魚藤酮與帕金森病

韓 威 孫立忠 胡林森 (吉林省腦科醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，吉林 四平 36000)

魚藤酮與帕金森病

韓 威 孫立忠 胡林森1(吉林省腦科醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，吉林 四平 136000)

魚藤酮;帕金森病

帕金森病(PD)是一種常見的影響中老年人運(yùn)動(dòng)功能的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性變性疾病。臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、肌僵直、運(yùn)動(dòng)遲緩和姿勢(shì)步態(tài)異常等。病理特征為黑質(zhì)多巴胺(DA)能神經(jīng)元缺失、殘存神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn)路易小體(LB)。至今散發(fā)性PD的病因不清。流行病學(xué)調(diào)查提示環(huán)境因素中的殺蟲劑接觸可能是PD潛在的危險(xiǎn)因素，經(jīng)常接觸農(nóng)藥的人群PD患病率明顯高于非暴露人群。魚藤酮作為一種自然存在的化合物，自20世紀(jì)40年代以來一直是最廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)除害和魚塘清理的殺蟲劑。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，魚藤酮可能對(duì)機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生影響，尤其是與PD之間可能存在潛在聯(lián)系。

1 魚藤酮的生物學(xué)特性

魚藤酮是從醉魚豆屬植物毛魚藤的根和葉的液汁魚藤膠中分離出的主要化學(xué)成分?；瘜W(xué)名稱為 2R-(2，6aa，12aa)-1，2，12，12a-四氫-8，9-二甲氧基-2-(1-甲基乙烯基)-〔I〕-苯并吡喃〔3，4-b〕-呋喃并-〔2，3-h〕-苯并吡喃-6(6aH)-酮。魚藤酮脂溶性很強(qiáng)，對(duì)血腦屏障有較好的穿透能力，很容易通過生物膜，不需要依賴多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體就可以直接進(jìn)入胞質(zhì)內(nèi)，并選擇性地聚集在線粒體等細(xì)胞器，抑制復(fù)合體I活性，損害氧化磷酸化，發(fā)揮細(xì)胞毒作用。

2 魚藤酮與PD的相關(guān)性

以人群為基礎(chǔ)的病例-對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，田間勞動(dòng)和殺蟲劑的使用是PD的危險(xiǎn)因素，且田間勞動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短與危險(xiǎn)程度呈劑量-效應(yīng)關(guān)系。研究工作進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在控制可能的混雜因素后殺蟲劑使用是唯一的危險(xiǎn)因素，暴露于殺蟲劑后患PD的危險(xiǎn)性大大增加了。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，Betarbet等〔1〕通過頸靜脈插管灌注魚藤酮，在大鼠復(fù)制出類似PD的模型。病理檢查發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)DA能神經(jīng)元有明顯的退行性變，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)LB樣包涵體，動(dòng)物出現(xiàn)震顫、步態(tài)不穩(wěn)等癥狀。此后，Alam等〔2〕人給SD大鼠腹腔注射1.5 mg/kg(低劑量)和2.5 mg/kg(中劑量)的魚藤酮，2個(gè)月后兩組動(dòng)物均出現(xiàn)劑量依賴性的僵直癥狀，在紋狀體后部和額前皮質(zhì)發(fā)現(xiàn)DA能神經(jīng)細(xì)胞突起的明顯減少和DA耗竭。Sherer等〔3〕采用皮下注射魚藤酮的方法，到路易鼠出現(xiàn)行為異常時(shí)，在黑質(zhì)部位檢測(cè)到了特異性的選擇性的DA能神經(jīng)元變性缺失。同樣，Hoglinger等〔4〕給雄性路易鼠的股靜脈內(nèi)注入2.5 mg·kg-1·d-1魚藤酮，28 d后也觀察到黑質(zhì)紋狀體DA能神經(jīng)通路變性。馮媛和趙喜林等〔5，6〕應(yīng)用改良的魚藤酮注射方法，先后成功地建立了動(dòng)物的PD模型，為PD的病理研究和新藥物的臨床前篩選提供了新途徑。魚藤酮誘導(dǎo)的PD動(dòng)物模型是一個(gè)比較成功的環(huán)境毒素的PD模型。主要優(yōu)點(diǎn)是:①在大鼠中，該模型涵蓋了與人類PD相似的所有標(biāo)志特征。②魚藤酮誘導(dǎo)DA能神經(jīng)元死亡伴隨有LB樣包涵體形成，這種包涵體在MPTP模型中難以見到，在6-羥基多巴(6-OHDA)模型中不能看到。③魚藤酮對(duì)黑質(zhì)紋狀體DA能通路損傷的程度在不同鼠類之間有高度變異，提示個(gè)體之間對(duì)魚藤酮反應(yīng)的敏感性不同，從而反映出鼠類之間的遺傳差異，這為環(huán)境因素和遺傳因素相互作用促進(jìn)PD病理機(jī)制的學(xué)說提供了新的證據(jù)。④復(fù)合體Ⅰ在全腦普遍抑制，但僅黑質(zhì)DA神經(jīng)元變性，這特別提示黑質(zhì)DA能神經(jīng)元對(duì)魚藤酮的易損傷性。這些結(jié)果提示，魚藤酮與PD可能存在病原學(xué)關(guān)系。

