阿尔茨海默病的早期诊断分析

摘要：目的：在这篇综述论文中，我们提出了一种早期诊断阿尔茨海默病 (AD) 的方法，这是最常见的神经退行性痴呆形式。背景：淋巴系统（GS）是消除中枢神经系统（CNS）中废物的主要手段；如果它不能正常工作，废物会在中枢神经系统中积累，直到导致 AD。基底前脑是分布在整个中枢神经系统 (CNS) 的更广泛的胆碱能细胞系统中最重要的组成部分。这种结构调节注意力、学习和记忆，它的破坏被认为是认知 AD 改变的原因。我们最感兴趣的 AD 患者的特征是缺乏乙酰胆碱和食欲素过量；我们认为下丘脑产生更多的食欲素来刺激胆碱能细胞，这对于正确的中枢神经系统功能是必不可少的。我们想通过检测食欲素过量来识别这些患者。早期诊断模型。当然，我们可以采集脑脊液样本并服用 Orexin，但这种方法对患者的健康有风险和痛苦，因此不适合大量患者。我们提出了一种相当简单的 AD 早期诊断方法：如果我们暂时消除食欲素过量，使用双食欲素受体拮抗剂 (DORA)，即 Suvorexant，我们可以拦截食欲素增加并通过功能磁共振证明乙酰胆碱的减少或多导睡眠图，在 AD 症状出现多年前。

关键词

Glymphatic System ,乙酰胆碱,腺苷, Orexin , Dual Orexin 受体拮抗剂

1. 背景

阿尔茨海默病 (AD) 是最常见的退行性痴呆 [ 1 ]，其特征是广泛的神经元破坏、患者大脑中乙酰胆碱的急剧减少以及一种称为 β-淀粉样蛋白 (βA) 的蛋白质在细胞外环境中的积累和异常磷酸化的 Tau 蛋白，在神经元内。在 AD 中特别重要的是基底前脑胆碱能 (BFC) 神经元，其破坏被认为是患者记忆丧失的主要原因。我们知道，导致 AD 遗传形式的基因突变通常会干扰我们的中枢神经系统 (CNS) 和 Glimphatic System (GS) [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 的主要清洁装置的正确功能]。我们认为这发生在 AD 的零星形式中，也由于其他原因，这通常涉及血脑屏障完整性的破坏，尤其是衰老 [ 5 ]。

2. 中枢神经系统清除和淋巴系统

源自神经元细胞活动的废物通过细胞内清除机制在同一细胞内部分消除；神经元内部未消除的物质，在细胞外基质中被排出，并通过淋巴系统消除，该系统是中枢神经系统中清除细胞外废物的主要工具[ 6 ]。

3. 细胞内清除机制

主要的 AD 基因改变减缓了神经元内由泛素-蛋白酶体系统 (UPS) 或自噬执行的清除机制，自噬是一种将多余或潜在危险的细胞质物质输送到溶酶体进行降解的过程。我们知道三种类型的自噬：

微自噬，其中细胞溶质物质被溶酶体内陷直接吞噬。

伴侣介导的自噬 (CMA)，其中伴侣蛋白将废物引导至溶酶体。

巨自噬（自噬-溶酶体网络或 ALN），涉及在自噬体中捕获胞质物质，将其内容物提供给溶酶体进行消化 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]。

实验室研究结果表明，在阿尔茨海默病中，UPS、CMA 和 ALN 受到损害，通常是由于 APOE4、PS1、PS2、APP、PICALM、TREM2 的基因改变，这些基因是导致阿尔茨海默病病例的主要公认基因 [ 10 ]。

自然地，未被细胞内机制去除的物质被细胞外环境中的神经元排出。

4. 细胞外清除机制：淋巴系统

去除细胞外废物的主要工具是 Glymphatic System [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ]。可溶性蛋白质、废物和细胞外液过量的清除是通过间质液的对流流动实现的，这得益于位于星形胶质细胞膜 [ 11 ] 中的称为水通道蛋白 (AQP) 的通道的存在，这些通道在水中起着至关重要的作用进出细胞的流量调节。AQP 促进细胞的透水性高达 30 倍 [ 12 ]。在 CNS 中表达的主要 AQP 类型是：由脉络丛上皮细胞表达的水通道蛋白 1 (AQP1) 和由星形胶质细胞表达的水通道蛋白 4 (AQP4) [ 13] [ 14 ]。

