秦袖平，安雅婷

（天津市中醫(yī)藥研究院附屬醫(yī)院，天津 300120）

色氨酸是人體只能通過食物攝取的8種必須氨基酸之一，通過參與蛋白質合成對機體的生長發(fā)育和新陳代謝起著重要作用[1]。色氨酸代謝生成了多種生物活性物質，這些物質能發(fā)揮不同的生物學效應。如犬尿氨酸、犬尿酸、喹啉酸和吲哚胺-2，3-雙加氧酶等[2]。大量的研究[3-4]表明，色氨酸-犬尿氨酸代謝過程中的多種酶或產物與多種中樞神經系統(tǒng)疾病特別是神經退行性疾病有著極其密切的關系。筆者針對這一代謝通路及其重要的生物活性物質與中樞神經系統(tǒng)疾病的關聯及近年以此為靶點的中醫(yī)藥干預做一綜述。

1 色氨酸-犬尿氨酸代謝通路（Tryptophankynurenine pathway）

色氨酸在機體代謝的部位主要是肝臟，其次是腦、腎、脾、骨骼肌等組織器官，生成了多種生物活性物質。色氨酸在體內有兩條分解代謝途徑（見圖1），其中只有少部分沿5-羥色胺（5-HT）代謝，而犬尿氨酸通路（KP）是色氨酸代謝的主要途徑（大于95%）。犬尿氨酸及其代謝中間體的堆積表現出不同的生物學作用，包括神經活性和神經毒性。早于1981年研究者便注意到這一通路的代謝產物喹啉酸對中樞神經系統(tǒng)N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）的激動作用，隨后發(fā)現犬尿酸可對抗性作用于谷氨酰胺受體[2-3]。犬尿氨酸通路最終生成煙堿胺和重要的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸酶輔助因子（NAD+），NAD+在很多基礎生物學過程中起到重要作用。不過也有研究認為犬尿氨酸通路是神經退行性疾病和嚴重大腦損傷中神經元受損的重要途徑[5]。

犬尿氨酸通路的起始步驟是由兩種酶將色氨酸轉化為N-甲?；?犬尿氨酸，這兩種酶分別是吲哚胺-2，3-雙加氧酶（IDO-1，IDO-2） 和色氨酸-2，3-雙加氧酶（TDO）[6]；N-甲?；?犬尿氨酸不穩(wěn)定，隨即由犬尿氨酸甲酰胺酶轉化為犬尿氨酸。犬尿氨酸是這一通路的中心。首先，犬尿氨酸在犬尿氨酸-3-單氧化酶（KMO）作用下完成羥基化生成3-羥基-犬尿氨酸（3-HK）[7]；在犬尿氨酸酶的催化下生成鄰氨苯甲酸（ANA）；在犬尿氨酸轉氨酶家族的催化下生成終產物犬尿喹啉酸，也稱犬尿酸[8]。隨后，無論是3-HK還是ANA都轉化生成3-羥鄰氨苯甲酸（3-HAA），繼而轉化為2-氨基-3-羰基粘康酸半醛（ACMS），進一步代謝成喹啉酸（QUIN），而由喹啉酸生成的煙堿胺經了轉氨基作用最終生成NAD+/NADP+。在這里，所有的代謝產物又被統(tǒng)稱為犬尿氨酸能物質。

2 KP代謝產物及相關酶在中樞神經系統(tǒng)中的生物學作用

圖1 色氨酸-犬尿氨酸代謝通路Fig.1 Tryptophan-kynurenine metabolic pathways

2.1 犬尿氨酸（KYN） 犬尿氨酸通路是色氨酸代謝的主要途徑，由這一通路生成的一系列生物活性物質在中樞神經系統(tǒng)發(fā)揮重要功能。犬尿氨酸因它在KP的核心地位而受到研究者越來越多的關注。事實上，犬尿氨酸水平以及犬尿氨酸與色氨酸的比值通常作為神經中樞疾病病理改變的一個重要指標[9]。正常生理狀態(tài)下，肝內TDO作為KYN代謝的首個限速酶，決定著機體色氨酸和KYN的水平，但是在炎癥或應激狀態(tài)下（如IFN-γ或其他免疫刺激），IDO則成為KYN代謝的限速酶[10]。哺乳動物腦內KYN來源由兩部分構成，其中約40%KYN通過腦內KP代謝途徑自行合成，另外約60%的KYN則來自外周，借助神經氨基酸轉運體攜入腦內[10]。有研究表明犬尿氨酸可以作為潛在的內源性抗氧化劑，保護大分子物質避免氧化修飾。不過也有報道稱犬尿氨酸可表現出誘導氧化的作用。

