近十年咖啡因对帕金森病的神经保护机制研究分析*

李华 郭婕 亢恺雯 路小伟 李智智 白呦呦 王强,3，4**

(1.陕西中医药大学针灸推拿学院，陕西 咸阳 712046；2.陕西中医药大学第二临床医学院，陕西 咸阳 712046；3.陕西省针药结合重点实验室，陕西 咸阳 712046；4.咸阳市神经生物学(针灸)重点实验室，陕西 咸阳 712046)

帕金森氏病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见的中老年神经系统退行性疾病，其主要特征是中脑黑质致密部(SNpc)多巴胺能神经元的缓慢和进行性丧失[1],以静息震颤、四肢肌肉僵硬、动作迟缓、姿势平衡障碍这四大运动症状为显著特征[2]。PD影响全球600万人，预计这将在未来20年中翻一番[3]，虽然其不足以致命，但严重影响患者的日常生活及工作。目前尚无有效方法可治愈PD，但通过药物如左旋多巴、硒甘胺和红肽等可减轻症状，须注意的是这些药物的副作用仍是不可忽视的[4]。

咖啡因(1,3,7-三甲基黄嘌呤)是一种非选择性腺苷受体拮抗剂，能抑制脂质过氧化，降低活性氧(ROS)的产生[5]，对保护PD潜在的神经变性存在可能性。对大鼠的一项研究表明，咖啡因可逆转D-半乳糖所致的氧化应激和减轻炎症反应[6]，已建议咖啡因可作为抗氧化剂和ROS清除剂[7]，防止脂质过氧化，减少氧化性DNA损伤[8]，并在氧化应激下在小鼠大脑中显示免疫调节作用[9]。因此，咖啡因在神经退行性疾病中的作用于过去多年中得到了广泛的研究。本文将近十年咖啡因对PD的神经保护机制进行如下阐述。

1 咖啡因对MPTP诱导的PD模型神经保护

1.1对神经元损伤的影响 1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)是一种用于非人类灵长类动物的神经毒素[10]。其选择性损害黑质纹体系统多巴胺神经元，使多巴胺(DA)及其代谢产物降低,引起典型的帕金森氏样症状。MPTP类毒性物质有其构效关系,其毒性主要与在脑内形成1-甲基-4-苯吡啶(MPP～+)有关[11]。

Xu等人[12]研究发现将咖啡因最佳效果摄入量10 mg·kg-1摄入10周龄雄性PD模型大鼠体内，结果显示减少了MPTP诱导的多巴胺损失。Bagga等人[13]研究用咖啡因(30 mg·kg-1，腹膜内)处理成年PD模型小鼠30分钟，发现咖啡因预处理MPTP模型小鼠中显示出显著的保护作用，可防止爪子抓地力降低。此外，在启动MPP输注后，在1周(黑质纹状体多巴胺丢失的早期阶段)或3周(黑质纹状体多巴胺丢失的晚期阶段)均可减少黑质细胞的丢失(1周：94%减少，3周：69%减少)。咖啡因给药阻断了PD模型的黑质神经退行性过程[14]。

1.2对神经炎症的影响α-突触核蛋白(α-Syn)，一种细胞外聚集形式，可以结合Toll样受体2(TLR2)、CD11b受体和小胶质细胞上的β1亚基整合素，触发大量小胶质细胞活化和神经炎症，导致神经元死亡[15]。

作为PD的关键神经保护因子，咖啡因可能控制与PD相关的小胶质细胞介导的神经炎症反应[16]。在MPTP小鼠模型中，每天腹腔注射咖啡因可使小胶质细胞的反应减弱，并防止血脑屏障(BBB)的失调，减少多巴胺能神经元的损失[17]。此外,即使在神经退行性过程的后期引入，咖啡因也能够减弱反应性小胶质细胞的炎症反应和小胶质细胞的表达[18]。

1.3对谷氨酸兴奋性毒性的影响 腺苷受体(A2AR)通过增加腺苷激活A2AR，以调节神经传递保护脑损伤[19]。A2AR介导磷细胞外信号还原酶激酶(PERK)的上调，导致谷氨酸迅速释放且急剧增加[20]。因此，激发兴奋性毒性的恶性循环会导致活性氧(ROS)的产生增加，而抑制A2AR可达到抗凋亡的作用[21]。

咖啡因在黑质中的神经保护作用可能是由于咖啡因与腺苷的竞争性拮抗所致。咖啡因作为腺苷受体拮抗剂，可通过阻断A2AR的激活[22]，减少谷氨酸的释放及减轻兴奋性毒性，从而防止黑质致密部和纹状体神经元的进一步损伤。