星形胶质细胞中的 AQP4 主要存在于覆盖脑血管的末端突起（末端足）中。高达 50% 的足部表面被 AQP4 [ 11 ] 占据，而 glinfatic 系统主要基于星形细胞 AQP4。

该通路的缺陷已被证明会导致 AD，并且血管周围 AQP4 减少的数量与 AD 诊断和病理学有关 [ 15 ]。

在 glifatic 系统缺陷的情况下，β-淀粉样蛋白的清除率会改变 [ 16 ]，因此腺苷的清除率会改变，首先存在于基底前脑 (BF) [ 17 ]。GS 功能的关键因素，因此在 AD 的发病机制中，是睡眠。GS 在睡眠期间的工作效率提高了 60%，尤其是在 NREM（深度睡眠）的 N3 阶段[ 18 ]。几项研究表明，有限的睡眠会增加 β-淀粉样蛋白和 Tau 蛋白神经原纤维缠结的水平 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]。

睡眠剥夺 (SD) 模拟了由于某些因素可能发生的情况，例如创伤、压力，尤其是衰老，这可能会改变内质网对蛋白质质量的控制并导致“展开蛋白质反应”(UPR) ，这会导致“错误折叠”蛋白质的产生，即聚合不良和过度磷酸化 [ 22 ]。在 SD 中，胆碱能 BF 中的腺苷水平显着增加（+140%）；腺苷是一种小嘌呤分子，构成三磷酸腺苷 (ATP) 的中心元素，三磷酸腺苷是我们所有细胞（包括神经元）的主要能量来源。

这种分子在 CNS 各处产生，但仅在基底前脑中积累 [ 23 ]，在那里它通过刺激其 A1 受体来抑制胆碱能神经元；这会引起嗜睡并减少清醒状态 [ 24 ]。

Glymphatic 系统还在突触外过量谷氨酸的转运中发挥重要作用，如果不消除，可能会导致兴奋性毒性，这可能是 AD 中神经元损失的最重要原因。一些药物（例如美金刚）在 AD 治疗中是有效的（但不是决定性的）[ 21 ]。

GS 可能会在创伤性脑损伤 [ 25 ]、抑郁症 [ 26 ]、全身麻醉 [ 27 ]、糖尿病 [ 28 ]、中风 [ 29 ] 以及最重要的是随着年龄的增长 [ 30 ] 后遇到困难。在所有这些情况下，在细胞外和细胞内环境中都会有物质积累。

5. 神经递质

一个不能以最佳方式发挥作用的清除系统首先会惩罚具有高活性的细胞。因此，执行多种功能（即使是最不同的功能）的 ARAS 核细胞必须呈现出显着的新陈代谢。事实上，除了 AD 中的 Tau 和 Aβ 蛋白外，我们体内的一些最重要的神经递质 (NT)，如血清素、去甲肾上腺素、组胺和多巴胺，尤其是乙酰胆碱也参与其中（数量减少）[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]。

食欲素 (OX) 是一个例外：食欲素能神经元的数量随着年龄的增长而减少 [ 36 ]，但 AD 患者脑脊液中的食欲素浓度增加 [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]。

6. 基底前脑胆碱能系统

它构成了更广泛的胆碱能细胞系统的最重要组成部分，分布在整个 CNS，从纹状体的头端部分直到尾端，直到脊髓运动神经元。这种结构调节注意力、学习和记忆等现象，并与 AD 等不同神经病理学中存在的认知改变有关。BFC 神经元也投射到下丘脑的视前核（VLPO 和 MnPO）和 Tubero Mammillari（TMN），并通过这些投射参与唤醒/睡眠调制 [ 42 ] [ 43 ]。胆碱能神经元存在许多腺苷受体 [ 44 ]。

7. 食欲素

表达食欲素/伪君子神经肽的神经元细胞体仅存在于下丘脑外侧和相邻的前庭区域，向基底前脑提供弥散投射，从而增加皮质乙酰胆碱的释放 [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]。Orexin 对 BFC 神经元具有强烈而直接的兴奋作用，有助于与清醒相关的皮层激活 [ 48 ] [ 49 ]，超过所有其他促进清醒的 NT [ 50 ] [ 51 ] 并与胆碱能神经元协同工作 [ 48 ] [ 52 ]。

