吲哚醌抗帕金森病药理作用研究进展

胥 建,徐辉辉,尹 磊,岳 旺,李晓玲

(1.青岛大学附属医院,山东 青岛 266012; 2.青岛市市立医院,山东 青岛 266011; 3.青岛大学,山东 青岛 266071)

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)又称震颤麻痹,是神经退行性疾病,在60岁以上人群发病为1%,PD的临床表现常常与其他神经退行性疾病重叠,PD的症状和转归具显著异质性,对PD精准诊疗带来了严峻挑战[1]。发病机制有多种因素,仍有待阐明,临床除手术外,多用拟多巴胺和抗胆碱两大类药物。多巴胺类及其增效剂,包括MAO-B抑制剂、儿茶酚-氧位-甲基转移酶抑制剂、麦角和非麦角类DA受体激动剂、DA前体药等[1]。中药类大麻及十字花科大青叶等也有抗PD作用。天然活性成分吲哚醌抗衰老性疾病及抗PD相关药理活性及其对多种蛋白活性的调节令人关注[2]。

吲哚醌是人体内源性生物活性物质,十字花科植物如板蓝根、甘蓝、青黛等也含多种吲哚醌类衍生物。海洋生物龙虾属海洋长寿生物之一,吲哚醌为其生存必需物质。吲哚醌在动物生殖系统浓度高于其它组织80倍,这种不匀称分布表明其在低级动物到人类进化的历史长河中对生命繁衍有重要生物学作用,其抗衰老、抗癌、抗炎、抗动脉硬化等作用已有报道[3-4],其研究价值不容忽视。吲哚醌化学结构类似物罗匹尼罗(Ropinirole)是抗PD化学药,抗癌药靛玉红也有类似结构;按药理学“构效原理”,这种相似构效关系说明吲哚醌吲哚活性基团的重要性,结构式如下(Fig 1)。

Fig 1 ①Isatin ② Tryptophan ③Indirubin ④Robiniro

1 吲哚醌抗PD作用

1.1 MAO-B抑制作用体内MAO-B不同于MAO-A,前者分布在脑内和血小板中,是随增龄活性增加的老化酶,MAO-B可通过氧化应激促神经细胞凋亡。MAO-B抑制剂司立吉兰是临床常用抗PD化学药,通过抑制MAO-B,阻止脑内DA降解,改善PD症状。MAO-B抑制剂沙芬酰胺(Safinamide)也含吲哚结构。吲哚醌通过抗氧自由基保护神经细胞,能拮抗环境毒素造成的神经细胞的死亡[5]。吲哚醌降低小鼠血浆和脑组织中MAO-B活性[6]。在PD模型,吲哚醌可抑制MAO-B保护神经作用,防止纹状体多巴胺降低[7],并抑制神经毒素1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP),使纹状体多巴胺、二羟苯乙酸和高香草酸含量降低,减少MPTP对多巴胺更新率,表明吲哚醌有预防MPTP损伤中枢多巴胺能神经元。在MPTP诱发的大鼠PD模型,吲哚醌可抑制MAO-B,减轻神经毒素引起的运动障碍[8],这可能是吲哚醌抗PD的重要机制。吲哚醌除了对胞内该类酶蛋白有特异抑制作用外,对其它90余种活性蛋白也有作用[2]。

1.2 多巴胺受体激动及拮抗剂多巴胺受体激动剂分为麦角类和非麦角类,非麦角类的罗匹尼罗是选择性多巴胺D2受体激动剂,化学结构类似吲哚醌,可对已出现开关现象的PD患者辅助治疗。罗匹尼罗通过持续性兴奋D2受体,直接作用于突触受体,减少L-多巴的运动波动症状[9]。吲哚醌是否激动D2受体未见报道。

1.3 谷氨酸受体拮抗剂PD患者谷氨酸受体中的N-甲基-D天冬氨酸型受体被谷氨酸激活后,使细胞外钙离子内流,增加其胞内浓度,激活钙离子依赖性蛋白酶,导致神经元坏死或凋亡。谷氨酸受体拮抗剂如金刚烷胺有抗PD作用,含吲哚结构,能加强突触前合成和释放多巴胺,减少多巴胺的重吸收,改善少动、强直、震颤症状,并抑制异动症。