3 魚藤酮對(duì)DA能神經(jīng)元毒性作用的機(jī)制

3.1 魚藤酮與線粒體損傷 線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP，給機(jī)體供能。參與氧化磷酸化的酶位于線粒體內(nèi)膜上。復(fù)合體Ⅰ(NADH-泛醌還原酶)是電子傳遞鏈第一個(gè)酶。現(xiàn)已證實(shí)PD病人的黑質(zhì)致密部酶復(fù)合體Ⅰ活性下降，還有研究發(fā)現(xiàn)PD患者的骨骼肌、血小板中的酶復(fù)合體Ⅰ活性也降低。Dawson等〔7〕的研究提示復(fù)合體Ⅰ排列紊亂可引起α-synuclein聚集，促進(jìn)DA能神經(jīng)元死亡。這些證據(jù)表明復(fù)合體Ⅰ功能改變?cè)谔匕l(fā)性PD發(fā)病機(jī)制中都起著重要作用。

魚藤酮是線粒體氧化呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ特異性抑制劑。Seaton等〔8〕將人神經(jīng)母細(xì)胞瘤株(SK-N-MC)細(xì)胞暴露于魚藤酮(0.25～1μmol/L)，顯示給藥后24～48 hATP呈劑量和時(shí)間依賴性下降。Sherer〔9〕等將 SK-N-MC細(xì)胞暴露于魚藤酮(10 nmol/L～1μmol/L)，引起ATP耗竭、氧化損傷和細(xì)胞死亡。Bonsi〔10〕從小鼠紋狀體組織中分離膽堿能神經(jīng)元并使之暴露于魚藤酮，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的ATP合成功能被破壞，并進(jìn)而導(dǎo)致Na+-K+-ATP功能下降。但是，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不能說明生物能量的缺陷直接誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞變性，因?yàn)檎T導(dǎo)大鼠產(chǎn)生PD綜合征的魚藤酮的劑量并未改變線粒體的氧耗量。Sherer等的研究提示，大鼠DA能神經(jīng)元死亡可能是魚藤酮對(duì)復(fù)合體Ⅰ慢性抑制造成氧化損傷蓄積的結(jié)果。

3.2 魚藤酮與氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激參與脂質(zhì)過氧化，可能促進(jìn)PD的病理過程。已在PD病人的腦內(nèi)找到氧化應(yīng)激損傷的證據(jù)，包括腦內(nèi)谷胱甘肽(GSH)水平下降、脂質(zhì)過氧化增加、多巴醌生成、DNA損害等。

