原花青素應用于神經系統(tǒng)疾病的研究進展

鄒 燕，肖凱強

20世紀60年代，科學家發(fā)現一類天然多酚化合物，因其在酸性介質中加熱后可產生花青素，故命名為原花青素(procyanidins,PC)，PC是一類富含羥基的生物類黃酮[1]，從此有關PC的研究逐漸展開?，F今人們對預防保健、醫(yī)藥衛(wèi)生的要求愈來愈高，與傳統(tǒng)西藥相比，天然活性藥物具有制作成本低廉、來源廣泛、無明顯毒副作用等優(yōu)點，因此備受青睞。近年來人們發(fā)現PC在神經系統(tǒng)疾病中有重要的應用價值，研究內容也不斷深入，以下就其最新的研究進展做一綜述，為防治神經系統(tǒng)疾病提供新方法。

1原花青素的分子結構及生物學特性

PC是一類黃烷-3-醇類化合物，由不同數量兒茶素或(和)表兒茶素縮合而成的多聚體，從二聚體到十聚體不等，根據聚合度的不同，將二～四聚體稱為低聚體，五聚體以上的則稱為高聚體[2]。其來源廣，可從多種植物中提取，如松樹皮、肉桂皮、葡萄、可可、蘋果、蓮蓬等。PC具有抗氧化、抗心肌缺血再灌注損傷、抗動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、保護血管內皮細胞、抗癌、降血壓、降血脂、降血糖等多種生物活性[3,4]。不同結構的PC生物活性不完全相同，與聚合度、羥基的數量及位置、連接方式、空間構型等[5]有關。研究發(fā)現[6]PC的抗氧化活性與溶劑類型有關，主要指在油相中抗氧化活性降低，在水相中增強。PC水溶性好，在體內吸收完全，生物利用度高，吸收后能迅速到達血藥濃度，半衰期約5小時，其主要代謝途徑是腸-肝循環(huán)[7]。

2原花青素藥理作用研究進展

2.1抗氧化及清除氧自由基PC為目前國際上公認抗氧化能力最強的天然抗氧化劑，抗氧化活性是維生素E的50倍、維生素C的20倍[8,9]。其抗氧化機制主要與其帶負電子的羥基有關，這部分結構是優(yōu)良的氫或中子給予體。Maldonado等[10]通過3-乙苯噻嗪-6-磺酸(ABTS)自由基陽離子脫色試驗、1,1-二苯基-2-吡啶酰肼(DPPH)自由基清除試驗等方法測定了來源于天竺葵的PC體外抗氧化活性，研究結果表明，PC能夠清除ABTS、DPPH、超氧陰離子、羥基自由基和次氯酸，這種特性可能部分解釋了天竺葵在本土醫(yī)學系統(tǒng)中廣泛用于治療胃腸疾病(不包括痙攣)、疼痛和氧化應激引起的發(fā)熱。

2.2降脂 現有的降血脂藥物多合并價格昂貴、不良反應嚴重及用藥禁忌等缺點，因此探索天然活性藥物可能是人們解決這一難題的理想路徑之一。PC可通過增強卵磷脂膽固醇?；D移酶(LCAT)的活性降低高脂血癥大鼠的血脂[11]。Zhang等[12]進一步報道PC可調節(jié)3T3-L1細胞過氧化物酶體增殖激活受體及miR-483-5p的表達從而抑制脂肪形成。PC降脂抵抗肥胖的機制可能為：①通過上調SIRT1、誘導PPAR-γ脫乙酰、下調C/EBP-α表達發(fā)揮其抗肥胖作用，同時上調BMP4表達提高棕色脂肪含量[13]。②糾正棕色脂肪組織線粒體功能障礙[14]。③促進脂肪酸氧化[15]。④miR-33和miR-122與肥胖和代謝綜合癥等代謝疾病的發(fā)展有關，血脂異常導致肝臟中miR-33a和miR-122升高，而PC可抑制這兩種miRNAs升高[16]。

