内嗅皮质在阿尔茨海默病患者记忆损害发生和发展中的作用

2021
06/29

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古麻今醉
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【综述】

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是由多种因素引起的神经退行性疾病,表现为各脑区出现神经炎症、病理蛋白沉积及突触损伤,三者共同促进AD记忆损害的发生和发展。内嗅皮质(entorhinal cortex, EC)在记忆过程的各个阶段以及多种记忆类型中均发挥重要作用。更为重要的是,在AD患者记忆出现损害的早期即伴随EC病变,因而深入探讨EC在AD发病机制中的作用,以及早期针对EC进行干预的方法,对促进AD的治疗意义重大。


 

1 EC的结构和功能

     

EC位于海马旁回前段,由边缘内嗅皮质(lateral entorhinal cortex, LEC)和内侧内嗅皮质(medial entorhinal cortex, MEC)组成。EC与其他脑区之间存在大量的联系:LEC主要与嗅觉感受区域、岛叶皮质、中额叶皮质、眶额叶皮质及嗅周皮质发生联系;MEC则主要联系海马前下脚、海马旁下脚、后皮质层及嗅后皮质。其中,EC与海马、内侧前额叶皮质(medial prefrontal, mPFC)及前扣带回皮质(anterior cingulate cortex, ACC)的联系与其功能密切相关。EC到海马的投射有两条路径,分别始于EC的第二和第三皮质层,止于海马的齿状回(dentate gyrus, DG)和海马角1(cornu ammonis 1, CA1)区域。LEC和MEC与海马的联系发生在海马的不同皮质,LEC主要支配海马DG的外侧第三皮质层,投射至海马CA1末端,而MEC主要支配海马DG的中间第三皮质层,投射至海马CA1近端。另外,EC的表浅皮质层可投射至mPFC和ACC,深部皮质层接收来自mPFC和ACC的回返投射。


LEC和MEC在不同的记忆类型中发挥作用。LEC主要编码与单个物体相关的非空间信息,最近研究表明LEC也参与了时间信息编译 ;而MEC中的网格细胞则通过调整其结构分布和功能对动物当前的空间位置进行编码 。因此,MEC主要参与处理空间信息。海马将上述LEC和MEC编码的非空间和空间两类信息整合为何地发生何种事件。LEC和MEC对物体信息和空间信息的处理使EC在情景记忆和空间记忆中都至关重要。研究发现,情景记忆的形成主要包括即时事件信息的获取和事件信息与时空信息的整合两个过程,而EC主要在第1个过程中发挥作用 。除上述两种记忆类型外,EC在情绪记忆中也行使一定功能,具体表现为在跟踪条件恐惧实验中,MEC的第二、三皮质层的谷氨酸能神经元至CA1的投射发挥重要作用 。


EC与其他脑区之间存在丰富的信息交流,可对多个脑区的信息进行输入、处理和输出,具体表现为当感觉传入信息在EC表面皮质层汇聚后,其二、三皮质层将信息传输至海马各亚区,继而海马对传入信息进行处理,CA1和海马下托结构将输出信息传至EC第五皮质层,随后第五皮质层将信息广泛传至前脑皮质和皮质下区域 。正因如此,EC在记忆的3个环节,即记忆的形成、巩固和取回中均发挥重要作用。研究表明,CA1直接投射于MEC第五皮质层形成的环路受抑后,小鼠记忆形成受到显著影响 。记忆的巩固需要EC与多个脑区连接共同发挥作用。据报道,在记忆巩固阶段,LEC与mPFC缘前区域神经元存在相同的局部场电位频率,且与ACC单神经元活性同步升高,表明EC与mPFC和ACC的联系在记忆巩固阶段发挥关键作用 。在记忆取回阶段EC也发挥了关键作用。研究表明,抑制CA1与海马下托结构及MEC第五皮质层形成的环路可破坏小鼠的记忆取回过程 。而激活EC‑DG环路可改善小鼠已经受损的记忆取回能力 。


 

2 EC的改变与AD记忆损害密切相关

     

AD的临床病程可分为临床前期阶段、轻度认知功能障碍阶段和痴呆阶段。随着病情进展,AD患者的记忆、认知和自理能力不断恶化。在临床前期和轻度认知功能障碍阶段,AD患者仅表现为记忆能力受损,认知能力和日常自理能力尚未受到影响,而EC在结构和功能上已出现明显改变 。


2.1 影像学改变

现有研究表明,EC的结构和病理损害在AD早期记忆能力受损中扮演重要角色。从影像学宏观角度看,AD患者各脑区存在不同程度萎缩。结构影像学发现,EC在AD早期即出现萎缩,EC第二、三皮质层出现神经元严重丢失,达到各神经元总量的70%和40% ;定量MRI的研究也发现,EC的体积会随AD病情进展不断缩小 。据报道,EC萎缩率及基础厚度与记忆损害程度存在高度相关性 。有研究表明,AD前期EC脑区的区域脑血流量已出现明显减少 。上述研究结果充分说明EC在AD前期已出现结构和代谢障碍,明显早于其他脑区。


