辛延樂 李艷花 張輝 楊興旺 楊春彥 尉杰忠 劉春云 肖保國 馬存根

Rho激酶抑制劑：治療神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的潛在藥物

辛延樂 李艷花 張輝 楊興旺 楊春彥 尉杰忠 劉春云 肖保國 馬存根

近10年來，由于神經(jīng)影像和分子生物學(xué)迅速發(fā)展，神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的診斷取得了長足進(jìn)步。相比之下，其治療仍然舉步維艱。了解神經(jīng)變性的細(xì)胞和分子機(jī)制，尋找真實有效的干預(yù)靶點、提高疾病預(yù)防和治療效果是臨床神經(jīng)科學(xué)迫切需要解決的現(xiàn)實問題。近年來人們發(fā)現(xiàn)諸多神經(jīng)變性病呈現(xiàn)相似的病理和重疊的臨床表現(xiàn)，它們之間存在類似的細(xì)胞和分子機(jī)制，免疫炎性反應(yīng)形成的微環(huán)境是其共同的細(xì)胞學(xué)通路，而其中Rho激酶(ROCK)的異常激活可能是其共同的分子機(jī)制之一。研究表明通過抑制ROCK的活性能夠減少免疫細(xì)胞的炎性反應(yīng)、抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)一氧化氮(NO)、白細(xì)胞介素1β (IL-1β )、白細(xì)胞介素6(IL-6)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)等炎性因子產(chǎn)生，改善炎性微環(huán)境保護(hù)神經(jīng)元，同時抑制ROCK活性還可促進(jìn)神經(jīng)突觸再生和神經(jīng)干細(xì)胞動員分化。綜上，ROCK抑制劑(Rho kinase inhibitor，RKI)有可能成為神經(jīng)變性疾病的潛在藥物。本文就RKI 治療神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的潛在可能和相應(yīng)機(jī)制進(jìn)行簡要綜述。

Rho激酶抑制劑；神經(jīng)系統(tǒng)變性疾??；免疫炎性反應(yīng)

神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病如阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)、帕金森病(Parkinson disease，PD)、多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)和肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)等已成為嚴(yán)重危害人類健康的疾病。不同類型的神經(jīng)變性病變，除了受損部位和神經(jīng)元不同之外，在組織病理學(xué)檢查中，均可觀察到神經(jīng)細(xì)胞的染色變淡、萎縮，胞體表面不平，細(xì)胞核固縮或碎裂和胞質(zhì)內(nèi)虎斑溶解等組織病理學(xué)特征，臨床研究和動物實驗的證據(jù)發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)炎性反應(yīng)與這些神經(jīng)變性病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的免疫炎性反應(yīng)可能是神經(jīng)變性的共同通道[1]。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞、反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞、損傷的血-腦脊液屏障(blood brain barrier，BCB)、入侵的T細(xì)胞以及過度產(chǎn)生的炎性反應(yīng)介質(zhì)組成了神經(jīng)炎性反應(yīng)微環(huán)境。大量研究表明，諸多CNS變性疾病均存在Rho激酶( ROCK)的異常激活，推測ROCK可從不同的層面影響疾病的發(fā)生和發(fā)展。ROCK可能參與免疫炎性反應(yīng)，神經(jīng)突觸異常和神經(jīng)元變性，在神經(jīng)變性網(wǎng)絡(luò)中扮演軸心作用。因此，ROCK信號通路可能成為神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的靶標(biāo)。

1 免疫炎性反應(yīng)：神經(jīng)變性的共同通道

不同神經(jīng)變性疾病都有各自不同的誘發(fā)炎性反應(yīng)的特異機(jī)制，如不溶性β淀粉樣肽(β-myloid peptide，Aβ)、α突觸核蛋白(α-synuclein)、突變型超氧化物歧化酶1(mutant superoxide dismutase 1，SOD1)等炎性反應(yīng)誘發(fā)物的產(chǎn)生途徑和解剖位置決定了不同疾病的特異性。值得注意的是，在神經(jīng)變性中小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞被激活是炎性反應(yīng)的共同現(xiàn)象。細(xì)胞因子〔如腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細(xì)胞介素6(IL-6)〕、炎性趨化因子、活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)和一氧化氮(NO)可能是各種神經(jīng)變性疾病中普遍存在的神經(jīng)毒性因子，它們對周圍神經(jīng)元的存亡起著決定性的作用。

1.1 免疫炎性反應(yīng)與MS MS是自身性T細(xì)胞引起CNS炎性級聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致的神經(jīng)組織損傷。Th1和Th17自身反應(yīng)性T細(xì)胞可通過分泌IFN-γ和TNF-α激活小膠質(zhì)細(xì)胞和腦內(nèi)炎性反應(yīng)形成MS斑塊，導(dǎo)致髓鞘病變伴軸突變性。如損傷和炎性反應(yīng)是短暫，神經(jīng)元髓鞘可再生；若慢性炎性反應(yīng)持續(xù)存在，將導(dǎo)致軸突變性和神經(jīng)元死亡。

