關注少突膠質細胞：阿爾茨海默病治療的新靶點

趙紅 李瀟 王翠

大連市中心醫院神經內科（遼寧大連 116033）

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）又稱老年癡呆癥，是一種以進行性認知功能障礙和記憶力損害為主的神經系統退行性疾病。隨著人口的老齡化，AD 發病率逐年增高，給家庭和社會帶來了沉重的負擔。既往認為AD 為皮質性癡呆，灰質有明顯的病理改變，即β-淀粉樣蛋白（β-amyloid protein，Aβ）沉積形成的老年斑和tau 蛋白過度磷酸化形成的神經元纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFTs）［1］。然而大量針對Aβ 和tau 蛋白的靶向藥物試驗均已失敗告終。少突膠質細胞形成的髓鞘是腦白質的重要成分，近年來發現AD 還存在著廣泛的原發性白質損害，這種白質的損害發生較早，先于Aβ 聚集和Tau 蛋白的發生，且與認知功能的下降密切相關［2］。有學者認為AD 是一種脫髓鞘性疾病，髓鞘損傷啟動了AD 的病理進程，導致突觸功能異常和認知功能的下降。本文就髓鞘與認知功能的關系、AD 中的髓鞘損害及其可能性機制取得的進展進行綜述。

1 髓鞘及與認知功能的關系

髓鞘是包裹在神經軸突外的脂肪鞘，由80%的脂質和20%的蛋白質組成。少突膠質細胞是中樞神經系統（central nerve system，CNS）的髓鞘形成細胞，其發出的細胞膜反復包繞軸突形成髓鞘。髓鞘在神經纖維的絕緣中起重要作用，維持軸突的動作電位，協助電信號的快速而準確的傳導［3］。少突膠質細胞能夠分泌多種因子如胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor，IGF-1）、膠質來源神經營養因子（glial cell derived neurotrophic factor，GDNF）和神經生長因子（nerve growth factor，NGF）等，為神經元提供營養支持及調節突觸發育［4］。單一的髓鞘可以包繞近50 根軸突。CNS 髓鞘化是一個極為復雜的過程，從出生后到成年有大量的髓鞘形成，且不同區域開始髓鞘化時間不一，髓鞘化完成的時間也不同。人類的胼胝體髓鞘化在20歲左右完成，而前額葉在40 歲左右完成［5］。AD 小鼠模型大腦存在廣泛的髓鞘總量減少，且髓鞘減少與學習記憶能力下降出現的時間相近，記憶訓練可以促進腦皮層及相關白質腦區內少突膠質細胞新生和新的髓鞘形成，改善認知功能。另有研究表明，接受學習訓練的AD 模型小鼠堿性髓鞘蛋白（myelin basic protein，MBP）的表達較沒有接受訓練的小鼠明顯升高，且MBP的表達水平與學習速度密切相關［6］。小鼠在學習新的復雜技能后，胼胝體出現新的少突膠質細胞和髓鞘，提示學習活動可以調控少突膠質細胞的新生［7］。此外，髓鞘損傷可以影響神經元動作電位的傳導，導致突觸信號傳遞異常。實驗性自身免疫性腦炎（experimental autoimmune encephalitis，EAE）脫髓鞘小鼠模型發現海馬區突觸傳遞功能減退，且小鼠的認知功能下降［8］。這些證據表明髓鞘參與了學習記憶功能，其可塑性是學習記憶的基礎。

2 AD 中白質損害的新進展

AD 中的腦白質改變主要為髓鞘脫失、軸突損傷等，導致神經纖維束減少，白質體積減少，其中髓鞘的損傷尤為明顯。2 個月齡大的三重轉基因（3xTg-AD）小鼠模型，在海馬和內嗅皮層檢測到髓鞘缺失和少突膠質細胞表達的減少，電鏡觀察到髓鞘形態異常［9］。AD 模型小鼠的臨床前階段Braak 1/2 期顳葉皮層發現髓鞘合成缺陷，這一病理早于Aβ 聚集和Tau 蛋白的發生［10］，提示白質異常發生于AD 早期，可能是AD 病理的起因。另有研究發現，AD 轉基因小鼠模型，局灶性脫髓鞘損傷發生在Aβ 斑塊附近，無斑塊的新皮層區域沒有髓鞘脫失和少突膠質細胞丟失，提示脫髓鞘和神經元死亡密切相關，但始終無法辨認白質異常是引發AD 的首要因素，還是間接導致AD 發病。極長鏈神經酰胺為髓鞘脂質組分之一，由神經酰胺合成酶2（ceramide synthase 2，cers2）催化合成。KAYA 等［11］觀察到AD 模型小鼠cers2 的活性明顯減少。除了髓鞘的缺失，軸突受損也是AD 重要的白質改變。軸突改變最明顯的特點是軸突轉運障礙。動物模型的研究表明，軸突所必需的驅動蛋白-1（kinesin-1）大量減少，導致軸突運輸受損［12］，由此引發下游事件淀粉樣蛋白Aβ 和斑塊的形成，Aβ 異常聚集又可能引起軸突轉運障礙加重，兩者可以相互影響進入惡性環節。

