烟碱在帕金森病中的神经保护作用及其机制的研究进展

何 雨，张歆悦，朱洲梅，祁飞燕，管 莹*，杨兴隆*

1.昆明医科大学基础医学院，昆明市春融西路1168号 650500

2.云南中烟工业有限责任公司技术中心，昆明市世博路6号 650231

3.昆明医科大学第一附属医院，昆明市西昌路295号 650032

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种常见的神经退行性疾病，迄今为止，在发达国家其危害性仅次于阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）。随着人口老龄化的加剧，PD发病率呈现上升态势。近些年的流行病学数据还显示PD 发病逐渐趋于年轻化，预计到2040年，PD及AD等神经退行性疾病将取代癌症成为仅次于心血管疾病的人类第二大死亡原因，且全球PD患者的数量预计将超过1 200万［1-2］。目前，科学界普遍认为PD主要是遗传易感性和环境因素共同作用的结果［3］，迄今为止已报道20 多种基因的罕见或常见变异与其密切相关［4］。此外，环境因素如脑外伤、除草剂和农药等在PD的发病过程中也是不容忽视的［5-6］。PD 患者的主要神经病理学改变为中脑黑质致密部多巴胺能神经元选择性缺失，以及残留在神经元胞质中的α-突触核蛋白（α-Synuclein，α-Syn）蓄积产生神经毒性并参与路易小体的形成，最终导致纹状体多巴胺的含量显著减少。临床表现为静止性震颤、运动迟缓、姿势平衡障碍等运动症状以及嗅觉、睡眠障碍等非运动症状。现有的研究已经发现泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-proteasome system，UPS）紊乱、免疫失调、神经炎症、神经细胞凋亡及损伤、氧化应激和线粒体功能障碍等均与PD的发生和发展密切相关，但其机制尚未完全阐明。目前，针对PD的主要药物为多巴胺能药物和多巴胺受体激动剂等，但长期服用此类药物会出现疗效减退和不良反应等情况［7-10］。因此，亟待研究者寻找及开发其他潜在的PD药物。

流行病学研究结果一致表明，吸烟与PD易感性明显负相关［11-14］，但对于吸烟如何降低人群中PD的患病率仍不清楚。烟碱作为烟草的主要成分，是烟草所特有的一类生物碱［15］，具备较强的血脑屏障通透能力［16］。研究已证实，烟碱可以降低神经系统中有害蛋白质的积累［17］，促进神经元的生长并减少其凋亡、死亡［18-19］。而PD的发病机制与神经元丢失及蛋白质的蓄积均密切相关，因此，烟碱可能是潜在但十分重要的抗PD药物。进一步探究烟碱在PD中发挥的作用，有研究表明烟碱预处理可不同程度地减少PD动物模型黑质纹状体的损伤［20］，另外一项研究还发现烟碱治疗可减轻PD患者的震颤、运动迟缓等症状［21］。因此，烟碱具备一定的抗PD 作用，但具体作用机制十分复杂，目前仍不清楚，有待进一步阐明。本研究中将从烟碱对PD 患者中枢的作用靶点、潜在的保护机制以及相应的临床应用3 方面作一综述。

1 烟碱的药理作用受体

烟碱，俗称“尼古丁”，随着对其研究得深入，研究者已发现其可参与调控中枢神经系统和周围神经系统中的多重通路影响病理过程，进而发挥神经保护作用［16，18］。烟碱主要作用于大脑内的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs），nAChRs 是一种配体门控的离子通道型受体［12］，在大脑中存在9种α亚基（α2～α10）和4种β亚基（β2～β5），且在神经细胞中nAChRs以同源五聚体（α7～α10 亚基）或异源五聚体（α2～α6亚基、β2～β4 亚基）形式存在［16］，以α4-nAChRs和α7-nAChRs表达为主，且均为烟碱主要依赖型受体［22］。已知α4-nAChRs 可对细胞内外信号进行传递，参与烟碱诱导多巴胺的释放过程，且α4-nAChRs 是影响烟碱敏感性的重要受体［23］。而α7-nAChRs具有很高的钙渗透性，能够介导各种钙依赖性细胞信号通路，进而影响神经元的活性以及其对运动、学习和记忆功能的调控［24］。因此，烟碱抗神经退行性疾病的药物价值正处于广泛研究及开发阶段。

