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第三节 老年性痴呆的病因（第1页）

第三节老年性痴呆的病因

过去一直认为，阿尔茨海默病是正常脑衰老的加速发展。近来，对阿尔茨海默病的研究越来越多，病因学的研究仍十分困难，至今尚不明确，认为老年性痴呆是由多源性因素引起的，其主要病因包括以下几个方面。

一、遗传因素

AD分为散发性与家族性，但以散发性居多。家族性AD又分为早发型（EOAD）与迟发型（LOAD）两种。家族性早发型AD常于50～65岁发病，迟发型AD发病在65岁以后，迟发型多于早发型。从研究家族性AD入手，较易找出AD相关基因或易感基因。目前，至少已发现5种AD相关基因。但这5种AD相关基因的存在，尚不足以说明AD的所有遗传危险因素。细胞外以β淀粉样蛋白（amyloidβprotein）为中心的老年斑（senileplaques，SP）与细胞内高度磷酸化的微管相关蛋白（Tau）构成的神经原纤维缠结（neurles，NFT）是AD在病理上的两大特征。目前已发现5种基因的突变或多态性与AD有关，它们或多或少涉及上述病理变化。

（1）1号染色体的淀粉样蛋白前体（amyloidprecursorprotein，APP）基因：第21号染色体编码的蛋白质为?淀粉样前体蛋白，它参与老年斑的形成。APP基因定位于21q21。2，由基因转录后剪接的不同，所得的mRNA可翻译生成数种亚型（如APP695，APP751及APP770），总称APP，皆为跨膜糖蛋白。AD患者的细胞外老年斑的核心成分β淀粉样蛋白即为其酶解产物，该物质的分子量约为4×103，呈β片层结构，常简称为βA（betaA）。βA易在胞外聚积成老年斑。通常情况下APP由α分泌酶酶解，产生βA的可溶性肽段释至胞外。目前已发现，APP基因至少有6种点突变。突变型的APP（如APP695的Swedish突变，595位Leu→As→Leu；London突变642位Val→Ile或PHeGly）可出现新的切点，易为β分泌酶酶解，并在γ分泌酶的配合下产生完整的βA，其βA分泌量可高于正常4～10倍。APP在加工修饰过程中经不同的剪切方式形成39～43个氨基酸残基组成的βA。βA40在散发性AD的发病中起更重要的作用，虽然亦有人认为βA42在AD发病中更为重要。突变的APP常可产生较多βA。据认为，βA可诱导神经元的凋亡。AD患者不仅脑细胞释出βA，其他细胞也释出较多βA。

（2）14号染色体的早老蛋白1（presenilin，PS1，又称STM）基因；编码的蛋白质为早老蛋白，它参与老年斑和神经元纤维缠结的形成。早老蛋白1与2都是跨膜蛋白，可在细胞中与APP形成复合物，参与APP的转运及合成后加工。野生型早老蛋白1、2有抗凋亡作用，而突变型的早老蛋白1、2易被半胱天冬酶（caspases）裂解，且可使神经元中βA增多。PS1由467个氨基酸残基组成，其基因的染色体定位在14q24。3。据报道有PS1基因缺陷的个体均会患AD，家族性早发型AD病例75%有此基因异常，多为点突变。PS突变可使β链蛋白稳定性下降，凋亡相关基因par24高表达，神经元易于凋亡。已在不同人种的家族性AD中检出了数十种错义（missense）突变。该基因的缺陷可影响APP转运和酶切加工。PS1基因存在着遗传多态性，常见2种等位基因，等位基因1在其第8外显子3′端内含子第16位为A，而等位基因2为C。如用适当引物进行聚合酶链反应（PCR），再用限制性内切酶BamH1切割PS1的PCR产物，等位基因1的产物可在该位被切开，而等位基因2的产物不被切开，由此可鉴别。11基因型的AD发病率高于12或22型。

（3）1号染色体的早老蛋白2（PS2）基因；编码的蛋白质为早老蛋白，它参与老年斑和神经元纤维缠结的形成，PS2与PS1结构相似（67%同源），由467个氨基酸残基组成，其基因位于1号染色体，PS2基因长23。7kb，由12个外显子组成，头2个外显子为5′非编码区，后10个外显子具有编码功能，基因转录按剪接状况的不同，产生214kb与218kb两种转录本。PS2蛋白分子量约为54×103，降解时需泛素化（polyubiquitinated），先由蛋白酶体（proteasome）的内肽酶水解成2个片断（20×103的C片断与34×103的N片断）。在家族性AD中已发现其2种错义突变（141位As→Val）。据报道检出PS2基因缺陷的个体亦均会患有AD。

