針灸干預(yù)阿爾茨海默病代謝組學(xué)的研究進(jìn)展?

張海洋，殷之光，楊秋紅，劉文博，趙舒羽，徐廣順，馬金丹,△

(1.長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)，長(zhǎng)春 130117；2.上海中醫(yī)藥大學(xué)，上海 201203；3.上海市嘉定區(qū)安亭醫(yī)院，上海 201805)

阿爾茨海默病(alzheimer’s disease，AD)是現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)尚無(wú)確切治療方案的一種神經(jīng)退行性疾病[1]。本病在發(fā)展為AD前多不易被發(fā)現(xiàn)，或以輕度認(rèn)知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)被臨床所發(fā)現(xiàn)，因早期缺乏特異性診斷方法，導(dǎo)致其生存率較低[2]。β淀粉樣蛋白(β-amyloid protein，Aβ)沉積及磷酸化Tau蛋白累積，形成細(xì)胞外斑塊及細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)為本病的主要病理改變。除年齡、基因攜帶[3-5]等先天因素外，糖尿病、肥胖、飲食等與代謝相關(guān)的后天高風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)本病也有一定的影響[6]。代謝組學(xué)作為基因組、蛋白組學(xué)的延伸和終端，為AD及MCI的臨床前期生物標(biāo)志物的鑒定提供了一種新的方向[7]。研究認(rèn)為，無(wú)論哪種信號(hào)通路及蛋白的研究，均會(huì)伴隨著代謝改變[8-10]。針灸療法在慢性病、疑難病的治療及預(yù)防保健中有顯著優(yōu)勢(shì)。研究[11]表明，早期電針干預(yù)可降低SAMP8小鼠海馬磷酸化Tau蛋白水平，上調(diào)AD大鼠血清中Aβ內(nèi)化酶的含量[12]，促進(jìn)AD患者體內(nèi)Aβ的清除[13]，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞，改善學(xué)習(xí)記憶能力[14]。本文主要對(duì)AD及MCI患者體內(nèi)氨基酸類、脂質(zhì)及能量三大類物質(zhì)代謝的改變，及中醫(yī)針灸療法對(duì)其的干預(yù)進(jìn)行整理歸納，以期為臨床治療及進(jìn)一步研究上游蛋白及信號(hào)通路提供參考。

1 AD腦內(nèi)能量代謝異常及針灸改善葡萄糖代謝的機(jī)制

1.1 腦內(nèi)葡萄糖代謝異常對(duì)認(rèn)知功能的損傷

AD腦內(nèi)能量物質(zhì)不足或相關(guān)酶缺乏等引起代謝率降低是腦內(nèi)能量代謝異常的主要原因。在AD患者認(rèn)知功能減退及影像學(xué)改變之前，大腦皮層葡萄糖代謝已經(jīng)出現(xiàn)異常[15]，提示腦中葡萄糖攝取減少早于神經(jīng)元萎縮[16]。研究發(fā)現(xiàn)，三羧酸循環(huán)、糖異生、乙醛酸和二羧酸鹽代謝所需要的主要化合物丙酮酸和草酰乙酸，參與谷氨酸能突觸、鈣信號(hào)通路、GnRH信號(hào)通路等相關(guān)信號(hào)通路的完成[17]，且丙酮酸和丙酮酸-草酰乙酸可通過(guò)促進(jìn)腦-血谷氨酸外排來(lái)保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)代謝[18]。若AD患者體內(nèi)葡萄糖代謝出現(xiàn)異常，丙酮酸等代謝發(fā)生改變，則其參與的相關(guān)信號(hào)通路及對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的代謝也會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)異常，最終導(dǎo)致AD的發(fā)生。且腦葡萄糖代謝率的下降程度與患者認(rèn)知能力損害程度呈正相關(guān)[19]。

1.2 腦內(nèi)淀粉樣變對(duì)能量代謝的反饋效應(yīng)

