學習記憶的分子藥理學

學習記憶分子藥理學

張均田中國醫(yī)學科學院藥物研究所

科學家致力于發(fā)現(xiàn)和開發(fā)認知功能改善藥已經(jīng)歷了漫長歲月，至今熱情不減，原因有二：其一，盡管人類的智能已越來越成熟，人類認識世界改造世界的本領已超過了他們得之自然的物質(zhì)實體，超出了生物所固有的限制，但就人類的每一分子來說，一般只能利用大腦潛力的十分之一；

就生理研究現(xiàn)狀來說，人類對自己智能的科學了解還很不夠，揭開“記憶之謎”，充分發(fā)掘和利用大腦功能，找出增進學習與記憶的方法和藥物，成為各國科學家孜孜以求的共同欲望。

其二，各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病無一例外地都出現(xiàn)認知功能障礙，老年人都為記憶減退所苦。在我國60歲以上的老人已超過一億人，這是一個多么大的數(shù)字？但目前臨床上治療認知障礙的藥物為數(shù)極少，或效果不佳，或毒副作用較大。近年來科學家證明患有輕度認知障礙（MCI）的病人比未出現(xiàn)MCI的病人死亡率高，發(fā)展為疾病的比例大；如能控制MCI，則發(fā)展為疾病的風險及死亡率大大降低。以上情況證明研制出有效安全的認知功能改善藥物至為必要和緊迫。一、認知功能的內(nèi)涵及其生物學意義認知是對外界事物的全面感知，包括感覺、知覺、思維、覺醒、注意、學習、記憶、判斷、想象、概念和語言等心理過程。其中，學習、記憶是核心內(nèi)容，所以，實驗研究和臨床研究往往以學習、記憶功能來代表認知功能。

學習至少可以分為四種形式：知覺學習、刺激-反應學習、運動性學習和關系性學習。

知覺學習是對世間萬物以及千變?nèi)f化的客觀環(huán)境進行鑒別和歸類；

刺激-反應學習是對特有的刺激進行特定的反應的能力，它既可以是一個簡單的自衛(wèi)反應，也可以是我們習得的一連串復雜的活動?？茖W家們對兩種主要的刺激-反應學習形式-經(jīng)典性條件反射和工具性條件反射進行了深入地研究；

運動性學習是刺激-反應學習的一個組成部分，是中樞的運動系統(tǒng)發(fā)生了改變；

關系性學習是習得不同刺激間關聯(lián)的過程，包括空間學習，情景學習，觀察學習。

總之，學習可以改變我們的知覺、行為以及思考的方式，讓我們獲得知識、信息，取得經(jīng)驗，感知和認識世界。

記憶是學習訓練的結果，通過學習而引起的行為變化被保留下來，并在需要時被提取出來，這就是記憶。

有些記憶僅保留幾秒鐘（稱為感覺記憶）；有些記憶可保留幾分鐘，幾小時，幾天，幾月乃至終生不忘。這類記憶又分為兩種，一種是比較不鞏固的，易忘的，不易回憶的，記憶的痕跡較弱，只能維持幾分種至幾小時，被稱為近期記憶；另一種是比較鞏固的，甚至保留終生的，在腦內(nèi)有較強的記憶痕跡，使儲存的信息能隨時被提取出來，如自己的姓名，日常用語等。

記憶有各種分類方法，按記憶的對象和回憶的方式可分為陳述性記憶和非陳述性記憶。

陳述性記憶是使人們記住事實和事件的過程，例如記住某人地址，想起你遇到過的某人的姓名，回憶起今天上午在哪里停車等，這一類型的學習也可稱為有意識的記憶或能用語言表達的記憶，與之相反；

非陳述性記憶被廣泛應用于各種學習過程，名括程序性技巧（打字、玩球等）條件反射（情緒反應，運動反應等）先導（潛意識記憶，能影響以后的行為）和習慣的形成（操作性條件反射-動物為獲得獎勵或濫用藥物而學會某一操作等），這類學習具有自主或反射的性質(zhì)，不能用語言表達出來。

綜上所述，學習和記憶的意義在于：人類所處的周圍環(huán)境和社會十分復雜，千變?nèi)f化，有了學習、記憶功能才能生存和正常生活，進行人員之間的溝通和了解。學習記憶帶給人類的最大恩惠是適應環(huán)境，認識世界進而改造世界，同時也改造人類自身。

除學習記憶外，其它心理因素對認知功能也十分重要。例如覺醒和注意是學習記憶的前題條件，一個學生在課堂上昏昏欲睡，他能聽到學到什么？注意力不集中，或注意力分散，他的學習效率明顯低下。多動癥兒童學習成績差，蓋因他患有注意缺陷。

再如，一個信息到達大腦，在作出反應前要對信息進行加工，想象、判斷、期待、推理等心理過程在信息加工過程中起重要作用。大腦首先要對到來的信息進行評估，同時回憶類似事件的早期經(jīng)驗，從已經(jīng)貯存了有關這方面的知識，想象可能出現(xiàn)的后果，或沒有預先貯存，但可依據(jù)已有的其他知識，以某種方式進行推想。這樣，便可對是否要作出反應進行重新評價，如果估計是好的，情緒變得活躍，歡樂，決定作出反應，接近目標，反之，情緒變得畏懼或表現(xiàn)出憤怒，決定不予反應或與之戰(zhàn)斗或逃走（詳見圖1）。

圖1從知覺到?jīng)Q定和行為

又如，語言、文字和符號是人類所特有和最重要的學習和思維方式。語言能促使人們使用概念進行思維，而不用具體的東西進行思維，這就大大簡化和促進了認知過程，人類的語言也有助于建立新的暫時聯(lián)系，即使沒有物質(zhì)的刺激人們也能根據(jù)第二信號系統(tǒng)形成很多的暫時聯(lián)系。文字進一步促進了了解的過程，使面對面的接觸變得并非是不可少的，使人類能把長期積累起來的知識和精神財富貯存起來，從一個人傳給另一個人，從這一代傳給下一代。二、認知功能的評價系統(tǒng)

目前學者們主張采用行為學和電生理學方法來評價藥物對認知功能的作用，這兩種方法結合起來使用比較合理、客觀和符合心理生理學原則，下面介紹采用這兩種方法的根據(jù)、原理和優(yōu)缺點。

學習記憶是一種心理過程，不可能直接測量，只有根據(jù)觀察到的刺激反應來推測腦內(nèi)發(fā)生的過程。對腦內(nèi)記憶過程的研究只能從人類或動物學習某項任務后間隔一定時間，測量他們的操作成績和反應時間來衡量這些過程的編碼形式、貯存量和他們依賴的條件等等。行為學方法：

研究學習記憶的行為學方法不下百余種，有懲罰性效應，有獎勵性效應，不管是哪種類型的學習記憶方法，其基礎都是條件反射，即內(nèi)在和外界刺激作用于感受器，轉換為神經(jīng)沖動，沿著傳入神經(jīng)到達中樞后，經(jīng)加工又沿著傳出神經(jīng)到達效應器（肌肉和腺體等）引起反應。

以回避性條件反射為例，小鼠從安全平臺跳下來會受到電刺激，電刺激引起的痛覺沿傳入神經(jīng)到達中樞，經(jīng)中樞識別這是一種傷害性刺激，于是沿著傳出神經(jīng)下達回避反應的指令，小鼠跳回安平臺，以逃避再次電刺激。聰明的小鼠能記住平臺下的銅柵有電，待在平臺上才安全。反復接受電刺激（稱為錯誤）說明學習成績差，或?qū)以怆姄舳惶踊仄脚_進行回避，說明有記憶障礙。

行為學測定操作簡單，可以定量測定潛伏期和錯誤次數(shù)，實驗時間短，短時間內(nèi)可完成百余只動物試驗，故廣為應用。其缺點是影響行為學結果的因素多，動物個體間的差異大，對測定的時間和環(huán)境因素要求嚴格，重復性差。

腦神經(jīng)元猶如其他細胞一樣，具有生物電。雖然這些電信號非常微弱，但經(jīng)放大后，輸入陰極射線示波器，便可被觀察或記錄下來。本實驗主要是利用電生理技術測定突觸長時程增強（longtermpotentiation,LTP）。LTP是指在一定強度和頻率的刺激下，突觸傳遞會增強，并維持較長的時間。LTP分為誘導，表達和維持三個時相。細胞外記錄LTP表現(xiàn)為場電位增大，峰電位（PS）幅度增大，潛伏期縮短。電生理實驗：

