艾地苯醌在帕金森病中的應用進展

徐朝輝 陳 瑛 肖 倩 梁 彪 陳 珍 李國毅 程記偉△ 趙 卿

1）上海中醫藥大學附屬普陀醫院，上海 200062 2）上海市養志康復醫院（上海市陽光康復中心）/同濟大學附屬養志康復醫院，上海 201619

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一種常見的中老年神經系統退行性疾病，臨床上以運動遲緩、靜止性震顫、肌強直、姿勢平衡障礙等運動癥狀以及睡眠障礙、嗅覺障礙、自主神經功能障礙、認知和精神障礙等非運動癥狀為顯著特征［1］。帕金森病主要病理特征為黑質中多巴胺能神經元的丟失和由α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）組成的路易小體的存在，但發病機制尚未明確。目前國內65 歲以上人群中帕金森病發病率為1.7%，且隨著老齡化程度加劇，據推測PD患病人數到2030年將達到500萬人，約占到全球帕金森病患病人數的一半［2］。帕金森病不僅影響患者的日常生活能力，還給家庭乃至整個社會帶來巨大的精神壓力以及沉重的醫療照料負擔。目前臨床上治療帕金森病仍以復方左旋多巴制劑為主，長期使用不僅會療效下降，且易產生癥狀波動和異動癥等不良反應［3］。學者們一直在探求帕金森病的發病機制，進而開發新的治療靶點及延緩疾病發展的有效手段。常見的病理機制學說包括線粒體功能障礙、氧化應激損傷、谷氨酸毒性作用、免疫反應失衡、細胞凋亡、轉運體失調等［4］，其中線粒體功能障礙假說提出較早，為多數學者所認可。艾地苯醌（idebenone，IDE）為輔酶Q10（coenzyme Q10，CoQ10）的合成類似物，在線粒體中含量高，通過多個環節參與線粒體功能調節［5］，在神經退行性疾病中可能發揮一定作用。

1 線粒體功能障礙和帕金森病

20 世紀70 年代，研究發現1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四 氫 吡 啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）中毒會抑制線粒體呼吸復合物Ⅰ活性，可能參與帕金森病的發病［6-7］。而后越多越多研究提示線粒體功能障礙是帕金森病發病的關鍵環節，如在帕金森病患者的中樞神經系統中發現線粒體出現形態改變和功能缺失［8］；帕金森病動物模型發現線粒體融合、裂變導致損傷［9］；生長分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）作為線粒體功能損害的標志之一，被發現在帕金森病患者中水平升高等［10-11］。線粒體最重要的任務是通過電子傳遞鏈或呼吸鏈以腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的形式產生能量。帕金森病多巴胺神經元是一種幾乎不含髓鞘、長且薄的軸突，軸突功能的完成需線粒體提供的ATP 作為能量［12-13］。線粒體功能障礙造成ATP合成不足，引起多巴胺能神經元變性、死亡，導致帕金森病的發生。另一項研究發現，在神經元變性丟失前，海馬、皮層等區域出現了糖代謝的異常，神經元內存在大量供能的線粒體，則提示線粒體功能障礙導致的能量紊亂是帕金森病發病的關鍵環節。現從以下幾個方面簡述帕金森病相關致病因素導致的線粒體功能障礙。

