小檗堿治療阿爾茨海默病研究進展

張海靜 趙春暉 張文生

?

·綜述·

小檗堿治療阿爾茨海默病研究進展

張海靜 趙春暉 張文生

阿爾茨海默病(Alzhermer’disease，AD)是一種以學(xué)習(xí)、記憶和認知功能障礙為主要表現(xiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。AD作為一種異質(zhì)性的疾病，其致病機理復(fù)雜。小檗堿是一種常見的異喹啉類季銨生物堿，作為一種多靶點作用的藥物對AD的病理具有一定的改善作用。包括改善認知能力、減少β淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)產(chǎn)生、抑制Tau蛋白的過度磷酸化、抗炎、抗氧化、調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)遞質(zhì)代謝等。本文總結(jié)近年來小檗堿治療AD的有關(guān)研究成果，以期為小檗堿防治AD提供借鑒。

小檗堿； 阿爾茨海默??； β-淀粉樣蛋白； 神經(jīng)保護； 糖脂代謝

小檗堿(berberine,BBR,MW 336.37)又稱黃連素，為異喹啉類季銨生物堿，主要見于毛茛科黃連CoptischinensisFranch干燥的根莖中。小檗堿臨床應(yīng)用廣泛:最早用于治療痢疾和由細菌感染引起的消化道疾??；隨后發(fā)現(xiàn)小檗堿除具有抗炎作用外，還有降血糖、降血脂、抗腫瘤和抗血栓等多種藥理活性。近幾年有研究發(fā)現(xiàn)小檗堿對改善AD也有良好的作用[1]，并且證實小檗堿能夠透過血腦屏障在相關(guān)腦區(qū)發(fā)揮神經(jīng)保護的作用[2-3]。本文擬對近年來小檗堿改善AD的相關(guān)文獻進行總結(jié)，系統(tǒng)闡述小檗堿抗AD作用及分子機制，為進一步深入研究提供思路。

1 小檗堿對認知功能的影響

阿爾茨海默病(Alzhermer’disease，AD)是以認知功能障礙為主要臨床表現(xiàn)的神經(jīng)退行性疾病。認知功能是指腦加工、儲存和提取信息的能力，其生物學(xué)基礎(chǔ)是腦中神經(jīng)元的連接和信息傳遞。研究發(fā)現(xiàn)小檗堿在三種不同的AD動物模型中均能夠改善認知水平和行為能力。3月齡TgCRND8已有明顯的Aβ沉積和認知能力障礙現(xiàn)象。從2月齡開始給予小檗堿(25 mg/kg和100 mg/kg)灌胃治療4個月后，發(fā)現(xiàn)模型小鼠在隱蔽平臺和探索試驗中顯著提高空間記憶能力[4]；在海馬注射寡聚態(tài)Aβ1-40(5 μg)致癡呆的大鼠模型中，小檗堿(50 mg/kg)灌胃治療14天后，明顯縮短癡呆大鼠在Morris水迷宮中尋找平臺的時間，證實其空間學(xué)習(xí)和記憶能力得到提高[5]；麥芽酚鋁(25 mmol/L,100 μL)注射兔腦室內(nèi)引起腦損傷的模型中，小檗堿(50 mg/kg)灌胃治療2周后，可對其海馬退化，體態(tài)異常、共濟失調(diào)和震顫等行為紊亂起到一定的保護作用[6]。

