腦脊液酶譜在阿爾茨海默病中的研究進展

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　　[摘要] 阿爾茨海默?。ˋD）是一種與年齡相關的、漸進性的神經系統變性疾病，是導致老年期癡呆最常見的病因。AD進展緩慢，病情呈進行性加重，在AD的發生發展中，不同的階段伴隨著相應的病理生理改變，在AD癡呆階段之前還存在一個從幾年到幾十年的癡呆前階段，而AD患者腦脊液中的酶可作為反映疾病變化過程的生物標志物，對于AD的早期診治具有重要的意義。本文將對腦脊液中的一些酶在AD中的研究現狀進行綜述。
　　[關鍵詞] 阿爾茨海默病;腦脊液;酶;BACE1;KLK6;基質金屬蛋白酶
　　[中圖分類號] R742          [文獻標識碼] A          [文章編號] 1673-7210（2019）05（b）-0019-04
　　[Abstract] Alzheimer′s disease （AD） is an age-related and progressive neurodegenerative disease， which is the most common disease leading to dementia. AD develops slowly and becomes severe progressively. In the development of AD， different stages are accompanied with corresponding pathophysiological changes， where the enzymes in the cerebrospinal fluid of patients with AD can be used as biomarkers to reflect the developing process of AD， and before the dementia stage of AD， there is a preclinical stage ranging from years to decades. In this way， it is of great significance to the early diagnosis and treatment of AD. This review focuses on the current research of some enzymes in the cerebrospinal fluid of AD.
　　[Key words] Alzheimer′s disease; Cerebrospinal fluid; Enzyme; BACE1; KLK6; Matrix metalloproteinases
　　阿爾茨海默病（AD）是一種與年齡相關的、漸進性的神經系統變性疾病，是導致老年期癡呆最常見的病因，占所有癡呆的50.0%～60.0%。隨著全球老齡化的進一步加劇，AD的發病率呈現上升趨勢。AD導致記憶、認知功能以及最終自主性的缺失，并對患者的正常生活和工作造成影響。流行病學調查顯示，繼心臟病、惡性腫瘤和腦卒中后，AD已成為威脅老年人群健康的第四位死亡原因[1]。
　　AD具有兩個典型的病理改變，即β-淀粉樣蛋白（beta-amyloid，Aβ）沉積形成的神經炎性斑（neuritic plaque，NP）和Tau蛋白過度磷酸化形成的神經元纖維纏結（neurofibrillary tangle，NFT），最終發展成為皮質的持續皺縮，海馬等腦區神經元的大量丟失，導致突觸功能障礙和神經元衰退，使個體遭受記憶缺陷和其他認知障礙。近幾十年來科學研究發現，針對AD的病因和發病機制而言，Aβ異常沉積常被視為核心因素，其他因素如Tau蛋白過度磷酸化、突觸功能障礙、神經遞質的異常和線粒體自噬功能障礙等也在其發病過程中起著重要的作用。
