氢溴酸山莨菪碱改善微循环障碍的机制研究进展

曾烨，邱艳，江文丽，杜小强

(四川大学华西基础医学与法医学院，四川 成都 610041)

氢溴酸山莨菪碱(anisodamine hydrobromide，Ani HBr)是我国特有的药物，是当前基层医疗机构的常用药物之一。氢溴酸山莨菪碱在临床已有广泛应用，主要用于感染性休克、急性胃肠炎、肾绞痛、肺水肿、儿童支原体肺炎、眼底病、眩晕、糖尿病足等的治疗[1-3]。

氢溴酸山莨菪碱是从我国特产植物唐古特山莨菪中提取的一种生物碱，因1965年4月率先应用于临床而被称为“654-1”。氢溴酸山莨菪碱是左旋体天然产物，构型为α(S)-(羟甲基)苯乙酸(3S，6S)-6-羟基-8-甲基-8-氮杂二环[3.2.1]-3-辛酯(图1)。由于历史和来源问题，氢溴酸山莨菪碱原有产量极低，为满足公众临床需求，于1975年通过人工合成方法获得了消旋山莨菪碱(racemic anisodamine)，即“654-2”。消旋山莨菪碱为两对对映异构体并存的外消旋体(6R,2′S)/(6S,2′R)和(6S,2′S)/(6R,2′R)，含量约为3∶2(图2)。随着唐古特山莨菪种植基地和氢溴酸山莨菪碱生产工艺的发展，氢溴酸山莨菪碱的来源已得到极大的改善，可满足临床的基本需求。来源问题同样限制了对氢溴酸山莨菪碱作用机制的认识，由于对消旋山莨菪碱的临床使用和作用机制研究较多，为氢溴酸山莨菪碱的临床应用提供了重要依据和参考。值得注意的是，氢溴酸山莨菪碱和消旋山莨菪碱的结构并不完全相同，虽然两者均可改善微循环，但尚无证据表明两者以相同的分子机制发挥作用。因此，有必要对消旋山莨菪碱和氢溴酸山莨菪碱改善微循环障碍的作用机制进行综述，为氢溴酸山莨菪碱的临床应用开发及机制研究提供新的线索，以更好地将氢溴酸山莨菪碱应用于临床疾病的治疗。

图1 氢溴酸山莨菪碱(654-1)结构

图2 消旋山莨菪碱(654-2)结构

氢溴酸山莨菪碱和消旋山莨菪碱有许多共同的药理作用，如稳定细胞质膜、抗脂质过氧化、拮抗胆碱能受体、抗凝血与促纤溶等作用。最新研究发现氢溴酸山莨菪碱还可保护血管内皮糖萼和细胞间连接，从而改善血管内皮的通透性[4]。

1 稳定细胞质膜

出血性休克后肝细胞质膜的磷脂成分磷脂酰胆碱含量降低、磷脂酰肌醇含量增加，消旋山莨菪碱可以降低磷脂酰肌醇接近至正常水平[5]。利用1,6-二苯基-1,3,5-己三烯(DPC)作荧光探针测定完整红细胞质膜的流动性，发现消旋山莨菪碱可增加红细胞质膜的流动性，促进红细胞质膜内源荧光的猝灭，表明消旋山莨菪碱可能直接嵌入细胞质膜疏水区作用于磷脂脂肪酸链的有序结构，从而增加细胞质膜的流动性[6]。

冷冻电镜显示氢溴酸山莨菪碱扰乱了二棕榈酰磷脂酰胆碱(dipalmitoyl phosphatidylcholine，DPPC)脂质体的规则波纹模态[7]。氢溴酸山莨菪碱与膜脂双层两侧类脂分子的极性头部相互作用，从而降低膜的相变温度，稳定膜脂相态，增加细胞质膜的流动性[8]。氢溴酸山莨菪碱对二棕榈酰磷脂酸(dipalmitoyl phosphatidic acid，DPPA)脂质体的作用比对DPPC脂质体的作用强[8]。氢溴酸山莨菪碱可以作用酸性磷脂如二棕榈酰磷脂酰甘油(dipalmitoylphosphatidylglycerol，DPPG)，从而抑制兔肌质网的Ca2+泵(Ca2+-ATPase)活性与兔肾Na+/K+泵(Na+-K+-ATPase)活性[9]。氢溴酸山莨菪碱与DPPG交联，降低了酰基链末端的流动性[9]，表明氢溴酸山莨菪碱与细胞质膜疏水区酸性磷脂交联，从而增加细胞质膜的流动性。从分子结构上分析，氢溴酸山莨菪碱分子具有极性部位和非极性部位，带有正电荷的莨菪烷部分为与细胞膜表面的脂肪酸静电结合提供了结构基础，而非极性苯环则为插入细胞膜磷脂双分子层提供了结构基础。