AD的淀粉樣蛋白病理學(xué)改變對(duì)腦內(nèi)能量代謝異常有反饋效應(yīng)。對(duì)APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠腦葡萄糖代謝的研究發(fā)現(xiàn)，與野生型(WT)小鼠相比，APP/PS1小鼠的腦葡萄糖明顯累積，其三羧酸媒介(琥珀酸)以及神經(jīng)遞質(zhì)(谷氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸和天冬氨酸)、乳酸鹽C3等濃度均有所降低，提示淀粉樣蛋白病理學(xué)改變可能導(dǎo)致葡萄糖利用率降低，進(jìn)而導(dǎo)致能量和神經(jīng)遞質(zhì)代謝以及大腦中的乳酸-丙氨酸交換減少[20]。應(yīng)用PET對(duì)AD模型大鼠葡萄糖代謝進(jìn)行觀察，結(jié)果AD大鼠呈現(xiàn)頂葉葡萄糖代謝降低的特征征象，可用于協(xié)助AD的早期診斷[21]。除腦內(nèi)代謝物質(zhì)改變外，對(duì)尿液的研究也發(fā)現(xiàn)，APP/PS1早期AD小鼠尿液的標(biāo)本中，其糖代謝、甲胺代謝等代謝途徑有一定差異，提示糖代謝、甲胺代謝也可能參與AD早期的發(fā)病機(jī)制[22]。

1.3 針灸通過(guò)干預(yù)線粒體能量代謝改善相關(guān)癥狀

針灸可通過(guò)多種機(jī)制干預(yù)腦內(nèi)能量代謝，提高葡萄糖代謝水平。研究表明，針灸可抑制海馬神經(jīng)元線粒體中A-β結(jié)合乙醇脫氫酶的過(guò)度表達(dá)[23]，提高細(xì)胞色素C氧化酶活性，抑制海馬線粒體親環(huán)蛋白D表達(dá)，阻滯線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的形成[24]，減少線粒體損傷[25]，改善線粒體能量代謝障礙，改善學(xué)習(xí)記憶能力。對(duì)AD小鼠大腦皮層葡萄糖代謝水平影響的研究發(fā)現(xiàn)，以電針為干預(yù)方法，其 Mitcro-PET影像結(jié)果中，電針可以升高AD模型組小鼠大腦相關(guān)皮層18F-FDG攝取率，提示其可以提高AD小鼠大腦葡萄糖代謝水平，改善AD小鼠學(xué)習(xí)記憶能力[26]。另有研究證實(shí)，艾灸可以通過(guò)以上多種途徑調(diào)整APP/PS1模型AD小鼠的腦部能量代謝[27]。

2 脂質(zhì)代謝對(duì)AD的影響及針灸對(duì)脂質(zhì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)

2.1 脂質(zhì)及其過(guò)氧化機(jī)制對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)生物功能的影響

脂質(zhì)具有構(gòu)成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)存能量、神經(jīng)元突觸的生長(zhǎng)和成熟、神經(jīng)的成長(zhǎng)和修復(fù)、參與機(jī)體信號(hào)傳導(dǎo)等多種生物功能，對(duì)人體認(rèn)知功能有重要影響[28]。研究發(fā)現(xiàn)，AD發(fā)生過(guò)程中，類脂質(zhì)代謝、甘油磷脂和α-亞麻酸等代謝發(fā)生了顯著改變，而類脂質(zhì)代謝物的變化，被甘油、丙二醇和脂肪酸化合物水平所影響[29]。這些脂肪酸引起脂質(zhì)過(guò)氧化，促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)中有害產(chǎn)物的生成，導(dǎo)致神經(jīng)損傷，促進(jìn)AD的發(fā)展。對(duì)AD患者血漿代謝物的研究發(fā)現(xiàn)，溶血磷脂酰膽堿、二氫(神經(jīng))賴氨醇和4-羥雙氫(神經(jīng))賴氨醇等神經(jīng)鞘脂類物質(zhì)均有不同改變，而這些物質(zhì)參與卵磷脂的代謝與神經(jīng)鞘脂的生物合成與代謝[30]。