2.2 犬尿酸（KA） 犬尿酸（KA）在哺乳動物中以納摩濃度級別存在，是3種內源性谷氨酸鹽受體的拮抗劑，即AMDA、NMDA和紅藻氨酸受體，而犬尿酸最強的抑制效應源于它對NMDA受體上甘氨酸結合位點的作用[11]。有研究認為犬尿酸具有神經保護作用，可對抗喹啉酸過度興奮NMDA受體引發(fā)的神經毒性[12]。除了對NMDA受體有拮抗作用外，犬尿酸還能夠非競爭性拮抗α7-煙堿乙酰膽堿受體（α7-nAChR），降低神經細胞外谷氨酸（Glu）和多巴胺（DA）的水平[13]。

2.3 喹啉酸（QUIN） 喹啉酸（QUIN）是NMDA受體的競爭性激動劑，特別是對包含NR2A和NR2B的NMDA受體亞型，因此喹啉酸對于有這些亞型的受體表現出較強的損傷。一方面，QUIN促進神經元對谷氨酸的釋放；另一方面抑制膠質細胞對谷氨酸的攝取，增強突觸的利用，從而過度激活NMDA受體，進一步導致細胞鈣離子內流增加過氧硝酸鹽水平損傷神經細胞[14]。另外，喹啉酸或喹啉酸激活的NMDA受體可產生活性氧或代謝損傷而影響神經元功能。QUIN/KA值常作為谷氨酸受體激活程度和神經毒性的指標[15]。此外，喹啉酸也可以作為神經系統(tǒng)局部炎癥的促發(fā)者，增加例如單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）和RANTES類的化學趨化因子的表達和釋放，促使神經元和星形膠質細胞凋亡，破壞血腦屏障（BBB）[16]。

2.4 3-羥基犬尿氨酸（3-HK） 3-HK是具有神經毒性的犬尿氨酸通路代謝產物之一，較強的親脂性使其很容易透過血腦屏障，最終在大腦中樞積聚。大量的研究表明3-HK和3-羥鄰氨苯甲酸（3-HAA）會產生大量自由基引起氧化應激和脂質過氧化，這可能與抑制電子傳遞鏈復合物損傷線粒體功能有關。而氧化應激和線粒體損傷參與一系列中樞神經系統(tǒng)疾病的病理過程[17]。另外，在組織損傷或炎癥環(huán)境下，犬尿氨酸單氧化酶（KMO）和3-HK的水平急劇升高，由KYN-KMO代謝分支生成的喹啉酸也將增多，從而進一步加重了神經毒性反應。

2.5 吲哚胺-2，3-雙加氧酶（IDO） 犬尿氨酸代謝的主要限速酶是IDO和TDO，其中IDO有兩種亞型，分別是IDO-1和IDO-2。TDO主要是在肝臟中表達，底物水平和皮質醇含量會使TDO的表達升高，而炎癥因子的刺激則會增加IDO表達[18]。IDO在其他器官如肝、腎、腦等均有一定分布，另外IDO主要在單核細胞和樹枝狀細胞等免疫細胞中表達[19]。事實上，IDO被認為是炎癥或應激狀態(tài)下犬尿氨酸類物質生成的主要催化酶，IDO的表達最先由干擾素（IFNs）介導，特別是 IFN-γ[20]。此外，IDO 表達也可以被其他幾種促炎因子激活?？傊?，炎癥介質或應激過程能夠極大地促進IDO的表達，加速犬尿氨酸通路的代謝。

2.6 犬尿氨酸-3-單氧化酶（KMO） KMO是犬尿氨酸通路中的另一個關鍵代謝酶，作用于犬尿氨酸通路下游分支。KMO位于線粒體外膜且在多種外周組織中表達，包括肝臟、腎臟以及吞噬細胞如巨噬細胞和單核細胞等。在神經系統(tǒng)中，KMO主要分布在小神經膠質細胞[21]。與IDO類似的是，KMO也可由炎癥介質誘導表達。LPS、IL-1β可上調KMO表達，而KMO抑制劑Ro 61-8048共處理可以使IL-1β的不利作用反轉[22]。在炎癥介質刺激下，KMO可能會通過升高神經系統(tǒng)3-HK和QUIN濃度產生神經毒性。Zwilling等[23]給予小鼠KMO抑制劑后，KA水平明顯升高，相應地，QUIN和3-HK的含量降低，同時很大程度地改善了阿爾茨海默癥（AD）和亨廷頓?。℉D）引起的認知損傷，而Campesan等[24]在果蠅HD模型上也證實了這一點，甚至認為可以通過給藥一定劑量的KA實現神經保護作用。

