和亞強(qiáng)，馬洪偉，付文亮，陳志宏

(承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000）

海馬(hippocampus)是大腦皮質(zhì)的一個(gè)內(nèi)褶區(qū)，在側(cè)腦室底部繞脈絡(luò)膜裂形成一弓形隆起，由兩個(gè)扇形部分組成。依據(jù)細(xì)胞構(gòu)筑和纖維聯(lián)系的不同，海馬可分成CA1、CA2、CA3和CA4四個(gè)區(qū)。由海馬溝至室管膜，海馬皮質(zhì)依次由分子層、錐體細(xì)胞層和多形細(xì)胞層構(gòu)成。海馬與學(xué)習(xí)、記憶活動(dòng)密切相關(guān)，是短時(shí)記憶的機(jī)構(gòu)，主管人類的近期記憶，將幾周內(nèi)或幾個(gè)月內(nèi)的記憶鮮明暫留，以便快速存取[1]。在記憶和認(rèn)知的過程中，要儲(chǔ)存或拋掉某些信息，不是出自有意識(shí)的判斷，而是由腦中的一個(gè)細(xì)小結(jié)構(gòu)─海馬來處理。當(dāng)大腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元接收到各種感官或知覺訊息時(shí)，它們會(huì)把訊息傳遞給海馬。假如海馬有所反應(yīng)，神經(jīng)元就會(huì)形成持久的網(wǎng)絡(luò);但如果沒有通過這種認(rèn)可的模式，那么腦部接收到的經(jīng)驗(yàn)就自動(dòng)消逝無蹤。海馬受損，記憶中不能再儲(chǔ)存新的信息，但原來儲(chǔ)存的信息仍可保留，如失憶癥病患的海馬中沒有任何近期記憶暫留。研究證明[2-4]，海馬對(duì)高血糖敏感，在慢性高血糖作用下海馬神經(jīng)元數(shù)量減少、形態(tài)異?；蚬δ苁д{(diào)，從而導(dǎo)致相關(guān)的學(xué)習(xí)、認(rèn)知功能障礙，不能對(duì)外界形成正確的認(rèn)識(shí)或形成正確認(rèn)識(shí)的時(shí)間延長，從而對(duì)外界事物形成正確反應(yīng)的能力出現(xiàn)障礙。本文從糖尿病海馬損傷的形態(tài)學(xué)、電生理、生化、病理等方面的改變綜述其與認(rèn)知功能障礙的關(guān)系。

1 糖尿病相關(guān)認(rèn)知功能障礙的臨床表現(xiàn)

大量臨床資料顯示，糖尿病患者存在認(rèn)知功能障礙，認(rèn)知功能障礙的程度因人而異，輕者僅有輕度認(rèn)知損傷，重者可能發(fā)展為癡呆。1型糖尿病患者認(rèn)知功能損傷最嚴(yán)重的是概念推理能力、信息處理速度和獲取新知識(shí)的能力;2型糖尿病患者與年齡相當(dāng)?shù)娜巳合啾?，在聽覺性詞匯學(xué)習(xí)測驗(yàn)和Benton視覺暫停測驗(yàn)中成績更差，尤其是在Benton測驗(yàn)中出現(xiàn)較多邏輯、曲解、大小錯(cuò)誤及遺忘錯(cuò)誤[5]。另外，糖尿病患者注意力容易分散，分類概括能力明顯下降。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，糖尿病模型動(dòng)物在Y型電迷宮法、穿梭箱實(shí)驗(yàn)、Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為學(xué)習(xí)、認(rèn)知能力下降[6]。

2 糖尿病時(shí)海馬的形態(tài)學(xué)變化

陳擁彬等[7]用TUNEL法原位末端標(biāo)記DNA斷裂片段及HE染色計(jì)數(shù)神經(jīng)元的方法觀察糖尿病海馬神經(jīng)元凋亡，發(fā)現(xiàn):糖尿病時(shí)海馬神經(jīng)元數(shù)目明顯減少、凋亡神經(jīng)元增多，部分神經(jīng)元出現(xiàn)核固縮、胞質(zhì)濃縮和細(xì)胞體積變小。

馬學(xué)毅等[8]應(yīng)用透射電鏡觀察糖尿病海馬神經(jīng)元超微結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn):高血糖1個(gè)月時(shí)海馬神經(jīng)元發(fā)生退行性改變(神經(jīng)元核凝聚、電子密度增加，胞漿中核糖體解聚、線粒體電子密度增高等），但無明顯毛細(xì)血管基底膜增厚及內(nèi)皮細(xì)胞皺縮、管腔狹窄等改變。3個(gè)月時(shí)神經(jīng)元的退行性改變較前更加明顯，并在退變神經(jīng)元周圍見到小膠質(zhì)細(xì)胞包繞現(xiàn)象。

