抗白三烯药物调控炎症反应在中枢和外周疾病中的作用

王羽茜, 李成檀, 王艳芳, 王琼珠, 张丽慧

(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)

在中枢神经系统，衰老、全脑缺血以及其他原因脑损伤引起的神经炎症在神经元死亡和神经功能障碍中起重要作用。在外周，炎症反应是支气管哮喘等气道炎症疾病发生发展的关键病理过程。半胱氨酰白三烯(cysteinyl leukotrienes, CysLTs)作为重要的炎症介质，参与中枢神经系统和外周气道疾病的炎症病理过程。抗白三烯药物可有效抑制CysLTs介导的上述炎症反应。

1 抗白三烯药物及其炎症调控作用机制

CysLTs(包括LTD4、LTC4和LTE4)是一类重要的炎症介质，5-脂氧酶(5-lipoxygenase，5-LOX)是催化花生四烯酸合成CysLTs的关键酶，5-LOX产物CysLTs通过激动CysLT受体介导生物学反应[1-2]，参与中枢和外周的炎症病理过程。目前，研究比较深入的抗白三烯药物主要有CysLTs合成酶5-LOX抑制剂和CysLT1受体拮抗剂两大类。其中，齐留通(zileuton)是选择性5-LOX抑制剂，通过抑制5-LOX活性，阻断花生四烯酸的5-LOX途径，从而抑制CysLTs合成[2]。咖啡酸(caffeic acid)是一种天然抗氧化剂和非特异性5-LOX抑制剂，可通过抑制5-LOX而起抗白三烯作用[3]。CysLT1受体拮抗剂主要有孟鲁斯特(montelukast)、扎鲁司特(zafirlukast)和普鲁斯特(pranlukast，ONO-1078)，它们通过与CysLT1受体选择性结合，竞争性阻断G蛋白偶联的CysLT1受体及其介导的炎症信号通路，进而抑制细胞和组织器官对内源性配体CysLTs的反应[1,3]。除CysLT1受体外，孟鲁斯特还作用于G蛋白偶联受体17(G protein-coupled receptor 17, GPR17)[1]。

2 抗白三烯药物在中枢炎症疾病中的作用

2.1 对衰老相关的中枢炎症反应的作用 大脑的衰老可表现为衰老相关基因及蛋白表达上调，神经发生减少或停滞以及空间记忆和认知功能下降[4-8]。近年研究发现，CysLTs信号参与脑组织和血管老化过程。随着年龄增长，脑组织和血管CysLTs合成的关键酶5-LOX表达上调激发脑内炎症反应，导致脑组织和血管病理损伤[4]。海马是在学习记忆研究中最受关注的脑区之一，成年动物海马的炎症反应和神经发生与学习记忆密切相关[5-6]。一项最近的衰老研究表明[7]，与4月龄青年大鼠比较，20月龄老年大鼠海马和脑室下区5-LOX mRNA及蛋白上调；海马齿状回GPR17和CysLT1受体表达增加；老年鼠海马的小胶质细胞反应性增高，年龄相关的小胶质细胞表型改变，海马齿状回神经发生明显减少。孟鲁司特(10 mg/kg，口服)可促进老年鼠海马齿状回神经发生，抑制海马小胶质细胞反应性，逆转年龄相关的小胶质细胞表型改变；孟鲁司特不影响老年鼠Iba1+/CD 68+共定位小胶质细胞数量，但可明显促进CD 68+颗粒变小。Morris水迷宫(Morris water maze, MWM)通过定位航行和空间探索两个阶段的试验检测大鼠或小鼠空间学习记忆能力[6，8]。Marschallinger等[7]应用MWM实验表明，20月龄老年大鼠定位航行试验的总路径和逃避潜伏期比4月龄青年鼠明显延长；空间探索试验中，老年鼠和青年鼠在前平台象限停留的时间相似，但老年鼠对平台的准确位置缺乏记忆；孟鲁司特可显著改善老年大鼠的空间定位学习和记忆能力，但4月龄青年鼠学习记忆能力和小胶质细胞表型不受孟鲁司特影响；该研究结果提示，CysLTs信号可能是一个有效的治疗靶，抑制CysLTs信号能选择性减轻衰老相关的炎症反应和认知障碍。

2.2 对全脑缺血相关的中枢炎症反应的作用 短暂性全脑缺血损伤诱导的海马CA1神经元迟发性死亡与缺血后学习记忆障碍密切相关[9-11]，CysLTs介导的神经炎症过程在缺血后海马CA1神经元损伤中起关键调节作用。大鼠的四血管阻断全脑缺血模型研究发现，短暂性全脑缺血时间依赖性的诱导脑内兴奋性氨基酸N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体亚型NR2A及血管细胞粘附分子-1表达上调是海马CA1神经元迟发性死亡的重要原因；普鲁斯特(0.1, 0.3 mg/kg)在缺血前后腹腔注射给药可抑制全脑缺血引起的脑组织兴奋性毒性和炎症反应，减轻全脑缺血后海马CA1神经元迟发性死亡和神经功能障碍[12]。在小鼠两侧颈总动脉阻断模型实验中，齐留通可抑制脑组织炎症细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α及趋化因子水平、增加抗炎细胞因子IL-10水平，减轻缺血后脑损伤病理学改变，改善神经功能[13]。有文献报道[14-15]，两血管阻断诱导的短暂性全脑缺血上调大鼠脑组织5-LOX、CysLTs及其CysLT1受体表达，伴有炎症分子(氧化应激产物和炎症细胞因子)和凋亡因子增加以及海马CA1神经元死亡；齐留通(0.5, 1 mg/kg，腹腔注射)和孟鲁司特(0.5，1 mg/kg, 腹腔注射)或(0.5 mg/kg，口服)可有效抑制缺血后神经炎症反应，减少海马神经元死亡。齐留通(0.5, 1 mg/kg, 腹腔注射)能显著提高MWM实验中缺血大鼠的空间学习能力，改善短暂性全脑缺血学习记忆功能[16]。5-LOX非特异性抑制剂咖啡酸可抑制短暂性全脑缺血大鼠海马5-LOX表达，减少炎症因子NF-κB激活和氧化应激产物，从而减轻海马神经元损伤，增加存活神经元，缩短MWM实验逃避潜伏期[17]。

