老年人和老年性痴呆患者脑脊液松果体素昼夜和季节性节律的变化

中华老年医学杂志 2000年第4期第19卷 临床研究

作者：刘荣玉　周江宁

单位：（230022 合肥市，安徽医科大学第一附属医院老年病科）

　　关键词： 阿尔茨海默病；褪黑激素；昼夜节律

　　【摘要】　目的　研究老年性痴呆(AD)患者和老年人松果体素昼夜和季节性节律变化。　方法　测定85例确诊的AD患者和82例无原发神经和精神疾病的老年人脑脊液中松果体素含量。　结果　AD组脑脊液松果体素水平为(56±7)pg/ml，明显低于老年对照组〔(273±47)pg/ml〕。在老年对照组中，年龄≥80岁者松果体素水平为(176±58)pg/ml，比＜80岁者〔(330±66)pg/ml〕明显降低。对照组和AD组松果体素水平的昼夜节律均消失。短日照期内对照组老年人脑脊液松果体素水平明显高于长日照期(P=0.04)，分别为(237±58)pg/ml和(138±59)pg/ml。＜80岁对照组老年人脑脊液松果体素水平呈现季节性改变，冬季和秋季松果体素水平分别是春季的3倍(P＜0.005)至7倍(P＜0.002)，该季节性节律在≥80岁的老年对照组和AD组消失。　结论　松果体素水平及其昼夜和季节性节律紊乱可能是老年人和AD患者睡眠-觉醒周期等节律性行为紊乱的生物学基础。

Circadian and seasonal rhythm changes of CSF melatonin levels in relation to the aging and Alzheimer's disease patients

LIU Rongyu, ZHOU Jiangning.

　　（Department of Geriatrics, the First Affiliated Hospital, Anhui Medical University, Hefei 230022,China）

　　【Abstract】　Objective　To determine whether the changes of melatonin levels in postmortem cerebrospinal fluid (CSF) is dependent on the circadian and seasonal rhythms in Alzheimer's disease (AD) and the elders. 　Methods　Melatonin levels were determined in CSF of 85 AD patients and 82 age-matched controls. 　Results　The CSF melatonin levels of AD patients were significantly decreased compared to those in control subjects 〔(56 ± 7) pg/ml vs (273 ± 47) pg/ml, respectively〕. In the elder control subjects (≥80 years of age), CSF melatonin levels were only the half of those control subjects that ＜80 years of age 〔(176 ± 58) pg/ml vs (330 ± 66) pg/ml, P=0.016〕. It was considered that there was no relationship between CSF melatonin levels and diurnal rhythm neither in control subjects nor in AD patients. In control subjects, the melatonin levels during short daylight period were significantly higher than that during long daylight period 〔(237 ± 58) pg/ml vs (138 ± 59) pg/ml, P=0.04〕. The melatonin levels in winter and autumn were 3～7 folds higher than that in spring (P＜0.005 and P＜0.002, respectively), suggesting a seasonal rhythm of CSF melatonin levels in ＜80-year-old controls. 　Conclusions　 The present study showed a dissociation of melatonin levels with circadian and seasonal rhythms in the normal elderly people and AD patients over 80 years of age. This finding might contribute to the understanding not only for the sleep-wake behavior, but also for other biological rhythmic disorders in elderly people and AD patients.

　　【Key words】Alzheimer diseases;　Melatonin;　Circadian rhythm

　　松果体素是调节昼夜、季节性节律和月经周期等功能的主要内分泌激素。体外研究报道，松果体素有抑制β-淀粉样蛋白沉积及毒性的作用^〔1〕。鉴于脑是松果体素作用的主要靶器官，松果体素的降低可能参与衰老和老年性痴呆(Alzheimer's disease,AD)的发病机制。我们通过测定荷兰脑库1988年10月至1997年11月测定的老年人对照和AD患者脑脊液(CSF)中松果体素水平，以了解脑脊液松果体素的昼夜和季节性节律有无改变。

　　材料与方法

　　一、研究对象和材料

　　老年AD患者85例，年龄62～97岁，平均(75±1)岁；82例无原发神经和精神疾病的老年人为对照组，年龄64～98岁，平均(76±1)岁。死后1～12 h内从侧脑室获得CSF，立即700 r/min离心，上清液-80℃保存待测。本研究包括以下变量：死后延搁的时间、CSF pH值、脑重量、性别、年龄及死亡时间，见表1。所有AD患者均有渐进性记忆障碍史，“可能性AD”的诊断根据NINCDS-ADRDA标准，并结合病史、查体及实验室检查，排除其他原因的痴呆，依照GDS(global deterioration scale)评价痴呆的严重程度。所有研究材料均来源于荷兰脑库，神经病理学诊断按照CERAD标准，根据Bodin和刚果红染色切片上神经炎性斑、神经原纤维缠结、神经纤维的串珠样变性(neuropil threads)的数量和程度确定AD病理诊断，由神经病理学家、荷兰脑库F.C.Stam教授和自由大学W.Kamphorst医生及阿姆斯特丹医学中心D.Troost医生诊断。根据死亡的时间将受试者分为白天(10：00～22：00)、黑夜(22：00～10：00)2个时段和春季(3月21日至6月20日)、夏季(6月21日至9月20日)、秋季(9月21日至12月20日)、冬季(12月21日至3月20日)4个季节组，其中春夏两季为长日照期，秋冬两季为短日照期。昼夜分组是参照人血浆松果体素水平昼夜变化的研究结果人为划分的。

