Montelukast神经保护作用及机制研究进展

张思然，王羽茜，魏尔清，张丽慧，赵建波

(1.浙江大学 医学院，浙江 杭州 310058；2.杭州师范大学医学院 医学神经生物学市级重点实验室, 浙江 杭州 310036)

健康科学基础研究

Montelukast神经保护作用及机制研究进展

张思然1，王羽茜2，魏尔清1，张丽慧2，赵建波2

(1.浙江大学 医学院，浙江 杭州 310058；2.杭州师范大学医学院 医学神经生物学市级重点实验室, 浙江 杭州 310036)

半胱氨酰白三烯(cysteinylleukoriencs，CysLTs)是中枢神经系统的重要炎症介质，通过激动CysLT受体而产生炎症效应。目前研究表明，CysLT1受体拮抗剂Montelukast对体外和体内实验性脑损伤, 特别是对脑缺血以及阿尔茨海默病(Alzheimer’sdisease, AD)和帕金森病(Parkinson’s disease, PD)等中枢退行性疾病具有良好的神经保护作用。本文对Montelukast在脑缺血，中枢退行性疾病以及其他脑损伤中的保护作用进行综述，并讨论Montelukast神经保护作用的分子机制。

Montelukast; 半胱氨酰白三烯受体; 脑损伤; 神经保护

Montelukast是一种口服有效的半胱氨酰白三烯(cysteinylleukoriences，CysLTs)1受体选择性拮抗剂，由美国Merck公司研制生产，1998年经美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准上市，临床应用于支气管哮喘等外周气道炎症疾病的治疗。近年大量实验研究表明，Montelukast可有效地抑制脑损伤后炎症反应，减轻神经元损伤，促进神经功能恢复，因此在防治脑缺血、阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)和帕金森病(Parkinson’s disease, PD)等脑损伤中具有较高的应用前景。

1 CysLT信号与脑损伤后炎症反应

炎症反应是中枢神经系统损伤的一个主要病理过程。多种原因引起的脑损伤，导致血脑屏障(blood brain barrier，BBB)破坏，炎症细胞浸润，小胶质细胞激活以及炎症介质合成和释放增加，共同参与和促进了神经炎症的形成，是造成神经元死亡及神经功能障碍的重要原因[1-2]。目前，缺乏有效控制脑损伤病程进展的药物，而抗炎药物抑制神经炎症可延缓病程进展。在已有研究中，5-酯氧酶(5-lipoxygenase，5-LOX)参与脑缺血[3]以及AD和PD等中枢退行性疾病[4-5]的病理进程，5-LOX抑制剂减轻神经炎症反应对脑组织的损伤，保护神经元[4-6]。可是，由于酶抑制剂引起广泛效应可导致多种不良反应，而且，5-LOX需要通过产生重要炎症介质CysLTs并激活CysLT受体参与脑内炎症反应，因此，研究中枢CysLT受体及其拮抗剂的调节作用更有选择性和重要意义。

CysLT1受体在正常脑组织呈弱表达。但是，在脑缺血和中枢退行性疾病后，CysLT1受体表达显著上调，主要定位在神经元、脑血管内皮细胞和神经胶质细胞，介导神经炎症和神经毒性效应[4]。CysLT1受体通过调节脑缺血后BBB通透性，血管性脑水肿，胶质细胞炎症反应以及神经元损伤，参与整体水平脑缺血损伤[7]。大鼠局灶性脑缺血后3-6 h和7-14 d，缺血中心区CysLT1受体mRNA表达增加；缺血后24 h，CysLT1受体主要表达于神经元，但在缺血14 d，CysLT1受体表达在增殖的小胶质细胞，提示CysLT1受体可能与脑缺血后维持小胶质细胞增殖和反应性有关[7]。小鼠双侧海马内注射AD诱导剂Aβ1-42时间依赖性地增加海马和皮层CysLT1受体表达；在体外小鼠原代神经元培养，Aβ1-42也诱导CysLT1受体表达，提示CysLT1受体参与Aβ1-42诱导的AD神经毒性[8-9]。在小胶质细胞激活剂脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)诱导的小鼠学习记忆障碍模型，海马小胶质细胞激活，CysLT1受体、炎症细胞因子白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)以及核因子κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)p65水平增高，凋亡相关蛋白Caspase-3增高及Bcl-2/Bax下降，引起神经细胞凋亡；CysLT1 RNA干扰有效预防LPS诱导的炎症反应和神经毒性，改善LPS处理小鼠学习记忆能力[10]。CysLT1 RNA干扰也通过调节海马小胶质细胞激活以及NF-κB和细胞因子水平，减轻脑室内注射链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)诱导的小鼠记忆障碍[11]。以上研究结果提示，CysLT1参与脑损伤后炎症反应。

