几丁聚糖在帕金森病中的保护作用研究进展

李秀清 曹霞 燕晋媛

昆明医科大学第二附属医院中心实验室（昆明650101）

帕金森病（Parkinson′s disease，PD）是一种多见于中老年人的中枢神经系统退行性疾病，65岁以上老年人的患病率大约为1.7%，并随年龄增长呈现发病率逐年增高的趋势［1］。PD的病理特点主要表现为黑质多巴胺能神经元的变性、缺失以及路易小体的形成，路易小体的主要成分是α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）。临床上主要表现为静止性震颤、运动迟缓、肌强直以及姿势步态障碍，其原因主要是PD 进展到中后期累及到中脑，进而引起黑质致密部多巴胺能神经元退行性变性或缺失，打破基底神经节环路神经递质多巴胺与乙酰胆碱之间的平衡［2］。随着病程的发展，PD 患者还会伴随发生情绪低落、焦虑、睡眠障碍、认知障碍等非运动症状。

目前研究［3］认为PD 是由多因素引起的一种疾病，环境因素、遗传因素、年龄老化等因素都可能增加罹患PD的危险性，临床治疗方面具有一定的难度。目前，PD的治疗方式主要包括手术治疗、药物治疗、基因治疗、细胞及组织移植治疗等，但临床上仍多以口服药物治疗为主，虽然药物治疗改善了患者的临床症状，但并没有延缓疾病的发展，并且随着用药时间的增加，患者会出现耐药性导致治疗效果明显下降，晚期PD 患者还会出现运动和非运动等并发症，严重影响患者的生存质量。因而研发一种疗效更好、不良反应更少的新型药物是目前PD 基础及临床研究中迫切需要解决的问题。近年来文献报道几丁聚糖（chitosan）具有对抗神经变性的作用，如β-淀粉样蛋白和乙酰胆碱酯酶抑制活性，抗神经炎症和抗凋亡作用［4-8］，表明几丁聚糖在神经退行性疾病中可能作为一种潜在的神经保护剂而值得深入研究。而几丁聚糖促进神经组织及其他组织生长愈合的潜在功能无疑对于目前尚无有效治疗方法的神经退行性疾病——PD 带来了希望。本文主要探讨了几丁聚糖在PD 中的潜在保护作用。

1 几丁聚糖的神经保护作用

几丁聚糖又称脱乙酰甲壳素，化学名为2-氨基-β-1，4-葡聚糖，分子式为：（C6H11O4N）n。几丁聚糖是由几丁质（chitin）经过脱乙酰作用得到的，几丁质广泛存在于甲壳纲动物、真菌、酵母、藻类、硅藻海绵、低等植物菌类、软体动物及蠕虫等的细胞壁中。将几丁质置于氢氧化钠溶液中加热，制得一种含有大量阳离子的葡萄糖胺多聚体并且可溶解于有机酸的物质即为几丁聚糖［9-11］。自发现几丁聚糖以来，对它的研究不断深入，随着生物医学工程的发展，几丁聚糖在医学方面的研究日愈增多，并因其具有多种生理调节功能而被誉为除了糖、蛋白质、脂肪、维生素与矿物质外人体必需之第六生命要素。几丁聚糖因其具有良好的生物相容性、生物可降解性、无毒等受到了广泛关注，尤其是在制药学、食品和化妆品等领域［12-13］。在医学领域，几丁聚糖不仅可以做人造皮肤加速伤口愈合，还具有增强免疫、抗氧化、抗菌和抑制肿瘤等多种生物学功能［13-14］。

近来有报道认为几丁聚糖具有良好的神经保护作用，在几内亚猪脊髓损伤实验中发现局部使用几丁聚糖可以促进细胞膜封闭，恢复脊髓的神经冲动［15］。GONG等［16］发现在外周神经损伤后，几丁聚糖能够促进神经再生，同时发现再生有髓神经纤维的数量、肌动作电位、肌肉纤维的横截面积以及再生髓鞘的厚度显著增加。同样，WANG等［17］发现几丁聚糖通过miR-27a/FOXO1 轴刺激雪旺细胞增殖促进神经再生。ZHAO等［18］也报道几丁聚糖通过促进趋化因子CCL2 诱导和招募巨噬细胞到达损伤位点重构损伤部位的微环境，促进外周神经再生。几丁聚糖对神经组织类似的保护作用同样在体外实验中得到证实：用SD乳鼠视网膜神经细胞体外培养，加入不同浓度的几丁聚糖后与对照组比较，发现其有促进视网膜神经细胞生长作用，其中10%浓度的几丁聚糖最适宜神经细胞生长［19］。近一步把SD 乳鼠视网膜内层、外层及全层分别制成细胞悬液各自进行培养，加入10% 浓度的几丁聚糖后发现视网膜内层神经节细胞生长率最高，其次是全称层，外层最低。把神经节细胞分离提纯后培养，几丁聚糖组神经节细胞生长率也明显高于空白对照组［20］。以上研究表明几丁聚糖是一个较好的神经保护剂。

