甲基神经毒性作用及机制的研究进展
李媛媛 1），李　娟 2），杨根梦 1），黄　俭 1），刘　柳 1），沈宝玉 1），
王　婵 1），许　悦 1），林纾丞 1），曾晓锋 1）
（1）昆明医科大学法医学院法医病理学及法医临床学系；2）基础医学院
病原生物学与免疫学系，云南 昆明　650500）
[ 摘要 ]  甲基（methamphetamine，METH ）是一种严重威胁公共健康安全的兴奋性精神刺激药物。长期或高剂量滥用METH 会引起明显的神经元损伤和神经毒性。METH 诱导神经元损伤机制中，氧化应激、线粒体代谢损伤和神经炎症等神经毒性起重要作用。从METH 神经毒性机制进行综述，重点描述反应性胶质细胞神经炎症作用，总结靶向METH 诱导神经炎症药物，旨在进一步探讨METH 诱导神经毒性的机制，为抑制METH 神经毒性和药物研发提供新思路。
[ 关键词 ]  甲基； 神经毒性； 神经炎症； 反应性胶质细胞增生
[ 中图分类号 ]    R89  [ 文献标志码 ]    A  [ 文章编号 ]    2095 − 610X （2021）02 − 0153 − 05
Research Progress on Neurotoxic Effects and
Mechanism of Methamphetamine
LI Yuan-yuan  1），LI Juan  2），YANG Gen-meng  1），HUANG Jian  1），LIU Liu  1），SHEN Bao-yu  1），
WANG Chan  1），XU Yue  1），LIN Shu-cheng  1），ZENG Xiao-feng  1）
（1） Dept. of Forensic Pathology and Clinical Medicine ，School of Forensic Medicine ; 2） Dept. of
Pathogenic Biology and Immunology ，Kunming Medical
University ，Kunming Yunnan 650500，China ）
［Abstract  ］  Methamphetamine is a serious threat to public health and safety of mental excitatory drugs. Long-term abuse of METH will cause obvious neuronal injury and neurotoxicity. Oxidative stress，mitochondrial metabolic damage and neuroinflammation play important roles in meth-induced neuronal injury. In this paper，we reviewed the  mechanism  of  neuronal  injury  induced  by  METH  and  the  neurotoxicity  mechanism  of  METH. The neuroinflammatory effect of reactive glial cells is described in detail，and the neuroinflammatory drugs induced by targeted METH are summarized. This article aims to further explore the mechanism of meth-induced neurotoxicity and provide new idea
s for inhibiting meth neurotoxicity and drug development.
［Key words  ］ Methamphetamine；Neurotoxicity；Neuroinflammation；Reactive gliosis
甲基（methamphetamine，METH ）和其相关化合物是当今第二大常见非法，对中枢神经系统有非常强的神经毒性[1]。滥用METH 会引起多种疾病，包括焦虑，精神病和偏执等[2]。METH 神经毒性机制复杂，与多巴胺能神经元功能障碍和丢失有关[3]。METH 神经毒性可导致滥用者脑内多巴胺神经元末梢受损，纹状体多巴胺水平持续下降，引发代谢异常和认知障碍[4]。近年来，众多研究表明，METH 诱导的中枢神经系统毒性机制涉及氧化应激、线粒体功能障碍和中
[收稿日期]  2020 − 12 − 05
[基金项目]  国家自然科学基金资助项目（81560303， 81660310，81960340）；云南省教育厅科学研究基金资助项目