2 Montelukast对脑缺血损伤的保护作用

脑缺血是致死致残率很高的常见疾病，深入研究脑缺血炎症损伤及抗损伤机制，寻找安全有效的治疗药物，已成为当前神经科学研究的重要任务。研究证明，CysLT1受体选择性拮抗剂Montelukast对体外缺糖缺氧(oxygen-glucose deprivation, OGD)诱导的缺血样损伤显示良好的神经保护作用。在大鼠原代皮层神经元单独培养，Montelukast(0.0001-1μM)对神经元无明显影响，但是药物减轻OGD引起的神经元数量减少，抑制一级神经突起分支数量增加；在皮层细胞混合培养，Montelukast增加OGD处理后一级神经突起长度，减少神经突起数量以及一级神经突起分支数量，提示Montelukast对原代神经元缺血性损伤有保护作用[12]。Montelukast(0.1-1μM)也抑制OGD诱导的神经元活性氧水平和线粒体膜电位下降，产生抗氧化作用[13]。在大鼠原代神经元培养或皮层细胞混合培养，montelukast减轻OGD诱导的神经元损伤(提高神经元存活率、减少LDH释放及细胞坏死)和小胶质细胞激活；在神经元-小胶质细胞共培养，Montelukast抑制OGD诱导神经元损伤；在原代小胶质细胞培养，Montelukast抑制OGD诱导的小胶质吞噬和IL-1β和TNF-α释放；以OGD预处理的小胶质细胞条件培养液可诱导神经元坏死，Montelukast有减轻小胶质细胞介导的神经元坏死的趋向，以上结果表明，Montelukast可抑制体外缺血样神经炎症，减轻神经元损伤[14]。

在整体动物实验中，Montelukast剂量和时间依赖性地减轻大脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)诱导的小鼠持久性局灶性脑缺血后急性脑损伤，Montelukast(0.1和1mg/kg)术前多次或单次注射均有效减轻缺血引起的BBB通透性增高、脑梗死、脑水肿、神经元死亡以及神经功能障碍；Montelukast在术后30min给药也可减轻脑梗死和脑水肿，但对神经症状无明显改善作用，Montelukast的治疗时间窗为缺血后30min[15]。另一研究表明，Montelukast有效减轻短暂性MCAO诱导的小鼠或大鼠慢性脑缺血损伤。Montelukast(0.1 mg/kg, 腹腔注射)明显减轻MCAO后28 d小鼠的脑梗死、脑萎缩和神经元缺失以及1-28 d神经功能障碍；Montelukast(0.5mg/kg, 口服)也有效减轻大鼠MCAO后28 d缺血性脑梗死和脑萎缩[16]。在两侧颈总动脉阻塞 (2vessel occlusion, 2VO)结合降压诱导的大鼠全脑缺血模型，缺血后2- 3 d，海马CA1区神经元损伤、CysLT1受体表达上调，Montelukast(0.5和1mg/kg)剂量依赖性地减轻全脑缺血后海马CA1神经元损伤, Montelukast(0.5 mg /kg, 连续给药5 d)在缺血后30 d对CA1神经元仍有保护作用[17]。在2VO全脑缺血大鼠，Montelukast(0.5 mg/kg,连续口服7 d)还通过抑制氧化应激产物、炎症介质以及凋亡因子，对缺血海马产生神经保护作用[18]。以上研究证明，Montelukast对大鼠和/或小鼠的局灶性和全脑缺血具有保护作用。