1.1 遺傳因素在對家族性帕金森病的研究中發現一些與線粒體功能障礙相關的蛋白或編碼線粒體蛋白的基因突變會導致帕金森病［14］。研究表明，在常染色體隱性遺傳帕金森病中發生突變的兩個基因——位于1 號染色體短臂上PINK1 基因與位于6 號染色體長臂上Parkin，二者產物通常以相同的途徑共同影響線粒體功能，PINK1積聚在受損線粒體的外膜上，激活Parkin的泛素連接酶E3活性，并將Parkin 募集到功能失調的線粒體，Parkin 泛素化線粒體外膜蛋白以觸發選擇性自噬［15］。而當PINK1或Parkin基因突變后，自噬清除受損線粒體的功能被抑制，異常積聚的受損線粒體在細胞內堆積，引起氧化應激和毒物的積累，造成多巴胺能神經元的死亡，導致帕金森病的發生［16］。DJ-1 基因位于1 號染色體長臂上，其蛋白主要存在于細胞質中，該基因抑制線粒體解偶聯過程，可提高ATP 合成率，在抗氧化應激、調節轉錄翻譯方面也起重要作用［17］。而DJ-1 基因突變會導致線粒體解偶聯過程增加，ATP合成減少，引起線粒體的去極化，并可能造成線粒體斷裂和增加氧化應激，從而促進線粒體自噬，過度自噬化造成多巴胺能神經元功能不足，與常染色體隱性帕金森病發病相關［18］。SNCA 基因位于4 號染色體的長臂上，其編碼的α-Syn為路易小體的主要組成成分，而路易小體的形成是帕金森病發病機制中重要組成部分。α-Syn 可選擇性與線粒體膜相結合抑制線粒體融合，導致線粒體斷裂［19］；此外，易于聚集的α-Syn擾亂線粒體和內質網之間的鈣交換，引起線粒體鈣失衡，增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成，損傷線粒體，而線粒體功能障礙等細胞過程可能啟動α-Syn 的積累，導致路易小體增多，形成惡性循環［20］。線粒體絲氨酸蛋白酶HtrA2/Omi，作為分子伴侶可使折疊錯誤的蛋白質分子重新折疊或降解，若HtrA2/Omi基因發生突變，引起異常蛋白質堆積，影響線粒體功能［21］。除此之外，研究還發現線粒體蛋白酶LRRK2、GBA基因的突變均可引起線粒體功能障礙［22］。與遺傳因素相關的線粒體蛋白PINK1、Parkin、DJ-1、α-Syn、HtrA2/Omi、LRRK2 及GBA 等的突變均可引起線粒體功能障礙導致帕金森病的發病。

1.2 環境毒素接觸吡啶類衍生物MPTP 或殺蟲劑魚藤酮會抑制線粒體復合物Ⅰ活性，阻斷電子傳遞鏈或呼吸鏈，引起ATP 耗竭，損傷線粒體，目前常作為帕金森病動物模型建模的神經毒素［23］。MPTP 在人體內轉化為活性離子MPP+，其在線粒體中產生一氧化氮（NO）等自由基，引起線粒體功能障礙［24］。而另一種毒素百草枯誘發帕金森病發病的機制與上述兩種毒素有所不同，其不能抑制線粒體復合物Ⅰ，而是直接通過增加ROS 損傷線粒體［25-26］。此外，人體長期暴露于鐵等重金屬時，大量Fe2+積累于腦部發生Fenton反應產生過多的羥自由基而導致線粒體發生氧化應激，造成線粒體損傷及抑制呼吸鏈，最終導致神經元死亡［27］。環境中接觸的工業或農業毒素也通過影響線粒體功能導致帕金森病。

遺傳、環境等帕金森病的致病因素可通過線粒體自噬缺陷、轉運受損、線粒體鈣失衡、ROS生成增加、電子傳遞鏈或呼吸鏈功能障礙等因素造成線粒體功能障礙，進一步導致ATP合成減少、細胞內毒物增加、氧化應激及α-Syn的積累，損傷多巴胺能神經元及形成路易小體，最終導致帕金森病的發病及加重，提示線粒體功能障礙可能是帕金森病發生、發展的核心因素。

2 艾地苯醌的藥理作用

IDE 是最初由日本科學家研發的一種新型的智能促進藥，其化學名稱為6-（10-羥癸基）-2，3-二甲氧基-5-甲基-1，4-苯醌，分子式為C19H30O5。作為線粒體靶向治療藥物，IDE 目前廣泛用于一些線粒體障礙疾病和神經退行性疾病，如弗里德賴希共濟失調癥（Friedreich’s ataxia，FRDA）、萊伯遺傳性視神經病變（Leber’s hereditary optic neuropathy，LHON）、阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）等［28］。

