煙堿在帕金森病中的神經保護作用及其機制的研究進展

何 雨，張歆悅，朱洲梅，祁飛燕，管 瑩*，楊興隆*

1.昆明醫科大學基礎醫學院，昆明市春融西路1168號 650500

2.云南中煙工業有限責任公司技術中心，昆明市世博路6號 650231

3.昆明醫科大學第一附屬醫院，昆明市西昌路295號 650032

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一種常見的神經退行性疾病，迄今為止，在發達國家其危害性僅次于阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）。隨著人口老齡化的加劇，PD發病率呈現上升態勢。近些年的流行病學數據還顯示PD 發病逐漸趨于年輕化，預計到2040年，PD及AD等神經退行性疾病將取代癌癥成為僅次于心血管疾病的人類第二大死亡原因，且全球PD患者的數量預計將超過1 200萬［1-2］。目前，科學界普遍認為PD主要是遺傳易感性和環境因素共同作用的結果［3］，迄今為止已報道20 多種基因的罕見或常見變異與其密切相關［4］。此外，環境因素如腦外傷、除草劑和農藥等在PD的發病過程中也是不容忽視的［5-6］。PD 患者的主要神經病理學改變為中腦黑質致密部多巴胺能神經元選擇性缺失，以及殘留在神經元胞質中的α-突觸核蛋白（α-Synuclein，α-Syn）蓄積產生神經毒性并參與路易小體的形成，最終導致紋狀體多巴胺的含量顯著減少。臨床表現為靜止性震顫、運動遲緩、姿勢平衡障礙等運動癥狀以及嗅覺、睡眠障礙等非運動癥狀。現有的研究已經發現泛素-蛋白酶體系統（Ubiquitin-proteasome system，UPS）紊亂、免疫失調、神經炎癥、神經細胞凋亡及損傷、氧化應激和線粒體功能障礙等均與PD的發生和發展密切相關，但其機制尚未完全闡明。目前，針對PD的主要藥物為多巴胺能藥物和多巴胺受體激動劑等，但長期服用此類藥物會出現療效減退和不良反應等情況［7-10］。因此，亟待研究者尋找及開發其他潛在的PD藥物。

流行病學研究結果一致表明，吸煙與PD易感性明顯負相關［11-14］，但對于吸煙如何降低人群中PD的患病率仍不清楚。煙堿作為煙草的主要成分，是煙草所特有的一類生物堿［15］，具備較強的血腦屏障通透能力［16］。研究已證實，煙堿可以降低神經系統中有害蛋白質的積累［17］，促進神經元的生長并減少其凋亡、死亡［18-19］。而PD的發病機制與神經元丟失及蛋白質的蓄積均密切相關，因此，煙堿可能是潛在但十分重要的抗PD藥物。進一步探究煙堿在PD中發揮的作用，有研究表明煙堿預處理可不同程度地減少PD動物模型黑質紋狀體的損傷［20］，另外一項研究還發現煙堿治療可減輕PD患者的震顫、運動遲緩等癥狀［21］。因此，煙堿具備一定的抗PD 作用，但具體作用機制十分復雜，目前仍不清楚，有待進一步闡明。本研究中將從煙堿對PD 患者中樞的作用靶點、潛在的保護機制以及相應的臨床應用3 方面作一綜述。

