肌萎缩侧索硬化与胆固醇代谢的相关性研究进展

周晓萌，曹翠芳，刘亚玲，聂祥玉，张婷，齐伟静

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种逐渐进展的累及上下运动神经元的致死性神经系统变性疾病［1］。目前无有效的治疗药物，美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用的治疗ALS的药物仅有力如太、依达拉奉，研究显示其可以延缓ALS 患者病情进展，但疗效甚微［2］。ALS 发病机制尚不清楚，既往研究认为氧化应激、谷氨酸兴奋性毒性作用、线粒体功能障碍、自身免疫、炎症、高代谢状态等参与发病过程［3］。

ALS 多为散发性，家族性仅占10%左右，目前随着基因二代测序的进展，由最初1993年报道的SOD1 基因开始，目前已知的致病基因多达几十种［1］。ALS 病理学特征为胞浆内泛素化的包涵体、细胞核内的RNA 灶以及核内的包涵体，这些病理现象不仅出现在神经元内，胶质细胞包括星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞等也可以出现上述病理变化，说明ALS 并不是单一细胞病变引起的，而是多个细胞的协同作用［1］。

胆固醇是细胞膜主要构成成分，在维持细胞膜的完整性、稳定性及信号传导中起重要作用。脑为人体胆固醇含量丰富的器官，脑胆固醇占全身胆固醇总量的23%～25%，每克脑组织中胆固醇含量为15～30 mg，而在其他人体组织中胆固醇含量为2～3 mg。脑胆固醇在脑内主要存在于细胞膜及髓鞘中，主要用于维持细胞膜、髓鞘的正常功能，参与信号传导，维持轴浆运输，参与突触形成，参与树突生长等重要生理功能［4］。

近年来研究显示胆固醇代谢异常可以引起结构性及功能性的中枢神经系统病变如Niemann-Pick C 病［5］、亨廷顿病（HD）、阿尔茨海默病（AD）［6］、帕金森病（PD）［7］等。ALS 同样为神经系统变性疾病，关于胆固醇代谢与ALS 的发病、疾病进展、预后的相关性研究逐渐增多，本文将对两者的相关性进行综述。

1 中枢神经系统胆固醇代谢

脑胆固醇主要以非酯化的活性形式存在，中枢神经系统胆固醇主要存在于细胞膜及髓鞘中，30%存在于胶质细胞及神经元的细胞膜中，周转相对快速（t1/2为5～10 个月，也有研究认为其t1/2为几天）［4］，70%胆固醇位于髓鞘中，周转相当缓慢（t1/2约为5年）［8］。脑胆固醇大多数是在出生后髓鞘形成旺盛期由少突胶质细胞合成；髓鞘形成后胆固醇合成率下降90%，主要由星形胶质细胞及神经元合成。虽然神经元胆固醇合成量比星形胶质细胞少，但神经元胆固醇主要通过由星形胶质细胞合成的胆固醇转运而来，主要参与树突生长、突触形成、信号传导等［9］。

神经元通过Kandutsch-Russell 通路合成胆固醇，而星形胶质细胞主要通过Bloch 通路合成胆固醇，两种细胞内胆固醇的前体不同，神经元中主要是羊毛甾醇、7-脱氢胆固醇、烯胆甾烷醇，而星形胶质细胞内的前体是链甾醇，然后分别经DHCR24、CYP51 催化生成胆固醇［10］。脑胆固醇的合成主要在内质网，内质网的质膜中锚定有胰岛素诱导蛋白（INSIG）1、2，当内质网中胆固醇浓度高的时候，通过与固醇调节元件/固醇调节元件裂解蛋白（SREBP-2/SCAP）相互作用，使转录因子SREBP-2 处于非活性状态，当胆固醇浓度降低时，INSIG1 与SREBP-2/SCAP 的相互作用减弱，使得SCAP 将SREBP-2 运送到高尔基体，在高尔基体内SCAP 裂解并释放到SREBP-2 N 端的区域，再转位到细胞核结合到固醇调节元件（SRE）调节胆固醇合成所需的30 多种酶相关的目标基因的表达［11］。合成的胆固醇仅有约1%以胆固醇酯的形式存在，也被称为脂滴。酯化形式的胆固醇是脑胆固醇的储存方式，用于髓鞘的形成及突触间的联系。酯化作用是由ACAT1 催化生成，胆固醇酯也可以通过胆固醇水解酶变成非酯化的胆固醇，以维持脑内胆固醇的内稳态［12］。

