·综 述·
神经退行性变是指神经元结构或功能的逐渐丧失或神经元的过度死亡。神经退行性变可导致神经退行性疾病，常见的有阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)和帕金森病(Parkinson disease,PD)。目前在世界范围内，这2种疾病的患病人数均达数百万人，而且发病率和病死率均呈逐年上升趋势。然而，神经退行性变的进展过程尚未被充分认识，故其引起的疾病至今仍无确切治愈的方法。线粒体功能障碍和氧化应激，在神经退行性变中扮演了重要的角色。有研究显示，在人体组织的衰老过程中，睾酮水平的下降，与神经退行性疾病的发病时间、严重程度和发病机制有关。表明睾酮可能在神经退行性变中发挥作用。现就睾酮、线粒体功能障碍和氧化应激，与脑老化相关神经退行性变的关系综述如下。
1.1 线粒体与氧化应激 线粒体是真核细胞内的双膜性细胞器。由线粒体内膜包绕的线粒体基质，含有完成三羧酸循环以及参与氧化还原反应的某些成分。线粒体通过氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)过程产生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)，这一过程由位于线粒体内膜的线粒体复合物Ⅰ～Ⅴ完成。线粒体复合物依照氧化还原顺序沿呼吸链转移电子，形成线粒体基质和线粒体膜间隙之间的质子梯度，维持线粒体的膜电位。线粒体复合物Ⅴ通过消耗这个质子梯度而产生能量供给体ATP。脑是机体高能量需求中心，神经元需要大量的能量供应才能确保完成动作电位的发放和神经冲动的传导；神经元的能量获得依赖于线粒体的正常功能[1]。线粒体通过OXPHOS过程产生ATP，保障脑的正常功能活动。线粒体结构和功能的异常，可导致脑老化及相关神经退行性变。
ATP是大脑中最主要的能量来源，但是在产生ATP的同时也会产生活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)，导致氧化应激。随着年龄的增长，由于氧化还原状态不平衡引起的氧化应激在脑中不断增加，导致过量ROS的产生或抗氧化系统的功能障碍。已有研究显示，线粒体是ROS的主要来源；在线粒体功能障碍时ROS产生增多，细胞氧化还原平衡能力降低及氧化损害增加，进而引起神经退行性变[2-4]。虽然ROS清除能力降低是否是造成生物能量不足的原因，或者ROS产生增加是否是线粒体功能障碍的主要结果尚未定论，但氧化应激可能会损害由线粒体DNA编码的呼吸链亚基，从而形成氧化应激和生物能量衰竭的恶性循环[5]。作为对机体有害的ROS的来源场所，线粒体的功能障碍和氧化应激在衰老和神经退行性变中的作用备受关注[6]。
1.2 线粒体功能障碍与脑老化 衰老是多种因素相互作用的复杂生物学变化过程，常伴有运动和记忆能力的减弱，严重影响人们的生活质量，如何预防或缓解衰老机体的相关改变，是当前衰老研究的热点问题。氧化应激在衰老过程中发挥着重要作用，衰老机体脑内氧化应激水平的增高，可极大地损伤脑内神经元的结构和功能。神经元是有丝分裂后的细胞，受损的神经元并不会被(或很少被)替换，故在衰老过程中，神经元对氧化损伤十分敏感[7]。
