脑脊液酶谱在阿尔茨海默病中的研究进展

[摘要] 阿尔茨海默病（AD）是一种与年龄相关的、渐进性的神经系统变性疾病，是导致老年期痴呆最常见的病因。AD进展缓慢，病情呈进行性加重，在AD的发生发展中，不同的阶段伴随着相应的病理生理改变，在AD痴呆阶段之前还存在一个从几年到几十年的痴呆前阶段，而AD患者脑脊液中的酶可作为反映疾病变化过程的生物标志物，对于AD的早期诊治具有重要的意义。本文将对脑脊液中的一些酶在AD中的研究现状进行综述。

[关键词] 阿尔茨海默病;脑脊液;酶;BACE1;KLK6;基质金属蛋白酶

[中图分类号] R742          [文献标识码] A          [文章编号] 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）是一种与年龄相关的、渐进性的神经系统变性疾病，是导致老年期痴呆最常见的病因，占所有痴呆的50.0%～60.0%。随着全球老龄化的进一步加剧，AD的发病率呈现上升趋势。AD导致记忆、认知功能以及最终自主性的缺失，并对患者的正常生活和工作造成影响。流行病学调查显示，继心脏病、恶性肿瘤和脑卒中后，AD已成为威胁老年人群健康的第四位死亡原因[1]。

AD具有两个典型的病理改变，即β-淀粉样蛋白（beta-amyloid，Aβ）沉积形成的神经炎性斑（neuritic plaque，NP）和Tau蛋白过度磷酸化形成的神经元纤维缠结（neurofibrillary tangle，NFT），最终发展成为皮质的持续皱缩，海马等脑区神经元的大量丢失，导致突触功能障碍和神经元衰退，使个体遭受记忆缺陷和其他认知障碍。近几十年来科学研究发现，针对AD的病因和发病机制而言，Aβ异常沉积常被视为核心因素，其他因素如Tau蛋白过度磷酸化、突触功能障碍、神经递质的异常和线粒体自噬功能障碍等也在其发病过程中起着重要的作用。

AD进展缓慢，病情呈进行性加重，在AD痴呆阶段之前还存在一个从几年到几十年的痴呆前阶段[2]，即在AD临床症状出现的几年甚至几十年之前，患者体内已产生一系列的病理生理变化。根据2011年的NIA-AA诊断标准，AD可被分为3个阶段，即AD临床前阶段（preclinical stage）、AD源性轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）和AD痴呆阶段（dementia stage），AD的临床前无症状阶段也被纳入了AD，这使得对AD的诊断大大地前移。根据2007年的IWG-1诊断标准，生物标志物被首次纳入AD的诊断，AD的诊断由临床病理诊断变为临床生物学诊断，而在2014年的IWG-2诊断标准中，首次将AD生物标志物分为诊断标志物和进展标志物[3]。因此，对AD早期生物标志物的寻找是诊断AD、发现AD临床前阶段患者的重要手段，对进展标志物的研究对于评估疾病进程及疗效也至关重要。

脑脊液与脑组织直接接触能动态反映脑组织的代谢过程，因此AD患者大脑中的病理改变可由脑脊液中生物标志物的变化反映。Aβ42联合总tau（t-tau）或磷酸化tau（p-tau）在AD的诊断中具有90%～95%的灵敏度和90%的特异度[4]，能够很好地将AD与其他其他退行性痴呆相鉴别[5]。尽管如此，联合应用上述生物标志物通常只考虑了蛋白的含量，而未考虑其活性，在对AD早期的诊断，尤其是AD临床前期诊断中特异性不足，也难以准确反映病程和疾病严重度。因此，需要其他生物标志物来反映AD尤其是AD早期甚至临床前无症状阶段的病理生理过程，由此增加诊断的准确度。在AD的发展过程中，对脑脊液中的酶的含量及活性的检测可用来反映其特定的病理生理过程，下文将对脑脊液中的一些酶在AD发展过程中的变化进行综述。

1 淀粉样前体蛋白（APP）过程和BACE1

1.1 APP过程

Aβ的过量沉积被视为是AD中神经元功能障碍和衰退的关键因素[6]，Aβ是由APP被一些分泌酶水解酶切而得到的。APP酶切有两种不同的途径，即非淀粉样途径和淀粉样途径。在非淀粉样途径中，APP经水解酶切得到的产物无病理性意义[7]。而在淀粉样途径中，β-分泌酶和γ-分泌酶相继介导水解酶切过程，APP可生成具有神经毒性的Aβ。在β-分泌酶降解APP的过程中，β-分泌酶的活性由BACE1（β-site APP-cleaving enzyme 1）维持[8]。BACE又被称作Asp2或膜天冬氨酸蛋白酶2，它有两种主要的不同形式，分别为BACE1和BACE2。在BACE1基因敲除的小鼠中产生的Aβ水平不能被检测到，说明BACE2在体内并未参与大多APP水解过程[9-10];除此之外，在用siRNA降低了BACE1含量的小鼠中，淀粉样蛋白的产生减少[11]，上述实验说明BACE1在APP过程中起到关键的作用。故在此过程中，脑脊液中BACE1的含量和活性可以较好地反映神经元的活性。

