神经退行性疾病及其防治

1 硕士研究生药理学讲座 神经退行性疾病及其防治药物的研究进展 2 1911 2004 3 1994年11月5日 离任5年的美国前总统里根在致美国人民的一封公开信中 公布了自己患Alzheimer sDisease这一消息 我最近被告知我已经成为遭受阿尔茨海默氏病折磨的数百万美国人中的一员 我的夫人南希和我都认为应该将其公之于众 希望藉此提高公众对该疾病的认识 我将和我深爱着的南希及家人一起在生命的旅途上继续行进 我打算多享受些大自然的乐趣并与我的朋友们和支持者们保持联系 4 1概述 神经退行性疾病 Neurodegenerativedisease 是一类慢性 进行性神经疾病 不同类型神经退行性疾病的病变部位和病因虽然各不相同 但大脑特定区域的迟发性神经细胞退行性病变 细胞丢失是它们的共同特征 因此统称为神经退行性疾病 神经退行性疾病主要包括老年性痴呆 Alzheimer sdisease AD 阿尔兹海默病 帕金森病 Parkinson sdisease PD 亨廷顿病 Huntington sdisease HD 脊髓小脑共济失调 spinalcerebellarataxias 齿状核红核苍白球丘脑下核萎缩 denatatorubropallidoluydianatrophy 肌萎缩侧索硬化症 AmyotrophicLateralSclerosis ALS 脊髓肌萎缩症 SpinalMusclarAtrophy 可传播性海绵样脑病 Creutzfeldt Jakob病 CJD 及新变异型CJD 5 神经退行性疾病病因及发病机制复杂 迄今尚未阐明 因此这类疾病的治疗一直是个难题 近十年来 随着分子生物学 神经生物学及行为科学等多学科知识研究手段的迅猛发展 神经退行性疾病病因和病变机制的研究有了许多新的发现 这些研究结果不仅为这类疾病病变机制的阐明提供了大量资料 同时也为寻找相应的治疗药物提供了新的思路和作用靶点 6 2 神经退行性疾病的研究进展 分子遗传学遗传因素在神经退行性疾病中发挥着重要作用 近10年 已经阐明多种神经退行性疾病 如AD PD HD ALS等 的突变基因位点及其基因产物 神经细胞死亡的机制近年研究发现 引起神经细胞死亡的机理主要有氧化应激机制 线粒体机能障碍机制 兴奋性毒性机制 炎症机制及细胞凋亡机制等 它们之间相互影响 最终导致神经功能失调和细胞死亡 导致神经病理变化的主要致病原因近年来采用组织化学方法在人脑中陆续发现不溶性沉积物 包涵体 如Lewy体 Lewybodies 进一步研究发现 这些沉积物是由某些蛋白质异常积聚或淀粉样化形成的 是某些神经退行性疾病的主要致病原因 如表1所示 7 不同类型神经退行性疾病的研究进展AD PD HD ALS等 8 老年性痴呆症 Alzheimer sdisease AD 阿尔兹海默病 是发生在老年期及老年前期的一种慢性进行性退化性脑变性疾病 以进行性记忆减退 认知障碍 人格改变为主要特征 1907年由德国巴伐利亚州精神病医生和神经解剖学家AloisAlzheimer最先报道 他描述了一个51岁女病人的大脑皮层内神经元纤维缠结和粟粒状病灶 伴有进行性痴呆 病人有进展性妄想狂和短期记忆力缺失 最后明显痴呆 直到死亡历时5年 曾经有一个时期 65岁以前由于神经系统变性造成的痴呆病例称作早老性痴呆 preseniledementia 即Alzheimer病 65岁以后由于神经系统变性造成的痴呆病例称作老年性痴呆 seniledementia 近年来研究认为早老性痴呆和老年性痴呆两者的病理过程基本上是一致的 总称为Alzheimer型老年性痴呆 SeniledementiaofAlzheimer stype SDAT 简称AD 2 1老年性痴呆 AD 的研究进展 9 AD在西方是死亡原因的第四位 前三位分别为冠心病 癌症和中风 目前 美国有约400 450万人患有AD 每年因AD死亡的人数约10万 每年的医疗费用超过800亿美元 预计到2050年 将有1600万美国人患上这种病 我国有关AD的流行病学调查尚不完善 一般认为65岁以上人群中痴呆的患病率约为4 发病率为0 6 1 2 据估计 我国AD患病人数已超过500万 约占全世界总患病人数的1 4 北京市65岁以上老年人痴呆患病率为7 随着老龄化社会进程的加剧 预计到2050年 我国AD患者将超过3000万 预期医疗费用将超过1万亿 AD主要病理改变为老年斑 SP 神经原纤维缠结 NFT 及大量神经元丧失 主要发生在前脑基底 海马和大脑皮层 AD的病因复杂 目前尚未明确 但有以下几种学说与AD发病有关 包括基因学说 胆碱能学说 传染学说 铝中毒学说 自由基学说 炎症学说 钙超载学说 代谢紊乱学说等 但目前可以肯定的是 遗传和衰老是与AD关系最为密切的两个因素 10 近10 15年 有关AD的分子遗传学研究取得了明显进展 通过基因连锁技术对家族性AD FAD 进行研究的结果表明 至少有4种基因与FAD的发病密切相关 淀粉样蛋白前体蛋白 APP 基因 位于第21染色体 21q21 3 q22 05 该基因和FAD及Down综合征 21三体 都有关 目前已发现至少有12种错义突变 分别和早发型或晚发型AD相关 载脂蛋白E apoE 基因 