慢性应激、脑老化和认知功能障碍

　　作者：严为宏 孙晓江 作者单位：(上海交通大学医学院附属第六人民医院神经内科，上海 200233)

　　【关键词】 慢性应激;老化;认知功能;海马

　　应激一词，原为物理学术语，意为紧张或压力，首先由selye引入医学，表示在外界环境的各种压力(即不利因素或有害因素刺激)下，机体所处的一种状态，所出现的一系列反应。大量证据表明，应激会损害脑功能，从而导致个体精神智力方面的异常。随着人类期望寿命的延长，社会出现老龄化趋势，痴呆的发病率逐年提高，这已经成为现代社会很严重的健康问题，并且带来了极大的经济负担。近年来，有关应激对老化的负面影响以及应激与阿尔茨海默病(AD)等神经系统变性疾病的相关性也越来越受到关注。因此了解应激导致脑功能衰退和认知功能障碍的具体机制对于临床预防、治疗痴呆和关怀老年人的精神健康十分必要。在此，我们就上述机制的研究结果和相关理论作一综述。

　　1 神经内分泌反应

　　下丘脑垂体肾上腺皮质轴(HPA)是哺乳动物最主要的应激相关的神经内分泌系统〔1〕。通过HPA的作用，机体才能适应体内外的各种变化。糖皮质激素是HPA中与应激关系最为密切的激素，它的释放受到下丘脑室旁核分泌的促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的调控。CRH作用于垂体门脉系统，导致垂体释放促肾上腺皮质激素(ACTH)，最后导致肾上腺皮质分泌糖皮质激素。当威胁过去后，升高的糖皮质激素又能反过来作用于下丘脑和垂体，终止CRH和ACTH的释放，应激反应结束，以免过度的应激反应造成机体的损伤。因此，HPA实际上是一个负反馈系统。在脑和其他一些器官，糖皮质激素通过两种类型的受体发挥作用：盐皮质激素受体(MR)和糖皮质激素受体(GR)。MR几乎只存在于海马区，而GR糖皮质激素则广泛地分布在脑内，在海马、杏仁核和前额叶皮质区的密度尤其高。因为这些区域正是应激状态下糖皮质激素在脑内发挥作用的主要部位〔2〕。随着增龄，MR和GR逐渐减少。大量研究显示在人类或者啮齿类动物的正常老化过程中可以观察到一系列HPA负反馈作用减弱的表现，诸如糖皮质激素的基础水平增高，海马萎缩以及认知障碍〔1，3〕。文献报道，虽然糖皮质激素水平增高并非年龄老化的一个恒定特征，但确实与衰老加速过程中的认知功能减退相关〔3〕。例如AD患者的血浆糖皮质激素水平轻度增高并伴随明显的认知障碍〔1〕。而AD患者海马中两种糖皮质激素的受体与同龄对照组相比并无明显减少〔4〕。由此推测，正常老化和AD等病理性老化个体HPA负反馈调节能力减弱，更容易受到应激的负面影响。实验证明，应激后老年小鼠血浆ACTH水平增高，进而上调皮质酮的释放〔5〕。老年大鼠在孤独性应激后皮质酮水平持续增高〔6〕。AD转基因小鼠的实验研究显示，持续的糖皮质激素基础水平增高与应激的联合作用导致海马神经元的减少和认知功能障碍〔7〕。当然，并不是所有的应激都是有害的。目前认为，反复发生的、不可控制和不可逃避的应激刺激更容易致病〔8〕。用注射皮质酮的方法模拟应激的实验表明，给药3个月造成中年大鼠明显的空间记忆障碍，而年轻大鼠不受影响;改为给药1个月，中年大鼠也不受影响〔9〕。

　　除了HPA以外，脑内的5羟色胺能(5HT)系统与应激及应激所致的精神障碍也有密切关系〔10〕。许多研究证实，老年期脑内单胺能系统对应激的适应性减弱。Pardon等报道成年小鼠慢性温和应激后5HT 代谢产物5羟吲哚乙酸(5HIAA)在各脑区普遍下降，包括皮层、海马、纹状体和脑干，5HT降解酶单胺氧化酶A的活力也降低。而这一现象随着增龄逐渐减弱，到了老年期基本消失〔11〕。由此可见，脑内的5HT系统对应激的适应不良与年龄老化有关。银杏提取物EGb761能够部分改善老年小鼠应激情况下的认知障碍，同时降低脑内5HIAA水平〔11〕。同样的，孤独应激后年轻大鼠多巴胺(DA) 和 5HT的转化增加，而老年大鼠则无明显变化〔12〕。

　　无论是人类还是啮齿类动物，当HPA系统激活后，都可以发现脑内5HT系统的显著变化。实验证明，多种应激情况下，如电击足底，寒冷环境和束缚性应激等，不同脑区都出现5HT的转化和释放增加〔13〕。应激促使中缝背核(DRN)的5HT能神经元中cFos的表达增加，DRN和它的投射区，如海马和杏仁核，5HT释放明显增多〔14〕。但只有不可逃避的应激才会产生上述效应。肾上腺切除术后注射皮质酮，脑内色氨酸羟化酶活性升高，5HT转化增多〔15〕。可见，应激对于5HT系统的影响与糖皮质激素密切相关。此外，研究发现应激诱导的5HT输出增多主要来源于5HT的转化和释放增加，而不是DRN区5HT能神经元的生物电活动的变化〔16〕。反过来，大量研究表明，5HT系统对于糖皮质激素的分泌也有明显影响。免疫组化实验证实，下丘脑室旁核的神经元上存在有5HT1A受体，在此部位显微注射5HT1A受体激动剂8OHDPAT，可以通过激活5HT1A受体，引起ACTH的分泌〔17〕。动物实验和临床实验均显示，给予5HT1A受体激动剂，可以提高血浆ACTH和糖皮质激素水平〔18〕。由于5HT系统各种亚型受体功能的复杂性，可能还有很多受体亚型尚未发现，所以应激状态下HPA和5HT的相互关系及功能结果有待进一步研究和阐明。