1.2 免疫炎性反應(yīng)與AD 盡管AD發(fā)病的分子基礎(chǔ)目前還未完全闡明，但由Aβ沉積引發(fā)的神經(jīng)免疫炎性反應(yīng)在AD神經(jīng)變性過程中起著重要作用，體外研究和動物體內(nèi)試驗的研究結(jié)果均表明異常沉積的Aβ可能是AD中炎性反應(yīng)的激發(fā)因子，Aβ過度激活小膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致無法遏制的免疫炎性反應(yīng)進(jìn)行性損傷膽堿能神經(jīng)元，同時導(dǎo)致患者認(rèn)知功能障礙不斷加重[2]。

1.3 免疫炎性反應(yīng)與PD 研究表明免疫炎性反應(yīng)與PD的病程發(fā)展密切相關(guān)。McGeer等[3]發(fā)現(xiàn)PD患者黑質(zhì)致密部損傷神經(jīng)元的周圍存在激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞。此外，用1-甲基-4-苯基-1，2，3，6四氫吡啶(1-methyl-4-henyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)誘導(dǎo)的PD動物模型中，除了黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的病變以外，受損神經(jīng)元周圍還存在大量激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞[4-6]。

1.4 免疫炎性反應(yīng)與ALS ALS為一種嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，以脊髓、腦干、皮層的運動神經(jīng)元選擇性變性死亡為特點。近年來炎性反應(yīng)機(jī)制在ALS發(fā)病中的作用逐漸得到關(guān)注[7]，該病的炎性反應(yīng)是以星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞增生和大量聚集為主要特征。有研究者利用PET技術(shù)證實了在ALS患者的運動皮層、前額背外側(cè)皮層、丘腦、腦橋均有激活的小膠質(zhì)細(xì)胞分布，而健康對照組未觀察到上述現(xiàn)象。

2 ROCK抑制劑：治療神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的潛在藥物

目前，臨床使用的藥物多數(shù)只能緩解神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病癥狀，不能影響疾病的進(jìn)展。因此，了解神經(jīng)變性疾病的細(xì)胞和分子機(jī)制，從而尋找真實有效的干預(yù)靶點，提高疾病的預(yù)防和治療效果是臨床神經(jīng)科學(xué)迫切需要解決的現(xiàn)實問題。研究表明ROCK抑制劑(Rho kinase inhibitor，RKI)具備治療神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的諸多細(xì)胞和分子基礎(chǔ)。首先，RKI具有明顯的抑制免疫炎性反應(yīng)的作用，可通過3個層面達(dá)到抗炎效果。(1)RKI能夠抑制小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生NO、IL-1β、IL-6和TNF-α等炎性分子，改善炎性微環(huán)境從而保護(hù)神經(jīng)元[8]。(2)在MS動物模型實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)和PD模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞激活表現(xiàn)為M1炎性細(xì)胞表型，而RKI可部分將M1炎性細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2抗炎小膠質(zhì)細(xì)胞[9]。(3)RKI可完善BCB或血脊髓屏障，阻止外周免疫炎性細(xì)胞浸潤，抑制外周免疫炎性細(xì)胞的黏附和移行，減少由此引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性反應(yīng)。其次，RKI具備突觸再生的能力和內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞動員的潛能。因此，RKI有可能成為治療神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的理想藥物。鹽酸法舒地爾(Fasudil)是目前臨床惟一使用的RKI，1995年作為治療蛛網(wǎng)膜下腔出血藥物在日本上市。

2.1 RKI與MS 在慢性EAE模型，ROCK 早期即可激活并迅速達(dá)到高峰，持續(xù)一段時間后有所下降。ROCK信號途徑參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能和跨內(nèi)皮細(xì)胞淋巴細(xì)胞遷徙，ROCK 激活可損害BCB和血脊髓屏障，增加外周反應(yīng)性T細(xì)胞的浸潤，促進(jìn)和放大腦內(nèi)的免疫炎性反應(yīng)微環(huán)境，有助于髓鞘脫失和軸索破壞。RKI 可明顯改善EAE臨床癥狀和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎性反應(yīng)及髓鞘脫失，顯示了良好的治療效果[10]。Feske等[11]指出，法舒地爾可以促進(jìn)EAE小鼠神經(jīng)軸突再生，減低血管通透性，抑制炎性細(xì)胞聚集和炎性因子的釋放。本文作者所在課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，腹腔注射法舒地爾可明顯改善EAE小鼠臨床癥狀，并可下調(diào)NF-κB[12]和抑制occludin的表達(dá)[13]，減少炎性浸潤和髓鞘脫失，調(diào)節(jié)炎性M1小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為抗炎M2細(xì)胞，從而減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性微環(huán)境。

