阿米洛利及其衍生物治疗中枢神经系统疾病的研究进展

梁静静 曾艳平 肖哲曼

[摘要] 阿米洛利是一种口服的保钾利尿剂，常作为降压药物应用于临床。现有研究发现，作为多通道离子阻滞剂，阿米洛利在中枢神经系统疾病方面有极大的发展前景，如癫痫、偏头痛、多发性硬化、脑缺血再灌注损伤等。本文旨在探讨阿米洛利治疗中枢神经系统疾病的作用机制，为其在临床的应用提供一定的理论依据，并对阿米洛利及其衍生物在中枢神经系统疾病中的发展前景进行了展望。

[关键词] 阿米洛利；偏头痛；癫痫；酸感受离子通道；钠氢交换泵

[中图分类号] R453.9 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）08（c）-0030-04

[Abstract] Amiloride is an oral potassium retaining diuretic， which is always used as antihypertensive drugs in clinic. Information available at present suggests that with the property of being multiple ion channel blockers， Amiloride has tremendous development foreground in the central nervous system diseases， such as epilepsy， migraine， multiple sclerosis and cerebral ischemia injury. This review aims to discuss the mechanisms of Amiloride in the central nervous system diseases， which provide certain theoretical basis in clinical practice， and also makes a prediction focusing on Amiloride and its derivatives in the central nervous system disease.

[Key words] Amiloride； Migraine； Epilepsy； Acid-sensing ion channels； Na+/H+ exchange

阿米洛利是一种口服的保钾利尿剂，常作为降压药物应用于临床。阿米洛利能阻滞酸感受离子通道（asid-sensing ion channels，ASICs）、Na+/Ca2+交换泵（Na+/Ca2+ exchanger，NCX）、Na+/H+交换泵（Na+/H+ exchanger，NHE）、电压门控Na+和Ca2+通道等。现有研究发现，作为多通道离子阻滞剂，阿米洛利在中枢神经系统疾病方面有极大的发展前景，如癫痫、偏头痛、多发性硬化和脑缺血再灌注损伤等[1-4]。目前临床上已有多种阿米洛利衍生物、同系物，如SM-20220、HOE-642、5-N-乙基-N-异丙基-阿米洛利、HOE-694等，具有更高的特异性和靶向选择性[5]。阿米洛利及其衍生物治疗中枢神经系统疾病的作用机制假说众多，尚不明确。本文将在阿米洛利的作用机制以及阿米洛利及其衍生物在治疗中枢神经系统疾病的新进展方面进行综述。

1 作用机制研究现状

1.1 ASICs概述及阿米洛利的阻滞作用

1.1.1 ASICs概述 ASICs是ENaC/DEG（epithelial Na+ channel/degenerin）通道超家族成员之一，广泛分布于哺乳动物的周围神经系统系统和中枢神经系统[6]。ASICs共有4种基因表达，编码出7种亚基（分别是ASIC1a/b、ASIC2a/b、ASIC3、ASIC4和ASIC5）[7-8]。ASICs由4个相同或不同亚基构成，不同亚基构成的同聚体或异聚体ASICs往往表现出不同的电流表型、通道特性和离子选择性。ASIC1a被认为是哺乳动物大脑中最丰富和最基本的酸传感器，它通过对突触可塑性的影响，参与空间学习、记忆、痛觉传导和焦虑等生理过程[9-10]。另外，ASIC1a也是一种中枢神经系统化学感受器，通过激活杏仁核或脑干控制呼吸引发恐惧反射；ASIC2a则参与耳蜗听觉系统的形成，并参与视网膜功能和恐惧行为等生理过程[6]。Wu等[2]研究表明，基因敲除初级皮层神经元中的ASIC2a可干扰树突和树突棘的生长。ASICs还参与组织酸化的病理生理过程。在哺乳动物中，病理条件下，如癫痫、脑缺血、低血糖和疼痛等，氧供應不足致使脑组织无氧酵解增多、乳酸堆积，导致组织酸化。当组织酸化时，H+能抑制门冬氨酸信号通路，减少兴奋性神经元的损伤。过量H+一方面能促进兴奋性神经递质过度释放，产生神经毒性作用，导致神经元损伤；另一方面胞外pH值下降，进而激活ASICs通道，介导大量Ca2+内流超载，导致神经元损伤。