8. 讨论、发病机制和早期诊断模型

如果 GS 不能正常工作，如衰老、糖尿病、睡眠不足等，在基底前脑水平，腺苷会增加，从而抑制胆碱能细胞。乙酰胆碱的产生预计会减少，但下丘脑会产生更多的食欲素并刺激剩余的胆碱能细胞产生足够的乙酰胆碱以使中枢神经系统正常工作。当胆碱能细胞数量减少太多时，就会出现 AD 症状。Orexin 决定了守夜，由于过量的 Orexina 和夜间守夜，导致白天嗜睡的睡眠机制改变。GS 在导致 AD 的恶性循环中变得越来越不有效，导致进一步的乙酰胆碱缺乏。腺苷、β-淀粉样蛋白和 TAU 蛋白不会被 glymphatic 系统处理并积累：这会导致 BFC 进一步损失，Ach 进一步降低，OX 进一步增加：AD。因此，在 AD 中，虽然许多神经元死亡，所有其他 ARAS 神经递质数量减少，但 OX 增加，我们可以使用此细节进行早期诊断。OX 增加是一个非常重要的事实，因为它会导致神经退行性变加速（由于睡眠不足）并且是 AD 特异性的。这可能是 AD 成为主要神经退行性疾病的原因，我们可以利用这种增加对疾病进行早期诊断。Ach 缺乏的食欲能“补偿”可以掩盖疾病多年，但可以让我们进行干预以进行早期诊断。当许多神经元死亡并且所有其他 ARAS 神经递质数量减少时，OX 增加，我们可以使用此细节进行早期诊断。OX 增加是一个非常重要的事实，因为它会导致神经退行性变加速（由于睡眠不足）并且是 AD 特异性的。这可能是 AD 成为主要神经退行性疾病的原因，我们可以利用这种增加对疾病进行早期诊断。Ach 缺乏的食欲能“补偿”可以掩盖疾病多年，但可以让我们进行干预以进行早期诊断。当许多神经元死亡并且所有其他 ARAS 神经递质数量减少时，OX 增加，我们可以使用此细节进行早期诊断。OX 增加是一个非常重要的事实，因为它会导致神经退行性变加速（由于睡眠不足）并且是 AD 特异性的。这可能是 AD 成为主要神经退行性疾病的原因，我们可以利用这种增加对疾病进行早期诊断。Ach 缺乏的食欲能“补偿”可以掩盖疾病多年，但可以让我们进行干预以进行早期诊断。这可能是 AD 成为主要神经退行性疾病的原因，我们可以利用这种增加对疾病进行早期诊断。Ach 缺乏的食欲能“补偿”可以掩盖疾病多年，但可以让我们进行干预以进行早期诊断。这可能是 AD 成为主要神经退行性疾病的原因，我们可以利用这种增加对疾病进行早期诊断。Ach 缺乏的食欲能“补偿”可以掩盖疾病多年，但可以让我们进行干预以进行早期诊断。

