朱密1，2曾瑶池1胡敏予1
【关键词】脑损伤；高脂血症；番茄红素；研究进展
【中图分类号】R725【文献标识码】A【文章编号】1005-0515(2011)03-0210-02
胆固醇是维持细胞功能的一种关键物质，在脑内浓度非常高，其关系到神经突触的可塑性和神经的再生功能。诸多研究显示，高脂血症（hyperlipemia）可以导致脑损伤。血液胆固醇升高可引起脑动脉和毛细血管内皮细胞功能受损，加速动脉粥样硬化进展，降低脑血流，使脑代谢受损，从而增加认知功能障碍和痴呆的危险性。血液胆固醇升高也可直接引起与认知功能有关的神经元变性。因此，以防治高脂血症为靶点研究预防认知功能障碍、痴呆等疾病的发生、发展具有重要意义。
1脑胆固醇的生理功能
脑组织占体重的2%却含有全身20%的胆固醇，是人体中胆固醇含量最高的组织。脑组织中的胆固醇绝大部分以非酯化形式存在于鞘磷脂膜上。鞘磷脂的转换代谢率很低，结合在其上的胆固醇相当稳定，这对于形成和维持神经可塑性以及行使各种功能起着至关重要的作用。由于胆固醇不能通过血脑屏障，正常情况下脑胆固醇全部由神经元和神经胶质细胞原位合成，胆固醇合成的限速酶为β-羟-β-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(β-hydroxy-β-mathylglutaryl-CoAreducase，HMG-CoAR)。神经细胞自身合成其用于生长和突触形成的大部分胆固醇，神经细胞成熟后自身合成胆固醇的量减少，主要依靠神经胶质细胞(主要是星形胶质细胞)合成和分泌胆固醇。星形胶质细胞除自身合成胆固醇外，还能内吞由神经细胞凋亡和突触降解释放的胆固醇。星形胶质细胞内吞的游离胆固醇可以在酰基辅酶A-胆固醇酰基转移酶(acylcoenzymeA-cholesterolacyltransferase，ACAT)的作用下酯化储存，也可以与载脂蛋白E(apoproteinE，apoE)和磷脂形成复合体后转运至神经细胞，用于神经突触和树突的形成和重塑[1]，同时还可以反馈抑制HMG-CoAR。
脑内胆固醇含量与其合成量有关，也受其转化速度的影响。脑内至少有40%的胆固醇是在胆固醇-24S-羟化酶(Cholesterol-24S-hydroxylase，CYP46)的催化下，生成24S-羟基胆固醇(24S-hydroxycholesterol)，通过血脑屏障出脑，在肝脏代谢生成胆汁酸后排出体外。生长发育期间缺乏胆固醇，将导致严重的脑损伤、小脑畸形、智力低下。程度不同的智力障碍患者常伴随先天性胆固醇合成障碍，如Smith-Lemli-Opitzsyndrome综合症。
2高脂血症对脑的影响
高脂血症是指血浆中某类或某几类脂质或脂蛋白含量发生异常改变，主要包括高胆固醇(totalcholesterol，TC)，高甘油三酯（triglyceride，TG），高低密度脂蛋白-胆固醇（lowdensitylipoprotein，LDL-C）和低高密度脂蛋白-胆固醇（highdensitylipoprotein，HDL-C）。近年来有研究表明高脂血症是阿尔茨海默病(Alzheimerdisease，AD)发生、发展的重要因素之一。Yanagisawa等研究显示，AD病人血清中LDL-C水平显著升高，HDL-C水平显著降低。降低TC特别是服用他汀类药物可以降低发病的危险性，减缓AD认知障碍和影响AD进程。一项上百万名服用他汀类药物一年的人群的流行病学调研和英国一项300万名服用他汀类药物的人群的回顾性调查显示，服用他汀类药物的人群AD发病率比对照组降低70%[2]。进食引起动脉粥样硬化的食物可加重淀粉前体蛋白（amyloidproteinprecursor，APP）转基因小鼠学习能力的缺失。外周胆固醇稳态是脂蛋白和其受体相互作用的结果，低密度脂蛋白受体(lowdensitylipoproteinreceptor，LDLR)为保持胆固醇稳态所必需。Cao等[3]研究发现，LDLR基因敲除的Tg2576小鼠表现为高脂血症，并且其空间学习记忆能力损害加重。体内外研究发现胆固醇诱导破坏突触结构功能的可塑性[4]，将2%胆固醇饮食改为普通饮食，经过较长时间后，受损的突触可塑性可以发生逆转。