1.4 多巴胺前体药物L-多巴是一种天然物质,进入大脑转化为多巴胺,减轻震颤,改善运动迟缓与强直,是目前治疗PD有效药物。吲哚醌能促进皮质和纹状体内多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素释放,对多巴胺作用明显[10],给予大鼠吲哚醌,纹状体乙酰胆碱和多巴胺浓度均增加,多巴胺水平变化与给药剂量有量效关系[17],吲哚醌降低特异性BAX基因免疫反应结合率,使存活的多巴胺能神经元,对MPTP损伤小鼠PD模型有保护作用[11]。吲哚醌除抑制代谢酶MAO-B外,其抗炎、抗病毒、免疫及增强改善心脑血管系统作用也是对因和对症治疗PD重要因素。

1.5 大麻(Cannabis)类已证明中药大麻植物含一百余种大麻衍生物,药理活性广泛,包括产生镇痛和麻醉作用。近年作为神经疾病治疗药已成为国际研究热点,如大麻二酚(cannabidiol,CBD)不同于成瘾性四氢大麻酚(Δ9-tetrahydrocannabinol,THC),可拮抗THC的成瘾作用[12]; CBD减少氧化及作为大脑兴奋剂和神经保护剂,减轻痴呆症个体的压力和焦虑,并减少记忆和其他大脑功能的下降,可缓解痴呆相关病症,如路易体痴呆(DLB)、帕金森病、额颞痴呆和亨廷顿病等[13]。CBD不仅改善PD的强直、震颤、步态不稳、运动迟缓等症状,改善睡眠,降低疼痛评分[14],大麻与吲哚醌的中药提取物配伍用于改善帕金森痴呆症作用已有报道[15],其对脑运动及精神改善的机制尚待阐明。

1.6 吲哚醌相关药理作用内源性吲哚醌来自于色氨酸肠道微生物代谢。吲哚醌可通过减轻线粒体膜电位,降低钙离子水平,减轻H2O2导致的多巴胺能细胞损伤[16]。肠道菌包括益生菌和致病菌,后者可促进人体蛋白质形成淀粉样蛋白,增强体内炎症反应,导致神经变性,具有肠易激综合征样症状的PD患者中普氏菌较少,说明脑-肠-菌群轴与帕金森病患者胃肠功能障碍有关[16]。在无菌动物模型肠道菌群可使血脑屏障的通透性改变,涉及PD症状的α-突触核蛋白(α- synuclein,α-syn)可通过血脑屏障双向运输出入大脑[17]。

血脑屏障是中枢重要保护机制,随增龄、血脑屏障功能下降、病毒等病原体、环境毒物、免疫细胞及其产物(如α-syn)易进入大脑,导致大脑神经细胞病变[18]。病原菌产生的脂多糖和促炎因子促进了炎症反应,脂多糖诱导的炎症破坏血脑屏障的通透性,增加大脑对α-syn摄取[19],PD患者肠道中普雷沃氏菌科(Prevotella Shan and Collins)比正常人类型和数量少[20],而普氏菌是人体肠道共生菌,能产生黏蛋白和短链脂肪酸,当其减少时,肠道通透性增加,肠道细菌抗原和内毒素侵入机体,引起α-syn过度表达,导致化学结构错误变构折叠[21]。小鼠痴呆模型研究表明,吲哚醌中、高剂量组学习次数减少,反应正确率高于模型组;提高超氧化物歧化酶活性,降低活性氧和脑脂褐素含量[3]。吲哚醌可使小鼠快速痴呆模型的站台穿梭次数、游泳路程和游泳时间增加,记忆力改善[4],这说明肠道益生菌通过吲哚醌可能在改善大脑认知方面有重要作用。

吲哚醌作为内源的抗衰老因子可能用于衰老疾病的诊断,已知除遗传和环境因素,机体衰老过程亦会产生氧自由基,其氧化作用导致神经细胞损伤,引起神经变性疾病。已知随增龄体内老化酶MAO-B增加,按生物进化目的论,为延缓衰老,体内老化酶MAO-B特异抑制物也反馈性增加,以增强生存能力。采用高效液相色谱仪检测证明吲哚醌尿排泄量随增龄增加,PD患者尿中吲哚醌的含量明显高于健康人,这一结果表明,尿中吲哚醌可能作为PD、癌及痴呆症的预警标志物[22-23],这对于老龄化社会背景下的老化病预警诊断有价值。

