張　暉　綜述　許百男　審校

?

四氫孕酮與阿茲海默癥

張暉1,2綜述許百男1審校

四氫孕酮；阿茲海默癥；神經(jīng)甾體激素

阿茲海默癥(Alzheimer’s disease, AD)是一種以認(rèn)知功能障礙、記憶力衰退、人格異常等為主要特征的慢性中樞性神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。其特征性病理表現(xiàn)是神經(jīng)纖維纏結(jié)、老年斑、神經(jīng)元細(xì)胞丟失等[1]。流行病學(xué)顯示，AD的發(fā)病率日益增高，成為目前威脅老年人健康的重要疾病。預(yù)計(jì)至2050年，患病人數(shù)將是目前的4倍[2]。本病病因尚不明確，可能包括多種因素，如氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、炎性反應(yīng)、能量代謝不平衡、神經(jīng)甾體分泌不足等。筆者主要對(duì)四氫孕酮(allopregnanolone, APα)這一重要的神經(jīng)甾體激素在AD中預(yù)防和治療的作用及其可能機(jī)制做一綜述。

1　APα的合成及作用方式

APα，又稱別孕烯醇酮，是神經(jīng)甾體激素的一種，后者是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)合成或來自外周由中樞神經(jīng)系統(tǒng)代謝衍生而成的甾體物質(zhì)的總稱[3]。位于線粒體外膜的轉(zhuǎn)位蛋白18 Kda(translocator protein, TSPO)將膽固醇由線粒體外膜轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)膜，側(cè)鏈清除細(xì)胞色素P450酶位于線粒體內(nèi)膜將膽固醇轉(zhuǎn)化為甾體前體孕烯醇酮，進(jìn)而合成孕烯醇酮硫酸脂(pregnenolone sulfate, PREGS)、孕酮(progesterone, PROG)，脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone, DHEA)、脫氫表雄酮硫酸脂(dehydroepiandrosterone sulfate, DHEAS)、雌激素、APα、四氫脫氧皮質(zhì)酮(tetrahydrodeoxycorticosterone, THDOC)等神經(jīng)甾體激素[4]。APα是由PROG轉(zhuǎn)化生成，PROG首先在5α-還原酶的催化下，轉(zhuǎn)化為5α-二氫孕酮，后者隨即又在 3α-羥化類固醇脫氫酶(3α-hydroxysteroid dehydrogenase, 3α-HSD)的催化下轉(zhuǎn)化為APα[3]。神經(jīng)甾體具有廣泛的生物學(xué)作用，參與了生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老等生理過程，以及焦慮、抑郁、驚厥、睡眠、藥物濫用等的調(diào)節(jié)[3, 5]。雌激素和孕激素都有各自的受體，它們通過受體直接或間接作用于基因或非基因因素影響多種神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)，如5-羥色胺和γ-氨基丁酸(γ-amino butyric acid, GABA)遞質(zhì)系統(tǒng)。APα則主要通過改變GABA的A 型受體(GABAA受體)的表達(dá)或敏感性影響情緒與認(rèn)知[6]。

納摩爾濃度級(jí)別時(shí)，APα可以增加GABAA受體介導(dǎo)的抑制性電位，而在更高濃度時(shí)，則可以在沒有其他配體結(jié)合的情況下直接開放GABAA受體[6]。Pinna等[7]首次發(fā)現(xiàn)皮層邊緣系統(tǒng)的內(nèi)源性APα因有助于GABA對(duì)GABAA受體的微調(diào)發(fā)揮著重要的神經(jīng)生理作用。而蠅蕈醇、苯二氮卓類和戊巴比妥等GABAA受體激動(dòng)藥的作用可以被5α還原酶抑制藥和3α羥類固醇氧化還原酶抑制藥所減弱，提示腦內(nèi)具有APα調(diào)節(jié)GABAA受體的作用[8]。 而另外一些研究顯示GABA受體的變構(gòu)對(duì)調(diào)節(jié)APα的作用也是非常重要的[9]。

2　APα對(duì)AD的保護(hù)作用

成人神經(jīng)甾體激素水平包括APα的水平隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸下降。而在AD的癥狀前期和輕度認(rèn)知損害(mild cognitive impairment, MCI)階段，外周血和腦皮質(zhì)的APα水平顯著下降與AD的發(fā)生密切相關(guān)[10, 11]。目前，已有大量的研究顯示PROG、APα具有神經(jīng)保護(hù)作用，機(jī)體在應(yīng)激或損傷情況下，PROG及APα?xí)l(fā)生適應(yīng)性的增加。而補(bǔ)充外源性PROG則可以改善炎性反應(yīng)，增加海馬錐體細(xì)胞的存活并改善海馬CA1區(qū)注射β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein, Aβ)引起的認(rèn)知損害[12]，APα則可以通過促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增生逆轉(zhuǎn)阿茲海默模型鼠的病理改變并改善其記憶能力[13,14]。一般認(rèn)為，PROG的神經(jīng)保護(hù)作用是通過APα完成的[15]。

