高同型半胱氨酸血症在老年性痴呆发病中的作用
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[摘要] 近年大量研究发现，阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)患者存在高同型半胱氨酸血症，它与AD的发生发展有着密切的联系，其病理机制与tau蛋白过度磷酸化、Aβ(amyloid-beta)的沉积、氧化应激增加、海马回萎缩、脑血管病变以及大脑神经元的直接损伤等有关，作者对此作一综述。
[关键词] 高同型半胱氨酸血症;阿尔茨海默病;tau蛋白;β淀粉蛋白
The role of hyperhomocysteinaemia in Alzheimer′s disease
LI Ying-juan，YAN Fu-ling
(Department of Geriatrics，Zhongda Hospital，Southeast University，Nanjing210009，China)
Abstract:Objective Alzheimer′s disease(AD)is a common disease.Recently investigations have showed that the level of plasma homocysteine(Hcy)is higher in AD than in the normal and Hcy plays an important role in AD.The mechanisms maybe involve tau protein hyperphosphorylation，extracellular deposits of amyloid-beta protein，oxidation stress，atrophy of hippocamal，brain vascular disease and direct neurotoxicity，et al.This article reviews the role of Hcy in AD.
Key words:hyperhomocysteinaemia;Alzheimer′s disease;tau protein;amyloid-beta protein
阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种常见的慢性进行性神经精神功能衰退性疾病。主要症状为进行性记忆力和认知力减退、言语障碍、精神运动异常等。AD发病机制目前还不清楚，可能与多种因素有关，包括早老素等遗传基因的突变、脑内乙酰胆碱含量减少、细胞内钙代谢紊乱、免疫炎症反应、雌激素学说和神经细胞凋亡等。近年大量研究发现，高同型半胱氨酸血症与AD的发生发展有着密切的联系。
1 同型半胱氨酸(Hcy)的生化特性与代谢
Hcy来源于饮食摄取的蛋氨酸，正常人体含量很少。Hcy在细胞内的代谢途径有3条:(1)转硫化途径，即Hcy与丝氨酸缩合为胱硫醚。此途径由胱硫醚β.合成酶催化，以维生素B6 为辅酶，缩合成胱硫醚和水。胱硫醚可被裂解为半胱氨酸和α.酮丁酸。(2)再甲基化途径，即Hcy重新甲基化为蛋氨酸。此途径由蛋氨酸合成酶催化，以维生素B12 为辅酶，Hcy与5.甲基四氢叶酸合成蛋氨酸和四氢叶酸。而5.甲基四氢叶酸是由5，10.二甲基四氢叶酸在二甲基四氢叶酸还原酶催化下还原而来的。(3)直接释放到细胞外。血浆Hcy正常值为5～15μmol·L-1 ，高同型半胱氨酸血症指Hcy高于正常均值2倍。判定高同型半胱氨酸血症常用的简易标准是轻度16～30μmol·L-1 ，中度31～100μmol·L-1 ，重度>100μmol·L-1 。
2 高Hcy在AD发病中的作用
近期一项前瞻性的研究表明，高同型半胱氨酸血症是痴呆及AD独立的、且强有力的危险因素[1] 。在排除了AD的一般危险因素后，随着Hcy的浓度升高AD的患病风险逐渐增加。研究者监测了1092名非痴呆患者的基础血浆Hcy水平，并在以后的几年中对这一人群的AD发生情况进行跟踪，在调整了其他的AD危险因素后发现，血浆Hcy水平超过14μmol·L-1 者发生AD的危险性增加2倍，而且高Hcy水平似乎是个阶梯性的危险因素，血浆Hcy每升高5μmol·L-1 发生AD的风险增加40%。同时，AD患者体内Hcy水平的稳定性表明，Hcy的升高不是由神经元退行性变或AD相关行为所造成的。此外，还有研究发现，高Hcy的AD患者比低Hcy者在3年内神经细胞萎缩的速度明显加快[2] 。Hcy主要是通过以下机制参与AD的发生 发展。
