神经炎症在锰中毒中的作用及对氨基水杨酸钠对其治疗作用研究进展

2018-01-21梁典胤谢秉言姜岳明

中国药理学与毒理学杂志 2018年7期

梁典胤，谢秉言，许放，姜岳明

（广西医科大学公共卫生学院卫生毒理学教研室，广西南宁 530021）

锰在制造锰合金、干电池、焊料、氧化剂和催化剂中广泛应用，工人长期高水平接触锰烟尘［1］可能会引起中毒［2］，主要损害锥体外系［3］，引起肌张力增高、手指细小震颤、腱反射亢进以及激动、欣快感及情绪不稳定［4］，甚至出现类帕金森病［5］，紧张状态下会出现哭笑无常、表情丧失、记忆力减退、智力下降和冲动行为等［6］。炎症是神经变性疾病的一个重要过程，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）［7］、白细胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-2、IL-6、一氧化氮（nitric oxide，NO）和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）等炎症因子［8］都参与了神经炎症反应的病变过程，与神经退行性疾病的发生发展关系密切。过量锰暴露能够刺激机体分泌炎症因子，激活炎症通路，产生炎症反应，可能会损害神经［9］。对氨基水杨酸钠（sodium 4-aminosalicylate，PAS-Na）能减轻锰中毒性神经炎症，对锰中毒防治有积极作用，本文就此进行综述。

1 锰中毒诱发神经炎症，增强锰的神经毒性

1.1 实验研究

锰中毒能诱发神经炎症，增强锰的神经毒性。染锰大鼠血和脑锰含量增高，出现易激惹、腹泻、皮肤萎黄松散和体质量减轻，染锰时间越长越容易出现中毒表现。水迷宫实验显示，染锰大鼠反应能力、定位航行能力和空间记忆及探索能力均降低。对染锰大鼠皮质、海马和丘脑的研究发现，小胶质细胞和星形胶质细胞激活、神经元凋亡数量明显增多，炎症因子（TNF-α，IL-1β，NO和PGE2）表达增强，中间丝蛋白胶质原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、胱天蛋白酶3阳性细胞数也增多，Bcl-2阳性细胞数和Bcl-2/Bax比值降低［10-13］。提示锰暴露大鼠神经受损可能与其诱发的神经炎症关系密切。

1.2 人群调查

在锰矿开采、冶炼和焊接［14］过程中，锰暴露组血锰、炎症指标（TNF-α，IL-1β和IL-6）以及苍白球指数均升高，出现中毒表现较多［15］；锰暴露时间较长组血锰和炎症指标（TNF-α，IL-1β和IL-6）升高，神经疾病检出率较多［16］；锰暴露有防护组与无防护组按工龄和年龄分层分析，有防护组血锰、TNF-α、IL-1β和IL-6水平更低，出现神经中毒表现较少［17］。由此可见，慢性职业性锰暴露可能会引起神经炎症，甚至出现神经中毒表现。

1.3 锰中毒与炎症相关的神经退行性疾病

1.3.1 帕金森病（Parkinson disease，PD）

PD患者神经元出现激活的小胶质细胞和星形胶质细胞［18］，炎症因子明显增多［19］。锰暴露能激活大鼠小胶质细胞和星形胶质细胞，释放炎症因子，提示锰与PD的发生可能有密切关系。但是，锰中毒性炎症反应与PD发生是否有直接联系还缺乏足够的证据支持［20-21］。