3 Montelukast对AD样脑损伤的保护作用

AD是最常见的老年中枢退行性疾病，临床以进行性认知功能减退和记忆障碍为主要表现。研究表明，脑内炎症反应促进神经细胞外β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ))堆积和细胞内tau蛋白异常聚集形成神经元纤维缠结是AD脑内神经病理的主要特征[19]。CysLT受体激动剂LTD4增加小鼠海马和皮层CysLT1表达以及淀粉样前蛋白(amyloid precursor protein, APP)和Aβ水平与AD样认知障碍密切相关[20]，其机制是通过CysLT1受体介导的NF-κB信号通路[21]。Aβ片段Aβ1-42是理想的AD诱导剂，已广泛应用体外和体内AD模型研究。在小鼠原代神经元体外培养，Aβ1-42激发CysLT1受体表达增加伴有NF-κB、炎症细胞因子和凋亡分子Caspase-3激活以及抗凋亡蛋白Bcl-2减少，导致神经元死亡[9]。Montelukast通过下调CysLT1受体介导的NF-κB信号，保护神经元对抗Aβ1-42诱导的炎症反应，神经毒性和细胞凋亡[22]。AD体内模型研究进一步证实，脑室内注射Aβ1-42引起小鼠学习记忆障碍；皮层和海马CysTL1受体mRNA和蛋白表达增加，炎症因子NF-κB p65, TNF-α和 IL-1β以及凋亡相关蛋白caspase-3和Bcl-2改变；Montelukast(1 或 2 mg/kg)连续4w给药显著减轻Aβ1-42诱导的小鼠AD样炎症效应和记忆功能障碍[23]。以上结果表明，CysTL1受体拮抗剂Montelukast通过阻断CysTL1受体介导的神经炎症和细胞毒性，改善AD样脑损伤及功能障碍。

4 Montelukast对PD及其他脑损伤的保护作用

PD是与年龄相关的全球第二大致死性中枢退行性疾病，以黑质纹状体通路多巴胺神经元进行性变性和缺失为主要病理特征。小胶质细胞激活及其介导的神经炎症在PD神经元损伤以及神经功能障碍病理生理过程中起关键作用[1]。我们最近报道，CysLT1受体调节小剂量PD神经毒素鱼藤酮(rotenone, Rot)诱导的小鼠小胶质细胞BV2和原代小胶质细胞吞噬和炎症细胞因子IL-1β和TNF-α释放增加；CysLT1受体拮抗剂Montelukast(0.001和0.01μM)抑制Rot诱导的小胶质效应[24]。小剂量Rot还诱导BV2细胞IL-6表达和释放增加，Montelukast降低Rot上调的BV2细胞IL-6水平。我们的结果提示，Montelukast调节PD神经毒素Rot诱导的小胶质细胞激活和炎症反应。此外，在STZ诱导的小鼠记忆障碍模型，海马CysLT1受体mRNA和蛋白上调，伴有NF-kB和炎症细胞因子增高以及凋亡相关分子改变；Montelukast (1或2 mg/kg)给药3w显著抑制STZ诱导的海马炎症和细胞凋亡，改善学习记忆功能[25]。CysLT1受体还介导戊四唑诱导的小鼠癫痫及BBB损伤，Montelukast通过抑制CysLT1受体减轻BBB功能障碍，抑制癫痫发生及发作频率[26]。