研究發(fā)現(xiàn)魚藤酮可能通過氧化應(yīng)激損傷發(fā)揮其毒性作用。魚藤酮對(duì)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷的證據(jù)來自于對(duì)PD動(dòng)物和細(xì)胞模型的研究。魚藤酮(10～1 000 nmol/L)處理人神經(jīng)母細(xì)胞瘤系(SK-N-MC)細(xì)胞，引起劑量依賴的ATP耗竭、氧化損傷和細(xì)胞死亡，而且此細(xì)胞死亡可被抗氧化劑阻斷。在確定氧化應(yīng)激和神經(jīng)細(xì)胞死亡相關(guān)性的研究中，維生素E可有效地阻斷魚藤酮引起的ATP耗竭和細(xì)胞死亡。另外在魚藤酮處理的大鼠慢性PD模型中，發(fā)現(xiàn)氧化損傷在中腦DA能神經(jīng)元區(qū)域最為顯著，進(jìn)一步說明魚藤酮抑制復(fù)合體Ⅰ造成氧化損傷的蓄積并最后導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。實(shí)際上，產(chǎn)生活性氧(ROS)是魚藤酮在體內(nèi)慢性抑制復(fù)合體Ⅰ的本質(zhì)特征。

3.3 魚藤酮與細(xì)胞凋亡 PD病人最重要的病理特征為黑質(zhì)致密部DA能神經(jīng)元的缺失。凋亡、壞死和自噬均可能促進(jìn)這一缺失過程。有研究表明PD病人黑質(zhì)DA能神經(jīng)元顯示凋亡的特征。最近，Tatton〔11〕等也在PD病人的黑質(zhì)部位觀察到DA能神經(jīng)元凋亡的特征性改變。這提示細(xì)胞凋亡可能是DA能神經(jīng)元缺失的一種主要機(jī)制。

魚藤酮可能通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)揮其毒性作用。自由基清除劑等可保護(hù)DA能細(xì)胞系免于魚藤酮誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，這提示魚藤酮通過誘導(dǎo)ROS的釋放來促進(jìn)DA能神經(jīng)元的凋亡〔12〕。在神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞株(SH-SY5Y)細(xì)胞，魚藤酮通過抑制磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/AKT信號(hào)途徑，提高糖原合成酶激酶3β活性，增加半胱氨酸蛋白酶(caspase-3)活化，促進(jìn)細(xì)胞凋亡〔13〕。將原代培養(yǎng)的E15大鼠中腦腹側(cè)的DA能神經(jīng)元暴露于30 nM魚藤酮11 h后，酪氨酸羥化酶免疫染色陽(yáng)性的DA能神經(jīng)元的細(xì)胞數(shù)快速下降，僅有23%存活，而魚藤酮處理后的總神經(jīng)元有73%存活，這提示DA能神經(jīng)元對(duì)魚藤酮更加敏感〔14〕。

3.4 魚藤酮與DA Stroke等的研究提示PD患者涉及DA神經(jīng)遞質(zhì)的紊亂。DA既是一種腦內(nèi)天然的神經(jīng)遞質(zhì)，又可作為外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)去甲腎上腺素和腎上腺素合成的中間產(chǎn)物，參與神經(jīng)功能的調(diào)節(jié)。DA自身的生化特點(diǎn)決定了它極易處于氧化狀態(tài)，可能是體內(nèi)氧化應(yīng)激的毒物〔15〕。

魚藤酮處理的PD動(dòng)物和細(xì)胞模型中均顯示多DA能神經(jīng)元的選擇性變性。對(duì)原代培養(yǎng)的大鼠中腦細(xì)胞的研究提示，魚藤酮的神經(jīng)毒性涉及超氧自由基和內(nèi)源性DA的參與。線粒體功能失調(diào)可能使DA能神經(jīng)元對(duì)DA更加敏感。在魚藤酮處理的小鼠，觀察到紋狀體DA更新率提高可能導(dǎo)致ROS增加。Burke〔16〕的研究提示DA的代謝物是引發(fā)PD中DA能神經(jīng)元缺失的關(guān)鍵性內(nèi)源性毒素。這些研究結(jié)果表明，在內(nèi)源性DA存在的情況下，魚藤酮誘導(dǎo)的超氧化物自由基可能對(duì)DA能神經(jīng)元的選擇性缺失有重要作用。