1.1.2 阿米洛利及其衍生物对ASICs的阻滞作用 现有资料显示阿米洛利及其衍生物Benzamil和5-N-乙基-N-异丙基阿米洛利是非特异性ASICs阻滞剂，可以阻断多种ASIC亚基的同聚体通道和异聚体通道[7]。PcTx-1和APETx2分别是特异性ASIC1a和ASIC3阻滞剂，已广泛应用于基础研究。目前阿米洛利阻断ASICs通道的机制尚未明确。

1.2 NHE及阿米洛利的阻滞作用

1.2.1 NHE概述 NHE是一种存在于真核细胞中的跨膜蛋白，介导H+与Na+或K+之间的交换，参与调节细胞内pH值、渗透性、细胞容量和维持Na+和Ca2+稳态等。迄今为止，人们已发现9种NHE亚型，分别命名为NHE1～NHE9[3]。其中，NHE1在中枢神经系统中表达最丰富，参与细胞生长、分化、增殖、迁移和死亡的生理过程外，其余亚型具体功能尚不清楚。在缺血、缺氧情况下，组织酸化，胞内大量H+蓄积，激活NHE1，将胞内H+泵出细胞外，从而使细胞内酸中毒得以纠正。另外，NCX交换增强，使细胞内Ca2+内流增加，Ca2+超载造成细胞凋亡或坏死。现已有研究资料表明[11-12]，NHE1的激活与癫痫、脑缺血及神经性疼痛的病理生理过程有关。

1.2.2 阿米洛利及其衍生物对NHE的阻滞作用 阿米洛利对NHE1和NHE2均有阻滞作用。阿米洛利的衍生物SM-20220（N-aminoiminomethyl-1-methyl-1-h-indole-2-carboxamide methanesulfonate）是一种高选择性的NHE1阻滞剂，可抑制Na+/H+交换引起的病理生理学过程，阻止缺氧诱导的血脑屏障破坏和缺血再灌注损伤，减少缺氧导致的内皮细胞损伤[9]。

1.3 阿米洛利对其他通道的阻滞作用

阿米洛利对NCX、电压门控Na+和Ca2+通道也具有非特异性阻滞作用，这些通道也参与了一些神經系统疾病的病理生理过程。通过遗传易感性癫痫大鼠模型实验，Quansah等[4]证实阿米洛利能显著降低癫痫的发生率和严重程度，其机制与通过阻滞ASICs和NCX有关。

近年来，研究人员通过改变阿米洛利的化学结构研制出多种阿米洛利衍生物，其对离子通道的阻滞强度和特异性方面明显优于阿米洛利，如卡立泊来德，对NHE1的阻滞作用是阿米洛利的33倍。

2 阿米洛利及其衍生物在中枢神经系统疾病中的治疗进展

2.1 脑缺血

脑血流量的减少可导致缺血缺氧，缺氧后细胞通过无氧酵解产生大量乳酸，组织酸化，最终导致pH值急剧下降[13]。因此，普遍认为酸中毒是引起缺血性脑损伤的主要机制之一。局灶性脑缺血、全脑性缺血等一些动物模型均已证实NHE1和ASIC1a在缺血再灌注性脑损伤中发挥了重要的作用，酸中毒能加重神经细胞的缺血性损伤，其程度更与脑梗死的面积直接相关[1，3]。另外，McCarthy等[14]在自发高血压大鼠模型中诱导大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MACO），发现高纯度的ASICs选择性抑制剂PcTx1能显著减少皮质和纹状体梗死体积，从而改善运动功能，保存神经结构的完整性；Shi等[15]通过小鼠MACO模型发现NHE1在局灶性脑缺血后活化的小胶质细胞和星形胶质细胞中大量表达，给予HOE642（NHE1阻滞剂）或基因敲除NHE可显著降低缺血部位的促炎微胶质细胞的活化和促炎细胞因子的生成，同时降低微胶质细胞的吞噬作用，减轻缺血性脑损伤，从而为延长治疗时间窗提供可能性。