定位在19号染色体19q12 q13 人类apoE具有多态性 至少已知有 2 3 4三种类型 其中 3型可与tau蛋白和微管相关蛋白 MAP 2相结合 被认为是生成淀粉样斑的分子伴体 apoE 4基因是晚发AD 60岁以上起病 的重要危险因子 有近2 3的AD患者至少有一个apoE 4等位基因 2 1 1基因学说 AD的分子遗传学研究进展 11 早老蛋白 1 也叫早老素 1 presenilin PS 1 基因 近年来从早发型AD的连锁分析研究中发现 在染色体14q上有与AD相关连锁的PS 1基因 14q243 现已阐明了PS 1基因组的结构 并已发现至少有35种错义突变与FAD相关 早发型AD起病年龄多在40 50岁之间 但也有部分病人起病于20 40岁 早老蛋白 2 PS 2 基因 近年从PS 1基因克隆研究中 发现1号染色体上的PS 2基因也和AD的发病机制相关 并发现其编码的多肽可读框中 含448个氨基酸 和PS 1基因蛋白相似 该基因的突变与祖先来自德国黑森州VG家族性AD患者有关 遗传因素是AD发病的重要因素 但不是唯一因素 其他非遗传因素亦起着重要作用 12 70年代初发现胆碱能系统与学习记忆密切相关 随后经过大量的研究证实AD患者胆碱乙酰化酶 ChAT 乙酰胆碱酯酶 AChE 和乙酰胆碱 ACh 合成 释放 摄取等功能均有不同程度损害 伴胆碱能神经元缺失和变性 进而提出AD的胆碱能损伤学说 但胆碱能损伤并非特异 其他原因所致痴呆也可造成 故胆碱能受损可能是多种原因所致痴呆的共同的归宿 胆碱能假说被药理学家接受后开发出胆碱酯酶抑制剂 反过来证明了这一假说的正确性 到目前为止 调节胆碱能系统功能仍然是临床治疗AD药物的作用主流 2 1 2胆碱能学说 13 为数不少的研究者认为AD可能类似于Kuru及Creutzfeldt Jakob病 是由朊病毒 Prion 引起的 朊病毒是一种缺乏核酸的蛋白性传染颗粒 由于某种原因 朊病毒的正常形式经过复杂的过程转变成不正常的蛋白形式 在AD中可出现严重的病理改变 嗜银 嗜刚果红的淀粉沉着斑 这种斑被命名为Kuru斑 使人们有理由相信病理改变相似性是AD中朊病毒感染证据 但直至今日 尚未从AD脑中真正分离出病毒 2 1 3传染学说 14 研究表明 遗传 年龄 环境等因素 可使炎性蛋白质和小胶质细胞活化 在AD患者 神经元的损害大多因机体对病原体的炎症反应 而非因病原体本身所致 炎症反应既对病变区的病原体碎片 也对周围旁观神经元造成损害而产生更多病灶 形成一个不断加强的自身毒性环路 由病变局部的胶质细胞产生并维持 胶质细胞吞噬外源性A 但不产生分解反应 它们在吞噬后被激活 产生各种炎性介质 如炎性补体C1a C3 C4 细胞因子如IL 1 IL 6 IFN TNF 等 造成AD的慢性炎症并能促进APP合成 导致A 大量产生而在脑组织中沉积 通过免疫组织化学 生物化学及分子生物学等手段对AD及未患AD尸体脑组织进行研究发现 AD脑内炎性反应的中心是A NFT及神经元退行性变 2 1 4免疫炎症学说 15 铝中毒学说 流行病学调查表明 长期接触或高铝饮食者 AD的患病率明显提高 AD患者脑中铝含量往往是正常对照组的4倍 铝在脑内以硅酸盐形式存在 能够促进A 的沉积和神经元纤维缠结 NFT 阻抑蛋白质的合成 但也有不同的实验结果 一些研究表明 铝所造成的NFT和AD患者大脑内的NFT病理结构不尽相同 也有认为AD患者血清及脑铝并不升高 自由基学说 由于脑含有高度不饱和脂肪酸 儿茶酚胺 进行着较高水平的氧化代谢 故是自由基最易侵袭的靶器官 而脑内自由基清除形成保护剂的水平相当低 脑老化过程中 神经元细胞膜上不饱和脂肪酸被氧化而产生大量自由基 损伤细胞膜 细胞器 以线粒体的损伤最为严重 但究竟AD脑中自由基增加是引起AD病因抑或是AD发病过程中的结果 虽未有定论 但趋向于 因果同一 的观点 2 1 5铝中毒学说和自由基学说 16 钙超载学说 正常生理性钙浓度是维持神经元的正常功能所必须的 如葡萄糖代谢降低则会引起Ca2 内流增加 A 过度产生则会引发细胞内Ca2 浓度升高 导致神经细胞功能紊乱 过高的Ca2 水平激活一系列与细胞毒性有关的酶 引起细胞结构区的破坏 并促进Tau蛋白高度磷酸化 导致细胞进一步受损 为AD神经变性病变提供最后共同通路 代谢紊乱学说 人体衰老 机体能量代谢下降 导致脑功能不足 通常在正常情况下所有组织均可合成APP 在AD患者则易发生A 沉积 进而形成老年斑和NFT 另外谷氨酸是脑内兴奋性氨基酸 在学习记忆 突触可塑性等方面有重要作用 若脑内谷氨酸升高使其受体过度激活 Ca2 内流增加 细胞内钙超载致神经元死亡 并可使Tau蛋白产生类神经纤维缠结的聚合物 2 1 6钙超载学说和代谢紊乱学说 17 人们通过脑病理研究发现 老年性痴呆 AD 患者脑组织内 淀粉样蛋白 Amyloid protein A 明显增多 并形成大量的老年斑 现有大量的实验结果和临床资料表明 A 是各种原因诱发AD的共同通路 是AD形成和发展的关键因素 2 1 7 淀粉样蛋白 A 与AD 18 1853年德国病理学家Virchow发现 大脑皮层含有一种球状斑 斑的中心是一种细丝样物质 周围是一些不正常的神经突 他认为细丝样物质是一种淀粉样物质 