盡管如此，慢性補(bǔ)充神經(jīng)甾體激素則需細(xì)致的方案。研究發(fā)現(xiàn)，在3月齡的3xTgAD雄性小鼠中，每2天補(bǔ)充1次APα，并不能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞生成，每個(gè)月補(bǔ)充1次雖可以促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖，卻不能減少Aβ的生成；而每周補(bǔ)充1次持續(xù)6個(gè)月則可以達(dá)到既能促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖又能減少Aβ生成的作用[16]。

目前，APα治療AD的臨床轉(zhuǎn)化研究已經(jīng)開始[17]。已有觀點(diǎn)認(rèn)為，在極早階段AD樣病理改變的年輕小鼠中應(yīng)用的慢性給藥方案并不是適用于人的理想方案。動(dòng)物中不同模型、不同性別、不同腦區(qū)、不同行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異也凸顯出神經(jīng)甾體激素療效的影響因素之多。藥理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)單次劑量的APα即可快速增加血漿和腦內(nèi)APα濃度，而每周1次的劑量可以達(dá)到安全間隙。此外，目前通過人和動(dòng)物的研究已確定了APα的安全劑量參數(shù)。從轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的角度，APα的分子量小，可通過血-腦脊液屏障，大量臨床前有效數(shù)據(jù)已證實(shí)其是預(yù)防和治療AD的潛在藥物。且目前APα是唯一已知的既能促進(jìn)腦前體細(xì)胞增殖又能同時(shí)減輕AD病理的小分子[18,19]。

值得注意的是，有少數(shù)研究認(rèn)為，APα在AD的治療中可能具有雙相效應(yīng)，慢性持續(xù)APα暴露可產(chǎn)生有害的作用。成年小鼠持續(xù)給予APα后，神經(jīng)傳導(dǎo)、Aβ生成均增加、認(rèn)知能力下降，這些作用可能是通過GABA能機(jī)制發(fā)揮作用的[20]，即APα通過調(diào)節(jié)GABAA受體改變神經(jīng)元興奮性，導(dǎo)致神經(jīng)傳導(dǎo)降低，繼而使細(xì)胞內(nèi)Aβ寡聚體的水平改變并造成認(rèn)知損害。此外，應(yīng)激水平的APα還能通過抑制突觸活性，增加細(xì)胞內(nèi)Aβ。在轉(zhuǎn)基因 AβPP(Swe)PSEN1(ΔE9) AD小鼠模型中觀察到在慢性應(yīng)激水平的APα暴露3個(gè)月后，小鼠在Morris水迷宮中的學(xué)習(xí)能力受到損害。慢性APα治療增加了腦內(nèi)可溶性Aβ水平，而可溶性Aβ的增加可以作為病情進(jìn)展的標(biāo)志。但野生型小鼠的學(xué)習(xí)和記憶不受影響[21]。而具體的機(jī)制仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。嚴(yán)重慢性應(yīng)激狀態(tài)時(shí)持續(xù)增加的APα則與GABAA受體的下調(diào)和功能異常有關(guān)，并進(jìn)而導(dǎo)致記憶損害[22]。