2.2 癫痫

癫痫是一种常见的中枢神经系统疾病，其特征为脑内异常过度或同步的神经元放电。癫痫发作是细胞pH调节功能失调的敏感指标。剧烈的神经元放电或癫痫发作可使胞内的pH值下降；另一方面，pH值的改变也会导致神经细胞功能的巨大变化，包括同步放电，从而导致癫痫发作。胞内外pH值下降能激活ASICs和NHE调控系统，介导Na+、Ca2+内流，细胞内Ca2+超载，最终导致神经细胞损伤和凋亡。Liang等[16]通过诱导匹罗卡品癫痫模型发现ASIC1a、ASIC3和NHE均参与癫痫的发生、发展；通过腹腔注射阿米洛利后，分别检测不同时段ASICs和NHE的表达，证实了阿米洛利能通过调控ASIC1a和ASIC3的表达抑制癫痫发作；Ou-Yang等[17]通过诱导幼鼠高热惊厥模型进行水迷宫实验，发现阿米洛利能延长幼鼠首次癫痫发作潜伏期，并能改善幼鼠的空间记忆能力。因此，阿米洛利抗癫痫作用已得到广泛认可。然而，阿米洛利的作用机制目前尚存在一定争议。一项中国的研究团队认为ASIC3参与终止癫痫发作，他们分别通过匹罗卡品和戊四氮诱导的动物模型发现给予APETx2（ASIC3特异性阻滞剂）后癫痫发作潜伏期缩短，癫痫发作的持续时间延长，全面强直性阵挛发作的发生率升高[18]。以上争议均有待进一步的实验证实。

2.3 多发性硬化和视神经脊髓炎谱系疾病

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）和视神经脊髓炎谱系疾病（neuromyelitis optica spectrum disorder，NMOSD）都是以中枢神经系统炎症损伤、髓鞘脱失、轴索变性为特征的自身免疫性疾病，可导致一系列的系统症状，如肢体麻木无力、视觉损害，并最终导致残疾[19]。目前脱髓鞘疾病的确切发病机制尚不清楚，目前认为导致神经变性的主要因素包括小胶质细胞活化和氧化应激损伤，导致线粒体损伤、能量衰竭，以及髓鞘和少突胶质细胞中年龄依赖性的铁积累，导致氧化组织损伤[20]。现已有多项国外研究通过在动物模型和体外实验证实ASIC1与此类疾病有关。当炎性病变中的酸中毒组织在一定条件下被激活时，Na+和Ca2+内流增加，ASIC1过度活化，从而导致轴突损伤[21-22]。通过诱导急性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠模型，Friese等[21]发现与野生型小鼠相比，ASIC1基因敲除小鼠的神经功能缺损和轴索变性显著减少；体外实验方面，通过培养ASIC1基因敲除小鼠和野生型小鼠的视神经和视网膜细胞，观察到ASIC1能破坏酸中毒相关的保护作用，分别给予阿米洛利或PcTx-1，发现受损轴索数量明显下降，进一步证实ASIC1a参与轴索变性，ASIC1阻滞剂具有神经保护作用。一项英国研究在EAE动物模型和急性期MS患者标本中发现在轴索和少突胶质细胞中NHE1表达明显增多，进一步证实ASIC1的过量表达可能与轴索损伤的分子机制有关；阿米洛利在急性期能显著降低轴索和神经元的损伤，在慢性期也可显著改善严重的神经功能障碍[22]。以上研究均证实阿米洛利有轴索和神经元保护作用。

2.4 偏头痛

偏头痛是最常见的神经疾病，也是最常见的慢性疼痛疾病之一。尽管偏头痛的发病率很高，但人们对导致偏头痛的病理生理学仍知之甚少，对新的治疗靶点的研究也进展缓慢。Dussor[23]报道细胞外pH值的降低以及ASICs的激活可能会对偏头痛产生影响，并可能在其病理生理学中发挥作用。ASIC亚基与偏头痛的三个阶段有关：①下丘脑活动可能涉及ASIC1、ASIC2和ASIC3，参与脑膜感觉传入的中枢性调控；②皮质扩散抑制能激活ASIC1，参与先兆的发生、硬膜肥大细胞脱粒、脑膜感觉传入激活等；③脑膜感觉传入活性与ASIC3和ASIC1的激活有关，并导致头痛、中脑膜动脉血管扩张等[23]。Yan等[24]通过逆行标记三叉神经到脑膜神经，并观察记录不同硬脑膜pH诱发的电流，证实ASICs参与偏头痛的病理生理过程，如酸中毒、脑膜细胞的缺血、缺氧或炎症等。阿米洛利能缓解疼痛症状，机制可能与阻滞ASIC3通道有关。通过给予酸诱导偏头痛模型小鼠阿米洛利和PcTx1，结合小鼠行为学变化及其脑干中三叉神经脊束核中相关蛋白的表达，国内一些研究者[25-26]证实ASIC1a也参与了偏头痛的发生机制，予以一定量的阿米洛利能够减少该模型小鼠行为学异常及相关蛋白表达。另外，阿米洛利已应用于先兆性偏头痛临床药物试验。Holland等[27]报道了一项临床研究，共有7例患者接受阿米洛利药物治疗，其中4例患者的偏头痛症状明显缓解。因此，ASICs阻滞剂有望为研制偏头痛药物提供新思路。

