氫溴酸山莨菪堿改善微循環障礙的機制研究進展

曾燁，邱艷，江文麗，杜小強

(四川大學華西基礎醫學與法醫學院，四川 成都 610041)

氫溴酸山莨菪堿(anisodamine hydrobromide，Ani HBr)是我國特有的藥物，是當前基層醫療機構的常用藥物之一。氫溴酸山莨菪堿在臨床已有廣泛應用，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特產植物唐古特山莨菪中提取的一種生物堿，因1965年4月率先應用于臨床而被稱為“654-1”。氫溴酸山莨菪堿是左旋體天然產物，構型為α(S)-(羥甲基)苯乙酸(3S，6S)-6-羥基-8-甲基-8-氮雜二環[3.2.1]-3-辛酯(圖1)。由于歷史和來源問題，氫溴酸山莨菪堿原有產量極低，為滿足公眾臨床需求，于1975年通過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對映異構體并存的外消旋體(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工藝的發展，氫溴酸山莨菪堿的來源已得到極大的改善，可滿足臨床的基本需求。來源問題同樣限制了對氫溴酸山莨菪堿作用機制的認識，由于對消旋山莨菪堿的臨床使用和作用機制研究較多，為氫溴酸山莨菪堿的臨床應用提供了重要依據和參考。值得注意的是，氫溴酸山莨菪堿和消旋山莨菪堿的結構并不完全相同，雖然兩者均可改善微循環，但尚無證據表明兩者以相同的分子機制發揮作用。因此，有必要對消旋山莨菪堿和氫溴酸山莨菪堿改善微循環障礙的作用機制進行綜述，為氫溴酸山莨菪堿的臨床應用開發及機制研究提供新的線索，以更好地將氫溴酸山莨菪堿應用于臨床疾病的治療。

圖1 氫溴酸山莨菪堿(654-1)結構

圖2 消旋山莨菪堿(654-2)結構

氫溴酸山莨菪堿和消旋山莨菪堿有許多共同的藥理作用，如穩定細胞質膜、抗脂質過氧化、拮抗膽堿能受體、抗凝血與促纖溶等作用。最新研究發現氫溴酸山莨菪堿還可保護血管內皮糖萼和細胞間連接，從而改善血管內皮的通透性[4]。

1 穩定細胞質膜

出血性休克后肝細胞質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)作熒光探針測定完整紅細胞質膜的流動性，發現消旋山莨菪堿可增加紅細胞質膜的流動性，促進紅細胞質膜內源熒光的猝滅，表明消旋山莨菪堿可能直接嵌入細胞質膜疏水區作用于磷脂脂肪酸鏈的有序結構，從而增加細胞質膜的流動性[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)脂質體的規則波紋模態[7]。氫溴酸山莨菪堿與膜脂雙層兩側類脂分子的極性頭部相互作用，從而降低膜的相變溫度，穩定膜脂相態，增加細胞質膜的流動性[8]。氫溴酸山莨菪堿對二棕櫚酰磷脂酸(dipalmitoyl phosphatidic acid，DPPA)脂質體的作用比對DPPC脂質體的作用強[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)，從而抑制兔肌質網的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，降低了?；溎┒说牧鲃有訹9]，表明氫溴酸山莨菪堿與細胞質膜疏水區酸性磷脂交聯，從而增加細胞質膜的流動性。從分子結構上分析，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胞膜表面的脂肪酸靜電結合提供了結構基礎，而非極性苯環則為插入細胞膜磷脂雙分子層提供了結構基礎。

脂質過氧化可增加肝細胞質膜的微黏度，從而降低肝細胞質膜的流動性[10]。脂質過氧化物(lipid peroxides，LPO)丙二醛(malondialdehyde，MDA)能進入水相，與膜蛋白、膜脂等的氨基(NH2)交聯形成席夫堿(Schiff′s base)，從而降低細胞質膜的流動性。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過氧化[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)及自由基發生系統(FeCl2/抗壞血酸)誘導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氧化氫(H2O2)所致紅細胞溶血，降低氧自由基發生系統誘導的LPO水平，使紅細胞膜的流動性增加[15]。最新研究表明，氫溴酸山莨菪堿也可以抑制內毒素誘導的血清和腎組織LPO，提高血清和腎組織SOD活性[16]，從而改善內毒素所致腎臟脂質過氧化損傷。

以上證據表明，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胞質膜疏水區，穩定脂膜相態；另一方面，通過抗脂質過氧化，降低可與膜蛋白、膜脂交聯形成席夫堿的脂質過氧化物丙二醛等，從而增加細胞質膜的流動性，最終改善微循環。氫溴酸山莨菪堿除了可通過抗脂質過氧化穩定細胞質膜外，還可能通過抗脂質過氧化抑制缺血再灌注等所致炎性反應、降低蛋白酶分泌和氧化中間產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-免疫調節機制，存在于中樞神經系統和免疫系統之間，是由迷走神經、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)等構成的抗炎通路，可通過抑制巨噬細胞活化，抑制腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、白細胞介素(interleukin，IL)-1、IL-10和轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)等的釋放，在膿毒癥、癲癇、譫妄、重癥肌無力、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腸炎等疾病中發揮重要作用[17-18]。

