抗壞血酸與神經退行性疾病

徐 丹 劉曉莉 喬德才 康道峰(北京師范大學體育與運動學院，北京 00875)

維生素C作為一種重要的水溶性維生素，具有防治壞血病的功效，故又名為抗壞血酸(ascorbic acid，AA)。人們對AA的研究已有260多年的歷史，早期主要集中于AA的抗氧化作用〔1〕，近年來研究發現AA還可作為神經調質，參與多種神經元信息傳遞和電活動的調節〔2〕，由此引起學者們對AA與腦功能及神經退行性疾病治療作用的關注。本文就中樞神經系統(central nervous system，CNS)內AA的生理功能進行綜述，分析其在疾病中的治療意義，探討其對神經元保護作用的機制。

1 AA的分子結構與代謝特征

AA是由6個碳原子、8個氫原子和6個氧原子構成的酸性多羥基化合物，由于它具有2個可電離的氫離子，所以在生理條件下是一種帶負電荷的離子〔3〕;分子中2、3號碳原子上相鄰的兩個烯醇式羥基容易解離釋放氫離子，因此AA雖然沒有羧基，但其水溶液略顯酸性，仍具有有機酸的性質。

AA在哺乳類動物的肝臟內合成，以右旋葡萄糖為底物，經過一系列的反應步驟(右旋葡萄糖→葡萄糖醛酸內酯→古洛糖酸→古洛糖酸內酯→AA)，在古洛糖酸內酯氧化酶的催化作用下合成AA進入血液。人體肝臟中缺乏古洛糖酸內酯氧化酶，自身不能合成AA，只能從食物中攝取經小腸上段吸收進入血液，又經血液運送到各個組織和器官〔4〕。

體內AA的代謝是一個循環過程，首先失去一個電子生成AA自由基(AFR)，兩分子的AFR經歧化反應生成一分子AA和一分子脫氫抗壞血酸(DHA);DHA可通過體內的一些還原機制〔如:還原型谷胱甘肽(GSH)直接還原、硫醇轉移酶和NADPH依賴型還原酶〕被還原成AA〔9〕。DHA的化學性質很不穩定，容易水解生成二酮古洛糖酸，且這一過程是不可逆的。如果DHA的生成速度超過了其還原為AA或水解為二酮古洛糖酸的速度，兩個分子的DHA便可聚合生成一分子的脫氫抗壞血酸半縮酮，通過易化葡萄糖轉運載體進行跨膜運輸;最終被分解成草酸或與硫酸結合生成抗壞血酸-2-硫酸由尿排出體外，也有少部分直接由尿液排出體外〔5〕。

2 腦內AA的分布與轉運

2.1 腦內AA的分布 大鼠不同組織中AA分布存在明顯差異。血漿中AA濃度約為40～60 μmol，腦脊液(CSF)中約為200～400 μmol，腦神經元內的濃度可達2～10 mmol;從外周到中樞AA濃度呈現逐級遞減的趨勢〔5〕。AA在腦區的分布也不均勻，存在明顯的區室效應，且與神經元密度呈線性相關。腦前部區域如皮層和海馬中濃度較高，而腦后部區域如腦干和脊髓中濃度最低;從前腦到后腦 AA濃度呈現逐級遞減的趨勢〔6〕。

2.2 腦內AA的轉運 外周AA進入CSF主要通過以下兩種途徑〔2〕:(1)在脈絡叢(choroid plexus)處，AA借助抗壞血酸轉運體(SVCT2)，以Na+依賴性的主動轉運方式進入CSF，并以此方式進入神經元內。(2)在血腦屏障(blood brain barrier)處，AA以DHA的方式，經易化葡萄糖轉運體(GLUT)進入CSF，并以此種方式進入神經元和星型膠質細胞(astrocyte)內。當腦內AA濃度減少時，神經膠質細胞內的DHA還原為AA，移出細胞，進入神經元，由此構成了神經元與神經膠質細胞之間的AA循環，使腦內的AA濃度始終處于動態平衡(圖1)〔7〕。