3 犬尿氨酸能物質在中樞神經系統(tǒng)疾病中的意義

KP與神經、免疫及內分泌系統(tǒng)關系密切，該途徑中的代謝產物（或酶系）在中樞神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮不同的生物學作用。

3.1 帕金森氏病 帕金森氏?。≒D）是繼AD之后全球第二大神經退行性疾病，其主要病理學改變是中腦黑質致密部DA能神經元變性死亡以及殘存神經元胞質中出現路易小體。內源性興奮毒性介質與帕金森氏病黑質多巴胺能神經元的退化密切相關。帕金森氏癥患者的額葉皮質、殼核和黑質致密部位3-羥基犬尿氨酸明顯增多，而KA濃度是降低的[25]。有研究發(fā)現，給于帕金森病動物模型MPTP后，KATⅠ的表達水平下降[26]。類似的，在用MPP+（MPTP的有毒代謝物）處理的皮質切片中也出現了KATⅡ活性降低的現象[27]。因此，有學者認為調節(jié)KP通路轉向生成KA是一個潛在治療帕金森病的有效方案[28]。同時多項研究表明NMDA受體拮抗劑在帕金森病動物及體外模型中表現出神經保護功能。

研發(fā)透過血腦屏障的KMO抑制劑是一種新的策略用來減輕犬尿氨酸通路激活引發(fā)的神經毒性。此外，側腦室注射煙堿丙氨酸伴隨全身給藥犬尿氨酸和丙磺舒提高了腦內KYNA水平，同時降低由喹啉酸導致的小鼠黑質體毒性[29]。聯合給藥犬尿氨酸和丙磺舒可以阻止紋狀體內多巴胺水平下降和神經性退行性變[30]。

3.2 阿爾茨海默癥 阿爾茨海默病（AD）也稱老年性癡呆，是一種起病隱匿、呈漸進發(fā)展的神經系統(tǒng)退行性疾病，腦實質中老年斑及小動脈血管內β淀粉樣蛋白（Aβ）大量沉積是AD致病的關鍵因素[31]。近年來越來越多的研究顯示，阿爾茨海默癥動物模型血清KYN、3-HK濃度明顯上升，同時Trp、KA濃度呈現下降趨勢，而這種變化與認知功能的損傷密切相關[32]。在人的巨噬細胞和小膠質細胞，Aβ和KA共同促進喹啉酸的生成，這可能是導致阿爾茨海默癥氧化過程的原因。相似地，Aβ1-42可誘導IDO mRNA的表達增加，進而通過3-HK和3-HAA引發(fā)的氧化應激參與神經退行性疾病過程。最近的研究表明TDO介導的犬尿氨酸通路激活導致神經元纖維纏結，與老年斑的形成有關。另外，尸檢發(fā)現TDO、喹啉酸與神經元纖維纏結以及淀粉樣蛋白在阿爾茨海默病患者的海馬區(qū)同時出現。作為潛在的治療靶點，實驗大鼠長期給予一種KMO小分子抑制劑JM6會降低細胞外谷氨酸濃度，升高大腦和血清中KA的水平，在阿爾茨海默癥模型中可以改善小鼠空間學習記憶能力、焦慮樣表現和突觸缺失，不過對于β淀粉樣蛋白的蓄積并沒有影響[33]。

3.3 亨廷頓病 KP代謝產物被認為與亨廷頓病的病理進程有關。研究發(fā)現[34]，不論亨廷頓患者還是轉基因鼠新紋狀體和皮質均出現QUIN、3-HK濃度升高的趨勢。在果蠅模型中，抑制TDO或KMO基因會導致3-HK水平降低以及使KP向合成KA方向進行，這表現出一定的神經保護作用。有文獻報道[35]多種KMO抑制劑包括JM6和Ro61-8048可以延緩神經元退化，JM6可減少亨廷頓病鼠模型突觸的缺失，維持突觸活性和降低神經炎癥反應。

