叢怡帆，宋雙雙，侯雪芹，張漢霆，2

〔1.山東第一醫(yī)科大學(xué)（山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院）藥學(xué)院，山東 泰安 271016；2.青島大學(xué)藥學(xué)院，山東 青島 266073〕

磷酸二酯酶（phosphodiesterases，PDE）作為水解細(xì)胞內(nèi)第二信使環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）和環(huán)磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）的超級(jí)酶家族，在新陳代謝、記憶與情感、神經(jīng)遞質(zhì)傳遞、免疫反應(yīng)和突觸發(fā)生等生理過程中起著重要調(diào)節(jié)作用。根據(jù)其對(duì)底物的專一性，PDE可分為11個(gè)家族（PDE1～PDE11）；PDE4，7和8特異性水解cAMP，而PDE5，6和9特異性水解cGMP，其余的PDE家族能夠同時(shí)水解cGMP和cAMP。每個(gè)PDE家族均在不同的細(xì)胞、組織中不同程度地表達(dá)，參與不同的生物功能調(diào)節(jié)，從而針對(duì)不同的疾病進(jìn)行治療。

PDE4是結(jié)構(gòu)、功能最為復(fù)雜的一類PDE家族成員，作為阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）、抑郁癥、特應(yīng)性皮炎或慢性阻塞性肺病等疾病的潛在治療靶點(diǎn)已被研究40余年。目前，已有3種PDE4抑制劑獲批上市，即羅氟司特（roflumilast，Daxas）、克立鵬羅（crisaborole，Eucrisa）和阿普米司特（阿普斯特，apremilast，Otezla）分別用于治療慢性阻塞性肺疾病、特應(yīng)性皮炎和銀屑病關(guān)節(jié)炎，表明PDE4作為藥物靶標(biāo)的重要研究價(jià)值和臨床應(yīng)用前景。然而，到目前為止，還無PDE4抑制劑被批準(zhǔn)用于治療神經(jīng)精神疾病，有關(guān)PDE4在中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面的功能還需要更加深入研究。

AD是一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為漸進(jìn)性記憶力減退和認(rèn)知功能障礙。此外，AD與抑郁癥密切相關(guān)。50%AD患者伴有抑郁癥；抑郁癥病史也是AD發(fā)病的危險(xiǎn)因素［1］。AD合并抑郁癥，即AD抑郁共病，因其發(fā)病機(jī)制尚不明確，缺乏有效的藥物作用靶標(biāo)，目前臨床上尚缺乏有效治療藥物。PDE4抑制劑增強(qiáng)記憶和認(rèn)知、神經(jīng)保護(hù)、神經(jīng)再生及調(diào)節(jié)情緒的有效性已在體內(nèi)外研究中得到廣泛證實(shí)［2-4］，但作用機(jī)制和PDE4介導(dǎo)的下游靶點(diǎn)尚不清楚。除此之外，PDE4抑制劑引發(fā)的惡心、嘔吐等不良反應(yīng)對(duì)此類藥物的研發(fā)造成了挑戰(zhàn)，因此有必要了解單個(gè)PDE4亞型在不同疾病中所扮演的不同角色［5］，有針對(duì)性地開發(fā)PDE4亞型選擇性抑制劑。

本文將概述PDE4對(duì)AD、抑郁癥以及二者共病的獨(dú)特調(diào)節(jié)功能以及可能參與的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，討論P(yáng)DE4抑制劑可能存在的局限性和解決方案，旨在為研發(fā)治療這些疾病的藥物提供新的策略和視角。

1 PDE4及其亞型在腦內(nèi)的分布和主要功能特點(diǎn)

PDE4是最大的PDE家族成員，具有低米氏常數(shù)（Km）及對(duì)cGMP或Ca2+/鈣調(diào)蛋白不敏感的特點(diǎn)。神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)70%～80%cAMP均由PDE4水解［6］。PDE4水平升高可過度水解cAMP；反之，PDE4活性下調(diào)會(huì)因減少cAMP水解而使cAMP累積。PDE4由 4個(gè)基因（PDE4A，PDE4B，PDE4C和PDE4D）編碼，分別表達(dá)為對(duì)應(yīng)的4個(gè)亞型。在PDE4蛋白結(jié)構(gòu)的N端經(jīng)過對(duì)不同部位的剪接后共形成25種剪接變異體，包括6種PDE4A，5種PDE4B，3種PDE4C，11種PDE4D。其中PDE4C主要分布在外周組織，其他3種亞型在中樞神經(jīng)系統(tǒng)有豐富的表達(dá)，但在不同區(qū)域存在顯著表達(dá)差異，提示每種PDE4亞型及剪接變異體都可能具有各自獨(dú)特的功能。研究表明，PDE4A和PDE4D主要參與情緒與記憶功能的調(diào)節(jié)［7-9］，而PDE4B更可能參與多巴胺相關(guān)和應(yīng)激相關(guān)的過程［10］。