2.1 多重作用機制IDE 具有雙重作用機制，既可以增強線粒體呼吸鏈功能，提高葡萄糖利用率，促進ATP合成，改善能量代謝，又可以降低氧化應激，抑制脂質過氧化［29-30］。CARDOSO 等［31］研究發現，與維生素E 及還原型谷胱甘肽比較，IDE能夠更有效抑制ROS生成以及更有效地減少過氧化物酶產生。通過研究大鼠腦線粒體中由壞血病和Fe2+引起的呼吸和非呼吸耗氧的影響發現，IDE保護細胞膜和線粒體能量偶聯系統免受活性氧的損傷，且呼吸控制指數（respiratory control index，RCI）增加效應與IDE劑量相關；而RCI反映線粒體氧化磷酸化的偶聯功能，可檢測線粒體利用氧化釋放的能量轉換為ATP的效率，是評估線粒體功能的指標之一［32］，提示IDE 可提高ATP 合成效率，增加線粒體能量供給。此外，研究還發現IDE 可通過抑制電壓依賴性鈣內流和蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）活性來減少腦皮質神經末梢的谷氨酸釋放，具有對抗興奮性氨基酸毒性的作用［33］。

2.2 輔酶Q10作用的升級CoQ10最突出的作用是作為線粒體呼吸鏈中的電子載體，具有抗氧化作用，可清除氧自由基，調節鈣離子穩態，有效改善線粒體功能障礙，廣泛用于線粒體相關疾病［34］。CoQ10 主要從線粒體復合物Ⅰ和Ⅱ接受電子并轉運到復合物Ⅲ，轉運完電子后再次被復合物Ⅰ和Ⅱ還原，這種循環活動對ATP產生及抗氧化清除自由基至關重要［35］。雖然CoQ10 確實被認為是一種可能的神經保護和神經修復劑，但其長而高度親脂性的烷基鏈和制劑問題是臨床研究的重大障礙［36］。IDE 作為CoQ10 的化學合成類似物，相比于CoQ10其側鏈更短，親脂性更弱，親水性較強，側鏈末端增加了一個醇羥基，可以更好分配到線粒體膜中，更易通過生物膜和血腦屏障［37］。IDE雖然也可以在線粒體復合物Ⅰ中被還原，但由于親脂性較CoQ10弱，可與親水醌位點結合，這個位點與還原型輔酶Ⅰ（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）及黃素單核苷酸（flavin mononucleotide，FMN）結合位點部分重疊，被黃素還原形成一個不穩定的半醌產生超氧化物，反而促進氧化應激［38］。故IDE較少通過線粒體復合Ⅰ途徑轉運電子，但IDE大部分可通過NAD（P）H：醌氧化還原酶1［NAD（P）H：quinone oxidoreductase 1，NQO1］、甘 油醛-3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，G3PDH）、線粒體復合物Ⅱ等途徑向線粒體呼吸鏈傳遞電子，促進ATP生成及抗氧化作用［39-40］。此外，IDE 具有極強的抗氧化能力，MCDANIEL等［41］通過使用光化學發光、氧化系統測量一次和二次氧化產物，以及紫外線照射角質形成細胞染色胸腺嘧啶二聚體等標準化步驟作為測量抗氧化能力發現，CoQ10 為55 分，而IDE 的抗氧化能力則更強，得分為95分。同時該研究發現，從清除自由基的有效濃度上看，IDE 在10 nmol/L 濃度時則可表現出清除自由基的能力，而同樣情況下CoQ10 需要在100 nmol/L 濃度下才能表現。可見，IDE 的促進ATP 合成能力、抗氧化作用及清除自由基能力明顯強于CoQ10。

IDE可通過增強線粒體呼吸鏈功能、促進ATP合成、抗氧化及清除氧自由基等多條途徑改善線粒體功能，因此可能在帕金森病治療方面具有一定潛力。

3 艾地苯醌治療帕金森病

既往已有一系列研究確定線粒體靶向抗氧化劑是否減緩PD 退化的過程，而作為線粒體靶向抗氧化劑，IDE目前在帕金森病中的應用尚未推廣。線粒體功能障礙可能是帕金森病發生、發展的關鍵，而IDE 具有改善線粒體功能的作用機制，二者相吻合，IDE 在帕金森病中的應用具有廣闊的前景。本文分別從基礎及臨床研究出發，論述目前IDE治療帕金森病的現狀。