星形胶质细胞合成的胆固醇与不含脂质的载脂蛋白A（APOA1）通过出泡及非出泡方式从内质网运输到质膜，通过星形胶质细胞膜上的ABCA1、ABCG1、ABCG4、LDLr 等转运体转运到细胞外［13］。而ABCA1 在细胞膜的表达可以被胆固醇代谢产物24-羟胆固醇上调，同时也会受到星形胶质细胞内LXR 激活剂的调节，促进ABCA1 的表达。通过神经元上的低密度脂蛋白相关受体LDLr、LRPs，载脂蛋白将其携带的胆固醇转运到神经元内。LRP1 主要是将APOE 携带的胆固醇转运到神经元，而LRP1 主要位于神经元细胞膜，LDLr 则主要存在于星形胶质细胞的细胞膜中［14］。

胆固醇从中枢神经系统排泄的速率为6～12 mg/d，以24-羟胆固醇的形式跨过血-脑脊液屏障，进入周围循环后与低密度脂蛋白结合，被肝脏细胞摄取，以胆汁的形式排泄［15］。24-羟胆固醇由CYP46A1 催化生成，CYP46A1 主要位于神经元的胞体、树突近端，而在轴突及远端突触膜的表达较少［16］。免疫组化染色显示CYP46A1 在脑内不同区域的分布也不同，主要分布于小脑的皮质、海马、丘脑、视网膜、皮质锥体细胞，而不在星形胶质细胞表达［16-17］。脑损伤后或者疾病状态下CYP46A1 也可以表达在胶质细胞中（星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞等）［18］。24-羟胆固醇除了可以促进脑胆固醇的排泄，还可以作用于LXR，促进与胆固醇转运相关受体APOE、ABCA1 的表达从而调节脑胆固醇的内稳态，还可以促进神经系统的生长发育［19］。

胆固醇的代谢产物除了24-羟胆固醇，还包括27-羟胆固醇，其可以由全身的组织细胞产生，包括神经元细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞等［20］。正常情况下27-羟胆固醇水平较低，当病理状态下其水平升高，可以自由通过血-脑脊液屏障，周围组织产生的27-羟胆固醇也可以通过血-脑脊液屏障进入脑内（5 mg/d）［21］。高27-羟胆固醇常被认为与高胆固醇血症、氧化应激相关［21］。

脑胆固醇代谢过程在不同细胞及不同脑区各有不同，参与的相关转运体及调节因素不同，但是彼此又相互调节，以维持脑胆固醇的内稳态及中枢神经系统的正常生理功能。

2 ALS 患者血脂分析

ALS 患者处于高代谢的状态，超过50%的患者存在静息状态下能量过度消耗［22］，一般认为患者存在肌肉萎缩、肌肉容积减少、脂肪容积减少等情况，貌似与高代谢相反［23］，但其实一些变量是与高代谢状态相关，如广泛肌束震颤、呼吸肌过度工作、线粒体功能障碍［22］。ALS 患者多存在脂质代谢异常，脂质代谢异常可能成为患者预后及诊断的生物标志物。