越來越多的資料顯示，海馬結構中的LTP現(xiàn)象與多種形式的學習記憶活動密切相關?，F(xiàn)普遍認為LTP是在突觸和細胞水平上的一種學習形式，是學習記憶的神經(jīng)生物學基礎。因此，它用于認知功能的評價是相當合理的。這一技術所需設備不多，操作不復雜，更為重要的是結果穩(wěn)定，重復性好，腦內(nèi)給藥只需很少量樣品。促智藥在臨床應用多為時間長和采用口服給藥，為符合臨床給藥情況，可采用清醒動物或自由活動大鼠進行口服給藥和LTP測量，這樣，既符合臨床給藥情況又可排除麻醉藥（麻醉鼠實驗）對LTP的影響。認知功能評價的一些特殊考慮：

1、各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病引起的記憶障礙的原因是不同的，有的病因比較單一，有的病因是綜合性的，在病程和發(fā)病機制上也有所不同。如果要研究發(fā)現(xiàn)一種針對某個疾病的認知功能改善藥，須作特殊考慮，也即在病理模型上要基本符合該病的病因和發(fā)病機制，用一般常規(guī)記憶障礙模型是不可取的。

例如老年癡呆，其主要臨床表現(xiàn)是進行性記憶和其他認知功能障礙，除了中樞膽堿系統(tǒng)的功能，結構的缺陷，還有Aβ、早老素、載脂蛋白E4，神經(jīng)纖維纏結和細胞內(nèi)鈣超載，自由基生成增多，興奮性毒性參與記憶障礙的形成。無論是應用東莨菪堿，缺血、缺氧、氧應激或損毀中樞膽堿神經(jīng)的模型都不能反映老年癡呆認知障礙的特點。

目前評價老年癡呆認知改善藥，最好采用APP轉基因鼠或老年鼠。前者可觀察到Aβ沉積，神經(jīng)元凋亡，腦內(nèi)乙酰膽堿及其受體密度下調(diào)和胞內(nèi)鈣超載、自由基、興奮性毒性等表現(xiàn)，這種鼠的記憶障礙隨年齡增長而加重；后者在生物、形態(tài)等方面與老年癡呆近似，有時也有Aβ沉積，其認知障礙也隨年齡增大而加重。要觀察藥物對符合該病的病因其他疾病認知障礙的影響，制做的模型也盡可能符合該疾病的病因和發(fā)病機制，在此不贅。2、全球科學家為發(fā)展認知功能改善藥進行了積極的探索和艱苦的努力，研究方向大致分為兩類：一類是研究開發(fā)認知障礙改善藥，用于疾病的治療，一類是研究尋找認知功能促進藥，后一類又稱為促智藥（nootropics），這個詞是從希臘noos（腦）和tropein（指向）組合而成，可釋作促智藥或向智藥。

從事和器重這類藥的科學家認為，促智藥應能促進學習記憶或?qū)p傷的學習或腦損傷起保護作用。可見，促智藥既能增進正常人的智力，又能預防認知障礙的光臨。應該指出的是，這類藥的研究必須采用正常動物包括成年鼠和幼年鼠，在觀察指標上也有特殊要求：（1）是否促進了神經(jīng)發(fā)育（2）是否提高了神經(jīng)可塑性如突觸可塑性，海馬神經(jīng)發(fā)生（3）是否啟動了神經(jīng)保護機制或神經(jīng)保護信號轉導途徑，前者如神經(jīng)營養(yǎng)因子的生成和表達，后者如cAMP-PKA-CREB磷酸化一轉錄和表達有神經(jīng)保護作用的基因產(chǎn)物。

三、學習、記憶的神經(jīng)生理生化和分子生物學機制3.1.學習、記憶的基本概念及神經(jīng)生理生化機制（一）學習學習是指新行為（經(jīng)驗）的獲得和發(fā)展。可分為以下的類型：1．慣性（habituation）2．聯(lián)合學習（associativelearning）（1）經(jīng)典性條件反射（classicalconditioning）（2）操作性條件反射（operantconditioning）（3）碰試或嘗試錯誤（trial&error）3．潛伏學習（latentlearning）4．頓悟?qū)W習（insightlearning）（1）期待（expectency）（2）完性知覺（Gestaltperception）（3）學習系列（learningsets）5．語言學習或第二信號系統(tǒng)的學習6．模仿（imitation）7．玩耍（play）8．銘記（imprinting）

在上述學習類型中，“慣化”是普遍存在于動物和人類的一種學習現(xiàn)象。有人認為“嘗試錯誤”是動物或人學習的一種基本規(guī)律，可是，也有人用實驗證明，動物并不總是靠盲目地嘗試錯誤解決問題，有時它可以突然抓到問題的關鍵，因而把這種學習叫做“頓悟”，還有像巴甫洛夫這樣的科學家根據(jù)條件反射實驗研究，認為學習的過程就是建立條件反射的過程。（二）記憶記憶是指習得的行為的保持和再現(xiàn)，記憶的過程可分為識記或獲得（registration或acquisition）、貯存和鞏固（store和consolidation）以及再現(xiàn)或再認（retrieval或recognition）三個階段。根據(jù)記憶的內(nèi)容，可分為形象記憶（表象記憶）和運動記憶（動作記憶）。根據(jù)記憶中信息貯存持續(xù)時間的長短，又可分為感覺記憶、短時記憶（又叫第一級記憶）和長時記憶（又分第二級記憶和第三級記憶）等類。關于人類各記憶類型的特征，可參看表1。表1人類各記憶類型的特征2感覺性記憶短時記憶第一級記憶長時記憶第二級記憶第三級記憶容量信息傳至感受器極其有限小很大很大保持少于1秒幾秒鐘幾分鐘至幾年永久儲存在感知中自動存入通過語言表達按先后到達順序存入需經(jīng)復習按語義和信息重要性加以儲存反復實踐再現(xiàn)限定于讀出速度迅速慢迅速信息類型感覺語言所有類型所有類型遺忘類型漸弱和消失新信息代替舊信息順行性和逆行性干擾可能無遺忘（三）學習、記憶的神經(jīng)生理生化機制1．神經(jīng)元機制神經(jīng)回路學說認為，學習過程是有許多神經(jīng)元群參加的，神經(jīng)元往往是以一定時空模式相互聯(lián)結起來以形成回路。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)特別是大腦皮層中存在大量閉合回路，它是實現(xiàn)學習記憶的最簡單的神經(jīng)回路。當這種回路中有神經(jīng)沖動反復運行時，便向四周傳遞興奮信息，從而形成反響回路（reverberatingcircuit）。該回路的形成，對學習記憶起著決定性作用。反響回路的活動可因無關信息的干擾，新信號的出現(xiàn)或其它原因終止回路的活動，故其持續(xù)時間是有限的。但如果反復運行的神經(jīng)沖動，帶來了有關突觸的結構改變，這時不穩(wěn)定的記憶痕跡便鞏固成為結構痕跡。激活相應的突觸即可再現(xiàn)記憶的內(nèi)容。神經(jīng)沖動反復運行的概念與人們的這一主觀體驗是一致的；我們?yōu)榱藢W習某件事，必須多次復習，也即讓它不斷地通過我們的意識，以求最終保持下來。

再一種理論認為，在學習過程中，突觸的效能發(fā)生了變化，或說產(chǎn)生了突觸傳遞的易化作用。已有許多實驗證明，在長短不同的一串強直刺激作為“條件”刺激作用于突觸后，同樣刺激引起的反應要比對照的大，此稱之為強直后強化（PTP）。PTP這一現(xiàn)象在神經(jīng)系統(tǒng)中較為常見。由于海馬被認為與人類記憶有較大關系，所以對海馬PTP的研究就格外引人注目。Bliss等證明，每隔半小時左右給一串強直刺激后，從海馬顆粒層細胞外記錄中觀察到，最初幾串強直刺激并不引起明顯的PTP，但隨著所給強直刺激的增多，PTP的幅度既高，持續(xù)時間也更長。其可能的機制是：突觸前軸突膜由于受到反復的刺激，導致動作電位幅度變大和突觸前鈣離子濃度升高，二者均使神經(jīng)遞質(zhì)釋放增多，突觸傳遞功能因而得到改善。Dolphin觀察到強直刺激引起的長期強化（LTP）伴有突觸前纖維谷氨酸釋放的持續(xù)增加，認為這一興奮性遞質(zhì)的釋放至少是LTP的一個機制。