2 咖啡因对其他药物诱导的PD模型神经保护

2.1对鱼藤酮诱导的PD模型影响 鱼藤酮是一种线粒体复合物1抑制剂，具有很强的亲脂性，能穿透血脑屏障和细胞膜[23]，抑制细胞呼吸链，增加细胞线粒体膜的通透性而释放大量凋亡刺激因子，引发细胞调亡[24]。其毒素诱导多巴胺神经损失和PD运动症状。

咖啡酸(CA)和绿原酸(CGA)是具有抗氧化性能的咖啡成分[25]。鱼藤酮诱导的PD小鼠模型口服溶解在5%甲基纤维素中的CA(30 mg·(kg·d)-1)或CGA(50 mg·(kg·d)-1))，经免疫组织化学分析小鼠黑质TH阳性细胞减少[26]。CA和CGA均可预防PD类小鼠中星形胶质细胞抗氧化剂上调而引起的多巴胺能神经退行性变，尽管CA和CGA的MT上调机制尚不清楚[27-28]。

2.2对6-羟基多巴胺(6-OHDA)诱导的PD模型影响 6-羟基多巴胺(6-OHDA)，是儿茶酚胺的羟基化衍生物，与多巴胺转运体进入黑质纹状体多巴胺能神经元，被氧化形成H2O2、超氧化物和相应的醌[29]，大量的ROS生成而超出了多巴胺神经元自身抗氧化清除的能力，发挥神经毒作用。

将雄性大鼠分为假手术组和纹状体6-OHDA损伤组，每日分别口服咖啡因(10和20 mg·kg-1)，治疗2周。结果表明，咖啡因增加了多巴胺含量，并逆转了6-OHDA损伤组中纹状体多巴胺的下降。此外，其改善了6-OHDA损伤组的纹状体海马神经元的活力，并显著提高了TH免疫反应性。所有这些作用都指出咖啡因的神经保护作用及其在防治PD中的潜在益处[29]。

2.3对a-突触核蛋白(α-Syn)原纤维诱导的PD模型影响 自噬是实现异常降解的一种高度保守的保护和防御机制[16]，而当自噬异常调节时，加剧了α-Syn聚集引起神经退行性变。

利用α-Syn原纤维PD模型，咖啡因可以通过在PD模型中重建自噬活性来减弱异常α-Syn聚集和神经毒性[17]。首先，几项研究发现PD实验模型中都存在自噬-溶酶体途径活性的改变，包括分子伴侣介导的自噬(CMA)和巨自噬[18-20]。其次，异常聚集的α-Syn内含物主要通过自噬降解[21]，而自噬的缺陷或缺乏可导致细胞内异常折叠的淀粉样α-Syn聚集物的积累[22]。第三，在人神经母细胞瘤(SH-SY5Y)中，α-Syn过表达可以通过减少自噬小体的形成来阻止自噬[23]。而慢性咖啡因治疗不会影响正常小鼠纹状体中的自噬过程，但可以选择性地逆转大自噬和CMA缺陷[24]。因此，咖啡因可能是通过调节自噬活性预防PD模型α-突触核蛋白病。

3 总结与展望

流行病学和临床前数据表明，咖啡因主要对MPTP诱导的PD模型神经元损伤，神经炎症，自噬异常及谷氨酸兴奋性毒性产生负性影响，且对其他物质诱导的PD模型的神经亦有保护作用。可见咖啡因能对多种病理改变引起的多巴胺能神经元变性产生保护作用,进而延缓PD的发生和进展。咖啡因针对PD早期症状的缓解具有明显效果，加速了临床尽早将咖啡因作为辅助治疗剂的步伐。然而文献中并未明确提出使用咖啡因的截点，停用后PD症状是否会向愈或加重。应在研究中作为新的方向进行深层探析，为临床改善相关神经退行性疾病患者提供用药契机点。

同时，近年来与咖啡因和神经保护机制有关的话题已成为咖啡和健康研究领域中的热点。中医认为咖啡具有特殊的芳香和苦味，多辛散之力，以行熄风止痉之功。中医将帕金森病归属于内风范畴，以期咖啡因达到熄风止颤之功。中医药治疗神经退行性疾病具有多靶点多成分参与，副作用小，起效平稳的优势。且在方药的现代研究基础上，如何将咖啡因与中医药有效成分相结合，并借鉴、吸取帕金森病科学研究最新成就，突破现有学术框架，进一步将咖啡因与中医药研究相结合，作为神经退行性疾病防治的新方法、新药物并将研发推向新阶段。