氫溴酸山莨菪堿改善微循環(huán)障礙的機(jī)制研究進(jìn)展

曾燁，邱艷，江文麗，杜小強(qiáng)

(四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041)

氫溴酸山莨菪堿(anisodamine hydrobromide，Ani HBr)是我國(guó)特有的藥物，是當(dāng)前基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)的常用藥物之一。氫溴酸山莨菪堿在臨床已有廣泛應(yīng)用，主要用于感染性休克、急性胃腸炎、腎絞痛、肺水腫、兒童支原體肺炎、眼底病、眩暈、糖尿病足等的治療[1-3]。

氫溴酸山莨菪堿是從我國(guó)特產(chǎn)植物唐古特山莨菪中提取的一種生物堿，因1965年4月率先應(yīng)用于臨床而被稱為“654-1”。氫溴酸山莨菪堿是左旋體天然產(chǎn)物，構(gòu)型為α(S)-(羥甲基)苯乙酸(3S，6S)-6-羥基-8-甲基-8-氮雜二環(huán)[3.2.1]-3-辛酯(圖1)。由于歷史和來(lái)源問(wèn)題，氫溴酸山莨菪堿原有產(chǎn)量極低，為滿足公眾臨床需求，于1975年通過(guò)人工合成方法獲得了消旋山莨菪堿(racemic anisodamine)，即“654-2”。消旋山莨菪堿為兩對(duì)對(duì)映異構(gòu)體并存的外消旋體(6R,2′S)/(6S,2′R)和(6S,2′S)/(6R,2′R)，含量約為3∶2(圖2)。隨著唐古特山莨菪種植基地和氫溴酸山莨菪堿生產(chǎn)工藝的發(fā)展，氫溴酸山莨菪堿的來(lái)源已得到極大的改善，可滿足臨床的基本需求。來(lái)源問(wèn)題同樣限制了對(duì)氫溴酸山莨菪堿作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，由于對(duì)消旋山莨菪堿的臨床使用和作用機(jī)制研究較多，為氫溴酸山莨菪堿的臨床應(yīng)用提供了重要依據(jù)和參考。值得注意的是，氫溴酸山莨菪堿和消旋山莨菪堿的結(jié)構(gòu)并不完全相同，雖然兩者均可改善微循環(huán)，但尚無(wú)證據(jù)表明兩者以相同的分子機(jī)制發(fā)揮作用。因此，有必要對(duì)消旋山莨菪堿和氫溴酸山莨菪堿改善微循環(huán)障礙的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，為氫溴酸山莨菪堿的臨床應(yīng)用開(kāi)發(fā)及機(jī)制研究提供新的線索，以更好地將氫溴酸山莨菪堿應(yīng)用于臨床疾病的治療。

圖1 氫溴酸山莨菪堿(654-1)結(jié)構(gòu)

圖2 消旋山莨菪堿(654-2)結(jié)構(gòu)

氫溴酸山莨菪堿和消旋山莨菪堿有許多共同的藥理作用，如穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)膜、抗脂質(zhì)過(guò)氧化、拮抗膽堿能受體、抗凝血與促纖溶等作用。最新研究發(fā)現(xiàn)氫溴酸山莨菪堿還可保護(hù)血管內(nèi)皮糖萼和細(xì)胞間連接，從而改善血管內(nèi)皮的通透性[4]。

1 穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)膜

出血性休克后肝細(xì)胞質(zhì)膜的磷脂成分磷脂酰膽堿含量降低、磷脂酰肌醇含量增加，消旋山莨菪堿可以降低磷脂酰肌醇接近至正常水平[5]。利用1,6-二苯基-1,3,5-己三烯(DPC)作熒光探針測(cè)定完整紅細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，發(fā)現(xiàn)消旋山莨菪堿可增加紅細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，促進(jìn)紅細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)源熒光的猝滅，表明消旋山莨菪堿可能直接嵌入細(xì)胞質(zhì)膜疏水區(qū)作用于磷脂脂肪酸鏈的有序結(jié)構(gòu)，從而增加細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性[6]。