5 Montelukast神经保护作用的分子机制

对Montelukast神经保护作用机制的研究表明，Montelukast作为强效的CysLT1受体拮抗剂，通过阻断CysLT1受体产生强大的抗炎作用，减轻脑损伤炎症。另一方面，Montelukast还具有CysLT1受体非依赖的药理活性，例如抑制环核苷酸磷酸二酯酶(cyclic nucleotide Phosphodiesterases, PDEs)和P2Y受体信号[14]。Montelukast通过抑制PDEs促进cAMP上调可保护神经元，在缺血性神经元损伤中产生有益的保护作用[27]。Montelukast抑制P2Y受体[28]可能是神经保护的，因为下调新型P2Y样受体G蛋白偶联受体17(G protein-coupled receptor 17, GPR17)可减轻大鼠局灶性缺血引起的急性神经元损伤及后期小胶质细胞炎症[29]。Marschallinger小组[30]对基因敲除老年大鼠的研究也证实，Montelukast通过抑制GPR17受体产生抗衰老作用，能抑制老年鼠小胶质细胞反应性和神经炎症基因表达，提高海马齿状回神经发生，改善老年鼠的学习记忆功能。氧化应激是缺血性脑损伤的重要因素，Montelukast具有抗氧化作用，可抑制OGD诱导的神经元氧化应激反应，同时减轻H2O2诱导的神经元损伤；而CysLT1小干扰RNA(Small interfering RNA, siRNA)对以上反应无显著影响，表明Montelukast的抗氧化作用是CysLT1受体非依赖的，可能是其保护脑组织对抗损伤的又一重要机制[13]。在原代神经元培养、皮层细胞混合培养、神经元-小胶质细胞共培养以及小胶质细胞培养，Montelukast抑制OGD和/或CysLT受体激动剂LTD4诱导的神经元损伤及小胶质细胞炎症细胞因子IL-1β和TNF-α释放；应用CysLT1siRNA成功抑制CysLT1受体表达，但不能抑制原代神经元培养和皮层细胞混合培养中OGD和/或LTD4诱导的神经元损伤，仅对神经元-小胶质细胞共培养的神经元损伤以及小胶质细胞培养中炎症细胞因子释放产生部分抑制作用，研究结果进一步证实Montelukast可能通过CysLT1受体依赖和非依赖两种途径抑制缺血样小胶质细胞炎症，保护神经元[24]。

6 结 语

已有大量实验证据证明，Montelukast在调控脑损伤中具有重要作用。CysLTs是中枢神经系统的重要炎症介质，通过激动CysLT受体产生生物学效应。作为经典的CysLT1受体选择性拮抗剂，目前研究发现Montelukast具有CysTL1受体依赖和非依赖性双重抗炎特性，可显著抑制脑损伤后炎症反应，减轻神经元损伤，改善学习记忆及其他神经功能。由于Montelukast具有服药简便且安全有效的特点，随着对药物抗脑损伤作用特点及其分子机制的更深入研究，必将为Montelukast应用于脑缺血、中枢退行性疾病以及其他脑损伤的预防和治疗带来新希望。

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Montelukast’s inneuroprotective effects and the working mechanism: a review of relevant researches

ZHANG Si-Ran1, WANG Yu-Xi2, WEI Er-Qing1, ZHANG Li-Hui2,ZHAO Jian-Bo2*

(1.SchoolofMedicine,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058; 2.HangzhouKeyLaboratoryofMedicalNeurobiology,SchoolofMedicine,HangzhouNormalUniversity,Hangzhou310036，China)

Cysteinylleukoriences (CysLTs) are potential inflammatory mediators in the central nervous system and mediate inflammatory reactions by activating CysLT receptors. The current experimental data have demonstrated the potential neuroprotective actions of CysLT1antagonist montelukast in brain injury such as cerebral ischemia, Alzheimer’s disease (AD) and Parkinson’s disease (PD)in vitro and in vivo. This paper presents a review on the pharmacological effects of montelukaston cerebral ischemia, the neurodegenerative diseases of the central nervous system and other brain injuries. The paper also discussed the molecular mechanism underlying the neuroprotective effects of montelukast.

montelukast; cysteinyl leukotrienerecepotor; brain injury; neuroprotection

2016-09-29

国家自然科学基金(81671188)；浙江省自然科学基金(LY12H31010)；省教育厅科研计划项目(Y201226025)。

张思然(1991-)，女，浙江杭州人，硕士研究生。

赵建波(1963-)，男，浙江宁波人，副教授，研究方向：神经药理学。

10.3969/j.issn.1674-6449.2017.01.009

R741.05

A

1674-6449(2017)01-0028-05