近十年咖啡因?qū)ε两鹕〉纳窠?jīng)保護機制研究分析*

李華 郭婕 亢愷雯 路小偉 李智智 白呦呦 王強,3，4**

(1.陜西中醫(yī)藥大學針灸推拿學院，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院，陜西 咸陽 712046；3.陜西省針藥結(jié)合重點實驗室，陜西 咸陽 712046；4.咸陽市神經(jīng)生物學(針灸)重點實驗室，陜西 咸陽 712046)

帕金森氏病(Parkinson’s disease,PD)是一種常見的中老年神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其主要特征是中腦黑質(zhì)致密部(SNpc)多巴胺能神經(jīng)元的緩慢和進行性喪失[1],以靜息震顫、四肢肌肉僵硬、動作遲緩、姿勢平衡障礙這四大運動癥狀為顯著特征[2]。PD影響全球600萬人，預計這將在未來20年中翻一番[3]，雖然其不足以致命，但嚴重影響患者的日常生活及工作。目前尚無有效方法可治愈PD，但通過藥物如左旋多巴、硒甘胺和紅肽等可減輕癥狀，須注意的是這些藥物的副作用仍是不可忽視的[4]。

咖啡因(1,3,7-三甲基黃嘌呤)是一種非選擇性腺苷受體拮抗劑，能抑制脂質(zhì)過氧化，降低活性氧(ROS)的產(chǎn)生[5]，對保護PD潛在的神經(jīng)變性存在可能性。對大鼠的一項研究表明，咖啡因可逆轉(zhuǎn)D-半乳糖所致的氧化應激和減輕炎癥反應[6]，已建議咖啡因可作為抗氧化劑和ROS清除劑[7]，防止脂質(zhì)過氧化，減少氧化性DNA損傷[8]，并在氧化應激下在小鼠大腦中顯示免疫調(diào)節(jié)作用[9]。因此，咖啡因在神經(jīng)退行性疾病中的作用于過去多年中得到了廣泛的研究。本文將近十年咖啡因?qū)D的神經(jīng)保護機制進行如下闡述。

1 咖啡因?qū)PTP誘導的PD模型神經(jīng)保護

1.1對神經(jīng)元損傷的影響 1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)是一種用于非人類靈長類動物的神經(jīng)毒素[10]。其選擇性損害黑質(zhì)紋體系統(tǒng)多巴胺神經(jīng)元，使多巴胺(DA)及其代謝產(chǎn)物降低,引起典型的帕金森氏樣癥狀。MPTP類毒性物質(zhì)有其構(gòu)效關(guān)系,其毒性主要與在腦內(nèi)形成1-甲基-4-苯吡啶(MPP～+)有關(guān)[11]。

Xu等人[12]研究發(fā)現(xiàn)將咖啡因最佳效果攝入量10 mg·kg-1攝入10周齡雄性PD模型大鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示減少了MPTP誘導的多巴胺損失。Bagga等人[13]研究用咖啡因(30 mg·kg-1，腹膜內(nèi))處理成年P(guān)D模型小鼠30分鐘，發(fā)現(xiàn)咖啡因預處理MPTP模型小鼠中顯示出顯著的保護作用，可防止爪子抓地力降低。此外，在啟動MPP輸注后，在1周(黑質(zhì)紋狀體多巴胺丟失的早期階段)或3周(黑質(zhì)紋狀體多巴胺丟失的晚期階段)均可減少黑質(zhì)細胞的丟失(1周：94%減少，3周：69%減少)?？Х纫蚪o藥阻斷了PD模型的黑質(zhì)神經(jīng)退行性過程[14]。

1.2對神經(jīng)炎癥的影響α-突觸核蛋白(α-Syn)，一種細胞外聚集形式，可以結(jié)合Toll樣受體2(TLR2)、CD11b受體和小膠質(zhì)細胞上的β1亞基整合素，觸發(fā)大量小膠質(zhì)細胞活化和神經(jīng)炎癥，導致神經(jīng)元死亡[15]。

作為PD的關(guān)鍵神經(jīng)保護因子，咖啡因可能控制與PD相關(guān)的小膠質(zhì)細胞介導的神經(jīng)炎癥反應[16]。在MPTP小鼠模型中，每天腹腔注射咖啡因可使小膠質(zhì)細胞的反應減弱，并防止血腦屏障(BBB)的失調(diào)，減少多巴胺能神經(jīng)元的損失[17]。此外,即使在神經(jīng)退行性過程的后期引入，咖啡因也能夠減弱反應性小膠質(zhì)細胞的炎癥反應和小膠質(zhì)細胞的表達[18]。

1.3對谷氨酸興奮性毒性的影響 腺苷受體(A2AR)通過增加腺苷激活A2AR，以調(diào)節(jié)神經(jīng)傳遞保護腦損傷[19]。A2AR介導磷細胞外信號還原酶激酶(PERK)的上調(diào)，導致谷氨酸迅速釋放且急劇增加[20]。因此，激發(fā)興奮性毒性的惡性循環(huán)會導致活性氧(ROS)的產(chǎn)生增加，而抑制A2AR可達到抗凋亡的作用[21]。

咖啡因在黑質(zhì)中的神經(jīng)保護作用可能是由于咖啡因與腺苷的競爭性拮抗所致?？Х纫蜃鳛橄佘帐荏w拮抗劑，可通過阻斷A2AR的激活[22]，減少谷氨酸的釋放及減輕興奮性毒性，從而防止黑質(zhì)致密部和紋狀體神經(jīng)元的進一步損傷。