1 煙堿的藥理作用受體

煙堿，俗稱“尼古丁”，隨著對其研究得深入，研究者已發現其可參與調控中樞神經系統和周圍神經系統中的多重通路影響病理過程，進而發揮神經保護作用［16，18］。煙堿主要作用于大腦內的煙堿型乙酰膽堿受體（nAChRs），nAChRs 是一種配體門控的離子通道型受體［12］，在大腦中存在9種α亞基（α2～α10）和4種β亞基（β2～β5），且在神經細胞中nAChRs以同源五聚體（α7～α10 亞基）或異源五聚體（α2～α6亞基、β2～β4 亞基）形式存在［16］，以α4-nAChRs和α7-nAChRs表達為主，且均為煙堿主要依賴型受體［22］。已知α4-nAChRs 可對細胞內外信號進行傳遞，參與煙堿誘導多巴胺的釋放過程，且α4-nAChRs 是影響煙堿敏感性的重要受體［23］。而α7-nAChRs具有很高的鈣滲透性，能夠介導各種鈣依賴性細胞信號通路，進而影響神經元的活性以及其對運動、學習和記憶功能的調控［24］。因此，煙堿抗神經退行性疾病的藥物價值正處于廣泛研究及開發階段。

2 煙堿在PD 患者治療中發揮的藥理作用及其機制

2.1 可誘導多巴胺的釋放，改善PD患者的運動障礙

腦內黑質多巴胺能神經元在人和動物的活動中起著重要作用，許多行為反應如焦慮樣行為、抑郁樣行為和刻板行為等均與其相關［25-26］。其合成釋放的多巴胺是一類重要的神經遞質，可通過多巴胺活性轉運體轉運到細胞外與紋狀體等神經元的突觸受體結合發揮作用，而黑質紋狀體通路中多巴胺的缺乏也是導致PD 癥狀出現的最終原因［27］。煙堿作為被廣泛研究的煙堿型乙酰膽堿受體類藥物，在實驗研究中已顯示出對PD 患者相關障礙的改善作用［20］。Carvajal-Oliveros等［28］發現煙堿可通過激活多巴胺能神經元中的nAChRs 直接刺激多巴胺的釋放，減輕PD患者神經退行性變化以及運動障礙。此外，Li等［29］研究表明煙堿可增加γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric acid，GABA）能神經元的存活，減輕MPTP（1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶，1-Methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine）誘導的PD 小鼠多巴胺能神經元的損傷，調節多巴胺的釋放。其他研究者還發現，在PD 大鼠模型中，煙堿可以防止黑質紋狀體損傷，進而保證多巴胺的釋放［30］。值得注意的是，長期使用煙堿治療可能通過刺激α6β2 nAChRs修復紋狀體功能，進而保證多巴胺的釋放［31］。因此，研究和發掘更多可促進多巴胺釋放的煙堿作用靶點具有重要的意義。

2.2 可對抗蛋白聚集，對PD患者發揮保護作用

在PD 患者大腦中，α-Syn 單體可形成聚集體從而產生神經毒性，且α-Syn還是路易小體的主要組成部分［32］，可沉淀在大腦中引發神經元的變性死亡。Ono等［33］通過研究揭示，煙堿可抑制α-Syn的形成并破壞預先形成的α-Syn，這可能有助于預防或控制PD等α-突觸核蛋白病。此外，UPS作為機體重要的非溶酶體蛋白降解途徑，可清除異常聚集的α-Syn，維持其正常的單體結構和相應功能，而其功能異常也是包括PD 在內的許多神經退行性疾病的常見機制［34］。Chatterjee等［35］發現煙堿可作用于nAChRs上調UPS功能，發揮神經保護作用。此外，確有研究者發現長期、慢性給予煙堿干預的大鼠體內UPS 的活性增加，并提出這可能是在煙堿作用下，煙堿受體與UPS之間的反饋機制發揮的抗PD作用［36］。因此，深入發掘及利用煙堿通過UPS發揮的抗PD作用，對于完善PD 的替代療法及預防策略具有深遠而重要的臨床意義。

