劉 洋,焦 玥,孫丹丹,王丹巧,趙小亮,李 濤,張美玉
(中醫藥防治重大疾病基礎研究北京市重點實驗室 中國中醫科學院醫學實驗中心, 北京 100700)
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首烏方對左旋多巴誘發異動癥模型大鼠腦內氨基酸類神經遞質水平的影響
劉洋,焦玥,孫丹丹,王丹巧,趙小亮,李濤,張美玉
(中醫藥防治重大疾病基礎研究北京市重點實驗室 中國中醫科學院醫學實驗中心, 北京100700)
【摘要】目的觀察中藥首烏方(shou wu fang,SWF)對左旋多巴誘發異動癥(levodopa-induced dyskinesias, LID)模型大鼠行為學指標及其腦內氨基酸類神經遞質的影響,探討首烏方干預異動癥的作用機制。方法采用6-羥多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)腦內立體定位注射造成偏側帕金森病(parkinson’s disease,PD)大鼠模型,成模動物灌胃投予左旋多巴(levodopa, L-DOPA)或L-DOPA+不同劑量SWF,分為L-DOPA組、L-DOPA+SWF低劑量組、LID+SWF高劑量組,另設假手術組。所有動物連續給藥22 d,給藥期間對大鼠進行異常不自主運動(abnormal involuntary movement, AIM)評分。第 22天采用微透析技術對清醒大鼠紋狀體細胞外液進行取樣,并采用高效液相-熒光法檢測樣本中谷氨酸(glutamate, Glu)、γ-氨基丁酸(GABA)水平動態變化。結果大鼠給服L-DOPA后,逐漸出現AIM,至給藥結束,與假手術組相比,L-DOPA組AIM評分顯著升高(P < 0.01);與L-DOPA組相比,L-DOPA+SWF高劑量組AIM評分顯著降低(P < 0.05)。第22天,與假手術組相比,各給藥組大鼠紋狀體細胞外液Glu、GABA水平升高,其中L-DOPA組Glu、GABA水平表現出統計學差異(P < 0.05);與L-DOPA組相比,L-DOPA+SWF高劑量組Glu水平明顯降低(P < 0.05)。給藥后60 min,L-DOPA+首烏方各劑量組Glu、GABA水平均顯著低于L-DOPA組(P < 0.05, P < 0.01)。結論SWF能夠減輕L-DOPA引起的副反應,改善LID大鼠行為學癥狀,其作用機制或與其改善LID大鼠腦內異常的氨基酸類神經遞質水平有關。
【關鍵詞】左旋多巴誘發異動癥;首烏方;微透析;谷氨酸;γ-氨基丁酸
帕金森病(parkinson’s disease,PD)是臨床常見的神經退行性疾病,多發于老年人。左旋多巴(levodopa,L-DOPA)自20世紀60年代問世以來,一直是治療PD最有效的藥物。然而,隨病情的發展,長期使用此類藥物會引起癥狀波動和運動并發癥,如左旋多巴誘發異動癥(levodopa-induced dyskinesis,LID)等[1]。值得注意的是,藥物的副反應比疾病本身更加嚴重[2-3],運動并發癥是晚期PD患者致殘的重要原因[4]。這不僅給PD的治療增加困難,也得病人帶來更為沉重的生理、心理負擔。因此,深入了解LID發病機制,減少或避免LID的產生,對于帕金森病的治療具有重要意義。
中藥首烏方(shou wu fang,SWF)是臨床有效的中藥復方,用于PD治療。與L-DOPA配伍應用,可以減少L-DOPA用量,提高治療組的總有效率[5]。課題組前期研究結果提示[6],SWF增加6-羥基多巴胺(6-OHDA)灌流后大鼠紋狀體細胞外液DA遞質的濃度,并使外源性L-DOPA引起的DA波動平緩,這在一定程度上提示了SWF或對LID始動環節具有干預作用。進一步研究表明SWF能夠改善LID大鼠行為學癥狀,改善LID大鼠腦內糖類物質代謝障礙[7]、減輕LID大鼠紋狀體內過氧化損傷[8],這在一定程度上提示了SWF干預LID發病的作用機制,然而,其深入的作用機制尚需要進一步探索。