在體核磁共振（MRI）研究提供了AD 髓鞘改變的進一步證據。AD 為皮質性癡呆，灰質有明顯的病理改變，MR 成像中AD 患者大腦灰質區域相應體積縮小。近年來發現白質異常也是AD 的重要改變，在AD 的臨床前階段灰質結構保持完好，然而白質的神經纖維成分已開始發生異常，且這種白質的改變并不繼發于神經元的變性。AD 腦白質改變越來越受到重視，不僅是AD 中晚期患者，AD 早期包括AD 高危人群、臨床癥狀前期、主觀性認知功能下降（subjective cognitive impairment，SCI）、輕度認知功能損害（mild cognitive impairment，MCI）患者中均存在明顯的白質微結構損傷。MCI 及AD 患者的MRI T1 加權像表現出白質萎縮，T2 加權像中表現白質高信號［13］。但MRI 結構成像發現白質損傷時，大部分癡呆患者已進入中晚期階段。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可以在疾病早期檢測到MRI 序列難以探測到的白質纖維束髓鞘異常。DTI 技術觀察到AD患者與情境記憶相關的部位如顳頂區域、楔前葉、后扣帶回和海馬旁回存在廣泛的白質改變［14］。有研究者建議使用DTI 測量后扣帶回與海馬間的連接纖維來幫助診斷AD［15］。AD 患者內側顳葉最早受累，病變最嚴重，且與AD 病理密切相關。研究發現，與內側顳葉連接纖維的減少及中斷不是由內側顳葉萎縮引起的，提示AD 患者存在原發性的白質損害［16］。穹隆是海馬腦區主要的傳入和傳出白質纖維，DTI 成像研究發現在攜帶APOE4 基因的AD 高危人群中，穹隆白質纖維束的完整性破壞，這類損傷獨立于灰質變性［17］。MCI 患者在許多腦區存在白質損害，然而灰質萎縮僅僅局限于內側顳葉，且DTI 測量的異常白質纖維束與鄰近的灰質體積無關［18］。SCI 患者皮層的厚度尚未發生改變，已可檢測到白質纖維束的損傷［19］。與此研究類似，APOE4 攜帶者在認知功能損害出現之前灰質結構相對完整時，已發現明顯的白質改變［20-21］。上述影像學證據表明，AD 早期病理改變不僅僅局限于大腦皮層灰質結構異常，還涉及到白質微結構的損害，且白質變性先于灰質損害。

生化研究也證實了AD 患者存在髓鞘的損傷。MBP 是CNS 髓鞘的主要結構性蛋白，約占髓鞘蛋白總量的30%，是反映髓鞘脫失的指標。MBP 不僅與髓鞘緊密性相關，還能調節Aβ 纖維組裝過程，與Aβ 結合抑制Aβ 沉積。離體實驗證實，MBP具有在體外降解Aβ 活性的作用［22］。研究發現，AD 患者MBP 水平明顯下降，且MBP 的下降水平與Aβ42 增多有很強的相關性［23］，提示AD 患者存在髓鞘損傷，髓鞘損傷后引起Aβ 表達的改變。而Aβ 對少突膠質細胞又具有細胞毒性作用，加重髓鞘損傷，兩者之間有相互促進的作用。另有研究發現，AD 患者膠質來源抗體如抗MOG、抗MAG、抗MBP 和抗PLP 抗體較正常對照組增加［24］，針對髓鞘不同抗體水平的增加間接反映了髓鞘的損傷。除此之外，人腦死后尸檢也證實在感覺運動皮層，顳上回和額回中少突膠質細胞數量的減少。髓鞘損傷在AD 病程的早期可能發揮了重要的作用，然而，AD 病理和髓鞘損傷之間的確切聯系仍不清楚，髓鞘脫失是否繼發于神經元的變性還是AD 的始動因素，脫髓鞘還是Aβ 沉積是AD 的上游事件以及Aβ 和髓鞘脫失之間是否有直接的聯系仍需進一步研究。