4 以色氨酸-犬尿氨酸代謝通路為靶點的中醫(yī)藥干預

傳統(tǒng)中藥在中國預防和治療疾病已經有幾千年歷史，而今越來越多的研究報道表明，以色氨酸-犬尿氨酸代謝通路為靶點的中醫(yī)藥干預療效顯著。

人參藥材作為一種有效的中樞神經系統(tǒng)疾病傳統(tǒng)治療藥物已經被越來越多的研究所證實，人參皂苷是其主要有效成分。Kang[36]以200 mg/kg劑量的人參總皂苷干預LPS誘導的抑郁癥動物模型，結果發(fā)現人參總皂苷可以明顯減輕抑郁行為，使其在蔗糖水偏好實驗、懸尾實驗和強迫游泳實驗中的表現更好。進一步研究顯示，人參總皂苷能顯著降低LPS介導的神經炎癥因子IL-1β、IL-6水平和IDO酶的表達，從而使犬尿氨酸/色氨酸（KYN/Trp）轉化率下降，減少毒代謝產物喹啉酸的含量[37]。紅花是常用的活血化瘀中藥，具有活血通經，散瘀止痛的功效。有研究顯示[38]其在抑郁癥的治療中療效突出。Kuehnl[39]利用體外細胞實驗考察了紅花中木質素類成分對色氨酸轉化程度的影響。結果表明木質素能夠顯著抑制IDO酶活性，并且在一定范圍內呈劑量依賴性。這大大減少了Trp沿著KP方向的轉化。

由黃連、黃芩、黃柏和梔子組成的黃連解毒湯能夠改善阿爾茨海默癥模型動物的學習記憶能力[40]，體外實驗證明，黃連解毒湯的君藥黃連有很強的IDO-1酶抑制活性，是IDO的非競爭性抑制劑。這種酶抑制作用在很大程度上能夠減少淀粉樣斑塊形成和神經元缺失，最終可緩解由阿爾茨海默病引起的認知功能損傷，并將很可能成為良好的退行性疾病候選藥物[41]。逍遙散由柴胡、當歸、白芍、茯苓、白術、甘草組成，是臨床常用經典方劑，具有疏肝解郁、健脾和營、養(yǎng)血調經的功效。彭希、徐志偉[42-43]等觀察到逍遙散水煎液對抑郁模型動物有較好的緩解作用，認為是通過增加腦內5-HT含量達到抗抑郁療效的。這與Jiao等[44]的研究結果相一致。Jiao等認為慢性束縛應激抑郁癥與大腦海馬區(qū)色氨酸的代謝紊亂密切相關，其中色氨酸羥化酶（TPH2）和IDO1活性強弱是色氨酸代謝平衡的關鍵。持續(xù)慢性束縛應激不僅通過抑制TPH2酶活性減少5-HT的合成，還可以增加KP中IDO1的表達使神經毒性物質犬尿氨酸和喹啉酸的含量增加，二者共同作用下出現了精神抑郁的病癥。而逍遙散則能夠通過調節(jié)色氨酸代謝的關鍵酶和活性物質含量使抑郁狀態(tài)得到很好的緩解，認為經典方劑逍遙散在治療神經精神疾患方面有著廣闊的臨床應用前景。

此外，文獻報道經典方藥四逆散[45]和天絲飲[46]也可以阻斷炎癥因子誘導的IDO活化，抑制IDO的活性和表達，進而通過調節(jié)色氨酸-犬尿氨酸代謝環(huán)節(jié)發(fā)揮抗抑郁的作用。

5 結語

綜上，犬尿氨酸代謝產物和酶參與多種中樞神經系統(tǒng)疾病的生理病理過程，與其發(fā)生、發(fā)展密切相關。由于各自生理特點不同，如QUIN具有興奮性毒性，KA具有神經保護作用等，單獨或共同參與諸如興奮性毒性、神經炎癥、氧化應激、線粒體損傷等病理過程，盡管其具體作用機制目前尚未完全清楚。不過調控KP代謝平衡的關鍵酶如IDO，KMO應該引起相應的重視，選用這些酶的激動劑或拮抗劑改變酶活性以干預其酶促反應過程，這或許有可能為相應的神經疾病提供有效的治療策略，也為中醫(yī)藥新藥研發(fā)提供理論指導和實驗依據。