圖1 AA進入CNS的主要途徑

3 AA對神經元的保護作用

3.1 AA與抗氧化 AA是目前公認的具有抗氧化作用的物質〔8〕。在生理條件下，它以烯二醇結構存在，這種結構具有電子供體特征;腦內物質代謝產生大量的自由基，獲得AA失去的電子后形成穩定的結構，避免CNS遭受過量自由基的氧化損傷，保護了神經元結構和功能的完整性〔1〕。

Brahma等〔9〕通過給腦水腫的大鼠腦片培養基中添加400 μmol AA，34℃培養3 h，發現 H2O2含量減少，水腫程度減小;說明神經元胞內AA含量的增大可以減輕氧化應激引起的水腫，保護神經組織。Li等〔10〕采用SY5Y神經母細胞作為研究對象，向細胞培養基中添加50 μmol的AA，采用高相色譜與電化學結合的方法檢測細胞內外GSH及丙二醛(MDA)和AA含量;發現向培養基中添加50 μmol濃度的AA后，神經細胞中GSH和MDA含量與對照組相比顯著降低，說明AA可以避免減輕神經細胞的氧化損傷。

3.2 AA與神經元的電活動 Sandstrom等〔11〕采用剔除神經細胞SVCT2轉運體的方法，阻止胞外AA轉運入胞內，進行離體培養這些細胞時發現，細胞之間有樹突形成，且微型興奮性突觸后電流也有增加趨勢，說明低濃度的AA能促進神經元成熟。Cortright等〔12〕采用外源性注射AA的方法研究其對紋狀體神經元電活動的影響，結果發現腹腔注射濃度為500 mg/kg的AA可抑制紋狀體神經元放電活動;注射濃度為1000 mg/kg的AA后紋狀體神經元放電活動被明顯抑制，且神經元電活動的抑制效應與外源性注射AA的濃度呈正相關。Rebec等〔13〕的研究發現，皮層-紋狀體谷氨酸(Glutamic acid，Glu)能神經投射對紋狀體胞外 AA濃度非常敏感，向紋狀體透析200～500 μmol AA后能明顯增大經皮層誘導的紋狀體Glu能神經元放電活動的幅度和時程。

3.3 AA與神經遞質的釋放 Glu是CNS中最為重要的內源性氨基酸，也是哺乳動物腦內含量最高的一種興奮性神經遞質〔14〕。研究表明，在缺血缺氧等病理條件下，腦內Glu過量釋放并堆積到胞外，使NMDA受體過度激活，引起Ca2+大量流入胞內，會導致“鈣超載效應”和神經元死亡〔15〕。AA具有調節Glu釋放的作用，主要通過AA與Glu之間的異型交換機制;當胞外Glu濃度增高時，AA從胞內溢出，使胞外的Glu進入胞內，減輕Glu對神經元的毒作用(圖2)〔16〕。在體研究發現，當大鼠行為活動增多時，紋狀體神經元對Glu的釋放增加〔17〕，同時胞外AA濃度也明顯增大，進一步說明AA可促進Glu的轉運，增加紋狀體神經元對Glu的敏感性。離體研究也發現，高濃度AA能夠調節NMDA受體的氧化還原位點并占據該位點，抑制NMDA受體的活性，阻止Glu與NMDA受體結合，從而避免神經元因Glu過度堆積引起的神經毒性作用，保護神經元發揮正常的生理功能〔18〕。

ECF:腦細胞外液;CSF:腦脊液;neurons:神經元細胞;Glia:神經膠質

AA還參與調節多巴胺(dopamine，DA)能神經元介導的突觸傳遞過程〔16〕。AA對DA能神經元的調節主要表現為類似DA拮抗劑的作用，抑制DA與其受體結合，減輕藥物引發的紋狀體和伏隔核DA的釋放〔19〕。同時，AA還可以降低DA轉運體以及與DA轉運有關的Na+-K+-ATP酶的活性〔20〕。

3.4 AA與中樞能量代謝的調節 Giove等〔21〕采用功能磁共振成像技術、放射自顯影技術和正電子斷層掃描技術研究發現，當神經元活動增強時局部葡萄糖消耗也明顯增加。Quirstoff等〔22〕研究發現，在長時間運動的條件下，單羧乳酸能夠作為腦外源性重要的能量來源。Pellerin等〔23〕論證了“乳酸穿梭”假說，并指出在安靜狀態下神經元優先以葡萄糖作為能源物質，但是在突觸活動時，神經元傾向于優先利用乳酸供能。

