幾丁聚糖在帕金森病中的保護(hù)作用研究進(jìn)展

李秀清 曹霞 燕晉媛

昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室（昆明650101）

帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）是一種多見于中老年人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，65歲以上老年人的患病率大約為1.7%，并隨年齡增長呈現(xiàn)發(fā)病率逐年增高的趨勢［1］。PD的病理特點(diǎn)主要表現(xiàn)為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性、缺失以及路易小體的形成，路易小體的主要成分是α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）。臨床上主要表現(xiàn)為靜止性震顫、運(yùn)動遲緩、肌強(qiáng)直以及姿勢步態(tài)障礙，其原因主要是PD 進(jìn)展到中后期累及到中腦，進(jìn)而引起黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元退行性變性或缺失，打破基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺與乙酰膽堿之間的平衡［2］。隨著病程的發(fā)展，PD 患者還會伴隨發(fā)生情緒低落、焦慮、睡眠障礙、認(rèn)知障礙等非運(yùn)動癥狀。

目前研究［3］認(rèn)為PD 是由多因素引起的一種疾病，環(huán)境因素、遺傳因素、年齡老化等因素都可能增加罹患PD的危險性，臨床治療方面具有一定的難度。目前，PD的治療方式主要包括手術(shù)治療、藥物治療、基因治療、細(xì)胞及組織移植治療等，但臨床上仍多以口服藥物治療為主，雖然藥物治療改善了患者的臨床癥狀，但并沒有延緩疾病的發(fā)展，并且隨著用藥時間的增加，患者會出現(xiàn)耐藥性導(dǎo)致治療效果明顯下降，晚期PD 患者還會出現(xiàn)運(yùn)動和非運(yùn)動等并發(fā)癥，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量。因而研發(fā)一種療效更好、不良反應(yīng)更少的新型藥物是目前PD 基礎(chǔ)及臨床研究中迫切需要解決的問題。近年來文獻(xiàn)報道幾丁聚糖（chitosan）具有對抗神經(jīng)變性的作用，如β-淀粉樣蛋白和乙酰膽堿酯酶抑制活性，抗神經(jīng)炎癥和抗凋亡作用［4-8］，表明幾丁聚糖在神經(jīng)退行性疾病中可能作為一種潛在的神經(jīng)保護(hù)劑而值得深入研究。而幾丁聚糖促進(jìn)神經(jīng)組織及其他組織生長愈合的潛在功能無疑對于目前尚無有效治療方法的神經(jīng)退行性疾病——PD 帶來了希望。本文主要探討了幾丁聚糖在PD 中的潛在保護(hù)作用。

1 幾丁聚糖的神經(jīng)保護(hù)作用

幾丁聚糖又稱脫乙酰甲殼素，化學(xué)名為2-氨基-β-1，4-葡聚糖，分子式為：（C6H11O4N）n。幾丁聚糖是由幾丁質(zhì)（chitin）經(jīng)過脫乙酰作用得到的，幾丁質(zhì)廣泛存在于甲殼綱動物、真菌、酵母、藻類、硅藻海綿、低等植物菌類、軟體動物及蠕蟲等的細(xì)胞壁中。將幾丁質(zhì)置于氫氧化鈉溶液中加熱，制得一種含有大量陽離子的葡萄糖胺多聚體并且可溶解于有機(jī)酸的物質(zhì)即為幾丁聚糖［9-11］。自發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖以來，對它的研究不斷深入，隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，幾丁聚糖在醫(yī)學(xué)方面的研究日愈增多，并因其具有多種生理調(diào)節(jié)功能而被譽(yù)為除了糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素與礦物質(zhì)外人體必需之第六生命要素。幾丁聚糖因其具有良好的生物相容性、生物可降解性、無毒等受到了廣泛關(guān)注，尤其是在制藥學(xué)、食品和化妝品等領(lǐng)域［12-13］。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，幾丁聚糖不僅可以做人造皮膚加速傷口愈合，還具有增強(qiáng)免疫、抗氧化、抗菌和抑制腫瘤等多種生物學(xué)功能［13-14］。

