艾地苯醌在帕金森病中的应用进展

徐朝辉 陈 瑛 肖 倩 梁 彪 陈 珍 李国毅 程记伟△ 赵 卿

1）上海中医药大学附属普陀医院，上海 200062 2）上海市养志康复医院（上海市阳光康复中心）/同济大学附属养志康复医院，上海 201619

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种常见的中老年神经系统退行性疾病，临床上以运动迟缓、静止性震颤、肌强直、姿势平衡障碍等运动症状以及睡眠障碍、嗅觉障碍、自主神经功能障碍、认知和精神障碍等非运动症状为显著特征［1］。帕金森病主要病理特征为黑质中多巴胺能神经元的丢失和由α-突触核蛋白（α-synuclein，α-Syn）组成的路易小体的存在，但发病机制尚未明确。目前国内65 岁以上人群中帕金森病发病率为1.7%，且随着老龄化程度加剧，据推测PD患病人数到2030年将达到500万人，约占到全球帕金森病患病人数的一半［2］。帕金森病不仅影响患者的日常生活能力，还给家庭乃至整个社会带来巨大的精神压力以及沉重的医疗照料负担。目前临床上治疗帕金森病仍以复方左旋多巴制剂为主，长期使用不仅会疗效下降，且易产生症状波动和异动症等不良反应［3］。学者们一直在探求帕金森病的发病机制，进而开发新的治疗靶点及延缓疾病发展的有效手段。常见的病理机制学说包括线粒体功能障碍、氧化应激损伤、谷氨酸毒性作用、免疫反应失衡、细胞凋亡、转运体失调等［4］，其中线粒体功能障碍假说提出较早，为多数学者所认可。艾地苯醌（idebenone，IDE）为辅酶Q10（coenzyme Q10，CoQ10）的合成类似物，在线粒体中含量高，通过多个环节参与线粒体功能调节［5］，在神经退行性疾病中可能发挥一定作用。

1 线粒体功能障碍和帕金森病

20 世纪70 年代，研究发现1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四 氢 吡 啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）中毒会抑制线粒体呼吸复合物Ⅰ活性，可能参与帕金森病的发病［6-7］。而后越多越多研究提示线粒体功能障碍是帕金森病发病的关键环节，如在帕金森病患者的中枢神经系统中发现线粒体出现形态改变和功能缺失［8］；帕金森病动物模型发现线粒体融合、裂变导致损伤［9］；生长分化因子-15（growth differentiation factor-15，GDF-15）作为线粒体功能损害的标志之一，被发现在帕金森病患者中水平升高等［10-11］。线粒体最重要的任务是通过电子传递链或呼吸链以腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的形式产生能量。帕金森病多巴胺神经元是一种几乎不含髓鞘、长且薄的轴突，轴突功能的完成需线粒体提供的ATP 作为能量［12-13］。线粒体功能障碍造成ATP合成不足，引起多巴胺能神经元变性、死亡，导致帕金森病的发生。另一项研究发现，在神经元变性丢失前，海马、皮层等区域出现了糖代谢的异常，神经元内存在大量供能的线粒体，则提示线粒体功能障碍导致的能量紊乱是帕金森病发病的关键环节。现从以下几个方面简述帕金森病相关致病因素导致的线粒体功能障碍。