并命名为 Amyloid 1907年Alzheimer第一次报告了老年斑是进行性痴呆的病理基础 由此 这种以老年斑为病理特点的进行性痴呆称之为Alzheimer病 到本世纪80年代 对Amyloid的研究有了突破性进展 1984年 Glenner和Wong从AD患者的脑膜血管壁中首次分离出了Amyloid 他们发现这种物质的三维结构呈 型折叠 从而称 Amyloid A 1985年Masters和Beyreuther从老年斑中心分离出来了一种蛋白质 这种蛋白质与A 具有相同的分子量和氨基酸序列 并且能与相同的抗体结合 从而证实了老年斑中心也是由A 组成 19 1987年Kang等在21号染色体长臂中段发现了一个基因 它含有A 的全部密码 这个基因编码的蛋白被称为A 前体蛋白 APP 由695 770个氨基酸组成 是一种跨膜糖蛋白 APP有二条代谢途径 原发途径是在 分泌酶 Secretase 作用下 在APP第16位的赖氨酸上进行裂解并产生可溶性的 APPs APPs具有神经营养和促神经细胞发育作用 可通过降低细胞内的Ca2 浓度起到神经细胞保护作用 另一条途径是在 分泌酶 Secretase 和 分泌酶 Secretase 的作用下裂解产生1 40或1 42个氨基酸的A 肽 即A 40和A 42个氨基酸的 肽 即 40和 42 20 Amyloidprecursorprotein APP anditsmetabolites 21 用不同的蛋白酶抑制剂可分别阻断A 40和A 42的生成 提示 分泌酶可能有二种不同的形式 40分泌酶是一种半胱氨酸分泌酶 42分泌酶是一种丝氨酸蛋白分泌酶 二者分别产生A 40和A 42 它们均是神经细胞的正常代谢产物 在正常情况下脑组织以生成A 40为主 而在AD时 A 42升高 A 42是一种不溶性的肽 它比 40更容易导致淀粉样物质的生成 已有大量的研究证明 A 42增加与AD发病密切相关 主要引起脑组织形成不溶性的淀粉样沉积 即AD特有的病理改变 同时 研究也已证明 A 42是淀粉样斑块中的主要成份 22 目前已证实 A 具有神经毒性作用 它通过破坏膜的完整性及增加细胞内离子的渗透性导致细胞损伤 不溶性的A 聚集可能在细胞膜上形成非特异性的离子通道 并引起细胞内Ca2 浓度增加 A 还可阻滞膜的Na K ATP酶的活性 Na Ca2 交换增加 并导致细胞内Ca2 浓度增高 另外 A 可使细胞膜磷脂超氧化 从而抑制磷酸化过程并减少ATP的形成及降低细胞内的pH值 最终导致细胞损伤和死亡 A 增高可引起斑块沉积 还可能激活小胶质神经细胞 而触发炎症反应 引起神经退行性变 在正常情况下 小胶质细胞通过清除淀粉样沉积物 对减少和防止斑块的形成起到了积极的作用 但在AD情况下 不溶性A 过度产生 可造成A 生成和吸收 降解之间的平衡产生紊乱 从而促进斑块形成 A 级联效应假说 Theamyloidcascadehypothesis a AfterprocessingofAPPby and secretase A issecretedand b aggregatesintofibrilsthatdepositinsenileplaques Fibrilsandplaquescaninduceneurotoxicity c directlyor d indirectly e g bytheformationofNFTs e ApossibletreatmentconceptisimmunizationwithA whichcaninduceanFcreceptormediatedclearanceprocessbyphagocyticmicrogliacells 24 Thecascadeisinitiatedbythegenerationofamyloid 42 A 42 InfamilialearlyonsetAD A 42isoverproducedowingtopathogenicmutations InsporadicAD variousfactorscancontributetoanincreasedloadofA 42oligomersandaggregates Amyloid oligomersmightdirectlyinjurethesynapsesandneuritesofbrainneurons inadditiontoactivatingmicrogliaandastrocytes Taupathology whichcontributessubstantiallytothediseaseprocessthroughhyperphosphorylatedtauandtangles istriggeredbyA 42 25 神经原纤维缠结 NFTs AD的主要病理改变之一 是引起神经元退化的主要原因之一 其主要成分是异常过度磷酸化的微管相关蛋白 MAP tau 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 由管蛋白和MAP组成 tau是MAP的主要成分 在AD脑中 异常过度磷酸化的tau蛋白含量显著增高 它聚集成双螺旋丝 PHFs 形式 丧失了促进微管组装的生物活性 