2.2 膽固醇代謝異常對(duì)Aβ堆積及Tau蛋白水平的調(diào)節(jié)

既往研究表明，膽固醇代謝參與AD的病理過(guò)程，膽固醇通過(guò)長(zhǎng)鏈脂肪酸與過(guò)剩的膽固醇通過(guò)膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶(cholesterol A acyltransferase，ACAT)的催化，產(chǎn)生膽固醇酯(cholesterol ester,CE)。而體內(nèi)及體外研究表明，膽固醇酯可促進(jìn)Aβ的產(chǎn)生，加速AD的病理過(guò)程[31]。膽固醇酯為Tau蛋白早期發(fā)育的上游調(diào)節(jié)因子[32]，可通過(guò)ACAT1基因缺失來(lái)抑制膽固醇酯化，阻止Tau蛋白基因缺失小鼠早期的Tau病理性改變[33]。通過(guò)不同藥物降低膽固醇酯，可以降低FAD、SAD和NDC受試者神經(jīng)元中多個(gè)磷酸化表位的pTau水平，且能調(diào)節(jié)淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)進(jìn)程，進(jìn)而影響AD的病理過(guò)程[34]。

膽汁酸(bile acids,BAs)是膽固醇代謝和清除的產(chǎn)物，在肝臟中產(chǎn)生并被腸道細(xì)菌進(jìn)一步代謝。AD患者血清中主要BA(膽酸[CA]的濃度明顯降低，而次要BA、脫氧膽酸及其甘氨酸和?；撬峤Y(jié)合物的濃度升高，提示膽汁酸中某些成分的濃度變化與認(rèn)知功能減退密切相關(guān)[35]。研究發(fā)現(xiàn)，載脂蛋白E (apolipoprotein E,ApoE)是調(diào)節(jié)血脂水平的關(guān)鍵物質(zhì)，可調(diào)節(jié)脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及腦中膽固醇穩(wěn)態(tài)，其基因型ε4與老年癡呆有一定的相關(guān)性[36]。

2.3 針灸可通過(guò)干預(yù)脂質(zhì)代謝調(diào)節(jié)腦內(nèi)Aβ水平

臨床研究表明，針灸可調(diào)節(jié)AD患者細(xì)胞因子水平和血脂代謝[37]。電針可通過(guò)調(diào)節(jié)Aβ轉(zhuǎn)運(yùn)受體LRP1、海馬ApoE及Aβ水平，降低皮層Aβ1-42含量，改善APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠學(xué)習(xí)記憶能力[38-39]。另有研究表明，艾灸可以調(diào)節(jié)體內(nèi)脂質(zhì)氧化應(yīng)激的特異性標(biāo)志物水平，降低機(jī)體的氧化代謝產(chǎn)物，提高M(jìn)CI 患者的認(rèn)知水平[40]。

3 AD的氨基酸代謝機(jī)制及針灸對(duì)氨基酸代謝紊亂的糾正

3.1 氨基酸代謝通過(guò)參與神經(jīng)遞質(zhì)合成及代謝影響認(rèn)知功能

氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本組成單位，可合成體內(nèi)主要的神經(jīng)遞質(zhì)，在機(jī)體的學(xué)習(xí)記憶、神經(jīng)傳導(dǎo)和受體功能等方面發(fā)揮著重要作用，其中絲氨酸與甘氨酸主要參與乙酰膽堿的代謝，色氨酸參與5-HT的代謝。研究表明，機(jī)體處于病理狀態(tài)下，可導(dǎo)致氨基酸代謝異常改變，AD/AMCI患者體內(nèi)氨基酸代謝出現(xiàn)明顯紊亂，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在影響，使得腦部相關(guān)區(qū)域神經(jīng)元損傷，造成認(rèn)知功能損害和記憶力下降[41]。