早期诊断模型：我们当然可以取脑脊液样本并服用 Orexin，但这种方法对患者的健康有风险和痛苦，因此不适合大量患者。

花泽 T 和 Kamijo Y [ 53] 曾给 4 名 AD 患者服用 suvorexant，4 名夜间谵妄患者均成功快速入睡，提示谵妄的消退可能与 suvorexant 对睡眠失调的影响有关。在所有四个案例中，suvorexant 都显着解决了谵妄症状并改善了他们的睡眠。停止使用 suvorexant 后，夜间谵妄几乎立即复发。因此，suvorexant 对夜间谵妄的影响被认为是可重复的。这些患者的病史显示认知功能进行性和逐渐下降，包括大脑计算机断层扫描在内的神经影像学结果、认知测试和实验室数据均符合 DSM-5 的 AD 标准，具有高水平的证据。为控制夜间谵妄而给予 suvorexant 对几名患有 AD 以外的痴呆的老年患者完全没有影响。然后，suvorexant 的给药使我们能够对 AD 和其他类似的神经退行性疾病进行鉴别诊断 [53 ]。我们知道，食欲素除了对维持清醒很重要外，也是稳定清醒-睡眠开关的基础[ 54 ]；而且我们也知道夜间谵妄取决于乙酰胆碱缺乏 [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] 并且通过给予抗胆碱能药，我们会引起幻觉和谵妄（Atum M，2020），而在给予一种乙酰胆碱酯酶抑制剂，可增加乙酰胆碱的含量，我们可以阻止这些幻觉和谵妄 [ 60]。因此，如果我们使用双食欲素受体拮抗剂 (DORA) 并且谵妄停止，这意味着该患者患有 Ach 缺乏症，当然还有过量的食欲素。DORA 消除了过量的 Orexina 和患者睡眠：幻觉和谵妄是由于复杂的原因：过多的 Orexina，不会使患者入睡，而乙酰胆碱很少，在失眠期间会导致谵妄。然而，在睡眠期间（NREM 睡眠），乙酰胆碱很少是正常的。如果我们给清醒的患者服用 DORA，Orexin 的影响将为零，如果该患者是无症状的轻度认知障碍，Ach 将显示其真实水平，低。我们可以对可疑患者实施 DORA 并进行仪器检查：例如功能性磁共振成像 (fMR)。2消耗将显着减少，我们将在神经影像学中看到它会出现海马功能受损和其他 CC 区域的迹象，特别是与胆碱能神经支配有关。如有疑问，我们可以在不使用 DORA 的情况下执行相同的分析，然后比较两个结果 [ 61 ]。此外，在 AD 患者中，DORA 给药将增加总睡眠量和 NREM [ 62 ] [ 63]。相反，快速眼动睡眠会减少，无论是数量（时间）还是质量，因为 BFC 细胞无法支持它，与情况的严重性成正比，后显性 α 节律和脑电图弥漫性减慢，特别是 alpha (8 - 15 Hz) 和 beta (16 - 31 Hz) 波段的功率降低以及 theta (4 - 8 Hz) 和 delta (0.5 - 4 Hz) 波段的增加 [ 64 ] [ 65 ]。这是因为在阿尔茨海默病中受损的 BFC 系统对于 REM 睡眠 EEG 的激活比对于清醒 110 - 120 [ 66 ] [ 67 ] 更为重要。在 AD 中，与睡眠有关的现象非常早，并且在整个疾病期间都存在 [ 68] [ 69 ]。我们可以对“可疑患者”进行第一次多导睡眠图 (PSG) 检查，评估各种参数，尤其是 REM 的数量和质量。在对患者施用 DORA 后进行第二次 PSG，并再次检查获得的值，尤其是 REM [ 64 ] [ 65 ] [ 67 ] [ 70 ]。如果我们在清醒状态下使用 DORA 并让患者接受 AD 测试（迷你精神状态检查、时钟绘图测试等），它的性能会很差，类似于坦率地说 AD 或 MCI 的患者，最后，要确定诊断我们可以做更多的侵入性检查（如脑脊液控制）。

在做出诊断后，我们必须尽早尝试调查可能的原因：衰老、遗传、糖尿病、抑郁症、中风等，并尝试对这些进行干预。我们必须尝试通过对生活方式采取行动来恢复 Glymphatic 系统的最佳功能，尤其是在睡眠的数量和质量方面。使用药物如 Suvorexant 本身 [ 71 ]，通过消除 OX 过量的影响将改善睡眠，从而改善 Glymphatic 系统的功能，以及一些抗组胺药，如 Pitolisant，一种 H3 受体激动剂/组胺的反向拮抗剂，已被证明对 AD 有效，可能会改善睡眠 [ 72]。我们可以用胆碱酯酶抑制剂改善 Ach 的作用（如果 Ach 增加，会产生更少的 Ox，睡眠会改善 [ 73 ]。所有这些都将改善 Glymphatic 系统的清除率，从而减少 Aβ、Tau 等的量。事实上，要注意 AD 的病因。此外，患者可以通过监测自己的睡眠来不断控制自己。