2.3抗動脈粥樣硬化形成 研究顯示PC可在AS發(fā)生發(fā)展的各個環(huán)節(jié)中起干預作用。目前關于PC抗AS機制仍不十分清楚。劉相菊等[17]發(fā)現PC抗AS形成的機制與降血脂有關。而馬亞兵等[18]通過定期檢測實驗性高脂血癥兔模型組及PC干預組總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇以及血漿氧化低密度脂蛋白(oxLDL)的含量，發(fā)現PC能夠顯著減緩AS的形成，但在整個實驗過程中兩組血脂水平沒有明顯差異，而oxLDL水平差異顯著，分析PC抗AS機制可能與其通過oxLDL影響血管內皮細胞、血管平滑肌細胞、單核巨噬細胞、血小板以及抗凝和纖溶系統(tǒng)從而改變AS發(fā)生發(fā)展有關，這與Yamakoshi[19]等的結果相似。不同的研究結果存在差異，分析其原因可能與實驗動物種類不同、實驗持續(xù)時間、PC劑量、喂養(yǎng)方式以及相關實驗誤差等有關。單核細胞向巨噬細胞分化是AS發(fā)生發(fā)展的關鍵事件，抑制這種現象將成為預防和治療AS的首道防線，PC可抑制單核細胞向巨噬細胞分化，從而防止AS的發(fā)生發(fā)展[20]。此外PC還能通過干預AS高危因素、調節(jié)血糖等多種途徑抗AS。

2.4調節(jié)糖代謝PC在降血糖、改善胰島素抵抗、保護胰島β細胞等方面具有明顯作用[21]。周俊華等[22]發(fā)現松針PC實際上是一種可逆的非競爭性葡萄糖苷酶抑制劑，能夠使α-葡萄糖苷酶對底物的催化效率下降，進而降血糖；Castell-Auví等[23]證實PC可通過作用于胰島β細胞，影響胰島素的基因表達及其合成和分泌，從而減緩葡萄糖轉運蛋白2抗體葡糖激酶激活以及影響解偶聯蛋白基因表達，進而改變肝臟降解酶表達，最終影響胰島素降解。

2.5其他活性 此外PC還有其他多種藥理作用，如心臟保護、腦保護、影響血管、影響血小板、防治癌癥、抗炎、保護胃潰瘍損傷、保護肝臟、抗輻射、酶抑制、改善學習記憶、抗突變、抗過敏、抗HIV病毒等[2]。因其具有多種生物學活性，PC目前在食品保健、醫(yī)藥衛(wèi)生、化妝品等產業(yè)中應用愈加廣泛。

3原花青素應用于神經系統(tǒng)疾病的研究進展

3.1視神經疾病 神經科中所涉及的視神經損傷往往是由一些病理因素如視神經炎、缺血性視神經病變、糖尿病病變等引起，繼而導致視神經損傷、萎縮。目前關于各種病因導致視神經損傷的機制尚未完全清楚，但有研究表明視網膜神經節(jié)細胞(retinalganglioncells,RGCs)的凋亡及壞死是視神經損傷的共同病理基礎[24]。王慧等[25]通過建立實驗動物模型研究PC對H2O2誘導RGCs凋亡的影響及機制，發(fā)現PC可以對抗H2O2引起的RGCs損傷，具有抑制RGCs凋亡、促進RGCs增殖活力的作用，其機制為PC可抑制H2O2誘導的RGCs的Bcl-2表達下調、Bax和Caspase-3表達上調，進而抑制細胞凋亡通路激活，最終阻止細胞凋亡。此外，研究顯示具有神經毒性的一氧化氮也參與視網膜缺血引起的視神經損傷。賀玲等[26]發(fā)現PC對視網膜缺血再灌注損傷大鼠具有視神經保護作用，其機制可能為PC通過提高視網膜組織中超氧化物歧化酶(SOD)活性、降低神經元型一氧化氮合酶表達水平，從而減少一氧化氮對神經細胞的毒性，發(fā)揮神經保護作用，減輕視網膜損害。