本實驗中采用L-DOPA誘發6-OHDA損毀致PD模型大鼠產生異動癥,同時配伍SWF,大鼠紋狀體細胞外液谷氨酸(glutamate)和γ-氨基丁酸(GABA)水平變化進行動態觀察,從SWF調節腦內氨基酸類神經遞質水平的角度,進一步對首烏方干預LID的作用機制進行探索,為臨床中西藥合用治療帕金森病、防治西藥引起的副反應提供思路。
1材料和方法
1.1材料
1.1.1實驗動物
清潔級雄性SD大鼠24只,7周齡,體重200~250 g。購于北京維通利華實驗動物技術有限公司【SCXK(京)2010-0001】。實驗動物飼養于中國中醫科學院基礎理論研究所實驗動物中心【SYXK(京)2010-0021】,溫度控制在24℃,自由飲食飲水,每日12 h光照。
1.1.2試劑與藥品
6-羥多巴胺(6-hydroxydopamine,6 OHDA)、抗壞血酸(antiscorbic acid)、谷氨酸(glutamate,Glu)、γ-氨基丁酸(GABA)為Sigma公司產品;阿撲嗎啡為中國食品藥品檢定研究所提供;美多芭(0.25 g/片,每片含L-DOPA 200 mg+芐絲肼50 mg)為上海羅氏公司產品(批號:SH1556);復方氯化鈉注射液為北京雙鶴藥業股份有限公司產品,首烏方水煎液由課題組自行制備。
1.1.3儀器設備
腦內微透析系統為瑞典CMA公司產品,包括:CMA/12探針(透析膜長4 mm)及探針套管、CMA/120清醒動物裝置、CMA/102微量泵、CMA/W70低溫樣品自動收集器;其他:微量進樣針為上海高鴿工貿有限公司產品;大鼠腦立體定位儀STRONG8003、動物體溫維持儀-69001、顱鉆/90-102購自深圳瑞沃德公司。
1.2方法
1.2.1造模與分組
參考文獻報道方法[9],SD大鼠腦內右側黑質致密部(substantia nigra compacta,SNc)、中腦腹側被蓋部(ventral tegmental area,VTA)注射6-OHDA建立PD模型;假手術組在相同位點注射含0.05% antiscorbic acid的生理鹽水,其余操作均與模型組相同。注射后3周,大鼠皮下注射阿撲嗎啡(0.5 mg/kg),待出現穩定旋轉癥狀后,記錄1 h內大鼠向健側旋轉總圈數,大于100 圈/h即視為PD模型制作成功[10]。成模動物隨機分為L-DOPA組、L-DOPA+SWF低劑量組、L-DOPA+SWF高劑量組。另設假手術組。1.2.2L-DOPA誘發LID及給藥
L-DOPA組大鼠給投予美多芭(30 mg/kg/d,相當于L-DOPA 24 mg+ 芐絲肼 6 mg,以下相同,灌胃給藥(intragastric administration,i.g.),L-DOPA+SWF低劑量組組投予美多芭(30 mg/kg/d)及低劑量首烏方水煎液(生藥量18 g/kg/d,i.g.),L-DOPA+SWF高劑量組組投予美多芭(30 mg/kg/d)及高劑量首烏方水煎液(生藥量36 g/kg/d,i.g.),假手術組投予等體積純水(i.g.)。給藥1次/d,連續給藥22 d。1.2.3異常不自主運動(abnormal involuntary movement, AIM)評分
參照文獻方法[11-12],于給藥第 1、7、14、21天對各組大鼠進行AIM評分,每30 min評分1次,評價持續120 min(共評分4次)。AIM包括刻板動作和對側旋轉行為,其中刻板動作又包括上肢AIM、軸性AIM和口面部AIM。根據其癥狀有或無以及嚴重程度劃分為五個等級(0~4分),其中0分:無;1分:偶爾出現;2分:經常出現;3分:持續存在,刺激使之停止;4分:持續存在,刺激也不能使之停止(理論上每只動物最高評分為64分)。
1.2.4大鼠清醒狀態下紋狀體微透析取樣
給藥第21天,末次行為學評價后,大鼠采用腹腔注射10%水合氯醛(0.35 mL/100 g)進行麻醉,頭顱水平位固定在腦立體定位儀上,于大鼠腦右側紋狀體內(A:+0.2 mm,R:+3.0 mm,V:-3.5 mm)埋入探針套管。次日,大鼠在清醒自由活動狀態下插入微透析探針。用復方氯化鈉溶液以2.5 μL/min的速度灌流,平衡60 min后,開始收集透析液,每30 min收集1管,灌流至90 min時動物灌胃給藥1次,繼續灌流至240 min。取前3管收集液測定目標檢測物,計算均值作為基礎水平(0 min),透析液收集方案見圖1。