另外，突觸的易化反映突觸部位的結構發(fā)生了改變。這一看法得到以下兩組實驗的支持：其一，小鼠于出生后立即被移去雙眼或飼養(yǎng)在黑暗環(huán)境里，由于視覺皮層廢用的結果，在組織學和功能上均見退行性改變；其二，Rosenzweig等觀察到，在豐富環(huán)境中生活30至160天的大鼠，其大腦皮層的重量及厚度較之枯燥環(huán)境和一般標準飼養(yǎng)組有明顯增加。幼鼠從斷乳開始在豐富的環(huán)境中生活僅4天，就可引起腦和皮層重量的明顯增加。其他作者得到相似的結果。并證明豐富環(huán)境中生活的大鼠皮層在微觀結構方面的變化表現(xiàn)為神經(jīng)元的樹突的長度和分支均增加以及膠質(zhì)細胞增多等。由這些微結構的變化，使人可以推測神經(jīng)元之間的相互聯(lián)系增加，反映某些新的聯(lián)系的建立，而膠質(zhì)細胞數(shù)量的增加可以對活躍的神經(jīng)元起到更好的支持作用。2．生化機制學習記憶的生化學說主要用來解釋長記憶的形成。該學說認為，通過學習而獲得的經(jīng)驗與行為，是由神經(jīng)元內(nèi)部的RNA分子的結構承擔貯存任務，也即通過細胞核特殊RNA結構變化的密碼使新的經(jīng)驗長久保存下來。Hyden在不同種動物中進行不同要求的學習訓練時，發(fā)現(xiàn)在訓練所要求的腦的相應機能部位中RNA增加，其增加的程度與訓練時間成正比。另有實驗證明，在某類學習過程中RNA的四種核苷酸組不能排除這種改變純系非特異性的。

為了尋找RNA與學習、記憶的特異性關系，有人進行了所謂“記憶遷移”的實驗，即從受過某種訓練而具有某種經(jīng)驗的動物腦中提取RNA而后將這種RNA注射到未經(jīng)訓練的動物身上，看其能否較容易地獲得那種經(jīng)驗，雖有的實驗結果是陽性的，但重復性很低。關于記憶物質(zhì)的另外一種假定，即認為存在著某種特殊的蛋白質(zhì)承擔記憶貯存任務。人的大腦可以產(chǎn)生100×109個不同的蛋白質(zhì)。通過學習產(chǎn)生的新蛋白質(zhì)在幾分鐘內(nèi)即可構成記憶系統(tǒng)。反之，用蛋白質(zhì)合成抑制劑如嘌呤霉素，環(huán)己酰亞胺、茴香霉素等觀察到，腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成受到明顯抑制時，記憶過程也遭到破壞。

但持反對意見的也甚多：（1）蛋白質(zhì)合成受抑制及其引起記憶障礙的程度之間往往無平行關系；（2）蛋白質(zhì)合成抑制劑在引起記憶障礙的同時，機體正常組織也蒙受損害，不能排除非特異性因素影響；（3）一些化學藥品可拮抗蛋白質(zhì)合成抑制劑引起的記憶缺失，但這些藥品并不影響蛋白質(zhì)的合成。盡管如此，一般仍認為新蛋白質(zhì)的合成的學習中有重要意義。3．神經(jīng)遞質(zhì)、激素和肽類物質(zhì)的作用

膽堿能系統(tǒng)與記憶過程密切相關，膽堿能突觸（主要是M型）可能是記憶貯存的內(nèi)存系統(tǒng)之一。兒茶酚胺類系統(tǒng)（主要是α-腎上腺能激活系統(tǒng)和多巴胺能神經(jīng)激活系統(tǒng)）可能不包含記憶的徑路，但具有外在調(diào)節(jié)作用，這類作用很可能與動機、情緒和覺醒有關。相反，5-HT和GABA可能阻抑學習和記憶。

已知可影響學習、記憶的神經(jīng)肽包括：血管加壓素，催產(chǎn)素，ACTH，MSH，賴氨酸垂體激素，促甲狀腺激素釋放激素，促黃體素釋放激素和腦啡肽類等。目前以ACTH、加壓素和鴉片肽類研究最多。在肽類研究中，有幾點進展：（1）它們對學習記憶的作用與其經(jīng)典的生理活性無關。（2）ACTH和MSH的活性片斷均為ACTH4~10。