1.3.2 阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）

AD的主要致病机制可能与细胞外积聚的β淀粉样蛋白（amyloid β protein，Aβ）激活小胶质细胞和星形胶质细胞引起的神经元退行性病变有关。神经胶质细胞通过影响Aβ沉积、tau蛋白异常磷酸化形成神经纤维缠结［22-23］、载脂蛋白E4（apolipo⁃protein E4，ApoE4）增加、突触异常及胆碱能神经元丢失、介导慢性炎症等多种因素参与AD的发生过程［24］。星形胶质细胞可以直接产生Aβ并促进其沉积，同时还可以加剧Aβ诱导的神经元损伤并参与tau蛋白磷酸化过程。小胶质细胞的神经炎症反应可促进磷酸化微管相关蛋白tau蛋白的聚集。星形胶质细胞被小胶质细胞释放的炎症因子激活，能够释放多种炎症因子和氧自由基等［25］，并合成星形胶质细胞源性蛋白S100B，加剧脑Aβ沉积及神经损伤。激活的星形胶质细胞还能抑制小胶质细胞吞噬老年斑，促进Aβ聚集的老年斑形成。肝星形胶质细胞X受体-α表达增加时，其释放的ApoE4有助于小胶质细胞吞噬Aβ，ApoE4表达也能增加炎症反应及胶质细胞激活，是迟发型AD重要危险因素之一。AD神经病理的发展也与许多炎症特性密切相关［26］，补体级联反应的激活引起急性期蛋白表达的上调，胶质细胞激活细胞因子和趋化因子及其受体的上调，慢性炎症时Aβ沉积斑块核心及周围的小胶质细胞和星形胶质细胞的炎性浸润。锰在AD病理进程中是一种危险因素，影响Aβ代谢［27-28］。锰能够诱导神经胶质细胞激活，分泌毒性Aβ，Aβ降解通路受到明显抑制［29］。脑啡肽酶和胰岛素降解酶是两种关键的Aβ降解酶，在高锰状态下，二者mRNA含量出现明显下调，导致增多的Aβ降解减少而过量蓄积，最终产生神经毒性。因此，Aβ代谢异常是AD发生的关键，锰中毒导致的Aβ代谢异常对AD的发生是否有关尚不清楚。

2 神经炎症的发生发展与锰诱导神经系统损伤的关系

2.1 小胶质细胞

小胶质细胞主要分布在大脑灰质区（海马和基底节等）［30］。在病理情况下，可激活小胶质细胞分泌活性氧（reactive oxygen species，ROS），NO和PGE2，并在脑内分泌炎症因子（TNF-α，IL-1β和IL-6等）［31］。在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激下，小胶质细胞诱导型NO合酶（inducible NO syn⁃thase，iNOS）mRNA表达，NO释放增加与锰暴露呈剂量-反应关系。锰暴露对iNOS/NO的直接影响很小，小胶质细胞分泌NO要以激活为前提。锰对小胶质细胞的刺激作用需要依赖LPS来实现，NF-κB途径是锰产生神经炎症重要靶标与通路，锰能激活小胶质细胞的NF-κB，明显增强LPS的作用导致炎性基因表达和炎性介质产生，使LPS诱导小胶质细胞释放NO的能力增强［32］。锰使小胶质细胞TNF-α、IL-6和环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）的释放增加，并且在mRNA水平上呈现滞后性，锰刺激1 h并未观察到mRNA表达有变化，而在锰刺激4 h观察到mRNA表达增加，持续时间达到24 h左右。高剂量锰暴露能够激活原代小胶质细胞，使TNF-α，IL-1β和NO的水平明显升高。随着染锰增加，激活小胶质细胞分泌炎症因子所需的LPS量减少，锰在BV2小胶质细胞中通过调节c-Jun氨基端激酶-细胞外信号调节激酶（c-jun N-terminal kinaseextracellular signal-regulated kinase，JNK-ERK）、促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶/Akt等通路使iNOS转录水平和蛋白的表达水平增高［33］。此外，锰诱导的小胶质细胞释放TNF-α，IL-1β和iNOS，促进小胶质细胞-神经元共培养体系中多巴胺（dopamine，DA）能神经元的损伤，提示小胶质细胞使DA神经元对锰诱导损伤的敏感性增强。低浓度锰不能直接诱导小胶质细胞TNF-α和IL-1β分泌增加，但可释放过氧化氢。锰能使LPS诱导调控小胶质细胞炎症性细胞因子和过氧化氢分泌的抗氧化酶血红素氧合酶-1活性增加，以至炎症反应增强，导致机体神经功能异常［34］。锰能够激活小胶质细胞，促使炎症因子和非神经元ROS来增强神经炎症，使锰神经毒性加重［35］。锰中毒可引起大鼠黑质和纹状体小胶质细胞激活及其产物表达增加，TNF-α和IL-1β水平明显升高［36］。

