姜黃素對(duì)阿爾茨海默病中Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性保護(hù)作用的研究進(jìn)展

張莉莉，査曉明，樓影涵，張 茵，陳 莉，張陸勇

（1.中國藥科大學(xué) 新藥篩選中心，江蘇 南京 210009；2.中國藥科大學(xué) 中藥學(xué)院 天然藥物化學(xué)教研室，江蘇 南京 210009；3.中國藥科大學(xué) 藥學(xué)院 藥物化學(xué)教研室，江蘇 南京 210009）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer＇s disease，AD）是一種進(jìn)行性神經(jīng)退變性疾病，其病理特征主要有3個(gè)：老年斑（senile plague，SP）、神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFT）和神經(jīng)元尤其是膽堿能神經(jīng)元的缺失。β淀粉樣蛋白（Amyloidβ－peptide，Aβ）是AD三大病變之一SP的核心成分，也是其他AD腦病變產(chǎn)生的基礎(chǔ)，Aβ對(duì)神經(jīng)元具有神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)毒雙重作用，低濃度的 Aβ（pmol·L－1～nmol·L－1）對(duì)未成熟分化的神經(jīng)元表現(xiàn)出營養(yǎng)作用，但隨著Aβ濃度的升高（mol·L－1），對(duì)成熟分化的神經(jīng)元?jiǎng)t呈現(xiàn)出神經(jīng)毒性，使樹突和軸突退縮，導(dǎo)致神經(jīng)元減少或缺失。姜黃素［（3－甲氧基－4－羥基）苯基－1，6－庚二烯－3，5－二酮，圖1］是從姜黃根莖中分離出來的β－二酮類化合物，具有抗腫瘤、降血脂、抗氧化等活性。本文綜述了近年來姜黃素對(duì)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性保護(hù)作用的研究進(jìn)展。

圖1 姜黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 由Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用

Aβ是由β淀粉樣蛋白前體蛋白（β－amyloid precursor protein，APP）分別經(jīng)β－分泌酶（β－secretase）和γ－分泌酶（γ－secretase）的酶切作用產(chǎn)生［1］。APP在β－分泌酶作用下，生成分泌性APP（secretoryAPP，sAPPβ）和含有Aβ結(jié)構(gòu)的羥基端片段稱 C99（C－terminal membrane－bound 99－amino acid residue fragment C99），C99在γ－分泌酶的作用下，生成Aβ并釋放至細(xì)胞外［2］。大量研究證實(shí)Aβ的生成、聚集和沉積是AD致病的核心因素，Aβ的大量沉積形成淀粉樣斑塊即老年斑，繼而出現(xiàn)神經(jīng)元喪失、神經(jīng)纖維纏結(jié)等病理特征［3］。Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性的分子機(jī)制比較復(fù)雜，已有的研究主要包括通過氧化和脂質(zhì)過氧化促進(jìn)自由基的形成，增強(qiáng)致炎細(xì)胞因子引起炎癥反應(yīng)，Tau蛋白的磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)，破壞細(xì)胞內(nèi)的Ca2＋穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)金屬離子Fe2＋和Cu2＋等的增多，激活細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，降低K＋通道的功能等［4－5］。

2 姜黃素對(duì)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性的保護(hù)作用

近年來研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能顯著抑制Aβ的生成和聚集。姜黃素不僅可以通過與Aβ自身的結(jié)合抑制其生成和聚集、透過血腦屏障與斑塊結(jié)合促進(jìn)斑塊的降解，還可以通過其他多種途徑來保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用。Ono等［6］在實(shí)驗(yàn)中證明姜黃素能夠劑量依賴性地與Aβ40和Aβ42結(jié)合抑制它們進(jìn)一步的聚集（EC50＝0.19～0.63μM）。Yang等［7］也證實(shí)姜黃素在0.1～1.0μM 的濃度下與 Aβ40和Aβ42結(jié)合抑制其低聚物的形成。Yanagisawa等［8］從構(gòu)效關(guān)系上發(fā)現(xiàn)姜黃素的酮－烯醇結(jié)構(gòu)比酮式結(jié)構(gòu)更易與Aβ的聚合物結(jié)合，證明姜黃素的烯醇化是其與Aβ結(jié)合的關(guān)鍵。

2.1 姜黃素通過抑制Aβ的生成保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

Aβ由β淀粉樣蛋白前體（APP）轉(zhuǎn)化而來，APP經(jīng)β－或γ－分泌酶和一系列其他蛋白酶的作用產(chǎn)生易聚集和沉淀的Aβ。王蓬文等［9］通過實(shí)驗(yàn)觀察姜黃素對(duì)APPswe／PS1dE9雙轉(zhuǎn)基因小鼠Aβ生成酶早老素2（presenilin2，PS2）和Aβ降解酶胰島素降解酶（insulin degrading enzyme，IDE）表達(dá)的影響，證實(shí)姜黃素能通過減少Aβ生成酶和增加Aβ降解酶的表達(dá)，降低Aβ蛋白的生成進(jìn)而改善APPswe／PS1dE9雙轉(zhuǎn)基因小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，從而抑制Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用。

