胍丁胺在创伤/脓毒症及休克中的研究进展

马晓媛　田李星　梁华平

（第三军医大学大坪医院野战外科研究所，创伤烧伤与复合伤国家重点实验室，重庆　400042）

综述

胍丁胺在创伤/脓毒症及休克中的研究进展

马晓媛田李星梁华平

（第三军医大学大坪医院野战外科研究所，创伤烧伤与复合伤国家重点实验室，重庆400042）

胍丁胺（agmatine，AGM）是一种生物活性胺，为L-精氨酸的重要代谢产物之一，由精氨酸脱羧酶（arginine decarboxylase，ADC）作用生成，可经胍丁胺酶（agmatinase）降解成腐胺等；或经二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）催化氧化生成胍丁胺醛，最后经乙醛脱氢酶转变为胍基丁酸。自1994年在哺乳动物脑中分离到纯内源性胍丁胺后，其合成、代谢以及生物学作用逐渐引起关注。作为一种生物胺，胍丁胺是L-精氨酸-NO代谢途径、多胺代谢及多种神经受体的重要调控者，具有广泛的细胞保护特性，包括神经保护、心脏保护、肾脏保护等，在生理学和细胞修复机制中扮演重要角色，为其广泛的临床应用提供了基础。本文就目前胍丁胺在创伤/脓毒症及休克中的应用进展综述如下。

1　胍丁胺的主要作用靶点

胍丁胺广泛分布于哺乳动物体内，其中大鼠以胃、小肠、脾脏、肺、肾脏等器官含量最为丰富。高效液相色谱荧光法测量健康成人静脉血胍丁胺含量约为25.8 ng/ml。作为一种内源性神经递质/调质，胍丁胺通过咪唑啉受体（imidazoline receptor，IR）、α2肾上腺素能受体（α2-adrenoceptor，α2-AR）、N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate acid receptor，NMDAR）、诱导型一氧化氮合酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）途径参与抗炎、降压、镇痛、神经保护、学习记忆和生长发育等代谢过程。此外，胍丁胺被证实与烟碱乙酰胆碱受体、电压门控钙离子通道、5-羟色胺受体、ATP-敏感钾离子通道也存在相互作用。

1.1咪唑啉受体 （imidazoline receptor，IR）根据对不同配体亲和力的差异，IR分为2种亚型：I1R以被［3H］-氨基可乐定（apraclonidine）标记为特征，与可乐定和咪唑克生（idazoxan）均能高亲和力结合；I2R以被［3H］-咪唑克生标记为特征，对咪唑克生亲和力高。除此之外，还有一种非I1和I2咪唑啉受体，称为I3受体。I1R主要分布在大脑、海马和脑干等区域，I2R广泛分布于肾脏、大脑（包括大脑皮质）、肝脏、心脏及肌肉等组织［1］。I3R存在于突触前神经末梢和胰岛β细胞，主要与胰岛素分泌及血糖调节有关［2］。

业已证实，人体内存在IR天然性配基—胍丁胺。胍丁胺通过作用于I1R、I2R，在体内发挥镇痛、抗抑郁、抗惊厥及认知改变等保护作用［3-5］。I1R可能涉及中枢血压调控、细胞生长及学习记忆等作用，而I1R激动剂如索莫尼定被证实有降血压的作用。I2R能调控单胺氧化酶（monoamino-oxidase，MAO）的结合位点［6］，与突触前去甲肾上腺素、多巴胺等神经递质释放有关。胍丁胺能通过I2R降低MAO的活性，影响神经递质水平，从而发挥多方面的药理学作用。在小鼠强迫游泳模型中，胍丁胺能明显缩短小鼠甩尾不动时间，而这种作用主要依赖于I1R与I2R［5］。I2R的高亲和力配基咪唑克生能抑制脑脊髓炎大鼠促炎介质白细胞介素（IL）-12p40与干扰素（IFN）-γ的表达，上调抗炎细胞因子IL-10与转化生长因子（TGF）-β1的水平［7］，从而发挥抗炎作用。此外，胍丁胺可通过I2R调节由吗啡导致的精神行为［8］，对抗阿片类药物耐受、戒断，在治疗慢性疼痛、癫痫、精神分裂症以及中枢神经系统退行性疾病中发挥重要作用［9］。