2 烟碱在PD 患者治疗中发挥的药理作用及其机制

2.1 可诱导多巴胺的释放，改善PD患者的运动障碍

脑内黑质多巴胺能神经元在人和动物的活动中起着重要作用，许多行为反应如焦虑样行为、抑郁样行为和刻板行为等均与其相关［25-26］。其合成释放的多巴胺是一类重要的神经递质，可通过多巴胺活性转运体转运到细胞外与纹状体等神经元的突触受体结合发挥作用，而黑质纹状体通路中多巴胺的缺乏也是导致PD 症状出现的最终原因［27］。烟碱作为被广泛研究的烟碱型乙酰胆碱受体类药物，在实验研究中已显示出对PD 患者相关障碍的改善作用［20］。Carvajal-Oliveros等［28］发现烟碱可通过激活多巴胺能神经元中的nAChRs 直接刺激多巴胺的释放，减轻PD患者神经退行性变化以及运动障碍。此外，Li等［29］研究表明烟碱可增加γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）能神经元的存活，减轻MPTP（1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶，1-Methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine）诱导的PD 小鼠多巴胺能神经元的损伤，调节多巴胺的释放。其他研究者还发现，在PD 大鼠模型中，烟碱可以防止黑质纹状体损伤，进而保证多巴胺的释放［30］。值得注意的是，长期使用烟碱治疗可能通过刺激α6β2 nAChRs修复纹状体功能，进而保证多巴胺的释放［31］。因此，研究和发掘更多可促进多巴胺释放的烟碱作用靶点具有重要的意义。

2.2 可对抗蛋白聚集，对PD患者发挥保护作用

在PD 患者大脑中，α-Syn 单体可形成聚集体从而产生神经毒性，且α-Syn还是路易小体的主要组成部分［32］，可沉淀在大脑中引发神经元的变性死亡。Ono等［33］通过研究揭示，烟碱可抑制α-Syn的形成并破坏预先形成的α-Syn，这可能有助于预防或控制PD等α-突触核蛋白病。此外，UPS作为机体重要的非溶酶体蛋白降解途径，可清除异常聚集的α-Syn，维持其正常的单体结构和相应功能，而其功能异常也是包括PD 在内的许多神经退行性疾病的常见机制［34］。Chatterjee等［35］发现烟碱可作用于nAChRs上调UPS功能，发挥神经保护作用。此外，确有研究者发现长期、慢性给予烟碱干预的大鼠体内UPS 的活性增加，并提出这可能是在烟碱作用下，烟碱受体与UPS之间的反馈机制发挥的抗PD作用［36］。因此，深入发掘及利用烟碱通过UPS发挥的抗PD作用，对于完善PD 的替代疗法及预防策略具有深远而重要的临床意义。

2.3 可调节神经炎症，通过抗炎作用预防PD

小胶质细胞是中枢神经系统内参与炎症反应并发挥损伤修复功能的一类免疫细胞，其介导的神经炎症在神经退行性疾病的发病机制中发挥重要作用，且小胶质细胞还控制着神经元的生存和死亡［37］。PD 患者大脑内多巴胺能神经元的丢失常伴随着小胶质细胞的炎症变化以及细胞因子等促炎介质的上调［27，38］，而初期错误折叠的α-Syn可导致小胶质细胞和星形胶质细胞激活并分泌外泌体，其可参与胶质细胞和神经元之间的通信，触发抗应激和抗炎反应［39］。Liu［40］证实烟碱可以降低小胶质细胞激活及免疫炎症反应，抑制黑质多巴胺能神经元的丢失。而Wang等［41］还发现，烟碱对活化巨噬细胞中的肿瘤坏死因子、白细胞介素-1 等促炎介质的表达具有十分显著的抑制作用。此外，Nicholatos 等［19］通过研究提出，Sirt6 可通过促炎细胞因子激活炎症及凋亡反应，因此在PD中起着致病和促炎的作用，而烟碱可以加速其降解从而发挥神经保护作用。值得注意的是，其他研究者还发现，使用烟草可减少人群罹患部分慢性胃肠道感染性疾病［42-43］，而此类疾病在PD患者中所占的比例较高［44］。因此，烟碱可通过抗炎作用成为预防PD的有效治疗手段之一，而针对脑肠轴和肠道微生物群引发的炎症，探寻烟碱可能调控PD患者肠道微生物群的具体机制也可能成为使用烟碱改善PD患者症状的研究方向。