3.1 基礎研究研究發現IDE 可通過提高線粒體呼吸活性、抑制線粒體氧化損傷、增強受損線粒體自噬等途徑改善腦內線粒體功能，保護多巴胺神經元進而治療帕金森病。如AVC等［42］通過IDE 干預魚藤酮誘導的帕金森病大鼠模型，發現IDE 向線粒體傳遞電子后被NQO1 還原，減輕線粒體復合體Ⅰ抑制，增加線粒體呼吸功能，同時降低氧化應激指標丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平，并增加過氧化物分解酶谷胱甘肽過氧化酶-4（（glutathione peroxidase-4，GPx-4）的表達減少，提示IDE對線粒體有抗氧化作用，從而有效改善帕金森病大鼠運動功能障礙。HtrA2/Omi基因突變誘發帕金森病發病的特征為線粒體內未展開的蛋白質積累、線粒體呼吸缺陷以及ROS增多。GERHARDT等［43］通過IDE治療HtrA2/Omi基因敲除的帕金森病小鼠，也表達了IDE在治療帕金森病中發揮抑制線粒體氧化損傷的觀點。而閆俊強等［44］通過給小鼠注射MPTP 構建經典帕金森病模型發現，IDE能提高帕金森病小鼠腦內抑制素2（prohibitin 2，PHB2）的表達，PHB2是線粒體內膜蛋白，與線粒體自噬呈正相關，提示IDE 通過增加PHB2 促進受損的線粒體自噬，保留更多功能正常的線粒體，明顯縮短帕金森病小鼠記憶空間位置和方向感能力下降的平均潛伏期。在以上機制中，盡管結論有所差異，但各種途徑最終目的均為保留或增強功能和結構正常的線粒體，提高腦內整體線粒體的功能，減輕多巴胺神經元的損傷。此外，IDE還可能通過線粒體以外的機制治療帕金森病。盛泳佳等［45］除發現IDE 在治療帕金森病中發揮抗氧化應激損傷、抑制線粒體凋亡信號的作用，還發現IDE可有效降低帕金森病小鼠黑質中小膠質細胞/巨噬細胞特異性蛋白抗體（ionized calcium binding adapter molecule-1，IBA-1）的表達。IBA-1 是小膠質細胞的標志物，其表達水平則反映小膠質細胞的激活程度。而小膠質細胞約占大腦膠質細胞的10%，在帕金森病患者中小膠質細胞活化程度顯著增高［46］。YAN 等［47］證實了IDE 可通過抑制神經炎癥和調節小膠質細胞表型來保護多巴胺能神經元。可見，IDE治療帕金森病的作用機制除與改善線粒體功能有關外，還可能與抑制小膠質細胞的表達及神經炎癥相關。見表1。

表1 IDE治療帕金森病的基礎研究Table 1 Basic research of idebenone in the treatment of Parkinson’s disease

3.2 臨床研究近年來一些研究發現IDE在臨床上可顯著提高帕金森病患者的療效，如劉瑜［48］在常規森福羅、咪多吡治療基礎上聯合IDE后發現，聯合IDE 在降低患者帕金森統一評分量表第3 部分（unified Parkinson’s disease rating scale-Ⅲ，UPDRS-Ⅲ）評分、漢密爾頓 抑 郁 量 表（Hamilton depression scale，HAMD）評分、漢密爾頓焦慮量表（Hamilton anxiety scale，HAMA）評分、匹茲堡睡眠質量指數量表（Pittsburgh sleep quality index，PSQI）評分，提高簡易精神狀態檢查表（mini-mental state examination，MMSE）評分方面更優，認為IDE 可明顯改善帕金森病患者運動癥狀、抑郁、焦慮、睡眠及認知功能。UPDRS分為4項，具體評價功能：UPDRS-Ⅰ評價患者情感與行為；UPDRS-Ⅱ評價患者生活能力；UPDRS-Ⅲ評價患者運動能力；UPDRS-Ⅳ評價患者治療相關并發癥。蘭曉艷等［49］及夏秋怡等［50］等通過UPDRSⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Barthel 指數（BI）、蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）等其他量表評價表達了IDE聯合多巴胺受體劑類藥物治療可提高帕金森病患者運動癥狀與非運動癥狀改善程度。而大部分臨床研究報道了IDE 通過抑制線粒體氧化應激反應，改善線粒體功能來提高帕金森病患者治療有效率。陳烈冉等［51］通過對照組采取常規多巴絲肼，觀察組在此基礎上加用IDE治療后發現，觀察組在升高血清超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）水平，降低8- 羥 基 脫 氧 鳥 苷（8-oxo-deoxyguanosine，8-OHdG）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平方面更優。SOD是一種重要的抗氧化酶，發揮清除氧自由基作用，其水平變化反映機體清除氧自由基的能力；MDA 是脂質過氧化物裂解產物，其水平變化提示機體脂質過氧化程度，從而反映線粒體損傷程度；8-OHdG 是由ROS 引起DNA 氧化損傷修飾產物之一，其水平變化反映氧化應激損傷程度。康蓓等［52］和慕英［53］也通過檢測IDE 聯合多巴絲肼治療前后血清SOD、8-OHdG、MDA 水平表達了相同的觀點。而張曉韜等［54］與徐珍［55］發現IDE 聯合多巴絲肼治療后在升高血清尿酸及SOD 方面較單純多巴絲肼治療更優，尿酸屬于抗氧化劑，其有清除氧自由基的能力，可限制超氧化物歧化酶降解活動。上述研究進一步證實了IDE可通過清除體內的過氧化物質，使機體超氧化物歧化酶、尿酸等消耗減少，保護線粒體呼吸鏈的功能完整，降低氧化應激造成的損傷，抑止帕金森病患者的線粒體功能障礙。