PDE4A在嗅球、皮質(zhì)深層、杏仁核、下丘腦、海馬、梨狀皮質(zhì)和小腦中存在較高的表達(dá)［11］。雙相情感障礙患者PDE4A表達(dá)減少［12］，自閉癥患者腦中PDE4A的表達(dá)在不同腦區(qū)發(fā)生不同的變化［13］。在PDE4A基因敲除小鼠模型上也顯示，PDE4A可能在情緒記憶和焦慮樣行為的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用［8］。此外，短暫的睡眠剝奪通過增加PDE4A5的表達(dá)影響海馬功能，進(jìn)而引起認(rèn)知障礙［14］。與此一致的是，PDE4A5在海馬興奮性神經(jīng)元中的過度表達(dá)可損害突觸可塑性和海馬依賴的長期記憶［15］。β淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）是AD的典型病理特征之一，而抑制PDE4A有望減輕Aβ1-42誘導(dǎo)的AD神經(jīng)毒性［16］。

PDE4B主要表達(dá)于杏仁核、丘腦、下丘腦、白質(zhì)束、紋狀體和海馬［17］。PDE4B因與神經(jīng)炎癥關(guān)系密切而引起了廣泛關(guān)注［18］。小鼠經(jīng)脂多糖刺激后，白細(xì)胞中腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）和PDE4B的表達(dá)明顯增加，而在PDE4B缺乏的小鼠中并未觀察到TNF-α的改變［19］。PDE4B還可能參與焦慮和抑郁的調(diào)節(jié)。PDE4B基因敲除小鼠血漿皮質(zhì)酮水平升高，表現(xiàn)出類似焦慮癥的行為［10］。精神分裂癥和雙相情感障礙患者尸檢顯示，其腦組織中PDE4B表達(dá)下降［20］。此外，PDE4B缺乏可減少C57BL/6NJ小鼠和C57BL/6J小鼠的酒精攝入量［21］；小鼠攝入酒精可增加腦內(nèi)PDE4B表達(dá)，但對(duì)PDE4A和PDE4D的表達(dá)則無明顯影響［22］，提示PDE4B可能參與酒精成癮調(diào)節(jié)。特異性抑制PDE4B可能對(duì)酗酒者產(chǎn)生有益的效果。然而PDE4B可能并不參與認(rèn)知功能的調(diào)節(jié)［23］。

PDE4D在大腦所有區(qū)域中廣泛表達(dá)，在海馬、皮質(zhì)、丘腦、腦干和小腦表達(dá)豐富［11］。大量研究證實(shí)，抑制PDE4D具有改善認(rèn)知和調(diào)節(jié)情緒的作用。例如，PDE4D抑制劑BPN14770［24-25］、PDE4D基因敲除或敲減［26-27］都可產(chǎn)生明顯的增強(qiáng)記憶作用；PDE4D基因敲除或敲減也可產(chǎn)生抗抑郁樣行為［9，28］，但PDE4D抑制劑D159687和GREB-7b均未顯示抗抑郁或緩解焦慮的效果［29-30］，這可能是由于基因敲除動(dòng)物的代償機(jī)制對(duì)行為表型產(chǎn)生了間接影響，而選擇性抑制劑只會(huì)引起PDE4D被短暫抑制。然而不幸的是，PDE4D是4個(gè)亞型中在腦內(nèi)延髓嘔吐中樞表達(dá)水平最高的亞型［31］，PDE4D基因敲除小鼠表現(xiàn)出嘔吐樣行為［32］。這種不良反應(yīng)的產(chǎn)生阻礙了PDE4D抑制劑的發(fā)展與應(yīng)用。

2 PDE4及其亞型對(duì)AD的調(diào)節(jié)

慢性進(jìn)行性認(rèn)知能力下降是AD的標(biāo)志性癥狀。隨著人口老齡化日益嚴(yán)重，AD患病人數(shù)和發(fā)病率正逐年增長，預(yù)計(jì)到2050年全球患病人數(shù)將達(dá)到1.315億［33］。然而到目前為止，尚無有效的AD治療方法。AD對(duì)患者本人及其家庭的生活質(zhì)量產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。AD的兩大神經(jīng)病理學(xué)特征分別為微管相關(guān)蛋白（microtubule-associated protein tau，Tau）異常磷酸化引起的神經(jīng)纖維纏結(jié)和Aβ沉積引起的老年斑。現(xiàn)階段臨床上使用的藥物主要是乙酰膽堿酯酶抑制劑和非競爭性N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體拮抗劑，然而在病程適當(dāng)階段給予這些藥物治療只能在一定程度上緩解患者的癡呆癥狀，改善患者的生活質(zhì)量，并不能治愈AD或阻止其病程的發(fā)展［33］。PDE4通過特異性水解cAMP而調(diào)整細(xì)胞cAMP信號(hào)水平，后者對(duì)于將信息整合至長期記憶十分重要，尤其是后期鞏固階段。研究表明，PDE4功能異常通常會(huì)導(dǎo)致大腦某些區(qū)域cAMP信號(hào)失調(diào)，異常的cAMP信號(hào)與AD及其他神經(jīng)退行性疾病的認(rèn)知缺陷密切相關(guān)［34］。