2.2 RKI與AD AD模型腦內(nèi)ROCK異常激活，推測可能參與AD的發(fā)生和發(fā)展。ROCK可以調(diào)節(jié)A β1-42的產(chǎn)生，抑制ROCK可減少Aβ1-42的產(chǎn)生。ROCK抑制劑除了被證明通過降低Aβ1-42水平減輕毒性而減輕變性外，還能通過β-分泌酶通路增加外功能區(qū)脫落[14]。另外，突觸功能異常和突觸丟失也被廣泛認(rèn)為是AD的細(xì)胞機(jī)制，其神經(jīng)元突觸較正常人可減少36%～46%，并與臨床表現(xiàn)相關(guān)，但AD突觸結(jié)構(gòu)和功能異常的機(jī)制仍不清楚。ROCK激活可引起Aβ增加，從而使CRMP-2磷酸化而阻礙微管蛋白組裝，導(dǎo)致神經(jīng)突觸抑制[15]。有研究發(fā)現(xiàn)抑制ROCK可增加海馬錐體神經(jīng)元突觸密度和長度，改善空間學(xué)習(xí)和工作記憶[16]。法舒地爾治療可明顯減輕大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶功能損害，病理發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元受損較輕，并且IL-1β、TNF-α及NF-κB含量也明顯下降。其原因可能是法舒地爾通過抑制炎性反應(yīng)使Aβ1-42誘導(dǎo)引起的海馬神經(jīng)元變性程度減輕[17]。綜上，Rho/ROCK信號通路可能參與免疫炎性反應(yīng)，神經(jīng)突觸異常和神經(jīng)元變性[18]，RKI可成為AD防治的靶標(biāo)。

2.3 RKI與PD Villar-Cheda等[19]在PD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)ROCK激活參與多巴胺神經(jīng)元死亡。另有研究者發(fā)現(xiàn)α-synuclein可導(dǎo)致神經(jīng)元軸突串珠樣改變，而Aβ還可以促進(jìn)α-synuclein誘導(dǎo)神經(jīng)突觸損害，提示了AD、PD和ROCK之間的潛在聯(lián)系[20]。RKI 可減少神經(jīng)元α-synuclein表達(dá)，增強PD模型多巴胺神經(jīng)元的存活并減輕神經(jīng)軸突損失，具有一定的干預(yù)和治療PD的作用。在MPTP誘導(dǎo)的PD模型小鼠體內(nèi)給藥實驗中，法舒地爾一方面可使PD模型小鼠的臨床癥狀得到明顯改善，還可促進(jìn)小鼠體內(nèi)DA能神經(jīng)元的存活、抑制軸突損害等進(jìn)而起到對神經(jīng)元的保護(hù)作用[21]。Villar-Cheda等[19]應(yīng)用C57BL-6小鼠成功建立MPTP誘導(dǎo)的PD模型，給予ROCK抑制劑Y-27632藥物治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn) PD模型黑質(zhì)區(qū)域RhoA的表達(dá)和ROCK ⅡmRNA含量明顯增多，并且ROCK活性也明顯增強，證實了黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元的變性中存在ROCK信號通路的異常激活。該研究還發(fā)現(xiàn)Y-27632既能抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活性，又能使DA能神經(jīng)元的死亡速度減慢。

綜上可見，變性疾病中，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞、反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞、損傷的BCB、入侵的T細(xì)胞以及過度產(chǎn)生的炎性介質(zhì)組成了神經(jīng)炎性反應(yīng)，危害神經(jīng)元的存活。盡管炎性反應(yīng)并不一定是神經(jīng)變性疾病的始發(fā)因素，但是持續(xù)的炎性反應(yīng)會導(dǎo)致疾病的進(jìn)行性加重，使炎性反應(yīng)與神經(jīng)元病變之間構(gòu)成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致更多神經(jīng)元的變性死亡。目前臨床上的藥物只能緩解癥狀，但不能影響疾病的進(jìn)展。為了更有效地治療神經(jīng)變性疾病，阻斷神經(jīng)元繼續(xù)變性死亡，控制疾病的發(fā)展，需要有新的治療策略及藥物，以限制致炎因子和氧化應(yīng)激分子的過度產(chǎn)生，完善BCB或血脊髓屏障，阻止外周免疫炎性細(xì)胞浸潤，在改善炎性微環(huán)境的同時促進(jìn)和修復(fù)受損的神經(jīng)組織和細(xì)胞。 RKI是目前已知兼?zhèn)渖鲜鰸撃芩幬?，并且在動物實驗上呈現(xiàn)了良好的治療效果，有望成為治療人類神經(jīng)變性病的一個有效靶點。

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(本文編輯：鄒晨雙)

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030001 山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院(辛延樂、張輝、馬存根)；037009 山西大同大學(xué)腦科學(xué)研究所(辛延樂、李艷花、張輝、楊興旺、 楊春彥、 尉杰忠、劉春云、馬存根)；030024 山西中醫(yī)學(xué)院“2011”協(xié)同創(chuàng)新中心/國家衛(wèi)生部臨床重點?？?楊興旺、楊春彥、馬存根)；200025 復(fù)旦大學(xué)華山醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)研究所(肖保國)

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2014-10-08)