1.2N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）NMDAR是离子通道型谷氨酸受体，是中枢神经系统重要的兴奋性氨基酸受体。典型的NMDAR由2个必须型NR1亚基和2个调节型NR2或NR3亚基形成的异源四聚体组成。NMDAR亚基由7种基因编码，其中NR1为组成NMDAR功能活动所必须，广泛分布在哺乳动物脑和脊髓中，为甘氨酸识别位点；NR2是由多个亚基组成的异聚体，包括NMDAR2A、B、C及D亚基，主要分布在脑干、大脑皮质、海马、中脑等区域，为谷氨酸识别位点；NR3包含NR3A与NR3B亚单位。此外，在一些非神经组织如胰腺β细胞、淋巴细胞、骨髓巨核细胞、肺巨噬细胞、大脑微脉管系统、肾脏中也发现NMDAR的存在［10］。

1999年有学者发现胍丁胺能呈电压和剂量依赖性地阻断大鼠海马神经元NMDAR［11］。虽然胍丁胺在NMDAR上的作用位点仍不清楚，但胍基被认为是发挥其特异性作用的重要结构基础。目前认为，胍丁胺能抑制NMDAR的过度激活，从而减轻损伤所致兴奋性神经毒性。胍丁胺的镇痛、抗吗啡耐受、抗惊厥及对学习记忆的影响等作用，除与IR作用有关外，也与NMDAR阻断密切相关。

1.3α2肾上腺素受体（α2-AR）α2-AR是G蛋白偶联受体超家族成员，广泛分布于人体组织，因其介导多样性的生物学功能而成为各种疾病的治疗靶点。α2-AR可分为3种亚型：α2A受体是最突出且分布较广泛的亚基，存在于中枢神经系统和外周组织中；α2B受体主要存在于大脑皮质、肾、肺、血管等组织中；α2C受体分布相对较少，主要存在于大脑皮质、纹状体、丘脑等中枢组织中。作为肾上腺素能受体，α2-AR能选择性与儿茶酚胺类物质如去甲肾上腺素、肾上腺素特异性结合，激活细胞内信号转导通路，从而介导一系列的药理学作用。

胍丁胺有调控α2-AR的作用。胍丁胺释放后可以结合突触前咪唑啉结合位点和α2-AR参与对儿茶酚胺的调控。胍丁胺可通过α2-AR调控去甲肾上腺素释放、血压改变、疼痛等病理生理过程［3，6］。在［3H］-去甲肾上腺素标记的大鼠腔静脉片段模型中，低剂量胍丁胺（0.1～10 μmol/L）本身不会影响诱发的［3H］-去甲肾上腺素释放，然而，高剂量胍丁胺（1 mmol/L）能拮抗索莫尼定诱导的［3H］-去甲肾上腺素释放抑制效应，这说明胍丁胺不仅可作为α2-AR拮抗剂，而且能结合α2-AR变构结合位点［12］。1.4iNOS途径一氧化氮（NO）是中枢神经系统的信号分子，发挥神经递质和调控血流的作用。L-精氨酸经NOS作用产生NO，同时具有神经保护和神经毒性的作用。NOS包含3种亚型的同工酶，包括神经元型NOS（nNOS）、诱导型NOS（iNOS）及内皮型NOS（eNOS）。eNOS在内皮细胞表达并产生NO，有促进内皮细胞增殖与迁移等作用。正常情况下，机体并不表达iNOS，但在内毒素、细胞因子、缺氧、肿瘤等损伤刺激后可产生，导致大量NO释放，与炎症等疾病密切相关。