PDE在認(rèn)知中的作用首次在20世紀(jì)70年代研究缺乏學(xué)習(xí)能力的PDE4D基因缺失的果蠅中發(fā)現(xiàn)［35］。目前，已經(jīng)有許多PDE抑制劑在非臨床研究中表現(xiàn)出顯著的改善認(rèn)知的作用，這些PDE包括PDE1［36-37］，PDE2［38-39］，PDE3［40］，PDE4［41］，PDE5［42］，PDE7［43-44］，PDE9［45-46］和 PDE10［47］，它們都不同程度地參與認(rèn)知功能的調(diào)節(jié)，在記憶的不同階段發(fā)揮不同作用。現(xiàn)已有＞15種PDE抑制劑進(jìn)行了臨床試驗(yàn)，其中PDE4抑制劑的作用尤為明顯和廣泛［48］，表明PDE4是最具潛力的靶點(diǎn)?？├仗m（rolipram）是經(jīng)典的PDE4抑制劑，能透過血腦屏障，顯著改善動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶能力。近期研究表明，在物體位置記憶的鞏固窗口期間注射2次咯利普蘭，可改善老年雄性小鼠的空間記憶缺陷［49］。在 Aβ25-35［50］和 Aβ1-42［51］誘導(dǎo)的嚙齒類動(dòng)物 AD 模型中，咯利普蘭同樣也顯示出明顯的增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶的效果。臨床研究發(fā)現(xiàn)，健康老年人［52］和健康年輕人［2］在口服羅氟司特后語言記憶能力均得到提高。這些發(fā)現(xiàn)為PDE4抑制劑治療AD提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

雖然PDE4抑制劑可能不會(huì)直接影響Aβ沉積，但可通過減少Tau蛋白的異常累積促進(jìn)記憶恢復(fù)。選擇性PDE4D抑制劑GEBR-7b和GEBR-32a可改善β淀粉樣前體蛋白/早老素1（β-amyloid precursor protein/presenilin 1，APP/PS1）模型小鼠的認(rèn)知能力，但在降低海馬Aβ沉積方面無顯著效果［34］。PDE4抑制劑屈他韋林（drotaverine）可劑量依賴性地逆轉(zhuǎn)AD模型小鼠大腦中Aβ和Tau的高表達(dá)［53］。AD小鼠早期使用咯利普蘭也可促進(jìn)蛋白酶體的激活，使Tau積累減少［54］。此外，最近的一項(xiàng)報(bào)告顯示，AD患者顳葉腦組織中PDE4D1，PDE4D3和PDE4D5的過表達(dá)與神經(jīng)纖維纏結(jié)的嚴(yán)重程度密切相關(guān)［55］。在AD發(fā)病機(jī)制研究中，雖然大量研究支持Aβ位于Tau上游的假說，并認(rèn)為Aβ可能觸發(fā)或促進(jìn)磷酸化Tau的累積［56］，但也有證據(jù)表明，磷酸化的Tau可通過反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng)Aβ的毒性［57］。因此，PDE4抑制劑是否通過降低tau聚集水平預(yù)防或減緩AD的神經(jīng)退行性變化也將是一個(gè)有趣的研究方向。

近年來，隨著基因敲除小鼠模型和基因沉默技術(shù)（如RNAi和CRSPR-Cas9）的發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)在PDE4的4種亞型中，PDE4D或許是介導(dǎo)記憶和認(rèn)知最主要的亞型。本課題組前期研究表明，慢病毒微RNA誘導(dǎo)的PDE4D基因敲減，特別是PDE4D的長型變異體PDE4D4和PDE4D5，在海馬相關(guān)的記憶和神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮著重要作用［7］。同樣的方法還表明，PDE4D基因敲減可逆轉(zhuǎn)Aβ1-42誘導(dǎo)的認(rèn)知損傷［26］。另一項(xiàng)研究進(jìn)一步驗(yàn)證了這一結(jié)論，即敲減小鼠雙側(cè)前額皮質(zhì)中的長型PDE4D可顯著提高認(rèn)知能力，并且在用咯利普蘭抑制其他PDE4亞型后，這一效應(yīng)并未進(jìn)一步提高［58］。這表明長型PDE4D可能在認(rèn)知方面起主導(dǎo)作用，其機(jī)制可能與抗氧化、抗凋亡和神經(jīng)保護(hù)作用有關(guān)［27］。為了特異性地研究 PDE4D5，Bolger等［59］培育了 PDE4D5-D556A轉(zhuǎn)基因小鼠模型。有意思的是，這種小鼠在Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出明顯的海馬依賴性空間學(xué)習(xí)能力缺陷。出現(xiàn)這種矛盾結(jié)果的原因尚不清楚，可能與PDE4D5表達(dá)被抑制后，記憶調(diào)節(jié)腦區(qū)的其他PDE4D變異體代償性上調(diào)有關(guān)，需進(jìn)一步研究解釋。確定PDE4剪接變異體對(duì)AD的潛在調(diào)節(jié)作用，可能為相關(guān)記憶喪失提供一種有前景的治療策略。