导致细胞骨架的结构异常和神经细胞死亡 另外 tau蛋白也是神经纤丝 NT 及老年斑中的营养不良突起的主要成分 2 1 8tau蛋白与AD 26 正常的tau蛋白是一种含磷的蛋白质 主要分布于人类大脑的额叶 颞叶 海马及内嗅区 躯体感觉及运动区的皮质均有分布 外周神经系统含量也较丰富 而小脑中较少 人tau蛋白主要定位于神经元轴突内 研究证明 海马 内嗅区回路之轴突内的PHF tau病理变化决定痴呆的临床表现 同时也是老年痴呆中发生各类记忆功能障碍的解剖学基础 近年来 tau在AD病理变化中的作用及其分子机制研究取得了明显进展 人类tau蛋白基因位于17号染色体长臂上 长度在100kb以上 有16个外显子 Tau蛋白有6种变异体 分子量在48 67kD之间 它们是来源于同一单基因的不同mRNA剪辑产物 它们的区别在于C 末端有3或4个微管结合区以及N 末端有0 1或2个插入序列 已发现的21个异常过度磷酸化位点主要集中在N 末端 Ser 198 Thr 217 和C 末端 Ser 396 Ser 422 至微管结合重复区 有研究证实 完整的tau蛋白分子包括含有3 4个微管结合重复区的tau的6种变异体 它们的聚合作用可被外显子e2和e3所促进 A Schematicrepresentationofthetauproteindomainsanditsphosphorylationsites indicatingthehyperphosphorylatedsites rectanglesinred foundinpairedhelicalfilamentsinAD Tauhyperphosphorylationsblockitscapacitytomodulatecytoskeletaldynamicsandpromotetauself aggregationintoPHFsandtangles ThemicrotubulebindingrepeatsaredenotedbyR1throughR4 B Schematicrepresentationoftheamyloidprecursorproteinmajordomains indicatingthesequenceofthe4 kDaA peptide inorange cleavedbysecretases 30 AD的病因甚为复杂 多因异质是其病因学的基本特点 各种假说虽有其合理的一面 但均有其局限性 不能全面解释AD复杂 广泛的神经系统病理变化 但有两点是值得肯定的 一是AD的发病与机体衰老有关 二是遗传因素在多数AD发病中是重要因素 A 学说已成为研究的热点之一 许多研究表明A 是在机体衰老基础上产生的结果 同时正是由于A 在脑内的大量聚集而导致AD发生 随着分子生物学和相关学科的发展 对AD的病因及发病机制的认识必将更加深入 31 帕金森病 Parkinson sdisease PD 又称震颤麻痹 paralysisagitans shakingpalsy 是一种常发生于中老年人的中枢神经系统变性性疾病 其主要临床表现为震颤 肌强直和进行性运动徐缓 PD的患病率仅次于AD 主要发生于中年以上人群 65岁以上人群中患病率为2 PD的病理学特征是黑质致密区内多巴胺能神经元退行性改变及胞浆中出现球型嗜酸性颗粒 Lewy体 但造成这一损害的原发机制尚无定论 PD的病因有遗传因素 也与环境因素有关 在PD病人中 大约有5 10 有家族史 在它们的近亲中 PD发生率比其他人高2 14倍 2 2帕金森病 AD 的研究进展 表2 PD研究的里程碑 33 2 2 1神经毒素MTPT的发现及其对PD发病机制的贡献 1983年春 美国圣荷西市地区医院精神科1周内连续收了3位全身僵硬 活动受限 年龄25岁的年轻人 家属称他们在较短时间无明显诱因出现面目呆滞 不能说话或说话不清和四肢僵硬 行动不能 当时被诊断为重度抑郁症而收住院 当时该院神经科主任 现为美国帕金森病研究所所长 J WilliamLangston博士被请去会诊 发现病人形如 僵尸 但能通过缓慢书写来表达自己的意思和与人沟通 说明这些病人头脑清晰 不是重症抑郁患者 Langston博士将他们诊断为帕金森综合征 给予左旋多巴制剂后 病人一个一个奇迹般 活 了过来 令人迷惑的是 一般老人才患帕金森病 但这几位病人才20几岁 又几乎在同一时间和同一地区发病 Langston博士发现 这些病人有一个共同特点 那就是他们都使用毒品海洛因 而且都在旧金山附近买毒品 34 Langston博士经研究发现 他们所购毒品均为人工合成 并因合成过程中温度控制不严而生成了吡啶类化合物1 甲基 4 苯基 1 2 3 6 四氢吡啶 MPTP 这些化合物注入动物体内可以出现帕金森病的表现 这一重要发现 不但使我们进一步认识到环境因素可能在PD的发生中起重要作用 使我们有了研究PD的最好模型 而且使我们对外源性或内源性毒素如何选择性破坏中脑黑质DA能神经元而导致PD有了进一步的认识 MPTP首先在脑内星型胶质细胞或五羟色胺能神经元中 在单胺氧化酶B的作用下生成活性离子MPP 然后被DA能神经元膜上的DA转运载体 DAT 选择性地转运入DA能神经元内 并依浓度梯度进入线粒体而抑制呼吸链复合物I 