内源性甲醛与阿尔茨海默病发病机制的研究进展

[摘要]外源性甲醛对人体的损害及机制早已引起研究者的广泛关注，然而最新研究证实哺乳动物体内具有生成和清除甲醛的完整系统，由于各种原因导致体内生成和清除甲醛系统的平衡破坏，将导致内源性甲醛在体内出现异常聚集。内源性甲醛的异常聚集与学习、记忆功能障碍有密切关系，内源性甲醛浓度增高可能是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的诱导因素之一。探讨内源性甲醛与阿尔茨海默病等神经退行性疾病的关系具有重要意义，并可为中药防治阿尔茨海默病的研究提供新的思路。

[关键词]甲醛；中药；阿尔茨海默病

甲醛（formaldehyde，FA）是自然界内化学结构最简单的醛类分子，作为一种有机交联剂被广泛应用于涂料、木材加工、纺织品染色、防腐剂等各个领域。甲醛具有强烈的毒性，可严重危害人体的健康。近年来国内外研究者发现哺乳动物和人类机体自身也能产生甲醛[1]，机体内所有的细胞均含有甲醛[2]，推测甲醛可能是一种新型的气体信号分子，具有某种重要的生理、病理意义。内源性甲醛可对神经系统造成慢性损伤，诱导发生学习记忆等障碍，内源性甲醛可能是阿尔茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）等神经退行性疾病的潜在危险因子[3]。本文将就内源性甲醛与AD发病机制之间的联系，以及近年来中药在该领域的研究做一综述。

1内源性甲醛的产生、代谢途径

人体内有多条产生内源性甲醛的途径，其中酶促反应是最主要的途径，如氨基脲敏感性氨氧化酶（semicarbazide-sensitive amine oxidase，SSAO）通过催化体内的甲胺、组胺及多胺等胺类物质生成甲醛[4]；LSD脱甲基化酶通过参与细胞核内的转录激活，催化DNA脱甲基化产生甲醛[2]；线粒体细胞色素P450酶通过氧化外源性化合物产生甲醛等[2]。除此之外，环境中的甲醛污染因素、某些食物、药物等也是体内甲醛的来源之一[2]。生理条件下，由于机体内时刻都在生成甲醛，在哺乳动物的血液和组织中，甲醛浓度保持在一种平衡状态，正常人尿甲醛浓度约为3.25 μmol·L-1[5]，血甲醛在0.01～0.09 mmol·L-1，而在正常衰老的进程中，随着脑、肝等脏器的脂类物质过氧化，尿甲醛和血甲醛的浓度也逐渐升高[3， 6-8]。

为保持机体内甲醛浓度的平衡，机体自身具有一套完善的内源性甲醛清除系统，甲醛在体内可通过酶促途径生成甲酸随尿液排出，或者转化为二氧化碳通过呼吸运动排出体外。甲醛还可以通过非酶促途径进行转化，如与蛋白质，DNA，RNA结合，形成分子交联，从而影响基因的正常表达和蛋白质的结构及功能[9]。

2内源性甲醛与阿尔茨海默病的相关研究

研究显示在阿尔茨海默病的发展前期阶段——轻度认知障碍（mild cognitive impairment，MCI）患者中尿甲醛的浓度显著增高，且MCI患者尿甲醛的浓度与简易智能精神状态检查量表（mini-mental state examination，MMSE）的分值呈正相关，可以从一定程度上反映出人体的认知功能，而AD患者不仅尿甲醛浓度显著升高，且尸检结果显示其脑部海马的甲醛浓度也显著高于正常人[10]。该研究提示在AD的发生发展过程中存在着内源性甲醛的异常聚集。内源性甲醛对学习、记忆功能的影响主要通过以下途径发挥作用。

2.1内源性甲醛破坏神经递质平衡学习记忆和思维认知等脑的高级功能与中枢神经递质的含量密切相关。在脑内广泛存在的直接参与大脑思维、记忆等重要功能的神经递质有：中枢胆碱能神经递质乙酰胆碱（ACh），单胺类神经递质如5-羟色胺（5-HT）、多巴胺（DA）、去甲肾上腺素（NE）等，以及氨基酸类神经递质如天门冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）等。研究显示，甲醛可以通过破坏鼠的海马结构及神经递质的平衡，导致其出现寻找迷宫路线等学习记忆功能发生障碍。在甲醛作用下，鼠海马组织中5-HT，DA，NE含量升高，Gly含量显著降低[11-16]。

