吲哚醌抗帕金森病藥理作用研究進展

胥 建,徐輝輝,尹 磊,岳 旺,李曉玲

(1.青島大學附屬醫院,山東 青島 266012; 2.青島市市立醫院,山東 青島 266011; 3.青島大學,山東 青島 266071)

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)又稱震顫麻痹,是神經退行性疾病,在60歲以上人群發病為1%,PD的臨床表現常常與其他神經退行性疾病重疊,PD的癥狀和轉歸具顯著異質性,對PD精準診療帶來了嚴峻挑戰[1]。發病機制有多種因素,仍有待闡明,臨床除手術外,多用擬多巴胺和抗膽堿兩大類藥物。多巴胺類及其增效劑,包括MAO-B抑制劑、兒茶酚-氧位-甲基轉移酶抑制劑、麥角和非麥角類DA受體激動劑、DA前體藥等[1]。中藥類大麻及十字花科大青葉等也有抗PD作用。天然活性成分吲哚醌抗衰老性疾病及抗PD相關藥理活性及其對多種蛋白活性的調節令人關注[2]。

吲哚醌是人體內源性生物活性物質,十字花科植物如板藍根、甘藍、青黛等也含多種吲哚醌類衍生物。海洋生物龍蝦屬海洋長壽生物之一,吲哚醌為其生存必需物質。吲哚醌在動物生殖系統濃度高于其它組織80倍,這種不勻稱分布表明其在低級動物到人類進化的歷史長河中對生命繁衍有重要生物學作用,其抗衰老、抗癌、抗炎、抗動脈硬化等作用已有報道[3-4],其研究價值不容忽視。吲哚醌化學結構類似物羅匹尼羅(Ropinirole)是抗PD化學藥,抗癌藥靛玉紅也有類似結構;按藥理學“構效原理”,這種相似構效關系說明吲哚醌吲哚活性基團的重要性,結構式如下(Fig 1)。

Fig 1 ①Isatin ② Tryptophan ③Indirubin ④Robiniro

1 吲哚醌抗PD作用

1.1 MAO-B抑制作用體內MAO-B不同于MAO-A,前者分布在腦內和血小板中,是隨增齡活性增加的老化酶,MAO-B可通過氧化應激促神經細胞凋亡。MAO-B抑制劑司立吉蘭是臨床常用抗PD化學藥,通過抑制MAO-B,阻止腦內DA降解,改善PD癥狀。MAO-B抑制劑沙芬酰胺(Safinamide)也含吲哚結構。吲哚醌通過抗氧自由基保護神經細胞,能拮抗環境毒素造成的神經細胞的死亡[5]。吲哚醌降低小鼠血漿和腦組織中MAO-B活性[6]。在PD模型,吲哚醌可抑制MAO-B保護神經作用,防止紋狀體多巴胺降低[7],并抑制神經毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP),使紋狀體多巴胺、二羥苯乙酸和高香草酸含量降低,減少MPTP對多巴胺更新率,表明吲哚醌有預防MPTP損傷中樞多巴胺能神經元。在MPTP誘發的大鼠PD模型,吲哚醌可抑制MAO-B,減輕神經毒素引起的運動障礙[8],這可能是吲哚醌抗PD的重要機制。吲哚醌除了對胞內該類酶蛋白有特異抑制作用外,對其它90余種活性蛋白也有作用[2]。

1.2 多巴胺受體激動及拮抗劑多巴胺受體激動劑分為麥角類和非麥角類,非麥角類的羅匹尼羅是選擇性多巴胺D2受體激動劑,化學結構類似吲哚醌,可對已出現開關現象的PD患者輔助治療。羅匹尼羅通過持續性興奮D2受體,直接作用于突觸受體,減少L-多巴的運動波動癥狀[9]。吲哚醌是否激動D2受體未見報道。

1.3 谷氨酸受體拮抗劑PD患者谷氨酸受體中的N-甲基-D天冬氨酸型受體被谷氨酸激活后,使細胞外鈣離子內流,增加其胞內濃度,激活鈣離子依賴性蛋白酶,導致神經元壞死或凋亡。谷氨酸受體拮抗劑如金剛烷胺有抗PD作用,含吲哚結構,能加強突觸前合成和釋放多巴胺,減少多巴胺的重吸收,改善少動、強直、震顫癥狀,并抑制異動癥。