引起ATP合成减少 最终导致细胞死亡 当使用MAO B或DAT抑制剂后 MPTP引起的神经毒性作用可被完全阻断 35 虽然MPTP可以引起DA能神经元的选择性破坏而出现类似PD的临床征候群 但自然界并不大量存在MPTP 它必须经过人工合成而产生 因此 MPTP本身应不是导致我们临床所见PD的原因 但自然界存在许多与MPTP结构相似的毒物 如居住或工作环境中的杀虫剂 杀草剂等 常与这些化学物质接触均可能增加PD发生的危险 此外 与PD有关的有害物质包括某些微量元素 氰化物 油漆稀释剂 有机溶剂 一氧化碳及二硫化碳等 少数调查发现PD病人有与某一特定农药的过多接触史 如有机氯 氨基甲酸酯 百草枯等 也有发现 PD病人死后脑组织中含有较高浓度的农药氧桥氯甲桥萘 Dieldrin 36 2 2 2 突触核蛋白 synnuclein 和Parkin基因与PD 突触核蛋白 synnuclein Golbe等报告一个家族四代中有60人患有PD 表现为常染色体显性遗传 经家系连锁分析 致病基因被定位于4号染色体长臂的4q21 23 随后该基因被克隆 称为 synnuclein 已知该基因有6个外显子 第三号外显子的第209核苷酸位点的G被A替代 导致所编码蛋白质53位的丙氨酸被苏氨酸取代是导致该家族性PD的致病原因 另一个第一号外显子第80位核苷酸位点的G被C取代与在德国发现的一个大家族性遗传性PD连锁 但多个研究单位对不同国家的人群包括中国PD病人的 synnuclein基因进行分析未发现有任何变化 提示该基因突变只与少数家族性PD有关 对多数PD患者 不能通过检测该基因突变来诊断PD 但后来发现PD特征性病理表现路易小体以及路易神经轴束中存在大量 synnuclein 但这些患者并不存在该基因突变 37 随后 大量证据表明 synnuclein是多系统萎缩 MSA 特征性小胶质细胞胞浆内包涵体 弥漫性路易小体病 路易小体痴呆和老年性痴呆路易小体型的路易小体中的主要成分 2000年 有人将人野生型 synnuclein基因转入小鼠胚胎干细胞 发现所产生的转基因小鼠脑皮质 海马和中脑神经元中存在含 synnuclein的包涵体 而同时 有人将人野生型 synnuclein转入果蝇后 发现果蝇不但出现运动行为障碍 而且有DA神经元选择性变性和死亡 同时出现类似于路易小体的包涵体 这些结果说明 synnuclein在神经元变性死亡中起关键作用 目前尚不清楚 synnuclein的确切功能 但有研究显示它可能与神经元的发育 可塑性及突触小泡的转运有关 38 Parkin1972年Yamamura等首先报道一种少见的以运动迟缓和肌张力增高为主要表现的早发性PD 发病年龄多在40岁以下 Yokochi等病理检查后发现病人黑质纹状体存在多巴胺能神经元的丧失和胶质细胞的增生 但不存在路易小体 1997年 Matsumine等利用连锁分析将其基因定位于第6号染色体上 随后 该基因被Kitada等克隆 命名为Parkin 并发现该基因的外显子缺失和突变是导致疾病的原因 Parkin基因约500kb大小 共含12个外显子 与泛素 ubiquitin 的结构相似 编码序列为1395bp所编码的蛋白质含有含465个氨基酸残基 其生物活性尚不十分清楚 39 至今 已在日本 欧美和以色列人中发现十多种不同突变与早发性PD有关 研究表明中国人50岁前发病的PD病人的Parkin基因存在缺失突变 进一步证明该基因突变与早发性PD有密切关系 因此 检测病人的Parkin基因突变可作为早发PD的基因诊断手段 通过近二百多年不懈的努力 PD的病因和发病机制取得了一定进展 但至今仍未完全阐明 这反映出PD以及其他一些神经系统退行性病的复杂性 以及寻找研究这些多因素疾病新方法的迫切性 在研究这一类疾病时 应同时考虑到遗传易感性和环境毒素暴露等危险因素在发病中所起的作用 40 亨廷顿病 Huntington sdisease HD 又名遗传性舞蹈病 是一种病变累及纹状体 大脑皮层为主的中枢神经系统退行性变性疾病 呈常染色体显性遗传 临床主要表现为舞蹈样不自主动作 精神障碍和进行性痴呆等 HD的发病年龄多在40岁左右 但可早至2 3岁 迟至80岁以后 至今尚无任何有效方法对HD进行治疗 患者多在发病后12 15年间死亡 在欧美等国家中 HD患病率高达1 10000 且由于其迟发的常染色体显性遗传的特点 患者常在发病前把疾病基因遗传给下一代 因此HD在西方社会被认为是最可怕的疾病之一 2 3HD研究进展 41 病理学上 HD患者主要在纹状体和大脑皮层内出现大量神经元死亡 大脑皮层萎缩 脑室系统扩大 疾病早期主要在纹状体有广泛的神经元缺失 后期在大脑皮层可见大量神经元缺失 分子遗传学研究克隆了HD的致病基因 HD基因 位于染色体4的短臂 HD基因第一位外显子内含有一段CAG三核苷酸重复扩展序列 CAG n动态突变引起HD发病 正常人9 34个 HD病人40个 重复越多 HD发病越年轻 病情越严重 HD基因编码的蛋白产物为huntingtin蛋白 随着CAG三核苷酸重复数目的增加 HD基因可表达一个含40 150个谷氨酰胺残基的延长了的huntingtin蛋白 huntingtin亚细胞定位于细胞浆内 它的正常功能尚未阐明 