2.1 tau蛋白过度磷酸化
tau蛋白是一种能与微管蛋白结合并对微管的形成起促进和稳定作用的蛋白，称为微管相关蛋白。微管是神经细胞中参与胞体与轴突营养输送的通道，是细胞骨架的重要成分。由于参与调节tau蛋白磷酸化的蛋白激酶和磷解酶间复杂的平衡关系紊乱，tau蛋白高度磷酸化，形成成对螺旋丝(PHF)，并以纤维丝团形式堆积在神经元内，形成神经原纤维缠结(NFTs)和老年斑(SPs)，使轴浆运输紊乱，神经元功能丧失，产生退行性变[3] 。tau蛋白高磷酸化是痴呆发展中的关键性因素，这已得到基因学的支持。在家族性神经系统退行性疾病患者中，大多存在tau基因突变、高磷酸化tau蛋白丝状沉积物，而没有淀粉样斑块[4] 。tau蛋白的去磷酸化作用必须有蛋白磷酸酶2A(PP2A)异质三联体的参与。近期的研究表明，产生高磷酸化是由PP2A活性下降所致而非激酶活性的升高[5] 。在人神经培养基中加入PP2A的抑制剂可引起tau蛋白高磷酸化反应，导致神经轴突出现退行性变。Hcy参与细胞内的甲基循环并起关键性作用。Hcy是蛋白质代谢过程中蛋氨酸向半胱氨酸转化的中间产物，蛋氨酸经再甲基化途径生成S.腺苷蛋氨酸SAM，继续转硫化途径生成S.腺苷同型半胱氨酸(SAH)，SAH随即水解生成核苷和Hcy，此为可逆反应，平衡偏向于核苷及Hcy的生成。SAH是几乎所有甲基转移酶的竞争性抑制剂。Hcy浓度升高可致SAH增多从而使细胞内甲基化作用降低，而SAM依赖性甲基化作用在PP2A异质三联体的形成中起重要作用。甲基化反应减少导致PP2A异质三联体形成减少，引起tau蛋白的高磷酸化。此外，有关鼠大脑的研究表明，随着年龄的增长PP2A的表达会有一定的下降，而且在AD患者中海马回PP2A的表达显著下降[6] 。因此，认为Hcy经由tau蛋白的高磷酸化反应而与AD发生联系。
2.2 β淀粉样蛋白沉积
AD患者脑组织内β淀粉样蛋白(Aβ)的沉积明显增多，并形成大量SPs。Aβ沉积可能是所有因素导致AD的共同途径。实验表明，Aβ可引起神经元坏死、凋亡和淀粉样变，而且Aβ是老年斑的主要组成成分。Aβ由β.淀粉样蛋白前体(APP)水解产生，在海马细胞、大脑皮质Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层锥体细胞内均能发现APPmR-NA。发生APP基因突变及过表达时，可以扰乱自身的调节机制，当APP表达超过其正常途径的代谢能力时，则APP通过其他途径如溶酶体途径分解，产生大量Aβ，从而在AD形成的病理过程中发挥作用。一般认为，Aβ神经毒性机制可能为:Aβ肽形成Aβ纤维，促使细胞外自由基生成，引起细胞膜脂质过氧化物生成增多，破坏细胞膜功能，使细胞膜通透性增加，细胞外钙离子进入细胞内，激活钙依赖性蛋白酶、脂酶、激酶，使细胞内自由基生成增多，这些均能损伤细胞器。Kruman等[7] 近期的一项实验发现，在缺乏叶酸和蛋氨酸或是在高Hcy的环境中培养的海马神经元细胞遭到破坏，β.淀粉肽增多，诱导细胞死亡。此外，还发现在高Hcy环境中培养的神经细胞，其DNA的可逆性破坏明显增多，同时在缺乏叶酸和蛋氨酸或是存在β.淀粉肽的环境中培养的神经细胞并无DNA破坏增多的现象，然而，如在β.淀粉肽环境中再加入Hcy或除去叶酸和蛋氨酸则DNA破坏增多且为不可逆破坏。Kru-man认为，β.淀粉肽可引起可逆的氧化破坏，甲基供体缺乏及Hcy会影响神经细胞获取嘌呤和胸腺嘧啶核苷修补被氧化破坏的DNA。
2.3 氧化应激作用
AD患者超氧化物歧化酶活性增强，脑葡萄糖.6.磷酸脱氢酶增多，谷氨酰胺合成酶活性减弱，脂质过氧化物酶增多，这些都会导致氧化应激增加，自由基淤积。自由基损伤生物膜造成细胞内环境紊乱，导致细胞老化、死亡;损伤线粒体造成氧化磷酸化障碍;损伤脂类产生过氧化，使核糖核酸失活，造成DNA和RNA交联，触发DNA突变。过氧化脂质分解时可产生丙烯醛等醛类，这些醛类与磷酸及蛋白结合形成脂褐素，沉积于脑导致智力障碍。McCaddon等[8，9] 提出，蛋氨酸代谢中氧化作用的加强是高Hcy血症引起认知功能障碍、导致AD的机制。在一项包括50名AD患者和57名健康者的研究中，血谷胱甘肽水平在两组中是相似的，但在AD患者中，血谷胱甘肽水平越低认知能力越差，AD患者血Hcy和半胱氨酸水平较对照组偏高。因此，研究者认为在AD患者体内Hcy转硫基形成半胱氨酸的反应及再甲基化形成蛋氨酸的反应受到干扰，这是Hcy的主要代谢途径。当Hcy再甲基化反应被抑制时SAM随之减少，因此，血Hcy浓度随之升高，形成高Hcy血症。这就与AD患者体内强氧化环境中维生素B12 依赖性蛋氨酸合成酶的不稳定性及转硫基反应增多、SAM减少是一致的。研究者认为强氧化环境可导致谷胱甘肽的耗竭，这可能就是AD患者随着病情 发展体内谷胱甘肽浓度下降的原因。