冷凍電鏡顯示氫溴酸山莨菪堿擾亂了二棕櫚酰磷脂酰膽堿(dipalmitoyl phosphatidylcholine，DPPC)脂質(zhì)體的規(guī)則波紋模態(tài)[7]。氫溴酸山莨菪堿與膜脂雙層兩側(cè)類脂分子的極性頭部相互作用，從而降低膜的相變溫度，穩(wěn)定膜脂相態(tài)，增加細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性[8]。氫溴酸山莨菪堿對(duì)二棕櫚酰磷脂酸(dipalmitoyl phosphatidic acid，DPPA)脂質(zhì)體的作用比對(duì)DPPC脂質(zhì)體的作用強(qiáng)[8]。氫溴酸山莨菪堿可以作用酸性磷脂如二棕櫚酰磷脂酰甘油(dipalmitoylphosphatidylglycerol，DPPG)，從而抑制兔肌質(zhì)網(wǎng)的Ca2+泵(Ca2+-ATPase)活性與兔腎Na+/K+泵(Na+-K+-ATPase)活性[9]。氫溴酸山莨菪堿與DPPG交聯(lián)，降低了?；溎┒说牧鲃?dòng)性[9]，表明氫溴酸山莨菪堿與細(xì)胞質(zhì)膜疏水區(qū)酸性磷脂交聯(lián)，從而增加細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性。從分子結(jié)構(gòu)上分析，氫溴酸山莨菪堿分子具有極性部位和非極性部位，帶有正電荷的莨菪烷部分為與細(xì)胞膜表面的脂肪酸靜電結(jié)合提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而非極性苯環(huán)則為插入細(xì)胞膜磷脂雙分子層提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

脂質(zhì)過(guò)氧化可增加肝細(xì)胞質(zhì)膜的微黏度，從而降低肝細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性[10]。脂質(zhì)過(guò)氧化物(lipid peroxides，LPO)丙二醛(malondialdehyde，MDA)能進(jìn)入水相，與膜蛋白、膜脂等的氨基(NH2)交聯(lián)形成席夫堿(Schiff′s base)，從而降低細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性。消旋山莨菪堿可劑量依賴性地抑制缺血再灌注所致心肌丙二醛生成，維持超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，降低缺血再灌注所致心肌脂質(zhì)過(guò)氧化[11-12]。消旋山莨菪堿可清除由超氧陰離子自由基(黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶體系)、羥自由基(芬頓反應(yīng))及自由基發(fā)生系統(tǒng)(FeCl2/抗壞血酸)誘導(dǎo)的離體大鼠心肌勻漿組織、心肌線粒體膜的丙二醛生成[13]。消旋山莨菪堿可以降低內(nèi)毒素所致血清丙二醛水平，提高SOD活性[14]。消旋山莨菪堿可抑制過(guò)氧化氫(H2O2)所致紅細(xì)胞溶血，降低氧自由基發(fā)生系統(tǒng)誘導(dǎo)的LPO水平，使紅細(xì)胞膜的流動(dòng)性增加[15]。最新研究表明，氫溴酸山莨菪堿也可以抑制內(nèi)毒素誘導(dǎo)的血清和腎組織LPO，提高血清和腎組織SOD活性[16]，從而改善內(nèi)毒素所致腎臟脂質(zhì)過(guò)氧化損傷。

以上證據(jù)表明，一方面，氫溴酸山莨菪堿和消旋山莨菪堿均可能直接嵌入細(xì)胞質(zhì)膜疏水區(qū)，穩(wěn)定脂膜相態(tài)；另一方面，通過(guò)抗脂質(zhì)過(guò)氧化，降低可與膜蛋白、膜脂交聯(lián)形成席夫堿的脂質(zhì)過(guò)氧化物丙二醛等，從而增加細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，最終改善微循環(huán)。氫溴酸山莨菪堿除了可通過(guò)抗脂質(zhì)過(guò)氧化穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)膜外，還可能通過(guò)抗脂質(zhì)過(guò)氧化抑制缺血再灌注等所致炎性反應(yīng)、降低蛋白酶分泌和氧化中間產(chǎn)物生成及線粒體損傷等。

2 拮抗膽堿能受體

膽堿能抗炎通路是一種神經(jīng)-免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間，是由迷走神經(jīng)、乙酰膽堿及α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7 nicotinic acetylcholine receptors，α7nAChR)、毒蕈堿型受體(muscarinic cholinergic receptor，mAChR)等構(gòu)成的抗炎通路，可通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞活化，抑制腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1、IL-10和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGF)等的釋放，在膿毒癥、癲癇、譫妄、重癥肌無(wú)力、室性心律失常、病毒性心肌炎、慢性阻塞性肺病、急性缺氧性腎損傷、肝纖維化、急性胰腺炎和潰瘍性結(jié)腸炎等疾病中發(fā)揮重要作用[17-18]。