3 PDE4及其亞型對(duì)抑郁癥的調(diào)節(jié)

抑郁癥是一種慢性精神疾病，發(fā)病率呈逐年上升趨勢，其特征是持續(xù)性的情緒低落、悲觀厭世、睡眠障礙，對(duì)日常活動(dòng)失去興趣，且抑郁癥患者大多具有嚴(yán)重的自殺傾向。目前，抑郁癥的發(fā)病機(jī)制尚不清楚，主要的假說包括單胺假說、受體假說、神經(jīng)營養(yǎng)假說、炎癥反應(yīng)假說和神經(jīng)內(nèi)分泌假說等。抑郁癥的治療臨床上最常用的藥物有選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑、去甲腎上腺素再攝取抑制劑、單胺受體拮抗劑和單胺氧化酶抑制劑。而這些藥物存在很多局限性，如有效率不高，且起效時(shí)間較晚，大部分藥物需要數(shù)周甚至更長時(shí)間才能產(chǎn)生療效。最近，美國FDA批準(zhǔn)的Auvelity成為首個(gè)用于治療抑郁癥的速效口服NMDA受體拮抗劑，其主要成分是右美沙芬和安非他酮。但目前仍有必要研發(fā)其他新型抗抑郁藥物。大量證據(jù)表明，cAMP信號(hào)通路在抑郁情緒調(diào)節(jié)中起重要作用［60］。PDE4抑制劑可通過提高細(xì)胞cAMP水平緩解神經(jīng)炎癥，改善與抑郁癥相關(guān)的神經(jīng)突觸可塑性，并提高神經(jīng)元的存活［61］。

在未服用和長期服用抗抑郁藥物的抑郁癥患者大腦中均發(fā)現(xiàn)PDE4活性發(fā)生了變化，這表明PDE4是治療抑郁癥的一個(gè)重要潛在靶點(diǎn)［60，62］。經(jīng)典PDE4抑制劑咯利普蘭不僅在非臨床實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出顯著的抗抑郁作用，還曾在早期的臨床試驗(yàn)中被用于治療重度抑郁癥（major depressive disorder，MDD）［63］，但因其嚴(yán)重的惡心、嘔吐等胃腸道不良反應(yīng)，不得不終止臨床試驗(yàn)。與之相比，治療劑量羅氟司特幾乎不出現(xiàn)嘔吐等不良反應(yīng)，引起了人們的特別關(guān)注。慢性不可預(yù)知的溫和應(yīng)激（chronic unpredictable mild stress，CUMS）是一種常用的抑郁動(dòng)物模型，可在一定程度上模擬人類抑郁癥的臨床表現(xiàn)。雄性C57小鼠經(jīng)過16周的應(yīng)激后，在曠場、強(qiáng)迫游泳和新奇抑制攝食實(shí)驗(yàn)中均表現(xiàn)出抑郁樣行為；應(yīng)用羅氟司特后，這些行為均得到明顯改善［4］。隨著人們對(duì)PDE4生物學(xué)功能認(rèn)識(shí)的逐步提高，越來越多的有效PDE4抑制劑得到開發(fā)。例如，近年報(bào)道的 FCPR03［64］和 FCPE07［65］等新型選擇性PDE4抑制劑，在表現(xiàn)出良好的抗抑郁作用的基礎(chǔ)上，幾乎無致嘔吐的不良反應(yīng)。這為PDE4抑制劑未來用于抑郁癥的治療帶來了曙光。

炎癥反應(yīng)假說認(rèn)為，機(jī)體通過釋放炎癥細(xì)胞因子從而引起神經(jīng)內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)功能紊亂，最終導(dǎo)致抑郁癥發(fā)生［66］。小膠質(zhì)細(xì)胞作為大腦中有免疫活性的一類細(xì)胞，具有監(jiān)測神經(jīng)元活動(dòng)的功能，其過度活化與腦內(nèi)慢性炎癥的產(chǎn)生和神經(jīng)元的死亡密切相關(guān)。最近研究表明，羅氟司特可有效改善CUMS誘導(dǎo)的雄性C57小鼠抑郁樣行為，其機(jī)制主要是通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化和恢復(fù)其形態(tài)，表現(xiàn)為小膠質(zhì)細(xì)胞的總突起長度、面積、體積、分支點(diǎn)數(shù)目、終點(diǎn)數(shù)和總Sholl交叉點(diǎn)減少［4］。PDE4抑制劑FCPR16不僅可使CUMS小鼠皮質(zhì)與海馬中促炎細(xì)胞因子〔TNF-α、白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）和IL-6〕表達(dá)減少，抗炎細(xì)胞因子IL-10表達(dá)增加，還誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞M1標(biāo)志物mRNA水平持續(xù)下調(diào)，而M2標(biāo)志物mRNA表達(dá)水平上調(diào)［67］。有趣的是，大多數(shù)PDE4抑制劑都是抗炎藥，由此可推測，PDE4抑制劑的抗抑郁效應(yīng)與其抗炎作用密不可分。