圖1 透析液收集方案Fig.1 Dialysate collection protocol
1.2.5紋狀體透析液中Glu、GABA含量測定
衍生液配制:將5 mg OPA溶于120 μL甲醇中,加入10 μL β-巰基乙醇和1 mL 0.2 mol·L-1硼酸緩沖液(pH 9.2),混勻,放于暗處。流動相:A液為緩沖液:甲醇:四氫呋喃(V∶V∶V=400∶95∶5);B液為緩沖液:甲醇(V∶V)=120∶380(緩沖液為20 mmol·L-1乙酸鈉溶液,pH 7.2)。流速:0.8 mL/min;PMT:12;柱溫:40 ℃。梯度洗脫:0~10 min為0%~63%,B液;10~12 min為63%B液;12~17 min為100%B液;17~18 min為100%~0%B液;18~21 min為0%B液。OPA柱前自動衍生,激發波長:340 nm,發射波長:455 nm。
1.3數據分析與統計

2結果
2.1SWF對LID大鼠行為學的影響
個別大鼠首次給藥后即出現輕微異動癥癥狀,隨給藥時間增加,各組大鼠均逐漸表現出較為嚴重的異動癥癥狀,表現為吐舌、首尾相接狀像健側發生旋轉、健側前肢呈拍打樣動作、頸部向健側扭轉,身體失去平衡、跌倒等(見圖2)。給藥至第21天,與假手術組相比,各給藥組AIM評分均明顯升高,其中L-DOPA組AIM評分差異顯著(P< 0.01);與L-DOPA組相比,L-DOPA+SWF高劑量組AIM評分較低,差異有統計學意義(P< 0.05)。數據見表1。

注: A:軀干肌肉張力障礙,左前肢拍打樣動作;B:向健側發生旋轉;C:重復性咀嚼樣動作,伴有偶爾吐舌;D:軸性張力障礙,軀干向健側扭轉。圖2 LID大鼠行為學癥狀Note: A:Muscular dystonia with repetitive movements of the left forelimb;B:Contraversive rotation, contralateral to the dopamine-denervated striatum;C:Repetitive chew-like movements associated with protrusion of the tongue;D:Axial dystonia manifested as contraversive rotation, contralateral to the dopamine-denervated striatum.Fig.2 Behaviors of LID model rats


分組Group異常不自主運動評分AIMscore第1天1days第7天7days第14天14days第21天21days假手術Sham0.0±0.00.0±0.0*0.0±0.0*0.0±0.0*左旋多巴L-DOPA2±327±17#30±15##36±16##左旋多巴+首烏方(低劑量)L-DOPA+SWF(L)2±212±9 17±19 20±20 左旋多巴+首烏方(高劑量)L-DOPA+SWF(H)1±28±125±5*9±9*
注:與假手術組比較,#P<0.05,**##P<0.01;與L-DOPA組比較,*P<0.05,**P<0.01。
Note: v.s. Sham,#P<0.05,**##P<0.01; v.s. LID,*P<0.05,**P<0.01.

注:與假手術組比較,# P<0.05, ## P<0.01;與L-DOPA組比較,*P<0.05, **P<0.01。圖4 首烏方對異動癥模型大鼠紋狀體Glu水平的影響 ±s, n=6)Note: v.s. Sham, # P<0.05, **## P<0.01; v.s. LID, *P<0.05, **P<0.01.Fig.

注:與假手術組比較,# P<0.05, ##P<0.01。與L-DOPA組比較,*P<0.05, **P<0.01。圖5 首烏方對異動癥模型大鼠紋狀體GABA水平的影響 ±s, n=6)Note: v.s. Sham, # P<0.05, ##P<0.01, v.s. LID, *P<0.05, **P<0.01.Fig.