2.2内源性甲醛诱导Tau蛋白错误折叠蛋白质错误折叠形成的淀粉样沉积是AD等神经退行性疾病的典型病理特征之一[17-18]。Tau蛋白是细胞微管结合蛋白家族成员中的一员，具有启动和稳定细胞骨架结构的作用[19-20]，Tau蛋白异常磷酸化导致蛋白错误折叠，形成配对螺旋样二聚体（paired helical filaments，PHFs），是AD患者脑内神经纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）的主要成分。体外研究证明，在甲醛的诱导作用下，Tau蛋白错误折叠形成具有淀粉样性质的“融球状”淀粉聚集物[21-24] ，这些“融球状”淀粉聚集物可形成“孔道样”聚积结构，引起细胞膜的损伤，导致细胞变性死亡。甲醛还可以透过细胞膜和血脑屏障[25]，引发Tau蛋白在细胞内聚集，导致神经元变性死亡[24]。

2.3内源性甲醛对海马长时程增强的影响长时程增强（long-term potentiation，LTP）是一种由强直刺激作用于兴奋性突触传递通路诱发的突触传递效率长时间增强的现象。海马是产生长时程记忆和短时程记忆，对记忆进行编码、整理和检索的关键脑区，海马LTP不仅被认为是突触可塑性的功能性指标之一，也是一种研究学习和记忆功能的重要模型。实验证明，病理浓度的甲醛能够阻断NMDA受体，抑制海马LTP的形成，导致大鼠学习记忆能力下降。甲醛浓度异常还可破坏皮层编码LTP记忆相关蛋白及其DNA甲基化模式，诱发海马和皮层神经元死亡，引起记忆下降[26]。

2.4内源性甲醛对其他气体信号分子的作用 越来越多的研究证明NO，H2S，CO等气体信号分子在神经系统内具有广泛的生物学效应，与神经系统疾病的发生发展有着密切的关系。如1996年H2S被首次证实是一种新型的内源性神经递质[27]，可拮抗Aβ诱导的神经损伤[28]，在防治AD中具有重要的作用。而NO在AD的发病过程中也具有重要地位[29]，其作为神经元信使和血管活性因子参与调节突触可塑性、学习记忆等活动。因此了解甲醛对气体信号分子体系中其他气体信号分子的作用具有重要的意义。尹氏等研究发现甲醛可以抑制PC12细胞胱硫醚-合酶（cystathionine-beta-synthase，CBS）mRNA的表达和活性，减少内源性H2S的生成，显著降低PC12细胞的存活率[30]，提示内源性甲醛对体内神经系统H2S的浓度具有调控作用。刘凌云等在甲醛炎性痛模型中发现甲醛炎性痛可诱导大鼠海马中一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）活性增强及NO生成增多[31]，而海马是边缘系统中与学习、记忆有重要关联的组成部分，NO/NOS的增高与学习记忆的减退密切相关[32]，提示甲醛可能通过影响海马组织中NO/NOS途径参与AD的前期病变过程。

3中药对甲醛的作用

随着“气体信号分子”领域的开展，中药对NO，H2S等气体信号分子的研究也广泛开展起来，并取得了一系列研究成果，然而中药对甲醛作用的研究起步较晚，尚处于初级阶段。目前中医药领域中涉及甲醛的研究主要分为2个部分：①中药单体清除内源性甲醛的作用及机制；②中药拮抗外源性甲醛毒性的作用研究。

白藜芦醇是一种主要存在于虎杖等中药中的天然甲醛清除剂，研究者发现在食物中补充白藜芦醇可以减少APP/PS1转基因AD小鼠模型的老年斑病变[33]，提示白藜芦醇可能通过清除甲醛以减少AD小鼠模型中的老年斑病变。进一步的研究显示，白藜芦醇拮抗甲醛毒性的机制可能与增强细胞色素C氧化酶亚基II（COII）蛋白活性及COII mRNA表达，减轻线粒体损伤有关[34]。

在中药拮抗外源性甲醛毒性作用的研究中，吕毅等研究发现灵芝孢子粉提取物可在一定程度上拮抗甲醛毒性，保护小鼠的免疫系统和生殖系统[35-36]，而其拮抗甲醛损伤小鼠神经系统的作用还有待进一步探索。闫燕等研究证明口服加味玉屏风散可拮抗甲醛对小鼠的损伤作用，改善和增强小鼠的免疫机能[37]。

4结语与展望

传统中医药是一个天然药物成分的宝库，中医药对疾病的治疗具有多靶点效应的优势，而AD的发病具有多重机制的复杂性，从中医药宝库中发掘防治AD的复方及单体成分是目前研究的重点和热点。在以往的探索过程中，由于对AD的发病机制认识的局限性，中医药防治AD的药理研究主要集中于拮抗氧化应激损伤，拮抗β淀粉样蛋白毒性等方面，限制了对中医药防治AD理论的丰富和防治AD作用及机制的认识。内源性甲醛作为一种新型气体信号分子在体内发挥着自身的生理效应，由于衰老、药物、环境、基因突变等因素导致内源性甲醛在体内的异常聚集，则可能是AD等神经退行性疾病的发病机制之一。加强对内源性甲醛与AD发病关系的研究，可以为防治AD中药的研发提供新的思路。

[参考文献]

[1]Kato S， Burke P J， Koch T H， et al. Formaldehyde in human cancer cells： detection by preconcentration-chemical ionization mass spectrometry[J]. Anal Chem，2001，73（13）：2992.