2.3 可調節神經炎癥，通過抗炎作用預防PD

小膠質細胞是中樞神經系統內參與炎癥反應并發揮損傷修復功能的一類免疫細胞，其介導的神經炎癥在神經退行性疾病的發病機制中發揮重要作用，且小膠質細胞還控制著神經元的生存和死亡［37］。PD 患者大腦內多巴胺能神經元的丟失常伴隨著小膠質細胞的炎癥變化以及細胞因子等促炎介質的上調［27，38］，而初期錯誤折疊的α-Syn可導致小膠質細胞和星形膠質細胞激活并分泌外泌體，其可參與膠質細胞和神經元之間的通信，觸發抗應激和抗炎反應［39］。Liu［40］證實煙堿可以降低小膠質細胞激活及免疫炎癥反應，抑制黑質多巴胺能神經元的丟失。而Wang等［41］還發現，煙堿對活化巨噬細胞中的腫瘤壞死因子、白細胞介素-1 等促炎介質的表達具有十分顯著的抑制作用。此外，Nicholatos 等［19］通過研究提出，Sirt6 可通過促炎細胞因子激活炎癥及凋亡反應，因此在PD中起著致病和促炎的作用，而煙堿可以加速其降解從而發揮神經保護作用。值得注意的是，其他研究者還發現，使用煙草可減少人群罹患部分慢性胃腸道感染性疾病［42-43］，而此類疾病在PD患者中所占的比例較高［44］。因此，煙堿可通過抗炎作用成為預防PD的有效治療手段之一，而針對腦腸軸和腸道微生物群引發的炎癥，探尋煙堿可能調控PD患者腸道微生物群的具體機制也可能成為使用煙堿改善PD患者癥狀的研究方向。

2.4 可抑制神經元的氧化損傷，改善PD 患者的氧化應激狀態

目前研究者普遍認為，過度的氧化應激反應是導致多巴胺神經元變性和殘存神經元進一步損傷的重要原因。確有研究表明，PD患者大腦多處于較高水平的氧化應激狀態，并且腦黑質中脂質過氧化物較正常人增多10 倍［45］。當過量的氧自由基存在時，可進一步導致線粒體電子傳遞鏈受阻，患者發生呼吸衰竭并產生能量危機，形成氧化應激和線粒體損傷的反饋循環，最終導致多巴胺能神經元過度損傷和缺失，進而參與PD 的發病過程［46］。Liu等［47］的研究顯示，煙堿是一種天然的抗氧化劑，可顯著抑制6-羥基多巴胺的自氧化及氧自由基的增加。在Xie等［48］的研究中，煙堿可抑制1-甲基-4-苯基吡啶離子（1-Methyl-4-phenylpyridinium，MPP+）和鈣誘導的線粒體高幅度腫脹，同時還能抑制線粒體釋放細胞色素c，從而減少呼吸鏈電子的泄露，進一步發揮抗氧化應激作用。而Cormier 等［49］也在魚藤酮誘導的PD大鼠體內模型中發現，長期給予魚藤酮的大鼠發生嚴重的線粒體損傷，但在煙堿存在的情況下，線粒體受損較少。此外，煙堿可作用于線粒體外膜上的α7-nAChRs 從而調控Ca2+的內流，參與抗氧化應激過程［50］。大量的研究結果均表明，煙堿可抑制氧化損傷、維持線粒體功能，可在改善PD 患者的臨床癥狀中發揮重要的作用。

2.5 可抑制神經細胞凋亡，減少PD 患者的神經細胞死亡

在PD患者大腦中，各類凋亡信號分子可觸發凋亡途徑促進自由基的產生并導致線粒體和細胞的損傷，最終導致神經元死亡［51-52］，因此，凋亡也與PD密切相關。研究表明，煙堿也可通過煙堿受體發揮抗凋亡作用，可能在神經系統疾病中發揮重要作用［53］。儉非等［54］在研究中發現，煙堿可上調黑質神經元中Bcl-l 蛋白的表達，減少MPTP 所誘導的Fas 蛋白表達，從而減少黑質神經元細胞凋亡的發生。而Xu等［55］首次證實，將煙堿添加到使用MPP+誘導的SH-SY5Y細胞中，煙堿預處理可激活α7-nAChRs/MAPK/p53軸發揮抗凋亡的神經保護作用，并且發現煙堿的抗凋亡作用還與ERK/MAPK 信號密切相關。此外，Liu 等［56］發現經煙堿預處理的小鼠可以通過線粒體途徑抵抗H2O2誘導的星形膠質細胞凋亡，而煙堿全身給藥可抑制由MPP+導致的中腦黑質致密部的星形膠質細胞和小膠質細胞活化，保護其免受氧化應激所致的凋亡。而星形膠質細胞作為數量最多的膠質細胞，在PD 的整個發展過程中均發揮著重要作用［57］。因此，煙堿還可通過對抗凋亡、恢復星形膠質細胞的功能成為PD治療的新靶點。