近來有報道認(rèn)為幾丁聚糖具有良好的神經(jīng)保護(hù)作用，在幾內(nèi)亞豬脊髓損傷實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)局部使用幾丁聚糖可以促進(jìn)細(xì)胞膜封閉，恢復(fù)脊髓的神經(jīng)沖動［15］。GONG等［16］發(fā)現(xiàn)在外周神經(jīng)損傷后，幾丁聚糖能夠促進(jìn)神經(jīng)再生，同時發(fā)現(xiàn)再生有髓神經(jīng)纖維的數(shù)量、肌動作電位、肌肉纖維的橫截面積以及再生髓鞘的厚度顯著增加。同樣，WANG等［17］發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖通過miR-27a/FOXO1 軸刺激雪旺細(xì)胞增殖促進(jìn)神經(jīng)再生。ZHAO等［18］也報道幾丁聚糖通過促進(jìn)趨化因子CCL2 誘導(dǎo)和招募巨噬細(xì)胞到達(dá)損傷位點(diǎn)重構(gòu)損傷部位的微環(huán)境，促進(jìn)外周神經(jīng)再生。幾丁聚糖對神經(jīng)組織類似的保護(hù)作用同樣在體外實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)：用SD乳鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞體外培養(yǎng)，加入不同濃度的幾丁聚糖后與對照組比較，發(fā)現(xiàn)其有促進(jìn)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞生長作用，其中10%濃度的幾丁聚糖最適宜神經(jīng)細(xì)胞生長［19］。近一步把SD 乳鼠視網(wǎng)膜內(nèi)層、外層及全層分別制成細(xì)胞懸液各自進(jìn)行培養(yǎng)，加入10% 濃度的幾丁聚糖后發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜內(nèi)層神經(jīng)節(jié)細(xì)胞生長率最高，其次是全稱層，外層最低。把神經(jīng)節(jié)細(xì)胞分離提純后培養(yǎng)，幾丁聚糖組神經(jīng)節(jié)細(xì)胞生長率也明顯高于空白對照組［20］。以上研究表明幾丁聚糖是一個較好的神經(jīng)保護(hù)劑。

2 PD的相關(guān)發(fā)病機(jī)制

目前為止PD 發(fā)病的具體機(jī)制仍不明確。研究［21］表明，PD 患者黑質(zhì)中多巴胺神經(jīng)元的變性死亡可能與環(huán)境、遺傳、線粒體功能障礙、免疫異常、氧化應(yīng)激、蛋白質(zhì)表達(dá)異常、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)及自噬等因素相關(guān)。目前在PD的致病因素中，魚藤酮（rotenone）、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）、百草枯等已明確可以導(dǎo)致PD。MPTP 進(jìn)入機(jī)體后在腦內(nèi)經(jīng)過單胺氧化酶B 代謝成為有毒性的1-甲基4-苯基吡啶離子（MPP+），特異性地作用于線粒體氧化呼吸復(fù)合物Ⅰ（NADH 脫氫酶），阻止電子呼吸鏈傳遞從而引起線粒體氧化磷酸化功能紊亂、產(chǎn)生一系列氧化應(yīng)激反應(yīng)，活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生增加會加速破壞線粒體膜結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元變性死亡［22］。早在1997年P(guān)OLYMEROPOULOS等［23］報道了家族性PD 患者中存在編碼α-Syn的基因（SNCA）突變，基因突變會導(dǎo)致α-Syn 超表達(dá)，并引起蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集，最終導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元死亡。此外，目前發(fā)現(xiàn)參與PD 發(fā)病的相關(guān)基因如α-syn、Parkin、DJ-1、UCH-L1、PINK1、LRRK2等均與細(xì)胞自噬關(guān)系密切，因而猜測細(xì)胞自噬可能參與了PD的發(fā)生發(fā)展，其中PINK1/Parkin 通路在線粒體自噬中發(fā)揮著重要作用［24］。當(dāng)線粒體功能紊亂后可以促使PINK1激活parkin，催化線粒體外膜上相關(guān)的蛋白被多聚泛素鏈泛素化，繼而介導(dǎo)線粒體修復(fù)［25-26］。當(dāng)PINK1 或parkin 突變后，自噬對受損線粒體的清除能力明顯被抑制，受損的線粒體在細(xì)胞內(nèi)堆積，細(xì)胞發(fā)生凋亡而引發(fā)PD等疾病。研究者在PD 模型中給予自噬激活劑海藻糖后發(fā)現(xiàn)海藻糖通過上調(diào)LC3-II 水平而使自噬增加，緩解PD 小鼠的癥狀，說明PD 可能與自噬能力下降、異常蛋白的累積相關(guān)［27-29］。近幾年多方面研究報道表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在PD的發(fā)病過程中也起到重要作用［30-31］。此外，谷氨酸作為哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)最重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要通過其離子型的N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-aspartic acid，NMDA）和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionate，AMPA）受體對多巴胺能神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用，參與了PD的發(fā)生發(fā)展［32］。