线粒体功能在神经系统中尤为重要，神经系统大约需要身体总基础耗氧量的20%提供能量支持。脑老化的特征是能量代谢逐渐下降，伴随氧化应激的增加。在衰老过程中，线粒体OXPHOS及有氧代谢能力减弱、ATP合成减少、ROS过度堆积、细胞的氧化应激损伤增加等，均可参与脑老化和相关神经退行性变[8]。有研究显示，在线粒体的OXPHOS过程中，线粒体复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的电子传递能力随衰老进程而显著降低，电子传递能力的下降会导致脑老化中线粒体膜电位的降低。正常线粒体膜电位是维持线粒体OXPHOS、产生ATP的前提，线粒体能量转换的缺陷可诱发氧化应激和神经元的功能障碍。因此，线粒体功能障碍是脑老化及相关神经退行性变的重要影响因素。
1.3 线粒体功能障碍与神经退行性疾病 衰老是多种神经退行性疾病显著的诱发因素。随着衰老，脑组织出现突触衰减、线粒体功能障碍、氧化应激、炎症和细胞凋亡等。有研究表明，神经退行性疾病中的AD和PD，均存在线粒体的功能障碍[6,9]。线粒体功能障碍通过破坏脑内神经元的钙稳态和能量代谢、增加氧化应激和促使细胞凋亡等方式，在神经退行性疾病的发生和发展中发挥重要作用[10]。
1.3.1 AD与线粒体功能障碍 AD的病理特征是形成由Aβ组成的老年斑和以超磷酸化的tau蛋白为核心形成的神经原纤维缠结。来自细胞和转基因动物模型的研究表明，Aβ的存在损害了线粒体膜电位，降低了线粒体复合体Ⅳ的活性，减少了ATP的产生，并且增加了ROS水平。在体外和体内实验结果显示，异常tau蛋白的存在可降低线粒体复合物Ⅰ的活性，同时降低ATP水平和增加ROS产生。因此，在Aβ和异常tau蛋白的协同作用下，线粒体在OXPHOS、ATP合成和ROS中，表现出更加严重的功能障碍。虽然导致线粒体功能障碍的确切机制尚不清楚，但有越来越多的证据表明，线粒体功能障碍在AD发病中的关键作用毋庸置疑[10]。此外，在AD患者和AD动物模型中均发现氧化损伤的增加，氧化损伤可能增加细胞内Aβ的生成，故氧化应激在AD的发病中同样发挥着关键作用[11]。上述这些发现，强调了线粒体功能障碍在AD中的关键作用，氧化应激可能促使Aβ生成、tau蛋白过度磷酸化，并与神经变性形成恶性循环。
1.3.2 PD与线粒体功能障碍 PD的主要病理特征是黑质致密部多巴胺能神经元的丢失和α-突触核蛋白聚集物的形成。因为线粒体代谢过程中泄漏的电子是形成ROS的主要根源，故PD中的线粒体功能障碍也与氧化应激有关。人们逐渐注意到线粒体功能障碍与氧化应激在PD中的核心作用。不仅多巴胺能神经元本身在多巴胺代谢过程中产生ROS导致氧化应激，而且氧化应激也是引发PD的重要因素，对PD中神经元的死亡起到重要作用[12]。
另有研究证据表明，线粒体通过多种机制与α-突触核蛋白相互作用，可能在该细胞器的PD相关功能障碍中起决定作用。线粒体内α-突触核蛋白的积累还会抑制线粒体复合物Ⅰ的活性。在PD患者脑的黑质和纹状体区域中，也发现α-突触核蛋白与线粒体复合物Ⅰ存在相互作用。类似的一项体外实验结果表明，α-突触核蛋白与线粒体存在相互作用，并导致细胞膜去极化和ATP合成受损；研究中还观察到细胞中α-突触核蛋白的过度表达，也增加了细胞内的ROS水平[13]。提示α-突触核蛋白引起的线粒体功能障碍，可能是ROS生成增多的来源，并触发线粒体氧化应激。因此，PD中的线粒体功能障碍不仅使神经元ATP生成减少导致能量衰竭，而且还会增加ROS的产生并导致氧化损伤。