氫溴酸山莨菪堿對腹部神經節mAChR的作用非常明顯，因而被認為主要通過抑制mAChR而發揮作用[19]。研究認為，消旋山莨菪堿通過抑制血管內皮mAChR，抑制乙酰膽堿誘導的內皮依賴性舒張反應[20]，這可能與一氧化氮的生成抑制有關。消旋山莨菪堿對mAChR M1的作用約為阿托品的1/8，對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胞mAChR M2和M3的表達，而消旋山莨菪堿可以抑制香煙煙霧誘導的氣道平滑肌細胞增殖和氣管收縮[22]。

消旋山莨菪堿還能可逆性地抑制nAChR[23]，其通過迷走神經-α7nACh提高內毒素休克小鼠的平均動脈壓、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，但不足以發揮抗休克作用，提示消旋山莨菪堿對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]。

雖然現有證據提示氫溴酸山莨菪堿可通過抑制mAChR而發揮作用，但缺乏相應的機制研究。上述消旋山莨菪堿作用mAChR的機制，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現可能通過抑制血栓素合成，抑制粒細胞和血小板聚集，從而具有抗血栓活性[28]。消旋山莨菪堿與促尿激酶(pro-urokinase)聯用，較血栓抽吸對經皮冠狀動脈介入治療患者的冠脈血栓負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、開通梗死相關血管的潛在藥物。血管內皮糖萼可抑制血液中白細胞和血小板等與內皮的黏附[30]。氫溴酸山莨菪堿的抗凝血與促纖溶作用，除可能通過抑制血栓素的合成外，還可能與抑制血管內皮細胞活化及維持血管內皮糖萼等抗凝血屏障有關。

4 保護血管內皮通透性屏障功能

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

研究表明，內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)鏈的降解會破壞血管內皮通透性屏障[35]，并可通過抑制血管內皮鈣黏蛋白的表達而加劇血管內皮通透性屏障的破壞。流體剪切應力和周期性機械拉伸應變所誘導的血管內皮鈣黏蛋白表達依賴于HSPGs信號通路。流體剪切應力可誘導HSPGs重構[36-37]。HSPGs降解可抑制流體剪切應力誘導的血管內皮鈣黏蛋白表達[38]和周期性機械拉伸應變誘導的血管內皮鈣黏蛋白轉錄[39]。1-磷酸鞘氨醇可通過抑制血管內皮細胞HSPGs的降解和促進HSPGs的合成來維持血管的通透性[40-42]。與1-磷酸鞘氨醇相似，氫溴酸山莨菪堿可保護HS[4]。在氫溴酸山莨菪堿作用下，HS的合成及其與血管內皮鈣黏蛋白的相互作用機制等，有待進一步研究。

一氧化氮是導致內皮依賴性血管舒張和血壓下降的主要原因，與糖尿病、動脈粥樣硬化、感染性休克等疾病密切相關。血管內皮糖萼是血管內皮細胞響應力學或化學微環境刺激、介導一氧化氮生成的重要信號分子[35]。HSPG和HS降解會抑制血液流動所誘導的一氧化氮生成[43]。研究表明，糖筏磷脂酰肌醇蛋白聚糖-1(glypican-1)和HS介導了流體剪切應力誘導一氧化氮生成[44]。氫溴酸山莨菪堿可抑制內毒素引起的HS降解，保護內皮細胞并抑制一氧化氮的生成。氫溴酸山莨菪堿對糖筏glypican-1的作用，以及它保護HS卻抑制內毒素所致一氧化氮生成的內在分子機制仍有待進一步研究。

5 總結與展望

氫溴酸山莨菪堿臨床應用廣泛，除主要用于感染性休克、平滑肌痙攣、有機磷農藥中毒、腎絞痛和支氣管哮喘等疾病外，近年來還與多種藥物聯合用于麻醉和內鏡檢查等，開展大規模臨床隨機對照試驗將促進氫溴酸山莨菪堿的合理使用。氫溴酸山莨菪堿具有穩定細胞質膜、抗脂質過氧化、抗凝血與促纖溶、保護血管內皮糖萼和細胞間連接等作用，從而擴張微循環血管，增強紅細胞及白細胞的變形能力，改善微循環。在此基礎上，研究氫溴酸山莨菪堿對不同疾病條件下微循環障礙的改善機制，將為相關疾病的治療提供精確的指導。

氫溴酸山莨菪堿與消旋山莨菪堿在改善微循環的藥效學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，但膽堿能抗炎通路在氫溴酸山莨菪堿改善微循環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mAChR的作用是否存在組織和亞型特異性，值得關注。

雖然尚無證據表明氫溴酸山莨菪堿與消旋山莨菪堿在改善微循環的機制上存在差異，但是在具體研究方向的選擇上已出現了分化。細胞外基質、細胞表面糖萼等是決定細胞功能與命運的關鍵因素，改善細胞外基質、細胞表面糖萼等可治療感染性休克等疾病。氫溴酸山莨菪堿對細胞表面糖萼等的保護作用，為明確氫溴酸山莨菪堿改善微循環的治療機制提供了一條新的思路。對氫溴酸山莨菪堿保護糖筏和抑制一氧化氮生成等分子機制的進一步研究結果，值得期待。后續研究將為利用氫溴酸山莨菪堿改善微循環障礙，治療相關疾病提供新的依據。