推测它通过与细胞浆中的特异性神经元蛋白发生蛋白 蛋白相互作用导致huntingtin聚集和核包涵体形成 最终选择性引起特定区域内神经元变性脱失 42 运动神经元缺失是一组选择性累及运动神经系统的慢性疾病 其中肌萎缩侧索硬化症 amyotrophiclateralsclerosis ALS 最常见 ALS是选择性侵犯上下两级运动神经元的慢性变性疾病 首先由Charcot于1869年报道 该病多半为散发性 仅1 10 为家族性 但临床上很难区分 ALS预后差 95 的病人在起病后3 5年死亡 ALS的病理学特征是运动神经损伤 但运动神经元缺失的机制尚不清楚 近年来的研究提出了多种可能的病因学说 涉及兴奋性氨基酸毒性 遗传基因 自身免疫及神经营养因子等 2 4其它神经退行性疾病的研究进展 43 近年来通过位置克隆法 发现约有20 的家族性肌萎缩侧索硬化症 FALS 病例的突变基因和Cu Zn超氧化物歧化酶 1 super oxidedismutase 1 SOD 1 基因连锁 突变位点定位于染色体2lq21 q22之间 但此后又有人报告一个突尼斯家族 突变基因则与染色体2相连锁 散发性ALS虽然不属遗传病 但似乎也具有某些遗传易感性 如在某些病人运动神经元中SOD lmRNA水平增高 而且 谷氨酸的GluR5受体也定位在染色体2lq上 与SOD 1基因位点相近 提示ALS的发病机制 与兴奋性氨基酸过度释放有密切相关 此外 在显示运动神经元变性的转基因小鼠方面 其突变基因则定位于染色体22q12 1 q13 1 说明ALS的遗传基因 可能不限于单个基因的突变 44 AD的药物治疗PD的药物治疗HD等神经退行性疾病的药物治疗 3神经退行性疾病的药物治疗现状 45 改善胆碱系统功能的药物纠正钙稳态失调和抗氧化的药物抗感染剂干扰A 形成和沉积的药物神经营养剂促代谢药物中医药 3 1AD的药物治疗 46 研究表明 AD患者胆碱能活性降低是认知记忆功能障碍的主要原因 其关键症状系由胆碱能神经功能障碍所引起 理论上下列6类药物可用以改善胆碱能缺陷 AChE抑制剂 AChEI 通过抑制ACh降解来提高突触ACh效力 胆碱前体 如磷脂酰胆碱可增加胆碱的生物利用度 ACh促释剂 可使突触前膜ACh释放增加 M1和M3受体激动剂 在突触后受体上能模似ACh M2和M4受体拮抗剂 作用于突触前受体 通过负反馈来调节ACh的释放 烟碱激动剂或烟碱样物质 可促进ACh的释放 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 1 47 胆碱酯酶抑制剂 AChEI 在胆碱能药物中 目前改善本病胆碱能缺陷与症状最成功者是AChEI 他克林 tacrine 第一代产品 商品名cognex 派可致 于1993年被FDA批准为治疗AD的第一个药物 具有高度脂溶性 极易透过血脑屏障 其半衰期约为3 5h 一个为期30天剂量160mg d的临床研究表明 临床治疗每天需服用4次才能收到较好疗效 近期研究认为患者性别及ApoE基因类型与临床疗效有关 女性 ApoE2和ApoE3携带者的治疗效果明显优于ApoE4携带者 而男性则未见有任何差别 表明含有ApoE2 3基因型的女性AD患者对他克林更为敏感 其主要不良反应为肝毒性和胃肠道反应 肝毒性是影响其治疗的首要原因 因而现今临床上已基本不用 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 2 48 第一代AChEI中尚有毒扁豆碱 氨基吖啶 四羟氨基吖啶等 其中毒扁豆碱虽有改善学习记忆作用 但作用时间短 安全范围窄 口服生物利用度低 药物化学结构稳定性差 治疗剂量个体差异大 且为非选择性AChEI 应用受到限制 意大利Mediolanum公司已研究出长效缓释制剂庚基毒扁豆碱 eptastigmine 依斯的明 是毒扁豆碱的一种衍生物 在体实验结果表明 胆碱酯酶的抑制是剂量依赖型的 作用时间长 而且在脑组织中特别明显 已经上市 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 3 49 加兰他敏 galanthamine 第二代ChEI 50年代开发 一直用来治疗重症肌无力 肌营养不良和小儿麻痹后遗症 80年代开始用于治疗AD的研究 1987年美国DavisBonnie率先获得了用加兰他敏治疗AD的专利 加兰他敏选择性高 对神经元及红细胞中AChE的抑制活性是血浆中丁酰胆碱酯酶 BuChE 的50倍 外周胆碱样副作用小 临床研究表明 在治疗开始2 3周 病人可有恶心 呕吐等不良反应 以后不良反应消失 治疗开始后6 8周临床效果明显 和他克林相比 加兰他敏没有肝毒性 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 4 50 安理申 Aricept donepezil E2020 第二代产品 由卫材 Pfizer公司研制 1996年被FDA批准 1997年1月和4月分别在美国和英国上市 是第二代高特异性 可逆性AChEI 安理申和其他非特异性AChEI相比 副作用小 临床实验结果提示安理申能改善轻 中度AD患者的智能 和他克林相比 安理申有许多优点 