2.5 神经系统变性病

帕金森病（PD）和阿尔茨海默病（AD）属于神经系统变性病，其病理生理机制尚不完全清楚。Storozhuk等[28]通过检测海马γ氨基丁酸能突触，证实ASICs参与调控γ氨基丁酸能突触后膜电流。Gu等[29]通过6-羟多巴胺诱导的PD大鼠模型发现ASICs抑制剂阿米洛利和PcTx-1能调控ASIC1a的表达，降低α-Synuclein水平和修复自噬障碍，改善PD的运动症状，延迟多巴胺神经元的丢失，证实ASIC1a参与PD的发病机制。Gonzales等[30]研究證实AD患者中异常淋巴母细胞的增值与NHE、体内pH失衡有关，与正常人相比，AD患者对血清细胞生长因子的反应性较高，淋巴母细胞增殖明显，予以NHE抑制剂能明显抑制淋巴母细胞的增值和随之而来的胞内碱性化，表明NHE在诱导AD患者的淋巴细胞异常细胞反应中起着关键作用。

3 结语与展望

阿米洛利及其衍生物在脑缺血、癫痫、偏头痛、脱髓鞘疾病以及神经退行性疾病中有极大的应用前景，进一步探索相关机制有助于为治疗神经系统疾病提供新的研究思路和治疗靶点。

[参考文献]

[1] Radu BM，Banciu A，Banciu DD，et al. Acid-sensing ion channels as potential pharmacological targets in peripheral and central nervous system diseases [J]. Adv Protein Chem Struct Biol，2016，103：137-167.

[2] Wu H，Wang C，Liu B，et al. Altered expression pattern of acid-sensing ion channel isoforms in piriform cortex after seizures [J]. Mol Neurobiol，2016，53（3）：1782-1793.

[3] Verma V，Bali A，Singh N，et al. Implications of sodium hydrogen exchangers in various brain diseases [J]. J Basic Clin Physiol Pharmacol，2015，26（5）：417-426.

[4] Quansah H，N′Gouemo P. Amiloride and SN-6 suppress audiogenic seizure susceptibility in genetically epilepsy-prone rats [J]. CNS Neurosci Ther，2014，20（9）：860-866.

[5] Masereel B，Pochet L，Laeckmann D. An overview of inhibitors of Na（+）/H（+） exchanger [J]. Eur J Med Chem，2003，38（6）：547-554.

[6] Wang IC，Chung CY，Liao F，et al. Peripheral sensory neuron injury contributes to neuropathic pain in experimental autoimmune encephalomyelitis [J]. Sci Rep，2017，7：42304.

[7] Rash LD. Acid-sensing ion channel pharmacology，past，present，and future [J]. Adv Pharmacol，2017，79：35-66.

[8] Ortega-Ramírez A，Vega R，Soto E. Acid-sensing ion channels as potential therapeutic targets in neurodegeneration and neuroinflammation [J]. Mediators Inflamm，2017，2017：3728096.

[9] González-Inchauspe C，Urbano FJ，Di Guilmi，et al. Acid sensing ion channels activated by evoked released protons modulate synaptic transmission at the mouse calyx of Held synapse [J]. J Neurosci，2017，37（10）：2589-2599.

[10] 鲁璟一，肖哲曼，卢祖能.酸敏感离子通道的调控新进展[J].卒中与神经疾病，2017，24（2）：161-165.

