神經炎癥介導的帕金森病作用機制及其中醫藥治療手段的研究進展

趙梓淇 何慧晗 王博 楊戈

(1長春中醫藥大學,吉林 長春 130117 ;2長春中醫藥大學附屬醫院)

神經炎癥是反應性中樞神經系統成分對內源或外源性病因引起體內平衡改變做出的反應,其主要作用是保護中樞神經系統和促進組織修復,但過度的炎癥反應又會損傷神經元及加速神經退行性病變〔1〕。研究表明神經炎癥可能在帕金森病(PD)的病理學中發揮作用,影響其發病和進展〔2,3〕。有研究發現中醫藥可以通過調節神經炎癥改善PD癥狀〔4,5〕,在PD治療中發揮重要作用。本文總結多種觸發神經炎癥的因素和其介導PD發病或進展的作用機制,歸納調節神經炎癥事件的中醫藥治療手段和作用靶點,為PD治療尋找新方向。

1 神經炎癥介導PD作用機制

1988年,McGeer等〔6〕研究證明人類白細胞抗原在PD患者尸檢腦脊液中的表達增加,提示PD患者體內存在神經炎癥,此后神經炎癥與PD神經病理學的研究飛速進展。隨著正電子發射斷層掃描成像(PET)的應用,Liu等〔7〕發現PD患者大腦中活化小膠質細胞和外周炎癥標志物數量增加,說明神經炎癥可能與PD密切相關。

1.1PD與小膠質細胞 小膠質細胞具有神經保護和神經毒性作用,與PD發病和進展密切相關。小膠質細胞在腦損傷或受到某些體內體外刺激時被激活,其中被激活的小膠質細胞 M1 表型通過釋放多種炎癥介質和細胞毒性因子放大局部炎癥。相反 M2 表型分泌抗炎介質和營養因子刺激修復、再生和恢復體內平衡〔8〕。McGeer等〔6〕研究證實第1個提示PD與小膠質細胞有關的神經病理學證據,PD患者死后神經系統樣本中存在活性小膠質細胞富集,其特征是人類主要組織相容性Ⅱ類(MHC-Ⅱ)蛋白的激活,該蛋白在抗原呈遞和炎癥信號傳導中起作用,表明其活化的小膠質細胞誘發的神經炎癥與PD的神經病理活動有關。Wang等〔9〕研究表明,阻斷小膠質細胞 L 型鈣通道(Cav1.2)可能會延長 M1 小膠質的激活狀態,延緩 M2 激活的啟動,導致細胞毒性物質釋放增加,隨著時間的推移導致PD小鼠模型黑質致密部多巴胺能神經元出現更嚴重的損失。George 等〔10〕研究證明,缺失或強烈活化的小膠質細胞可能影響神經系統中的 α-突觸核蛋白(Syn)轉移,使神經元中具有顯著更高的α-Syn表達。在消融了80%小膠質細胞的PD小鼠模型中,隨著宿主小膠質細胞的減少,可以觀察到移植的多巴胺能神經元中α-Syn的積累增加,而過度激活小膠質細胞同樣使移植神經元中具有更高的α-Syn量,證明小膠質細胞可能影響α-Syn轉移,從而對PD具有重要作用。

此外,激活的小膠質細胞分泌的促炎因子可將星形膠質細胞轉化為毒性A1表型,通過分泌神經毒素或釋放多種補體成分驅動突觸變性,誘導多巴胺神經元壞死,這可能與PD的震顫癥狀有關〔11〕。補體成分(C)3是 A1 型星形膠質細胞中最具特征且高度上調的基因之一,Liddelow等〔12〕證明在PD中星形膠質細胞于疾病相關區域呈C3陽性表達,并且當 A1 型星形膠質細胞的形成被阻斷時,可以防止多巴胺能神經元的死亡。Yun等〔13〕研究表明使用胰高血糖素樣肽-1 受體(GLP1R)激動劑,可以直接預防小膠質細胞介導的星形膠質細胞轉化為 A1 神經毒性表型,防止散發性PD的α-Syn預制原纖維(PFF)小鼠模型中多巴胺能神經元的喪失和行為缺陷,同樣可以減少人 A53Tα-Syn(hA53T)轉基因小鼠模型中α-Syn病變誘導的神經變性及其行為缺陷和其他神經病理異常。小膠質細胞可能通過激活 M1 表型放大炎癥反應、影響α-Syn轉移及激活星形膠質細胞毒性 A1 表型的方式參與PD的病理學發展。

1.2PD與炎癥小體 炎癥小體來源于 NLR 或 PYHIN 蛋白家族,其中核苷酸結合寡聚化結構域樣受體熱蛋白結構域相關蛋白(NLRP)3為與PD相關性最大的炎癥小體。