血液胆固醇升高可引起脑动脉和毛细血管内皮细胞功能受损，降低脑血流量，影响脑代谢从而增加患认知功能障碍和痴呆等疾病的危险性；此外，血液胆固醇升高也可直接导致与认知功能有关的神经元变性，其生物学机制可能是血液胆固醇升高影响神经细胞APP代谢，加速β-淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）的产生和沉积，从而导致认知功能障碍。血液中胆固醇每增加10%，脑内Aβ斑块就会增加一倍，中年时期血胆固醇水平高的人群到晚年更容易发生认知功能障碍。Lesser等报道，患认知功能障碍老年人的血胆固醇和脑脊液胆固醇水平与对照组相比明显增高。体外细胞培养实验表明，无论用HMG-CoAR抑制剂抑制胆固醇的合成，还是用物理方法降低细胞内胆固醇，细胞Aβ含量都降低。血液胆固醇增高，脑中Aβ的生成会增加。脑神经元形态的改变和认知能力的下降都与Aβ升高有关，Aβ可介导信号转导途径的紊乱，最终引发细胞凋亡[5]。
3高脂血症与β-淀粉蛋白
Aβ在特定脑区内的异常沉积是AD的特征性病理变化，Aβ的产生与胆固醇关系密切。Aβ由淀粉样前体蛋白(amyliodprecursorprotein，APP)异常代谢后形成，是构成脑内神经毡中老年斑（senileplaque，其本质为退变的神经轴突围绕淀粉样物质，是AD的主要病理改变之一）的主要成份。血液胆固醇增高时，脑中Aβ的生成会增加。有研究发现，APP基因过度表达是Aβ沉积的原因[6]，快速衰老小鼠海马区β-APP、mRNA及APP蛋白含量随年龄增加而增加，海马APP过度表达与快速衰老小鼠记忆丧失有关。APP在体内有两种代谢途径，一条是非产生Aβ的代谢途径：先由α-分泌酶（α-secretase），分解产生较大的可溶性的N末端片断(sAPPα)和跨膜片断(C83)，后者再经γ分泌酶作用产生p3和另一胞内片断AICD(APPintracellardomain)。另一途经是产生Aβ的代谢途径：APP先经β分泌酶(beta-siteamyloidprecursorproteincleavageenzyme，BACE)的作用，产生一大的N末端(sAPPβ)和小的跨膜片断(C99)，后者再经γ分泌酶(γ-secretase)作用产生Aβ和另一胞内片断AICD。β分泌酶的活性与Aβ的产生有关。γ分泌酶可能会形成一种较长的Aβ，如Aβ42，它较常见的Aβ40更易形成聚合体。Aβ42和Aβ40的沉积是AD的早期病理性特征之一。在正常生理条件下产生的少量Aβ是可溶的，它的产生、降解和清除是一个动态平衡过程。但在AD患者脑内，这种平衡被破坏，Aβ通过自身聚集形成难溶的沉淀，并生成老年斑，这是发生AD的关键环节。
3.1β-淀粉蛋白对神经的毒性:诸多证据已表明，Aβ是各种诱发AD病因的共同通路，是AD形成和发展的关键因素。目前不少学者认为，Aβ在大脑皮层内的蓄积是AD病理发生过程中的一个早期必然事件，早于其他脑区损伤和临床症状数年。在发生顺序上，Aβ的出现早于神经纤维缠结，轴索缺乏营养等病理变化以及临床症状。最直接的证据是Aβ在一定条件下能表现出神经毒性。较高浓度的Aβ能引起神经元退化和死亡，并证实引起毒性的必需结构是其25~35位的氨基酸序列(Aβ25~35)。Aβ的神经毒性包括两个方面，一是增强或放大各种伤害性刺激如低糖、兴奋毒素、自由基等对细胞损伤的效应和敏感性；二是直接的细胞毒性。实验发现，多数细胞与Aβ接触后都表现出细胞肿胀、染色体浓缩、核内DNA断裂等细胞凋亡的典型形态和生化特点，仅在少数细胞内或与兴奋毒素共存时才表现出神经元肿胀、膜溶解、乳酸脱氢酶释放等坏死(necrosis)的特征。Aβ的神经毒性涉及到复杂的分子机制，主要包括诱导细胞凋亡，促使自由基的形成，破坏细胞内的Ca2+稳态，降低K+通道的功能，增强致炎细胞因子(cytokine)引起的炎症反应等。
3.2β-淀粉蛋白对钙离子稳态的影响:Aβ可在不同水平上干扰细胞信号的传递，导致细胞内Ca2+对激素及生长因子正常反应的丧失。Aβ可以促进电压敏感性Ca2+通道(voltage-sensibilitycalciumchannel，VSCC)开放，使细胞内[Ca2+]升高，还可解除Mg2+对NMDA受体通道的抑制作用，从而易化NMDA介导的Ca2+内流。Aβ25~35可以选择性地与NMDA受体结合，增强NMDA受体的功能，而NMDA受体是配体门控性离子通道，这是Ca2+内流的又一个重要途径。细胞内Ca2+外排主要通过Na+-Ca2+交换和Ca-ATP酶途径进行。研究证实，Aβ可抑制人海马突触膜上的Ca-ATP酶，也可直接作用于Na+-Ca2+交换体，抑制Na+-Ca2+交换，干扰Ca2+的转运。