由于在结构上类似于精氨酸，胍丁胺可能会竞争性结合NOS位点。L-精氨酸是NOS合成NO的唯一底物，胍丁胺与L-精氨酸不同的是在其分解代谢过程中不会产生NO。目前，关于胍丁胺对iNOS的影响尚存在争议，但更倾向于胍丁胺是iNOS的竞争性抑制剂。多项研究证实，胍丁胺能抑制短暂缺氧和内毒素（LPS）诱导的iNOS激活，最终减轻小神经胶质细胞损伤。在用脂多糖刺激的星形胶质细胞和巨噬细胞中，胍丁胺和咪唑克生均明显降低iNOS的活性，但在巨噬细胞系RAW264.7细胞中胍丁胺的效能强于咪唑克生，而RAW264.7细胞膜本身无［3H］-咪唑克生特异结合位点，这表明胍丁胺的抗炎作用可能不是由咪唑啉受体介导，而是依赖于iNOS途径［13］。因此，能减少iNOS表达的药物可能在炎症类疾病的治疗中具有重要价值。

2　胍丁胺在创伤中的应用

胍丁胺于1995年首次发现具有神经保护作用，随后在多种中枢神经系统损伤的动物模型中被证实。这种神经保护效应可能涉及多种机制，包括NMDAR、α2-AR、IR及抑制NO合成等［14-15］。在脊髓损伤动物模型中，胍丁胺能减轻运动功能缺陷和组织损伤，这种效应可能通过抑制iNOS或阻断NMDAR介导［14］。Kim等［16］在创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）模型（对大鼠脑初级运动皮质进行冷损伤）中发现，胍丁胺通过抑制水通道蛋白（aquaporin，AQP）1，4，9表达以降低脑水肿；通过抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）磷酸化以及核转录因子（NF）-κB的核转位，减少凋亡性细胞死亡数量。也有学者在液体冲击所致TBI大鼠模型中发现，腹腔注射胍丁胺（50 mg/kg）能显著地抑制TBI诱导的海马谷氨酸盐、NO水平升高及颅内压升高，改善脑梗死、运动和本体感觉缺失状况［17］。同时，胍丁胺可通过降低肿瘤生长因子（tumor growth factor，TGF）β2和增加骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）7表达来减少完全性脊髓横断后胶原瘢痕形成［18］；通过促进血管生成、神经发生，抑制神经胶质过多以减轻TBI［19］。众所周知，缺血和创伤性脑损伤早期就伴随着血脑屏障损伤，并且持续存在，这使得药物更容易进入脑组织。但是，这同时可能提高创伤后颅内压升高的风险。Kim等［20］发现胍丁胺治疗可减轻缺血后脑水肿和抑制颅内压的升高，可能与减少内皮细胞AQP-1有关。Wang等［21］也证实胍丁胺能抑制大脑中动脉栓塞诱导的AQP-4及iNOS的过度表达，减轻大脑胶质增多、神经元凋亡及神经毒性。

Sezer等［22］发现胍丁胺在大鼠周围神经损伤模型中也体现出较好的神经保护作用，可改善轴突退行性病变以及脑水肿。此外有研究指出，胍丁胺在创伤失血小鼠模型中能显著改善创伤诱导的脾细胞免疫功能抑制，减轻过度炎症反应和器官功能损害，表现为明显抑制创伤诱导的血清炎症因子TNF-α、IL-6、IL-1β的升高；抑制创伤引起的肝组织TNF-α、IL-6水平的升高；明显减少创伤后血清肝酶的活性；明显增强创伤后ConA刺激脾细胞的增殖能力，提高脾细胞分泌IFN-γ 与IL-2的能力［23］。因此，胍丁胺在神经系统损伤与创伤失血情况下具有较好的减轻组织损伤、保护器官功能的作用。