表1　AD组和对照组患者的临床及病理学指标(±s)

　　二、松果体素的测定

　　直接放免分析法测定死后CSF中松果体素浓度^〔2〕。¹²⁵I标记松果体素用0.1 mmol/L甘氨酸缓冲液稀释成25 000 cpm/ml，松果体素抗体(AB/R103，Stockgrand, Guildford, UK)与6-羟基松果体素交叉反应为5.3%,与6-氧硫松果体素为0.2%。标准样用0.1 mmol/L甘氨酸缓冲液稀释，范围从1 pg/ml到1 000 pg/ml。100 μl脑脊液样本与100 μl甘氨酸缓冲液和250 μl松果体素抗体(1：200 000)振荡混匀，4℃孵育3 d，加50 μl猴抗兔血清(SAC-CEL，IOS，Boldon,UK),γ-计数仪计数。

　　三、统计方法

　　CSF松果体素浓度两组间比较用Mann-Whitney u检验，3组间比较采用Kruskal-Wallis ANOVA。对照组和AD组性别构成比较采用卡方检验。死后延搁时间、脑重量和CSF pH值与松果体素水平采用Spearman相关分析。计量资料均采用均数±标准误(±s)表示，显著性水平α=0.05。

　　结　　果

　　一、AD组及对照组CSF松果体素水平

　　见表2。AD患者CSF松果体素水平低于对照组，约为其1/5。GDS评分为7、6及＜6分的AD患者间松果体素水平差异无显著性。但我们发现对照组CSF松果体素水平与年龄相关，≥80岁者与＜80岁者比较，松果体素水平约低50%。

表2　AD组与对照组松果体素水平的比较(±s)

　　注：与AD组比较，^*P=0.0001；与＜80岁组比较，^△P=0.016；与同组短日照期比较，^＃P=0.04　　二、松果体素水平昼夜节律性变化

　　AD组患者和对照组老年人夜间脑脊液松果体素水平与白天差异无显著性(P=0.58和P=0.66)，无论AD组还是对照组CSF松果体素水平昼夜节律性差异均消失。

　　三、松果体素的季节性变化

　　1.短日照期与长日照期比较：对照组短日照期内CSF松果体素水平明显高于长日照期(P=0.04)，而AD组患者CSF松果体素水平差异无显著性(P=0.74)。

　　2.季节性改变：见表3。对照组＜80岁的老年人，CSF松果体素水平呈现明显的季节性变化，冬季和秋季松果体素水平分别是春季的3倍(P＜0.005)至7倍(P＜0.002)，而夏季较春季CSF松果体素水平无显著改变(P＞0.05)。上述松果体素的季节性改变在≥80岁组消失(P=0.25)。在AD患者，无论是＜80岁组还是≥80岁组，季节间松果体素的水平差异均无显著性。

　　四、老年对照组与AD组CSF松果体素水平与临床及病理学指标的相关分析

表3　AD组与对照组四季中松果体素水平变化

　　(±s，pg/ml)

　　注：与同组春季比较，^*P＜0.005　　对照组老年人CSF松果体素水平与脑重量、死后延搁时间、CSF pH值的相关系数分别为-0.11(P=0.31)、0.01(P=0.99)、0.20(P=0.08)，AD组患者分别为0.04(P=0.72)、0.16(P=0.16)、-0.08(P=0.47)，表明老年对照组与AD组中，脑重量、死后延搁时间、CSF pH值均不影响其CSF松果体素水平。

　　讨　　论

　　我们的研究结果表明，不但AD患者脑脊液松果体素水平降低，而且对照组≥80岁者松果体素水平明显低于＜80岁对照组老年人。有关痴呆患者松果体素水平变化的文献报道不一致。早期的z研究认为，痴呆患者血浆和松果体腺体松果体素无明显改变^〔3〕，近年来的研究发现，AD患者夜间松果体素水平显著降低^〔4，5〕。上述结果的不一致性可能是由于研究对象的年龄、住院及门诊患者的差异、痴呆的严重程度和类型的影响。本研究的研究对象均为临床和神经病理学证实的AD患者和无原发神经和精神疾病的老年人。