（4）19号染色体的载脂蛋白E（apolipoproteinE，ApoE）基因：编码的蛋白质为载脂蛋白E（ApoE）。ApoE基因具有多态性，有ApoEε2，ApoEε3，ApoEε43种等位基因。其中以ApoEε3最常见，占总数的78%。载脂蛋白ApoE为分子量34×103，由299个氨基酸残基组成的蛋白质。ApoEε2与ApoEε3的不同，在于ApoEε2的158位氨基酸残基为Cys，而Ap，ApoEε3与ApoEε4的不同，在于ApoEε3第112位的氨基酸残基为Cys，而Ap。用适当引物进行PCR，再用限制性内切酶消化其PCR产物，当可鉴别ApoEε3与ApoEε4。通常认为，ApoEε4是AD的危险因素，可加速?淀粉样蛋白的沉积及Tau蛋白异常磷酸化；它是常见AD的主要易感基因（majorsusceptibilitygene）。等位基因ApoEε4使发病年龄提早，等位基因ApoEε2与ApoEε3使AD发病率降低，发病年龄延迟。载脂蛋白ApoEε4水平升高时，发生AD与冠心病的可能性增高。AD病人的ApoEε4等位基因出现频率为38%，远高于正常人。ApoEε4载脂蛋白与Aβ蛋白在体外共同保温，可产生沉淀，因而ApoEε4或可促淀粉样斑块形成；相反，ApoEε2与ApoEε3则为保护因素。

（5）12号染色体的α2巨球蛋白基因（α2-ma）：α2-巨球蛋白基因（A2M）位于12号染色体，基因长度大约48kb，目前对A2M的研究表明，A2M除负责各种细胞因子、生长因子和激素的运输以外，还负责血浆蛋白酶的结合和失活，介导淀粉样蛋白的清除和降解作用，α2-巨球蛋白、α2-巨球蛋白受体、低密度脂蛋白相关蛋白配体、APOE和APP在遗传学上均与AD相关，提示这些蛋白可能参与引发AD的共同神经致病途径。在LOAD病例的12号染色体上的A2M基因也是AD相关基因，该基因编码α2巨球蛋白。该基因多肽性是AD的危险因素。

其中PS1与ApoEε基因缺陷在散发性AD中较为常见。国际上已有人将两者的基因探针制成商品，用于AD辅助诊断。

AD相关基因中APP、PS1、PS2基因与家族性早发型AD有关，每一个家族性早发型AD病例至少有其中之一的异常；ApoE基因及A2M基因与家族性迟发型AD关系较密切，与散发性AD亦有一定关系。

以上5种AD相关基因难以概括AD病例所有遗传危险因素，因而有人致力于寻找新的AD相关基因。除神经元纤维缠结（与Tau蛋白异常磷酸化有关）及老年斑（与淀粉样蛋白有关）外，AD病变还有第3种病理现象，其脑组织出现一种称为“AMY（类淀粉样）”的斑块。单克隆抗体AMY117可与其结合，此种斑块位于淀粉样斑块邻近，但不相重合，有关基因已在克隆中。ApoEε4与α21抗糜蛋白酶（ACT）是淀粉样斑块的主要成分，且会促进淀粉样纤维的形成。有人认为，ACT基因多态性与ApoEε4引发家族性迟发型AD有关，但未能充分证实。

近年来有报道，线粒体DNA（mtDNA）基因突变与AD相关。线粒体是细胞进行氧化磷酸化生产能量的主要场所，其耗氧量占机体总耗氧量的90%，所摄取的氧1%～4%转变为氧自由基。线粒体DNA**，易损伤，损伤后难以修复，其氧化损伤率比胞核DNA高10倍以上，因而，线粒体DNA的突变率比细胞核DNA高10～100倍。线粒体DNA损伤缺失可影响其功能，影响能量的产生和供给。人脑随增龄有线粒体中细胞色素氧化酶基因DNA片段丢失现象。脑细胞细胞色素氧化酶基因突变，可使线粒体中氧自由基生成增多，细胞膜受损，APP增多，脑细胞破坏，这一现象在AD患者中较为常见，以致有人将有关基因称为线粒体的AD相关基因。AD患者的大脑颞叶细胞色素氧化酶基因RNA水平仅为对照组的50%。AD患者细胞色素氧化酶基因的突变率比同龄老人高32%，约有15的AD病人有细胞色素氧化酶基因的缺陷，其脑组织及血小板的该酶活性皆有所下降。据认为突变的APP基因、PS1及PS2基因是AD的致病基因，而ApoEε4基因及突变的AZM基因与突变的线粒体细胞色素氧化酶基因是AD的危险因素，它们都是AD相关基因。