主要表现在 药物作用时间长 半衰期达70h 每日1次即可 药效强 是他克林3倍 副作用小 无肝毒性 石杉碱甲 huperzineA 哈伯因 双益平 是我国研究人员从石杉科石杉属植物蛇足石杉 千层塔 中分离得到的一种新生物碱 是一种选择性AChEI 比其它同类产品作用时间长 副作用小 没有肝毒性 在国际上已被列为第二代AChEI之一 我所研制 竹林安特制药有限公司生产的石杉碱甲片 商品名哈伯因 于1994年获得卫生部批准新药生产 并已在临床应用 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 5 51 艾斯能 Exelon ENA713Rivastigmine 第二代AChEI 选择性AChEI和丁酰胆碱脂酶抑制剂 BuChEI 由瑞士Novartis公司 1996年进行 期临床实验 1997年底在瑞士首先上市 2000年底美国FDA也批准上市 2001年我国引进 并给予Novartis的该药以行政保护 在肝脏代谢 对大脑皮层和海马区AChE抑制作用最强 对纹状体 脑桥 心脏中AChE活性影响很小 故临床有明显提高记忆和认识能力作用 疗效和副作用均呈剂量依赖 维持时间短 不良反应较少且轻微 最常见的有恶心 呕吐 眩晕和腹泻 服药一段时间后可消失 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 6 52 美曲丰 Metrifonate 美曲磷脂 敌百虫 属有机磷化合物 最早 1952年 由美国的Bayer公司开发 用作杀虫药 直到80年代才被用于治疗AD 它本身非AchEI 但可从非酶形式转化为有活性的2 2 二甲基 二氯乙烯磷酸盐 是目前用于AD治疗的唯一以无活性前药形式存在的AChE抑制剂 临床试验表明 服用本品后 人体血红细胞中AchE活性平均下降52 3 高剂量服用本品能显著提高患者的认知能力 改善患者的幻觉 抑郁 焦虑 情感淡漠症状 上世纪末曾在美国及欧洲各国申请上市 但由于服用本品的患者中有多例发生肌减弱等 因此Bayer公司不得不暂停其8项III期临床研究 使其上市计划向后拖延 其他如NIK 247 amiridine CP 118954 DP 543 T 82等均显示一定的临床效应 但多数尚未上市 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 7 53 作用于胆碱受体的药物 M胆碱受体激动剂或拮抗剂 通常AChE抑制剂只适用于轻 中度患者 因为其疗效依赖于胆碱能神经元的完整程度 随病情的发展 能释放ACh的神经元越来越少 抗AChE药的疗效也就逐渐降低 但在AD的整个病程过程中 突触后M受体的数目变化不大 因此直接的M受体激动剂应用范围更为广泛 M受体有5种亚型 近年研究表明 具有M1激动作用和M2及M4拮抗作用的药物 在AD治疗中很有前途 M1胆碱受体激动剂 Xanomeline 占诺美林 萘必西坦 AF 102B SR 46559A等 M2胆碱受体拮抗剂 BIBN 99 AF DX11等 N胆碱受体激动剂 虽然与认知行为有关的胆碱能神经传递过程中 M受体起重要的中介作用 但在AD病人 N胆碱受体的作用也很重要 在研药物有烟碱 nicotine ABT 418等 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 8 54 Xanomeline 占诺美林 EliLilly公司研制 为毒蕈碱M1受体选择性激动剂 对M2 M3 M4 M5受体作用很弱 易透过血脑屏障 且皮质和纹状体的摄取率较高 是目前发现的最有选择性的毒蕈碱M1受体激动剂之一 采用双盲法和安慰剂对照试验表明 服用高剂量的本品后 AD患者的认知功能和动作行为有明显改善 但因胃肠不适以及心血管方面的不良反应 部分患者中断了治疗 为此 Eli公司已设计了经皮肤给药的方案 这样就避免了高剂量用药引起的胃肠不适 减少了肝脏代谢 排除了本品和代谢产物在血浆中的峰值浓度现象 back 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 8 link 55 改善胆碱系统功能的药物 近年已经取得了很大成就 但随着对AD病因和发病机理的深入认识 越来越清楚胆碱能系统功能低下并不是AD的原发性起因 因此 胆碱酯酶抑制剂类抗AD药物本质上仅是对症治疗 并不能阻止痴呆的进展 难以从根本上阻止乃至彻底根治这种疑难疾病 胆碱酯酶抑制剂改善症状的效果仅能维持1年左右 认知功能回到用药前基线水平 临床表现恶化 但恶化速度减慢 对于胆碱酯酶抑制剂缺乏长期疗效的问题已引起了人们的注意 从理论上推测 AchE抑制剂与其它作用靶位不同的药物联合应用 可能提高治疗效果 3 1 1AD的药物治疗 胆碱能药物 9 评述 56 根据兴奋性氨基酸 EAA 中毒学说 体内EAA在生理情况下可选择性地激活NMDA N methyl D aspastate 受体 使钙通道开放 钙离子内流 调节兴奋性突触的传递和发育中的神经突触可塑性 参与学习记忆的形成 但当EAA过度激活NMDA受体时 可引起细胞内钙超载 继而引起神经细胞死亡 因此 