在PDE4的4種亞型中，PDE4A和PDE4D可能與抑郁癥關(guān)系最為密切，而有關(guān)PDE4B參與抑郁調(diào)節(jié)的報(bào)道相對(duì)較少。首先，CUMS會(huì)引起小鼠海馬PDE4D表達(dá)上調(diào)，損害海馬神經(jīng)發(fā)生［68］。其次，PDE4D基因敲除小鼠在多種行為實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出抗抑郁樣作用［8］。再次，敲除前額皮質(zhì)中的長型PDE4D可緩解慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的皮質(zhì)酮升高和抑郁樣行為，而這些效應(yīng)并不能被咯利普蘭增強(qiáng)［69］。最后，白藜蘆醇作為一種天然多酚，以濃度和時(shí)間依賴的方式緩解皮質(zhì)酮誘導(dǎo)的小鼠海馬神經(jīng)元HT-22細(xì)胞的損傷，白藜蘆醇衍生物RES003還有效改善慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的小鼠抑郁樣行為，這些作用均與抑制PDE4D有關(guān)［70-71］。這些結(jié)果為PDE4D參與抗抑郁治療提供了有力的證據(jù)。另外，由于PDE4A在大腦中的分布模式與PDE4D相似，因此PDE4A可能也參與了抗抑郁作用的調(diào)節(jié)［72］。最新的遺傳學(xué)證據(jù)表明，女性抑郁癥的高患病率可能與PDE4A基因變異有關(guān)［73］。反式白藜蘆醇可能通過下調(diào)海馬PDE4A的表達(dá)而改善應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁癥［74］，缺乏PDE4A還可以保護(hù)小鼠免受遺傳或高脂飲食誘導(dǎo)的抑郁樣行為［75］。盡管有研究表明抗抑郁藥物或電驚厥治療可引起PDE4A剪接變異體在大鼠的不同腦區(qū)差異性上調(diào)，但這可能是由于代償機(jī)制引起的，即通過上調(diào)PDE4A以增強(qiáng)cAMP水解，從而使第二信使恢復(fù)至正常水平，同時(shí)也可以解釋抗抑郁藥物起效較慢的原因［76-77］。當(dāng)然，未來還需要更多的研究闡明PDE4A與抑郁癥之間的關(guān)系。

4 PDE4對(duì)AD和抑郁癥共病的調(diào)節(jié)及機(jī)制

AD患者常常伴隨著多種精神異常［78］，其中高達(dá)50%患者在疾病發(fā)展過程的某個(gè)階段患有抑郁癥；有抑郁癥病史的人在晚年也更有可能出現(xiàn)認(rèn)知衰退［79］，2種疾病之間存在著實(shí)質(zhì)性的基因重疊［80］和顯著的遺傳相關(guān)性［81］。抑郁癥可能是AD發(fā)病前的一個(gè)危險(xiǎn)因素，或神經(jīng)退行性改變的早期征兆，亦可能作為伴隨癥狀同時(shí)出現(xiàn)。AD和抑郁共病不僅加速患者認(rèn)知功能衰退，使護(hù)理難度顯著增加，也使死亡率大大增加。重疊的大腦區(qū)域、病理學(xué)特征和細(xì)胞信號(hào)通路是認(rèn)知衰退和情緒障礙共病的基礎(chǔ)，將AD與抑郁癥聯(lián)系起來的生物學(xué)機(jī)制包括下丘腦-垂體-腎上腺軸失調(diào)、糖皮質(zhì)激素水平異常、腦血管因素、淀粉樣蛋白斑塊沉積、海馬萎縮、慢性炎癥、神經(jīng)生長因子缺乏和興奮性氨基酸分泌過多［82］。到目前為止，對(duì)其病因尚未達(dá)成共識(shí)，診斷方法也存在爭議［83］。因此，了解認(rèn)知衰退及其伴隨的情感特征發(fā)展的共同神經(jīng)生物學(xué)通路，對(duì)于開發(fā)AD抑郁癥共病的潛在治療方法至關(guān)重要。