　　2 海马神经发生

　　海马是个体执行学习记忆功能的重要结构，同时又与焦虑、抑郁等情绪障碍相关。海马区的神经元对应激损害特别敏感。影像学研究显示，应激和抑郁症导致海马体积缩小，可能与树突萎缩和神经元丢失有关〔19〕。动物实验结果提示应激和外源性的糖皮质激素显著抑制成年期海马神经发生(包括神经干细胞的增殖、分化、成熟和存活)，导致快速而持久的神经干细胞增殖减少〔20〕。20世纪60年代，人们才发现成年大鼠的大脑仍然能够持续产生新生的神经元。而此前一直认为成年后大脑神经元不再增殖。后续研究逐步证实室管膜下区(SVZ)和海马齿状回(DG)是包括人类在内的许多物种主要的神经发生部位。成年期神经元的增殖能力随着增龄逐渐减低。现阶段科学界密切关注的是如何解释这些新生神经元的功能。研究推测海马区的新生神经元与记忆有关。早先的实验已经证实，成年期海马区的新生细胞具有电生理功能，并最终迁移整合到颗粒细胞层，成为颗粒细胞。但是这些细胞在海马区的功能还不十分清楚，这也成为近几年的研究热点。最直接的方法是通过给予使DNA甲基化的药物甲基氧化偶氮甲醇(MAM)，阻止细胞分裂，抑制大鼠海马神经发生。实验结果发现给药组大鼠完成海马依赖性的学习任务的能力明显减退，而完成非海马依赖性的学习任务的能力没有变化。停药3 w后，大鼠海马神经发生恢复正常，同时伴随学习能力的提高。研究表明1～2 w左右的新生神经元对于海马依赖性的学习功能尤为重要。除了MAM，其他一些抑制海马神经发生的方法，如放射线照射，诱导去除神经干细胞的孤儿核受体TLX，也能引起海马依赖性学习记忆功能障碍〔21〕。成年期海马的神经发生受到许多内外因素的调节：内因包括局部环境的神经元活动、神经递质、生长因子和激素;外因包括环境强化、体力活动、应激、药物和热量限制等。其中促进的因素有丰富的生活环境、学习任务和抗抑郁药物等;抑制的因素有应激、年老和兴奋性氨基酸等〔22〕。

　　尽管海马神经发生随着增龄而递减，并导致年龄相关的认知损害〔23〕。 但是，迄今为止，海马神经发生与一些病理性脑老化疾病，如AD的关系还不清楚。尸检发现，AD患者海马区干细胞增殖增加〔24〕。而不同基因型的AD转基因小鼠的研究结果却不尽相同，多数研究显示AD模型的海马神经发生减少并与学习记忆功能减退有关〔25，26〕;但也有少数结果与之相反〔27〕。至于慢性应激对于AD等病理性脑老化疾病的发生和发展的影响，尽管有研究提示慢性应激对AD转基因模型动物认知功能的损害更加明显，但由于这方面的研究尚少，结论及相关的机制还未明确。“应激易感性”在发病机制中的确切作用有待进一步研究。

　　3 神经营养因子

　　应激和糖皮质激素都能使脑内神经营养因子，如神经生长因子(NGF)，脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养因子3(NT3) 的水平降低〔20〕。其中BDNF在脑内含量极为丰富，与应激、神经发生、突触可塑性和学习记忆功能密切相关〔28〕。Alfonso等报道，应激导致海马齿状回CREB(cAMP应答元件结合蛋白)活化下调〔29，30〕。而BDNF是受CREB调控的靶基因之一。应激后，啮齿类动物的一些脑区会出现BDNF的蛋白和基因表达下调〔29〕。研究表明，BDNF是应激情况下染色质重塑以及抗抑郁药物作用的关键环节。小鼠社会挫败性应激干预后，BDNF启动子区域组蛋白3亚单位持续甲基化，导致BDNF基因转录抑制。长期给予抗抑郁药物后，能够逆转BDNF mRNA减少，并且诱导组蛋白3亚单位乙酰化。但是抗抑郁药物并不能引起非应激组小鼠组蛋白的乙酰化〔31〕。BDNF对于维持脑内神经元的正常功能以及神经发生具有重要意义。研究证实慢性应激不仅抑制海马神经发生，还导致海马BDNF表达水平减低〔29，31〕;而BDNF表达的减少又与海马依赖的学习记忆功能减退有关〔32〕。由此推测，BDNF表达减少和海马神经发生抑制可能是慢性应激导致认知功能减退的机制之一。

　　综上所述，生理性和病理性脑老化过程中慢性应激对认知功能的负面影响涉及神经内分泌系统、海马神经发生和脑内神经营养因子水平等多种机制。明确上述机制，将有助于找到行之有效的干预方法，延缓脑老化，临床缓解和治愈AD等病理性脑老化疾病。

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