3.2 AD體內(nèi)存在氨基酸代謝的異常

在AD診斷與治療中有重要作用的色氨酸片段減少，也對(duì)本病的發(fā)病機(jī)制有一定的揭示作用[42]。對(duì)認(rèn)知能力下降患者給予精氨酸提取物干預(yù)后，老年受試者記憶識(shí)別能力提高，證明在認(rèn)知功能損傷過(guò)程中，精氨酸也起到一定的作用[43]。此外，精氨酸、脯氨酸、谷胱甘肽、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸代謝、泛酸鹽和輔酶A生物合成，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成，檸檬酸循環(huán)、甘油磷脂代謝等，與AD關(guān)系密切[44]。亮氨酸重復(fù)激酶2基因突變被認(rèn)為是帕金森病及AD的主要遺傳因素[45]。研究發(fā)現(xiàn)，AD患者3種代謝產(chǎn)物甲基鳥苷、組氨酸-苯丙氨酸、膽堿-胞苷代謝與正常人不同，這3種主要代謝產(chǎn)物與苯丙氨酸和組胺的生物合成途徑有關(guān)[46]。對(duì)AD大鼠尿液代謝組學(xué)的研究表明，與健康對(duì)照組大鼠相比，AD大鼠海馬組織γ-氨基丁酸、乙酰膽堿、甘氨酸、去甲腎上腺素、5 -羥色胺、氨基乙磺酸和多巴胺濃度降低，谷氨酸和天冬氨酸濃度增加。從代謝譜的生物學(xué)意義分析，AD的發(fā)病機(jī)制主要與腸道菌群失調(diào)、能量代謝異常、氧化應(yīng)激損傷和神經(jīng)元保護(hù)物質(zhì)的缺失等相關(guān)[47]。

3.3 針灸通過(guò)糾正氨基酸代謝紊亂狀態(tài)改善認(rèn)知功能

AD模型小鼠體內(nèi)存在氨基酸代謝通路的紊亂，而艾灸可以通過(guò)調(diào)節(jié)碳水化合物和部分氨基酸代謝途徑，糾正其紊亂狀態(tài)，最終改善認(rèn)知功能[48]。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，艾灸干預(yù)后，丙氨酸、色氨酸、氨基丙酸、精氨酸和脯氨酸、甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、泛酸鹽和輔酶A的生物合成等代謝，在AD模型小鼠與正常小鼠的尿液標(biāo)本中存在差異。艾灸對(duì)AD模型小鼠尿液代謝物的影響主要涉及淀粉和蔗糖代謝、戊糖和葡萄糖醛酸酯互變，色氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、脯氨酸、甘氨酸、二羧酸根陰離子等代謝途徑。此外，針刺干預(yù)AD模型大鼠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，針刺可調(diào)節(jié)AD大鼠谷氨酸代謝[49]。

4 結(jié)語(yǔ)

除以上三大類代謝外，還有核苷酸代謝等相關(guān)代謝途徑，在疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中也起著重要作用。除此之外，能量代謝、脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝間也存在著相互轉(zhuǎn)化，如氨基酸除可形成蛋白質(zhì)外，還可通過(guò)脫氨酸作用生成有機(jī)酸類，參與三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle，TAC)成為能量來(lái)源，TAC是線粒體產(chǎn)生能量的重要環(huán)節(jié)，是糖類、脂質(zhì)類及蛋白質(zhì)在體內(nèi)相互轉(zhuǎn)化分解代謝的共同途徑。本文通過(guò)AD能量、脂質(zhì)、氨基酸代謝，及針灸改善腦內(nèi)葡萄糖代謝、調(diào)節(jié)脂質(zhì)氧化應(yīng)激、糾正氨基酸代謝紊亂等方面進(jìn)行分析，以期為進(jìn)一步研究本病發(fā)病機(jī)制的上游蛋白及信號(hào)通路提供一定的參考，也對(duì)針灸治療提供一定的理論基礎(chǔ)。