3xTg-AD小鼠是通過在PS1M146V基因敲入小鼠體中顯微注射包含APPSWE和TauP30lL的共基因序列而建立的AD動(dòng)物模型，能夠很好的模擬AD的兩大神經(jīng)病理學(xué)和行為學(xué)特征［84］，是近年來出現(xiàn)的較為理想的AD動(dòng)物模型。9月齡3xTg-AD小鼠與同月齡C57BL/6對(duì)照小鼠相比，在曠場實(shí)驗(yàn)中央?yún)^(qū)域活動(dòng)時(shí)間百分比、高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)開放臂停留時(shí)間百分比和糖水偏好實(shí)驗(yàn)糖水偏好率均明顯降低，表現(xiàn)出焦慮樣和抑郁樣行為［85］。此外，尸檢報(bào)告顯示，與一生中從未患過抑郁癥的AD患者相比，有MDD病史的AD患者海馬區(qū)顯示出更多的神經(jīng)炎性斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)，并伴隨著認(rèn)知功能的加速衰退［86］。輕度認(rèn)知障礙（mild cognitive impair-ment，MCI）是一種處于正常衰老和癡呆之間的臨床狀態(tài)，被認(rèn)為是AD的早期階段［87］。臨床研究發(fā)現(xiàn)，MCI患者的抑郁癥患病率較高［88］，且在MCI到AD的轉(zhuǎn)變過程中，抑郁癥起到加速器的作用［89］。MCI患者中淡漠、抑郁的發(fā)病率為56%，而癡呆患者中淡漠、抑郁的發(fā)病率高達(dá)70%［90］。深刻理解MCI，MDD和AD之間的關(guān)系，對(duì)于預(yù)防疾病發(fā)生和延緩疾病進(jìn)程具有重大意義。

盡管微RNA誘導(dǎo)的PDE4基因敲減或敲除和PDE4抑制劑產(chǎn)生的效應(yīng)大致相同，但仍有一些問題尚未解決。目前，PDE4抑制劑羅氟司特已被證明可有效逆轉(zhuǎn)10月齡APP/PS1小鼠的認(rèn)知缺陷和抑郁樣行為，并且減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷和凋亡，這些作用與PDE4B和PDE4D的抑制有關(guān)［91］。雖然PDE4D基因敲減大鼠僅表現(xiàn)出抗抑郁樣行為，而空間學(xué)習(xí)或記憶并無改善［28］，但RNA干擾介導(dǎo)的前額葉皮質(zhì)PDE4D基因敲減小鼠卻同時(shí)表現(xiàn)出抗抑郁樣和認(rèn)知增強(qiáng)的雙重作用［58，69］，推測這種行為表現(xiàn)不一致的原因可能與物種有關(guān)，不同動(dòng)物模型對(duì)于研究PDE4在AD和抑郁癥共病中的作用發(fā)揮著不容小覷的價(jià)值。PDE4D抑制劑GEBR-7b可明顯改善CUS誘導(dǎo)的大鼠抑郁樣行為［92］，改善APP/PS1小鼠的空間記憶功能［30］。但另一項(xiàng)研究卻表明，在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，PDE4D與pS214-Tau水平均呈負(fù)相關(guān)，GEBR-7b可引起工作記憶受損［93］。這可能是由于空間記憶能力主要受海馬的調(diào)控［94］，而皮質(zhì)主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)工作記憶導(dǎo)致的。

4.1 PDE4對(duì)AD和抑郁癥共病的主要信號(hào)通路的調(diào)節(jié)

4.1.1 cAMP-蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）

研究表明，PDE4抑制劑增強(qiáng)cAMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活PKA，繼而促進(jìn)cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）磷酸化，調(diào)節(jié)下游的各種蛋白因子表達(dá)水平，參與AD和抑郁癥的病理生理變化，是治療多種神經(jīng)精神疾病的重要潛在靶點(diǎn)［95］。正電子發(fā)射斷層掃描成像發(fā)現(xiàn)MDD患者cAMP信號(hào)級(jí)聯(lián)活性下調(diào)，而經(jīng)抗抑郁治療后，cAMP信號(hào)級(jí)聯(lián)活性增強(qiáng)甚至可能恢復(fù)到正常水平［60］。同時(shí)，cAMP/PKA/CREB通路還參與長時(shí)程增強(qiáng)，可有效提高記憶能力［96］。CREB一直以來都被認(rèn)為是學(xué)習(xí)記憶［97］和情緒調(diào)節(jié)［62］所需的關(guān)健。非臨床和臨床研究均表明，CREB信號(hào)失調(diào)在AD和抑郁共病中起著重要作用。降低cAMP水平導(dǎo)致磷酸化CREB水平降低，從而使突觸可塑性降低和記憶減退［48］，并產(chǎn)生抑郁樣行為［71］。

磷酸化CREB的下游靶點(diǎn)十分廣泛，包括炎癥細(xì)胞因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)因子等，其中腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的作用尤為廣泛和重要。BDNF是大腦功能和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在維持和修復(fù)神經(jīng)元功能中起著重要作用，BDNF的減少被認(rèn)為是與年齡相關(guān)的突觸密度和認(rèn)知功能下降的重要因素［98］。在某些情況下，BDNF水平甚至與AD的嚴(yán)重程度相關(guān)［99］。BDNF可以調(diào)節(jié)Aβ在大腦中的聚積，防止Aβ表達(dá)過度所導(dǎo)致的細(xì)胞死亡，有助于修復(fù)Aβ引起的一系列損傷［97］。雖然尸檢發(fā)現(xiàn)，AD患者血清或大腦中BDNF增加，但這可能是代償機(jī)制引起的，或者是由于藥物治療所致［100］。