1.1 遗传因素在对家族性帕金森病的研究中发现一些与线粒体功能障碍相关的蛋白或编码线粒体蛋白的基因突变会导致帕金森病［14］。研究表明，在常染色体隐性遗传帕金森病中发生突变的两个基因——位于1 号染色体短臂上PINK1 基因与位于6 号染色体长臂上Parkin，二者产物通常以相同的途径共同影响线粒体功能，PINK1积聚在受损线粒体的外膜上，激活Parkin的泛素连接酶E3活性，并将Parkin 募集到功能失调的线粒体，Parkin 泛素化线粒体外膜蛋白以触发选择性自噬［15］。而当PINK1或Parkin基因突变后，自噬清除受损线粒体的功能被抑制，异常积聚的受损线粒体在细胞内堆积，引起氧化应激和毒物的积累，造成多巴胺能神经元的死亡，导致帕金森病的发生［16］。DJ-1 基因位于1 号染色体长臂上，其蛋白主要存在于细胞质中，该基因抑制线粒体解偶联过程，可提高ATP 合成率，在抗氧化应激、调节转录翻译方面也起重要作用［17］。而DJ-1 基因突变会导致线粒体解偶联过程增加，ATP合成减少，引起线粒体的去极化，并可能造成线粒体断裂和增加氧化应激，从而促进线粒体自噬，过度自噬化造成多巴胺能神经元功能不足，与常染色体隐性帕金森病发病相关［18］。SNCA 基因位于4 号染色体的长臂上，其编码的α-Syn为路易小体的主要组成成分，而路易小体的形成是帕金森病发病机制中重要组成部分。α-Syn 可选择性与线粒体膜相结合抑制线粒体融合，导致线粒体断裂［19］；此外，易于聚集的α-Syn扰乱线粒体和内质网之间的钙交换，引起线粒体钙失衡，增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成，损伤线粒体，而线粒体功能障碍等细胞过程可能启动α-Syn 的积累，导致路易小体增多，形成恶性循环［20］。线粒体丝氨酸蛋白酶HtrA2/Omi，作为分子伴侣可使折叠错误的蛋白质分子重新折叠或降解，若HtrA2/Omi基因发生突变，引起异常蛋白质堆积，影响线粒体功能［21］。除此之外，研究还发现线粒体蛋白酶LRRK2、GBA基因的突变均可引起线粒体功能障碍［22］。与遗传因素相关的线粒体蛋白PINK1、Parkin、DJ-1、α-Syn、HtrA2/Omi、LRRK2 及GBA 等的突变均可引起线粒体功能障碍导致帕金森病的发病。

1.2 环境毒素接触吡啶类衍生物MPTP 或杀虫剂鱼藤酮会抑制线粒体复合物Ⅰ活性，阻断电子传递链或呼吸链，引起ATP 耗竭，损伤线粒体，目前常作为帕金森病动物模型建模的神经毒素［23］。MPTP 在人体内转化为活性离子MPP+，其在线粒体中产生一氧化氮（NO）等自由基，引起线粒体功能障碍［24］。而另一种毒素百草枯诱发帕金森病发病的机制与上述两种毒素有所不同，其不能抑制线粒体复合物Ⅰ，而是直接通过增加ROS 损伤线粒体［25-26］。此外，人体长期暴露于铁等重金属时，大量Fe2+积累于脑部发生Fenton反应产生过多的羟自由基而导致线粒体发生氧化应激，造成线粒体损伤及抑制呼吸链，最终导致神经元死亡［27］。环境中接触的工业或农业毒素也通过影响线粒体功能导致帕金森病。

遗传、环境等帕金森病的致病因素可通过线粒体自噬缺陷、转运受损、线粒体钙失衡、ROS生成增加、电子传递链或呼吸链功能障碍等因素造成线粒体功能障碍，进一步导致ATP合成减少、细胞内毒物增加、氧化应激及α-Syn的积累，损伤多巴胺能神经元及形成路易小体，最终导致帕金森病的发病及加重，提示线粒体功能障碍可能是帕金森病发生、发展的核心因素。

2 艾地苯醌的药理作用

IDE 是最初由日本科学家研发的一种新型的智能促进药，其化学名称为6-（10-羟癸基）-2，3-二甲氧基-5-甲基-1，4-苯醌，分子式为C19H30O5。作为线粒体靶向治疗药物，IDE 目前广泛用于一些线粒体障碍疾病和神经退行性疾病，如弗里德赖希共济失调症（Friedreich’s ataxia，FRDA）、莱伯遗传性视神经病变（Leber’s hereditary optic neuropathy，LHON）、阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）等［28］。

2.1 多重作用机制IDE 具有双重作用机制，既可以增强线粒体呼吸链功能，提高葡萄糖利用率，促进ATP合成，改善能量代谢，又可以降低氧化应激，抑制脂质过氧化［29-30］。CARDOSO 等［31］研究发现，与维生素E 及还原型谷胱甘肽比较，IDE能够更有效抑制ROS生成以及更有效地减少过氧化物酶产生。通过研究大鼠脑线粒体中由坏血病和Fe2+引起的呼吸和非呼吸耗氧的影响发现，IDE保护细胞膜和线粒体能量偶联系统免受活性氧的损伤，且呼吸控制指数（respiratory control index，RCI）增加效应与IDE剂量相关；而RCI反映线粒体氧化磷酸化的偶联功能，可检测线粒体利用氧化释放的能量转换为ATP的效率，是评估线粒体功能的指标之一［32］，提示IDE 可提高ATP 合成效率，增加线粒体能量供给。此外，研究还发现IDE 可通过抑制电压依赖性钙内流和蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）活性来减少脑皮质神经末梢的谷氨酸释放，具有对抗兴奋性氨基酸毒性的作用［33］。