張松筠等[9]電鏡觀察了鏈脲佐菌素(STZ）致糖尿病模型大鼠海馬神經(jīng)元的超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn):3個(gè)月時(shí)，核膜變薄、出現(xiàn)不規(guī)則凹陷，核內(nèi)染色質(zhì)分布不均、顆?；蓧K并邊集，間有電子密度低的空白區(qū);線粒體腫脹，雙層膜模糊不清，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗短，網(wǎng)腔不規(guī)則，核糖核蛋白體脫顆粒;高爾基復(fù)合體形態(tài)不規(guī)則，腫脹，極性消失6個(gè)月時(shí)，核膜明顯皺縮，核呈固縮性改變，染色質(zhì)或凝集成塊、緊依核膜(邊集），或濃縮成半月形或球形，還可見核碎裂現(xiàn)象;細(xì)胞核染色質(zhì)崩解成小碎片，核膜破裂，核碎裂分散于胞漿內(nèi)，形成凋亡小體。核周間隙加大;細(xì)胞器明顯減少，線粒體變性、皺縮，呈絮狀改變或致密變;粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張、斷裂成小棒狀，脫顆粒;高爾基復(fù)合體擴(kuò)張。

臨床觀察發(fā)現(xiàn)，與同年齡未患糖尿病者比較，糖尿病患者的腦組織明顯萎縮，表現(xiàn)為腦溝回增寬、腦室增大磁共振則顯示糖尿病患者海馬萎縮，且此萎縮與腦血管病變無關(guān)[10]。

3 糖尿病模型動(dòng)物行為學(xué)及電生理改變

糖尿病時(shí)海馬損傷導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙，產(chǎn)生一系列行為學(xué)和電生理改變。

3.1 Y型電迷宮 侍曉云等[11]用Y型電迷宮檢測STZ致糖尿病鼠發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠達(dá)9/10正確反應(yīng)前所需的電擊次數(shù)明顯高于正常大鼠，提示糖尿病鼠學(xué)習(xí)記憶能力明顯減低。

3.2 穿梭箱實(shí)驗(yàn) 吳芳等[12]利用穿梭箱實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果顯示，糖尿病模型大鼠的電擊次數(shù)、潛伏期明顯延長，主動(dòng)逃避次數(shù)顯著降低。

3.3 Morris水迷宮實(shí)驗(yàn) 蔡志友等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Morri水迷宮實(shí)驗(yàn)中糖尿病模型組大鼠學(xué)習(xí)潛伏期延長，記憶潛伏期顯著縮短。

3.4 糖尿病海馬電生理改變 Geert等[14]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)病11周的糖尿病大鼠同時(shí)伴有學(xué)習(xí)記憶功能受損和海馬長時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)(Long-term potentiation,LTP）減弱，并認(rèn)為LTP減弱可能與學(xué)習(xí)記憶功能受損有關(guān)。糖尿病兒童腦電圖(EEG）非特異性異常者達(dá)19%-76%，老年糖尿病患者中央皮質(zhì)的EEG節(jié)律減慢，青年1型糖尿病患者a波振幅減弱。糖尿病患者腦干視覺誘發(fā)電位(EPS）潛伏期延長，1型糖尿病患者P300波潛伏期延長。

4 糖尿病時(shí)海馬神經(jīng)遞質(zhì)及神經(jīng)調(diào)質(zhì)的變化

4.1 胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors,GF-1)IGF-1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的生物學(xué)作用包括:促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化、成熟等神經(jīng)營養(yǎng)支持，抑制細(xì)胞凋亡，調(diào)節(jié)突觸可塑性和調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的合成和釋放，影響鈣通道的活性。研究發(fā)現(xiàn)，胰島素能糾正IGF-1代謝降低。而1型糖尿病(T1DM）時(shí)胰島素絕對(duì)缺乏，自身不能分泌胰島素，部分2型糖尿病(T2DM）患者存在胰島素分泌不足，導(dǎo)致胰島素調(diào)節(jié)IGF-1代謝的作用消失。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖尿病時(shí)，IGF-1的基因表達(dá)不僅在肝臟、腎上腺、脊髓顯著減少，而且在腦的表達(dá)也顯著減低[15]。因此，影響了IGFs促進(jìn)神經(jīng)生長和修復(fù)的作用，最終導(dǎo)致認(rèn)知功能受損。