2.4 Hcy对大脑神经元的直接损伤有研究[10～13]发现，在细胞培养中，即无血管因素参与时，Hcy对大脑皮层神经元有直接的毒性作用，其机制可能有3种:Hcy可通过激发细胞感受器的超敏反应引起钙内流，细胞内强氧化环境导致tau蛋白高度磷酸化;通过提高谷氨酸盐的兴奋毒性损伤神经元;Hcy还会增强Aβ的神经毒性。将神经细胞暴露于Aβ和Hcy中培养时，Aβ和Hcy可产生协同作用使细胞凋亡。研究者认为，即使是轻度的高Hcy血症也会对神经衰变有显著作用。
2.5 Hcy与脑血管病变
AD常与脑梗死同时发生。在过去10年中流行病学研究发现，脑血管病的危险因素与认知功能损伤及AD有关，尤其是在老年患者。对AD患者的尸解也发现痴呆与脑梗死有相关性。一个有关年龄与AD的纵向研究[14] 表明，有脑梗死的AD患者痴呆程度更严重;同型半胱氨酸是脑梗死的独立危险因素。因此，认为高Hcy血症通过诱导脑血管病变而与AD发生联系。
2.6 Hcy与早期颞叶改变
近期一项有关AD患者高Hcy血症与大脑颞叶中央回萎缩的研究[15] 表明，在社区人群中海马回宽度与血浆Hcy浓度有关。这些个体是经智力测试筛选、无临床记忆力障碍的志愿者，在排除了年龄、性别、血压、血肌酐水平等其他身体状况指标后，随着血Hcy浓度升高海马回宽度明显减小。研究者认为海马回萎缩是记忆缺损的最重要的原因，而高Hcy血症对海马回具有破坏作用。
2.7 Hcy与DNA修补缺陷有学者[16] 认为，当损伤的DNA不能被修复时，细胞由有丝分裂转为修补的行为会触发其凋亡。在AD患者脑皮质发现了控制细胞分裂的蛋白，即细胞周期蛋白E及B，它们分别代表细胞重新进入分裂周期和G2 周期。有研究者[17] 怀疑AD患者高Hcy血症可能与蛋白的表达有关，海马神经元表达周期蛋白E的患者体内血浆Hcy浓度较不表达者高，而Hcy与周期蛋白B无此相关性。他们猜想高Hcy血症可诱导产生细胞分裂蛋白，而这种蛋白在无细胞分裂环境中可引起细胞死亡。也有人认为，在高Hcy血症环境中细胞分裂蛋白是DNA修补失败的标志及由修补转向凋亡的结果。
3 临床应用与治疗方向
AD已成为当今社会严重威胁老年人生命的杀手疾病之一。攻克AD、提高老年人的生活质量是当今生物医学研究领域的重大课题之一。Hcy与AD关系的研究进展为我们对AD的早期诊断及早期干预和治疗提供了可能。AD的诊断一般在病情发生后很长时间才能确定，高Hcy血症使AD的诊断提前[1] ，国外对一群AD患者为期8年的跟踪研究验证了这一观点。Hcy在体内不能合成，是蛋氨酸循环的中间产物。目前认为，血浆Hcy水平取决于遗传和环境双方面因素的相互作用。从Hcy的代谢途径看，对Hcy水平影响较大的为胱硫醚合成酶、甲基转移酶和5，10.亚甲基四氢叶酸还原酶这3种关键酶以及叶酸、维生素B6 、维生素B12 等辅助因子。通过增加叶酸、维生素B6 、维生素B12 的摄入可有效降低血浆Hcy水平，有助于降低AD的发病率或延缓病情的进展[18] 。一般来说，降低空腹Hcy水平主要依靠叶酸，维生素B12 有轻度作用，降低蛋氨酸负荷后的血浆Hcy水平可以采用维生素B6 与叶酸合用。谷物中添加叶酸在美国自1998就开始了，这有效地降低了一些人群的血浆Hcy水平，在未来几年可以观察这部分人群AD的发生率是否有所下降。
牛磺酸是一种β.氨基酸的亚环酸类似物，近期研究发现它是一个广谱的细胞保护剂，能拮抗Hcy的内皮损伤作用，其对防治高Hcy血症的细胞损伤作用具有潜在的临床应用价值[19] 。
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(东南大学附属中大医院老年科，江苏南京 210009)
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