2 吲哚醌药理相关的生物学特性

2.1 吲哚醌药代动力学吲哚醌是动物体内的一种内源性抗衰老活性因子,其存在于哺乳动物的大脑、周围组织、体液中,在靶组织分布不均,除生殖系统,大脑区域吲哚醌浓度较高。血液中的浓度浓度在0.1～1 μmol·L-1间,某些组织中可高达10 μmol·L-1[2]。给予吲哚醌的药时曲线可见,给药后血药浓度与内源性比较接近,系给药后吲哚醌迅速分布至组织所致,本药的表观分布容积较大也与之对应。在药代动力学分析时应注意排除内源性吲哚醌的干扰[24]。作为内源性物质,其代谢较快往往影响整体试验的观察。大鼠肝组织裂解液的色谱分析表明65%吲哚醌结合蛋白为多聚体蛋白复合物,25%为同型/异型二聚体,仅10%为单分子。吲哚醌在不同的细胞蛋白相关转导通路的功能,具有浓度依赖性效应,而不仅是单纯作用于细胞特定的蛋白靶标[8]。小分子肽类吲哚醌脂溶性高易穿过血脑屏障,给药大鼠吲哚醌可使脑内其水平提高[25]。

2.2 吲哚醌药效学吲哚醌分子量小(147 ku),脂溶性高,化学结构在体内PH值和其它活性蛋白影响下,可能出现互变异构现象和颜色改变(Fig 2),这可能与其多种药理活性变化有关。

岳等[10]在MPTT及多种PD动物模型首次报告了吲哚醌抗帕金森病的临床前研究,Hamaue等在日本病毒PD动物模型也证明吲哚醌抗PD作用,但其抗PD作用机制仍未充分证明。在鼠类及犬类急慢性毒性实验结果表明吲哚醌毒性低[26],是有开发潜力的天然非肽小分子活性物质。吲哚醌及其衍生物还有多种蛋白激酶家族抑制剂的活性,与90个能量和碳水化合物代谢和胞吐作用/转运、基因表达及细胞调控分裂与分化、信号传导与调控酶活性、抗氧化和保护蛋白和酶的分子活性调节有关[27]。在阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)患者约1/3 β淀粉样蛋白结合蛋白存在氧化修饰或差异表达,约25%的β-淀粉样蛋白结合蛋白为吲哚醌结合蛋白,吲哚醌可保护胞内抗淀粉样变蛋白[28]。已知人类遗传性疾病与缺陷近万种,基因改变将导致蛋白合成异变,甚至引起多种衰老性疾病的早期出现神经性病变,已发现吲哚醌对脑内百余种蛋白有调节作用,但多数机制仍未明。

Fig 2 Isatin tautomer

吲哚醌内源性物质在蛋白和基因方面深入研究,对机体三大衰老疾病的防治机制有价值。吲哚醌作为内源性活性物质,在Beagle犬治疗剂量和慢性给药未见明显毒性[26]。吲哚醌在治疗剂量毒性低,无致突变性和遗传毒性;但大剂量连续给药接近半数致死量(LD50)时可出现致突变毒性及DNA损伤,甚至导致细胞凋亡[29]。另外,吲哚胺2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)是介导色氨酸的代谢酶,IDO-1抑制剂可抑制PD小鼠的神经炎症、氧化应激,改善线粒体功能障碍[30]。按构效原理,吲哚醌与IDO抑制剂的作用有相似性,是否可作为IDO抑制剂有待进一步研究。

3 结语

内源性吲哚醌有抗老年退行性病PD、抗癌及抗心脑血管病等药理作用,毒性小,涉及肠道菌及色氨酸代谢;另外对生殖系统的研究表明其对精子有保护作用,对女性生殖影响仍未见任何报导。PD患者部分发展为痴呆,吲哚醌可用于解决治疗帕金森痴呆症的用药矛盾,如抗胆碱可治疗PD但恶化痴呆,拟胆碱药可抗痴呆但又恶化PD;吲哚醌对脑内多种蛋白有调节作用,此研究对揭开脑相关帕金森痴呆症等疾病的研究有价值,如PD涉及α-syn,其它疾病,如AD涉及β-淀粉样蛋白,吲哚醌具有明显药理活性,对其在分子水平深入研究有助于为创制衰老疾病、遗传性疾病和其它系统疾病的新药提供新的思路。