　　Skene等^〔6〕研究松果体腺体松果体素水平发现，松果体素浓度的昼夜节律改变仅仅存在于年龄＜55岁的对照组，而＞55岁的对照组及AD患者，松果体素昼夜浓度的差异消失。在本研究中，无论AD患者还是对照组老年人，松果体素昼夜节律性浓度差异均消失，这可能与对照组平均年龄较高有关，表明年龄是松果体素昼夜节律性改变的一个主要影响因素。老年人松果体素昼夜浓度差异消失的主要机制尚不清楚。视交叉上核(SCN)和松果体之间神经内分泌负反馈通路敏感性降低、SCN的退行性改变可能是一个主要因素，而松果体的钙化以及松果体素清除率的改变似乎影响不大^〔7，8〕。另一个可能的因素是本组研究对象均为住院患者。有文献报道，住院患者白天血浆松果体素水平升高，夜间松果体素升高的时相提前，分泌曲线呈多种变化。这种改变可能是由于医院内的人工光线环境使松果体素的分泌不能以自然节律进行。此外，痴呆患者与健康人相比，户外活动大大减少，接受自然光的机会降低。有人提出并应用强光治疗AD患者，可有效改变老年人和痴呆患者的睡眠和行为紊乱^〔9〕。

　　众所周知，人体神经内分泌系统的活性存在昼夜节律性，神经内分泌的这种昼夜性改变亦受到日照期长度的季节性改变的影响^〔10〕。神经内分泌功能昼夜节律受季节调节在动物实验研究较多，但人体研究甚少。本研究结果显示，老年对照组短日照期CSF松果体素水平明显高于长日照期，在＜80岁的老年对照组，冬季和秋季松果体素水平分别比春季高3～7倍，这一结果与松果体素作为“黑暗”激素的特征一致。松果体素的季节性节律变化仅存在于＜80岁对照组老年人，≥80岁对照组老年人及AD组患者中消失，提示老年人松果体素水平随着衰老而降低，AD患者降低更加明显。

　　松果体素水平及昼夜和季节性节律紊乱可能是老年人和AD患者睡眠-觉醒周期等节律行为紊乱的生物基础。因此，测定松果体素水平及昼夜和季节性节律改变有可能作为AD早期诊断的辅助性指标，光治疗加补充松果体素可能对改善老年人和AD患者行为紊乱有益。

　　基金项目：国家自然科学基金项目(39940004)；中荷合作项目(98CDP004)

　　参　考　文　献

　　1，Pappolla M, Bozner P, Soto C, et al. Inhibition of Alzheimer beta-fibrillogenesis by melationin. J Biol Chem,1998,273:7185-7188.

　　2，Maywood ES, Hastings MH, Max M, et al. Circadian and daily rhythms of melatonin in the blood and pineal gland of free-running and entrained Syrian hamsters. J Endocrinol, 1993,136:65-73.

　　3，Touitou Y, Fevre M, Lagoguey M, et al. Age-and mental health-related circadian rhythms of plasma levels of melatonin, prolactin, luteinizing hormone and follicle-stimulating hormone in man. J Endocrinol, 1981,91:467-475.

　　4，Magri F, Terenzi F, Migliorati G, et al. Biochemical and cerebral morphometric correlates of physiological aging and senile dementia. Aging, 1997,9:53-54.

　　5，Liu RY, Zhou JN, Van Heerikhuize J, et al. Decreased melatonin levels in postmortem cerebrospinal fluid in relation to aging, Alzheimer's disease, and apolipoprotein E-ε4/4 genotype. J Clin Endocrinol Metab, 1999,84:323-327.

　　6，Skene DJ, Vivien-Roels B, Sparks DL, et al. Daily variation in the concentration of melatonin and 5-methoxytryptophol in the human pineal gland: effect of age and Alzheimer's disease. Brain Res, 1990,528:170-174.

　　7，Zhou JN, Hofman MA, Swaab DF. VIP neurons in the human SCN in relation to sex, age and Alzheimer's disease. Neurobiol Aging, 1995,16:571-576.

　　8，Liu RY, Zhou JN, Hoogendijk WJG, et al. Decreased vasopressin gene expression in the biological clock of Alzheimer's disease patients with and without depression. J Neuropathol Experimental Neurol, 2000,59:50-58.

　　9，Van Someren EJ, Kessler A, Mirmiran M, et al. Indirect bright light improves circadian rest-activity rhythm disturbamces in demented patients. Biol Psychiatry, 1997,41:955-963.

　　10，Wehr TA. The durations of human melatonin secretion and sleep respond to changes in daylenth(photoperiod). J Clin Endocrinol Metab, 1991,73:1276-1280.

收稿日期：2000-02-21