应用NMDA受体拮抗剂治疗AD具有良好的前景 以美金刚 Memantine 为代表的这类药物在基础和临床研究中均获得了较好的结果 美金刚由德国Merz药厂生产 商品名为AkatinolMemantine 主要成分为盐酸1 氨基 3 5二甲基金刚烷 1 amino 3 5 dimethylada mantanehydrochloride 在德国注册的适应症是 脑器质综合征 痴呆综合征 脑性或脊髓性强直 帕金森综合征 美金刚的临床试验表明能显著改善AD和血管性痴呆患者认知障碍 精神运动驱动缺乏 抑郁程度 运动障碍 同时还显示日常生活能力和社交活动改善 该药在临床应用抗痴呆治疗已近10年 对AD和血管性痴呆均有明显疗效 3 1 2AD的药物治疗 谷氨酸受体拮抗剂 57 正常情况下 细胞膜能将细胞内的Ca2 泵出细胞外以维持内环境的稳定 在AD患者 上述机制严重受损 造成细胞内钙超载 神经元损伤和凋亡 在含有NFT的脑细胞和来源于AD患者的成纤维细胞均可见到钙堆积 钙拮抗剂能拮抗这种状态 其作用机制是抑制钙超载 减轻血管张力 增加脑血流 改善缺血缺氧 因此 钙拮抗剂可改善动物和人的学习记忆和认知功能 目前常用的药物有尼莫地平 氟桂嗪等 尼莫地平对多种化学性记忆障碍模型均显示出良好改善作用 对健康人成年人记忆功能无明显提高作用 但可明显改善AD 血管性痴呆及其它类型痴呆患者的认知 操作 情感及社会行为方面的障碍 3 1 3AD的药物治疗 钙离子拮抗剂 58 来自动物和人的研究证实 氧化机制在神经元的缺失中起主要作用 脑老化易受氧化损害导致DNA差错 细胞膜损伤和神经元坏死的神经元变性瀑布样反应 在AD患者中更是如此 基于上述学说 应用具有抗氧化作用的药物旨在提高AD患者体内抗氧化水平 改善自由基消除系统的缺陷 使用维生素E和炔苯丙胺 L deprenl或selegiline 10mg d 2年 结果表明 二药均能延缓AD的进程 但同时服用未见叠加效应 对改善患者记忆力或提高患者完成智力工作的能力也未出现叠加效应 但它的优势是无明显副作用 价格低廉 易被患者或家庭接受 美国NIH对患者应用selegiline作出评估 认为对AD有效 与他克林合用 增强后者疗效 3 1 4AD的药物治疗 抗氧化剂 1 59 褪黑素是松果体分泌的一种重要激素 随增龄而分泌降低 为一种较有前途的抗氧化剂 其自由基清除能力是VitE的2倍 谷胱甘肽的4倍 甘露醇的14倍 作为细胞内自由基清除剂 褪黑素的高亲脂性使其易透过生物膜 并有部分亲水性 使其能进一步穿过胞浆进入细胞核 更好地发挥抗氧化作用 体外实验证实 褪黑素可阻止 AP诱导的细胞氧化性损伤及胞内Ca2 升高 以及经培养的神经细胞的死亡 临床研究发现 AD病人脑脊液种有明显的褪黑素缺失 补充褪黑素可延缓认知功能恶化 提高病人生命质量 银杏制剂EGB761已在德国作为治疗痴呆药物上市 疗效显著 其作用机制与所含成分有抗氧化 清除自由基 增加脑血流 改善脑功能等有关 其他自由基清除剂有去铁敏 艾地苯醌 idebnone 和甲磺酸替拉扎特 tirilazadmesylate 等 3 1 4AD的药物治疗 抗氧化剂 2 60 AD免疫炎症学说被相当多的实验证明 在老年斑和变性细胞周围的小胶质细胞产生炎性细胞因子 其中白细胞介素1和白细胞介素6促进了APP合成 后者可能被加工成含有潜在毒性的 AP AD免疫炎症这一假说来源于流行病学调查 患有风湿性关节炎的患者在服用非甾体类消炎药后其AD的发病率明显下降或AD患病时间推迟 1993年Koges用吲哚美辛 indomethacin 进行半年临床观察 初步结论是该非甾体消炎药可延缓AD进展 表明非甾体类消炎药与AD的发病呈负相关 并在Science上发表 美国老化研究所 NIA 所做的研究发现 曾服用过激素和阿司匹林以外消炎药的人患AD的危险性可减少60 尽管部分人服药时间达2年 此外 近年来 一种新的非甾体消炎药替尼达普 tenidap 在实验中已显出较好效应 据认为这种能抑制白细胞介素6合成的药物可能对AD有一定疗效 3 1 5AD的药物治疗 抗炎药物 61 A 是一个由40 43个氨基酸组成的多肽 来源于其前体蛋白 APP 其存在有两种状态 一是可溶性成分 在各种体液 包括脑脊液 中均可见到 一是难溶性成分 主要聚集在脑组织的神经细胞外 形成A 斑 在AD患者中由于脑组织存在有大量A 沉积 产生神经毒性反应 导致记忆 认知障碍和神经元缺失 变性和NFT 因此 阻止A 的形成和沉积 促进A 代谢 是治疗AD的重要步骤和关键环节 据报道 VitE除具有抗氧化效应外 尚能通过清除和抑制海马CA1区A 的沉积来实现治疗AD的目的 且作用效果随时间的延长而更为明显 雌激素 estrogen 能提高APP正常代谢分泌作用 促进脑内胆碱能神经元生长和生存 减少脑内A 沉积 3 1 6AD的药物治疗 抑制A 形成药 1 62 氯喹也是一种潜在的对AD有治疗作用的药物 通过抗感染减少APP生成并能减少APP的异常降解 也有研究认为由于老年斑中增生的小胶质细胞导致炎性反应 使APP合成A 过量 故应用非甾体类消炎镇痛药也有减少A 形成之作用 近年研究表明 采用基因治疗可能是阻止A 产生的一条重要途径 迄今为止 这类研究尚处于基础研究阶段