姜黃素還可以通過降低APP和β位點(diǎn)APP切割酶1（β－site APP cleavage enzyme1，BACE1）的水平來抑制 Aβ生成。APP和BACE1過度表達(dá)導(dǎo)致 Aβ生成增加，Cu2＋和Mn2＋能增加嗜鉻細(xì)胞瘤（pheochromocytoma）PC12細(xì)胞的APP和BACE1表達(dá)，姜黃素可以通過阻止這些金屬離子的效應(yīng)降低 APP和BACE1過度表達(dá)從而降低 Aβ生成［10］。Shimmyo等［11］發(fā)現(xiàn)在胚胎小鼠大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞的培養(yǎng)研究中，3～30μM的姜黃素能夠抑制BACE1的過度表達(dá)。

2.2 通過抗氧化作用保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

姜黃素獨(dú)特的抗氧化活性與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。姜黃素的兩個(gè)苯環(huán)上各有一個(gè)酚羥基和一個(gè)甲氧基，兩個(gè)苯環(huán)中間通過一個(gè)共軛的β－雙酮／烯醇式鏈連接。Priyadarsini指出酚基團(tuán)對(duì)于姜黃素清除氧自由基是必要的，甲氧基的存在進(jìn)一步增加其抗氧化活性［12］。Miriyala［13］認(rèn)為姜黃素的抗氧化活性歸因于酚基團(tuán)和甲氧基團(tuán)與1，3－二酮結(jié)合的雙烯系統(tǒng)連接起來。AD患者腦內(nèi)的活性氧（reactive oxygen species，ROS）是 Aβ的毒性產(chǎn)物［14］，可損傷細(xì)胞，引起細(xì)胞主要成分如蛋白質(zhì)和脂類氧化，最終導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定從而導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞的死亡［15］。姜黃素的神經(jīng)保護(hù)作用主要是通過刺激轉(zhuǎn)錄因子Nrf2表達(dá)［16］，抑制 MAP激酶信號(hào)和影響細(xì)胞分裂周期對(duì)抗氧化的谷氨酸毒性［17］，從而阻礙氧化應(yīng)激對(duì)AD腦中Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性的影響。Park等［18］發(fā)現(xiàn)當(dāng)PC12細(xì)胞被暴露在10μM 的 Aβ25－35中24h后，抗氧化酶水平明顯增高，同時(shí)伴有DNA的損傷和細(xì)胞活性的下降，而當(dāng)PC12細(xì)胞被10μg·mL－1的姜黃素預(yù)處理1h后，則能通過降低氧化應(yīng)激抑制Aβ的這種效應(yīng)。

2.3 通過抗炎作用保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

AD的重要發(fā)病機(jī)制之一是神經(jīng)細(xì)胞的慢性炎癥。研究證實(shí)，Aβ的沉積能夠誘導(dǎo)炎癥物質(zhì)如小膠質(zhì)細(xì)胞、星型細(xì)胞和促炎癥物質(zhì)的增加。在一項(xiàng)PBM和THP－1細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)Aβ1－40或 Aβ1－42的增多能夠誘導(dǎo)Erg－1蛋白的表達(dá)，而Erg－1可以刺激單核細(xì)胞中細(xì)胞因子TNF－α、IL－1β和炎癥趨化因子 MIP－1β、MCP－1、IL－8的表達(dá)，姜黃素（12.5～25μM）能夠抑制早期 Erg－1蛋白的增多［19］。Lee等［20］發(fā)現(xiàn) Aβ25－35可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致 NO、TNF－α、IL－1和IL－6促炎癥反應(yīng)，引起神經(jīng)細(xì)胞的損傷，而姜黃素可以通過阻止炎癥狀態(tài)時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞的活性來保護(hù)神經(jīng)元的損傷。Cole等［21］發(fā)現(xiàn)AD模型中，Aβ的生成和堆積能夠誘導(dǎo)多種炎癥因子的增多，如 IL－1、TNFα、COX－2、iNOS、JNK、NF－κB等，這些炎癥因子能夠通過炎癥反應(yīng)產(chǎn)生神經(jīng)毒作用，姜黃素能夠抑制這些炎癥因子的表達(dá)，從而起到神經(jīng)保護(hù)作用。