此外，越來越多的臨床研究提示，BDNF水平與抑郁癥也密切相關(guān)。首先，抑郁自殺患者腦內(nèi)BDNF水平明顯低于正常水平［101］。其次，使用藥物進(jìn)行抗抑郁治療能夠逆轉(zhuǎn)CUMS誘導(dǎo)的小鼠海馬BDNF水平降低［102-103］，在海馬或中腦直接注射BDNF或外周皮下注射BDNF均可產(chǎn)生抗抑郁樣效果［104］。一項(xiàng)數(shù)量巨大的臨床病理樣本檢測結(jié)果顯示，與單純癡呆癥（無MDD）的老年患者相比，患有抑郁癥和癡呆癥的老年人死后腦中BDNF表達(dá)水平更低［105］。這些證據(jù)表明，BDNF在對(duì)抗AD和抑郁癥方面起著紐帶的作用。

4.1.2 cAMP-cAMP激活交換蛋白（exchange protein activated by cAMP，EPAC）

cAMP含量的增加除了激活PKA信號(hào)通路外，還可直接激活EPAC。EPAC信號(hào)通路自1998年被發(fā)現(xiàn)以來便得到廣泛關(guān)注［106］，作為一種相對(duì)較新的cAMP效應(yīng)分子，其主要功能是作為小G蛋白R(shí)ap1的特異性鳥嘌呤核苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF），將無活性的Rap1-GDP置換為有活性的Rap1-GTP而參與多種生理功能的調(diào)節(jié)，在增強(qiáng)記憶、神經(jīng)生長、突觸可塑性和調(diào)節(jié)情緒方面均有重要作用［107］。EPAC有2種亞型，即EPAC1和EPAC2，分別由RAPGEF3和RAPGEF42種不同的基因編碼［108］。RAPGEF3在大多數(shù)組織中均有轉(zhuǎn)錄，因此，EPAC1分布十分廣泛。而RAPGEF4轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的3種蛋白EPAC2A，EPAC2B和EPAC2C以嚴(yán)格的組織特異性模式表達(dá)，主要表達(dá)于大腦、腎上腺、胰腺和肝。目前還不清楚參與抗抑郁和改善認(rèn)知功能的EPAC亞型。

睡眠剝奪小鼠在同時(shí)注射PDE4抑制劑咯利普蘭和PKA抑制劑綠原酸（chlorogenic acid）后，與對(duì)照組相比，依然表現(xiàn)出記憶水平的提高和海馬區(qū)磷酸化CREB表達(dá)增加，提示PDE4抑制劑通過PKA和EPAC雙重機(jī)制發(fā)揮改善記憶的作用［109］。腦內(nèi)注射EPAC激動(dòng)劑增強(qiáng)環(huán)境依賴的恐懼條件反射記憶，海馬CA1區(qū)的電生理實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步支持了EPAC在認(rèn)知中的作用［110］。McPhee等［111］報(bào)道，AD患者前額皮質(zhì)和海馬EPAC2表達(dá)顯著減少，而EPAC1表達(dá)增加，后者可能為代償性變化。這表明，在認(rèn)知功能的調(diào)控方面，EPAC2可能是主要的亞型。

早期尸檢研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥自殺者前額皮質(zhì)和海馬中EPAC2蛋白水平與對(duì)照組相比顯著升高，而EPAC1蛋白表達(dá)無差異［112］。與之相反，一項(xiàng)利用EPAC基因敲除小鼠進(jìn)行的活體研究發(fā)現(xiàn)，EPAC2基因敲除小鼠表現(xiàn)出廣泛的情緒障礙，包括在曠場實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出焦慮樣行為以及在強(qiáng)迫游泳和蔗糖偏好測試中表現(xiàn)出絕望和冷漠行為，而EPAC1基因敲除小鼠無明顯行為變化［113］。另有研究表明，EPAC2基因敲除小鼠出現(xiàn)社交障礙，但不會(huì)引起焦慮，也不改變空間參考記憶或空間工作記憶［114］。有趣的是，EPAC基因敲除模型還可能成為闡明男性和女性之間情緒調(diào)節(jié)差異的一種工具［115］。如何跨越實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型和人類病理學(xué)之間的鴻溝［33］，深入了解EPAC的功能將為神經(jīng)精神疾病的治療提供有力幫助。

4.2 PDE4抑制劑對(duì)AD和抑郁癥共病的潛在治療作用及前景

2011年，Kobayashi等［116］提出了“抑郁-癡呆中間狀態(tài)”的概念，認(rèn)為處于這一狀態(tài)的患者如果能夠得到及時(shí)且有效的治療，或許可以預(yù)防或延緩AD的進(jìn)展?，F(xiàn)階段亟須解決的一個(gè)問題是能否通過干預(yù)AD的臨床前階段，即在認(rèn)知障礙出現(xiàn)之前，通過抑制PDE4或其他抗抑郁手段起到預(yù)防認(rèn)知功能減退或促進(jìn)認(rèn)知障礙癥狀延遲的目的?！耙话凰镜念A(yù)防”是否值得“一磅的治療”［117］？老年人的抑郁癥作為一種可以治療的疾病，適時(shí)的干預(yù)和治療可使患者的生活質(zhì)量得到極大程度的改善［78］。因此，可以做這樣的假設(shè)：PDE4抑制劑的應(yīng)用不僅可能降低抑郁癥患者患AD的風(fēng)險(xiǎn)，還可能減緩MCI向AD的進(jìn)展［118］，成為AD與抑郁癥共病的一種有效治療手段。