3 AD 中髓鞘損傷的機制

3.1 年齡與基因突變年齡是AD 發病過程中最重要的危險因素，是髓鞘損害的主要原因。在正常的自然衰老過程中，少突膠質細胞老化且數量減少，髓鞘發生退行性改變（髓鞘變薄、有髓纖維喪失），且這種改變先于神經元的丟失。少突膠質細胞的數量從青少年到90 歲減少27%，白質體積減少28%［25］。少突膠質細胞死亡和髓鞘損傷的速度遠遠超過神經元死亡的速度。有研究表明，AD模型小鼠超早期出現髓鞘的改變，且隨著年齡增加，變化逐漸加大，髓鞘總量逐漸下降，髓鞘厚度和密度也呈下降趨勢［26］。水迷宮實驗發現老化過程中，小鼠學習和記憶能力明顯下降。細胞自噬在Aβ 斑塊的代謝中起重要作用，少突膠質及前體細胞（oligodendrocyte precursor cells，OPCs）能夠通過自噬作用清除Aβ［27］。隨著年齡的增長，OPCs和少突膠質細胞老化且數量減少，細胞自噬能力減弱，導致Aβ 清除障礙。除此之外，年齡和其相關的因素如鐵過量、氧化應激、低灌注、興奮性氨基酸毒性作用等都可能參與髓鞘的損傷。少突膠質細胞富含鐵，髓鞘老化后導致細胞內鐵的大量釋放［28］。鐵釋放后一方面增加淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）的產生促進Aβ 寡聚體形成，另一方面產生大量的氧自由基，引發脂質過氧化和細胞內鈣超載，導致少突膠質細胞的受損和死亡。

AD 具有高度的遺傳性，AD 相關風險基因的突變或基因水平調控失常也可導致髓鞘破壞。在家族性AD 患者，APP 突變使得新產生髓鞘的粘附能力受損，導致髓鞘脫失。PS1 突變小鼠少突膠質細胞對毒性物質易感性增加。β 分泌酶1（BACE1）是水解APP 生成Aβ 的限速酶，在APP 形成Aβ 中發揮重要作用。近年來發現，BACE1 與髓鞘化過程密切相關。缺乏BACK1 的小鼠髓鞘化過程延遲，髓鞘厚度降低，可能因為BACK1 能裂解神經調節素（neuregulin 1，NRG1）。NRG1 是髓鞘化所需的軸突表達因子之一，對神經損傷后的髓鞘再生起重要作用［29］。載脂蛋白E（APOE）不僅在脂質代謝中起到重要作用，也是散發性AD 的遺傳風險因子［30］。APOE 參與腦中內源性脂質的產生、轉運和回收，對于髓鞘的再生與修復至關重要。APOE4等位基因與髓鞘損傷有一定的關系。APOE 等位基因的攜帶者較沒有APOE 攜帶者血清APOE 水平下降，APOE 水平降低后能夠減少腦內髓鞘的形成，促進年齡相關的髓鞘損害。晚發型AD 患者，攜帶APOE4 突變基因的患者回收必需脂質的能力減退，髓鞘修復減慢［4］。

3.2 Aβ介導的白質損傷Aβ沉積是神經元變性的主要原因，Aβ 對神經元和內皮細胞有毒性作用。越來越多的證據表明，Aβ 對少突膠質細胞亦有毒性作用，導致髓鞘的損害。立體定向注射Aβ42 到大鼠胼胝體導致廣泛的白質損傷和少突膠質細胞死亡。在125 例AD 患者死后尸檢中發現，Aβ 沉積是額葉白質損傷的主要因素［31］。離體細胞培養模型揭示，Aβ 通過DNA 損傷、線粒體功能失衡和細胞骨架斷裂，對少突膠質細胞產生直接的細胞毒性作用。轉基因的AD 小鼠模型，當免疫注射Aβ特異性抗體中和Aβ 斑塊后，髓鞘和少突膠質細胞的異常可以逆轉甚至恢復到正常［32］。這些數據表明Aβ 的神經毒性在AD 白質損傷中發揮了重要的作用。

Aβ 對神經細胞的毒性作用機制復雜，除了直接損傷，還存在著其他多種機制。有研究表明Aβ與細胞凋亡活動關系密切。離體實驗證實Aβ 可以導致caspase-3 激活，從而誘導少突膠質及前體細胞凋亡。Aβ 可以激活中性鞘磷脂酶（neutral sphingomyelinase，nSMase）-神經酰胺級聯反應，導致少突膠質細胞功能失衡。nSMase 能夠降解細胞膜的鞘磷脂釋放神經酰胺，參與細胞凋亡的發生。使用鞘磷脂酶抑制劑3-O-methyl-sphingomyelin 或基因敲除nSMase 可以延緩Aβ 誘導的少突膠質細胞凋亡［33］。Aβ誘導的神經毒也可造成膜損傷，氧自由基釋放，通過氧化應激導致細胞死亡。還原型谷胱甘肽（GSH）在氧自由基清除中起關鍵作用，可以阻止Aβ 激活nSMase 以減少少突細胞的死亡。AD 患者少突膠質細胞內GSH 含量下降，一方面清除自由基的能力減弱，另一方面通過激活nSMase途徑，加速少突膠質細胞死亡。