（3）上述許多肽類物質(zhì)已人工合成成功并合成了大量類似物和衍生物。構效關系的研究為找出活性基團和指導新藥尋找起到很大作用。例如ACTH4~9，其8位精氨酸由賴氨酸取代，9位色氨酸由苯丙氨酸取代和甲硫氨酸殘基的-SCH3氧化成為—S＝O或變成SO2，其行為活性增加1,000倍。又如血管加壓素，已弄清N-末端的環(huán)結構主要影響記憶的鞏固，而C-末端氨基酸與記憶再現(xiàn)有關。（4）關于下丘腦肽如ACTH、MSH和血管加壓素等促進學習記憶的機制，據(jù)認為與腦內(nèi)新蛋白質(zhì)合成有關。但也有人認為加壓素主要是通過去甲腎上腺素能系統(tǒng)而發(fā)揮作用。鴉片樣肽對學習記憶的作用可能是影響情緒、動機和引起欣快等的結果。3.2藥物作用與神經(jīng)可塑性神經(jīng)可塑性是神經(jīng)系統(tǒng)的基本特征之一，是現(xiàn)代神經(jīng)生物學的熱點之一。神經(jīng)可塑性是指中樞神經(jīng)系統(tǒng)在形態(tài)結構和功能活動上的可修飾性，它體現(xiàn)在神經(jīng)細胞新生、突起再生、突觸可塑、神經(jīng)網(wǎng)絡重組和功能腦區(qū)轉移等，其生化改變涉及神經(jīng)遞質(zhì)、調(diào)質(zhì)及其受體、神經(jīng)營養(yǎng)因子、基因、蛋白等等。它的這一特點使它具有延緩衰老、延緩疾病發(fā)展過程或加快疾病康復等作用。神經(jīng)可塑性的主要表現(xiàn)是突觸可塑性，突觸可塑性分為突觸結構可塑性和突觸功能可塑性。前者指突觸形態(tài)的改變、新的突觸連接形成和突觸功能的建立，是一持續(xù)時間較長的可塑性，后者是指突觸的反復活動引致突觸傳遞效率的增加或降低，包括長時程增強（LTP）和長時程抑制（LTD），這二者被認為是學習記憶的神經(jīng)生物學基礎。神經(jīng)可塑性研究的一項重要發(fā)現(xiàn)是成年哺乳動物的齒狀回中仍保有一群具有自我分裂、增殖和分化成神經(jīng)元的前體細胞，增生后分化成神經(jīng)元移入顆粒層伸出軸突到苔蘚纖維通路組成突觸連接，在生理條件下這些細胞的再生能力很低，但特殊的環(huán)境和某些病理條件以及某些生成因子作用下增殖水平急劇升高產(chǎn)生大量新生神經(jīng)元，這是最有意義、最完美的神經(jīng)可塑性。認知功能障礙的治療：認知是大腦對外界事物的全面感知，包括感覺、知覺、思維、注意、學習、推理、判斷、想象、概念和語言等心理過程，是腦的高級功能，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病無一例外地都出現(xiàn)認知功能障礙。治療認知功能障礙的基礎是提高神經(jīng)可塑性，包括提高突觸效能和結構可塑性，啟用閑置神經(jīng)通路或促進新的有效神經(jīng)通路的形成，合成和釋放乙酰膽堿等易化學習記憶的物質(zhì)，刺激神經(jīng)干細胞增殖和分化成新的神經(jīng)元等等。抑郁癥的治療：抑郁癥是人類常見的情感性障礙疾病。過去認為主要病因是單胺類神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)，現(xiàn)代研究已探明抑郁癥的產(chǎn)生的主要發(fā)病機制是興奮性氨基酸和腎上腺皮質(zhì)酮釋放和BDNF表達降低，導致能量耗竭，神經(jīng)發(fā)生受抑制加速海馬神經(jīng)元萎縮以及神經(jīng)細胞凋亡，抗抑郁藥治療可上調(diào)BDNF表達，抑制興奮性氨基酸和腎上腺皮質(zhì)酮的釋放，從而抑制細胞凋亡，增加神經(jīng)發(fā)生。腦卒中和腦外傷的康復治療腦卒中和腦外傷的治療原則是基于下述理論：神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結果，豐富環(huán)境對腦發(fā)育和腦損傷修復有顯著的促進作用，也即豐富環(huán)境可刺激和引起神經(jīng)可塑性的變化。豐富環(huán)境是復雜的無生命物與社會刺激的復合體，例如動物的飼養(yǎng)空間增大，內(nèi)置物體豐富而新奇，成員較多，不僅提供了多感官刺激和運動的機會，而且賦予了相互間社交行為的可能，眾多的研究證實，豐富環(huán)境可引起神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)結構的變化如腦質(zhì)量增加、體積增大、皮質(zhì)增厚，腦血管生成也有增加，重要的形態(tài)學改變包括神經(jīng)元樹突變長，樹突狀分支增加，樹突棘數(shù)目增多，軸突增多，新突觸連接形成增多，豐富環(huán)境還可引起神經(jīng)生長因子、離子型谷氨酸受體和即早基因的變化。因而豐富的康復訓練是治療腦卒中腦外傷后遺癥，加速康復的基本原則。此外，值得提出的是一些中藥及有效或分能模擬豐富環(huán)境引起的有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用。3.3認知功能與神經(jīng)發(fā)生認知功能障礙的根本原因是腦組織受損、神經(jīng)細胞丟失，成年腦的海馬組織保留一群神經(jīng)干細胞，它具有自我分裂的能力并能分化成神經(jīng)細胞和膠質(zhì)細胞。有學者研究認為每天由神經(jīng)干細胞產(chǎn)生的神經(jīng)元有數(shù)千之多，它的增加對保持認知功能有關，調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生的因素有以下幾種：1．年齡和性別嚙齒動物神經(jīng)發(fā)生隨年齡增大而減少，如DG大鼠21月齡時的顆粒層的神經(jīng)前體細胞數(shù)減少到6月齡的10%，在雌性鼠雌激素能刺激神經(jīng)發(fā)生，月經(jīng)前雌激素水平最高，新產(chǎn)生的神經(jīng)元增多，此外，懷孕和哺乳期的神經(jīng)發(fā)生也增多。2．環(huán)境因素學習和豐富環(huán)境刺激神經(jīng)發(fā)生，相反，枯燥環(huán)境和應激減少神經(jīng)發(fā)生，不過環(huán)境因素對神經(jīng)發(fā)生的影響因動物品種而異，如應激素引起大鼠DG神經(jīng)發(fā)生減少，卻引起小鼠DG神經(jīng)發(fā)生增加。3．飲食如饑餓使神經(jīng)發(fā)生增加，飲酒過多使海馬神經(jīng)發(fā)生減少。4．生長因子bFGF可使SVZ前體細胞增殖，增加神經(jīng)發(fā)生的其它生長因子包括BDNF，VEGF（血管內(nèi)皮生長因子）IGF-1（胰島素樣生長因子-1）。5．腦中病理條件中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患和損傷均能影響神經(jīng)發(fā)生、蒙古沙鼠全腦缺血10分鐘12周后齒狀回的細胞增殖增加了12倍，腦損傷也增加神經(jīng)發(fā)生，最近有研究證明，腦損傷后SVZ的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的增殖能持續(xù)至少一年，癲癇也增加鼠齒狀回神經(jīng)發(fā)生。神經(jīng)退行性疾病為AD，HD抑制神經(jīng)發(fā)生，但也有相反的報道。人類干細胞的臨床應用前景有關干細胞的生物醫(yī)學研究才剛剛開始，但該領域的進展十分迅猛。經(jīng)過多年的基礎研究之后，現(xiàn)在，科學家們已開始將干細胞作為一種疾病治療的工具和基礎進行探討。首先，干細胞可以替代在疾病中損傷的細胞。關于這一點，最常被討論的是干細胞在移植治療方面的潛在應用價值，換句話說，就是干細胞可以用來替代那些因疾病和外傷而受到損傷的組織。第二，在胚胎發(fā)育學領域，胚胎干細胞無疑是一個非常重要的研究工具。通過對胚胎干細胞的深入探討，我們有可能能夠搞清，在胚胎發(fā)育過程中一些基因和生長因子等分子所起的作用。第三，干細胞可以充當基因載體，將基因或一些神經(jīng)營養(yǎng)因子帶入到特定的腦區(qū)。最后，篩選可能的治療性藥物，發(fā)現(xiàn)有毒物質(zhì)和發(fā)展基因操作的新方法等方面的研究，也要依賴于干細胞相關工作。下面，我們將重點介紹人類干細胞的應用前景。1．腫瘤研究干細胞治療是腫瘤研究的一個重要領域。人類多能干細胞對腫瘤研究和降低腫瘤負擔是十分重要的。主要原因有以下兩點。第一，多能干細胞可以被用于對抗癌癥治療中細胞毒藥物引起的毒副作用。目前，骨髓和外周血多能干細胞已被用于高劑量化療后病人造血和免疫系統(tǒng)的重建。但實際上，多能干細胞對于骨髓移植患者免疫反應性的完全重建，可能有著更大的潛在價值，這就意味著，它們可能有助于腫瘤的免疫或疫苗研究的發(fā)展。此外，癌癥化療對其他組織器官造成的損害，也可以通過補充相應的干細胞得到緩解，例如，給患者的心肌注射多能干細胞可能能夠達到永久性地逆轉某些化療藥物引起的心肌毒作用，而向病人腦內(nèi)注射由多能干細胞分化產(chǎn)生的神經(jīng)細胞也同樣可以重建由于腫瘤治療而損傷的腦功能。第二，由于腫瘤細胞具備某些干細胞特性，特別是自我更新能力，因此，對干細胞的分子生物學特性的深入研究，將有助于科學家們理解，在強烈化療之后為什么腫瘤細胞依然能夠存活，進而找到能夠解決該問題的腫瘤治療方法。2．神經(jīng)功能紊亂、衰老、中風和脊髓損傷臨床醫(yī)學方面，干細胞研究在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中的潛在意義遠遠大于其他領域。一個很明顯的原因就在于，諸如帕金森病，阿爾茨海默病，脊髓損傷，中風，腦外傷和多發(fā)性硬化等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理表現(xiàn)無一例外都涉及到了神經(jīng)細胞的丟失。在這種情況下，由人類多能干細胞分化來的的類型的神經(jīng)細胞移植，不僅可以替代那些丟失的細胞，而且能夠引起功能的恢復。3．帕金森病在帕金林病治療方面，以干細胞為基礎的治療方式，給各種以重建中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能為目的的研究提供了一很好的范例。與其他紊亂相類似，細胞移植和營養(yǎng)因子導入兩方面的工作都在進展之中，而且初步結果顯示，兩種策略都有成功的希望，特別是胎腦相應組織的移植工作，結果十分令人鼓舞。體內(nèi)數(shù)據(jù)表明，植入的神經(jīng)元有活性，而且在其軸突所到之處，多巴胺合成和釋放得以恢復至接近正常的水平；相應地，在嚙齒類動物和猴子的疾病模型上，動物的行為缺陷也有明顯的改善。很顯然，功能的改善依賴于植入細胞與宿主紋狀體之間特定的相互關聯(lián)的建立，以及植入細胞的長期存活。4．亨廷頓病亨廷頓病是先天遺傳性疾病，是一種由于對缺陷的亨廷頓蛋白異常處理而導致的進行性神經(jīng)退行性病變，受累部位主要在紋狀體和皮層兩處。該病的許多癥狀都是由于缺乏從紋狀體發(fā)往其他諸如蒼白球等處的抑制性神經(jīng)連接造成的，因而細胞替代治療的目標就是希望能夠重建這些抑制性聯(lián)系。由于丟失的神經(jīng)元位于結構復雜的皮層-紋狀體-蒼白球環(huán)路之中，因此植入神經(jīng)元發(fā)揮正常功能不僅有賴于與合適的突觸后靶點形成聯(lián)系，而且還要依靠接受正確的傳入信號。研究表明，來自發(fā)育中的胚胎前腦紋狀體原基的前體細胞植入后，可以在植入部位形成一個類似紋狀體的結構，該結構中的某些細胞可進一步分化為成熟的紋狀體投影神經(jīng)元，該種神經(jīng)元接受來自皮層、丘腦和黑質(zhì)等處的突觸傳入信號，并向去神經(jīng)支配的蒼白球發(fā)出GABA能的神經(jīng)突觸。這種在神經(jīng)傳導環(huán)路水平的重建，足以逆轉疾病造成的動作和認知等方面的損傷，這一點在大鼠模型和紋狀體結構更為復雜的猴子模型上均已看到。事實上，在大鼠的HD模型中，植入細胞甚至能夠重建動物形成和維持某些動作習慣的能力，而該能力無論在動物還是人類都被認為是一種依賴于紋狀體的程序性的學習過程。該現(xiàn)象提示我們，植入的紋狀體原基能夠重建動物的習慣形成系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)還能夠整合并連接于宿主動物的皮層-紋狀體神經(jīng)環(huán)路之中。5．中風腦局部發(fā)生缺血性損傷之后，細胞移植能否重建被破壞的神經(jīng)環(huán)路，并最終引發(fā)功能的恢復呢？在全腦缺血模型中，以上設想至少在某種程度上是實現(xiàn)了。該研究將來自胚胎海馬組織的細胞植入了受損大鼠海馬的CA1區(qū)，如果移植細胞來自同種屬大鼠的CA1區(qū)域，并且能夠建立移植物-宿主之間的相互連接的話，動物的功能恢復是十分顯著的。在局部缺血動物模型中，將胚胎皮層細胞移植入梗死的皮層之后，移入細胞能夠接受到來自皮層、丘腦和皮層下神經(jīng)核的傳入信號，但由它向宿主腦內(nèi)發(fā)出的傳出信號卻極少。在該實驗中，只有當接受移植的動物被喂養(yǎng)于豐富環(huán)境之中時，方可表現(xiàn)出功能的改善，具體的機制目前還未明確。6．脊髓損傷近來，有一些研究者開始嘗試著用干細胞替代受損丟失的髓鞘形成細胞，例如，在嚙齒類動物體內(nèi)，他們已觀察到干細胞的確有助于髓鞘的再生。在實驗中，他們用化學方法制造了大鼠的脫髓鞘模型，然后在受損局部植入了小鼠的胚胎干細胞，結果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，植入干細胞組動物后肢又重獲了一定的活動能力，但他們卻無法確定，這種功能的有限恢復，到底是由于髓鞘再生還是由該治療所造成的其他未確定的營養(yǎng)效應所致。7．精神和行為紊亂大量證據(jù)表明，精神分裂癥、孤獨癥、躁狂-抑郁癥以及一些記憶障礙等精神行為紊亂性疾患的病因都是腦內(nèi)神經(jīng)通路或化學遞質(zhì)的永久性破壞造成的?？茖W家們正在謀略搞清這些腦功能的破壞究竟發(fā)生于何處，又騍怎樣發(fā)生的。例如，有人利用非人類的靈長類動物模型探討了這樣一個假說的可能性，即造成精神分裂的原因，是在人類發(fā)育的某階段成熟的腦細胞受到了損害。如果這一假說受到了支持，多能干細胞的研究便提供了一個窗口，從這一窗口，我們不但能夠看到在精神分裂病人的腦中，究竟是什么發(fā)生了異常改變，而且可以尋找那些能夠糾正這一致命性疾病的措施。相似地，對于像孤獨癥等發(fā)育紊亂性疾病的治療，干細胞研究也同樣提供了一線希望。綜上所述，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中，干細胞研究的前景是十分樂觀的，但同時，我們也面臨著許多重大的障礙。例如控制著干細胞存活和分化的精確的因素以及如何把細胞導入人籬中某些合適的部位，等等。而要想解決這些問題，我們就必須深入了解神經(jīng)系統(tǒng)干細胞的基本生物學特性，并盡快把我們所得到的知識運用于疾病治療當中去。干細胞研究中尚未解決的問題：盡管我們對干細胞的了解越來越全面深入，該領域仍存在許多亟待解決的問題。（1）成體干細胞到底有多種，它們存在于哪些組織上？體內(nèi)成體干細胞的來源何在？它們是胚胎干細胞的殘留，還是產(chǎn)生于其他方式？處在已分化細胞的烏黑之中，它們是如何保持未分化狀態(tài)的？（2）控制人類胚胎干細胞在體外進行無分化增殖的機制是什么？抑制干細胞分化的細胞內(nèi)存調(diào)控機制如何？（3）調(diào)節(jié)干細胞分化向某一特定方向進行的內(nèi)存因素是什么？這些細胞內(nèi)存的調(diào)節(jié)子是怎樣受微環(huán)境或位置影響的？正常情況下，干細胞位于何處？（4）可否通過對成體干細胞進行某種操作，使得它們在培養(yǎng)條件下的增殖能力得以提高，從而使成體干細胞能夠為各種移植提供充足的可選擇細胞？（5）成體干細胞的可塑性在正常機體內(nèi)可以發(fā)生嗎？該性質(zhì)是否只是體外培養(yǎng)造成的一種假象？如果正常機體內(nèi)的成體干細胞也具有可塑性，那么，它是否成體干細胞的一種基本特性？調(diào)控有可塑性的干細胞增殖和分化的信號是什么？（6）決定干細胞向著損傷或病變組織遷移的所謂“歸巢”現(xiàn)象的因素有哪些？（7）干細胞處于分化的哪一級階段時最有利于移植操作？該分化階段是否適用于所有的移植應用，或者不同的應用要求不同的干細胞分化狀態(tài)？（8）人類ES細胞的遺傳印記狀態(tài)對保持該細胞的增殖，誘導其分化，確定它是否適于移植等方面有無重要作用？（9）存在通用的干細胞嗎？或者說，存在一種能夠產(chǎn)生任何器官和組織細胞的干細胞嗎？干細胞生物學目前還只是處于初期階段，因此我們無法預言干細胞應用的將來。迄今為止的研究結果也使我們無法斷言，對細胞進行怎樣的操作是能夠滿足基礎研究和臨床應用？這些工作中最合適的細胞來源到底是來自胚胎，胎兒還是成體的干細胞？對這些問題的回答將有賴于更多研究結果的出現(xiàn)。四、腦內(nèi)信使及信號轉導途徑