3 幾丁聚糖在PD 中的可能保護(hù)機(jī)制

3.1 干擾線粒體功能障礙線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸，為細(xì)胞提供能量的主要場所。線粒體呼吸鏈損傷，ATP 合成不足，可導(dǎo)致細(xì)胞的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)降解，從而促進(jìn)黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的損傷［33］。研究發(fā)現(xiàn)，PD 患者黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元丟失的主要病理機(jī)制是線粒體功能障礙。因此，解決線粒體功能障礙將為PD 提供治療靶點(diǎn)。WANG等［34］發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖能顯著增加二丁基錫（Dibutyltin-di，DBT）誘導(dǎo)的PC12 細(xì)胞存活率，幾丁聚糖通過抑制線粒體膜電位的損壞以增加細(xì)胞的存活，因此幾丁聚糖可能通過干擾線粒體功能來抑制細(xì)胞凋亡而作為一種治療PD的候選藥物。

3.2 抗氧化應(yīng)激作用氧化應(yīng)激是體內(nèi)氧化和抗氧化作用平衡被打破，使大量活性氧自由基產(chǎn)生，進(jìn)而引起細(xì)胞損傷。研究表明，谷胱甘肽水平降低、鈣超載和離子水平紊亂等均會導(dǎo)致大量ROS的產(chǎn)生，而ROS的生成則是PD患者腦中多巴胺能神經(jīng)元變性缺失的一個重要因素［35］。ROS 是有氧呼吸的正常副產(chǎn)物，它們的水平受到細(xì)胞內(nèi)抗氧化物質(zhì)和酶的嚴(yán)格調(diào)控，而其過量產(chǎn)生則會導(dǎo)致細(xì)胞死亡［36］。一般情況下，機(jī)體本身存在一系列能降低氧自由基的抗氧化物，如谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶等，從而保護(hù)機(jī)體免遭氧自由基的損傷。機(jī)體內(nèi)氧化代謝最為活躍的器官是腦，然而隨著年齡的增長，細(xì)胞的抗氧化能力下降。PD 患者腦的黑質(zhì)中一些氧化損害的標(biāo)記物明顯增加，例如：蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)物蛋白質(zhì)羰基、DNA氧化產(chǎn)物8-羥基鳥苷酸、脂質(zhì)過氧化物丙二醛及過氧化氫等，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞包括神經(jīng)元變性死亡。XU等［37］發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖可以抑制Cu2+誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)活性氧的升高，從而對大鼠原代培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元中Cu2+誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性具有保護(hù)作用。此外，KHODAGHOLI等［38］發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖可以阻止氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的NT2 神經(jīng)元細(xì)胞中的淀粉樣蛋白形成，幾丁聚糖也可以有效地干擾氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化損傷。因此，幾丁聚糖可以通過抑制活性氧的產(chǎn)生和ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡來保護(hù)神經(jīng)元。