3.2認知障礙疾病 阿爾茨海默病(Alzheimer'sdisease,AD)[27]是以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經系統(tǒng)退行性病變，目前我國約有AD患者600-800萬，然而對于如此龐大的患者群體卻無有效的治療方法。AD的發(fā)病機制主要有β-淀粉樣蛋白瀑布理論和Tau蛋白學說，此外尚有氧化應激機制、炎性機制等學說。練慶旺等[28]通過PC干預APP/PS1雙轉基因小鼠及Aβ25-35誘導PC12細胞氧化損傷建立的體內外AD模型發(fā)現：模型組小鼠的海馬神經細胞結構不清、部分空泡變性、體積縮小、核固縮，提示小鼠神經網絡被Aβ25-35破壞，而PC治療組神經細胞排列整齊、緊密，各層細胞輪廓清晰，未見固縮壞死及空泡變性；此外PC組小鼠的空間學習及記憶能力較模型組明顯增強，且PS-1mRNA、APP和Tau蛋白的表達水平均低于模型組，表明PC具有改善AD模型小鼠認知功能的能力，其機制可能為PC抑制PS-1mRNA、APP和Tau蛋白表達，提高海馬細胞活力與線粒體跨膜電位，降低LDH漏出率從而降低細胞凋亡。還有研究發(fā)現PC可通過提高AD大鼠模型海馬SOD活性、抑制Aβ的自我組裝及細胞毒性、阻止Tau蛋白聚集纖維化從而發(fā)揮抗AD活性[29-31]。Gong等[32]研究發(fā)現PC可有效減少d-半乳糖所致衰老小鼠的認知損傷，改善腦老化相關參數，可用于治療AD。Wang等人[33]發(fā)現，在AD小鼠模型中只有PC單體代謝物才能選擇性到達和積累在大腦中，并通過cAMP反應元件結合蛋白(CREB)信號轉導機制促進海馬中生理作用相關的基礎突觸傳遞，從而改善認知功能。

血管性癡呆(Vasculardementia,VD)是指各種腦血管疾病引起腦功能障礙而產生的獲得性智能損害綜合征。海馬是缺血性腦損傷最敏感的腦區(qū)之一，血管性癡呆患者海馬CA1區(qū)神經元較正常人明顯減少[29]。認知功能障礙與腦內神經遞質有關，主要與膽堿能及單胺類神經遞質關系密切[30]。PC可作為海馬區(qū)的神經保護劑，在預防老年認知功能喪失方面具有重要作用，其改善認知功能受損的機制與其激活胞外信號相關激酶信號通路，以增強cAMP反應元件結合蛋白依賴的轉錄、減少氧化應激相關脂褐質的積累、提高機體抗氧化能力、抑制海馬神經元凋亡、調節(jié)腦內單胺類神經遞質系統(tǒng)等有關[31,34-36]。極低頻電磁場暴露、鉛、顱腦損傷后氧化損傷等均可導致認知功能障礙，其機制與谷氨酸水平改變、MAPK通路及核因子κB炎癥通路激活、小鼠海馬CREB磷酸化降低、內質網應激等有關，PC可通過調節(jié)谷氨酸水平、抑制MAPK通路及核因子κB炎癥通路激活、抑制小鼠海馬CREB磷酸化降低、阻斷內質網應激、抗氧化和上調cAMP/CREB信號通路改善腦損傷后的認知功能障礙[37-39]。

3.3腦血管疾病

3.3.1缺血性腦血管疾病 缺血性腦血管疾病主要病理表現為神經細胞壞死及凋亡，神經細胞損傷的機制包括神經細胞鈣超載、興奮性氨基酸細胞毒性作用、自由基和再灌注損傷、線粒體功能紊亂和谷氨酸攝取減少等，PC可通過調節(jié)這些機制對神經缺血損傷發(fā)揮保護作用[40]。另有研究表明PC可通過減輕神經功能缺損和阻止血腦屏障破壞從而發(fā)揮對缺血性腦血管的保護作用。Song等[41]提出PC可能通過降低STAT1蛋白表達，影響Janus激酶/信號轉導及轉錄激活因子信號轉導途徑，從而抑制細胞凋亡、減輕神經功能缺損，發(fā)揮對2型糖尿病合并缺血性腦血管病的保護作用。Wu等[42]研究原花青素B2對缺血性腦卒中引起的血腦屏障紊亂的影響，并探討其潛在機制，發(fā)現原花青素B2可減輕腦缺血大鼠的神經功能缺損和血腦屏障破壞，其神經保護作用機制與激活Nrf2通路有關。

臨床上腦缺血常合并再灌注損傷。李浩等[36]通過研究發(fā)現PC可明顯減輕腦缺血再灌注損傷大鼠的神經功能缺失癥狀，其保護作用呈劑量依賴性，其機制可能為PC顯著抑制Caspase-3和Caspase-9活性，進而減輕神經細胞凋亡發(fā)揮腦保護作用。Kong等[43]發(fā)現PC通過抑制氧化應激和凋亡、促進血管生成和激活抗氧化酶GSH-Px保護小鼠腦缺血再灌注損傷，為缺血再灌注腦損傷的治療提供了新方向。