2.2 辅酶Q10作用的升级CoQ10最突出的作用是作为线粒体呼吸链中的电子载体，具有抗氧化作用，可清除氧自由基，调节钙离子稳态，有效改善线粒体功能障碍，广泛用于线粒体相关疾病［34］。CoQ10 主要从线粒体复合物Ⅰ和Ⅱ接受电子并转运到复合物Ⅲ，转运完电子后再次被复合物Ⅰ和Ⅱ还原，这种循环活动对ATP产生及抗氧化清除自由基至关重要［35］。虽然CoQ10 确实被认为是一种可能的神经保护和神经修复剂，但其长而高度亲脂性的烷基链和制剂问题是临床研究的重大障碍［36］。IDE 作为CoQ10 的化学合成类似物，相比于CoQ10其侧链更短，亲脂性更弱，亲水性较强，侧链末端增加了一个醇羟基，可以更好分配到线粒体膜中，更易通过生物膜和血脑屏障［37］。IDE虽然也可以在线粒体复合物Ⅰ中被还原，但由于亲脂性较CoQ10弱，可与亲水醌位点结合，这个位点与还原型辅酶Ⅰ（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）及黄素单核苷酸（flavin mononucleotide，FMN）结合位点部分重叠，被黄素还原形成一个不稳定的半醌产生超氧化物，反而促进氧化应激［38］。故IDE较少通过线粒体复合Ⅰ途径转运电子，但IDE大部分可通过NAD（P）H：醌氧化还原酶1［NAD（P）H：quinone oxidoreductase 1，NQO1］、甘 油醛-3-磷酸脱氢酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，G3PDH）、线粒体复合物Ⅱ等途径向线粒体呼吸链传递电子，促进ATP生成及抗氧化作用［39-40］。此外，IDE 具有极强的抗氧化能力，MCDANIEL等［41］通过使用光化学发光、氧化系统测量一次和二次氧化产物，以及紫外线照射角质形成细胞染色胸腺嘧啶二聚体等标准化步骤作为测量抗氧化能力发现，CoQ10 为55 分，而IDE 的抗氧化能力则更强，得分为95分。同时该研究发现，从清除自由基的有效浓度上看，IDE 在10 nmol/L 浓度时则可表现出清除自由基的能力，而同样情况下CoQ10 需要在100 nmol/L 浓度下才能表现。可见，IDE 的促进ATP 合成能力、抗氧化作用及清除自由基能力明显强于CoQ10。

IDE可通过增强线粒体呼吸链功能、促进ATP合成、抗氧化及清除氧自由基等多条途径改善线粒体功能，因此可能在帕金森病治疗方面具有一定潜力。

3 艾地苯醌治疗帕金森病

既往已有一系列研究确定线粒体靶向抗氧化剂是否减缓PD 退化的过程，而作为线粒体靶向抗氧化剂，IDE目前在帕金森病中的应用尚未推广。线粒体功能障碍可能是帕金森病发生、发展的关键，而IDE 具有改善线粒体功能的作用机制，二者相吻合，IDE 在帕金森病中的应用具有广阔的前景。本文分别从基础及临床研究出发，论述目前IDE治疗帕金森病的现状。