车宇等研究显示，海马神经元经Aβ12~40慢性处理后，胞内静息[Ca2+]i升高，且与Aβ12~40呈剂量依赖关系；快速给予Aβ12~40后引起细胞[Ca2+]i反应性升高，说明Aβ的毒性与胞内[Ca2+]升高并最终致钙平衡失调有关。神经元内Ca2+浓度的升高主要通过胞外Ca2+的进入和胞内钙库释放两种途径实现，有研究显示去除神经元外Ca2+可免除Aβ对其毒性，可见胞外Ca2+进入是Aβ引起胞内Ca2+升高的主要途径。Qi等证实，Aβ25~35和Aβ31~35片段可以抑制大鼠海马神经元的延迟整流K通道(IK)及BK通道电流。Aβ25~35对BK通道产生快速抑制效应将导致神经元兴奋性增高、放电频率增加和动作电位复极化减慢，这是引发细胞内钙超载的重要因素。
4几种植物提取物对脑的保护作用
4.1白藜芦醇:白藜芦醇(resveratro1)，化学名称为3，5，4-三羟基-1，-2二苯乙烯(trans-3，5，4'-trihydroxy-stilbene)，是一种含有茂类结构的多酚化合物。目前，国内外大多采用葡萄皮、葡萄籽和虎杖等植物为原料提取白藜芦醇。白藜芦醇具有多种生物活性和药理作用，如抗肿瘤、抗突变、抗炎、抗血栓、抗高血脂及抗脂质过氧化等。近来研究发现白藜芦醇可有效预防AD的发生。Luo[7]对AD大鼠模型的研究表明，白藜芦醇可以提高超过氧化物歧化酶(SOD)的活性，降低血清和脑内丙二醛(MDA)的水平，减弱乙酰胆碱酯酶活性和抑制海马促凋亡基因的表达，从而改善AD大鼠的认知能力，同时在实验中未见药物产生的副作用。Marambaud等[8]实验发现，白藜芦醇并不能抑制Aβ的产生，因为它对β-分泌酶和γ-分泌酶没有作用，但可以降解细胞内Aβ的含量。最近研究表明[9]，白藜芦醇除了可以通过激活蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)磷酸化对抗Aβ毒性作用外，还可以作用于大脑的脉络丛，此结合位点分泌甲状腺激素结合蛋白，这种蛋白可以阻止Aβ聚集，在维持老年人正常学习能力中起关键性作用。Kumar等[10]发现白藜芦醇可以显著减少大脑中的MDA和亚硝酸盐的水平，恢复还原型谷胱苷肽(reducedglutathionehormone，GSH)和乙酰胆碱酯酶(acetylcholineesterase，ACE)的活性，从而改善秋水仙碱诱导的认知功能缺损和氧化应激反应。白藜芦醇能改善β-淀粉样蛋白诱导的细胞毒性、促凋亡作用及细胞内活性氧中间产物蓄积，对神经细胞具有保护作用。
4.2番茄红素:番茄红素(lycopene)是人血清内的主要类胡萝卜素，含量为0.2μmol/L~1.06μmol/L，占血清类胡萝卜素总量的21%~43%，主要以异构体混合物形式存在，顺式异构体占多数。番茄红素抗家兔动脉粥样硬化[10,11]的研究表明番茄红素能有效地降低家兔血清TC、甘油三酯（triglyeride，TG）、低密度脂蛋白-胆固醇（lowdensitylipoprotein-cholesterol，LDL-C）水平，其效果与氟伐他汀钠相当。番茄红素能透过血脑屏障存在于中枢神经系统[11]。FoyCJ等研究表明血液中包括番茄红素在内的一系列抗氧化营养素的缺乏与帕金森病、血管源性痴呆、AD等神经系统退化性疾病有关。HsiaoG等研究显示：番茄红素对局部脑缺血具有保护作用，其主要通过抗氧化、清除自由基作用而抑制神经胶质细胞活性，缩小脑灌注损伤的面积。芬兰的一项调查研究显示血清番茄红素浓度与脑梗塞和脑出血的患病呈负相关。SuganumaH等研究显示：西红柿的摄入可以阻止神经退行性疾病的发生，如减少由1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氢吡啶和其他环境毒物诱导的帕金森氏病的发生、发展。最新研究[12]显示长期给予番茄红素口服，能显著改善糖尿病大鼠的认知缺陷，增加乙酰胆碱酯酶活性，并具有抗炎和抗氧化作用。
5结语
综上所述，高脂血症可以引起Aβ在脑部沉积，导致AD等疾病的发生；高脂血症早期即可伴随机体缺氧损害；高脂血症还可使红细胞膜脂质构成改变，影响膜的流动性，继而影响其变形性和携氧能力，这些病理改变均可影响脑的结构和功能。因此，研发含有能调节血脂的生物活性成分的功能性食物，在预防慢性病方面有广阔的应用前景。目前研究已表明，多种植物化学成分在预防和治疗神经退行性疾病和脑功能障碍方面具有一定功效，但其作用机制尚未阐明。另外，纯化的植物化学物与含活性成分的植物是否具有相同的健康促进作用尚有待证实。因此，进一步确定植物主要有效成分，阐明其作用机制，鉴定纯化成分的作用，是开发、利用具有神经保护作用植物成分的重要途径。