3　胍丁胺在脓毒症中的应用

LPS不仅可以浓度依赖性地刺激RAW264.7细胞的胍丁胺酶活性，减少精氨酸脱羧酶，而且能剂量依赖性地激活iNOS；相反在暴露于IL-10和TGF-β且同时减少ADC与胍丁胺酶水平下，IL-4不会影响ADC但可逆转LPS诱导的胍丁胺酶升高，显示胍丁胺具有调控炎症反应的作用。后续研究指出，胍丁胺经二胺氧化酶氧化生成的胍丁胺醛才是NOS真正的抑制剂［13］。在LPS诱导的内毒素休克模型中，胍丁胺在降低内毒素血症大鼠血压的同时改善了肾小球滤过率，并能显著提高内毒素休克小鼠的生存率，提示这可能与胍丁胺醛降低iNOS介导的NO产生有关［13］。此外，胍丁胺被证实通过降低氧化应激反应、NO与TNF-α生成阻止D-半乳糖胺（D-galactosamine）和LPS联合诱导的小鼠爆发性肝衰竭［24］。李炫飞等［25］研究发现，胍丁胺可能通过减少LPS诱导的NF-κB入核，下调TNF-α、IL-1β等炎症因子的释放，从而减轻LPS诱导的小鼠肝损伤。

在酵母多糖诱导的小鼠全身性炎症模型中，胍丁胺能阻止酵母多糖诱导的血清和腹腔渗出液TNF-α、IL-6和NO水平升高，从而减轻小鼠急性肺损伤的严重程度［26］。随后Li等［27］发现，胍丁胺通过降低肺组织iNOS的表达，抑制IκB磷酸化和降解并阻断NF-κB信号通路的激活，从而发挥对急性肺损伤的保护作用。总之，胍丁胺具有强大的抗炎作用，在脓毒症等炎症相关疾病的治疗领域具有良好的应用前景。

4　胍丁胺在休克中的应用

失血性休克是临床上常见的危重症之一。休克时机体全身各组织、器官处于低灌流状态。经过液体复苏等治疗后，灌流量明显恢复，但可发生再灌注损伤。缺血/再灌注损伤是休克后期出现并发症和多器官功能衰竭的一个重要原因。如果在复苏和抗休克治疗的同时辅以抗缺血/再灌注损伤的药物，可以大大提高患者的救护质量。Greenberg等［28］发现，在大鼠心脏缺血/再灌注模型中，于缺血前后给予低剂量胍丁胺（100 μmol/L）以及缺血前给予高剂量胍丁胺（250 μmol/L），最终均能改善大鼠血流动力学情况。

已有研究发现，胍丁胺在大鼠体内具有舒张血管、增加肾小球滤过率的作用。Gill等［29］在出血性休克大鼠模型中发现，胍丁胺能修复血压并降低死亡率，其升血压作用与L-精氨酸-NO、肾上腺素能机制有关，而生存保护作用可能依赖于α2-AR。由此可见，胍丁胺在心肌缺血/再灌注损伤、失血性休克等血流动力学紊乱疾病中具有一定的应用前景。

5　小结与展望

胍丁胺在多种创伤、全身炎症反应以及出血性休克动物模型中表现出较好的保护细胞、减轻组织损伤等功能。胍丁胺在美国已作为专利被批准作为膳食补充剂，是十分热门的保健品，近年来胍丁胺的安全性及有效性在人类临床试验中也被证实：①重度抑郁症患者在口服胍丁胺3～4周后症状明显缓解，并且症状不会在选择性5-羟色胺受体耗竭剂对氯苯丙氨酸作用下复发［30］；②口服胍丁胺硫酸盐能安全有效地减轻腰椎凸出患者神经痛，改善患者的生活质量，除3例高剂量长期服用者出现轻度恶心和腹泻、且症状在停药后消失外，其他服药者无任何不良反应发生［31］；③自2010年胍丁胺硫酸盐引入市场后，没有出现任何不良反应的记录；对1 015名消费者进行售后调研，结果无一人出现不良反应［32］。以上临床试验均显示出胍丁胺具有较稳定的安全性。推测胍丁胺未来的发展趋势可能包括以下几个方面：①进行大规模动物实验以及临床试验，依据疾病类型明确胍丁胺摄入的剂量以及安全时间窗；②开展胍丁胺在创伤、脓毒症等疾病的大规模多中心前瞻性临床研究。相信随着研究的深入，胍丁胺可为创伤、脓毒症以及休克治疗带来新的希望。

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10. 3969/j. issn. 1672-8521. 2016. 02. 017

2016-03-18）

国家重点基础研究发展计划资助项目（2012CB518102）

梁华平，研究员（E-mail: 13638356728@163.com）