背景 认知障碍是脑疾病中诊治最困难的疾病之一,阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)是老年人最常见的以认知功能障碍为主要表现的神经退行性疾病。近年来研究发现,长期暴露于浓度超标的甲醛环境,会损伤人的学习记忆、情感认知等功能,也有报道称AD病人和小鼠模型尿液和脑组织中内源性甲醛含量均升高。甲醇是一种毒性物质,有研究认为它在体内发挥毒性主要通过中间代谢产物甲醛,低浓度甲醇慢性喂养恒河猴,可以引起认知障碍和磷酸化tau蛋白的增多。但甲醇/内源性甲醛引起认知损伤的机制尚不确定,对于甲醇慢性暴露造成的机体损伤尚无研究全面阐述。本课题拟通过体外实验探讨甲醛对神经细胞的损伤作用,通过体内恒河猴实验建立认知障碍模型,并分析其机制及甲醇慢性暴露对机体的影响。方法 在体外细胞水平,将SH-SY5Y神经瘤细胞暴露于不同浓度的甲醛。采用细胞划痕实验、细胞活性实验检测细胞迁移、形态、活性和增殖能力;流式细胞术检测细胞凋亡;透射电镜观察超微结构改变;多因子检测技术检测细胞上清炎性因子;Western Blotting检测细胞内磷酸化tau蛋白、Aβ及线粒体分裂相关蛋白的表达。在体内动物水平,将3-6岁、雄性恒河猴分为实验组和对照组,每组6只,实验组给予低浓度甲醇自由饮用,对照组给普通饮水。处理不同时间进行可变空间延迟反应任务、物体识别实验、取物实验以及Viewpoint等行为学检测;采集动物的脑脊液、血液、尿液、粪便,进行血常规、尿常规、血生化等检测,通过HPLC检测尿液中甲醛含量;甲醇处理3个月、9个月时取脑、肝、肾、胃肠等脏器进行病理学及分子生物学检测;多因子检测技术检测血清、脑脊液及脑组织的炎性细胞因子水平。最后,通过16S rRNA高通量测序技术比较不同组恒河猴肠道菌群丰度及构成的差异,通过LC-MS技术对恒河猴尿液代谢组学进行研究。结果 0.05 mM甲醛即可抑制细胞迁移,0.1 mM作用4小时即可降低细胞活性和增殖能力,与甲醛剂量和作用时间呈正相关;甲醛可以诱导神经细胞凋亡,增加线粒体分裂,使超微结构损伤,上调tau蛋白的磷酸化水平。长期饮用低浓度甲醇可以导致恒河猴认知功能障碍。在病理学方面,大脑轻度萎缩,Aβ阳性斑块增多,磷酸化tau蛋白表达量升高,神经突触显著丢失、神经元数量减少,伴胶质细胞增多,以上改变均与尿液甲醛水平呈正相关。甲醇/内源性甲醛可导致恒河猴肝脏、肾脏、及胃肠道慢性损伤;脑组织、肝脏线粒体超微结构受损明显;可上调自噬相关蛋白和线粒体裂解相关蛋白的表达;另外,甲醇/内源性甲醛可以破坏肠道菌群结构,诱发Firmicutes/Bacteroidetes 比例失衡及代谢紊乱。结论 本研究发现甲醛可以通过抑制迁移,降低生存活性,增加线粒体裂解,促进凋亡等多种途径对神经细胞造成损伤,显著上调神经细胞tau蛋白的磷酸化水平;内源性甲醛通过增强自噬和依赖线粒体的凋亡途径损伤神经系统;可以导致恒河猴认知障碍,具有Aβ阳性斑块和磷酸化tau蛋白增多、神经元减少、突触丢失、胶质细胞增生等AD样病理特征。甲醇/内源性甲醛对机体肝肾及胃肠道会产生慢性损伤,可破坏肠粘膜屏障结构,使肠道菌群失调;同时使恒河猴代谢紊乱,谷氨酸代谢通路异常可能参与了甲醇/内源性甲醛导致的认知障碍。