　　AD進展緩慢，病情呈進行性加重，在AD癡呆階段之前還存在一個從幾年到幾十年的癡呆前階段[2]，即在AD臨床癥狀出現的幾年甚至幾十年之前，患者體內已產生一系列的病理生理變化。根據2011年的NIA-AA診斷標準，AD可被分為3個階段，即AD臨床前階段（preclinical stage）、AD源性輕度認知障礙（mild cognitive impairment，MCI）和AD癡呆階段（dementia stage），AD的臨床前無癥狀階段也被納入了AD，這使得對AD的診斷大大地前移。根據2007年的IWG-1診斷標準，生物標志物被首次納入AD的診斷，AD的診斷由臨床病理診斷變為臨床生物學診斷，而在2014年的IWG-2診斷標準中，首次將AD生物標志物分為診斷標志物和進展標志物[3]。因此，對AD早期生物標志物的尋找是診斷AD、發現AD臨床前階段患者的重要手段，對進展標志物的研究對于評估疾病進程及療效也至關重要。
　　腦脊液與腦組織直接接觸能動態反映腦組織的代謝過程，因此AD患者大腦中的病理改變可由腦脊液中生物標志物的變化反映。Aβ42聯合總tau（t-tau）或磷酸化tau（p-tau）在AD的診斷中具有90%～95%的靈敏度和90%的特異度[4]，能夠很好地將AD與其他其他退行性癡呆相鑒別[5]。盡管如此，聯合應用上述生物標志物通常只考慮了蛋白的含量，而未考慮其活性，在對AD早期的診斷，尤其是AD臨床前期診斷中特異性不足，也難以準確反映病程和疾病嚴重度。因此，需要其他生物標志物來反映AD尤其是AD早期甚至臨床前無癥狀階段的病理生理過程，由此增加診斷的準確度。在AD的發展過程中，對腦脊液中的酶的含量及活性的檢測可用來反映其特定的病理生理過程，下文將對腦脊液中的一些酶在AD發展過程中的變化進行綜述。
　　1 淀粉樣前體蛋白（APP）過程和BACE1 　　1.1 APP過程
　　Aβ的過量沉積被視為是AD中神經元功能障礙和衰退的關鍵因素[6]，Aβ是由APP被一些分泌酶水解酶切而得到的。APP酶切有兩種不同的途徑，即非淀粉樣途徑和淀粉樣途徑。在非淀粉樣途徑中，APP經水解酶切得到的產物無病理性意義[7]。而在淀粉樣途徑中，β-分泌酶和γ-分泌酶相繼介導水解酶切過程，APP可生成具有神經毒性的Aβ。在β-分泌酶降解APP的過程中，β-分泌酶的活性由BACE1（β-site APP-cleaving enzyme 1）維持[8]。BACE又被稱作Asp2或膜天冬氨酸蛋白酶2，它有兩種主要的不同形式，分別為BACE1和BACE2。在BACE1基因敲除的小鼠中產生的Aβ水平不能被檢測到，說明BACE2在體內并未參與大多APP水解過程[9-10];除此之外，在用siRNA降低了BACE1含量的小鼠中，淀粉樣蛋白的產生減少[11]，上述實驗說明BACE1在APP過程中起到關鍵的作用。故在此過程中，腦脊液中BACE1的含量和活性可以較好地反映神經元的活性。
　　1.2 BACE1在腦脊液中的檢測
　　在一系列對腦脊液中BACE1的含量及活性檢測的研究中，其研究對象與結果不盡相同。Holsinger等[12]僅比較了AD患者和對照組受試者腦脊液中BACE1的含量及活性，發現其含量及活性的增加均有統計學差異。Zhong等[13]首次將輕度認知障礙（MCI）患者納入與AD患者和正常對照組的實驗中，發現MCI患者腦脊液中BACE1的含量和活性較AD患者和正常對照組升高，差異均有統計學意義，表明BACE1在腦中的含量和活性早在MCI階段就已經開始增加。在此后的研究中，研究人員主要針對不同組別之間腦脊液中BACE1的活性變化作比較，對其含量變化并無明確的說明。在Zetterberg等[14]和Mulder等[15]的研究中均提到了在AD發展過程中，BACE1向胞外區釋放的過程，由此反映出腦脊液中BACE1的含量是增加的，并表明這一變化與AD發展相關病理生理改變的可能關系，如軸突變性、炎性反應及氧化應激。Zetterberg等[14]發現AD患者腦脊液中BACE1的活性較正常對照組增高，而隨后發展為AD的MCI患者對比病情穩定或發展為其他類型癡呆的MCI患者BACE1有更高的起始活性。MCI作為AD的一個臨床前期階段，在MCI患者中，28%表達AD樣生物標志物譜[16-19]，其余MCI患者的生物標志物譜也可能正常，Mulder等[15]則發現表達AD樣生物標志物譜的MCI患者較生物標志物譜正常表達的MCI患者腦脊液中BACE1的活性增加，而這種差別在生物標志物表達譜不同的AD患者中不具有統計學意義。