2 小檗堿改善AD的病理及機制

2.1 對Aβ的作用

老年斑是AD的主要病理特征，其核心成分β淀粉樣蛋白(β-amyloid,Aβ)是由定位于膜結(jié)構(gòu)上的β-淀粉樣前體蛋白(β-amyloid precursor protein,APP)經(jīng)β-分泌酶(beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme1,BACE1)和γ-分泌酶(γ-secretase)切割形成的含有40～43個氨基酸殘基的多肽，主要包括Aβ1-40和Aβ1-42兩種。研究證實小檗堿能改變APP的代謝過程，減少Aβ的生成[7]。在穩(wěn)轉(zhuǎn)APP695瑞典型突變的HEK293細胞中，Zhu等[8]證實小檗堿通過激活Erk1/2信號通路抑制BACE1的表達，進而減少Aβ40/42的產(chǎn)生。Durairajan等[4]以N2a-SwedAPP695(小鼠神經(jīng)母細胞瘤細胞穩(wěn)定表達人的瑞典突變型APP)為細胞模型，發(fā)現(xiàn)小檗堿通過影響PI3K/Akt信號通路磷酸化糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase-3, GSK3)，磷酸化的GSK3能夠劑量和時間依賴性的抑制APP的磷酸化水平，進而影響APP的剪切，減少Aβ的生成。另外，胰島素降解酶(insulin degrading enzyme, IDE)是降解和清除Aβ的關(guān)鍵酶，上調(diào)IDE的表達可促進Aβ的降解。通過立體定位向大鼠兩側(cè)海馬注射寡聚態(tài)的Aβ1-40后，小檗堿(50 mg/kg)灌胃治療14天，檢測大鼠海馬區(qū)IDE的mRNA和蛋白表達水平，發(fā)現(xiàn)小檗堿可上調(diào)IDE的表達，增強Aβ的清除[9]。而Durairajan等[4]在對TgCRND8轉(zhuǎn)基因小鼠大腦的研究中發(fā)現(xiàn)，小檗堿對Aβ降解酶腦啡肽酶和IDE的表達水平并無顯著影響。因此，小檗堿是否通過上調(diào)IDE的表達而促進Aβ的降解，還有待進一步研究。 2.2 對Tau的作用

神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles,NFTs)是AD發(fā)病過程中另一個典型病理變化。NFTs主要由雙股螺旋纖維(paired helical filament,PHF)Tau蛋白的過度磷酸化所致。AD患者腦內(nèi)Tau蛋白磷酸化程度高出常人3～4倍，其機制與多種蛋白激酶(GSK3、Cdk5、MAPK、 PKA、CaMKⅡ)和磷酸酶(PP-2A、PP-1、PP-5、PP-2B)代謝失衡有關(guān)[10]。過度磷酸化的Tau蛋白降低馬達蛋白在微管上的吸附力和神經(jīng)細胞軸突的運輸能力，導(dǎo)致神經(jīng)元功能損傷。小檗堿可恢復(fù)由花萼海綿誘癌素(Calyculin A,CA)引起的GSK3β(Ser9和Y216)磷酸化異常和PP2A活性降低，促使去磷酸化的Tau(Tau1)蛋白表達上調(diào)，磷酸化的Tau(pS396、pS404、pT205、pT231)蛋白表達下調(diào)[11]，其作用機制與小檗堿影響PI3K/Akt信號通路、抑制GSK3活性，從多個位點降低Tau蛋白(Ser202、Ser396、Ser404、Thr205、Thr231)的磷酸化水平有關(guān)[4]。進一步研究發(fā)現(xiàn)小檗堿通過降低神經(jīng)細絲(neurofilaments,NFs)的磷酸化水平和提高NFs的軸突運輸速率對Calyculin A引起的軸突病變起到保護作用[12]。因此，小檗堿通過降低Tau蛋白的磷酸化水平，發(fā)揮防治AD的作用。

2.3 抗炎癥的作用

炎癥反應(yīng)貫穿AD的整個發(fā)病過程。Aβ淀粉樣肽和細胞外聚集的Aβ斑塊可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞激活，產(chǎn)生白介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)及趨化因子，從而促進炎癥反應(yīng)和神經(jīng)細胞變性。研究證實小檗堿可通過抑制炎癥反應(yīng)來防治AD。小檗堿灌胃治療TgCRND8轉(zhuǎn)基因小鼠后會顯著降低小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞增生[4]。小檗堿拮抗Aβ25-35引起的SH-SY5Y細胞炎癥損傷,其保護機制可能與抑制其炎癥因子TNF-α及其Ⅰ型受體的表達有關(guān)[13]。進一步研究發(fā)現(xiàn)小檗堿通過影響MAPK和Akt信號通路，降低I-кB磷酸化水平，減少NF-кB入核，從而減少炎癥因子IL-6、單核細胞趨化因子1、COX-2和誘導(dǎo)型NO合酶的表達[14]。

2.4 抗氧化應(yīng)激的作用

AD的發(fā)病基礎(chǔ)與氧化應(yīng)激密切相關(guān)。氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，產(chǎn)生大量的氧化中間產(chǎn)物，其中活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)是引起蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化損傷的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)小檗堿可清除NO和過氧硝酸鹽(ONOO-)，其中NO和超氧化物陰離子自由基反應(yīng)產(chǎn)生的過氧硝酸鹽與Aβ的形成和聚集有關(guān)[15]。另外研究證實小檗堿能夠抑制磺基同型半胱氨酸和Calyculin A導(dǎo)致的氧化應(yīng)激，降低ROS和丙二醛的含量，提高谷胱甘肽的含量和超氧化物岐化酶的酶活性[11,16]。