學習記憶功能是人類適應環(huán)境、自身生存和繁衍后代的需要，是認識自然、征服自然、改造自然的需要。而腦內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)的信號傳導是學習記憶等各種腦功能的物質(zhì)基礎。腦內(nèi)細胞間的信號傳導是通過突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的受體結合，將信號——神經(jīng)沖動——從一個神經(jīng)細胞傳至另一個細胞，以實現(xiàn)神經(jīng)的信號傳導功能。促進或抑制神經(jīng)遞質(zhì)的合成、分泌、調(diào)節(jié)的作用，不僅可以影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能，而且還可防治神經(jīng)系統(tǒng)疾病。這對神經(jīng)、精神系統(tǒng)新藥的研究和開發(fā)也有著十分重要的意義。

學習記憶相關信號傳導途徑的意義信號轉導的一般步驟細胞外的信息物質(zhì)經(jīng)擴散或血循環(huán)到達靶細胞與靶細胞的受體特異性結合，將信號轉導到胞內(nèi)胞內(nèi)第二信使分子之間及與一些蛋白激酶相互作用，使信號級聯(lián)放大胞內(nèi)信號分子或激活的轉錄因子進入胞核內(nèi)，啟動基因轉錄，合成蛋白通過負性反饋或滅活，終止信號作用

腦內(nèi)信使第一信使：即作用于細胞表面受體的胞外信使，能夠啟動信號級聯(lián)反應的胞外信使。分類：*蛋白質(zhì)和肽類（如生長因子、細胞因子、胰島素等）*氨基酸及其衍生物（如甘氨酸、甲狀腺素、腎上腺素等）*類固醇激素（如糖皮質(zhì)激素、性激素等）*脂酸衍生物（如前列腺素）*氣體（如NO、CO）等

GASMOLECULE第二信使：第一信使作用于把靶受體后刺激包漿內(nèi)產(chǎn)生的信號分子稱為第二信使，是腦外信號和腦內(nèi)效應之間必不可少的中介物。分類：①cAMP、cGMP、DAG、IP3等