我们提出的 Ethiopathogenetic AD 模型非常简单，并为许多其他作者所共享：我们的 CNS 中的清洁系统 (GS) 无法正常工作并且废物堆积。神经元大量损失，尤其是胆碱能神经元，而食欲素的产生增加。尽管有许多相似之处，但食欲素的增加并不存在于其他神经退行性疾病中。我们可以通过使用特定药物消除过量的 Orexina 来证明乙酰胆碱的减少，并做出早期诊断，甚至在这种疾病的症状阿尔茨海默氏症出现之前很多年。

9. 结论

我们坚信我们提出的病理生理模型，因为它解释了这种疾病的许多特征，但如果它是错误的，我们设计的早期诊断系统无论如何都会起作用。在无症状患者中使用 Suvorexant 可以让我们对 Suvorexant 本身和胆碱酯酶抑制剂药物进行早期诊断、鉴别诊断和更有针对性的治疗。这种早期诊断模型不是侵入性的；据我们所知，它非常简单、非常快速；没有更好的了。

资金

这篇论文没有得到资助。

以下签名人 Giovanni Andrisani 博士和 GiorgiaAndrisani 博士声明我们没有利益冲突。

缩略语表

5-羟色胺——血清素

A1—腺苷 1

Ach——乙酰胆碱

AD——阿尔茨海默病

AGP——水通道蛋白

ALN——自噬-溶酶体网络

APOE——载脂蛋白E

APP——淀粉样前体蛋白

ARAS—上行网状激活系统

ATP——三磷酸腺苷

βA——β淀粉样蛋白

BF——基底前脑

BFC——基底前脑胆碱能神经元

钙——钙

CC—大脑皮层

CMA——伴侣介导的自噬

CNS—中枢神经系统

CSF—脑脊髓液

DA——多巴胺

DORA—双食欲素受体拮抗剂

DR—背缝

EEG——脑电图

GABA——氨基丁酸γ

GIRK——钾通道与内向自由基蛋白结合

GS——淋巴系统

H——组胺

K——钾

KirNB—基底核内向整流器 K +通道

LC—蓝斑

LDT——被盖背侧背核

LGN—外​​侧膝状核

MnPO—视前中位数

NA——去甲肾上腺素

NREM——非快速眼动

NT——神经递质

OX——食欲素

PB—臂旁区

PICALM—将肌醇与磷脂酰结合的网格蛋白组装蛋白

PPT—Peduncolo-Pontine del Tegmentum

PS——早老素

P2X7—嘌呤受体 7

REM——快速眼动

SCN——视交叉上核

SD——睡眠剥夺

SLD—亚侧背核

TMN——块茎-乳腺核

TREM——髓细胞上表达的受体的触发因素

UPR——可解释的蛋白质反应

UPS——泛素-蛋白酶体系统

VLPO—视前腹外侧核

利益冲突

作者与与本手稿中讨论的主题或材料有经济利益或冲突的任何组织或实体没有从属关系或经济参与。

参考

[ 1 ] Brookmeyer, R.、Gray, S. 和 Kawas, C. (1998) 美国阿尔茨海默病的预测和延迟疾病发作的公共卫生影响。美国公共卫生杂志，88，1337-1342。

[ 2 ] Jessen, NA, Munk, AS, Lundgaard, I. 和 Nedergaard, M. (2015) 淋巴系统：初学者指南。神经化学研究，40, 2583-2599。

[ 3 ] Plog, BA 和 Nedergaard, M. (2018) 中枢神经系统健康和疾病中的淋巴系统：过去、现在和未来。病理学年度回顾，13，379-394。

[ 4 ] Louveau, A. 等人。(2015) 中枢神经系统淋巴管的结构和功能特征。自然，523、337-341。

[ 5 ] 布朗，MK，陈，MT，齐默尔曼，JE，等。(2014) 衰老诱导的内质网应激改变睡眠和睡眠稳态。衰老的神经生物学，35, 1431-1441。

[ 6 ] Louveau, A., Plog, BA, Antila, S. 等。(2017) 了解淋巴系统和脑膜淋巴系统的功能和关系。临床研究杂志，127, 3210-3219。

[ 7 ] Kobayashi, S. (2015) 精心选择并充分重复使用：新揭示的自噬过程。生物和药物公报，38，1098-1103。

[ 8 ] Glick, D.、Barth, S. 和 Macleod, KF (2010) 自噬：细胞和分子机制。病理学杂志，221，3-12。