神经细胞的氧化损伤与MTH1的神经细胞保护作用

第１２卷第３期　
２０１０年５月　

大连民族学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　
Ｖｏ１．１２，Ｎｏ．３　

Ｍａｖ　２０１０　

文章编号：１００９—３１５Ｘ（２０１０）０３—０２０９一ｏ３　
神经细胞的氧化损伤与ＭＴＨ１的　
神经细胞保护作用　

南海天　
（中国医科大学，辽宁沈阳１１０００１）　

摘要：许多因素如活性氧类物质，可引起神经细胞的氧化损伤。而ＭＴＨ１能够有效防止８一ｏｘｏＧ导致　
的神经细胞氧化损伤。介绍了神经细胞内氧化损伤发生的机理，阐述了帕金森病ＭＰＴＰ模型中ＭＴＨ１对　
纹状体多巴胺能神经元神经末梢的保护作用。　
关键词：氧化损伤；ＭＴＨ１；ＭＰＴＰ动物模型；帕金森病　
中图分类号：Ｑ７５　文献标志码：Ａ　

Ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　Ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　Ｎｅｕｒｏｎｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＭＴＨ１　ｏｎ　Ｎｅｕｒｏｎｓ　
ＮＡＮ　Ｈａｉ—ｔｉａｎ　
（Ｃｈｉｎａ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１　１０００１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｖｉｖｏ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ａｃｔｉｖｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｓｐｅｃｉｅｓ（ＡＯＳ）ｃａｎ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　
ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｎｅｕｒｏｎｓ．ＭＴＨ１　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｐｒｅｖｅｎｔｓ　ｓｕｃｈ　ｄａｍａｇｅｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　８一ｏｘｏＧ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｄａｍａｇｅ　ｉｎ　ｎｅｕｒｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　
ＭＴＨ１　ｏｎ　ｎｅｒｖｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ｏｆ　ｄｏｐａｍｉｎｅｒｇｉｃ　ｎｅｕｒｏｎｓ　ｉｎ　ｓｔｒｉａｔａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＭＰＴＰ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ’Ｓ　
Ｄｉｓｅａｓｅ．　
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｄａｍａｇｅ；ＭＴＨ１；ＭＰＴＰ　ｍｏｄｅｌ；Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ’Ｓ　Ｄｉｓｅａｓｅ　

１　神经细胞的氧化损伤　
１．１　神经细胞发生氧化损伤的高风险性　
哺乳动物在生长过程中，神经干细胞能够增　
殖并产生大量神经元。成熟的神经元处于有丝分　
裂的后期并且必须在个体整个生命过程中发挥其　
功效。神经元具有高度的代谢活性，并产生足够　
的ＡＴＰ以维持细胞内外的离子平衡。ＡＴＰ主要　
依靠细胞内的线粒体呼吸产生，与此同时从呼吸　
链中漏出的电子将会产生活性氧族（ＲＯＳ），例如　
超氧化物、过氧化氢和羟基。ＲＯＳ能够氧化细胞　
内包括蛋白和核苷酸在内的大分子，从而导致突　
变和细胞死亡等细胞功能的失调。因此，神经元　
具有发生氧化损伤的高风险性…。　
１．２神经细胞内氧化损伤发生的机理和危害　
导致神经细胞内氧化损伤的主要物质　一氧桥鸟嘌呤（８一ｏｘｏＧ），在ＤＮＡ复制过程中能　够与腺嘌呤和胞嘧啶配对，从而分别增加了由Ａ：　Ｔ至Ｃ：Ｇ和Ｇ：Ｃ至Ｔ：Ａ颠换突变的频率　。细　胞核和线粒体中的ＤＮＡ遗传信息的改变，会导致　突变和程序性细胞死亡。突变是体细胞癌变、遗　传性疾病和遗传多态性的根源，而程序性细胞死　亡常常引发退行性病变。大量研究表明，增殖细　胞内８一ｏｘｏＧ的增加会导致突变和癌变频率的增　加，而８一ｏｘｏＧ不断在神经细胞核和线粒体内积　聚，还会使人体出现许多神经变性性病征，如帕金　森病（ＰＤ）、阿尔茨海默病（ＡＤ）和肌萎缩侧索硬　化（ＡＬＳ）　。　２　ＭＴＨ１在小鼠ＭＰＴＰ模型中的作用　近年来人们发现一种神经毒性药物１一甲基　一４苯基一１，２，３，６一四氢毗啶（ＭＰＴＰ），可选择　