PDE4抑制劑在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有顯著優(yōu)勢的同時(shí)，也存在挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。首先，大腦中cAMP信號(hào)平衡極其微妙。PDE4亞家族種類數(shù)量繁多，分布于全身各處，參與一系列生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)，且各異構(gòu)體的催化位點(diǎn)極其相似，使用非特異性抑制劑必定會(huì)影響到其他系統(tǒng)，導(dǎo)致許多非靶向效應(yīng)，產(chǎn)生信號(hào)調(diào)節(jié)失調(diào)或其他不良影響。雖然cAMP的升高增強(qiáng)了海馬介導(dǎo)的記憶，但增加杏仁核中的cAMP可能會(huì)促進(jìn)類似焦慮的行為或傾向。前額皮質(zhì)cAMP活性的升高也可能會(huì)損害工作記憶［5］。

其次，闡明PDE4亞型及其剪接變異體的定位和藥理功能對(duì)于PDE4抑制劑的應(yīng)用具有極其重要的意義。盡管PDE4抑制劑表現(xiàn)出廣泛的治療潛力，但其致嘔吐的不良反應(yīng)使其臨床應(yīng)用受到限制。這種不良反應(yīng)是由多種復(fù)雜的因素造成的，推測主要原因可能與PDE4D在延髓化學(xué)感受區(qū)（極后區(qū)和孤束核）的高表達(dá)有關(guān)。另外，PDE4抑制劑引起的體溫過低與不良反應(yīng)之間也存在明顯的相關(guān)性［119］。因此，有針對(duì)性地開發(fā)高效且低風(fēng)險(xiǎn)的PDE4亞型選擇性抑制劑是未來研究重點(diǎn)之一。目前針對(duì)不良反應(yīng)主要有2種解決方式：一種是開發(fā)PDE4D的負(fù)變構(gòu)抑制劑如BPN14770，它不能完全抑制PDE4D；另一種是開發(fā)完整的PDE4抑制劑，但其與嘔吐相關(guān)的PDE4D亞型親和力較低［120］。

如何避免PDE4抑制劑的不良反應(yīng)一直是PDE研究領(lǐng)域的一項(xiàng)難題。聯(lián)合用藥是非常有前景的一種方式，不僅能避免單獨(dú)用藥引起的劑量限制和不良反應(yīng)，同時(shí)還可起到提高認(rèn)知和增強(qiáng)神經(jīng)保護(hù)的作用［120］。例如，亞有效劑量的PDE5抑制劑伐地那非（vardenafil）與PDE4抑制劑咯利普蘭聯(lián)用已被證明對(duì)突觸可塑性和記憶形成有協(xié)同增強(qiáng)作用［121］。此外，開發(fā)既能抑制PDE4又能通過經(jīng)典抗抑郁機(jī)制（如抑制去甲腎上腺素或5-羥色胺再攝?。┌l(fā)揮作用的雙重抑制劑將具有重大意義［72］。與使用單一的PDE4抑制劑相比，選擇正確的藥物組合改善患者的病理狀態(tài)或許是一種更好的策略［122］。靶向給藥到大腦似乎也是有前景的研究方向，有效的腦靶向藥物輸送系統(tǒng)可以突破血腦屏障，從而將藥物輸送到大腦，同時(shí)保證對(duì)其他部位影響較低［123-124］。

5 結(jié)語

雖然PDE4在cAMP信號(hào)介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用已取得了較大的研究進(jìn)展，PDE4抑制劑的調(diào)節(jié)情緒、增強(qiáng)記憶和神經(jīng)再生等功能被廣泛證實(shí)，然而其潛在的機(jī)制仍不完全清楚，距離開發(fā)高治療指數(shù)的PDE4抑制劑并將其用于AD、抑郁癥或二者共病的預(yù)防與治療還有很長的路要走。此外，還需要深入分析PDE4各個(gè)亞型在不同部位的不同作用，這將有利于加深人們對(duì)藥物性質(zhì)和疾病神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的理解。從PDE4中發(fā)掘介導(dǎo)其生物學(xué)效應(yīng)而又避免不良反應(yīng)的關(guān)鍵亞型和剪接變異體是該領(lǐng)域新藥研發(fā)的關(guān)鍵。

總之，深入探討PDE4與AD及抑郁癥之間的關(guān)系，運(yùn)用PDE4抑制劑來治療AD、抑郁癥及二者共病，并克服PDE4抑制劑應(yīng)用方面存在的不良反應(yīng)是目前研究的重點(diǎn)，這將為AD、抑郁癥及二者共病的治療提供一種新策略。