3.3.2出血性腦血管疾病 腦出血后的血腫周圍及遠端可因局部灌注下降引起缺血性腦損傷，因此出血性腦血管疾病和缺血性腦血管疾病對腦細胞的損傷機制有一定相似之處。高羽等[44]在出血性腦血管疾病模型中發(fā)現PC干預組腦出血后腦組織中含水量及反應腦神經受損程度指標LDH、CK均顯著低于模型組，而SOD活性顯著高于模型組，PC可能通過提高腦組織內源性抗氧化酶的活性、抑制組織脂質過氧化、減少自由基生成，從而減少腦含水量、保護神經細胞。Tekiner等[45]從超微結構和影像學兩個方面觀察蛛網膜下腔出血(SAH)模型的基底動脈，并評價抗氧化劑PC在減少血管痙攣中的作用。進行血管造影后，21只新西蘭雄兔被隨機分成三組：對照組、SAH組、SAH+PC組(100mg/kg/天)。在血管造影術后的第5天犧牲兔子制備一段長4mm的基底動脈進行超微結構檢查，結果發(fā)現：第1組基底動脈無超微結構或放射學異常；第2組基底動脈數字減影血管造影(DSA)顯示基底動脈刻度明顯降低(P<0.05)，基底動脈內皮、內皮下、中膜、外膜無明顯損傷，但管腔直徑明顯縮小(P<0.05)；第3組與其余兩組相比DSA動脈校正值無明顯差異(P>0.05)，基底動脈超微結構未見明顯損傷。提示PC具有較強的抗氧化作用，同時可能具有血管舒張作用，能明顯減輕SAH誘導的血管痙攣。

3.4顱內腫瘤 現階段治療腫瘤的手段主要有：放療、化療、手術切除、生物治療、介入治療等，天然活性物質PC抗腫瘤作用已被多項研究證實，其主要機制是通過抗氧化、抗炎、調節(jié)信號分子(如Bcl-2、c-Fos、c-Jun、Ki67等)表達、促進腫瘤細胞凋亡、阻滯細胞周期等作用達到抗腫瘤效果[46,47]。

目前在顱內原發(fā)性腫瘤的研究中僅見膠質瘤及髓母細胞瘤報道。顱內膠質瘤是顱內腫瘤中最常見的類型，約占顱內原發(fā)性腫瘤的40-50%，具有多種病理類型。PC可通過減少氧化應激保護膠質細胞，減輕谷氨酸所致興奮性毒性從而減少神經炎癥，抑制膠質母細胞瘤細胞增殖并誘導其凋亡，某些類型的PC還可抑制原癌基因信號通路并加強常規(guī)抗癌治療的效果。然而，關于PC對膠質母細胞瘤作用的探索目前仍停留在體外實驗或動物模型研究。由于PC進入大腦的能力有限，正常飲食攝入很可能不足以在大腦中產生顯著的抗癌效果，因此需要額外補充[48]。膠質母細胞瘤通過誘導細胞自噬和耐凋亡在缺氧環(huán)境中存活和維持腫瘤生長，因此，抑制自噬和促進細胞凋亡的治療策略可顯著控制膠質母細胞瘤生長。Chakrabarti等[49]利用亞硫酸鈉(SS)誘導人體膠質母細胞瘤干細胞和膠質母細胞瘤SNB19細胞自噬，50nMmiR-30e和150μMPC協同作用可阻斷細胞自噬，抑制AVEN和BIRC6表達從而增加膠質母細胞瘤干細胞和膠質母細胞瘤細胞凋亡。鐘越等[50]采用人腦膠質瘤SHG-44細胞探究越桔PC對膠質瘤細胞生長的影響及其機制，發(fā)現越桔PC可抑制膠質瘤細胞的體外生長，其機制可能與其降低膠質瘤細胞內cyclinD1蛋白表達、阻止細胞周期有關。髓母細胞瘤是一種好發(fā)于兒童中樞神經系統(tǒng)的高度惡性腫瘤，生長迅速、侵襲性強，髓母細胞瘤患者具有較高的病死率和致殘率，目前治療以手術為主，化療為輔。馬磊等[51]通過研究PC對髓母細胞瘤Daoy細胞增殖和凋亡的影響發(fā)現PC抑制腫瘤細胞增殖的效應呈濃度和時間依賴性，其機制可能與其抑制PI3K-Akt信號及其下游轉錄因子NF-κB發(fā)揮抗瘤效應有關。