[2]Kalasz H. Biological role of formaldehyde， and cycles related to methylation， demethylation， and formaldehyde production[J]. Mini Rev Med Chem，2003，3（3）：175.

[3]李芳序，卢静，许亚杰，等. 老年性痴呆发病过程中内源性甲醛慢性损伤机制[J]. 生物化学与生物物理进展，2008（4）：393.

[4]Yu P H， Cauglin C， Wempe K L， et al. A novel sensitive high-performance liquid chromatography/electrochemical procedure for measuring formaldehyde produced from oxidative deamination of methylamine and in biological samples[J]. Anal Biochem，2003，318（2）：285.

[5]Takeuchi A， Takigawa T， Abe M， et al. Determination of formaldehyde in urine by headspace gas chromatography[J]. Bull Environ Contam Toxicol，2007，79（1）：1.

[6]Kul′Chitskii O K， Potapenko R I， Novikova S N. Features of lipid peroxidation in brain and liver tissues from aging rats under stress[J]. Ukr Biokhim Zh，2001，73（4）：73.

[7]Arlt S， Kontush A， Muller-Thomsen T， et al. Lipid peroxidation as a common pathomechanism in coronary heart disease and Alzheimer disease[J]. Z Gerontol Geriatr，2001，34（6）：461.

[8]Poortmans J R， Kumps A， Duez P， et al. Effect of oral creatine supplementation on urinary methylamine， formaldehyde， and formate[J]. Med Sci Sports Exerc，2005，37（10）：1717.

[9]张凤文，杜军保，唐朝枢. 内源性甲醛与心血管疾病[J]. 生理科学进展，2010（1）：17.

[10]Tong Z， Zhang J， Luo W， et al. Urine formaldehyde level is inversely correlated to mini mental state examination scores in senile dementia[J]. Neurobiol Aging，2011，32（1）：31.

[11]Pitten F A， Kramer A， Herrmann K， et al. Formaldehyde neurotoxicity in animal experiments[J]. Pathol Res Pract，2000，196（3）：193.

[12]Lu Z， Li C M， Qiao Y， et al. Effect of inhaled formaldehyde on learning and memory of mice[J]. Indoor Air，2008，18（2）：77.

[13]Sarsilmaz M， Kaplan S， Songur A， et al. Effects of postnatal formaldehyde exposure on pyramidal cell number， volume of cell layer in hippocampus and hemisphere in the rat： a stereological study[J]. Brain Res，2007，1145：157.

[14]Ahmed S， Tsukahara S， Tin-Tin-Win-Shwe， et al. Effects of low-level formaldehyde exposure on synaptic plasticity-related gene expression in the hippocampus of immunized mice[J]. J Neuroimmunol，2007，186（1/2）：104.

[15]杨在明，袭著革，杨丹凤，等. 气态甲醛吸入染毒对小鼠水迷宫学习成绩及海马神经递质的影响[J]. 环境与健康杂志，2006，23（5）：402.

[16]谢永玲，刘克明，张明月，等. 胶合板释放物甲醛对小鼠脑组织神经递质的影响[J]. 环境与健康杂志，2005，22（4）：264.

[17]周筠梅. 蛋白质的错误折叠与疾病[J]. 生物化学与生物物理进展，2000（6）：579.

[18]赫荣乔，陈岚，柯莎，等. 多因素异常修饰导致体内蛋白质选择性错误折叠和功能丧失的假设[J]. 生物化学与生物物理进展，2006（10）：940.

[19]盛之玲，曲梅花，何海进，等. HeLa、HEK293、SH-SY5Y细胞中的Tau蛋白[J]. 生物化学与生物物理进展，2008（12）：1364.

[20]Metcalfe M J， Figueiredo-Pereira M E. Relationship between tau pathology and neuroinflammation in Alzheimer′s disease[J]. Mt Sinai J Med，2010，77（1）：50.

[21]Nie C L， Wang X S， Liu Y， et al. Amyloid-like aggregates of neuronal tau induced by formaldehyde promote apoptosis of neuronal cells[J]. BMC Neurosci，2007，8：9.