Rosen等[20]并未發現AD患者與正常對照組之間腦脊液中BACE1活性的差別具有統計學意義，而研究人員通過簡易精神狀態評價量表（MMSE）評分將AD患者分為輕度（MMSE>20分）、中度（MMSE 10～20分）和重度患者（MMSE<10分），發現中重度患者BACE1的活性較輕度患者更低。Perneczky等[21]研究的受試者包括AD患者、進展型MCI患者、穩定型MCI患者和正常對照，但結果表明正常對照與各組患者間腦脊液中BACE1的活性變化并無統計學差異。同樣地，Savage等[22]也發現AD患者、MCI患者與健康對照組間腦脊液中BACE1的活性變化不具有統計學差異。Alexopoulos等[23]研究的受試者包括AD患者、表達AD腦脊液標志物譜的MCI患者、表達正常腦脊液標志物譜的MCI患者和正常對照，發現AD源性MCI患者腦脊液中BACE1的活性對比其他各組的增加均有統計學意義。
　　對于不同的實驗結果，有研究人員認為可能的原因有不同的實驗室檢測方法、研究樣本的特點以及對患者分組的定義，BACE1活性測量值的范圍較大以及在不同組別之間數據存在重疊的情況也會對實驗結果造成明顯的影響[21]。而在AD的發展過程中，MCI患者腦脊液中BACE1活性高于AD患者的可能原因有，隨著AD的進展，有更多的神經細胞丟失，極度的腦萎縮使得腦脊液容量的增加，以及AD患者對比發展為AD的MCI患者遭受了更多的神經炎性反應以及腦血管病變[24]。
　　2 其他過程及酶
　　2.1 激肽釋放酶激肽系統（KKS）和激肽釋放酶（KLK）6
　　KKS涉及到腦內多種病理生理變化的信號通路，與某些神經系統疾病的發生發展有著密切的關系。在AD的發生發展中，KLK可裂解生成緩激肽，而緩激肽受體的激活可刺激APP的分泌[25]，促進組織細胞淀粉樣變性。研究表明，KLK6在AD患者腦組織中的含量較正常對照組有明顯的降低，而脈絡膜上皮細胞中的KLK6明顯增多，繼而發現AD患者腦脊液中KLK6的含量較正常對照組的增加有統計學意義，并發現KLK6的濃度和AD患者發病的嚴重程度呈正相關[26]。另一研究中，研究人員證明了KLK6和AD神經病理過程的相關性，在其追蹤研究中，發現腦脊液中KLK6的含量在被調查患者中隨著疾病的進展而增加[27]。
　　2.2 神經炎性反應和MMP
　　作為AD的病理生理過程中存在的神經毒素或神經保護劑，一些參與神經炎性反應的小分子也被廣泛地報道為生物標志物的候選，這其中包含的類別很多，包括小膠質細胞、星形膠質細胞、神經元、血管甚至中樞神經系統以外的組織所生成的產物。其中的一種酶，基質金屬蛋白酶（MMP）有著重要的病理生理功能，并有實驗研究了MMP在慢性神經系統變性疾病中如AD、血管性癡呆（VD）和帕金森?。≒D）中的變化與作用。研究表明，伴隨著AD患者腦脊液中Aβ水平的顯著降低，MMP-2和MMP-3的水平的降低也具有統計學意義[32]，由于中樞神經系統的MMP-2和MMP-3可在體內降解APP[28]，MMP-2和MMP-3含量的降低可能與不溶性Aβ聚集形成斑塊有關，除此之外，MMP-2和MMP-3含量的降低可起到保護血腦屏障的作用，并阻止Aβ異常地通過血腦屏障的擴散[29]。而另一種酶MMP-10，有實驗表明在AD患者的腦脊液中呈現增加的變化[30]。 　　3 結語
　　AD是一個進行性發展的疾病，在其發生發展過程中，不同的階段伴隨著相應的病理生理改變。因此，對AD生物標志物的尋找有助于AD的分期，尤其是AD早期診斷生物標志物的發現，發現AD臨床前期的患者，可聯合其他已有診斷標志物提高對早期AD診斷的特異性，并對其進行相關的治療與干預，由此在患者神經系統進一步惡化前給予治療。
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　　（收稿日期：2018-10-22  本文編輯：張瑜杰）
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