4.2 乙酰膽堿(ACh） 大量研究表明，中樞膽堿能系統(tǒng)與記憶有關(guān)。先天性膽堿乙?；富盍档偷男∈蟮挠洃洷３帜芰^差。膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT）是參與乙酰膽堿合成過程中唯一的酶,在膽堿能神經(jīng)元末梢合成,其含量和活性的高低決定了體內(nèi)乙酰膽堿的含量[16]。張棟珉等[17]研究發(fā)現(xiàn)，STZ糖尿病大鼠海馬ChAT表達(dá)水平降低的同時(shí),其認(rèn)知功能出現(xiàn)明顯的改變，Morris水迷宮測試顯示其學(xué)習(xí)和記憶功能明顯減退,表明STZ糖尿病大鼠認(rèn)知功能障礙和ChAT含量的減少密切相關(guān)。Lakham等[18]發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠海馬膽堿能系統(tǒng)酶活性下降，認(rèn)為糖尿病動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶功能下降可能由特意的膽堿能系統(tǒng)損傷引起。張松筠等[19]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠海馬CA1區(qū)和齒狀回分子層膽堿能纖維密度較正常組明顯降低，從解剖學(xué)角度證實(shí)了糖尿病大鼠確實(shí)發(fā)生了中樞膽堿能系統(tǒng)損害，推測糖尿病大鼠海馬CA1區(qū)和齒狀回分子層膽堿能纖維密度降低，參與了認(rèn)知功能障礙的形成。

4.3 生長抑素(SOM) SOM是一種環(huán)狀14肽，廣泛存在于機(jī)體組織，以中樞神經(jīng)系統(tǒng)為多，其中大腦皮質(zhì)、海馬和基底節(jié)含量最高[20]。海馬及大腦皮質(zhì)內(nèi)有大量SOM及受體分布，參與學(xué)習(xí)和記憶功能的調(diào)節(jié);另外，SOM還對(duì)神經(jīng)有營養(yǎng)作用，能誘發(fā)神經(jīng)突起的萌發(fā)，缺乏SOM會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元發(fā)育障礙[21]。在海馬內(nèi)注入SOM可明顯增強(qiáng)LTP效應(yīng)，而海馬內(nèi)注入SOM拮抗劑半胱胺(CYS）則LTP明顯受損，從而損害學(xué)習(xí)記憶功能。張曉明等[22]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病時(shí)大鼠海馬齒狀回SOM mRNA陽性神經(jīng)元細(xì)胞的數(shù)量、光密度及平均細(xì)胞面積均比正常大鼠顯著減少，提示SOM可能是糖尿病發(fā)生認(rèn)知功能障礙的原因之一。

4.4 一氧化氮(NO） 海馬神經(jīng)元的LTP是學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)和分子機(jī)制，NO作為一種逆向性傳遞物質(zhì)參與LTP的產(chǎn)生和維持的觀點(diǎn)已被學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)同[23]。NO的作用具有雙重性:一方面，作為一種新型的信使分子參與體內(nèi)多種生理功能;另一方面，NO生成過多或生成障礙卻是很多疾病的病因或重要促成因素。過量的NO可與超氧陰離子(O2-）快速結(jié)合，形成過氧亞硝基陰離子(ONOO-），并降解產(chǎn)生毒性很大的羥基游離基和NO2，介導(dǎo)多種細(xì)胞損傷;再加上興奮性氨基酸增多和Ca2+超載對(duì)海馬神經(jīng)元的毒性，導(dǎo)致海馬LTP效應(yīng)減弱，學(xué)習(xí)記憶力下降。催化內(nèi)源性NO生物合成的酶是一氧化氮合酶(NOS），NOS有3種亞型，即神經(jīng)元型(nNOS）、內(nèi)皮細(xì)胞型(eNOS）和誘導(dǎo)型(iNOS）。nNOS具有Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性，產(chǎn)生的NO以細(xì)胞間傳遞信息為主，維持正常的神經(jīng)細(xì)胞生理功能。eNOS的激活發(fā)生在腦缺血早期，所產(chǎn)生的NO通過促進(jìn)血管擴(kuò)張，抑制血小板聚集和白細(xì)胞粘附而增加血流量，發(fā)揮腦保護(hù)作用。隨著缺血持續(xù)和再灌注進(jìn)行，受損腦組織內(nèi)有大量的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤，以及受損細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子，都是iNOS的誘導(dǎo)激活劑，此時(shí)，通過iNOS激活產(chǎn)生大量的NO，具有細(xì)胞毒性作用[24]。柳剛等[25]的研究顯示，STZ大鼠3個(gè)月時(shí)海馬中iNOS有較高的表達(dá)，而正常組卻未見表達(dá)。由于NO通過Glu-NMDA受體-Ca2+-NOS-Gc-cGMP通路參與學(xué)習(xí)記憶形成，從而認(rèn)為糖尿病大鼠海馬的NO降低是其學(xué)習(xí)障礙的機(jī)制之一。

總之，糖尿病海馬損傷引起的認(rèn)知功能障礙是糖尿病研究中的一個(gè)重要課題，糖尿病海馬損傷所致認(rèn)知功能障礙是多種因素共同作用，相互影響的結(jié)果。隨著分子克隆技術(shù)、基因技術(shù)等的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)糖尿病海馬損傷各因素在認(rèn)知功能障礙中所起到的作用研究將進(jìn)一步深入，對(duì)糖尿病認(rèn)知功能障礙的臨床治療提供新方法和手段，對(duì)糖尿病的發(fā)展、預(yù)后具有重要意義。

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