1.4 多巴胺前體藥物L-多巴是一種天然物質,進入大腦轉化為多巴胺,減輕震顫,改善運動遲緩與強直,是目前治療PD有效藥物。吲哚醌能促進皮質和紋狀體內多巴胺、5-羥色胺、去甲腎上腺素釋放,對多巴胺作用明顯[10],給予大鼠吲哚醌,紋狀體乙酰膽堿和多巴胺濃度均增加,多巴胺水平變化與給藥劑量有量效關系[17],吲哚醌降低特異性BAX基因免疫反應結合率,使存活的多巴胺能神經元,對MPTP損傷小鼠PD模型有保護作用[11]。吲哚醌除抑制代謝酶MAO-B外,其抗炎、抗病毒、免疫及增強改善心腦血管系統作用也是對因和對癥治療PD重要因素。

1.5 大麻(Cannabis)類已證明中藥大麻植物含一百余種大麻衍生物,藥理活性廣泛,包括產生鎮痛和麻醉作用。近年作為神經疾病治療藥已成為國際研究熱點,如大麻二酚(cannabidiol,CBD)不同于成癮性四氫大麻酚(Δ9-tetrahydrocannabinol,THC),可拮抗THC的成癮作用[12]; CBD減少氧化及作為大腦興奮劑和神經保護劑,減輕癡呆癥個體的壓力和焦慮,并減少記憶和其他大腦功能的下降,可緩解癡呆相關病癥,如路易體癡呆(DLB)、帕金森病、額顳癡呆和亨廷頓病等[13]。CBD不僅改善PD的強直、震顫、步態不穩、運動遲緩等癥狀,改善睡眠,降低疼痛評分[14],大麻與吲哚醌的中藥提取物配伍用于改善帕金森癡呆癥作用已有報道[15],其對腦運動及精神改善的機制尚待闡明。

1.6 吲哚醌相關藥理作用內源性吲哚醌來自于色氨酸腸道微生物代謝。吲哚醌可通過減輕線粒體膜電位,降低鈣離子水平,減輕H2O2導致的多巴胺能細胞損傷[16]。腸道菌包括益生菌和致病菌,后者可促進人體蛋白質形成淀粉樣蛋白,增強體內炎癥反應,導致神經變性,具有腸易激綜合征樣癥狀的PD患者中普氏菌較少,說明腦-腸-菌群軸與帕金森病患者胃腸功能障礙有關[16]。在無菌動物模型腸道菌群可使血腦屏障的通透性改變,涉及PD癥狀的α-突觸核蛋白(α- synuclein,α-syn)可通過血腦屏障雙向運輸出入大腦[17]。

血腦屏障是中樞重要保護機制,隨增齡、血腦屏障功能下降、病毒等病原體、環境毒物、免疫細胞及其產物(如α-syn)易進入大腦,導致大腦神經細胞病變[18]。病原菌產生的脂多糖和促炎因子促進了炎癥反應,脂多糖誘導的炎癥破壞血腦屏障的通透性,增加大腦對α-syn攝取[19],PD患者腸道中普雷沃氏菌科(Prevotella Shan and Collins)比正常人類型和數量少[20],而普氏菌是人體腸道共生菌,能產生黏蛋白和短鏈脂肪酸,當其減少時,腸道通透性增加,腸道細菌抗原和內毒素侵入機體,引起α-syn過度表達,導致化學結構錯誤變構折疊[21]。小鼠癡呆模型研究表明,吲哚醌中、高劑量組學習次數減少,反應正確率高于模型組;提高超氧化物歧化酶活性,降低活性氧和腦脂褐素含量[3]。吲哚醌可使小鼠快速癡呆模型的站臺穿梭次數、游泳路程和游泳時間增加,記憶力改善[4],這說明腸道益生菌通過吲哚醌可能在改善大腦認知方面有重要作用。

吲哚醌作為內源的抗衰老因子可能用于衰老疾病的診斷,已知除遺傳和環境因素,機體衰老過程亦會產生氧自由基,其氧化作用導致神經細胞損傷,引起神經變性疾病。已知隨增齡體內老化酶MAO-B增加,按生物進化目的論,為延緩衰老,體內老化酶MAO-B特異抑制物也反饋性增加,以增強生存能力。采用高效液相色譜儀檢測證明吲哚醌尿排泄量隨增齡增加,PD患者尿中吲哚醌的含量明顯高于健康人,這一結果表明,尿中吲哚醌可能作為PD、癌及癡呆癥的預警標志物[22-23],這對于老齡化社會背景下的老化病預警診斷有價值。