[11] Du J，Reznikov LR，Price MP，et al. Protons are a neurotransmitter that regulates synaptic plasticity in the lateral amygdala [J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2014，111（24）：8961-8966.

[12] Ohgaki R，van Ijzendoorn SC，Matsushita M，et al. Organellar Na+/H+ exchangers：novel players in organelle pH regulation and their emerging functions [J]. Biochemistry，2011，50（4）：443-450.

[13] 李栋，魏晓莉，刘晓燕，等.酸敏感离子通道在缺血性脑卒中作用的研究进展[J].现代生物医学进展，2016，16（35）：6966-6969.

[14] McCarthy CA，Rash LD，Chassagnon IR，et al. PcTx1 affords neuroprotection in a conscious model of stroke in hypertensive rats via selective inhibition of ASIC1a [J]. Neuropharmacology，2015，99：650-657.

[15] Shi Y，Chanana V，Watters JJ，et al. Role of sodium/hydrogen exchanger isoform 1 in microglial activation and proinflammatory responses in ischemic brains [J]. J Neurochem，2011，119（1）：124-135.

[16] Liang JJ，Huang LF，Chen XM，et al. Amiloride suppresses pilocarpine-induced seizures via ASICs other than NHE in rats [J]. Int J Clin Exp Pathol，2015，8（11）：14507-12513.

[17] Ou-Yang TP，Zhu GM，Ding YX，et al. The effects of amiloride on seizure activity，cognitive deficits and seizure-induced neurogenesis in a novel rat model of febrile seizures [J]. Neurochem Res，2016，41（4）：933-942.

[18] Cao Q，Wang W，Gu J，et al. Elevated expression of acid-sensing ion channel 3 inhibits epilepsy via activation of interneurons [J]. Mol Neurobiol，2016，53（1）：485-498.

[19] 陈勇，葛金芳，陈飞虎.酸敏感离子通道1a在自身免疫性疾病发病机制中的研究进展[J].中国药理学通报，2018，34（1）：12-15.

[20] Shirani A，Okuda DT，Stüve O. Therapeutic advances and future prospects in progressive forms of multiple sclerosis [J]. Neurotherapeutics，2016，13（1）：58-69.

[21] Friese MA，Craner MJ，Etzensperger R，et al. Acid-sensing ion channel-1 contributes to axonal degeneration in autoimmune inflammation of the central nervous system [J]. Nat Med，2007，13（12）：1483-1489.

[22] Vergo S，Craner MJ，Etzensperger R，et al. Acid-sensing ion channel 1 is involved in both axonal injury and demyelination in multiple sclerosis and its animal model [J]. Brain，2011，134（Pt 2）：571-584.

[23] Dussor G. ASICs as therapeutic targets for migraine [J]. Neuropharmacology，2015，94：64-71.

[24] Yan J，Edelmayer RM，Wei X，et al. Dural afferents express acid-sensing ion channels：a role for decreased meningeal pH in migraine headache [J]. Pain，2011，152（1）：106-113.

[25] 康玉琪，陳康，何小华，等.酸敏感离子通道阻断剂对酸诱导偏头痛模型小鼠的影响[J].神经损伤与功能重建，2016，11（1）：5-8.

[26] 鲁璟一，王腾，陈玉婷，等.偏头痛发病机制中ASICs通道及P/Q钙通道交互影响的电生理研究[J].现代生物医学进展，2017，17（19）：3601-3605.

[27] Holland PR，Akerman S，Andreou AP，et al. Acid-sensing ion channel 1：A novel therapeutic target for migraine with aura [J]. Ann Neurol，2012，72（4）：559-563.

[28] Storozhuk M，Krishtal O. ASICs may affect GABAergic synapses [J]. Oncotarget，2017，8（26）：41788-41789.

[29] Gu XS，Wang F，Zhang CY，et al. Neuroprotective effects of paeoniflorin on 6-OHDA-lesioned rat model of Parkinson′s disease [J]. Neurochem Res，2016，41（11）：2923-2936.

[30] Gonzales EB，Sumien N. Acidity and acid-sensing ion channels in the normal and Alzheimer′s disease brain [J]. J Alzheimers，2017，57（4）：1137-1144.

（收稿日期：2018-03-23 本文编辑：张瑜杰）