收稿日期：２０１０—０３—０５　
作者简介：南海天（１９８７一），男，辽宁大连人，中国医科大学七年制研究生，主要从事临床医学研究。　
２１０　大连　民　族　学　院　学　报　第１２卷　
性的破坏中脑黑质中的多巴胺能神经元，故常被　
用来制作研究帕金森病的模型。日本九州大学生　
体防御医学研究所的中别府雄作教授，利用该模　
型进行了一系列的动物实验。别府教授长期从事　
脑神经的分子生物学研究，通过对大量实验结果　
进行分析总结，证明了ＭＴＨ１能够有效减少小鼠　
神经细胞中８一ｏｘｏＧ在细胞核和线粒体ＤＮＡ中　
的积聚　，从而阻止了神经细胞的氧化应激。与　
此同时，许多国际知名专家也纷纷发表文献，从不　
同方面支持了别府先生的理论。　
２．１帕金森病（ＰＤ）的ＭＰＴＰ动物模型　
流行病学研究和动物模型实验表明，一些自　
体合成或环境内的毒素会阻滞ＰＤ的线粒体呼吸　
链。其中，ＭＰＴＰ动物模型最清晰地阐明了其中原　
理　引。　

早在１９９１年，Ｒ．Ｒ．Ｒａｍｓａｙ博士就已证实系　统摄人的ＭＰＴＰ大部分由神经胶质细胞内的单胺　氧化酶转化为ＭＰＰ　，而ＭＰＰ　又会通过多巴胺转　运蛋白（ＤＡＴ）被多巴胺能神经元特异吸收。多巴　胺能神经元内积聚的ＭＰＰ　与线粒体呼吸链的复　合物Ｉ结合并阻滞电子的转运，从而导致ＲＯＳ的　形成和由ＡＴＰ消耗引起的能量损失。另外，Ｎ．　Ｓｃｈｍｉｄｔ教授的研究表明，与脑内其他组织相比，　多巴胺能神经元由于多巴胺自身代谢产物的蓄积　更易受到氧化损伤。ＭＰＰ　导致大量囊泡内多巴　胺释放至细胞质中并提高多巴胺的更新速度，多　巴胺能神经元内的氧化应激也因此大大增加　Ｊ。　这一过程中，产生了大量羟自由基。羟自由基是　最具活性的ＲＯＳ之一，可以将许多包括蛋白质、　脂类和核苷酸在内活质分子轻易氧化，从而引起　一系列的细胞功能失调甚至死亡。这就是ＰＤ的　ＭＰＴＰ动物模型。　２．２帕金森病ＭＰＴＰ模型中８一ｏｘｏＧ的积聚　在ＭＰＴＰ致病的ＰＤ模型中，脂类过氧化反应　的增加和蛋白质化学性质的改变是常见现象，现　在人们又开始关注该模型中ＭＰＴＰ是否会导致８　一ｏｘｏＧ的积聚。１３本从事脑神经研究的山口教　授的研究表明，在一次摄入ＭＰＴＰ（３０　ｍｇ・ｋｇ～，　ｉ．Ｐ．）１２～２４　ｈ之后，８一ｏｘｏＧ在黑质和纹状体细　胞ＤＮＡ和ＲＮＡ中的积聚显著增高　Ｊ。特别是８　一ｏｘｏＧ在纹状体多巴胺能神经末梢线粒体内的　积聚，要比其在黑质细胞ＤＮＡ或ＲＮＡ中积聚出　现的早，而黑质在反复摄人ＭＰＴＰ后多巴胺能神　经元缺失又很显著。日本分子生物学水源教授的　研究表明，ＭＰＰ　以引发纹状体多巴胺能神经末梢　内的线粒体功能失调为开端，引起了整个多巴胺　能神经元的退行性变。而多巴胺能神经末梢的功　能失调，正是由ＭＰＴＰ导致８一ｏｘｏＧ的积聚产生　的Ｅ　。　２．３　ＭＴＨ１对纹状体多巴胺能神经元神经末梢　的保护作用　ＭＴＨ１ｍＲＮＡ在鼠大脑神经元内广泛存在，并　且在整个黑质（包括黑质密部、网质部、腹侧被盖　区）、大脑皮层和海马处都有实质性表达。　为了证实ＭＴＨ１在黑质一纹状体通路中的神　经保护作用，九州大学生体防御医学研究所将野　生型小鼠和人工去除ＭＴＨ１的小鼠作了对比试　验。他们将ＭＰＴＰ（３Ｏ　ｍｇ・ｋｇ～，ｉ．Ｐ．）每日一次　连续５　ｄ注入野生型和去除ＭＴＨ１的小鼠，然后　将２组小鼠纹状体内多巴胺能神经末梢变性程度　
和黑质多巴胺能神经元的缺失情况进行比较［４］。　
结果表明，２组小鼠的黑质多巴胺能神经元的缺　
失情况基本相同，但长期暴露于ＭＰＴＰ的去除　
ＭＴＨ１的小鼠纹状体内多巴胺能神经末梢变性程　
度更严重，同时，在去除ＭＴＨ１小鼠的纹状体多巴　
胺能神经末梢的线粒体内，８一ｏｘｏＧ积聚更明显。　
由于ＭＴＨ１能够有效水解８一ＯＸＯ—ｄＧＴＰ和　
其他氧化嘌呤核苷酸三磷酸盐，去除ＭＴＨ１的小　
鼠在摄人ＭＰＴＰ后，纹状体多巴胺能神经末梢内　
积聚了大量氧化嘌呤核苷酸三磷酸盐，从而导致　
其线粒体ＤＮＡ内蓄积了大量氧化嘌呤。因此，　
ＭＴＨ１的缺乏扩大了纹状体内ＭＰＴＰ激动的多巴　
胺能神经末梢的氧化损伤。这些结果表明，ＭＴＨ１　
对纹状体多巴胺能神经元具有神经保护作用。　