脂质过氧化可增加肝细胞质膜的微黏度，从而降低肝细胞质膜的流动性[10]。脂质过氧化物(lipid peroxides，LPO)丙二醛(malondialdehyde，MDA)能进入水相，与膜蛋白、膜脂等的氨基(NH2)交联形成席夫碱(Schiff′s base)，从而降低细胞质膜的流动性。消旋山莨菪碱可剂量依赖性地抑制缺血再灌注所致心肌丙二醛生成，维持超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，降低缺血再灌注所致心肌脂质过氧化[11-12]。消旋山莨菪碱可清除由超氧阴离子自由基(黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶体系)、羟自由基(芬顿反应)及自由基发生系统(FeCl2/抗坏血酸)诱导的离体大鼠心肌匀浆组织、心肌线粒体膜的丙二醛生成[13]。消旋山莨菪碱可以降低内毒素所致血清丙二醛水平，提高SOD活性[14]。消旋山莨菪碱可抑制过氧化氢(H2O2)所致红细胞溶血，降低氧自由基发生系统诱导的LPO水平，使红细胞膜的流动性增加[15]。最新研究表明，氢溴酸山莨菪碱也可以抑制内毒素诱导的血清和肾组织LPO，提高血清和肾组织SOD活性[16]，从而改善内毒素所致肾脏脂质过氧化损伤。

以上证据表明，一方面，氢溴酸山莨菪碱和消旋山莨菪碱均可能直接嵌入细胞质膜疏水区，稳定脂膜相态；另一方面，通过抗脂质过氧化，降低可与膜蛋白、膜脂交联形成席夫碱的脂质过氧化物丙二醛等，从而增加细胞质膜的流动性，最终改善微循环。氢溴酸山莨菪碱除了可通过抗脂质过氧化稳定细胞质膜外，还可能通过抗脂质过氧化抑制缺血再灌注等所致炎性反应、降低蛋白酶分泌和氧化中间产物生成及线粒体损伤等。

2 拮抗胆碱能受体

胆碱能抗炎通路是一种神经-免疫调节机制，存在于中枢神经系统和免疫系统之间，是由迷走神经、乙酰胆碱及α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7 nicotinic acetylcholine receptors，α7nAChR)、毒蕈碱型受体(muscarinic cholinergic receptor，mAChR)等构成的抗炎通路，可通过抑制巨噬细胞活化，抑制肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白细胞介素(interleukin，IL)-1、IL-10和转化生长因子(transforming growth factor，TGF)等的释放，在脓毒症、癫痫、谵妄、重症肌无力、室性心律失常、病毒性心肌炎、慢性阻塞性肺病、急性缺氧性肾损伤、肝纤维化、急性胰腺炎和溃疡性结肠炎等疾病中发挥重要作用[17-18]。

氢溴酸山莨菪碱对腹部神经节mAChR的作用非常明显，因而被认为主要通过抑制mAChR而发挥作用[19]。研究认为，消旋山莨菪碱通过抑制血管内皮mAChR，抑制乙酰胆碱诱导的内皮依赖性舒张反应[20]，这可能与一氧化氮的生成抑制有关。消旋山莨菪碱对mAChR M1的作用约为阿托品的1/8，对mAChR M2的作用约为阿托品的1/25[21]。香烟烟雾可增加气道平滑肌细胞mAChR M2和M3的表达，而消旋山莨菪碱可以抑制香烟烟雾诱导的气道平滑肌细胞增殖和气管收缩[22]。

消旋山莨菪碱还能可逆性地抑制nAChR[23]，其通过迷走神经-α7nACh提高内毒素休克小鼠的平均动脉压、降低血清TNF-α和IL-1β水平[24]。IL-10基因敲除小鼠的脾脏低表达α7nAChR，虽然消旋山莨菪碱可以有限地增加IL-10基因敲除小鼠脾脏的α7nAChR水平，但不足以发挥抗休克作用，提示消旋山莨菪碱对α7nACh的活化作用依赖于IL-10[25]。新斯的明(neostigmine)与消旋山莨菪碱联合作用于α7nACh，可缓解缺血性卒中和急性致命挤压症候群等[26-27]。

虽然现有证据提示氢溴酸山莨菪碱可通过抑制mAChR而发挥作用，但缺乏相应的机制研究。上述消旋山莨菪碱作用mAChR的机制，为探索胆碱能抗炎通路在氢溴酸山莨菪碱抗感染性休克等疾病中的作用机制提供了重要线索。

3 抗凝血与促纤溶

1982年，氢溴酸山莨菪碱被发现可能通过抑制血栓素合成，抑制粒细胞和血小板聚集，从而具有抗血栓活性[28]。消旋山莨菪碱与促尿激酶(pro-urokinase)联用，较血栓抽吸对经皮冠状动脉介入治疗患者的冠脉血栓负荷有更好的治疗效果[29]，提示氢溴酸山莨菪碱是早期溶栓治疗、开通梗死相关血管的潜在药物。血管内皮糖萼可抑制血液中白细胞和血小板等与内皮的黏附[30]。氢溴酸山莨菪碱的抗凝血与促纤溶作用，除可能通过抑制血栓素的合成外，还可能与抑制血管内皮细胞活化及维持血管内皮糖萼等抗凝血屏障有关。