2 吲哚醌藥理相關的生物學特性

2.1 吲哚醌藥代動力學吲哚醌是動物體內的一種內源性抗衰老活性因子,其存在于哺乳動物的大腦、周圍組織、體液中,在靶組織分布不均,除生殖系統,大腦區域吲哚醌濃度較高。血液中的濃度濃度在0.1～1 μmol·L-1間,某些組織中可高達10 μmol·L-1[2]。給予吲哚醌的藥時曲線可見,給藥后血藥濃度與內源性比較接近,系給藥后吲哚醌迅速分布至組織所致,本藥的表觀分布容積較大也與之對應。在藥代動力學分析時應注意排除內源性吲哚醌的干擾[24]。作為內源性物質,其代謝較快往往影響整體試驗的觀察。大鼠肝組織裂解液的色譜分析表明65%吲哚醌結合蛋白為多聚體蛋白復合物,25%為同型/異型二聚體,僅10%為單分子。吲哚醌在不同的細胞蛋白相關轉導通路的功能,具有濃度依賴性效應,而不僅是單純作用于細胞特定的蛋白靶標[8]。小分子肽類吲哚醌脂溶性高易穿過血腦屏障,給藥大鼠吲哚醌可使腦內其水平提高[25]。

2.2 吲哚醌藥效學吲哚醌分子量小(147 ku),脂溶性高,化學結構在體內PH值和其它活性蛋白影響下,可能出現互變異構現象和顏色改變(Fig 2),這可能與其多種藥理活性變化有關。

岳等[10]在MPTT及多種PD動物模型首次報告了吲哚醌抗帕金森病的臨床前研究,Hamaue等在日本病毒PD動物模型也證明吲哚醌抗PD作用,但其抗PD作用機制仍未充分證明。在鼠類及犬類急慢性毒性實驗結果表明吲哚醌毒性低[26],是有開發潛力的天然非肽小分子活性物質。吲哚醌及其衍生物還有多種蛋白激酶家族抑制劑的活性,與90個能量和碳水化合物代謝和胞吐作用/轉運、基因表達及細胞調控分裂與分化、信號傳導與調控酶活性、抗氧化和保護蛋白和酶的分子活性調節有關[27]。在阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)患者約1/3 β淀粉樣蛋白結合蛋白存在氧化修飾或差異表達,約25%的β-淀粉樣蛋白結合蛋白為吲哚醌結合蛋白,吲哚醌可保護胞內抗淀粉樣變蛋白[28]。已知人類遺傳性疾病與缺陷近萬種,基因改變將導致蛋白合成異變,甚至引起多種衰老性疾病的早期出現神經性病變,已發現吲哚醌對腦內百余種蛋白有調節作用,但多數機制仍未明。

Fig 2 Isatin tautomer

吲哚醌內源性物質在蛋白和基因方面深入研究,對機體三大衰老疾病的防治機制有價值。吲哚醌作為內源性活性物質,在Beagle犬治療劑量和慢性給藥未見明顯毒性[26]。吲哚醌在治療劑量毒性低,無致突變性和遺傳毒性;但大劑量連續給藥接近半數致死量(LD50)時可出現致突變毒性及DNA損傷,甚至導致細胞凋亡[29]。另外,吲哚胺2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)是介導色氨酸的代謝酶,IDO-1抑制劑可抑制PD小鼠的神經炎癥、氧化應激,改善線粒體功能障礙[30]。按構效原理,吲哚醌與IDO抑制劑的作用有相似性,是否可作為IDO抑制劑有待進一步研究。

3 結語

內源性吲哚醌有抗老年退行性病PD、抗癌及抗心腦血管病等藥理作用,毒性小,涉及腸道菌及色氨酸代謝;另外對生殖系統的研究表明其對精子有保護作用,對女性生殖影響仍未見任何報導。PD患者部分發展為癡呆,吲哚醌可用于解決治療帕金森癡呆癥的用藥矛盾,如抗膽堿可治療PD但惡化癡呆,擬膽堿藥可抗癡呆但又惡化PD;吲哚醌對腦內多種蛋白有調節作用,此研究對揭開腦相關帕金森癡呆癥等疾病的研究有價值,如PD涉及α-syn,其它疾病,如AD涉及β-淀粉樣蛋白,吲哚醌具有明顯藥理活性,對其在分子水平深入研究有助于為創制衰老疾病、遺傳性疾病和其它系統疾病的新藥提供新的思路。