1.2 BACE1在脑脊液中的检测

在一系列对脑脊液中BACE1的含量及活性检测的研究中，其研究对象与结果不尽相同。Holsinger等[12]仅比较了AD患者和对照组受试者脑脊液中BACE1的含量及活性，发现其含量及活性的增加均有统计学差异。Zhong等[13]首次将轻度认知障碍（MCI）患者纳入与AD患者和正常对照组的实验中，发现MCI患者脑脊液中BACE1的含量和活性较AD患者和正常对照组升高，差异均有统计学意义，表明BACE1在脑中的含量和活性早在MCI阶段就已经开始增加。在此后的研究中，研究人员主要针对不同组别之间脑脊液中BACE1的活性变化作比较，对其含量变化并无明确的说明。在Zetterberg等[14]和Mulder等[15]的研究中均提到了在AD发展过程中，BACE1向胞外区释放的过程，由此反映出脑脊液中BACE1的含量是增加的，并表明这一变化与AD发展相关病理生理改变的可能关系，如轴突变性、炎性反应及氧化应激。Zetterberg等[14]发现AD患者脑脊液中BACE1的活性较正常对照组增高，而随后发展为AD的MCI患者对比病情稳定或发展为其他类型痴呆的MCI患者BACE1有更高的起始活性。MCI作为AD的一个临床前期阶段，在MCI患者中，28%表达AD样生物标志物谱[16-19]，其余MCI患者的生物標志物谱也可能正常，Mulder等[15]则发现表达AD样生物标志物谱的MCI患者较生物标志物谱正常表达的MCI患者脑脊液中BACE1的活性增加，而这种差别在生物标志物表达谱不同的AD患者中不具有统计学意义。Rosen等[20]并未发现AD患者与正常对照组之间脑脊液中BACE1活性的差别具有统计学意义，而研究人员通过简易精神状态评价量表（MMSE）评分将AD患者分为轻度（MMSE>20分）、中度（MMSE 10～20分）和重度患者（MMSE<10分），发现中重度患者BACE1的活性较轻度患者更低。Perneczky等[21]研究的受试者包括AD患者、进展型MCI患者、稳定型MCI患者和正常对照，但结果表明正常对照与各组患者间脑脊液中BACE1的活性变化并无统计学差异。同样地，Savage等[22]也发现AD患者、MCI患者与健康对照组间脑脊液中BACE1的活性变化不具有统计学差异。Alexopoulos等[23]研究的受试者包括AD患者、表达AD脑脊液标志物谱的MCI患者、表达正常脑脊液标志物谱的MCI患者和正常对照，发现AD源性MCI患者脑脊液中BACE1的活性对比其他各组的增加均有统计学意义。

对于不同的实验结果，有研究人员认为可能的原因有不同的实验室检测方法、研究样本的特点以及对患者分组的定义，BACE1活性测量值的范围较大以及在不同组别之间数据存在重叠的情况也会对实验结果造成明显的影响[21]。而在AD的发展过程中，MCI患者脑脊液中BACE1活性高于AD患者的可能原因有，随着AD的进展，有更多的神经细胞丢失，极度的脑萎缩使得脑脊液容量的增加，以及AD患者对比发展为AD的MCI患者遭受了更多的神经炎性反应以及脑血管病变[24]。

2 其他过程及酶

2.1 激肽释放酶激肽系统（KKS）和激肽释放酶（KLK）6

KKS涉及到脑内多种病理生理变化的信号通路，与某些神经系统疾病的发生发展有着密切的关系。在AD的发生发展中，KLK可裂解生成缓激肽，而缓激肽受体的激活可刺激APP的分泌[25]，促进组织细胞淀粉样变性。研究表明，KLK6在AD患者脑组织中的含量较正常对照组有明显的降低，而脉络膜上皮细胞中的KLK6明显增多，继而发现AD患者脑脊液中KLK6的含量较正常对照组的增加有统计学意义，并发现KLK6的浓度和AD患者发病的严重程度呈正相关[26]。另一研究中，研究人员证明了KLK6和AD神经病理过程的相关性，在其追踪研究中，发现脑脊液中KLK6的含量在被调查患者中随着疾病的进展而增加[27]。

2.2 神经炎性反应和MMP

作为AD的病理生理过程中存在的神经毒素或神经保护剂，一些参与神经炎性反应的小分子也被广泛地报道为生物标志物的候选，这其中包含的类别很多，包括小胶质细胞、星形胶质细胞、神经元、血管甚至中枢神经系统以外的组织所生成的产物。其中的一种酶，基质金属蛋白酶（MMP）有着重要的病理生理功能，并有实验研究了MMP在慢性神经系统变性疾病中如AD、血管性痴呆（VD）和帕金森病（PD）中的变化与作用。研究表明，伴随着AD患者脑脊液中Aβ水平的显著降低，MMP-2和MMP-3的水平的降低也具有统计学意义[32]，由于中枢神经系统的MMP-2和MMP-3可在体内降解APP[28]，MMP-2和MMP-3含量的降低可能与不溶性Aβ聚集形成斑块有关，除此之外，MMP-2和MMP-3含量的降低可起到保护血脑屏障的作用，并阻止Aβ异常地通过血脑屏障的扩散[29]。而另一种酶MMP-10，有实验表明在AD患者的脑脊液中呈现增加的变化[30]。

3 結语

AD是一个进行性发展的疾病，在其发生发展过程中，不同的阶段伴随着相应的病理生理改变。因此，对AD生物标志物的寻找有助于AD的分期，尤其是AD早期诊断生物标志物的发现，发现AD临床前期的患者，可联合其他已有诊断标志物提高对早期AD诊断的特异性，并对其进行相关的治疗与干预，由此在患者神经系统进一步恶化前给予治疗。

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（收稿日期：2018-10-22  本文編辑：张瑜杰）