参考文献
[1]LeviO,LutjohannD,DevirA,etal.RegulationofhippocampalcholesterolmetabolismbyapoEandenvironmentalstimulation.Neurochemistry[J].2005,95:987-997
[2]MarxJ.Alzheimer'sdisease:BADfortheheart,BADforthemind.Science.2001,294:508-509
[3]CaoDF,FukuchiKI,WanHQ,etal.LackofLDLreceptoraggravateslearningdeficitsandamyloiddepositsinAlzheimertransgenicmice.NeurobiolAging[J].2006,11(27):1632-1640
[4]KoudinovAR,KoudinvaNV.Cholesterolhomeostasisfailureasaunifyingcauseofsynapticdegeneration[J].JNeurolSci.2005,29:30-33
[5]Rovelet-LecruxA,HannequinD,RauxG,etal.APPlocusduplicationcausesautosomaldominantearly-onsetAlzheimerdiseasewithcerebralamyloidangiopathy[J].NatGenet.2006,38(1):24-26
[6]SHEVTSOVPN,SHEVTSOVAEF,BURBAEVAGSH,eta1.DisturbedassemblyofhumancerebralmierotubulesinAlzheimer'sdisease[J].BullExpBiolMed.2006,141(2):265-268
[7]LuoL,HuangYM.EffectofresveratrolonthecognitiveabilityofAlzheimer'smice[J].ZhongNanDaXueXueBaoYiXueBao.2006,31(4):566-569
[8]MarambaudP,ZhaoH,DaviesP.ResveratrolpromotesclearanceofAlzheimer'sdiseaseamyloid-betapeptides[J].JBiolChem.2005,280(45):37377-37382
[9]BastianettoS,BrouilletteJ,QuirionR.NeuroprotectiveEffectsofNaturalProducts:InteractionwithIntracellularKinases.AmyloidPeptidesandaPossibleRoleforTransthyretin[J].NeurochemRes.2007,32(10):1720-1725
[10]KumarA,NaiduPS,SeghalN,etal.Neuroprotectiveeffectsofresveratrolagainstintracerebroventricularcolchicineinducedcognitiveimpairmentandoxidativestressinrats[J].Pharmacology.2007,79(1):17-26
[11]Rao.A.V.,Rao.L.G.Carotenoidsandhumanhealth.PharmacologicalResearch[J].2007,(55):207-216
[12]KuhadA,SethiR,ChopraK.Lycopeneattenuatesdiabetes-associatedcognitivedeclineinrats[J].LifeSci.2008,18(83):128-134
作者单位：410078中南大学公共卫生学院营养与食品卫生学系1
410138湖南警察学院刑事技术系2