2.2 病理学改变

从病理改变的微观角度来看,AD患者脑内出现大量病理蛋白改变及突触改变。AD前期,EC即发生多种病理蛋白改变,主要表现为β‑淀粉样蛋白(amyloid‑β, Aβ)沉积、tau蛋白病变和神经纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFT)沉积。根据美国国家衰老研究所和AD协会标准的塔尔Aβ分期,Aβ病变进展分三阶段,即塔尔Aβ分期A1~A3。EC的评分为A1,表明它是出现Aβ沉积最早的脑区之一 。而tau蛋白和NFT在脑区的扩散也有先后顺序。据报道,在AD早期阶段,EC神经元的树突即有大量tau蛋白、NFT聚集,尤其集中在EC的第二、三层皮质,随后tau蛋白、NFT通过突触扩散至边缘皮质区域 。除上述两种经典的AD病理性蛋白改变以外,新近研究发现,在30%~70%的AD病例中出现反式激活应答区域DNA结合蛋白‑43(transactive response DNA‑binding protein‑43, TDP‑43)异常沉积,并与AD患者的记忆丢失高度相关 。在以TDP‑43为标准的AD疾病分期中,EC也是较早受累的脑区之一。


2.3 神经突触的改变

EC脑区的神经突触在AD早期也出现明显改变。脑发育蛋白A是一种代表性突触蛋白,在调节突触棘大小的过程中发挥重要作用。研究发现,在AD患者认知功能出现改变前,EC中脑发育蛋白A的表达急剧减少,且该变化早于其他躯体感觉皮质 。EC中γ‑氨基丁酸能神经元突触的γ‑氨基丁酸受体各亚基组成比例及再摄取转运体的表达在AD早期均发生改变 。EC第二皮质层锥体细胞与海马CA1区域中表达小清蛋白(parvalbumin, PV)的中间神经元形成的突触,即ECⅡPN‑CA1PV突触在AD早期也大量丢失 。


上述多种病理蛋白和突触的改变导致神经元突触损害和代谢功能下降,最终死亡。神经元大量丢失最终引起病变脑区厚度减少、体积萎缩,患者即出现记忆损害等临床症状。


2.4 记忆与认知功能改变

从EC与记忆和认知相关的功能角度来看,EC受损可引起AD患者多种类型的记忆障碍。Fu 等使用选择性EC脑区发生tau沉积的EC‑tau小鼠进行水迷宫和T迷宫实验,发现EC脑区tau蛋白沉积与小鼠空间记忆能力受损高度相关。临床研究也证实,在内侧颞叶所有脑区中,EC的tau蛋白沉积程度与情景记忆评分关系最为密切 。另有研究表明,在小鼠EC脑区选择性注射Aβ可导致小鼠的新奇物体识别能力及空间记忆能力明显受损 。


据报道,EC损害导致记忆受损可能与以下机制有关。在AD病理改变出现前,LEC的突触即出现过度兴奋,正常兴奋‑抑制平衡被扰乱,表达PV的中间神经元及胞体‑轴突末梢数量减少,进而导致记忆损害症状出现 ;LEC主要通过扇形细胞与海马DG进行连接,AD早期扇形细胞即受到淀粉样前体蛋白衍生肽的影响而出现兴奋频率下降,进而导致记忆形成受到影响 ;tau病变可导致背侧MEC兴奋性神经元丢失,网格细胞功能障碍,兴奋模式紊乱及兴奋频率降低,影响整个MEC网络的活性 。


 

3 针对EC的治疗可有效缓解AD病情

     

现有研究提示,针对EC的早期治疗可影响AD的发生和病程发展。动物实验表明,使用5‑羟色胺受体激动剂可明显减少EC中Aβ的沉积,减轻神经炎症反应,降低胶质细胞反应性,进而使认知功能得到改善。而且5‑羟色胺受体激动剂对EC的治疗作用较海马和前额叶皮质更为明显 。另有研究表明,长期抗氧化治疗也可通过减少EC中Aβ沉积、减轻慢性炎症反应和组织缺氧改善脑实质的血流灌注,从而改善认知能力 。此外,EC中广布神经降压素受体,使用神经降压素受体激动剂可有效易化EC表浅皮质层神经元的兴奋性,增强EC第二皮质层神经元的兴奋性突触后电位‑动作电位耦联,并持续地提高动作电位频率,进而改善动物的认知功能和记忆状态 。使用地西泮、唑吡坦等激活LEC中表达PV中间神经元的γ‑氨基丁酸受体,可有效抑制LEC神经元过度兴奋,改善兴奋‑抑制平衡 。


除药物干预外,采用深部脑刺激等物理干预手段对EC进行治疗可促进神经发生,减少Aβ的沉积,抑制总tau蛋白和磷酸化tau蛋白的形成,有效改善空间记忆以及情景记忆能力 。

关于基因治疗的研究发现,起源于EC的病理性tau蛋白可以外泌体的形式由小胶质细胞通过吞噬和分泌作用在邻近脑区之间进行传播。通过抑制鞘磷脂酶‑2减少外泌体的合成或直接敲除小鼠的小胶质细胞可显著抑制病理性tau蛋白的传播,改善病理性tau蛋白传播引起的神经兴奋性下降,从而改善认知记忆能力。该研究为痴呆症状的治疗提供了新的思路 。


 

4 总 结

     

EC在AD早期即发生结构和功能改变,随即记忆损害等临床症状出现,而针对EC进行的在体水平干预及治疗均可改善甚至逆转AD的认知功能恶化,说明EC在AD的预防和治疗中均具有举足轻重的作用。但目前临床上针对EC的治疗方法单一、效果有限,未来仍需进一步明确AD患者EC脑区中记忆损害发生的具体易感部位,寻找针对EC的特异性治疗方式,以更好地早期干预和治疗AD。



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关键词:
阿尔茨海默病,神经元,皮质,记忆,损害,脑区

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