AD相关基因的陆续发现，为其基因治疗带来了希望。由于AD相关基因在发病机理及诊治上的重要性，阐明已知基因的作用与发现新的相关基因将是国际学术界的长期目标。至今，我们对家族性早发型AD的相关基因已有相当了解，对家族性迟发型AD的相关基因只略有所知，而对散发性AD相关基因的研究只能说在起步阶段。由于发现散发性AD相关基因的难度大，因而，寻找AD相关基因的任务任重道远。在我国寻找AD家系的工作还应继续深入。由此，结合分子生物学技术，不仅可了解我国AD相关基因的类型与特点，且可由此为发现新的相关基因做出贡献。目前，我国已开始利用PCR等方法开展血细胞AD相关基因的鉴定，这是可喜的现象。该法耗资较多，不宜用于普查，但作为辅助诊断的手段，应予肯定。ApoE基因多态性与线粒体的细胞色素氧化酶基因异常，作为散发性AD辅助诊断指标，是有一定价值的。

AD相关基因虽然重要，但不能解决AD发病机理与诊治的所有问题。基因外的AD危险因素亦不容忽视，亟待研究。

二、增龄及超氧自由基的影响

鉴于AD与衰老相关，因此，延缓衰老应当首先防治AD的发生。家族性AD中遗传起主导作用。即使如此，缺陷基因的携带者，出生后也并未立即发病，而是到40岁～50岁后才发病。所以缺陷基因只是发病条件之一，满足发病条件，有待基因外其他因素，如细胞内外环境因素的参与。至于散发性AD，据认为其致病因素（或危险因素）中遗传和环境各占一半，可见基因外致病因素的重要。AD如同癌症，是顽症，但尚非绝症。基因外致病因素的存在，为AD的防治提供了更多的空间。所以了解有哪些细胞内外环境的危险因素可引发AD十分重要。自由基学说首先是由哈曼（Harman）提出的，它指衰老过程源于自由基对细胞及组织的损害。自由基在生物代谢过程中不断产生，并对自身组织发生毒性作用，如自由基攻击生物膜中的不饱和脂肪酸，对膜结构及有关酶都造成危害，特别是线粒体。氧的利用率高是自由基的重要来源，线粒体DNA缺少保护蛋白及修复能力，因而最易受自由基的损害，可经脂质过氧化反应生成强力交联剂丙二醛使DNA发生交联或断裂失活；其他细胞器的膜脂质过氧化反应也会导致大分子交联，不易被溶体酶消化，随年龄增长而成为脂褐质类沉积物；膜脂氧化还会影响膜流动性、通透性和完整性。通过多方面测定已证实，随年龄的增加抗氧化水平下降，主要防御超氧化物自由基的超氧化物歧化酶（SOD）水平下降，老年人血液中硒及硫醇水平下降，血浆、血小板、白细胞的维生素C水平显著降低，这些抗氧化剂水平的下降反映了老年机体对自由基的抑制能力下降，自由基的氧化作用受阻，使其储存及毒性作用增强。正常老龄大鼠与老年人脑中有将DNA序列GAGAG误录为GAG，引起类似于移码突变的现象，导致Aβ的产生。因而，基因缺陷并非产生过量Aβ的惟一原因。

三、脑缺血

近来发现，AD与脑血管病之间亦有一定联系，脑血管病对AD症状的出现与严重程度起重要作用。脑缺血可引起脑细胞DNA断裂，半胱氨酸天冬酶（caspase，简称半胱天冬酶）活性升高及其他凋亡现象。半胱天冬酶是一类蛋白裂解酶，为凋亡机制的执行者，半胱天冬酶21可促进白细胞介素1（IL-1）β产生，半胱天冬酶23与脑细胞凋亡直接相关。已知应用蛋白质类IL-1受体拮抗剂（IL-Ira）可以阻断IL-1，使脑缺血大鼠脑损伤减少50%以上。有关专家从而认为，半胱天冬酶抑制剂在脑缺血治疗中有潜在应用价值。AD病人脑的半胱天冬酶活性亦高，AD病人的大脑具有DNA断裂等凋亡特征，因而AD的发生或与凋亡有关，据此有人设想，以抑制半胱天冬酶等手段来治疗AD。但凋亡亦可能只是Aβ引发的晚期事件。脑血管病在我国多见，它与AD之间的关系值得研究。