3　APα的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制

3.1APα誘導(dǎo)神經(jīng)元發(fā)生和神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖作用APα對(duì)大腦的發(fā)育具有非常重要的作用[23]，這與3α-HSD在新生大鼠的大腦皮質(zhì)、中腦和后腦神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中活性很高相一致[24]。研究表明，APα不僅能夠在體外誘導(dǎo)大鼠海馬和人類腦皮質(zhì)神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖[25]，還能在體內(nèi)促進(jìn)老化和AD萎縮腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的增殖，并且APα 促神經(jīng)元增生作用具有劑量依賴和立體異構(gòu)的特性[26]。在3xTgAD小鼠模型中的研究發(fā)現(xiàn)，3xTgAD小鼠的海馬齒狀回顆粒下層和腦室下帶，神經(jīng)增殖的減慢與年齡相關(guān)的AD樣病理進(jìn)展密切相關(guān)，而經(jīng)過單次皮下注射10mg/kg APα后，神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖和進(jìn)一步的細(xì)胞存活增加，并與記憶的改善密切相關(guān)[12, 13]。神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖和進(jìn)一步的細(xì)胞存活可通過分析有絲分裂細(xì)胞包含的BrdU與DCX(未成熟的神經(jīng)元標(biāo)志)、NeuN(成熟神經(jīng)元標(biāo)志)的共定位。此外，有超過1/3的AD患者具有黑質(zhì)紋狀體通路異常表現(xiàn)，而補(bǔ)充APα也能夠逆轉(zhuǎn)AD小鼠模型黑質(zhì)區(qū)病變，并增加黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的數(shù)量[26,27]。另有報(bào)道，APα 促進(jìn)不與其他神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞接觸的海馬神經(jīng)元的衰退，但是對(duì)成功進(jìn)行接觸的海馬神經(jīng)元?jiǎng)t不具有此效應(yīng)，說明在神經(jīng)退行性疾病及中樞神經(jīng)損傷的修復(fù)過程中，APα可以促進(jìn)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)重建[28]。

此外， APα能夠增加促有絲分裂基因的表達(dá)，同時(shí)抑制阻礙細(xì)胞增殖基因的表達(dá)。研究表明，APα刺激發(fā)育中的顆粒細(xì)胞的增生是由GABAA受體介導(dǎo)的電壓門控的L-型鈣通道(voltage-gated L- typecalcium channels, VGLCC)和隨后鈣離子內(nèi)流的增加實(shí)現(xiàn)的，VGLCC阻滯藥硝苯地平可以阻礙APα誘導(dǎo)的顆粒細(xì)胞的增生[29, 30]。

3.2神經(jīng)甾體激素的抗神經(jīng)元凋亡作用神經(jīng)元凋亡是老年性腦萎縮的主要原因，也是包括AD、帕金森病、亨廷頓病和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化等神經(jīng)退行性疾病病理變化的基礎(chǔ)。多種神經(jīng)甾體激素包括DHEA 及DHEAS、APα 和PROG均參與了抗神經(jīng)元的凋亡作用[31]。其中，APα的抗凋亡作用主要與以下受體及信號(hào)途徑有關(guān)。

3.2.1對(duì)抗N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate, NMDA)受體同谷氨酸相似，NMDA 在與NMDA受體結(jié)合并激活該受體之后，能夠引起胞外Ca2+的快速內(nèi)流，同時(shí)激活一氧化氮合酶(nitric oxide synthase, NOS)，導(dǎo)致一氧化氮(nitric oxide, NO)的水平增加，觸發(fā)NMDA 誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用。APα 通過變構(gòu)調(diào)節(jié)NMDA受體達(dá)到削減NMDA受體誘導(dǎo)的神經(jīng)元興奮性毒性損傷，保護(hù)神經(jīng)元免于凋亡[32, 33]。

3.2.2調(diào)控GABAA受體APα與GABAA受體結(jié)合，通過GABAA受體變構(gòu)或誘導(dǎo)其α1和β2亞單位的表達(dá)來增強(qiáng)受體的抑制性作用。作為GABAA受體調(diào)節(jié)藥的APα 和DHEA，它們能夠通過抑制促細(xì)胞凋亡的效應(yīng)分子(細(xì)胞色素C 和Bax)來拮抗NMDA對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的興奮性毒性效應(yīng)，最終達(dá)到保護(hù)神經(jīng)元的目的[34]。上述作用可被GABAA受體拮抗藥荷包牡丹堿所逆轉(zhuǎn)[35]。

3.2.3其他APα能夠通過激活轉(zhuǎn)錄因子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein, CREB)和核因子κB(nuclear factor κB, NF-κB)來促進(jìn)抗凋亡基因Bcl-2的轉(zhuǎn)錄。在此過程中具有促存活作用的蛋白激酶C α/β作為Bcl-2的翻譯后激活劑也被激活。APα還能直接刺激具有神經(jīng)保護(hù)作用的兒茶酚胺的生物合成和釋放[36]。APα還可顯著抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)導(dǎo)孔(mitochondrial permeablity transition pore, mtPTP)電流并減少細(xì)胞色素C的釋放，而mtPTP是凋亡誘導(dǎo)神經(jīng)元減少的內(nèi)源性通路中的重要因素，其激活與細(xì)胞死亡密切相關(guān)[37]。

綜上所述，APα可以通過促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的增殖及減少其凋亡來改善AD的病理表現(xiàn)，并對(duì)疾病的進(jìn)展起到預(yù)防甚至逆轉(zhuǎn)的作用。目前，AD有效的預(yù)防和治療措施非常有限，而APα作為臨床預(yù)防和治療的備選藥物，無論是在基礎(chǔ)還是在臨床研究中都具有價(jià)值。

[1]Perl D P. Neuropathology of Alzheimer’s disease [J]. Mt Sinai J Med, 2010 , 77(1):32-42.