近年來學者在研究腦能量代謝與AA之間的關系時發現，AA以類似代謝調節開關的作用參與腦能量代謝的調節〔24〕。Glu能突觸活動時釋放大量的Glu進入突觸間隙，突觸間隙的Glu在發揮作用后被星形膠質細胞(Astrocyte)攝取，刺激膠質細胞內葡萄糖的轉運、糖酵解和乳酸溢出〔25〕。另外，Glu的攝取還可刺激AA從星形膠質細胞釋放，并通過SVCT2轉運體進入神經細胞內，胞內的AA可抑制葡萄糖消耗，并促進乳酸的轉運，從而發揮其對能量代謝的調節作用(圖3)〔26，27〕。Kemppainen等〔28〕發現，隨著運動強度的增加，大腦皮層的葡萄糖代謝率降低，提示運動過程中腦對于葡萄糖的攝取會隨著運動強度的增加而減少，這一研究結果與AA的代謝調節效應相類似。

圖3 AA調節中樞能量代謝示意圖

4 AA與神經退行性疾病

AA作為腦中一種重要的小分子抗氧化物質，除具有重要的抗氧化作用外〔29〕，還能夠作為一種類似神經調質參與調節谷氨酸能、多巴胺能、膽堿能以及GABA能神經元的信息傳遞，參與神經元電活動的調節。神經變性疾病主要病因與高水平的氧化應激有關，因此AA對于亨廷頓病(HD)、阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)及腦缺血等病有潛在的治療作用〔30〕。

4.1 AA與AD AD是一種遺傳及生活方式等多種因素引發的疾病，文獻報道，氧化應激在此病發生機制中起主要作用，該病會導致基底-前腦膽堿能系統衰退及廣泛的細胞死亡〔31〕。AD病人的血漿及CSF中AA有較低水平，盡管病人攝入足夠的營養物質。AA補充和此病發病率及于此病相關的氧化應激性物質成正相關。已經證實，AA是治療AD的常用藥〔32〕。

4.2 AA與PD PD病人有嚴重的CNS多巴胺能信號減少現象出現，運動皮質的多巴胺能信號的減少更為明顯。關于AA和多巴胺功能上關系目前研究顯示，AA具有潛在治療意義。盡管大量的研究表明，AA的攝入對PD發展不能產生保護作用，仍有不少實驗證明AA作為治療PD的藥物或許更為有效。有學者報道，用VE及VC混合服用對PD模型大鼠具有較好治療效果，并能降低患病風險〔33〕。

4.3 AA與HD HD是一種由于紋狀體神經元缺失而導致的嚴重運動和認知功能障礙性疾病，其發病機制與神經遞質的毒作用及自由基的氧化損傷等因素有關〔34〕。病人CSF內興奮性神經遞質Glu與抑制性神經遞質γ-氨基丁酸(gamma-amino butyric acid，GABA)的比例失衡，GABA明顯減少，神經元放電頻率增加〔35〕。Rebec等〔25〕研究發現，紋狀體AA的釋放異常會引發HD基因表達。通過腹腔注射有效劑量的AA提高紋狀體胞外AA濃度，可改善大鼠運動能力，降低神經元單細胞放電頻率〔36〕，使“舞蹈”癥狀緩解。

HD病理特征表現為紋狀體神經元放電活動增強、神經遞質變化導致神經毒作用等〔37〕，與運動性中樞疲勞是具有相似中樞表征的。康道峰等〔38〕對AA與運動疲勞的關系進行研究，發現隨著大鼠行為活動的增加，紋狀體AA濃度逐漸升高;采用腹腔注射AA的干預方法，可有效增加運動大鼠紋狀體神經元的興奮性，改善大鼠行為能力，延長運動至力竭的時間。初步證實AA具有一定的抗疲勞作用。

AA作為一種重要的小分子抗氧化物質已經被人們所認識，但關于腦內AA生理和病理機制的研究尚處于起步階段。目前的研究初步證實AA可參與神經遞質的釋放，神經元電活動及能量代謝的調節，對神經元具有保護作用;AA已被用于HD等神經退行性疾病的治療中，其潛在的治療作用機制還有待于進一步研究。

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