3 小檗堿對中樞神經(jīng)遞質(zhì)的影響

AD患者腦內(nèi)伴有多種神經(jīng)遞質(zhì)紊亂，其中以乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)的缺失最為突出。ACh是中樞膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)中與學(xué)習(xí)和記憶密切相關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)。膽堿酯酶(cholinesterase,ChE)依其催化底物的特異性分為乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)和丁酰膽堿酯酶(butyrylcholinesterase,BuChE)，膽堿酯酶催化乙酰膽堿的水解反應(yīng)，其活性增高會導(dǎo)致乙酰膽堿丟失，認知功能障礙程度與ACh降低水平呈正向關(guān)系，目前治療AD的藥物主要為AChE抑制劑[17]。研究表明小檗堿對AChE有抑制作用，在0.44 μmol/L[18]、0.58 μmol/L[19]和0.37 μmol/L[20]濃度是即表現(xiàn)出抑制效果。進一步通過等溫滴定量熱法和熒光光譜實驗發(fā)現(xiàn)，在AChE上存在一個小檗堿的獨立結(jié)合位點，其結(jié)合會使AChE蛋白的構(gòu)象發(fā)生輕微的變化，從而影響酶活性[21]。目前一些研究表明，通過對小檗堿的結(jié)構(gòu)進行改造，合成一系列衍生物，可獲得更好的抑制效果[22-23]。另外，小檗堿對BuChE也有抑制作用(IC50=3.44 μmol/L或18.2 μmol/L)，但效果不如對AChE明顯[18, 20]。

學(xué)習(xí)記憶的過程不僅與中樞膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)，與單胺類神經(jīng)遞質(zhì)去甲腎上腺素(noradrenaline,NE)、多巴胺(dopamine,DA)和5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)也密切相關(guān)。在AD患者腦內(nèi)常伴有NE、DA和5-HT的減少。單胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)主要存在于細胞內(nèi)線粒體外膜上，是細胞內(nèi)參與胺類物質(zhì)代謝的主要酶類，分為A、B兩型，其代謝底物各有不同。在腦內(nèi)，MAO-A主要存在于腎上腺素能神經(jīng)元內(nèi)，而MAO-B主要存在于5-羥色胺能神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞中，兩種類型的酶對DA都有代謝作用。研究證實小檗堿對MAO-A和MAO-B均有抑制作用，且IC50的值分別是126 μmol/L[24]和98.2 μmol/L[25-26]，據(jù)此推測小檗堿可作為MAO抑制劑，成為治療AD的另一個作用靶點。另外，Yu等[27]研究發(fā)現(xiàn)黃連解毒湯及其主要成分小檗堿在體外通過抑制吲哚胺-2,3-雙加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)的活性，一方面抑制色氨酸的犬尿氨酸分解途徑，減少興奮性毒素喹啉酸(quinolinic acid,QUIN)的產(chǎn)生，另一方面保證足夠的色氨酸進入5-HT途徑，產(chǎn)生5-HT來達到治療AD的目的。

4 小檗堿對糖、脂代謝的影響

研究表明糖、脂代謝紊亂與AD的發(fā)生發(fā)展有明確的相關(guān)性。臨床研究證實小檗堿具有調(diào)節(jié)血糖、血脂的作用。因此，通過調(diào)節(jié)糖、脂代謝及其相關(guān)信號通路是小檗堿防治AD的另一種可能途徑。

4.1 小檗堿對糖代謝的影響

葡萄糖是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要能量來源，胰島素是糖代謝和能量代謝的主要調(diào)控者。在死亡AD患者的腦組織中胰島素信號通路相關(guān)分子，包括胰島素、胰島素樣生長因子、胰島素受體、胰島素受體底物的表達較正常人明顯降低。腦組織中葡萄糖利用率降低和能量代謝不足與AD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。因此，Steen提出了AD為“Ⅲ型糖尿病”的假說來說明AD的發(fā)病機制[28]。二甲雙胍和胰島素鼻內(nèi)用藥均能使糖尿病患者罹患AD的風(fēng)險顯著降低[29-30]。小檗堿通過調(diào)節(jié)AMPK和PI3K/Akt信號通路不僅有降糖的功效，還能促進胰島β細胞分泌胰島素，調(diào)節(jié)葡萄糖的吸收、轉(zhuǎn)運和利用，增加胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗[31-35]。因此，推測小檗堿可通過調(diào)節(jié)血糖及其信號通路，防治AD的發(fā)生發(fā)展。