；②Ca2+

。第三信使：負責細胞核內(nèi)外信息傳遞的物質(zhì)，又稱為核信使，一般指轉錄因子，它是細胞外信號轉錄的最后一站

。分類：①貯存在核內(nèi)的蛋白質(zhì)，如CREB；②受刺激后能迅速表達，并被磷酸化進入核內(nèi)激活轉錄的蛋白質(zhì)，這一類主要是原癌基因中的IEG；③配體激活的轉錄因子，它們是類固醇激素的核受體與激素結合后激活，從而與DNA特異序列結合而激活轉錄。第四信使：

是指編碼轉錄因子的表達，也即轉錄因子的基因蛋白產(chǎn)物包括Fos（c-fos基因蛋白）、前強啡肽、Jun-B、Zif268、FosB、Jun等。學習記憶信號轉導途徑研究的基本要求1．學習記憶信號轉導途徑研究是對長記憶形成和突觸可塑性作出解釋，提供分子學證據(jù)。

利用行為學和電生理方法證明這方面作用后，開展信號轉導途徑研究才是有的放矢。2．發(fā)現(xiàn)靶受體，首先證明靶受體的存在是開展信號轉導途經(jīng)研究的第一步。

靶受體十分重要：信號轉導途徑的啟動都是在靶受體識別和結合配體后開始的；受體對信號轉錄的性質(zhì)和走向起導向作用。Fig.2NeuroprotectivepathwaysactivatedbysynapticNMDARactivity.Fig.2OpposingeffectsofsynapticandextrasynapticNMDARsignallingongeneexpression.NatRevNeurosci.2010;11(10):682-963．研究清楚信號轉導途徑中先后有哪些信使參與，而不是選擇性研究極少的幾種。

多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的信號轉導途徑可能存在一條共同的、基本相似的，如cAMP-PKA-CREB。但是它們的上游是存在區(qū)別的，就cAMP而言，它的增加有可能是PDE4型被抑制，也可能是AC被激動，還有可能是細胞內(nèi)Ca2+增高的結果。4．核轉錄因子是信號轉導的最后一站。

學習記憶信號轉導過程有賴于基因的表達，而基因的轉錄、表達和蛋白質(zhì)的合成都是轉錄因子激活的。因此，搞清轉錄因子是什么十分重要。參與學習記憶的轉錄因子包括CREB、SRF、SIF、IRBP等等。促智藥物的信號轉導途徑研究體會(-)黃皮酰胺——抗老年癡呆：

1、具有促智、改善多種認知功能障礙；

2、抗Aβ等多種損傷所致神經(jīng)細胞凋亡；

3、明顯抑制tau蛋白過度磷酸化；

4、誘導LTP形成左旋黃皮酰胺促智信號轉導途徑研究第一信使：鉀通道阻滯劑、提高NMDA受體數(shù)量第二信使：鈣離子、IP3***Calciuminwardcurrentandsteady-stateoutwardcurrentIP3PLC-PKC介導的信號轉導途徑CaMKⅡ-ERK介導的信號轉導途徑：00.1110p-CaMKIIαp-ERK1/2p-CREBβ-actin(-)clausenamide(μM)A:HippocampusB:Cortex第四信使：Zif268、BDNFBDNF：Zif268：RemoveMg2+aroundreceptorsDepolarizationChATPKCNucleusCREBphosphorylationDAGPI3KAktZif/268AcetylcholineNMDARPLCGproteinGlutamaterelease(-)clausenamideIncreaseCa2+influxBlockedK+outwardProlongactionpotential(-)clausenamideIP3releasefromCa2+store[Ca2+]iFacilitationofmemoryandLTPReleaseofmonoaminesRegulationofsynaptogenesisRg1對認知功能的改善作用記憶損傷模型行為學方法Rg1的改善作用樟柳堿、環(huán)己亞胺和酒精造成的學習記憶損傷小鼠模型跳臺和避暗反應降低潛伏期和錯誤次數(shù)Aβ25-35導致的大鼠空間辨別能力障礙Morris水迷宮給藥10天降低潛伏期和到達平臺的游泳距離卵巢切除導致大鼠雌激素缺乏并誘導記憶損傷模型Morris水迷宮縮小潛伏期和初始角度，改善搜索策略短暫性腦缺血再灌導致的小鼠、大鼠、沙土鼠學習記憶損傷模型跳臺和避暗反應保護腦缺血的記憶功能慢性反復應激導致的學習記憶損傷模型跳臺和避暗反應延長潛伏期，減少錯誤次數(shù)自然衰老導致的記憶缺失跳臺和避暗反應改善學習能力緩解記憶障礙cAMP-PKA-CREB通路第二信使：cAMP、鈣離子Ca2+Ca2+-CaMKⅡα-CREB通路ActaPharmacolSin2008Sep;29(9):1119–1126P3K/Akt通路第四信使：BDNF研究促智藥物信號轉導通路的幾點體會：

靶受體不限于受體也包括離子通道、酶等大分子物質(zhì)。靶受體可能是一個，也可能有兩個。藥物可直接作用于受體，也可能是間接的，即通過促進機體釋放某種神經(jīng)遞質(zhì)再作用于受體，或藥物對受體沒有親和力，但可增高受體密度。同一藥物引起的促智信號途徑可能存在數(shù)條，不同的藥物作用于同一靶受體也可能出現(xiàn)一條共同的信號途徑。確定某種信號通路是否參與藥物的促智過程，除了直接觀察信號通路上蛋白、激酶的激活情況外，還應采用抑制劑，或基因敲除或RNA干擾進行佐證。中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病干擾學習記憶信號傳導的原因及防治策略

1、學習記憶信號傳導途徑的靶受體主要有NMDA受體、神經(jīng)遞質(zhì)受體、激素和神經(jīng)營養(yǎng)因子受體。中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病常引起神經(jīng)遞質(zhì)及其受體數(shù)量的減少或干擾神經(jīng)遞質(zhì)、激素的貯存、釋放和再攝取，使靶受體的敏感性降低。

2、學習記憶信號途徑的上游，AC、GC及磷酸二酯酶產(chǎn)生的cAMP、cGMP、DAG等在信號啟動和傳導中起重要作用。中樞系統(tǒng)疾病引起的基因突變使上述酶活性發(fā)生改變，明顯影響學習與記憶。

原因：4、認知功能的發(fā)揮需要全腦的整合功能。但確實存在一些腦區(qū)與學習記憶的關系密切，如海馬、皮層、杏仁核、齒狀回等，它們對氧應激、興奮毒比較敏感，易受損害。5、信號傳導有些是需能量的，有些是需基因轉錄和蛋白質(zhì)合成的。中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病引起的線粒體損傷和自由基對蛋白、DNA的攻擊，對這些過程將產(chǎn)生直接影響。3、已知學習記憶的信號傳導途徑有多種類型，如PLC-PKC，cAMP-PKA，cAMP-CaMKⅡ，cAMP-NO介導的信號途徑都是鈣啟動的，但對鈣濃度，流入方式等均有嚴格要求。如果引起胞內(nèi)鈣超載，將引起細胞死亡，中斷學習記憶信號傳導途徑。6、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中神經(jīng)元和突觸丟失，導致受體離子通道和功能蛋白相互作用受損，從而使信號傳導嚴重紊亂。神經(jīng)元-突觸丟失與老年癡呆及人參的促神經(jīng)發(fā)生和突觸新生的作用張均田中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所

老年癡呆的主要臨床表現(xiàn)是進行性認知功能減退，最后發(fā)展成癡呆。造成癡呆的病因和發(fā)病機制顯然和AD病變有關。過去幾十年側重于認知功能障礙與老年斑和神經(jīng)纖維纏結關系的研究。但是近年來的研究對傳統(tǒng)看法提出了挑戰(zhàn)，因而AD治療策略也有了改變。一、Aβ沉積、神經(jīng)纖維纏結與AD癡呆程度無顯著相關二、神經(jīng)元-突觸丟失是導致

癡呆的直接原因

神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)結構及其功能的基礎，神經(jīng)元還以一定時空模式構成無數(shù)神經(jīng)回路和神經(jīng)網(wǎng)絡。神經(jīng)元丟失過多，會造成腦結構的破壞，神經(jīng)回路和神經(jīng)網(wǎng)絡變得殘缺不全。在這種情況下，信息的儲存，記憶的再現(xiàn)，賴以作出決定的信息整合，判斷、推理,何能實現(xiàn)？

突觸是認知功能的生物學基礎

突觸是認知功能形成和鞏固的關鍵環(huán)節(jié)。突觸丟失意味著突觸的各種功能包括信息的傳輸、處理、初步加工和整合，神經(jīng)遞質(zhì)的儲存、釋放、再攝取以及突觸前膜、突觸后膜數(shù)以萬計的受體、通道和蛋白功能的喪失或大大降低，令信息中斷，傳導受阻，神經(jīng)精神功能紊亂，其后果自不待言。