氫溴酸山莨菪堿對(duì)腹部神經(jīng)節(jié)mAChR的作用非常明顯，因而被認(rèn)為主要通過(guò)抑制mAChR而發(fā)揮作用[19]。研究認(rèn)為，消旋山莨菪堿通過(guò)抑制血管內(nèi)皮mAChR，抑制乙酰膽堿誘導(dǎo)的內(nèi)皮依賴性舒張反應(yīng)[20]，這可能與一氧化氮的生成抑制有關(guān)。消旋山莨菪堿對(duì)mAChR M1的作用約為阿托品的1/8，對(duì)mAChR M2的作用約為阿托品的1/25[21]。香煙煙霧可增加氣道平滑肌細(xì)胞mAChR M2和M3的表達(dá)，而消旋山莨菪堿可以抑制香煙煙霧誘導(dǎo)的氣道平滑肌細(xì)胞增殖和氣管收縮[22]。

消旋山莨菪堿還能可逆性地抑制nAChR[23]，其通過(guò)迷走神經(jīng)-α7nACh提高內(nèi)毒素休克小鼠的平均動(dòng)脈壓、降低血清TNF-α和IL-1β水平[24]。IL-10基因敲除小鼠的脾臟低表達(dá)α7nAChR，雖然消旋山莨菪堿可以有限地增加IL-10基因敲除小鼠脾臟的α7nAChR水平，但不足以發(fā)揮抗休克作用，提示消旋山莨菪堿對(duì)α7nACh的活化作用依賴于IL-10[25]。新斯的明(neostigmine)與消旋山莨菪堿聯(lián)合作用于α7nACh，可緩解缺血性卒中和急性致命擠壓癥候群等[26-27]。

雖然現(xiàn)有證據(jù)提示氫溴酸山莨菪堿可通過(guò)抑制mAChR而發(fā)揮作用，但缺乏相應(yīng)的機(jī)制研究。上述消旋山莨菪堿作用mAChR的機(jī)制，為探索膽堿能抗炎通路在氫溴酸山莨菪堿抗感染性休克等疾病中的作用機(jī)制提供了重要線索。

3 抗凝血與促纖溶

1982年，氫溴酸山莨菪堿被發(fā)現(xiàn)可能通過(guò)抑制血栓素合成，抑制粒細(xì)胞和血小板聚集，從而具有抗血栓活性[28]。消旋山莨菪堿與促尿激酶(pro-urokinase)聯(lián)用，較血栓抽吸對(duì)經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療患者的冠脈血栓負(fù)荷有更好的治療效果[29]，提示氫溴酸山莨菪堿是早期溶栓治療、開(kāi)通梗死相關(guān)血管的潛在藥物。血管內(nèi)皮糖萼可抑制血液中白細(xì)胞和血小板等與內(nèi)皮的黏附[30]。氫溴酸山莨菪堿的抗凝血與促纖溶作用，除可能通過(guò)抑制血栓素的合成外，還可能與抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞活化及維持血管內(nèi)皮糖萼等抗凝血屏障有關(guān)。

4 保護(hù)血管內(nèi)皮通透性屏障功能

血管內(nèi)皮屏障功能障礙在許多心血管相關(guān)疾病如卒中和休克中起重要作用。黏附連接是血管內(nèi)皮細(xì)胞的主要黏附性細(xì)胞-細(xì)胞連接，在血管內(nèi)皮屏障功能和血管生成中起重要作用[31]。血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)是細(xì)胞質(zhì)連環(huán)蛋白(catenins)的跨膜伴侶，能穩(wěn)定血管內(nèi)皮細(xì)胞間的連接復(fù)合體，協(xié)調(diào)黏附連接與細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架間的相互作用。內(nèi)毒素所致血管內(nèi)皮屏障破壞涉及血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的細(xì)胞內(nèi)、外降解[32]，而在此過(guò)程中，血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的合成具體是增加還是降低，仍存在爭(zhēng)議[33-34]。正常情況下，血管內(nèi)皮鈣黏蛋白連續(xù)分布于微血管內(nèi)皮細(xì)胞hCMEC/D3的細(xì)胞外周，內(nèi)毒素使血管內(nèi)皮鈣黏蛋白降解、分布不連續(xù)，而氫溴酸山莨菪堿可抑制細(xì)胞凋亡，抑制血管內(nèi)皮鈣黏蛋白降解，使血管內(nèi)皮鈣黏蛋白恢復(fù)連續(xù)分布，維持血管內(nèi)皮通透性屏障的完整性[4]。