PC是血腦屏障中糖蛋白P的一種有效抑制劑，可抑制糖蛋白P的ATP酶，從而提高某些大腦中難以積聚的藥物的抗腦腫瘤療效[52]。顱內轉移瘤約占顱內腫瘤的10%，常見的原發(fā)灶有肺癌、乳腺癌、前列腺癌等。關于PC對顱內轉移瘤的研究未見文獻報道，但PC對上述原發(fā)灶腫瘤的研究報道較多。顱內轉移瘤因其具備原發(fā)灶腫瘤的部分性質，推測PC對上述腫瘤腦轉移可能有抑制作用，未來應注重該方面的研究。

3.5糖尿病性周圍神經病變、脊髓損傷 在糖尿病性周圍神經病變方面，Ding等[53,54]采用注射低劑量鏈脲佐菌素和高糖高脂飲食制備2型糖尿病大鼠模型，并觀察PC對T2DM糖尿病性大鼠周圍神經病變的影響。研究結果提示在T2DM糖尿病性大鼠周圍神經病變中，坐骨神經/脛神經傳導速度顯著減慢，坐骨神經存在雪旺細胞病變、Ca2+超載和內質網應激。接受PC治療的糖尿病大鼠(尤其是500mg/kg劑量)中，異常的周圍神經功能和受損的神經組織(L4至L5脊髓段、L5背根神經節(jié)和坐骨神經)得到顯著改善；PC(500mg/kg)治療顯著降低了游離Ca2+濃度，使坐骨神經Ca2+-ATP酶活性升高；PC還可顯著降低糖尿病大鼠低密度脂蛋白水平，提高神經傳導速度；PC代謝產物也能部分減輕細胞損傷、Ca2+超載和內質網應激。這些結果提示PC可以預防和治療2型糖尿病大鼠周圍神經早期功能和形態(tài)學異常。

在脊髓損傷方面，Assis等[55]評價了動物模型中巴豆樹皮PC組分(PRF)在谷氨酸致脊髓損傷和細胞死亡的作用。采用成年雄性Wistar大鼠(10周齡，體重270～300g)，隨機分為以下兩組：脊髓損傷(SCI)+溶劑組：SCI大鼠加腹腔注射溶劑(生理鹽水10ml/kg)；SCI+PRF組：SCI大鼠在受傷后1h和6h腹腔注射PRF(10ml/kg)。結果顯示PRF不僅能顯著改善大鼠的運動能力和抓力，還能顯著改善H2O2或谷氨酸誘導的背根神經節(jié)細胞死亡和抑制活性氧生成，PC可能在某種程度上通過抑制N-甲基-D-天冬氨酸型谷氨酸受體發(fā)揮神經保護作用。提示PRF可改善脊髓損傷和谷氨酸能興奮性毒性，具有潛在的治療作用。

3.6其他疾病PC在帕金森、癲癇等疾病也有一定的治療作用。PC因為能同時改善帕金森疾病的運動和非運動早期癥狀，以及具有神經保護潛力，有望成為帕金森疾病的一種新療法[56]。PC可通過減少氧化應激、保護線粒體功能、逆轉海馬功能障礙從而改善慢性癲癇大鼠認知功能障礙和神經元損傷[57]。

4小 結

目前神經系統(tǒng)疾病的治療似乎已遇瓶頸期，如治療藥物選擇余地少、療效不顯著等，為此人們正不懈努力研發(fā)新型藥物。天然活性物質PC因其具備多種藥理學功效，在治療神經系統(tǒng)疾病中的作用已逐步被人們發(fā)掘，然而其作用機制尚不完全明確。為了更好的開發(fā)和利用PC，需要深入研究其作用機制，明確PC發(fā)揮作用所涉及的各種靶基因、酶、受體及信號通路等，才能更加科學合理地使用PC，發(fā)揮其更大的醫(yī)用價值。相信在不久的將來PC將會成為治療神經系統(tǒng)疾病經濟有效的藥物。