动物模型研究发现高脂质饮食动物模型的神经保护作用及生存期延长［24］，而限制能量的摄取，则会加重动物模型的运动症状［25］。一项ALS 体外模型研究显示在症状发生以前，ALS 小鼠血脂水平较野生组小鼠低［26］。2008年法国DUPUIS 等［27］进行的一项关于369 例ALS 患者空腹血脂水平的队列研究，发现与正常对照相比，ALS 患者血清胆固醇、三酰甘油升高2 倍，同时研究发现高LDL/HDL 可以延长生存期（＞12 个月）。2011年德国DORST 等［28］进行了一项队列研究，对488 例ALS 患者分析发现，高胆固醇、高甘油三酯血症患者有较长的生存期，三酰甘油＞1.47 mmol/L 时患者生存期可延长14 个月，但当调整了BMI、发病年龄后高胆固醇血症与生存期无相关性。2012年日本IKEDA 等［29］进行了一项横断面研究，发现女性ALS 患者血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、三酰甘油、LDL/HDL 与对照组相比是显著升高的，每年肌萎缩侧索硬化功能评分量表（ALS-FRS）评分、用力肺活量（FVC）下降率与血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇呈负相关。同年，塞尔维亚DEDIC 等［30］回顾性分析82 例ALS 患者血清脂质水平，发现大约52%的患者有高脂血症，但相关性分析显示其与生存期无明显相关性。2014年瑞士WUOLIKAINEN 等［31］研究发现女性ALS 患者与对照组相比血脂水平无明显差异，但是调整年龄后发现低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、24-羟胆固醇与对照组相比是显著升高的。我国HUANG 等［32］进行了一项队列研究分析了413 例ALS 患者，发现高甘油三酯血症患者与低甘油三酯患者相比有较好的生存期，当三酰甘油＞127.5 mg/dl 时可以延长生存期5.8 个月，同时meta 分析显示总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇、LDL/HDL 与对照组相比无明显差异。2015年英国HUISMAN 等［33］研究显示，512 例ALS 患者中高胆固醇血症占73%，随着随访时间延长，到18 个月时高胆固醇血症比例下降了64%（见表1）。

2009年意大利CHIÒ 等［34］研究658 例ALS 患者发现总胆固醇、三酰甘油、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、LDL/HDL 与对照组相似，无统计学差异，但是LDL/HDL 较低的患者FVC 也较差，LDL/HDL 与生存期之间并无相关性。同样2011年美国PAGANDNI 等［35］研究427 例ALS 患者血脂水平发现高LDL/HDL 与生存期无相关性，但是认为BMI 与预后相关。SUTEDJA 等［36］研究发现ALS 患者LDL/HDL 与健康对照者相比较低，同时也发现低密度脂蛋白胆固醇、总胆固醇较低的患者FVC 也同样较差，单因素分析显示LDL/HDL 与生存期相关，但是调整年龄、性别、FVC 后两者并无差异。同样YANG 等［37］研究韩国95 例ALS 患者发现，男性ALS 患者总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、三酰甘油、LDL/HDL 与健康对照者相比是较低的，而女性患者与对照组相比无明显差异。2017年MARIOSA 等［38］追踪分析瑞士623例ALS 患者确诊前20年的血清学指标，发现高水平的低密度脂蛋白胆固醇、载脂蛋白B（APOB）、APOB/APOA1 的患者ALS 发病率也高；空腹血糖水平偏高的患者ALS 发病率偏低，在ALS 确诊前10年内，ALS 患者往往LDL、HDL、APOB、APOA1 较高，随着疾病进展，LDL/HDL、APOB/APOA1 逐渐降低（见表1）。

由此可见，各个国家及地区的ALS 患者血脂研究结果并不一致［39］，一般亚洲地区血脂水平较低［37］。ALS 患者为什么会出现高胆固醇血症，高胆固醇血症与预后关联的相关机制是什么目前并不清楚，高脂血症可能来源于高能量的摄入［39］，因此需要进一步临床研究来分析能量摄入与胆固醇之间的关系。同样也需要更多的研究来分析脂质与性别、种族、BMI 以及预后的相关性。

简言之，目前关于ALS 与胆固醇代谢的研究仍然需要大量的前瞻性队列研究或者病例对照研究来进一步分析两者的相关性。同时相关机制的研究还需体内试验、体外基础实验来进一步证实。

3 小结

本文主要阐述中枢神经系统胆固醇在不同细胞的生物合成及其调节，神经元与胶质细胞间胆固醇的转运，以及胆固醇通过其代谢产物跨血-脑脊液屏障而进入血液循环的过程。同时，也综述了近年来关于脂质代谢障碍与神经系统变性疾病的相关研究，主要集中于ALS 与胆固醇代谢的相关性分析。然而，目前并没有一致的研究结论，仍需要大量的临床前瞻性研究及基础研究来进一步明确两者之间的具体关系。

表1 ALS 患者血脂分析相关研究Table 1 Blood lipid profile analysis in amyotrophic lateral sclerosis patients

作者贡献：周晓萌进行文章的构思与设计，文献收集、整理，撰写论文，并对文章负责；曹翠芳、聂祥玉进行论文初步修订及英文的修订；张婷、齐伟静进行文献分类收集；刘亚玲负责文章质量控制及审校，对文章整体负责、监督指导。