2 PD的相关发病机制

目前为止PD 发病的具体机制仍不明确。研究［21］表明，PD 患者黑质中多巴胺神经元的变性死亡可能与环境、遗传、线粒体功能障碍、免疫异常、氧化应激、蛋白质表达异常、内质网应激、泛素-蛋白酶体系统及自噬等因素相关。目前在PD的致病因素中，鱼藤酮（rotenone）、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）、百草枯等已明确可以导致PD。MPTP 进入机体后在脑内经过单胺氧化酶B 代谢成为有毒性的1-甲基4-苯基吡啶离子（MPP+），特异性地作用于线粒体氧化呼吸复合物Ⅰ（NADH 脱氢酶），阻止电子呼吸链传递从而引起线粒体氧化磷酸化功能紊乱、产生一系列氧化应激反应，活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生增加会加速破坏线粒体膜结构，最终导致神经元变性死亡［22］。早在1997年POLYMEROPOULOS等［23］报道了家族性PD 患者中存在编码α-Syn的基因（SNCA）突变，基因突变会导致α-Syn 超表达，并引起蛋白质错误折叠和聚集，最终导致多巴胺神经元死亡。此外，目前发现参与PD 发病的相关基因如α-syn、Parkin、DJ-1、UCH-L1、PINK1、LRRK2等均与细胞自噬关系密切，因而猜测细胞自噬可能参与了PD的发生发展，其中PINK1/Parkin 通路在线粒体自噬中发挥着重要作用［24］。当线粒体功能紊乱后可以促使PINK1激活parkin，催化线粒体外膜上相关的蛋白被多聚泛素链泛素化，继而介导线粒体修复［25-26］。当PINK1 或parkin 突变后，自噬对受损线粒体的清除能力明显被抑制，受损的线粒体在细胞内堆积，细胞发生凋亡而引发PD等疾病。研究者在PD 模型中给予自噬激活剂海藻糖后发现海藻糖通过上调LC3-II 水平而使自噬增加，缓解PD 小鼠的症状，说明PD 可能与自噬能力下降、异常蛋白的累积相关［27-29］。近几年多方面研究报道表明，内质网应激在PD的发病过程中也起到重要作用［30-31］。此外，谷氨酸作为哺乳动物中枢神经系统最重要的兴奋性神经递质，主要通过其离子型的N-甲基-D-天冬氨酸（N-Methyl-D-aspartic acid，NMDA）和α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionate，AMPA）受体对多巴胺能神经元产生毒性作用，参与了PD的发生发展［32］。

3 几丁聚糖在PD 中的可能保护机制

3.1 干扰线粒体功能障碍线粒体是细胞进行有氧呼吸，为细胞提供能量的主要场所。线粒体呼吸链损伤，ATP 合成不足，可导致细胞的脂质和蛋白质降解，从而促进黑质多巴胺能神经元的损伤［33］。研究发现，PD 患者黑质中多巴胺能神经元丢失的主要病理机制是线粒体功能障碍。因此，解决线粒体功能障碍将为PD 提供治疗靶点。WANG等［34］发现几丁聚糖能显著增加二丁基锡（Dibutyltin-di，DBT）诱导的PC12 细胞存活率，几丁聚糖通过抑制线粒体膜电位的损坏以增加细胞的存活，因此几丁聚糖可能通过干扰线粒体功能来抑制细胞凋亡而作为一种治疗PD的候选药物。

3.2 抗氧化应激作用氧化应激是体内氧化和抗氧化作用平衡被打破，使大量活性氧自由基产生，进而引起细胞损伤。研究表明，谷胱甘肽水平降低、钙超载和离子水平紊乱等均会导致大量ROS的产生，而ROS的生成则是PD患者脑中多巴胺能神经元变性缺失的一个重要因素［35］。ROS 是有氧呼吸的正常副产物，它们的水平受到细胞内抗氧化物质和酶的严格调控，而其过量产生则会导致细胞死亡［36］。一般情况下，机体本身存在一系列能降低氧自由基的抗氧化物，如谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等，从而保护机体免遭氧自由基的损伤。机体内氧化代谢最为活跃的器官是脑，然而随着年龄的增长，细胞的抗氧化能力下降。PD 患者脑的黑质中一些氧化损害的标记物明显增加，例如：蛋白质氧化产物蛋白质羰基、DNA氧化产物8-羟基鸟苷酸、脂质过氧化物丙二醛及过氧化氢等，进而导致细胞包括神经元变性死亡。XU等［37］发现几丁聚糖可以抑制Cu2+诱导的细胞内活性氧的升高，从而对大鼠原代培养的皮质神经元中Cu2+诱导的神经毒性具有保护作用。此外，KHODAGHOLI等［38］发现几丁聚糖可以阻止氧化应激诱导的NT2 神经元细胞中的淀粉样蛋白形成，几丁聚糖也可以有效地干扰氧化应激和脂质过氧化损伤。因此，几丁聚糖可以通过抑制活性氧的产生和ROS诱导的细胞死亡来保护神经元。