0 min,與假手術組相比,給藥組大鼠紋狀體內Glu含量增加,其中L-DOPA組顯著升高(P<0.05);與L-DOPA組相比,L-DOPA+SWF組大鼠紋狀體內Glu水平降低,但差異無統計學意義。末次給藥后60 min,L-DOPA組Glu水平顯著高于假手術組(P<0.01);與L-DOPA組相比,L-DOPA+首烏方各劑量組Glu水平均降低(P<0.05)。60 min后,各組間Glu水平雖未見顯著差異,但透析0~240 min內,L-DOPA組Glu水平始終高于其他各組,數據見圖4。

與假手術組相比,給藥組大鼠紋狀體內GABA含量增加,L-DOPA組顯著升高(P<0.05);與L-DOPA組相比,L-DOPA+SWF各劑量組大鼠紋狀體內GABA水平降低,但差異無統計學意義。末次給藥后60 min,與假手術組相比,L-DOPA組GABA水平顯著高于假手術組(P<0.01);與L-DOPA組相比,L-DOPA+首烏方各劑量組GABA水平均降低(P<0.01)。60 min后,L-DOPA組GABA水平始終高于給藥組,但差異無統計學意義,數據見圖5。
3討論
左旋多巴誘發異動癥(levodopa-induced dyskinesis,LID)發生機制復雜,紋狀體多巴胺(DA)耗竭被公認為是LID發生的重要病理學因素[13],然而一些嚴重PD模型動物始終未出現LID[14-15],這表明,LID的發生、發展還涉及到其他一些重要因素。近年來,非多巴胺能神經遞質在LID發生中的作用受到越來越多的關注,如氨基酸類、神經肽類、膽堿類等。其中,Glu和GABA作為體內重要的興奮性和抑制性神經遞質[16],均與PD、LID的發生有著密切關系。有學者[17]提出,LID發生是由于紋狀體多巴胺D1受體和D2受體分別介導的直接通路和間接通路活動失衡,最終導致基底節-丘腦-皮質環路活動異常。直接通路的活化引起大腦皮層釋放傳遞至紋狀體區的Glu增加,而GABA釋放的增加同樣可以反映直接通路的過度激活在LID發生中的作用[18]。因此,以上研究結果提示Glu、GABA參與LID過程,但目前研究成果尚不能完全揭示Glu、GABA等氨基酸類神經遞質參與LID發生、發展的機制。
對于LID的治療,目前主要包括應用長效DA制劑、氨基酸受體拮抗劑、神經保護劑、立體定向蒼白球損毀術等,但效果并不令人滿意。值得肯定的是,中醫中藥對于神經退行性疾病的治療體現出獨特的優勢。首烏方是根據古方記載、參考現代研究、結合課題組人員的臨床經驗優選出的中藥復方,由首烏、鹿茸、天麻、鉤藤、等中藥組成。現代藥理研究表明,方中藥物的提取物及相關制劑對神經元損傷模型動物具有神經保護作用[19-21],這為首烏方治療神經退行性疾病提供了藥理學基礎。臨床上,首烏方與L-DOPA配伍應用,可以減少L-DOPA用量,提高治療組的總有效率[22]。課題組前期研究中采用清醒自由活動大鼠血-腦雙位點微透析采樣的方法,同步觀察首烏方對L-DOPA在帕金森病(PD)大鼠血液和紋狀體細胞外液藥動學的影響。結果表明,首烏方能夠減慢L-DOPA消除,增加血液L-DOPA的吸收,減少紋狀體L-DOPA藥物濃度波動[23]。而臨床上認為L-DOPA小劑量、多次給藥,減少L-DOPA血藥濃度的波動,可能延緩LID的發生[24]。以上均提示首烏方可能對LID具有干預作用。
研究表明,對于6-OHDA損傷的大鼠慢性注射L-DOPA后,紋狀體細胞變化與PD病人長程注射L-DOPA所展示的運動障礙相似[25],給6-OHDA損傷的大鼠長期注射L-DOPA,可復制出用為研究L-DOPA誘導運動障礙神經機制的動物模型[26]。該方法操作簡單,結果較為穩定,可用于進行疾病相關的機制研究,評價藥物對疾病的干預作用和藥物機制研究等,是目前研究LID采用的常用動物模型之一。本研究中首先建立6-OHDA立體定向損毀PD大鼠模型,模型動物采用高劑量L-DOPA灌胃3周,誘發PD大鼠產生LID。依據文獻報道,高劑量L-DOPA誘發PD大鼠產生LID的幾率增加,同時也能夠較早地誘發嚴重LID[27]。本研究中,PD模型大鼠給服L-DOPA后1~3周時間即出現LID,隨給藥時間延長,動物AIM癥狀逐漸加重,這與文獻報道[28]結果基本一致。在行為學觀察的基礎上,本研究動態觀察了LID大鼠紋狀體內Glu和GABA含量的變化,結果與課題組前期研究結果及文獻報道一致[29-30]。這可能與PD/LID狀態下,皮質-紋狀體谷氨酸投射系統活動增強有關。LID模型大鼠基底節谷氨酸轉運體GLT1水平上升,Glu受體表達異常,Glu水平病理性升高[31-34],GABAA受體表達增加[35-36],GABA能神經元活性普遍提高[37]。同時,由于Glu經谷氨酸脫羧酶 67(GAD67)激活催化,生成GABA。與非LID狀態的6-OHDA損傷大鼠模型相比,出現LID大鼠腦內紋狀體、蒼白球內GAD67活性增加,這可能也是LID大鼠紋狀體內GABA含量顯著增加的原因。經配伍首烏方,病理狀態下異常升高的Glu和GABA水平下降,與假手術組水平趨于接近。
綜上所述,首烏方配伍L-DOPA能夠減輕LID模型大鼠的行為學異常癥狀,提示臨床應用首烏方或能夠達到對多巴胺替代療法“增效減毒”的作用,其作用機制可能與其對紋狀體內Glu、GABA水平的調節作用有關,本研究結果為進一步展開中藥干預LID早期發病和減輕LID癥狀提供了實驗依據。
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〔修回日期〕2015-10-21