因此，有些科學家提出“突觸丟失=AD”或“神經(jīng)元-突觸丟失=AD”，我更傾向于后者。三、神經(jīng)元-突觸丟失的方式、過程和有關機制（一）神經(jīng)元丟失

AD有基因性和非基因性發(fā)病機制，但是它們最終的共有的病理改變都是神經(jīng)元丟失，與認知功能密切相關的腦區(qū)如大腦皮層、海馬、額顳葉神經(jīng)元丟失得較為嚴重。FerryRD等報道，AD腦新皮層的Ⅲ和Ⅴ層神經(jīng)元密度減少達36%-46%，海馬神經(jīng)元受累平均達47%，HI區(qū)錐體細胞的數(shù)量減少40%。在Meynert核藍斑等皮層下灰質(zhì)核團也有神經(jīng)元丟失的報道。許多科學家在AD動物模型上也觀測到神經(jīng)元的丟失。Marijke的研究指出，10月齡雙基因突變株APP/PS/KI小鼠額葉Ⅴ-Ⅵ層中的神經(jīng)元減少了34%，該層也有Aβ斑塊的沉積，但只有11%，不能解釋神經(jīng)元的丟失主要來自Aβ的沉積。Ⅰ丟失方式：AD神經(jīng)元丟失的主要方式是凋亡，證據(jù)如下：

⑴AD神經(jīng)元的死亡呈現(xiàn)凋亡形態(tài)特征；⑵AD腦中存在啟動凋亡的種種因素，如氧應激、葡萄糖代謝障礙、興奮毒、線粒體損傷等；⑶AD腦中存在前凋亡基因，如c-fos，jun，BaX，F(xiàn)as等；⑷Caspase是凋亡執(zhí)行者，在AD腦可檢測到多種Caspase以及Caspase依賴性Actiny分級產(chǎn)物；⑸基因突變在AD發(fā)病中占主要地位，突變的App，P5-1，P5-2，ApoE4，tau蛋白均介導或相互協(xié)調(diào)引起凋亡。Ⅱ丟失過程：神經(jīng)元丟失過程即凋亡過程GrowthfactorremovalIrradiationCellstressSteroidsSerumremovalAccessAccessAccessAccessPointofcommmitment

CelldeathⅠINITATIONTriggerandinitialsignaltransductionpathwaysⅡPROPAGATION2OSignal

transduction

pathwaysandinitialabnormalcellularfunctionⅢCOMMITMENTDirectorindirectinteractingcascadesleadingtocommitmentⅣEXECUTIONLossofcellularcompartments,collapseofnuclearstructure

刺激強度較輕或在輕度病理情況下，細胞容易凋亡；強烈刺激引起缺血、缺氧或毒性反應、炎癥反應，則引起細胞壞死。細胞進入凋亡過程是不是必然走向死亡呢？在一些情況下并非如此，受損的神經(jīng)元可能激活凋亡核查點級聯(lián)（Apoptosischeckpointcascade），從而調(diào)節(jié)前凋亡蛋白例如Bax和抗凋亡蛋白如像Bcl-2的表達及其比值，以決定神經(jīng)元的命運，是推遲死亡或避免死亡（見下圖）。TerminalApoptosisCellCycleactivatione.g.CyclinDCaspaseactivationBAXP53CellCycleinhibitors，e.g.p16，p18，p19…Bcl-12GADD45P35ONONOFFOFFThreshol

老年癡呆腦接受傷害性刺激，前凋亡蛋白（CyclingD，P53，Bax和Caspase）和抗凋亡蛋白（Bcl-2，P16，GADD45）二者均同時存在，這些信號分子的活性和比值決定神經(jīng)元的命運。（二）突觸丟失

Davies等于1987年首次提出突觸丟失與AD相關。此后一系列研究證明AD病人及AD動物的一個主要病理特征是突觸丟失。1、突觸丟失情況SynapticlossNormalaging:10~15%AD:25~50%AlvarezVAandSabatiniBL,Annu.Rev.Neurosci.2007.30:79–97LiuX,EriksonC,etal.Dementia1996,7,128-134MasliahE,MalloryM,etal.Neurology1993,43,192-197

研究證明，突觸循環(huán)中的特殊性蛋白如某些突觸蛋白含量的降低可以反映突觸丟失的程度。RyanClare利用突觸蛋白及其抗體，采用免疫組化及濃度儀測定AD腦內(nèi)synaptophycin的濃度來估量突觸的減少。他證明除AD外，血管性癡呆，額顳葉癡呆和路易體癡呆腦區(qū)得突觸均有顯著減少。Fig1.Decreasedsynaptophysinin突觸可塑性障礙在神經(jīng)疾病中的變化2、突觸丟失的方式⑴從遠端樹突開始死亡，然后是近端胞體死亡，也即突觸與胞體一起死亡。⑵神經(jīng)細胞胞體的軸突延伸至很長距離，致脫離了胞體所處的內(nèi)環(huán)境而引起死亡。也即突觸死亡，神經(jīng)細胞存活。CellularapoptosisLOCALMICROENVI-RONMENTSynapseloss/sprouting“neuriticapoptosis”⑶

突觸有一定壽命，會自然死亡、更新。以樹突棘(Spine)為例，有的spine可存活幾十天，極少數(shù)存活少于4天。大多數(shù)突觸減少是穩(wěn)定的，10-20%的突觸在減少，新生的突觸約為5%。SynapticlossNormalaging:10~15%AD:25~50%3、促進突觸丟失的毒性因素OligomersofAβOligomersofphosphorylatedTauGlutamatereceptorsShankproteinsOligomer來源

SelkoeDJ,ArchNeurol.2005

AD腦提取物和PSD含高濃度oligomer

Gong,etal.PNAS2003OligomersofAbetawasincreased8timesatPSDand30timesinbrainextractinADOligomers

TargetCaMKII(+)synapticspines

AreconstructedsegmentofaspinydendritefromapyramidalneuronreconstructedfromstratumradiatumofhippocampalareaCA1oftheadultrat.Excitatorysynapses(red)resideontheenlargedheadsofdendriticspines,whileacoupleofinhibitorysynapses(blue)resideonthedendriteshaft.Scale=1μm.FialaaJC,SpacekbJetal,BrainResearchReviews39(2002)29–54ExcitatorysynapsesresideontheenlargedheadsofdendriticspinesOligomer毒理機制

Aβ在腦內(nèi)積累，先聚成寡聚體，然后變成多聚體和纖維形成，特別是細小的可滲透的寡聚體引起突觸和樹突的死亡，活化小膠質(zhì)細胞（代表炎癥），這些改變開始是微小的，而后變強烈并伴有離子失衡、自由基生成、氧化損傷和軸突失去功能，最后引起神經(jīng)元死亡。（2）Glutamate受體分布異常

NMDA受體的作用有雙面性，即可產(chǎn)生有利于機體的作用或有害于細胞的作用。過去認為是由于鈣流入細胞的多少所致，今年來研究認為是NMDA受體分布在不同部位所致。■突觸和突觸外NMDA受體分別產(chǎn)生不同的信號轉導途徑的主要原因是：

①蛋白分布的不同：

例如Caldendrin分布于PSD，突觸上的NMDA受體激動后，激活Caldendrin，使Jacob固定于細胞漿內(nèi)，從而失去對CREB的抑制功能。P38分布于突觸外細胞膜上，易被突觸外NMDA受體激活，從而引起STEP的剪切損傷細胞的生化改變。②突觸和突觸外NMDA受體的亞型不同，因而帶來鈣流入方式的不同：

突觸上NMDA受體的亞型是GluN2A多于GluN2B，突觸外NMDA受體的亞型則是GluN2A少于GluN2B。GluN2A具有啟動快速、通量較小的特點。GluN2B啟動慢，鈣內(nèi)流通量大，持續(xù)時間長。短暫快速的鈣內(nèi)流可提高細胞興奮性，誘導突觸長時程增強（LTP），激活細胞保擴機制。持續(xù)大量的鈣內(nèi)流，導致細胞內(nèi)鈣超載，誘導突觸長時程抑制（LTD），同時激活細胞凋亡和氧應激信號的轉導途徑。

thechangeofshankprotein（3）ShankproteinsatsynapseTheover-degradationofShank3isinducedbyUPSatthePSDinADGong,Lippa,etal.BrainRes.2009Oct6;1292:191-8.Disruptionofglutamatereceptors

attheShank-platforminADShankPlatformBaronMK,etal.Science2006BoeckersTM,CellTissueRes.2006由于Shank3在PSD和谷氨酸受體的構建中扮演組織者（Organizer）角色，起“手腳架”(scaffold)樣作用。它的減少破壞了PSD和谷氨酸受體，從而導致突觸失去功能和突觸丟失。四、AD治療的新策略