此外，于凌等［56］則發現IDE可顯著降低患者血清GDF-15 水平，GDF-15 被視為線粒體功能障礙的標志物之一［57］。黃驥等［58］證實了這一觀點，還發現IDE 可降低患者α-Syn 水平，而α-Syn水平反映了機體腦組織的炎癥反應，提示IDE對大腦的炎性損傷有積極的治療作用。楊碩等［59］通過常規美多芭聯合IDE 治療后發現，聯合IDE 治療的患者UPDRS-Ⅲ評分下降，額葉N-乙酰天門氡氨酸（N-acetyl-aspartate，NAA）/肌酸（creatine，Cr）及膽堿復合物（choline-containing compounds，Cho）/Cr 則顯著升高，均優于常規治療組。大量研究已證實帕金森病患者紋狀體-額葉神經環路細胞代謝有異常，且NAA/Cr 比值與神經元數量呈正相關，Cho/Cr升高則意味局部神經膠質細胞增多［60］，提示IDE可通過改善線粒體功能以及促進患者神經細胞凋亡后的局部神經膠質修復，以保護神經元及促進神經環路的完整性來介導改善帕金森病患者運動遲緩、靜止性震顫及肌強直等運動癥狀。認知功能障礙是帕金森病常見的非運動癥狀之一，而帕金森病輕度認知障礙（Parkinson’s disease-mild cognitive impairment，PD-MCI）患病率較高［61］。馬秀娟等［62］通過常規奧拉西坦聯合IDE 治療PD-MCI 患者后發現，更有效提高了患者Mo-CA 評分、聽覺學習詞語測驗（auditory verbal learning test，AVLT）評分、日常生活能力量表（activities of daily living）評分，縮短連線測驗（trail making test，TMT）時間，提示IDE明顯改善PD-MCI 患者的認知功能及日常生活能力。上述研究均證實了聯合IDE 治療可提高治療的有效率及安全性，但均是在常規治療基礎上加用IDE，推測可能是多巴絲肼增加了患者體內多巴胺的含量或奧拉西坦改善腦代謝，同時聯合IDE的強抗氧化性，快速清除體內多余的氧自由基，抑制了線粒體障礙的產生，從而提高了治療的有效率（表2）。而對于IDE在治療帕金森病中只起到輔助治療作用，還是可以完全取代多巴胺受體劑類藥物，仍待研究。

表2 IDE治療帕金森病的臨床研究Table 2 Clinical research of idebenone in the treatment of Parkinson’s disease

4 結論與展望

線粒體醫學已越來越成為當下多種疾病研究的重要相關靶點。大量研究證實線粒體功能障礙是導致帕金森病的重要機制之一，研究者也一直關注改善及保護線粒體功能藥物對帕金森病潛在的治療作用。IDE 作為一種線粒體抗氧化劑，靶向作用于線粒體，保護線粒體呼吸鏈的功能完整，改善細胞能量代謝，同時發揮抗氧化應激作用，抑制氧自由基的生成，保護線粒體功能，從而保護多巴胺神經元，改善帕金森病癥狀。但IDE 在帕金森病的應用尚缺少多中心臨床研究，今后可以從神經保護角度出發，設計高質量隨機對照研究進一步探討其對帕金森病癥狀改善及疾病的修飾作用。