四、病毒感染

已发现Kuru、克-雅病（Creutzfeldt-Jakobdisease）和羊搔痒症为慢性病毒感染病，潜伏期长，能在动物中传染。这些病由于引起神经元空泡称海绵样脑病。AD患者的海马也易发生颗粒空泡变性。在AD患者脑中的淀粉样沉积物，在克-雅病中也见到；阿尔茨海默病常并发的淀粉样脑血管病也见于羊搔痒症。在人类也确实存在一个家族中有阿尔茨海默病与克-雅病并存的现象。这都提示阿尔茨海默病可能也属于病毒感染病。已确认克-雅病的淀粉样蛋白是病毒感染引起的，因此推测阿尔茨海默病的淀粉样蛋白的产生和沉积也可能与病毒感染有关。但分析证明，两种病的淀粉样蛋白的氨基酸序列截然不同。且已证实抗朊病毒（prion）抗血清仅能和克-雅病的淀粉样物起免疫反应，而不能与阿尔茨海默病患者老年斑中淀粉样核心起反应：反之，抗Aβ抗血清也仅对老年斑中的Aβ起反应，而不与克-雅病者起反应。阿尔茨海默病的淀粉样蛋白基因位于第21号染色体上，而克-雅病的朊病毒蛋白的基因位于第20号染色体上。学者们也做了阿尔茨海默病的转染试验研究。将家族性阿尔茨海默病的脑组织注射给动物，未发现神经退变改变，也未见产生神经系统疾病，或者产生的是类似克-雅病的变化。有报道将胎儿神经元置于从阿尔茨海默病患者脑制备的提取液中，引起神经元纤维缠结，但未被其他学者证实。阿尔茨海默病的星形细胞中有时观察到与病毒性脑炎有关的抗体，但能激起星形细胞反应的许多疾病都能见到这种抗体。至今阿尔茨海默病的转染研究未获成功，且被一些学者否定。分子生物学研究在阿尔茨海默病的老年斑和神经元纤维缠结中表现的ApoEε4免疫活性，在克-雅病的淀粉样斑块中也能见到。提示这两个痴呆性中枢神经系统变性之间有某种联系。虽已有研究基本上否定了阿尔茨海默病是由病毒感染引起的，阿尔茨海默病的病毒感染学说仍是一个待证实的可能性病因。假定阿尔茨海默病的病原体有突变，或人宿主对病原体有某种抑制，以致证明和发现困难；也可能所用实验动物在生物学上不合适；还有可能因潜伏期长，未长期追踪到实验动物发病。

五、铝中毒

对铝中毒在阿尔茨海默病上的作用一直有争论。最初的研究提出阿尔茨海默病脑中铝含量轻度增高，但未能确定这种轻度增高的重要意义，进一步研究又未能证实其增高。已知与脑内铝水平有关的一种病——透析性脑病的脑中，未发现神经元纤维缠结。实验性铝剂引起的神经元纤维缠结与阿尔茨海默病患者的不同；铝中毒引起的神经元纤维缠结是直的而非螺旋状，且分布于脑干和脊髓而非皮质。因而这些研究不支持铝在阿尔茨海默病的病因上起作用。

但有些研究仍强调铝是阿尔茨海默病的一个重要危险因素。等将可溶性铝盐以中毒剂量注入兔脑时，发生神经元纤维缠结。Bombi等用可溶性铝盐在兔体内诱导的神经元纤维缠结结构紊乱，由直径lOnm的神经丝组成，超微结构与正常神经丝相似，免疫细胞化学染色也与在阿尔茨海默病病人中所观察到的相似。Gool等检测10例阿尔茨海默病患者和4例正常同龄对照者，发现10例患者有神经元纤维缠结的神经元中均有铝的选择性蓄积，蓄积部位在神经元纤维缠结内而不是核内。认为铝这种高负荷金属元素与神经元纤维缠结有特异的结合部位，具体结合部位可能是Tau分子中的半胱氨酸和组氨酸。至于动物试验引起的神经元纤维缠结与阿尔茨海默病者不同，认为可能是生物种系不同；更可能是实验时间不长，不足以使神经细胞完全变性。但目前尚未证实铝就是阿尔茨海默病脑组织中神经元纤维缠结和老年斑形成的直接原因。