2.4 通過抑制Tau蛋白的過度磷酸化發(fā)揮保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）是AD的一個(gè)病理特征，NFTs由細(xì)胞內(nèi)高度磷酸化的Tau蛋白聚集形成，而Tau蛋白的過度磷酸化與Aβ的生成和聚集密切相關(guān)。在一項(xiàng)姜黃素通過抑制氧化損傷和Tau蛋白的磷酸化保護(hù)Aβ對(duì)PC12細(xì)胞產(chǎn)生的神經(jīng)毒性實(shí)驗(yàn)中，Park等［18］發(fā)現(xiàn)Aβ25－35能顯著誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Tau蛋白磷酸化的增加，而用10μg·mL－1的姜黃素預(yù)處理PC12細(xì)胞則能明顯抑制Tau蛋白的過度磷酸化。于嵩等［22］用姜黃素飼料喂養(yǎng)APP／PSI轉(zhuǎn)基因小鼠9個(gè)月后，用 Western blot檢測(cè)p－Tau的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)姜黃素喂養(yǎng)組與正常對(duì)照組比較p－Tau蛋白表達(dá)顯著降低，表明姜黃素可能通過抑制Tau蛋白的磷酸化起到對(duì)APP／PSl轉(zhuǎn)基因小鼠大腦神經(jīng)元的保護(hù)作用。

2.5 通過抑制細(xì)胞內(nèi)鈣的水平保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

研究表明，在病變部位Aβ的增多能夠引起神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)Ca2＋濃度的增高，造成Ca2＋穩(wěn)態(tài)的失衡，從而引起一系列鈣依賴型反應(yīng)。如使鈣依賴型Tau蛋白磷酸化相關(guān)激酶活性增強(qiáng)，誘導(dǎo)Tau蛋白磷酸化并最終導(dǎo)致神經(jīng)元損傷等。在動(dòng)物試驗(yàn)中可觀察到口服姜黃素能夠降低Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)Ca2＋的濃度，從而保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞免受損傷［23］。Aβ也可通過參與與谷氨酸相互作用而損傷神經(jīng)元，谷氨酸對(duì)神經(jīng)細(xì)胞毒性作用是通過激活N－甲基－D－天門冬氨酸（NMDA）型受體，改變Ca2＋、Na＋、Cl＋等離子的通透性，使細(xì)胞腫脹、變性及至死亡。姜黃素通過抑制NMDA受體介導(dǎo)的Ca2＋內(nèi)流，進(jìn)而減輕興奮性中毒的損傷而起到細(xì)胞保護(hù)作用［24］。

2.6 姜黃素通過與金屬離子的螯合化作用保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

AD患者腦內(nèi)Aβ的過度生成能誘導(dǎo)金屬離子（如Fe2＋和Cu2＋）的增多，這些金屬離子與Aβ結(jié)合，誘導(dǎo)Aβ聚集，催化產(chǎn)生自由基，在DNA和蛋白質(zhì)水平導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的損傷［25］。姜黃素是一種天然金屬螯合劑，螯合Fe2＋和Cu2＋等金屬離子，降低Aβ沉積，進(jìn)而起到神經(jīng)保護(hù)作用［26］。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)一分子Fe2＋和Cu2＋等重金屬離子能與兩分子姜黃素作用形成金屬螯合物，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞［27－28］。

2.7 通過抑制神經(jīng)細(xì)胞的凋亡來保護(hù)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用

AD患者神經(jīng)元的樹突棘與軸突丟失導(dǎo)致認(rèn)知缺陷，Aβ學(xué)說認(rèn)為Aβ毒性導(dǎo)致神經(jīng)元的這種損傷。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以通過抑制細(xì)胞內(nèi)Aβ（iAβ）誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡蛋白酶的水平和提高iAβ誘導(dǎo)的p－AKT的水平來保護(hù)iAβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒作用。在一項(xiàng)姜黃素對(duì)小鼠的額葉前部皮質(zhì)神經(jīng)元iAβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性保護(hù)實(shí)驗(yàn)中，Qin等［29］發(fā)現(xiàn)模型組在小鼠的額葉前部皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入Aβ后，caspase－3的濃度顯著提高，而受試組在服用10μM的姜黃素后，則能明顯降低iAβ誘導(dǎo)的caspase－3濃度，該實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)iAβ能夠降低神經(jīng)保護(hù)通路蛋白AKT（p－AKT）的濃度，而姜黃素對(duì)iAβ有抑制作用。廖濤等［30］在一項(xiàng)姜黃素改善癡呆模型小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及影響細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以通過上調(diào)bcl－2，下調(diào)bax，升高bcl－2／bax比值來有效抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡。

3 結(jié)語

姜黃素通過抑制Aβ的生成、Tau蛋白的過度磷酸化和神經(jīng)細(xì)胞凋亡，螯合腦組織中金屬離子、抑制胞內(nèi)鈣離子水平和抗炎、抗氧化等方式對(duì)Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性起到保護(hù)作用。姜黃素的作用方式具有多靶向、多途徑的特點(diǎn)，且自身毒性極小。因此，深入研究姜黃素在AD中的神經(jīng)保護(hù)及其作用機(jī)制，對(duì)于開發(fā)一類用于阿爾茨海默癥治療的神經(jīng)保護(hù)藥物具有重要意義。

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