2.2 星形胶质细胞

星形胶质细胞能够识别Toll样和NOD样受体，激活的星形胶质细胞能够分泌IL-1β，IL-6和TNF-α等炎症因子和趋化因子（C-C基序）配体2〔chemo⁃kine（C-C motif）ligand 2，CCL2〕和趋化因子（CCX-C基序）配体1〔chemokine（C-X-C motif）ligand 1，CXCL1〕等细胞因子，Toll样受体和NOD样受体激活是其分泌中枢神经系统炎症因子的主要方式。星形胶质细胞在病理形态学表征为GFAP和波形蛋白，GFAP是公认的特征性标志物，GFAP表达的增加被认为是中枢神经系统病变的重要指标［37］。激活的星形胶质细胞通过NF-κB信号通路生成ROS，诱导神经细胞死亡［38］。很多病理刺激都可以激活星形胶质细胞分泌IL-1β，IL-6和TNF-α等炎症因子，这些炎症因子激活NF-κB信号通路生成CCL2和CXCL1等。原代星形胶质细胞在受到锰过度刺激时会发生激活，细胞体增大肿胀、胞质突起增粗和回缩，DNA受损，氨基酸类神经递质水平异常［39］。星形胶质细胞能蓄积高水平的锰，也是锰转运到大脑中的重要靶细胞。锰能降低突触后星形胶质细胞对谷氨酸（glutamate，Glu）的摄取，有效地使周围神经细胞Glu循环紊乱和其他氨基酸代谢异常的兴奋性毒性增强，使染锰大鼠大脑内激活的星形胶质细胞增多，炎症反应加重，对L-精氨酸的摄取增加。高浓度的锰可损害神经元和星形胶质细胞，锰也能在输运过程和（或）蓄积部位中影响星形胶质细胞信号转导和产物生成，使其分泌炎症因子和神经细胞毒性物质［40］。锰能够浓度依赖性地上调iNOS，TNF-α和IL-1β等炎症因子的表达，刺激星形胶质细胞释放NO。激活的胶质细胞分泌神经毒性细胞因子，使损伤的神经细胞发生炎症反应［41］。适度增加锰与LPS/干扰素γ共暴露，可增强星形胶质细胞衍生的COX-2 mRNA和蛋白表达，COX-2的表达与PGE2的分泌呈正相关，PGE2是大鼠脑促炎症反应生物标志物，染锰使大鼠脑PGE2水平明显升高，并且有剂量-反应关系［42-43］，也提示锰中毒机制可能与炎症有关。

3 PAS-Na治疗锰中毒性神经炎症

3.1 实验研究

PAS-Na治疗可使染锰大鼠血和脑锰浓度明显下降，神经炎症因子减少，表明PAS-Na能有效地减轻染锰大鼠体内锰负荷、神经炎症、氧化应激和运动损伤。急性或亚慢性锰暴露都可使大鼠皮质、海马和丘脑表达GFAP、Bax和胱天蛋白酶3的阳性细胞的数量增加，表达Bcl-2的细胞数量减少；PAS-Na对此有一定的拮抗作用。锰暴露引起大鼠血清、皮质、海马和丘脑炎症因子含量升高，且相关的mRNA表达上调；PAS-Na防治对锰引起血清、皮质、海马和丘脑炎症反应有一定的拮抗作用。锰可能通过MAPK通路引起大鼠皮质、海马和丘脑炎症反应，其中以激活ERK和P38磷酸化为主；PAS-Na防治机制可能是抑制MAPK通路相关蛋白磷酸化，拮抗锰引起的大鼠皮质、海马和丘脑炎症反应［44］。

3.2 PAS-Na治疗锰中毒性神经炎症的可能机制

非甾体抗炎药（nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAID）通过阻止炎症过程和小胶质细胞活性来干预DA能神经组织进行性退化，可能在PD治疗中有保护神经作用，其机制可能与抑制COX活性、减少NO合成和增强过氧化酶γ受体活性有关。水杨酸钠使NO合成减少，阻止DA能神经细胞死亡；抑制Glu激活的细胞核转录因子活性，阻止神经细胞死亡。NSAID还可抑制前列腺素H合成酶，使DA醌生成减少，降低长期使用左旋多巴治疗PD的副作用［45］。PAS-Na与水杨酸钠化学结构相似，推测前者也可能有类似的药理学作用。

PAS-Na有促排锰和抗炎作用，对锰神经中毒防治有重要作用［44］。PAS-Na有低分子、空间障碍小的特点，可以透过血脑屏障螯合锰，并经血、粪尿排出体外，使体内锰负荷减少。因此，推测其可能解除了锰对神经胶质细胞过度刺激活化，使体内炎症因子相关蛋白表达受限制，神经炎症因子mRNA表达下降减少，从而使神经炎症的重要通路受阻，减少炎症因子的分泌与合成，以致减轻神经炎症反应。但是，PAS-Na对锰致神经炎症的拮抗作用机制尚需要深入研究证实。