3.3 抗炎作用神经炎症作用在PD的发生和发展中起着举足轻重的作用［39］。研究证实，在PD 患者脑的黑质致密部检测到人白细胞抗原-DR 阳性的小胶质细胞和激活的小胶质细胞。活化的小胶质细胞是一把“双刃剑”，一方面它能够吞噬、清除变性死亡的神经细胞，另一方面它还通过分泌促炎性细胞因子，如白细胞介素1β、肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ、前列腺素E2等引起神经元的损伤［40-41］。KOZIOROWSKI等［42］通过研究发现，与正常人相比，PD 患者体内的抗炎和促炎细胞因子的水平均明显提高，证实炎症反应可能参与PD 发病的过程。KIM等［43］发现水溶性几丁聚糖抑制Aβ淀粉样肽25-35和白细胞介素-1 激活的人星形胶质细胞瘤细胞中促炎细胞因子的产生用水溶性几丁聚糖预处理人星形胶质细胞瘤细胞后，促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α和白介素-6的分泌和表达以及诱导型一氧化氮合酶的表达均受到显著抑制［43］。在视网膜缺血再灌注损伤中发现用几丁聚糖处理降低了炎症介质的表达，有效改善视网膜缺血再灌注损伤诱导的视网膜电流图的B波比率和视网膜厚度，从而减少视网膜的损伤和凋亡细胞的数量，提高视网膜神经节细胞的存活率［44］。

3.4 抗神经毒性作用在哺乳动物中枢神经系统中，谷氨酸盐作为最关键的兴奋性神经递质，涉及多种神经系统疾病的发生和发展。谷氨酸盐过度活化会导致神经兴奋性毒性，不利于神经元的存活。在PD 中NMDA 受体被活化后，造成广泛性钙离子内流，进一步导致神经元变性死亡。NMDA 受体兴奋还可增强一氧化氮合酶活力，产生大量一氧化氮进而导致神经元毒性作用。文献［4］报道，几丁聚糖通过抑制Bax/Bcl-2的升高避免凋亡的发生进而显著地抑制谷氨酸盐诱导的PC12 细胞死亡。此外，ZHOU等［8］发现几丁聚糖对海马神经元中的谷氨酸盐诱导的神经毒性具有良好的保护作用。几丁聚糖通过抑制细胞内钙离子浓度升高，来拮抗谷氨酸盐诱导的caspase-3 活化进而抑制海马神经元细胞死亡［8］。此外，DAI等［45］发现大鼠皮质神经元中加入几丁聚糖可以减弱β-淀粉样蛋白1-42 诱导的神经毒性。因此，几丁聚糖可以通过干扰谷氨酸盐诱导的神经毒性来抑制神经元细胞的损伤。

此外，在β-淀粉样蛋白1-42 诱导的神经退行性疾病阿尔兹海默大鼠模型中，口服几丁聚糖可以抑制氧化压力和炎症反应有效减缓学习、记忆和认知能力的衰退［46-47］。而几丁聚糖还可以通过减少谷氨酸盐的神经毒性和活性氧的产生缓解亨廷顿舞蹈症［44］。几丁聚糖对其他神经退行性疾病如阿尔兹海默病、亨廷顿舞蹈症、脊髓损伤、周围神经损伤等都有一定的神经保护作用，这将大大提高几丁聚糖作为一种潜在的神经保护剂的可能性［5］。

4 展望

在大鼠体内进行几丁聚糖灌胃后的药物代谢动力学及生物降解作用研究表明：聚集在肝脏和肾脏中的几丁聚糖最多，其次多在心脏、脑以及脾脏，同时也发现由于几丁聚糖是大分子多糖，在各组织器官检测到的几丁聚糖均为其降解产物且分子量小于65 kDa，因此在组织器官中真正起作用的也是几丁聚糖的降解产物［48］。综上所述，几丁聚糖可能通过干扰线粒体功能障碍、抗氧化应激、抗炎、抗神经毒性等以上几种作用机制治疗PD。几丁聚糖及其衍生物有望在未来发展成为新的神经保护剂；然而，还需要进一步探索它们在动物模型或临床试验中的效果。尽管如此，几丁聚糖作为治疗PD的候选药物值得进一步研究。