3.1 基础研究研究发现IDE 可通过提高线粒体呼吸活性、抑制线粒体氧化损伤、增强受损线粒体自噬等途径改善脑内线粒体功能，保护多巴胺神经元进而治疗帕金森病。如AVC等［42］通过IDE 干预鱼藤酮诱导的帕金森病大鼠模型，发现IDE 向线粒体传递电子后被NQO1 还原，减轻线粒体复合体Ⅰ抑制，增加线粒体呼吸功能，同时降低氧化应激指标丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平，并增加过氧化物分解酶谷胱甘肽过氧化酶-4（（glutathione peroxidase-4，GPx-4）的表达减少，提示IDE对线粒体有抗氧化作用，从而有效改善帕金森病大鼠运动功能障碍。HtrA2/Omi基因突变诱发帕金森病发病的特征为线粒体内未展开的蛋白质积累、线粒体呼吸缺陷以及ROS增多。GERHARDT等［43］通过IDE治疗HtrA2/Omi基因敲除的帕金森病小鼠，也表达了IDE在治疗帕金森病中发挥抑制线粒体氧化损伤的观点。而闫俊强等［44］通过给小鼠注射MPTP 构建经典帕金森病模型发现，IDE能提高帕金森病小鼠脑内抑制素2（prohibitin 2，PHB2）的表达，PHB2是线粒体内膜蛋白，与线粒体自噬呈正相关，提示IDE 通过增加PHB2 促进受损的线粒体自噬，保留更多功能正常的线粒体，明显缩短帕金森病小鼠记忆空间位置和方向感能力下降的平均潜伏期。在以上机制中，尽管结论有所差异，但各种途径最终目的均为保留或增强功能和结构正常的线粒体，提高脑内整体线粒体的功能，减轻多巴胺神经元的损伤。此外，IDE还可能通过线粒体以外的机制治疗帕金森病。盛泳佳等［45］除发现IDE 在治疗帕金森病中发挥抗氧化应激损伤、抑制线粒体凋亡信号的作用，还发现IDE可有效降低帕金森病小鼠黑质中小胶质细胞/巨噬细胞特异性蛋白抗体（ionized calcium binding adapter molecule-1，IBA-1）的表达。IBA-1 是小胶质细胞的标志物，其表达水平则反映小胶质细胞的激活程度。而小胶质细胞约占大脑胶质细胞的10%，在帕金森病患者中小胶质细胞活化程度显著增高［46］。YAN 等［47］证实了IDE 可通过抑制神经炎症和调节小胶质细胞表型来保护多巴胺能神经元。可见，IDE治疗帕金森病的作用机制除与改善线粒体功能有关外，还可能与抑制小胶质细胞的表达及神经炎症相关。见表1。

表1 IDE治疗帕金森病的基础研究Table 1 Basic research of idebenone in the treatment of Parkinson’s disease

3.2 临床研究近年来一些研究发现IDE在临床上可显著提高帕金森病患者的疗效，如刘瑜［48］在常规森福罗、咪多吡治疗基础上联合IDE后发现，联合IDE 在降低患者帕金森统一评分量表第3 部分（unified Parkinson’s disease rating scale-Ⅲ，UPDRS-Ⅲ）评分、汉密尔顿 抑 郁 量 表（Hamilton depression scale，HAMD）评分、汉密尔顿焦虑量表（Hamilton anxiety scale，HAMA）评分、匹兹堡睡眠质量指数量表（Pittsburgh sleep quality index，PSQI）评分，提高简易精神状态检查表（mini-mental state examination，MMSE）评分方面更优，认为IDE 可明显改善帕金森病患者运动症状、抑郁、焦虑、睡眠及认知功能。UPDRS分为4项，具体评价功能：UPDRS-Ⅰ评价患者情感与行为；UPDRS-Ⅱ评价患者生活能力；UPDRS-Ⅲ评价患者运动能力；UPDRS-Ⅳ评价患者治疗相关并发症。兰晓艳等［49］及夏秋怡等［50］等通过UPDRSⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Barthel 指数（BI）、蒙特利尔认知评估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）等其他量表评价表达了IDE联合多巴胺受体剂类药物治疗可提高帕金森病患者运动症状与非运动症状改善程度。而大部分临床研究报道了IDE 通过抑制线粒体氧化应激反应，改善线粒体功能来提高帕金森病患者治疗有效率。陈烈冉等［51］通过对照组采取常规多巴丝肼，观察组在此基础上加用IDE治疗后发现，观察组在升高血清超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）水平，降低8- 羟 基 脱 氧 鸟 苷（8-oxo-deoxyguanosine，8-OHdG）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）水平方面更优。SOD是一种重要的抗氧化酶，发挥清除氧自由基作用，其水平变化反映机体清除氧自由基的能力；MDA 是脂质过氧化物裂解产物，其水平变化提示机体脂质过氧化程度，从而反映线粒体损伤程度；8-OHdG 是由ROS 引起DNA 氧化损伤修饰产物之一，其水平变化反映氧化应激损伤程度。康蓓等［52］和慕英［53］也通过检测IDE 联合多巴丝肼治疗前后血清SOD、8-OHdG、MDA 水平表达了相同的观点。而张晓韬等［54］与徐珍［55］发现IDE 联合多巴丝肼治疗后在升高血清尿酸及SOD 方面较单纯多巴丝肼治疗更优，尿酸属于抗氧化剂，其有清除氧自由基的能力，可限制超氧化物歧化酶降解活动。上述研究进一步证实了IDE可通过清除体内的过氧化物质，使机体超氧化物歧化酶、尿酸等消耗减少，保护线粒体呼吸链的功能完整，降低氧化应激造成的损伤，抑止帕金森病患者的线粒体功能障碍。