（K13225141）[作者简介]  李媛媛（1993～），女，内蒙古扎兰屯人，在读硕士研生，主要从事神经毒性及滥用机制研究工作。[通信作者]  曾晓锋，E-mail ：******************
昆明医科大学学报　2021，42 （2 ） ：153~157Journal of Kunming Medical University
DOI: 10.12259/j.issn.2095-610X.S2*******
CN 53 − 1221/R
枢神经炎症等多方面[3, 5]。在METH诱导中枢神经炎症中，多个脑区的小胶质细胞和星形胶质细胞活化。反应性胶质细胞可分泌多种炎性因子，影响神经元功能[6]。各种影响因素既独立发挥作用又相互交叉促进，构成脑组织损伤的恶性循环。由于METH诱导中枢神经毒性的机制尚未阐明，至今仍然缺少有效抑制METH神经毒性的药物和手段。因此，阐明METH神经毒性机制，总结靶向METH中枢神经毒物，对预防和METH 神经毒性具有重要意义。
1    METH诱导神经毒性的机制
神经毒性是指物质对神经元结构和/或功能的永久性作用，引起神经元部分或整个丢失，导致神经元损伤的组织学标志和/或行为异常[4]。METH 神经毒性机制与氧化应激、线粒体功能障碍和中枢神经炎症有关。
1.1    METH诱导的神经元氧化应激与神经毒性
在低于生理水平时，活性氧（reactive oxygen species，ROS）参与信号转导和细胞内调节的氧化还原反应。但当细胞处于高浓度的超氧化物和羟基自由基环境时，自由基和超氧化物产生氧化应激，可抑制蛋白质和核酸等生物分子的功能，进而促进细胞死亡[7]。METH在引起多巴胺能神经元神经毒性过程中，
其通过多巴胺转运体，导致多巴胺（dopamine，DA）过度释放入细胞质中。大量的DA快速自动氧化，其形成的氧化毒性物质导致氧化应激，从而介导多巴胺能神经元凋亡并损伤神经元[8]。Qin Ru等[3]研究表明，在METH 诱导大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（rat adrenal pheoch-romocytoma，PC 12）细胞神经毒性中，氧化应激相关指标一氧化氮和ROS的表达水平明显升高，细胞凋亡率显著增加。提示自由基和氧化应激参与METH诱导神经元凋亡和损伤多巴胺能神经元。
1.2    METH诱导的神经元线粒体功能障碍与神经
毒性
线粒体是具有多种细胞功能的多能细胞器，可调节生理代谢和细胞死亡。线粒体氧化呼吸链参与线粒体代谢，由跨膜蛋白复合体、辅酶Q和细胞素C组成。正常生理条件下，线粒体功能随细胞需求变化而变化。然而，在病理条件下线粒体功能异常时，细胞发生功能紊乱[9]。METH 神经毒性诱导多巴胺能神经元内线粒体呼吸链改变，并通过线粒体凋亡途径破坏线粒体外膜，影响抗凋亡蛋白与促凋亡蛋白比率平衡，导致神经细胞凋亡并损伤神经元[10−11]。
研究表明，大剂量METH可诱导大鼠纹状体内的跨膜蛋白复合体Ⅱ-Ⅲ活性下降[10]。可见METH通过改变线粒体呼吸链活性影响神经元正常代谢功能。此外，Chuanxiang Chen等[11]研究表明，METH可通过激活线粒体凋亡途径，诱导PC12和人神经母细胞瘤细胞（human neuroblastoma SH-SY5Ycells，SY-S
H5Y）细胞释放细胞素C，并促使细胞素C从线粒体转移到细胞质。从而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase 3），导致细胞凋亡并损伤多巴胺能神经元。
1.3    METH诱导的神经炎症与神经毒性
METH可直接诱导神经炎症[11−12]。核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）和炎性因子在METH诱导神经炎症中起重要作用。细胞质内的NF-κB是调控炎症因子的上游位点，其被激活后可向细胞核转移，从而启动转录[13]。Kannika Permpoonputtana等[11]研究表明，METH诱导的SH-SY5Y细胞神经炎症涉及NF-κB的激活。在另一个SH-SY5Y细胞模型实验中，Ji-Hyun Park 等[12]利用METH处理细胞，NF-κB和转录信号转导子及激活子3（signal transducer and activator of transcription，STAT 3）向细胞核转移，同时NF-κB的下游炎性因子肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白介素6（interleukin 6，IL-6）表达水平升高。提示在METH直接诱导多巴胺能神经元神经炎症中，NF-κB对炎性因子激活的关键“桥梁”作用。
2    METH诱导的反应性胶质细胞炎症
