險，而Xie等〔97〕Meta分析的結果相反；表明SSRI類藥物在AD中扮演重要作用，但同時也需要研究者進一步去探索，驗證其內在機制。

綜上，5-HT系統功能失調和AD的病理及臨床表現密切相關，5-HT系統主要通過調節APP代謝、介導神經傳遞、改善突觸功能及影響神經振蕩來干預AD。雖然眾多5-HT相關藥物投入臨床試驗，但鮮有達到預期效果，一方面是由于AD涉及眾多病理變化，單一靶點干預難以維持長期療效；另一方面，AD確診過晚，病情嚴重。因此，在膽堿酯酶抑制劑和NMDA受體拮抗劑長期治療效果有限的背景下，應提倡多靶點藥物治療，臨床上已經有5-HT4受體激動劑和膽堿酯酶抑制劑及5-HT4受體激動劑和5-HT6受體激動劑雙靶點藥物，可能會有更好的效果及更少的不良反應；不過更重要的是完善診斷標準，確定早期生物標志物(血清素、膽堿能系統等)，實現早期干預，是以后的重點研究目標。