[2]Reitz C, Mayeux R. Alzheimer disease: epidemiology, diagnostic criteria, risk factors and biomarkers [J]. Biochem Pharmacol, 2014, 88(4):640-651.

[3]Melcangi R C, Panzica G C. Allopregnanolone: state of the art [J]. Prog Neurobiol, 2014, 113:1-5.

[4]Rupprecht R, Papadopoulos V, Rammes G,etal. Translocator protein (18 kDa) (TSPO) as a therapeutic target for neurological and psychiatric disorders [J]. Nat Rev Drug Discov, 2010, 9(12):971-988.

[5]Schumacher M, Mattern C, Ghoumari A,etal. Revisiting the roles of progesterone and allopregnanolone in the nervous system: resurgence of the progesterone receptors [J]. Prog Neurobiol, 2014, 113:6-39.

[6]Hosie A M, Wilkins M E, da Silva H M,etal. Endogenous neurosteroids regulate GABAA receptors through two discrete transmembrane sites [J]. Nature, 2006, 444(7118):486-489.

[7]Pinna G, Uzunova V, Matsumoto K,etal. Brain allopregnanolone regulates the potency of the GABA(A) receptor agonist muscimol [J]. Neuropharmacology, 2000, 39(3):440-448.

[8]Guidotti A, Dong E, Matsumoto K,etal. The socially-isolated mouse: a model to study the putative role of allopregnanolone and 5alpha-dihydroprogesterone in psychiatric disorders [J]. Brain Res Brain Res Rev, 2001, 37(1-3):110-115.

[9]Singh A, Kumar A. Possible GABAergic modulation in the protective effect of allopregnanolone on sleep deprivation-induced anxiety-like behavior and oxidative damage in mice [J]. Methods Find Exp Clin Pharmacol 2008，30(9):681-689.

[10]Naylor J C, Kilts J D, Hulette C M,etal. Allopregnanolone levels are reduced in temporal cortex in patients with Alzheimer's disease compared to cognitively intact control subjects [J]. Biochim Biophys Acta, 2010,1801(8):951-959.

[11]Marx C E, Trost W T, Shampine L J,etal. The neurosteroid allopregnanolone is reduced in prefrontal cortex in Alzheimer's disease [J]. Biol Psychiatry, 2006, 60(12):1287-1294.

[12]Singh M, Su C. Progesterone and neuroprotection [J]. Horm Behav, 2013, 63(2): 284-290.

[13]Singh C, Liu L, Wang J M,etal. Allopregnanolone restores hippocampal-dependent learning and memory and neural progenitor survival in aging 3xTgAD and nonTg mice [J]. Neurobiol Aging, 2012, 33(8):1493-1506.

[14]Wang J M, Singh C, Liu L,etal. Allopregnanolone reverses neurogenic and cognitive deficits in mouse model of Alzheimer’s disease [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107(14): 6498-6503.

[15]Ardeshiri A, Kelley M H, Korner I P,etal. Mechanism of progesterone neuroprotection of rat cerebellar Purkinje cells following oxygen-glucose deprivation [J]. Eur J Neurosci, 2006, 24(9):2567-2574.

[16]Irwin R W, Brinton R D. Allopregnanolone as regenerative therapeutic for Alzheimer's disease: translational development and clinical promise [J]. Prog Neurobiol, 2014, 113:40-55.

[17]Irwin R W, Solinsky C M, Loya C M,etal. Allopregnanolone preclinical acute pharmacokinetic and pharmacodynamic studies to predict tolerability and efficacy for Alzheimer’s disease [J]. PLoS One, 2015, 10(6):e0128313.

[18]Timby E, Balg?rd M, Nyberg S,etal. Pharmacokinetic and behavioral effects of allopregnanolone in healthy women[J]. Psychopharmacology (Berl), 2006, 186(3):414-424.

[19]Wang J M, Singh C, Liu L,etal. Allopregnanolone reverses neurogenic and cognitive deficits in mouse model of Alzheimer’s disease [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107(14):6498-6503.

[20]de Quervain D J, Poirier R, Wollmer M A,etal. Glucocorticoid-related genetic susceptibility for Alzheimer's disease [J]. Hum Mol Genet, 2004, 13(1):47-52.