[基金項目]國家自然科學基金項目(81274121);中國中醫科學院基本科研業務費自主選題項目(ZZ2012010)。
[作者簡介]劉洋(1984-),女,助理研究員,研究方向:中藥防治神經退行性疾病研究。Email: echoinapril@163.com。 [通訊作者]王丹巧(1959-),女,研究員,研究方向:中西醫結合防治老年病相關研究。Email: dq_wang96@sohu.com。
【中圖分類號】R-332
【文獻標識碼】A
【文章編號】1671-7856(2016) 01-0007-07
doi:10.3969.j.issn.1671.7856. 2016.001.002
Effect of shou wu fang on amino acids neurotransmitters in levodopa-induced dyskinesia model rats
LIU Yang, JIAO Yue, SUN Dan-dan, WANG Dan-qiao, ZHAO Xiao-liang, LI Tao, ZHANG Mei-yu
(Beijing Key Laboratory of TCM Basic Research on Prevention and Treatment of Major Disease, Experimental Research Center, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China)
【Abstract】Objective To investigate the effect of SWF on the behaviors and striatal levels of amino acids neurotransmitters of LID model rats,and to explore the effect of SWF on the mechanism of dyskinesias. Methods SD rats were injected with 6-hydroxydopamine (6-OHDA) to produce hemi-lateral nitro-striatum lesion. 6-OHDA lesioned rats were daily given L-DOPA, or L-DOPA plus SWF at different doses. Sham group was also established. All rats were treated for 22 days, once per day. During the treatment, abnormal involuntary movements (AIMs) were evaluated. On 22nd day, in vivo microdialysis was used to collect striatal extracellular fluid as the rats were in sober and free-moving condition. All dialysates were analyzed by high performance liquid-fluorescence (HPLC-FLD) detection. ResultsAfter treatment of L-DOPA, 6-OHDA lesioned rats developed AIM. AIM scores of L-DOPA-treated rats were higher than the sham-operated rats (P<0.01). L-DOPA plus high dose of SWF-treated rats had lower AIM scores than L-DOPA-treated rats (P<0.05). On 22nd day, in L-DOPA-treated rats, striatal levels of glutamate and GABA increased (P<0.05) than sham group. 60 min after last treatment, levels of glutamate and GABA in L-DOPA-plus SWF-treated rats were significantly lower than the sham-operated and L-DOPA plus SWF-treated rats (P<0.05, P<0.01). ConclusionsThe findings in this study suggested that as SWF was combined, side effects of L-DOPA mitigated as AIMs scale rating were reduced in LID rats. SWF protected 6-OHDA lesioned rats from LID by regulating abnormal striatal concentrations of glutamate and GABA.
【Key words】Parkinson’s disease (PD); Levodopa-induced dyskinesia (LID);Shou wu fang (SWF);Microdialysis;Glutamate;GABA