當 NLRP3 炎癥小體感知到病原體、內源性信號、α-Syn 聚集體或當小膠質細胞分泌白細胞介素(IL)-1β 時,其組成部分即接頭蛋白凋亡相關的點狀蛋白(ASC)被觸發,招募并激活前半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)1,誘導了促炎細胞因子IL-1β和IL-18的釋放,放大PD細胞模型的炎癥反應,加重多巴胺能神經元變性壞死及α-Syn聚集〔14〕。Yan等〔15〕研究證明,敲除 NLRP3 炎癥小體,可以使 1-甲基-4-苯基 1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導的PD小鼠模型具有抗黑質多巴胺能神經元喪失的特性與 caspase-1 激活和IL-1β和IL-18 分泌的減少有關。Gordon等〔16〕研究發現口服給藥小分子 NLRP3 抑制劑,可減少PD小鼠模型紋狀體多巴胺能神經元變性及過度磷酸化α-Syn聚集體在多個腦內區域的累積,并且可以改善PD小鼠模型的運動缺陷。NLRP3炎癥小體的過表達,可以激活IL-1β和IL-18、擴大炎癥反應、破壞多巴胺能神經元功能,同時可以增加α-Syn聚集體在腦內累積,加速PD發展。

1.3PD與外周免疫 外周免疫可以加劇PD模型中的α-Syn毒性和多巴胺能神經元損傷。Harms等〔17〕研究證明,在病毒過表達的α-Syn誘導的促炎 C-C 趨化因子受體(CCR)2陽性PD小鼠模型中,外周單核細胞大量浸潤到黑質中,而PD小鼠模型 CCR2 的缺失阻止了單核細胞浸潤和隨后的多巴胺能神經元死亡,說明外周血單核細胞的表達可以通過血腦屏障參與神經炎癥反應,加速PD的多巴胺能神經元損傷。另外,在Iba等〔18〕免疫組織化學分析中顯示α-Syn轉基因小鼠模型的新皮質、海馬體和紋狀體中出現白細胞分化抗原(CD)3+/CD4+T細胞浸潤,其中CD4+T在中樞神經系統中被MHC-Ⅱ分子激活,隨后增殖并分化為Th1和Th17細胞。Th1細胞分泌促炎因子、激活小膠質細胞、擴大中樞先天免疫反應損害神經元,而Th17細胞可能直接損傷神經元,加速α-Syn轉基因小鼠模型多巴胺能神經元的變性壞死有研究。脂多糖(LPS)能夠引起全身炎癥反應,有研究證明由LPS誘導的外周神經炎癥增強了hA53T轉基因小鼠模型α-Syn低聚物的毒性作用,引起其多巴胺能神經元數量減少并加劇了認知缺陷〔19〕。外周免疫可能加劇PD大腦的單核細胞和T淋巴細胞活化,誘導多巴胺能神經元損傷和α-Syn毒性增加。

1.4PD與腸腦軸 腸腦軸可能主要通過兩種方式參與PD神經病理學過程:(1)腸道炎癥刺激病理性α-Syn產生,通過迷走神經向中樞神經系統擴散,最終出現PD癥狀。Kim等〔20〕在小鼠模型十二指腸和幽門肌層中注射病理性α-Syn預制纖維,首先觀察到病理性α-Syn在出現運動背核中,隨后在后腦的尾部、基底外側杏仁核、背側核和黑質致密部觀察到病理性α-Syn的擴散,并且于類似的時間點觀察到多巴胺能神經元的喪失及運動和非運動癥狀,當行迷走神經切斷術后,阻止了α-Syn的腸腦擴散,證明病理性α-Syn通過迷走神經向中樞神經系統擴散。(2)腸道菌群改變使促炎細胞因子增加,破壞血腦屏障并滲入大腦,放大中樞神經系統免疫應答反應,增加α-Syn的數量,導致PD癥狀。Sampson等〔21〕研究表明,與無菌和抗生素治療的轉基因PD小鼠模型相比,有腸道菌群的小鼠模型腸道及大腦免疫應答反應、α-Syn數量和運動功能障礙更多。接受PD患者糞便微生物群移植的模型小鼠會出現更多的運動癥狀,表明腸道菌群的改變與PD發病有較大的相關性。腸腦軸可能通過病理性α-Syn擴散和使促炎細胞因子破壞血腦屏障并滲入大腦的方式,影響PD的發病和進展。

2 中醫藥治療神經炎癥介導PD作用機制

2.1調節小膠質細胞功能 中醫藥可能通過抑制神經膠質細胞激活的方式,起到減少神經炎癥、保護多巴胺能神經元及改善PD的作用。淫羊藿苷和淫羊藿素可以抑制PD小鼠模型中腦小膠質細胞和星形膠質細胞的活化,降低腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-6和IL-1β表達,改善神經炎癥及相關癥狀,可能對PD患者具有防治作用〔22〕。天麻提取物天麻素,不僅能夠促進活化的小膠質細胞向M2表型轉換〔23〕,而且可以抑制M1表型小膠質細胞激活,降低TNF-α和CD86的表達〔24〕,發揮其神經保護作用,其可能是治療PD的潛在性藥物。Ren等〔25〕證明丹參的提取物丹參酮ⅡA,可以抑制MPTP誘導的PD模型小鼠小膠質細胞活化和降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶和一氧化氮合酶(iNOS)的表達,改善神經炎癥,提供神經保護作用。地黃提取物地黃苷可以通過抑制小膠質細胞由M2向M1表型的轉化,并降低細胞NO、細胞內CD11b、CD86/CD206水平,通過減輕神經炎癥反應,起到神經保護作用,證明使用地黃苷治療PD有較好效果〔26〕。另外Jang等〔27〕發現針灸可以增加PD小鼠模型紋狀體和黑質中多巴胺能纖維和神經元的水平,恢復紋狀體和黑質中小膠質細胞和星形膠質細胞的過表達,改善PD小鼠模型的運動癥狀,表明針灸可能通過抑制神經膠質細胞的促炎狀態阻斷炎癥反應,保護神經元功能,對PD具有治療作用。中藥成分及針灸可以作用于神經膠質細胞,通過抑制小膠質細胞和星形膠質細胞的活化達到減輕神經炎癥及治療PD的作用。