在METH损伤纹状体DA神经元之前，反应性小胶质细胞就已被METH激活[14]。说明METH 不仅直接诱导神经炎症，还可通过反应性小胶质细胞影响神经元功能。近年来，反应性胶质细胞对中枢神经系统的神经炎症作用受到广泛关注。其分泌的炎性分子可导致神经元损伤和中枢神经系统神经毒性[15]。
2.1    反应性胶质细胞
在中枢神经系统中，损伤、疾病或感染等可诱导神经胶质细胞非特异性改变，导致反应性胶质细胞增生。反应性胶质细胞增生特点是其形态、大小、反应过程和功能改变[15]。反应性胶质细胞增生可直接或间接影响神经功能和神经细胞存
154昆明医科大学学报第 42 卷
活[16−17]。用METH处理的小胶质细胞和星形胶质细胞被激活，并释放对中枢神经系统有毒性作用的炎性因子，进而损伤神经元。
2.2    METH诱导的反应性星形胶质细胞炎症与神
经毒性
METH通过影响星形胶质细胞炎症基因转录水平，诱导反应性星形胶质细胞增生并分泌炎性因子，引发慢性中枢神经炎症并损伤神经元[18−19]。在基因水平上，METH诱导星形胶质细胞促炎症基因白介素2受体亚单位γ（interleukin 2 receptor subunit gamma，IL-2RG）和抗原处理相关转运体2基因（transporter associated with antigen presentation，TAP2）的mRNA水平升高，进一步影响炎症基因的转录水平[20]。另有研究表明[18−19]，METH可通过激活非受体型酪氨酸蛋白激酶（janus Kinase 2，
JAK2）/STAT3信号级联反应等机制，诱导反应性星形胶质细胞增生。在METH和反式转录激活因子（transactivator of transcription，TAT）诱导人星形胶质细胞实验中，含有炎性因子的反应性星形胶质细胞培养基可导致神经元凋亡，提示反应性胶质细胞所分泌的炎性因子对神经元有毒性作用[21]。
2.3    METH诱导的反应性小胶质细胞炎症与神经
毒性
METH可通过直接或间接机制诱导反应性小胶质细胞增生，分泌慢性神经炎症因子并影响神经元存活，诱导慢性神经炎症[5, 16]。METH直接激活反应性小胶质细胞并诱导神经炎症，其机制涉及到NF-κB/STAT/细胞外调节蛋白激（extracellular regulated protein kinases，ERK）、Toll样受体4（toll Like Receptor 4，TLR4）/髓样分化蛋白2（myeloid differentiation protein 2，MD2）、TLR4/髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依赖性或非MyD88依赖性途径和核苷酸结合寡聚结构域（nucleotide binding oligomerization domain，NOD）样受体家族3 （NOD-like receptors，NLRP3）/CARD 相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）/Caspase-1等的调控。TNF-α、IL-6和IL-1β被METH激活的反应性胶质细胞分泌到细胞质中，引发中枢系统神经炎症[5−6, 16, 22]。此外，高迁移率族蛋白-1（high mobility group box-1 protein，HMGB1）在METH间接激活反应性小胶质细胞增生中发挥重要作用。METH诱导神经元释放HMGB1，
随后HMGB1通过小胶质细胞或其他免疫活性细胞上的同源受体发出信号，诱导神经炎症反应[17]。2.4    反应性星形胶质细胞的神经保护作用
反应性星形胶质细胞作用复杂，也可保护神经元[20, 23]。Si-Hao Du等[23]研究表明，在神经元和星形胶质细胞共培养实验中，METH单独给药星形胶质细胞，IL-1、IL-8和IL-18的表达水平增加。但METH给药共培养细胞，共培养神经元凋亡数量明显减少。说明实验条件不同，反应性星形胶质细胞可呈现神经炎症作用或者神经保护作用。此外，METH上调星形胶质细胞MAPK家族的丝裂原活化蛋白激酶5（mitogen-activated protein kinase，MAP2K5）。被激活的MAP2K5具有神经保护作用[20]。因此，反应性星形胶质细胞不仅可介导神经炎症，也参与抑制METH神经毒性。然而，反应性星形胶质细胞的神经保护机制还需要进一步研究。
2.5    反应性胶质细胞神经炎症、氧化应激和线粒
体协同作用