4 保护血管内皮通透性屏障功能

血管内皮屏障功能障碍在许多心血管相关疾病如卒中和休克中起重要作用。黏附连接是血管内皮细胞的主要黏附性细胞-细胞连接，在血管内皮屏障功能和血管生成中起重要作用[31]。血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)是细胞质连环蛋白(catenins)的跨膜伴侣，能稳定血管内皮细胞间的连接复合体，协调黏附连接与细胞肌动蛋白细胞骨架间的相互作用。内毒素所致血管内皮屏障破坏涉及血管内皮钙黏蛋白的细胞内、外降解[32]，而在此过程中，血管内皮钙黏蛋白的合成具体是增加还是降低，仍存在争议[33-34]。正常情况下，血管内皮钙黏蛋白连续分布于微血管内皮细胞hCMEC/D3的细胞外周，内毒素使血管内皮钙黏蛋白降解、分布不连续，而氢溴酸山莨菪碱可抑制细胞凋亡，抑制血管内皮钙黏蛋白降解，使血管内皮钙黏蛋白恢复连续分布，维持血管内皮通透性屏障的完整性[4]。

研究表明，内皮糖萼的主要成分硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans，HSPGs)及其上硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)链的降解会破坏血管内皮通透性屏障[35]，并可通过抑制血管内皮钙黏蛋白的表达而加剧血管内皮通透性屏障的破坏。流体剪切应力和周期性机械拉伸应变所诱导的血管内皮钙黏蛋白表达依赖于HSPGs信号通路。流体剪切应力可诱导HSPGs重构[36-37]。HSPGs降解可抑制流体剪切应力诱导的血管内皮钙黏蛋白表达[38]和周期性机械拉伸应变诱导的血管内皮钙黏蛋白转录[39]。1-磷酸鞘氨醇可通过抑制血管内皮细胞HSPGs的降解和促进HSPGs的合成来维持血管的通透性[40-42]。与1-磷酸鞘氨醇相似，氢溴酸山莨菪碱可保护HS[4]。在氢溴酸山莨菪碱作用下，HS的合成及其与血管内皮钙黏蛋白的相互作用机制等，有待进一步研究。

一氧化氮是导致内皮依赖性血管舒张和血压下降的主要原因，与糖尿病、动脉粥样硬化、感染性休克等疾病密切相关。血管内皮糖萼是血管内皮细胞响应力学或化学微环境刺激、介导一氧化氮生成的重要信号分子[35]。HSPG和HS降解会抑制血液流动所诱导的一氧化氮生成[43]。研究表明，糖筏磷脂酰肌醇蛋白聚糖-1(glypican-1)和HS介导了流体剪切应力诱导一氧化氮生成[44]。氢溴酸山莨菪碱可抑制内毒素引起的HS降解，保护内皮细胞并抑制一氧化氮的生成。氢溴酸山莨菪碱对糖筏glypican-1的作用，以及它保护HS却抑制内毒素所致一氧化氮生成的内在分子机制仍有待进一步研究。

5 总结与展望

氢溴酸山莨菪碱临床应用广泛，除主要用于感染性休克、平滑肌痉挛、有机磷农药中毒、肾绞痛和支气管哮喘等疾病外，近年来还与多种药物联合用于麻醉和内镜检查等，开展大规模临床随机对照试验将促进氢溴酸山莨菪碱的合理使用。氢溴酸山莨菪碱具有稳定细胞质膜、抗脂质过氧化、抗凝血与促纤溶、保护血管内皮糖萼和细胞间连接等作用，从而扩张微循环血管，增强红细胞及白细胞的变形能力，改善微循环。在此基础上，研究氢溴酸山莨菪碱对不同疾病条件下微循环障碍的改善机制，将为相关疾病的治疗提供精确的指导。

氢溴酸山莨菪碱与消旋山莨菪碱在改善微循环的药效学作用及生物利用度等方面存在差异。胆碱能抗炎通路参与消旋山莨菪碱改善微循环，但胆碱能抗炎通路在氢溴酸山莨菪碱改善微循环中的作用等仍需明确。而且mAChR存在5种亚型，广泛分布于中枢和外周组织，氢溴酸山莨菪碱对mAChR的作用是否存在组织和亚型特异性，值得关注。

虽然尚无证据表明氢溴酸山莨菪碱与消旋山莨菪碱在改善微循环的机制上存在差异，但是在具体研究方向的选择上已出现了分化。细胞外基质、细胞表面糖萼等是决定细胞功能与命运的关键因素，改善细胞外基质、细胞表面糖萼等可治疗感染性休克等疾病。氢溴酸山莨菪碱对细胞表面糖萼等的保护作用，为明确氢溴酸山莨菪碱改善微循环的治疗机制提供了一条新的思路。对氢溴酸山莨菪碱保护糖筏和抑制一氧化氮生成等分子机制的进一步研究结果，值得期待。后续研究将为利用氢溴酸山莨菪碱改善微循环障碍，治疗相关疾病提供新的依据。