2.4 可抑制神经元的氧化损伤，改善PD 患者的氧化应激状态

目前研究者普遍认为，过度的氧化应激反应是导致多巴胺神经元变性和残存神经元进一步损伤的重要原因。确有研究表明，PD患者大脑多处于较高水平的氧化应激状态，并且脑黑质中脂质过氧化物较正常人增多10 倍［45］。当过量的氧自由基存在时，可进一步导致线粒体电子传递链受阻，患者发生呼吸衰竭并产生能量危机，形成氧化应激和线粒体损伤的反馈循环，最终导致多巴胺能神经元过度损伤和缺失，进而参与PD 的发病过程［46］。Liu等［47］的研究显示，烟碱是一种天然的抗氧化剂，可显著抑制6-羟基多巴胺的自氧化及氧自由基的增加。在Xie等［48］的研究中，烟碱可抑制1-甲基-4-苯基吡啶离子（1-Methyl-4-phenylpyridinium，MPP+）和钙诱导的线粒体高幅度肿胀，同时还能抑制线粒体释放细胞色素c，从而减少呼吸链电子的泄露，进一步发挥抗氧化应激作用。而Cormier 等［49］也在鱼藤酮诱导的PD大鼠体内模型中发现，长期给予鱼藤酮的大鼠发生严重的线粒体损伤，但在烟碱存在的情况下，线粒体受损较少。此外，烟碱可作用于线粒体外膜上的α7-nAChRs 从而调控Ca2+的内流，参与抗氧化应激过程［50］。大量的研究结果均表明，烟碱可抑制氧化损伤、维持线粒体功能，可在改善PD 患者的临床症状中发挥重要的作用。

2.5 可抑制神经细胞凋亡，减少PD 患者的神经细胞死亡

在PD患者大脑中，各类凋亡信号分子可触发凋亡途径促进自由基的产生并导致线粒体和细胞的损伤，最终导致神经元死亡［51-52］，因此，凋亡也与PD密切相关。研究表明，烟碱也可通过烟碱受体发挥抗凋亡作用，可能在神经系统疾病中发挥重要作用［53］。俭非等［54］在研究中发现，烟碱可上调黑质神经元中Bcl-l 蛋白的表达，减少MPTP 所诱导的Fas 蛋白表达，从而减少黑质神经元细胞凋亡的发生。而Xu等［55］首次证实，将烟碱添加到使用MPP+诱导的SH-SY5Y细胞中，烟碱预处理可激活α7-nAChRs/MAPK/p53轴发挥抗凋亡的神经保护作用，并且发现烟碱的抗凋亡作用还与ERK/MAPK 信号密切相关。此外，Liu 等［56］发现经烟碱预处理的小鼠可以通过线粒体途径抵抗H2O2诱导的星形胶质细胞凋亡，而烟碱全身给药可抑制由MPP+导致的中脑黑质致密部的星形胶质细胞和小胶质细胞活化，保护其免受氧化应激所致的凋亡。而星形胶质细胞作为数量最多的胶质细胞，在PD 的整个发展过程中均发挥着重要作用［57］。因此，烟碱还可通过对抗凋亡、恢复星形胶质细胞的功能成为PD治疗的新靶点。

2.6 其他

嗅觉障碍是PD 患者最早出现的非运动症状之一，且数据表明约90%的患者在早期即出现嗅觉异常［58］。因此，寻求药物早期干预以及治疗嗅觉障碍对PD 的治疗具有重要意义。确有研究者也在动物实验中发现，MPTP小鼠的嗅觉察觉与分辨能力较之正常小鼠均有下降，但烟碱可通过保护嗅球中的胆碱能系统缓解此现象，进而改善MPTP 小鼠的嗅觉障碍［59-60］。此外，Kelton等［61］初步研究显示，短期、急性给予烟碱后将对PD 患者的部分认知水平有所改善（如反应时间、信息处理速度等），而长期、慢性给予烟碱治疗后PD患者锥体外系功能得到改善，且治疗耐受性良好。因此，烟碱有望成为改善PD患者的运动及非运动症状的良好药物。

3 烟碱临床前及临床给药途径

众多的实验数据表明烟碱对PD 的干预是合理且有意义的，但如何达到最佳效果的问题尚未解决。因烟碱与烟碱受体复杂的动态作用，研究者认为给药途径似乎是最佳效果的关键决定因素［62］。目前，烟碱给药途径主要有皮下注射、经皮贴片、烟碱口香糖和脉冲性烟碱。1926年，Moll［63］在对脑炎后PD 患者进行皮下注射烟碱的研究中，经评估发现PD患者肌肉僵硬症状得到明显改善，但同时观察到包括恶心、呕吐、痉挛和震颤在内的严重副作用，而其余3种给药途径正处于研究热潮。因此，以下将主要展示经皮贴片、烟碱口香糖和脉冲性烟碱3种给药途径对PD 患者的保护效果，以期为烟碱应用于PD的临床治疗提供更大的依据及便利。