2 咖啡因?qū)ζ渌幬镎T導的PD模型神經(jīng)保護

2.1對魚藤酮誘導的PD模型影響 魚藤酮是一種線粒體復合物1抑制劑，具有很強的親脂性，能穿透血腦屏障和細胞膜[23]，抑制細胞呼吸鏈，增加細胞線粒體膜的通透性而釋放大量凋亡刺激因子，引發(fā)細胞調(diào)亡[24]。其毒素誘導多巴胺神經(jīng)損失和PD運動癥狀。

咖啡酸(CA)和綠原酸(CGA)是具有抗氧化性能的咖啡成分[25]。魚藤酮誘導的PD小鼠模型口服溶解在5%甲基纖維素中的CA(30 mg·(kg·d)-1)或CGA(50 mg·(kg·d)-1))，經(jīng)免疫組織化學分析小鼠黑質(zhì)TH陽性細胞減少[26]。CA和CGA均可預防PD類小鼠中星形膠質(zhì)細胞抗氧化劑上調(diào)而引起的多巴胺能神經(jīng)退行性變，盡管CA和CGA的MT上調(diào)機制尚不清楚[27-28]。

2.2對6-羥基多巴胺(6-OHDA)誘導的PD模型影響 6-羥基多巴胺(6-OHDA)，是兒茶酚胺的羥基化衍生物，與多巴胺轉(zhuǎn)運體進入黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元，被氧化形成H2O2、超氧化物和相應的醌[29]，大量的ROS生成而超出了多巴胺神經(jīng)元自身抗氧化清除的能力，發(fā)揮神經(jīng)毒作用。

將雄性大鼠分為假手術(shù)組和紋狀體6-OHDA損傷組，每日分別口服咖啡因(10和20 mg·kg-1)，治療2周。結(jié)果表明，咖啡因增加了多巴胺含量，并逆轉(zhuǎn)了6-OHDA損傷組中紋狀體多巴胺的下降。此外，其改善了6-OHDA損傷組的紋狀體海馬神經(jīng)元的活力，并顯著提高了TH免疫反應性。所有這些作用都指出咖啡因的神經(jīng)保護作用及其在防治PD中的潛在益處[29]。

2.3對a-突觸核蛋白(α-Syn)原纖維誘導的PD模型影響 自噬是實現(xiàn)異常降解的一種高度保守的保護和防御機制[16]，而當自噬異常調(diào)節(jié)時，加劇了α-Syn聚集引起神經(jīng)退行性變。

利用α-Syn原纖維PD模型，咖啡因可以通過在PD模型中重建自噬活性來減弱異常α-Syn聚集和神經(jīng)毒性[17]。首先，幾項研究發(fā)現(xiàn)PD實驗模型中都存在自噬-溶酶體途徑活性的改變，包括分子伴侶介導的自噬(CMA)和巨自噬[18-20]。其次，異常聚集的α-Syn內(nèi)含物主要通過自噬降解[21]，而自噬的缺陷或缺乏可導致細胞內(nèi)異常折疊的淀粉樣α-Syn聚集物的積累[22]。第三，在人神經(jīng)母細胞瘤(SH-SY5Y)中，α-Syn過表達可以通過減少自噬小體的形成來阻止自噬[23]。而慢性咖啡因治療不會影響正常小鼠紋狀體中的自噬過程，但可以選擇性地逆轉(zhuǎn)大自噬和CMA缺陷[24]。因此，咖啡因可能是通過調(diào)節(jié)自噬活性預防PD模型α-突觸核蛋白病。

3 總結(jié)與展望

流行病學和臨床前數(shù)據(jù)表明，咖啡因主要對MPTP誘導的PD模型神經(jīng)元損傷，神經(jīng)炎癥，自噬異常及谷氨酸興奮性毒性產(chǎn)生負性影響，且對其他物質(zhì)誘導的PD模型的神經(jīng)亦有保護作用?？梢娍Х纫蚰軐Χ喾N病理改變引起的多巴胺能神經(jīng)元變性產(chǎn)生保護作用,進而延緩PD的發(fā)生和進展?？Х纫蜥槍D早期癥狀的緩解具有明顯效果，加速了臨床盡早將咖啡因作為輔助治療劑的步伐。然而文獻中并未明確提出使用咖啡因的截點，停用后PD癥狀是否會向愈或加重。應在研究中作為新的方向進行深層探析，為臨床改善相關(guān)神經(jīng)退行性疾病患者提供用藥契機點。

同時，近年來與咖啡因和神經(jīng)保護機制有關(guān)的話題已成為咖啡和健康研究領(lǐng)域中的熱點。中醫(yī)認為咖啡具有特殊的芳香和苦味，多辛散之力，以行熄風止痙之功。中醫(yī)將帕金森病歸屬于內(nèi)風范疇，以期咖啡因達到熄風止顫之功。中醫(yī)藥治療神經(jīng)退行性疾病具有多靶點多成分參與，副作用小，起效平穩(wěn)的優(yōu)勢。且在方藥的現(xiàn)代研究基礎(chǔ)上，如何將咖啡因與中醫(yī)藥有效成分相結(jié)合，并借鑒、吸取帕金森病科學研究最新成就，突破現(xiàn)有學術(shù)框架，進一步將咖啡因與中醫(yī)藥研究相結(jié)合，作為神經(jīng)退行性疾病防治的新方法、新藥物并將研發(fā)推向新階段。