2.6 其他

嗅覺障礙是PD 患者最早出現的非運動癥狀之一，且數據表明約90%的患者在早期即出現嗅覺異常［58］。因此，尋求藥物早期干預以及治療嗅覺障礙對PD 的治療具有重要意義。確有研究者也在動物實驗中發現，MPTP小鼠的嗅覺察覺與分辨能力較之正常小鼠均有下降，但煙堿可通過保護嗅球中的膽堿能系統緩解此現象，進而改善MPTP 小鼠的嗅覺障礙［59-60］。此外，Kelton等［61］初步研究顯示，短期、急性給予煙堿后將對PD 患者的部分認知水平有所改善（如反應時間、信息處理速度等），而長期、慢性給予煙堿治療后PD患者錐體外系功能得到改善，且治療耐受性良好。因此，煙堿有望成為改善PD患者的運動及非運動癥狀的良好藥物。

3 煙堿臨床前及臨床給藥途徑

眾多的實驗數據表明煙堿對PD 的干預是合理且有意義的，但如何達到最佳效果的問題尚未解決。因煙堿與煙堿受體復雜的動態作用，研究者認為給藥途徑似乎是最佳效果的關鍵決定因素［62］。目前，煙堿給藥途徑主要有皮下注射、經皮貼片、煙堿口香糖和脈沖性煙堿。1926年，Moll［63］在對腦炎后PD 患者進行皮下注射煙堿的研究中，經評估發現PD患者肌肉僵硬癥狀得到明顯改善，但同時觀察到包括惡心、嘔吐、痙攣和震顫在內的嚴重副作用，而其余3種給藥途徑正處于研究熱潮。因此，以下將主要展示經皮貼片、煙堿口香糖和脈沖性煙堿3種給藥途徑對PD 患者的保護效果，以期為煙堿應用于PD的臨床治療提供更大的依據及便利。

煙堿經皮貼片以一種緩慢的形式釋放煙堿，用時將貼片貼在皮膚上即可，可減少給藥頻率，有效控制血漿藥物濃度，改善耐受性及避免肝臟的首過代謝等［64］。Villafane等［65］的初步研究結果表明，長期、高劑量給予煙堿經皮貼片治療的PD 患者不僅運動功能提高，同時多巴胺能藥物的用藥次數也減少。此外，在Fagerstr?m等［21］研究者的雙盲實驗過程中發現，其中一名接受煙堿經皮貼片治療的老年PD患者的睡眠障礙和運動性障礙均有所改善。但在2004年的另一項研究［66］中發現，煙堿經皮貼片治療對PD患者的運動或認知功能無顯著影響，但該項研究中部分患者表現出較差的耐受性，研究者提出煙堿經皮貼片可能缺乏針對參與PD 病理生理學的關鍵煙堿受體的特異性。除此之外，可能是因為PD患者的異質性、煙堿的持續時間以及藥物劑量等所導致的耐受性異同。