流行病学调查发现阿尔茨海默病患者饮用水的铝含量明显增加，饮水中铝含量高者，阿尔茨海默病的发病率明显增高。

迄今，铝在阿尔茨海默病中的病因作用仍未取得一致的意见，但二者的关系值得进一步研究。

六、免疫因素

迄今尚无足够证据认为阿尔茨海默病是免疫性疾病或由免疫功能改变引起。已有报道的结果不一致，有些观察指出阿尔茨海默病有免疫功能紊乱。如发现66%的阿尔茨海默病患者血清蛋白异常，包括白蛋白减少，而α1-胰蛋白酶抑制素、α2-巨球蛋白和结合株蛋白的成分增加。已证明阿尔茨海默病患者脑内抗体水平增高，其中有些病人还表现有细胞免疫反应损害和免疫调节受损。程氏等用醋酸α-萘脂酶（ANAE）法对16例阿尔茨海默病、18例脑血管性痴呆和12名正常老年人的脑脊液中T淋巴细胞作对照研究，发现阿尔茨海默病组的阳性率显著高于后二组。ANAE标记了淋巴细胞，可评估中枢神经系统细胞免疫功能状态。结果提示阿尔茨海默病患者T淋巴细胞数量增高，并表明患者细胞免疫功能活跃，认为可能因阿尔茨海默病患者脑组织内异常抗原刺激致脑脊液内免疫病理活性亢进。但也有报道阿尔茨海默病患者脑脊液中免疫球蛋白正常。侯氏等用抗人淋巴细胞单克隆抗体OKT系列对老年期痴呆（包括阿尔茨海默病）患者进行外周T淋巴细胞亚群的测定，结果阿尔茨海默病组T细胞亚群的百分率与对照组无显著差异。提出对阿尔茨海默病的细胞免疫功能的评价应慎重。阿尔茨海默病危险因素的对照研究未能发现某种免疫功能有关的因素与阿尔茨海默病有一致的关系。淀粉样蛋白也是与免疫系统有关的细胞产物，由于淀粉样蛋白不仅见于老年斑，且见于脑血管壁上，有些学者曾认为阿尔茨海默病的淀粉样蛋白是血管源性的，即可能来自血清蛋白，提示与免疫的关系。近来研究发现，阿尔茨海默病老年斑核心的淀粉样蛋白与脑血管壁的淀粉样蛋白在化学结构上不同，但其氨基端的结构与抗原性相似。虽然Rozemu11er等曾在老年斑的淀粉样核心中发现过IgG、白蛋白及纤维蛋白原，但是在非神经系统疾病的对照者脑中也发现这些物质沉着，因而不能认为这些血清蛋白与淀粉样蛋白的形成有关。Nandy研究发现阿尔茨海默病患者体内存在自身抗脑抗体，且血清内脑反应蛋白水平与人的认知和学习过程有关，提出阿尔茨海默病的神经病理学改变可能与免疫功能有关。Kingsley等采用患者的B细胞株，发现比年龄配对的对照组有较高的抗神经元纤维缠结中的双股螺旋丝和抗星形细胞抗体。但由于随年龄增加，血清内各种自身抗体也会随之增加，因而对阿尔茨海默病患者发现的自身抗体价值的评价十分困难。

七、激素水平变化

老年女性AD发病率高，而老年妇女体内雌激素水平下降。应激激素，如皮质类固醇，水平的升高可能是老年人思维敏捷下降的关键因素之一，皮质类固醇激素的水平会随着年龄的增加而上升。

八、神经生长营养因子缺乏

神经生长营养因子缺乏都会造成神经细胞的免疫炎症、氧化、老化、萎缩和变性，导致神经递质乙酰胆碱、去甲肾上腺素、5-羟色胺、多巴胺及生化改变。

九、长期吸烟、颅脑外伤等都有引起AD发病率增高的报道。颅脑外伤及脑受损学说已有很久的研究史，现已肯定了这一理论，但并不是惟一的原因。颅脑外伤包括多方面的，如围产期的颅脑外伤，以及成年期的颅脑外伤。对于颅脑外伤的范围和严重程度，广泛性脑损伤比局限损害严重，易成为阿尔茨海默病的发生因素；慢性脑损害较急性一过性脑损伤更严重；额叶、颞叶区损伤更易促发阿尔茨海默病。从理论上推测作为有关因素是可以成立的，但在阿尔茨海默病的病因调查中，并不能完全肯定这一因素；其他脑损害因素，包括直接性脑损害，如慢性一氧化碳中毒等，以及间接性脑损害，如躯体疾病，造成慢性脑损害及其他原因，皆为研究的对象。