3.3 抗炎作用神經(jīng)炎癥作用在PD的發(fā)生和發(fā)展中起著舉足輕重的作用［39］。研究證實(shí)，在PD 患者腦的黑質(zhì)致密部檢測到人白細(xì)胞抗原-DR 陽性的小膠質(zhì)細(xì)胞和激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。活化的小膠質(zhì)細(xì)胞是一把“雙刃劍”，一方面它能夠吞噬、清除變性死亡的神經(jīng)細(xì)胞，另一方面它還通過分泌促炎性細(xì)胞因子，如白細(xì)胞介素1β、腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ、前列腺素E2等引起神經(jīng)元的損傷［40-41］。KOZIOROWSKI等［42］通過研究發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，PD 患者體內(nèi)的抗炎和促炎細(xì)胞因子的水平均明顯提高，證實(shí)炎癥反應(yīng)可能參與PD 發(fā)病的過程。KIM等［43］發(fā)現(xiàn)水溶性幾丁聚糖抑制Aβ淀粉樣肽25-35和白細(xì)胞介素-1 激活的人星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生用水溶性幾丁聚糖預(yù)處理人星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞后，促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α和白介素-6的分泌和表達(dá)以及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)均受到顯著抑制［43］。在視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷中發(fā)現(xiàn)用幾丁聚糖處理降低了炎癥介質(zhì)的表達(dá)，有效改善視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜電流圖的B波比率和視網(wǎng)膜厚度，從而減少視網(wǎng)膜的損傷和凋亡細(xì)胞的數(shù)量，提高視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存活率［44］。

3.4 抗神經(jīng)毒性作用在哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，谷氨酸鹽作為最關(guān)鍵的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，涉及多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展。谷氨酸鹽過度活化會導(dǎo)致神經(jīng)興奮性毒性，不利于神經(jīng)元的存活。在PD 中NMDA 受體被活化后，造成廣泛性鈣離子內(nèi)流，進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)元變性死亡。NMDA 受體興奮還可增強(qiáng)一氧化氮合酶活力，產(chǎn)生大量一氧化氮進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)元毒性作用。文獻(xiàn)［4］報道，幾丁聚糖通過抑制Bax/Bcl-2的升高避免凋亡的發(fā)生進(jìn)而顯著地抑制谷氨酸鹽誘導(dǎo)的PC12 細(xì)胞死亡。此外，ZHOU等［8］發(fā)現(xiàn)幾丁聚糖對海馬神經(jīng)元中的谷氨酸鹽誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性具有良好的保護(hù)作用。幾丁聚糖通過抑制細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高，來拮抗谷氨酸鹽誘導(dǎo)的caspase-3 活化進(jìn)而抑制海馬神經(jīng)元細(xì)胞死亡［8］。此外，DAI等［45］發(fā)現(xiàn)大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元中加入幾丁聚糖可以減弱β-淀粉樣蛋白1-42 誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性。因此，幾丁聚糖可以通過干擾谷氨酸鹽誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性來抑制神經(jīng)元細(xì)胞的損傷。

此外，在β-淀粉樣蛋白1-42 誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性疾病阿爾茲海默大鼠模型中，口服幾丁聚糖可以抑制氧化壓力和炎癥反應(yīng)有效減緩學(xué)習(xí)、記憶和認(rèn)知能力的衰退［46-47］。而幾丁聚糖還可以通過減少谷氨酸鹽的神經(jīng)毒性和活性氧的產(chǎn)生緩解亨廷頓舞蹈癥［44］。幾丁聚糖對其他神經(jīng)退行性疾病如阿爾茲海默病、亨廷頓舞蹈癥、脊髓損傷、周圍神經(jīng)損傷等都有一定的神經(jīng)保護(hù)作用，這將大大提高幾丁聚糖作為一種潛在的神經(jīng)保護(hù)劑的可能性［5］。

4 展望

在大鼠體內(nèi)進(jìn)行幾丁聚糖灌胃后的藥物代謝動力學(xué)及生物降解作用研究表明：聚集在肝臟和腎臟中的幾丁聚糖最多，其次多在心臟、腦以及脾臟，同時也發(fā)現(xiàn)由于幾丁聚糖是大分子多糖，在各組織器官檢測到的幾丁聚糖均為其降解產(chǎn)物且分子量小于65 kDa，因此在組織器官中真正起作用的也是幾丁聚糖的降解產(chǎn)物［48］。綜上所述，幾丁聚糖可能通過干擾線粒體功能障礙、抗氧化應(yīng)激、抗炎、抗神經(jīng)毒性等以上幾種作用機(jī)制治療PD。幾丁聚糖及其衍生物有望在未來發(fā)展成為新的神經(jīng)保護(hù)劑；然而，還需要進(jìn)一步探索它們在動物模型或臨床試驗(yàn)中的效果。盡管如此，幾丁聚糖作為治療PD的候選藥物值得進(jìn)一步研究。