2.1 睾酮与线粒体 类固醇激素主要由内分泌腺产生，但神经系统本身也可产生类固醇，被称为“神经类固醇”，其独立于外周内分泌腺，在肾上腺切除术及去势后，仍可参与脑的特定功能。人和其他哺乳动物的性类固醇激素主要包括三大类，即雄激素、孕激素和雌激素，它们分别作用于雄激素或雌激素受体发挥作用。睾酮是人体主要的雄激素，由睾丸、肾上腺和卵巢合成与分泌，通过直接作用于脑内的雄激素受体影响脑功能，也可以在芳香化酶作用下，转化为雌激素作用于雌激素受体间接发挥作用。
Guebel等[14]对55例20～99岁认知完整的成年男性的线粒体功能进行了研究，并对相关基因进行了检测，结果揭示了男性大脑中与年龄相关的线粒体功能和基因表达的变化，表现在电子传递链、OXPHOS、核苷酸代谢、ATP代谢或生物合成和线粒体转运相关基因的下调。表明随着年龄的增长，男性脑内线粒体功能下降，脑内线粒体功能的改变与年龄和性别相关。雄激素的水平随着衰老而降低，而氧化应激随着年龄的增长而增加[15]。
在人类、动物和细胞模型的研究中显示，在脑老化过程中，神经类固醇的合成下降，与重要神经功能(如记忆)的丧失相平行，表明与AD和PD密切相关。研究者发现，在体外培养的神经母细胞瘤细胞和原代培养神经元中，睾酮均能通过提高ATP水平、线粒体膜电位、线粒体呼吸和锰超氧化物歧化酶活性，改善生物能量和抗氧化防御能力[16-17]。研究揭示了睾酮在预防和治疗氧化应激和线粒体功能障碍介导的衰老和神经退行病变中的潜在作用。
2.2 睾酮与氧化应激 氧化应激是由ROS在体内产生的一种负面作用，被认为是导致衰老和相关神经退行性疾病的一个重要因素。在许多基础和临床研究中观察到，氧化应激存在性别差异，通常男性比女性表现出更高的氧化应激[18-19]。在大鼠实验中也得到类似的结果。性激素水平差异可能是在产生氧化应激中存在性别差异的主要原因。虽然氧化应激可引起衰老及神经退行性疾病，但氧化应激并不总是有害的。ROS可以在细胞稳态中发挥作用，如预处理功能。生理水平的睾酮可增加氧化应激，并且通过预处理功能，使细胞免受随后暴露于氧化应激时的损伤，起到神经保护作用。然而，睾酮的预处理功能具有一定的限度，如果氧化应激过高，那么睾酮可能是有害的[20]。
3.1 年龄相关性 男性的血清睾酮水平，通常在50岁前后开始渐进性下降。动物实验表明，老年小鼠(24月龄)较年轻小鼠(7月龄)的大脑中激素水平低下。神经退行性疾病主要影响全球65岁以上的个体[21]，其中AD的发病率在60岁以后呈指数增长。脑老化过程中睾酮水平的降低，与诸如记忆和认知等神经功能障碍相平行，并与AD和PD相关。
3.2 睾酮与AD AD是一种常见的神经退行性疾病，其患病率和遗传风险均存在性别差异，故推测性激素水平及其信号通路可能影响疾病的发生[22]。AD的主要危险因素是年龄。随着年龄的增长，男性的睾酮水平逐渐下降。有研究表明，血浆睾酮水平的降低，是老年男性认知功能较差的危险因素，与老年男性患AD的风险显著相关[23-24]。在人类和啮齿动物中，睾酮的耗竭会降低认知能力，通过补充睾酮可使认知功能得以改善。大脑和血液中睾酮水平的降低，与男性脑内Aβ水平升高和患AD的风险增加有关[24]。而且，睾酮水平下降发生在AD的认知损害和神经发生病理改变之前。此外，男性前列腺癌患者长期使用雄激素剥夺疗法，与认知障碍[25]和AD[26-27]的风险均存在相关性。
去势导致AD模型小鼠的内源性睾酮耗竭，可显著提高脑内可溶性Aβ水平；通过给予睾酮进行治疗，可使已升高的Aβ水平明显降低。同时，睾酮可以对抗Aβ诱导的线粒体功能障碍，增加此病理情况下线粒体的能量产生[10]。还有研究发现，通过提高睾酮水平，可影响Aβ和tau蛋白，改善AD患者的空间记忆、语言记忆和认知能力。对265例年龄在60岁以上受试者的临床评估结果表明，睾酮对AD患者具有神经保护作用；在女性，睾酮可抑制早期Aβ的病理性沉积；在男性，睾酮可延缓AD患者神经退行性变的进展[28]。这些研究结果提示，睾酮在AD发病中可能发挥作用，有可能被应用于AD的预防和治疗中。