此外，于凌等［56］则发现IDE可显著降低患者血清GDF-15 水平，GDF-15 被视为线粒体功能障碍的标志物之一［57］。黄骥等［58］证实了这一观点，还发现IDE 可降低患者α-Syn 水平，而α-Syn水平反映了机体脑组织的炎症反应，提示IDE对大脑的炎性损伤有积极的治疗作用。杨硕等［59］通过常规美多芭联合IDE 治疗后发现，联合IDE 治疗的患者UPDRS-Ⅲ评分下降，额叶N-乙酰天门氡氨酸（N-acetyl-aspartate，NAA）/肌酸（creatine，Cr）及胆碱复合物（choline-containing compounds，Cho）/Cr 则显著升高，均优于常规治疗组。大量研究已证实帕金森病患者纹状体-额叶神经环路细胞代谢有异常，且NAA/Cr 比值与神经元数量呈正相关，Cho/Cr升高则意味局部神经胶质细胞增多［60］，提示IDE可通过改善线粒体功能以及促进患者神经细胞凋亡后的局部神经胶质修复，以保护神经元及促进神经环路的完整性来介导改善帕金森病患者运动迟缓、静止性震颤及肌强直等运动症状。认知功能障碍是帕金森病常见的非运动症状之一，而帕金森病轻度认知障碍（Parkinson’s disease-mild cognitive impairment，PD-MCI）患病率较高［61］。马秀娟等［62］通过常规奥拉西坦联合IDE 治疗PD-MCI 患者后发现，更有效提高了患者Mo-CA 评分、听觉学习词语测验（auditory verbal learning test，AVLT）评分、日常生活能力量表（activities of daily living）评分，缩短连线测验（trail making test，TMT）时间，提示IDE明显改善PD-MCI 患者的认知功能及日常生活能力。上述研究均证实了联合IDE 治疗可提高治疗的有效率及安全性，但均是在常规治疗基础上加用IDE，推测可能是多巴丝肼增加了患者体内多巴胺的含量或奥拉西坦改善脑代谢，同时联合IDE的强抗氧化性，快速清除体内多余的氧自由基，抑制了线粒体障碍的产生，从而提高了治疗的有效率（表2）。而对于IDE在治疗帕金森病中只起到辅助治疗作用，还是可以完全取代多巴胺受体剂类药物，仍待研究。

表2 IDE治疗帕金森病的临床研究Table 2 Clinical research of idebenone in the treatment of Parkinson’s disease

4 结论与展望

线粒体医学已越来越成为当下多种疾病研究的重要相关靶点。大量研究证实线粒体功能障碍是导致帕金森病的重要机制之一，研究者也一直关注改善及保护线粒体功能药物对帕金森病潜在的治疗作用。IDE 作为一种线粒体抗氧化剂，靶向作用于线粒体，保护线粒体呼吸链的功能完整，改善细胞能量代谢，同时发挥抗氧化应激作用，抑制氧自由基的生成，保护线粒体功能，从而保护多巴胺神经元，改善帕金森病症状。但IDE 在帕金森病的应用尚缺少多中心临床研究，今后可以从神经保护角度出发，设计高质量随机对照研究进一步探讨其对帕金森病症状改善及疾病的修饰作用。