根據(jù)上述最新研究進展，治療AD的理想藥物應符合以下標準（全部或部分）：1、抑制神經(jīng)元凋亡，提高海馬神經(jīng)發(fā)生。后者指藥物能刺激海馬SGZ和SVZ區(qū)得神經(jīng)干細胞增殖，并轉化為神經(jīng)細胞，替代已死部分的神經(jīng)元，重建神經(jīng)回路和神經(jīng)網(wǎng)絡，根本性恢復認知功能。2、防止突觸丟失，維持突觸的正常穩(wěn)態(tài)平衡。例如調(diào)節(jié)和Shank蛋白代謝以達此目的。3、提高突觸可塑性包括效能和結構可塑性，后者尤為重要。如提高新突觸的生成(Synaptogenesis)，抑制突觸丟失的毒性因素。4、選擇性激活突觸體NMDA受體或選擇性拮抗突觸外NMDA受體。前者引起神經(jīng)保護信號轉導途徑，后者引起凋亡、氧應激、活化死亡基因信號轉導途徑。5、抑制Oligomer的產(chǎn)生，如尋找β、γ-分解酶抑制劑或制成Oligomer疫苗以減少Oligomer。

我們正在研究的人參中若干成分基本上符合上述標準。

人參皂苷Rg1，它屬人參三醇苷，含兩分子糖，在體內(nèi)腸道菌作用下可代謝為Rh1（脫掉一分子糖）和PPT（脫去兩分子糖）。研究證明Rg1的代謝產(chǎn)物有與Rg1相同的生物學活性，PPT的作用最強。

我們正在研究的人參中若干成分基本上符合上述標準。Rg1的藥理作用包括以下方面：⑴行為學實驗證明Rg1在2.5-10mg/kg口服對10種記憶障礙模型有提高學習記憶的作用。Memory-enhancingeffectsofginsenosideRg1Modelsofimpairmentofmemory

Behavioralmethod

ImprovingeffectofRg1

Memoryimpairmentsinducedbyanisodine,cycloheximideandalcoholinmicePassiveavoidancestep-downandstep-throughtestsRg1atdosesof25-50mg/kgdecreasedlatenciesanderror’snumber

β-amyloid(Aβ25-35)inducedspatialdiscriminationimpairmentinratsMorriswatermazeRg1atdosesof10mg/kgfor10daysdecreasedlatenciesandswimdistanceofrattoreachplatformandimprovedsearchstrategies

Ovarietomized(OVX)inadultratsleadingtoestrogendeficiencyandinducedmemoryimpairmentMorriswatermazeTotalginsenosidesandRg1atdosesof100and10mg/kgdecreasedescapelatenciesandinitialheadingangleandimprovedsearchstrategies

Transientcerebralischemiareperfusioninducedlearningandmemoryimpairmentinmice,ratsandgerbilsPassiveavoidancetask-stepdownandstep-throughtestsRg1atdosesof10mg/kgcouldprotectmemoryfunctionfromcerebralischemiaChronicandrepeatstressinducedlearningandmemoryimpairmentStep-downandstep-throughtestsProlongedescapelatenciesanddecreasederror’snumber

NaturalsenescenceinducedmemorydeficitStep-downandstep-throughtestsRh1at10mg/kgcouldimprovelearningabilityandmemoryimpairment⑵電生理實驗證明Rg1、PPT增加基礎突觸傳遞，誘導LTP，對高頻電刺激引起的LTP也能使其幅度增加.TheeffectofginsenosideRg1anditsmetabolitePptonbasalsynaptictransmissioninanesthetizedrats.Time-courseofpopulationspikeamplitudewasshown.Alldataarepresentedasmean±sof6bservarion.*P<0.05VScontrolanimals,**P<0.01VScontrolanimals,

##P<0.01VSRg1animals.

TheeffectofginsenosideRg1anditsmetabolitePptonLTPinducedby10burstsof5stimuli(200Hz,0.2msstimulusduration,200msinterburstinterval)inanesthetizedrats.Time-courseofpopulationspikeamplitudewasshown.Alldataarepresentedasmean±sof6bservarion.*P<0.05VScontrolanimals。******#*#*#*#*#*#*0100200300400500600700-30-20-100102030405060708090controlRg1Ppt人參皂苷Rg1作用于LTP的機制

筆者最近的研究表明，人參皂苷Rgl可以通過磷酸化突觸蛋白(synapsin)而增加興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的釋放[33]，通過甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體激活，使胞內(nèi)鈣離子濃度升高。興奮性氨基酸和鈣離子濃度的升高是LTP產(chǎn)生的主要機制。另外，通過選擇性nNOS抑制劑7-NI以及L-精氨酸的應用，了解到人參皂苷Rgl影響LTP的另一機制是通過調(diào)節(jié)NO濃度，從而影響其相關信號轉導通路中的分子的作用或表達而發(fā)揮作用。首先注射7-NI后在記錄的60min時間內(nèi)并不影響PS幅值。如前所述，人參皂苷Rgl能夠誘發(fā)LTP，但在給予人參皂苷Rgl(100nmol/L)15min之前給予7-NI(5nmol/L，側腦室注射)，PS幅值降低到116％±10％、120%土13％和121％±17％，表明7-NI顯著抑制人參皂苷Rgl(100nmol/L)誘發(fā)的LTP(n=6，P<0.05)。L-精氨酸(L-Arg)能夠逆轉7-NI抑制人參皂苷Rgl(100nmol/L，側腦室注射)誘發(fā)LTP的作用。L-Arg(250mg/kg，腹腔注射)在給予7-NI10min前給藥。給予L-Arg和7-NI的麻醉大鼠的PS幅值要高于只給了7-NI的大鼠(n=6，P<0.05)。盡管PS幅值并沒有達到人參皂苷Rgl單獨給藥組的水平，但L-Arg還是減弱了7-NI對于人參皂苷Rgl誘發(fā)的LTP的抑制效應。

L-精氨酸對7-NI抑制人參皂苷Rgl(100nmol／L)誘導產(chǎn)生的LTP的作用(n=6，sp<0．05，fP<0．01)-一7-NI+人參皂苷Rgl；0一L_Arg+7一NI+人參皂苷Rg1；m--vehicle,·一人參皂苷RglNO是一個細胞間信使，被認為與突觸可塑性有關，尤其是在海馬和皮層興奮性突觸傳遞的LTP誘導過程中。iNOS、nNOS和eNOS是腦內(nèi)表達的NOS主要亞型。不同合酶亞型產(chǎn)生的NO有不同的作用甚至可能發(fā)揮著相反的效應。nNOS和eNOS在海馬中表達，并且缺乏nNOS和eNOS的突變小鼠能夠明顯表現(xiàn)出海馬LTP的減弱。筆者的結果與這些報告相符。7/NI(30mg／kg，腹腔注射)作為nNOS的選擇性抑制劑，顯著抑制LTP，7/NI還能夠阻止100Hz強直刺激誘導的LTP。上述結果表明，7/NI阻止了人參皂苷Rgl誘導的LIP的產(chǎn)生，而L精氨酸解除了這個抑制。但是在筆者之前的研究中，非選擇性nNOS抑制劑L_NAME并不抑制人參皂苷Rgl誘導的LTP。顯然，nNOS產(chǎn)生的NO與人參皂苷Rgl改善突觸傳遞相關。Increaseofhippocampalneurogenesis

增加海馬神經(jīng)發(fā)生

Importantly,neruogenesisreferstotheformingofnewneurons.Thesourceofneurogenesisisneuralstemcells(NSCs)fromSVZandSGZWhicharecharacterizedbysell-renewalcapacityandmultipontency(thepotentialtodifferentiateintothreemainkindofneurons,astrocytesandoligodendrocytes).

Therearetwoactivedirection,whichhavebeenstudiedintermofusingNPCs.(1)Is