[21]Bengtsson S K, Johansson M, B?ckstr?m T,etal. Chronic allopregnanolone treatment accelerates Alzheimer's disease development in AβPP(Swe)PSEN1(ΔE9) mice [J]. J Alzheimers Dis, 2012, 31(1):71-84.

[22]Rabinowitz A, Cohen SJ, Finn D A,etal. The neurosteroid allopregnanolone impairs object memory and contextual fear memory in male C57BL/6J mice [J]. Horm Behav, 2014, 66(2):238-246.

[23]Yawno T, Hirst J J, Castillo-Melendez M,etal. Role of neurosteroids in regulating cell death and proliferation in the late gestation fetal brain [J]. Neuroscience,2009, 163(3):838-847.

[24]Brinton R D. Neurosteroids as regenerative agents in the brain: therapeutic implications [J]. Nat Rev Endocrinol, 2013, 9(4):241-250.

[25]Wang J M, Johnston P B, Ball B G,etal. The neurosteroid allopregnanolone promotes proliferation of rodent and human neural progenitor cells and regulates cell-cycle gene and protein expression [J]. J Neurosci, 2005, 25(19):4706-4718.

[26]Sun C, Ou X, Farley J M,etal. Allopregnanolone increases the number of dopaminergic neurons in substantia nigra of a triple transgenic mouse model of Alzheimer’s disease [J]. Curr Alzheimer Res, 2012, 9(4):473-480.

[27]Guennoun R, Labombarda F, Gonzalez Deniselle M C,etal. Progesterone and allopregnanolone in the central nervous system: response to injury and implication for neuroprotection [J]. J Steroid Biochem Mol Biol, 2015, 146:48-61.

[28]Miri A, Daie K, Burdine R D,etal. Regression-based identification of behavior-encoding neurons during large-scale optical imaging of neural activity at cellular resolution [J]. J Neurophysiol, 2011, 105(2):964-980.

[29]Brinton R D, Wang J M. Preclinical analyses of the therapeutic potential of allopregnanolone to promote neurogenesis in vitro and in vivo in transgenic mouse model of Alzheimer’s disease [J].Curr Alzheimer Res, 2006, 3(1): 11-17.

[30]Wang J M, Brinton R D. Allopregnanolone-induced rise in intracellular calcium in embryonic hippocampal neurons parallels their proliferative potential [J]. BMC Neurosci, 2008, 9 (Suppl 2):S11.

[31]Leskiewicz M, Regulska M, Budziszewska B,etal. Effects of neurosteroids on hydrogen peroxide- and staurosporine-induced damage of human neuroblastoma SH-SY5Y cells [J]. J Neurosci Res, 2008, 86(6):1361-1370.

[32]Lockhart E M, Warner D S, Pearlstein R D,etal. Allopregnanolone attenuates N-methyl-D-aspartate-induced excitotoxicity and apoptosis in the human NT2 cell line in culture [J]. Neurosci Lett, 2002, 328(1):33-36.

[33]李賢慧,張新昌,王剛, 等. 神經(jīng)活性甾體別孕烯醇酮對(duì)腦皮質(zhì)神經(jīng)元損傷的保護(hù)作用 [J]. 中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志, 2011, 27(2):175-178.

[34]Xilouri M, Papazafiri P. Anti-apoptotic effects of allopregnanolone on P19 neurons [J]. Eur J Neurosci, 2006, 23(1):43-54.

[35]Gartside S E，Griffith N C，Kaura V，etal．The neurosteroid dehydroepiandrosterone ( DHEA) and its metabolites alter 5-HT neuronal activity via modulation of GABAA receptors [J]．J Psychopharmacol, 2010, 24(11): 1717-1724．

[36]Charalampopoulos I, Alexaki VI, Tsatsanis C,etal. Neurosteroids as endogenous inhibitors of neuronal cell apoptosis in aging [J]. Ann N Y Acad Sci, 2006, 1088:139-152.

[37]Sayeed I, Parvez S, Wali B,etal. Direct inhibition of the mitochondrial permeability transition pore: a possible mechanism for better neuroprotective effects of allopregnanolone over progesterone [J]. Brain Res, 2009, 1263:165-173.

(2015-02-28收稿2015-10-18修回)

(責(zé)任編輯岳建華)

張暉，博士，主治醫(yī)師。

1．100853北京，解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科；2．100142北京，空軍總醫(yī)院神經(jīng)外科

許百男，E-mail: bn_xu@yahoo.com

R964; R966