3.5 魚藤酮與小膠質(zhì)細(xì)胞活化 小膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)巨噬細(xì)胞，受到刺激時(shí)表現(xiàn)出快速增值、肥大并釋放一些炎性細(xì)胞因子。黑質(zhì)存在大量的小膠質(zhì)細(xì)胞。已有證據(jù)表明在特發(fā)性PD病人中黑質(zhì)和紋狀體中的反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞是增加的。魚藤酮處理的大鼠，在黑質(zhì)紋狀體多DA能神經(jīng)通路明顯損傷之前，就出現(xiàn)顯著的OX-42免疫組化染色陽(yáng)性的活化的小膠質(zhì)細(xì)胞〔17〕，Gao等〔18〕在小膠質(zhì)細(xì)胞和原代中腦神經(jīng)元體外共培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用低濃度的魚藤酮處理，結(jié)果有顯著的選擇性的DA能神經(jīng)細(xì)胞死亡;若同時(shí)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的NADPH氧化酶的活性，將減輕DA能神經(jīng)元的死亡。

3.6 魚藤酮與興奮性氨基酸毒性作用 興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸通過NMDA受體改變細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度造成鈣超載，可能參與神經(jīng)變性。谷氨酸誘導(dǎo)的興奮毒性一直被認(rèn)為是腦缺血和癲癇的重要發(fā)病機(jī)制，現(xiàn)認(rèn)為它在PD發(fā)病中也可能發(fā)揮作用。谷氨酸受體大量活化導(dǎo)致細(xì)胞鈣離子內(nèi)流增加和細(xì)胞內(nèi)鈣超載，促進(jìn)神經(jīng)元的死亡。在MPTP誘導(dǎo)的大鼠和非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物中，應(yīng)用NMDA受體拮抗劑可保護(hù)DA能神經(jīng)元，這提示PD中存在谷氨酸介導(dǎo)的興奮毒性。魚藤酮可加強(qiáng)興奮性氨基酸對(duì)DA能神經(jīng)元的損傷作用。但用魚藤酮預(yù)處理DA能細(xì)胞后，再用相同濃度谷氨酸培養(yǎng)DA能細(xì)胞，則見谷氨酸對(duì)DA能細(xì)胞的損傷作用明顯加強(qiáng)〔19〕，提示魚藤酮與興奮性氨基酸對(duì)DA能細(xì)胞有協(xié)同毒性作用。

3.7 魚藤酮與α-synuclein α-synuclein免疫組化染色陽(yáng)性的LB形成是PD的病理標(biāo)志。在魚藤酮處理的大鼠PD模型中可見殘存神經(jīng)元內(nèi)有α-synuclein陽(yáng)性的包涵體形成。目前，LB形成的過程及其與神經(jīng)缺失的關(guān)系尚不清楚。魚藤酮的PD模型可能成為研究LB形成的分子基礎(chǔ)和LB形成與DA能神經(jīng)元死亡之間關(guān)系的一個(gè)有力工具。在成神經(jīng)細(xì)胞瘤系SHSY5Y細(xì)胞和原代培養(yǎng)中腦神經(jīng)元中加入魚藤酮可抑制線粒體復(fù)合體Ⅰ，使蛋白酶體系統(tǒng)本身發(fā)生氧化修飾，導(dǎo)致其降解異常蛋白能力的下降〔20〕。研究神經(jīng)元變性死亡和包涵體形成之間的關(guān)系，可能為PD的病理機(jī)制提供新的見解。

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R742.5

A

1005-9202(2011)12-2376-03

1 吉林大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

胡林森(1949-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事神經(jīng)變性疾病研究。

韓 威(1976-)，女，副主任醫(yī)師，主要從事帕金森病的研究。

〔2008-05-06收稿 2008-11-11修回〕

(編輯 袁左鳴/曹夢(mèng)園)