烟碱经皮贴片以一种缓慢的形式释放烟碱，用时将贴片贴在皮肤上即可，可减少给药频率，有效控制血浆药物浓度，改善耐受性及避免肝脏的首过代谢等［64］。Villafane等［65］的初步研究结果表明，长期、高剂量给予烟碱经皮贴片治疗的PD 患者不仅运动功能提高，同时多巴胺能药物的用药次数也减少。此外，在Fagerström等［21］研究者的双盲实验过程中发现，其中一名接受烟碱经皮贴片治疗的老年PD患者的睡眠障碍和运动性障碍均有所改善。但在2004年的另一项研究［66］中发现，烟碱经皮贴片治疗对PD患者的运动或认知功能无显著影响，但该项研究中部分患者表现出较差的耐受性，研究者提出烟碱经皮贴片可能缺乏针对参与PD 病理生理学的关键烟碱受体的特异性。除此之外，可能是因为PD患者的异质性、烟碱的持续时间以及药物剂量等所导致的耐受性异同。

烟碱口香糖则通过咀嚼运动以一种间歇性的方式急性释放烟碱，再通过口腔黏膜缓慢吸收并输送到体循环［67］。在Fagerström等［21］的研究中，另外一名主要表现为肌张力障碍的PD 综合征患者在进行烟碱口香糖联合贴片实验后，对其进行运动功能评分，发现该患者的运动障碍确有改善。另一项针对非吸烟PD 患者的研究也表明，使用烟碱口香糖的PD 患者的耐受性相当好，但该研究也同时显现出烟碱口香糖具有的局限性，如戴假牙的患者在咀嚼的过程中可能会影响烟碱释放的速度和完整性［68］。

脉冲烟碱是以一种高剂量、快速并局限于特定区域的形式释放的烟碱，使用该药物可针对PD患者特定脑区的特异性烟碱受体进行治疗。Benoit-Marand等［69］、Ling 等［70］在研究中发现，在给予PD 患者低浓度烟碱时患者会出现短暂的运动恶化，考虑可能是多巴胺的释放量低于阈值出现的“超关闭”现象。表明较高剂量的烟碱（如鼻雾喷剂）可能是改善PD 患者症状的潜在措施。而现阶段的其他研究实验和数据也均表明，通过吸入或鼻喷雾剂等脉冲烟碱给药方式可能是使PD患者获得最大益处的最佳途径［62］。

4 总结与展望

流行病学和多方面实验研究一致表明，烟碱很可能是健康人群或PD 患者抗PD 的有效药物：①烟碱可通过大脑内nAChRs 调控多巴胺的释放以及与多巴胺有关的信号传递，进而维持神经系统的功能；②烟碱可直接刺激多巴胺能神经元或通过保护及修复纹状体，进而保证多巴胺的释放量，从而改善或减轻PD引起的运动症状或退行性变化；③烟碱可调控UPS 减少、清除有害蛋白质的聚集，发挥其抗PD 的作用；④烟碱还可通过对抗氧化应激、炎症等途径减少神经元的凋亡甚至死亡，并可通过保护小胶质细胞、星形胶质细胞的功能，进一步改善及延缓PD 的发生发展；⑤将烟碱广泛应用于缓解PD 患者嗅觉异常及认知障碍等非运动症状具有极大的可行性。

随着社会老龄化程度的急剧上升，防大于治已成为PD 等神经退行性疾病的趋势。烟碱作为一种新型高效的抗PD药物，不仅具备极强的血脑屏障穿透能力，还可与广泛分布于神经节突触后膜的nAChRs结合，其药物转化价值不可估量。但目前尚缺乏大量及大型临床试验数据明确烟碱的具体作用机理和安全性，并且尚未有研究报道烟碱对PD患者的睡眠障碍和便秘症状是否具有改善作用，研究者可进一步开展实验进行重点探索。对于烟碱药物的广泛应用，目前科学界仍存在众多难题：①烟碱具备的成瘾性仍不可忽略，如何实现对烟碱剂量的精准控制从而避免成瘾问题；②如何设计烟碱药物的服用方式以达到最佳效果；③定量的烟碱与nAChRs如何相互作用还有望相关研究进一步支持；④使用烟碱药物时，患者的异质性及特殊群体用药应当如何考虑。如孕妇使用烟碱新生儿的致畸率显著提高；部分患者在给予烟碱后难以耐受。临床使用烟碱药物预防及改善PD患者症状时，如何能够同时考虑其广泛使用与个体化用药仍有待解决。因此，研究者还需深入对烟碱的药理结构（如基本骨架、药效基团）、药物-药物相互作用（如增强、拮抗作用）及药物-机体相互作用（如剂-效曲线）等的研究，探究烟碱抗神经退行性疾病的共性，突破烟碱现阶段尚未解决的问题，并进一步研发其他的烟碱类似物，从而完善烟碱的治疗体系。同时，将对烟碱的研究成果应用于开发新的PD 及其他神经退行性疾病预防和改善的药物中，均具有极大的可行性及临床意义。