2.3 对其他脑损伤相关的中枢炎症反应的作用 小鼠海马内微量注射链脲佐菌素可诱导小鼠学习记忆障碍，表现为MWM实验定位航行试验逃避潜伏期延长和空间探索试验目标象限活动减少；在小鼠Y迷宫实验中，正确选择次数减少和进入安全区潜伏期增加；其机制与链脲佐菌素刺激海马CysLT1受体 mRNA和蛋白上调，诱导神经炎症及细胞凋亡有关。Zhang等[18]研究表明，孟鲁司特(1～2 mg/kg)可显著抑制链脲佐菌素诱导的海马炎症反应和细胞凋亡，改善学习记忆功能。两项阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)的研究报道表明，脑内注射神经毒素Aβ1-42可引起皮层和海马CysLT1受体表达增加，伴有NF-κB激活、炎症细胞因子增加及凋亡相关蛋白改变，海马CA1区长时程增强(long-term potentiation, LTP)抑制，MWM和Y迷宫实验显示小鼠学习记忆障碍；普鲁斯特(0.4～0.8 mg/kg)或孟鲁司特(1～2 mg/kg)可通过抑制Aβ1-42诱导的海马炎症反应和细胞凋亡改善海马LTP，减轻学习记忆障碍[19-20]。此外，在慢性不可预知性应激刺激(chronic unpredictable mild stress, CUMS)实验中，咖啡酸(30 mg/kg)可减少CUMS大鼠海马5-LOX表达和炎症细胞因子水平，增加突触素、突触后致密物质95和脑源性神经营养因子水平；学习记忆实验结果证明，咖啡酸可减少CUMS大鼠MWM实验逃避潜伏期，增加平台通过次数；咖啡酸还减少CUMS大鼠跳台实验的错误次数，延长潜伏期；结果提示，CUMS诱导学习记忆障碍与海马炎症反应依赖的氧化应激损伤及海马神经元突触可塑性改变密切相关，咖啡酸抑制5-LOX表达可进一步抑制海马炎症，增强海马神经元的突触可塑性，改善抑郁大鼠的学习记忆功能[21]。

3 抗白三烯药物在外周气道炎症疾病中的作用

CysLTs信号在支气管哮喘等呼吸道常见疾病中的作用已经得到广泛研究。抗白三烯药物已成为新一代有效的抗哮喘药物，用于哮喘等气道炎症疾病的临床治疗。支气管哮喘是由多种炎症细胞包括嗜酸性粒细胞、肥大细胞和中性粒细胞等参与的一种慢性的支气管炎症疾病。近年来随着环境和气候变化，支气管哮喘的发病率和死亡率呈增加趋势。CysLTs(LTD4、LTC4和LTE4)是支气管哮喘炎症发病过程中最重要的炎症介质之一。在支气管哮喘发作过程中，支气管局部和血清CysLTs水平显著增高，并进一步介导血管壁通透性增加，炎症细胞浸润，炎症介质组胺、细胞因子以及氧化应激分子产生和释放增加，导致气道反应性增高、支气管平滑肌收缩和哮喘发作[22-23]。研究表明，抗白三烯药物包括5-LOX选择性抑制剂齐留通和CysLT1受体拮抗剂普鲁斯特、孟鲁斯特和扎鲁司特用于支气管哮喘，能有效控制气道炎症细胞浸润，抑制炎症介质水平，从而降低气道高反应性，减轻哮喘症状及减少发作次数[22，24-25]。此外，药物预防或逆转CysLTs炎症损伤引起的支气管结构改变也是其抗哮喘的药理机制之一[22]。除支气管哮喘外，孟鲁斯特和普鲁斯特也用于过敏性鼻炎治疗，能有效减轻或缓解过敏性鼻炎引起的临床症状[24-25]。孟鲁斯特还可用于慢性阻塞性肺气肿的辅助治疗，能改善肺功能[26]。

4 结论与展望

大量研究表明，CysLTs信号在中枢疾病包括衰老、短暂性全脑缺血及其他脑损伤以及哮喘等外周气道炎症疾病的炎症病理过程中起关键的调节作用。随着CysLTs信号在中枢神经损伤和外周疾病中的变化被逐渐阐明，其拮抗药物的治疗价值逐步得到认识。在外周，抗白三烯药通过阻断CysLTs/CysLT受体通路，调控炎症反应，对临床气道炎症疾病具有良好的预防和治疗作用。在中枢神经系统，抗白三烯药物在衰老、短暂性全脑缺血及其他脑损伤实验动物中显示有效的抗炎和神经保护作用，并改善衰老和脑损伤后学习记忆障碍。综上，深入研究抗白三烯药物在相关的中枢和外周疾病中调控炎症的作用及机制，可为抗脑损伤和外周气道炎症疾病的药物治疗研究开辟新途径。