反应性胶质细胞通过细胞毒性介质，尤其是促炎性细胞因子和自由基，参与中枢神经退行性病变过程[24]。在此过程中，线粒体参与自由基生成，而反应性胶质细胞则通过促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α和单核细胞趋化蛋-1（mono-cyte chemotactic protein 1，MCP-1）/趋化因子（cehemokine ligand 2，CCL2）调节炎症[25]。随后TNF-α通过刺激ROS生成，引起神经元凋亡[26]。Jiraporn Tocharus等[2
4]研究表明，METH （0.4，0.8，1.6，2.4 mm）处理大鼠小胶质细胞株，小胶质细胞活力呈浓度和时间依赖性降低。J Neuroimmune Pharmacol等[26]研究表明，线粒体产生的ROS与NLRP 3炎性小体相互作用，促进IL-1β成熟和分泌。使用ROS特异性抑制剂处理反应性小胶质细胞后发现，抑制剂阻断了METH对NLRP3炎性小体的激活作用，神经元凋亡的数量相应减少。提示线粒体ROS与NLRP 3炎性小体相互作用，介导METH诱导的反应性小胶质细胞炎症和神经元损伤。
3    药物抑制METH相关神经毒性
3.1    通路抑制药物
通路抑制药物通过激活抗炎级联反应或抑制炎性因子生成通路，达到抑制METH神经毒性作用[24−27]。积雪草酸（asiatic acid，AA），药用植物提取的生物活性成分，有抗氧化、抑制神经元凋亡和抗中枢神经炎症作用。在研究METH诱导多巴胺能细胞和小胶质细胞神经毒性中，AA通过
第 2 期李媛媛， 等．甲基神经毒性作用及机制的研究进展155
抑制NF-κB/STAT 3/胞外信号调节蛋白激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）通路和线粒体介导凋亡途径，导致细胞炎性因子TNF-α和IL-6分泌减少，从而抑制METH诱导神经元凋亡[12]。另一种通路抑制药物是藏红花素（crocin） ，其通过磷酸化环磷腺苷效应元件结合蛋白（phosphorylated-cA
MP response element binding protein，P-CREB）/脑源性神经营养因子蛋白（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）/肌球蛋白受体激酶B（tropomyosin receptor kinase B，Trk B）的级联反应，不仅明显减弱METH诱导的大鼠海马组织中IL-β和TNF-α等炎性因子水平，还可抑制METH诱导细胞凋亡和减弱METH对神经元的损伤作用[28]。因此，Crocin具有改善METH诱导的海马神经毒性作用。
3.2    合成药物
氢分子（molecular hydrogen，H2）及其化合物硫化氢（hydrogen sulfide，H2S）在抑制METH神经毒性中起重要作用[29−30]。Fateme Ghanbari等 [29]在研究METH诱导大鼠神经毒性中，发现H2S显著降低大鼠海马CA1区细胞凋亡，减少反应性星形胶质细胞增生。此外，H2S可通过抑制脂质过氧化和TNF-α生成，减轻METH诱导的神经毒性。H2S不仅具有抗炎和减少促炎细胞因子作用，还能显著提高超氧化物歧化酶（the activities of superoxide dismutase，SOD）和还原性谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）表达水平，提示其抗氧化作用。Di Wen 等[30]在研究H2对METH诱导大鼠神经毒性作用中，发现H2影响METH诱导的大鼠抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白比例，并且大鼠IL-6和TNF-α表达水平降低。表明H2可通过减弱METH诱导的中枢神经炎症和大鼠线粒体功能障碍，改善METH神经毒性。
4    小结
METH是一种世界范围内普遍滥用的，严重危害公共健康安全。由于METH滥用对大脑功能损伤严
重，研究出抑制METH神经毒物刻不容缓，因此对于METH神经毒性机制的研究已成为当今时代热点。近年来发现，在METH诱导中枢神经毒性中，氧化应激、线粒体功能障碍和中枢神经炎症反应三者单独又相互作用。此外，反应性胶质细胞可通过分泌炎性因子，加剧METH诱导神经元氧化应激和线粒体代谢障碍。然而，在METH神经毒性中，反应性星形胶质细胞对神经元还具有保护作用。那么，大脑中是否还存在某些受体或机制途径，促使反应性星形胶质细胞触发其保护作用？亦或者反应性星形胶质细胞中还存在保护与损伤作用平衡机制？为了进一步了解药物抗METH神经毒性有效靶点，本文总结了多种已报道的抗METH神经毒物。发现这些药物有效抑制反应性胶质细胞增生，减少神经因子分泌。进一步说明了反应性胶质细胞炎症在METH神经毒性中的关键作用，并且为今后研究抗METH神经毒性机制提供参考依据。
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