除此之外，Aβ 沉積激活小膠質細胞導致的炎癥反應也在髓鞘損傷的病理機制中起著重要的作用。小膠質細胞是腦內主要的免疫效應細胞，清除微環境的有害物質。離體定向注射Aβ42 到大鼠可以觀察到星型膠質和小膠質細胞的數量增多，異常活化，同時檢測到多種炎癥因子如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1（interleukin-1，IL-1）等的表達增加。這些致炎因子具有毒性作用，導致少突膠質細胞損傷。少突膠質細胞死亡后釋放細胞內鐵，又可以促進Aβ 寡聚體的形成和增加Aβ 的毒性作用。另外，這些炎癥分子通過作用于神經元或其他膠質細胞，促使其他炎癥分子及補體的產生，異常Aβ合成過多，形成一個惡性循環。可見，膠質細胞作為潛在的炎癥反應細胞加速髓鞘的損傷。

3.3 tau 蛋白介導的白質損傷AD 另一個重要的病理特征是神經元內因高度磷酸化tau 蛋白聚集而成的NFTs。Tau 蛋白即微管相關蛋白，將相鄰的微管連接起來，形成成熟和穩定的微管。微管在神經元結構、軸突運輸和突觸可塑性方面發揮了重要作用。正常情況下，tau 蛋白以磷酸化形式存在，有利于微管的穩定。當蛋白激酶活性上調或磷酸酯酶活性下調時，tau 蛋白將被過度磷酸化，從微管蛋白上脫離下來，不再具有結合穩定微管的能力，導致微管解體。而脫落下來的tau 蛋白聚集形成不溶性的NFTs，沉積與神經元的胞漿和突起，導致神經元死亡。AD 腦中tau 蛋白過度異常磷酸化主要發生在神經元，但在神經膠質細胞（星形膠質和少突膠質細胞）中也有tau 蛋白磷酸化病變的發生。含G272V 突變的tau 轉基因鼠，發現與人類AD 病理類似的少突膠質細胞纖維損傷。tau 病變小鼠模型中，使用微管結合劑穩定微管結構減少tau 蛋白過度磷酸化，不僅能減輕軸索損傷，也能減輕AD 的臨床癥狀。除此之外，NTFs 也通過炎癥和氧化應激機制導致少突膠質細胞分化成熟障礙，進而影響髓鞘生成。髓鞘損傷是NTFs的原因還是結果以及NTFs 對少突膠質細胞具體作用機制仍需進一步研究。

3.4 缺血與腦白質損傷多數白質病變歸因于和AD 并存的腦小血管病所導致。80%AD 患者可以觀察到血管樣的病理改變如白質高信號、腔隙性腦梗死、淀粉樣變等。血管性癡呆患者腦內亦可見Aβ 沉積。此外，Aβ40 肽通常易于在軟腦膜和腦動脈壁上沉積，導致腦的淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）。有90%AD 患者有這種改變。CAA 可以導致受累血管區域血流灌注的減少，使得缺血性腦血管病的發病率增高［34］。因此有學者認為，AD 是血管性疾病，血管危險因素可以啟動AD 病理的發生。缺血后由于葡萄糖及氧缺乏，引起細胞內鈣超載、氧化應激、興奮性氨基酸毒性作用等導致少突膠質細胞損傷。研究表明，白質低灌注使得星型膠質細胞和小膠質細胞產生透明質酸，透明質酸可以抑制少突膠質細胞的增殖及成熟，影響髓鞘修復。多數AD 與血管性疾病并存，提示兩者間的髓鞘損害可能存在著共同的機制。

4 結語與展望

大量的證據表明，髓鞘損害是AD 病理的重要特點，與認知功能下降密切相關。有研究者認為Aβ 沉積和tau 蛋白不是AD 的主要病因，而是髓鞘修復的副產物，清除腦內的Aβ，AD 患者臨床癥狀并沒有得到改善也支持這一觀點。廣泛的原發白質損害在AD 病程的早期發揮了重要的作用，然而，很難說單獨的髓鞘損傷可以驅動AD 病理的發生，這類損傷與其他病理損傷密切相關，互相影響，共同促進了AD 病程的進展。在一定程度上保護髓鞘，促進髓鞘修復可能改善AD 患者的認知損傷。對AD 中髓鞘損害發生機制的深入研究將為AD 的治療提供新的靶點。