煙堿口香糖則通過咀嚼運動以一種間歇性的方式急性釋放煙堿，再通過口腔黏膜緩慢吸收并輸送到體循環［67］。在Fagerstr?m等［21］的研究中，另外一名主要表現為肌張力障礙的PD 綜合征患者在進行煙堿口香糖聯合貼片實驗后，對其進行運動功能評分，發現該患者的運動障礙確有改善。另一項針對非吸煙PD 患者的研究也表明，使用煙堿口香糖的PD 患者的耐受性相當好，但該研究也同時顯現出煙堿口香糖具有的局限性，如戴假牙的患者在咀嚼的過程中可能會影響煙堿釋放的速度和完整性［68］。

脈沖煙堿是以一種高劑量、快速并局限于特定區域的形式釋放的煙堿，使用該藥物可針對PD患者特定腦區的特異性煙堿受體進行治療。Benoit-Marand等［69］、Ling 等［70］在研究中發現，在給予PD 患者低濃度煙堿時患者會出現短暫的運動惡化，考慮可能是多巴胺的釋放量低于閾值出現的“超關閉”現象。表明較高劑量的煙堿（如鼻霧噴劑）可能是改善PD 患者癥狀的潛在措施。而現階段的其他研究實驗和數據也均表明，通過吸入或鼻噴霧劑等脈沖煙堿給藥方式可能是使PD患者獲得最大益處的最佳途徑［62］。

4 總結與展望

流行病學和多方面實驗研究一致表明，煙堿很可能是健康人群或PD 患者抗PD 的有效藥物：①煙堿可通過大腦內nAChRs 調控多巴胺的釋放以及與多巴胺有關的信號傳遞，進而維持神經系統的功能；②煙堿可直接刺激多巴胺能神經元或通過保護及修復紋狀體，進而保證多巴胺的釋放量，從而改善或減輕PD引起的運動癥狀或退行性變化；③煙堿可調控UPS 減少、清除有害蛋白質的聚集，發揮其抗PD 的作用；④煙堿還可通過對抗氧化應激、炎癥等途徑減少神經元的凋亡甚至死亡，并可通過保護小膠質細胞、星形膠質細胞的功能，進一步改善及延緩PD 的發生發展；⑤將煙堿廣泛應用于緩解PD 患者嗅覺異常及認知障礙等非運動癥狀具有極大的可行性。

隨著社會老齡化程度的急劇上升，防大于治已成為PD 等神經退行性疾病的趨勢。煙堿作為一種新型高效的抗PD藥物，不僅具備極強的血腦屏障穿透能力，還可與廣泛分布于神經節突觸后膜的nAChRs結合，其藥物轉化價值不可估量。但目前尚缺乏大量及大型臨床試驗數據明確煙堿的具體作用機理和安全性，并且尚未有研究報道煙堿對PD患者的睡眠障礙和便秘癥狀是否具有改善作用，研究者可進一步開展實驗進行重點探索。對于煙堿藥物的廣泛應用，目前科學界仍存在眾多難題：①煙堿具備的成癮性仍不可忽略，如何實現對煙堿劑量的精準控制從而避免成癮問題；②如何設計煙堿藥物的服用方式以達到最佳效果；③定量的煙堿與nAChRs如何相互作用還有望相關研究進一步支持；④使用煙堿藥物時，患者的異質性及特殊群體用藥應當如何考慮。如孕婦使用煙堿新生兒的致畸率顯著提高；部分患者在給予煙堿后難以耐受。臨床使用煙堿藥物預防及改善PD患者癥狀時，如何能夠同時考慮其廣泛使用與個體化用藥仍有待解決。因此，研究者還需深入對煙堿的藥理結構（如基本骨架、藥效基團）、藥物-藥物相互作用（如增強、拮抗作用）及藥物-機體相互作用（如劑-效曲線）等的研究，探究煙堿抗神經退行性疾病的共性，突破煙堿現階段尚未解決的問題，并進一步研發其他的煙堿類似物，從而完善煙堿的治療體系。同時，將對煙堿的研究成果應用于開發新的PD 及其他神經退行性疾病預防和改善的藥物中，均具有極大的可行性及臨床意義。