[22]Nie C L， Zhang W， Zhang D， et al. Changes in conformation of human neuronal tau during denaturation in formaldehyde solution[J]. Protein Pept Lett，2005，12（1）：75.

[23]Nie C L， Wei Y， Chen X， et al. Formaldehyde at low concentration induces protein tau into globular amyloid-like aggregates in vitro and in vivo[J]. PLoS One，2007，2（7）：e629.

[24]Haider Naqvi Sajjad，王维山，苗君叶，等. 甲醛诱导Tau蛋白形成“孔道样”聚集结构[J]. 生物化学与生物物理进展，2010（11）：1195.

[25]Gronvall J L， Garpenstrand H， Oreland L， et al. Autoradiographic imaging of formaldehyde adducts in mice： possible relevance for vascular damage in diabetes[J]. Life Sci，1998，63（9）：759.

[26]童志前，韩婵帅，苗君叶，等. 内源性甲醛异常蓄积与记忆衰退[J]. 生物化学与生物物理进展，2011（6）：575.

[27]Abe K， Kimura H. The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator[J]. J Neurosci，1996，16（3）：1066.

[28]Tang X Q， Yang C T， Chen J， et al. Effect of hydrogen sulphide on beta-amyloid-induced damage in PC12 cells[J]. Clin Exp Pharmacol Physiol，2008，35（2）：180.

[29]Togo Takashi，Katsuse Omi，Iseki Eizo.Nitric oxide pathways in Alzheimer′s disease and other neurodegenerative dementias[J]. Neurol Res，2004，26（5）：563.

[30]尹蔚兰，何剑琴，方恒荣，等. 甲醛对PC12细胞内源性H_2S生成的影响[J]. 中国药理学通报，2011，27（7）：957.

[31]刘凌云，吴迪，李清君，等. 甲醛炎性痛增强大鼠海马NOS表达和NO生成[J]. 中国应用生理学杂志，2007（1）：30.

[32]苗建亭，李柱一，林宏，等. Alzheimer病形成过程中NO/NOS机制的实验研究[J]. 第四军医大学学报，2001，22（16）：1463.

[33]Karuppagounder S S， Pinto J T， Xu H， et al. Dietary supplementation with resveratrol reduces plaque pathology in a transgenic model of Alzheimer′s disease[J]. Neurochem Int，2009，54（2）：111.

[34]曹霞飞，郑翔，吴俊，等. 白藜芦醇对甲醛诱导PC12细胞氧化损伤的影响[J]. 中国老年学杂志，2011（16）：3062.

[35]吕毅，张婷，王超群. 灵芝孢子粉提取物对甲醛所致小鼠遗传毒性干预研究[J]. 吉林医学，2011，32（13）：2505.

[36]吕毅，王超群，张婷. 灵芝孢子粉提取物对甲醛所致小鼠免疫毒性的影响[J]. 吉林医学，2011，32（10）：1877.

[37]闫燕，祝美玲，张潇伊，等. 加味玉屏风散对吸入不同剂量甲醛小鼠保护作用的初步观察 [Z]. 西宁：中国畜牧兽医学会动物解剖学及组织胚胎学分会第十六次学术研讨会论文集，2010.

Advance in study on endogenous formaldehyde and pathogenesis of Alzheimer′s disease

LI Wei-wei1， GUO Hao2， FAN Guan-wei2， WANG Xue-mei1*

（1. Research Room of Integrated Chinese and Western Medicine， Peking University First Hospital， Department of Integration of Chinese and Western Medicine， Peking University Health Science Center， Beijing 100034， China； 2. Tianjin University of Traditional Chinese Medicine， Tianjin State Key Laboratory of Modern Chinese Medicine， Key Laboratory of Pharmacology of Traditional Chinese Medical Formulae， Ministry of Education， Tianjin 300193， China）

[Abstract]The injury of exogenous formaldehyde and its merchanism have attracted wide attention from researchers. The latest study found that mammals have a whole system for generating and clearning formaldehyde. However， the imbalance on the system for generating and clearning formaldehyde for various reasons will cause abnormal accumulation of endogenous formaldehyde in vivo， which is closely related to learning diability and memory dysfunction. The increase in endogenous formaldehyde concentration may be one of factors inducing such neurodegenerative diseases as Alzheimer′s disease. The study on the relationship between endogenous formaldehyde and such neurodegenerative diseases as Alzheimer′s disease is of great significance and can provide new thoughts for preventing and treating Alzheimer′s disease with traditional Chinese medicines.

[Key words]formaldehyde； traditional Chinese medicine； Alzheimer′s disease

doi：10.4268/cjcmm20122004

[责任编辑张宁宁]