4.2 小檗堿對脂代謝的影響

流行病學(xué)研究表明高膽固醇血癥與AD發(fā)病密切相關(guān)，認為膽固醇在Aβ的形成中扮演重要的角色，降低膽固醇的藥物具有治療AD的潛在作用[36-38]。小檗堿一方面降低高脂血癥患者血清總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇的濃度[39]，影響脂質(zhì)代謝相關(guān)基因過氧化物酶體增殖物激活受體α和肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶IA 的表達[40]；另一方面，小檗堿是AMPKα亞基Thr172磷酸化的強誘導(dǎo)因子，通過激活A(yù)MPK使膽固醇和脂肪酸合成的關(guān)鍵酶羥甲基戊二酸單酰CoA還原酶和乙酰CoA羧化酶磷酸化并失活，從而抑制膽固醇和脂肪合成[32]；另外，小檗堿通過激活信號調(diào)節(jié)激酶Erk提高低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein receptor, LDLR)mRNA的穩(wěn)定性，增加LDLR的合成，降低膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇水平[39]。臨床研究證實，他汀類藥物具有防治AD發(fā)生、發(fā)展的作用[41]，小檗堿是否通過調(diào)節(jié)血脂代謝，防治AD的發(fā)生發(fā)展，值得深入研究。

5 結(jié)語

AD作為一種異質(zhì)性疾病，其發(fā)病機理十分復(fù)雜。小檗堿具有改善認知能力、減少Aβ產(chǎn)生、抑制Tau蛋白的過度磷酸化、抗炎、抗氧化、抑制ChE及MAO活性等作用。研究涉及多個方面，但都缺乏深入研究。值得一提的是小檗堿通過調(diào)節(jié)糖、脂代謝，防治AD的發(fā)生、發(fā)展將是小檗堿一個新的研究方向。

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(本文編輯： 禹佳)

Research progress of berberine in treatment of Alzheimer’s disease

ZHANGHaijing，ZHAOChunhui，ZHANGWensheng.

BeijingAreaMajorLaboratoryofProtectionandUtilizationofTraditionalChineseMedicine,BeijingNormalUniversity,100088Beijing,China

Correspondinganthor：ZHANGWensheng，E-mail:zws@bnu.edu.cn

Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disease of the central nervous system characterized by learning, memory and cognition deficit. AD is a heterogeneous disease, the pathogenesis is complex. Berberine is a common isoquinoline alkaloid, and as a multi-target therapeutic drug, it has the effect of improvement on AD. The functions of berberine include improving cognitive functioning, reducing Aβ level, reducing hyperphosphorylated Tau protein level,, anti-inflammatory, anti-oxidative stress, regulation of the neurotransmitter metabolism and so on. The recent research achievements of berberine in the treatment of AD are summarized in order to provide reference for the prevention and treatment of berberine in AD.

Berberine; Alzheimer’s disease; Amyloid β-protein; Neuroprotection; Glucolipid metabolism

國家自然科學(xué)基金(81274118)；科技部“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(2012ZX09103-201)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(2015KJJCA05)

100088 北京師范大學(xué)中藥資源保護與利用北京市重點實驗室[張海靜(博士生)、趙春暉、張文生]；教育部天然藥物工程研究中心[張海靜(博士生)、趙春暉、張文生]；北京師范大學(xué)資源學(xué)院[張海靜(博士生)、趙春暉、張文生]

張海靜(1988- )，女，2014級在讀博士研究生。研究方向：神經(jīng)退行性疾病分子機制及神經(jīng)藥理學(xué)。E-mail：haijingzhang88@163.com

張文生(1966- )，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：中藥神經(jīng)藥理及中藥成分次生代謝。E-mail：zws@bnu.edu.cn

R749.1+6

A

10.3969/j.issn.1674-1749.2017.06.038

2016-12-10)