虽然有一项研究表明，在接受睾酮治疗1年的老年男性，其睾酮水平与记忆或其他认知功能的改善无关[29]，但该研究的参与者并不包括正常睾酮水平的老年男性，或许更长的治疗时间可能会产生不同的结果。考虑到早期Aβ沉积在大脑中病理改变的性别差异，男性可能不受正常睾酮水平降低的影响，然而，女性却容易受到游离血清睾酮轻度减少的影响[28]。因此，需要更加成熟的方法，找到一个最小血清睾酮阈值和最佳的治疗时长，以实现睾酮疗法对老年AD患者最佳的治疗或预防效果。
3.3 睾酮与PD 虽然PD的病理机制仍不十分清楚，但有一点可以肯定，衰老是PD发生和发展的主要危险因素。随着年龄的增长，PD的发病率逐渐增高，而且男性患PD的风险是女性的1.5～2倍。由此推测，性激素可能在PD发病中发挥着重要作用。
正常的中脑黑质致密部多巴胺能神经元，其基因表达谱具有性别特异性，这是男性易感PD的基础。在正常脑内，参与PD发病的基因(如α-突触核蛋白)在男性高表达，而参与神经元成熟和信号转导的基因在女性高表达[30]。
性染色体基因也可导致PD发病的性别差异。Y染色体基因表达在多巴胺水平升高的脑区，如黑质、腹侧被盖区、蓝斑和下丘脑，从而调节多巴胺的生物合成和介导其功能。Y染色体基因是诱导睾丸发育的关键转录因子，也对多巴胺能神经元具有重要影响，在毒素诱导的PD模型中，可以观察到该基因的异常表达。Gillies等[30]研究发现，沉默雄性啮齿动物黑质致密部中Y染色体基因，显示多巴胺能神经元数量减少，并且出现运动缺陷，故认为Y染色体基因可能直接作用于黑质纹状体多巴胺能系统，导致PD发病的性别差异。鱼藤酮是一种线粒体复合物Ⅰ抑制剂，在动物实验中发现，其可引起特定的黑质多巴胺能神经元变性，产生PD症状，并可引起外周血中睾酮水平下降。表明鱼藤酮诱导产生的PD症状可能与睾酮水平降低有关。睾酮替代药物(丙酸睾酮)可有效改善睾酮缺乏大鼠的运动行为，使黑质多巴胺能神经元内酪氨酸羟化酶、多巴胺转运体及囊泡单胺转运蛋白2的表达提高[31]，并可通过激活Nrf2-ARE通路，维持机体的平衡反应和肌力[32]。
还有研究发现，PD患者的血浆睾酮水平，与情绪和生活质量呈正相关[33]。通过对持续肌注睾酮的80岁老年男性PD患者5年的临床观察，发现运动症状的改善与血清睾酮水平有关。因此，使用睾酮替代治疗，既可改善那些睾酮水平下降的老年男性的运动症状，又能提高患者的整体幸福感。从临床研究角度来看，PD患者的睾酮低下率比一般人群高，睾酮补充已被作为PD患者运动和非运动症状的辅助治疗。但是也有文献报道，补充睾酮并不能显著改善患者的运动或非运动症状。不过，这项研究的目的只是通过问卷调查的方式分析补充睾酮对PD症状的改善作用，而非研究其神经保护作用。因此，仍需更多确凿的证据证实应用睾酮治疗的效果。
在神经退行性变的机制研究中，有关线粒体功能障碍与氧化应激方面备受关注。睾酮作为神经保护性药物，在改善神经组织氧化应激和线粒体功能障碍等方面的研究证据不断增多。通过对雄激素进行深入细致的基础和临床研究，可能为神经退行性疾病的防治提供新思路。
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