３　展望　
ＭＴＨ１能够有效减少小鼠神经细胞中８一ＯＸ—　
ｏＧ在细胞核和线粒体ＤＮＡ中的积聚，从而防止　
神经细胞的氧化损伤，然而促使神经细胞损伤的　
始动因素目前尚有争论。Ｂ．Ｎ．Ａｍｅｓ的研究结果　
证明，ＤＮＡ的破坏与细胞死亡和癌变紧密相关。　
氧化嘌呤脱氧核糖核酸错误的掺入ＤＮＡ，很有可　
能引起了神经细胞功能改变甚至细胞死亡。然　
而，ＭＴＨ１有效的水解８一ＯＸＯ—ＧＴＰ等氧化嘌呤　
核糖核酸说明，神经细胞功能的失调也可能是　
ＲＮＡ被错误掺入导致的。最近Ｔ．Ｋａｉ等人还发　
现，８一ＯＸＯ—ｄＧＴＰ浓度升高会导致非洲蟾蜍卵溶　
解物内的ＤＮＡ复制时合成量的减少　，说明８一　
第３期　南海天：神经细胞的氧化损伤与ＭＴＨ１的神经细胞保护作用　２１１　
ＯＸＯ—ｄＧＴＰ本身可能有直接的神经细胞毒性作　
用。因此，造成神经细胞氧化损伤的具体机制还　
需要进一步研究。九州大学生体防御医学研究所　
现在依靠转基因技术借用小鼠表达人类ＭＴＨ１蛋　
白，试图进一步揭示这些氧化核苷酸在神经细胞　
内的生物学作用。虽然该研究尚处于动物试验阶　
段，但对于寻找治疗ＰＤ的新策略有着重要参考价　
值。新近发现，ＤＮＡ修复酶８一羟基鸟嘌呤糖苷　
酶（ｈＯＧＧ１）和ｈＭＹＨ也在不同环节协同参与神　
经细胞核和线粒体ＤＮＡ的修复，因此其他能够防　
止ＤＮＡ氧化损伤的ＤＮＡ修复酶在神经细胞氧化　
变性中的分子生物学作用和机制还需要深入发现　
和研究。　

参考文献：　
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Ａｃｉｄｓ　Ｒｅｓ．，２００２，３０：５６９—５７３．　
（责任编辑邹永红）　

（上接第２０５页）　
想，然而，在一些木质化程度较大的部位，探针的　
半透膜往往容易被刮破，造成探针的损坏。　

参考文献：　
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ｏ１．Ｐ１ａｎｔ，１９９１（８２）：３８５～３８８．　
［５］ＥＫＬＵＮＤ　Ｌ．Ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ　ｏｆ　ｅｔｈｙｌ—　
ｅｎｅ　ｉｎ　ｄｏｒｍａｎｔ　Ｐｉｃｅａ　Ａｂｉｅｓ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ　Ｇｒｏｗｔｈ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，　
１９９３，１２（１—２）：３７—４１．　
［６］ＭＡ　Ｈｕｉｒｎｉｎ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉｈｕａ，ＺＥＮＧ　Ｙｉ，ｅｔ　ａ１．Ｓｐｅｃｔｒｏ－　
ｓｃｏｐｉｃ　ｍｅａＳｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏｄｉａｌ—　
ｙｓｉｓ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｆｒｏｍ　ｒａｔ　ｂｒａｉｎ，ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ　ｐｌｕｍ　ｆｒｕｉｔ　ａｎｄ　ｐｅａ　
［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９９，１０（３）：２４３—２４６．　
（责任编辑邹永红）