研究表明，內(nèi)皮糖萼的主要成分硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(heparan sulfate proteoglycans，HSPGs)及其上硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)鏈的降解會(huì)破壞血管內(nèi)皮通透性屏障[35]，并可通過(guò)抑制血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的表達(dá)而加劇血管內(nèi)皮通透性屏障的破壞。流體剪切應(yīng)力和周期性機(jī)械拉伸應(yīng)變所誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮鈣黏蛋白表達(dá)依賴于HSPGs信號(hào)通路。流體剪切應(yīng)力可誘導(dǎo)HSPGs重構(gòu)[36-37]。HSPGs降解可抑制流體剪切應(yīng)力誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮鈣黏蛋白表達(dá)[38]和周期性機(jī)械拉伸應(yīng)變誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮鈣黏蛋白轉(zhuǎn)錄[39]。1-磷酸鞘氨醇可通過(guò)抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞HSPGs的降解和促進(jìn)HSPGs的合成來(lái)維持血管的通透性[40-42]。與1-磷酸鞘氨醇相似，氫溴酸山莨菪堿可保護(hù)HS[4]。在氫溴酸山莨菪堿作用下，HS的合成及其與血管內(nèi)皮鈣黏蛋白的相互作用機(jī)制等，有待進(jìn)一步研究。

一氧化氮是導(dǎo)致內(nèi)皮依賴性血管舒張和血壓下降的主要原因，與糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、感染性休克等疾病密切相關(guān)。血管內(nèi)皮糖萼是血管內(nèi)皮細(xì)胞響應(yīng)力學(xué)或化學(xué)微環(huán)境刺激、介導(dǎo)一氧化氮生成的重要信號(hào)分子[35]。HSPG和HS降解會(huì)抑制血液流動(dòng)所誘導(dǎo)的一氧化氮生成[43]。研究表明，糖筏磷脂酰肌醇蛋白聚糖-1(glypican-1)和HS介導(dǎo)了流體剪切應(yīng)力誘導(dǎo)一氧化氮生成[44]。氫溴酸山莨菪堿可抑制內(nèi)毒素引起的HS降解，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞并抑制一氧化氮的生成。氫溴酸山莨菪堿對(duì)糖筏glypican-1的作用，以及它保護(hù)HS卻抑制內(nèi)毒素所致一氧化氮生成的內(nèi)在分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

5 總結(jié)與展望

氫溴酸山莨菪堿臨床應(yīng)用廣泛，除主要用于感染性休克、平滑肌痙攣、有機(jī)磷農(nóng)藥中毒、腎絞痛和支氣管哮喘等疾病外，近年來(lái)還與多種藥物聯(lián)合用于麻醉和內(nèi)鏡檢查等，開(kāi)展大規(guī)模臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)將促進(jìn)氫溴酸山莨菪堿的合理使用。氫溴酸山莨菪堿具有穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)膜、抗脂質(zhì)過(guò)氧化、抗凝血與促纖溶、保護(hù)血管內(nèi)皮糖萼和細(xì)胞間連接等作用，從而擴(kuò)張微循環(huán)血管，增強(qiáng)紅細(xì)胞及白細(xì)胞的變形能力，改善微循環(huán)。在此基礎(chǔ)上，研究氫溴酸山莨菪堿對(duì)不同疾病條件下微循環(huán)障礙的改善機(jī)制，將為相關(guān)疾病的治療提供精確的指導(dǎo)。

氫溴酸山莨菪堿與消旋山莨菪堿在改善微循環(huán)的藥效學(xué)作用及生物利用度等方面存在差異。膽堿能抗炎通路參與消旋山莨菪堿改善微循環(huán)，但膽堿能抗炎通路在氫溴酸山莨菪堿改善微循環(huán)中的作用等仍需明確。而且mAChR存在5種亞型，廣泛分布于中樞和外周組織，氫溴酸山莨菪堿對(duì)mAChR的作用是否存在組織和亞型特異性，值得關(guān)注。

雖然尚無(wú)證據(jù)表明氫溴酸山莨菪堿與消旋山莨菪堿在改善微循環(huán)的機(jī)制上存在差異，但是在具體研究方向的選擇上已出現(xiàn)了分化。細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞表面糖萼等是決定細(xì)胞功能與命運(yùn)的關(guān)鍵因素，改善細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞表面糖萼等可治療感染性休克等疾病。氫溴酸山莨菪堿對(duì)細(xì)胞表面糖萼等的保護(hù)作用，為明確氫溴酸山莨菪堿改善微循環(huán)的治療機(jī)制提供了一條新的思路。對(duì)氫溴酸山莨菪堿保護(hù)糖筏和抑制一氧化氮生成等分子機(jī)制的進(jìn)一步研究結(jié)果，值得期待。后續(xù)研究將為利用氫溴酸山莨菪堿改善微循環(huán)障礙，治療相關(guān)疾病提供新的依據(jù)。