2.2調節NLRP3炎癥小體功能 NLRP3 炎癥小體的激活與神經炎癥介導的PD密切相關,地黃提取物梓醇具有抗炎作用,實驗證明梓醇可以通過抑制小膠質細胞轉化為 M1 表型、下調 NLRP3 炎癥小體表達減少神經炎癥〔28〕。Wang等〔29〕發現梓醇抑制了絲裂原活化蛋白激酶4/c-Jun氨基末端激酶/c-Jun(MKK4/JNK/c-Jun)信號傳導的激活,減少PD小鼠模型中的促炎因子和炎癥小體表達,同時顯著抑制MPTP觸發的氧化應激,恢復生長相關蛋白(GAP)43和血管內皮生長因子(VEGF)水平,說明梓醇可以通過下調 NLRP3 炎癥小體表達、減少氧化應激、保護多巴胺能神經元功能等多靶點方式延緩PD發展。槲皮素是鉤藤、炙甘草、柴胡、桑葉、槐角、旋覆花等多種中藥的有效成分,Han等〔30〕證明槲皮素可以降低 LPS 誘導的小膠質細胞炎癥因子表達,抑制核轉錄因子(NF)-κB通路活化,其作用機制可能是抑制 NLRP3 炎癥小體活化達到預防神經元損傷作用,槲皮素的實驗研究為神經炎癥介導的PD提供了一種潛在的治療策略。中醫藥可以通過下調 NLRP3 炎癥小體表達,預防神經元損傷,延緩PD發展。

2.3調節外周免疫功能 馮勝藍等〔31〕以小鼠腦組織中的 P-α-Syn 蛋白表達顯著增多,T 淋巴細胞占比降低為依據,選用 A53T 轉基因陽性小鼠作為外周免疫功能異常的PD模型組。在使用白藜蘆醇治療后,小鼠運動功能改善,外周 T 淋巴細胞數量和促炎細胞因子水平恢復正常,證明PD與外周免疫相關,并且白藜蘆醇有很好的治療效果。Wu等〔32〕使用地黃飲子湯減少PD模型小鼠 Th17 細胞數量,降低血清中IL-17A水平,減輕外周炎癥反應,保護多巴胺能神經元功能,改善PD的癥狀。外周血單核細胞和 T 淋巴細胞以遷移的方式通過血腦屏障,破壞多巴胺能神經元功能,而中醫藥具有調節外周免疫,保護血腦屏障的功效,進而干預PD相關病理過程。

2.4調節腸腦軸 中醫藥對于PD的腸腦軸具有雙向兼顧的治療效果。有研究發現,針灸可以改善 MPTP 小鼠胃腸道功能,使腸道生物群落豐富度顯著升高,同時針灸治療后紋狀體和黑質多巴胺能神經元存活數量顯著升高及運動障礙改善,證明針刺對腸道菌群水平存在特異性影響,并且對小鼠模型有強大的抗PD作用〔33〕。Wang等〔34〕實驗證明口服黃連素可以增加的酪氨酸羥化酶活性,從而加速腸道菌群產生左旋多巴,腸道菌群產生的左旋多巴通過循環進入大腦,轉化為多巴胺以改善大腦功能,達到治療PD的作用。使用抗帕顆粒治療PD小鼠模型后發現,在腸壁神經的沉積量降低,突破腸黏膜的α-Syn減少,并且抗帕顆粒延緩了α-Syn迷走神經的逆傳遞和在黑質紋狀體的沉積,說明抗帕顆粒可以通過調節α-Syn腸腦轉移來延緩PD運動和非運動癥狀進展〔35〕。中醫藥可以調節腸道生物群落豐富度,加速左旋多巴產生和對大腦的供給,調節α-Syn腸腦轉移起到治療PD的作用。

綜上,神經炎癥介導PD作用機制主要與神經膠質細胞、NLRP3 炎癥小體、外周免疫及腸腦軸密切相關,但是其相關信號通路和基因靶點的研究不夠全面,相關藥物研究也較少。中醫藥對于防治神經炎癥介導PD具有獨特的優勢,這主要源自中醫藥的多靶點作用,但是治療PD的中醫藥研究同樣有局限性,包括設計嚴謹及具有前瞻性的大樣本臨床或臨床前實驗較少,各種作用機制尚不明確。