醉茄素類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進展

田 寧，蔣艷林，陳梅容，陳梅玲，李清華1,2,,4，廖儒佳

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 1. 廣西臨床醫(yī)學(xué)研究中心、2. 神經(jīng)科學(xué)實驗室、3. 神經(jīng)內(nèi)科、4. 廣西腦與認知重點實驗室、5. 藥學(xué)部，廣西 桂林 541004)

醉茄素類化合物早在2500多年前的印度阿育吠陀醫(yī)學(xué)中就被廣泛用于抗炎、調(diào)節(jié)免疫等。早期醉茄素類化合物是從天然植物醉茄多個部位，尤其是其根部提取純化后得到的一類具有生物活性的化合物[1]。在隨后的分離鑒定中發(fā)現(xiàn)，早期的醉茄提取物包括6,7-環(huán)氧-5,17-二羥基-1-氧代-2,24-二烯連二烯(withanone)、醉茄素(withaferin)、醉茄內(nèi)酯(withanolides)、醉茄內(nèi)酯類C(withanolide C)、sitoindosides和約0.2%生物堿等。據(jù)報道，該類化合物目前已被分離鑒定了50余種，而其中被廣泛研究的、具有良好藥理活性的主要為醉茄素A、醉茄內(nèi)酯D、醉茄內(nèi)酯A、醉茄內(nèi)酯G、withanone、sitoindoside X、sitoindoside IX等[2]。研究發(fā)現(xiàn)，醉茄素類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)，能有效緩解焦慮、認知障礙、失眠、帕金森綜合癥、阿爾茨海默病、中風(fēng)、神經(jīng)損傷等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病[3]。其作用機制主要通過調(diào)控超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、脂質(zhì)過氧化物(lipid peroxidation，LPO)，以及部分神經(jīng)遞質(zhì)如乙酰膽堿(acetylcholine, ACh)、膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransterase, chAT)、乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase, AChE)等發(fā)揮作用[4]。本文總結(jié)了近年來醉茄素類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的相關(guān)研究，以期為醉茄素類化合物的研究以及相關(guān)天然藥物的開發(fā)提供借鑒。

1 醉茄素類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的主要作用

世界上最早系統(tǒng)報道醉茄素類化合物的作用來源于印度阿育吠陀醫(yī)學(xué)記載的一種名為“MedhyaRasayana”的植物，具有很好的延年益壽、醒腦、改善頭痛等腦部疾病的功效，而后發(fā)現(xiàn)醉茄素類化合物的主要來源醉茄(WithaniaSomnifera)即是一種“MedhyaRasayana”。因此，很早人們就已經(jīng)意識到醉茄素類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中可能具有重要的作用，隨后的一系列研究也證實了醉茄素類化合物在焦慮、認知障礙、失眠、帕金森綜合癥、阿爾茨海默病、中風(fēng)、神經(jīng)損傷等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中均顯示了良好的神經(jīng)保護作用?，F(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，醉茄素類化合物具有廣泛的生物學(xué)活性與其調(diào)控多個酶的代謝有重要的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，其能增加多巴胺受體的表達，增加cAMP，有抗氧化作用，抑制AChE酶的活性，增加ACh受體的表達，減少神經(jīng)元的變性，抗炎癥，保護線粒體，增加ACh受體的表達，特異性激活中樞瘦素，調(diào)控NO合成，抑制糖皮質(zhì)激素，增加血清的激素水平[5]。

1.1阿爾茨海默病目前為止，哪一種或哪幾種醉茄素類化合物在阿爾茨海默病中發(fā)揮直接的作用尚未完全清楚，但多個研究證實，醉茄根提取物通過抗氧化、增加 cAMP的濃度等，能明顯改善阿爾茨海默病的癥狀。如Schliebs等[6]在大鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，醉茄提取物影響皮質(zhì)和基底前腦的膽堿能信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)，進而增強動物的認知和記憶能力。研究也發(fā)現(xiàn)，醉茄素類化合物能明顯緩解由缺氧造成的大鼠學(xué)習(xí)能力下降和記憶損害。同樣有報道稱，醉茄素類化合物可逆轉(zhuǎn)東莨菪堿所致的大鼠注意力的渙散和電休克后遺忘，還可明顯減少應(yīng)激大鼠海馬區(qū)神經(jīng)元變性的數(shù)量，增強大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力[7]。因此，醉茄素類化合物被認為是治療阿爾茨海默病的潛在有效藥物。

1.2帕金森癥醉茄素類化合物在帕金森癥的研究較廣泛，被認為具有開發(fā)成相應(yīng)的治療藥物的潛力。Ahmad等[8]發(fā)現(xiàn)，醉茄根提取物能有效改善神經(jīng)毒素6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)導(dǎo)致的帕金森病模型大鼠的神經(jīng)功能。用醉茄素100 mg·kg-1預(yù)處理帕金森病模型大鼠，通過平衡桿實驗測試顯示，其通過的潛伏時間與未處理組相比明顯減少。類似的報道還有Rajasnkar等[9]使用曠場實驗測試發(fā)現(xiàn)，醉茄根提取物100 mg·kg-1能明顯改善帕金森病的運動功能。有趣的是，同樣通過曠場實驗實驗，Khan等[10]發(fā)現(xiàn)，給予醉茄素類化合物能明顯改善壓力應(yīng)激介導(dǎo)的大鼠癥狀，提示其在壓力相關(guān)疾病中可能也有較好的治療效果。本課題組前期研究也初步發(fā)現(xiàn)，一定劑量的某醉茄素類化合物可以通過減少多巴胺神經(jīng)元的死亡，提高多巴胺D1受體，改善帕金森病癥狀。

1.3亨廷頓氏病亨廷頓氏病也是一種典型的神經(jīng)退行性疾病[11]。研究發(fā)現(xiàn)，醉茄素類化合物可通過抑制AChE酶活性，增加ACh 受體的表達，改善亨廷頓氏病的神經(jīng)功能障礙。有報道顯示，醉茄根提取物100、200 mg·kg-1預(yù)處理3-硝基丙酸(3-nitropropionic acid , 3-NP)誘導(dǎo)的亨廷頓氏病大鼠模型，與對照組相比給藥組能明顯改善其通過肢體退縮實驗測試的指標(biāo)。類似的實驗結(jié)果還顯示，在活動光度計室測試中，100、200 mg·kg-1的醉茄提取物能明顯提高模型大鼠的運動能力[12]。

1.4腦卒中醉茄素類化合物在多種類型的腦卒中均顯示良好的神經(jīng)保護作用。Chaudhary等[13]發(fā)現(xiàn)，醉茄根提取物能明顯降低大腦中動脈栓塞模型(middle cerebral artery occlusion, MCAO)的梗死面積，改善其運動功能，并發(fā)現(xiàn)該神經(jīng)保護作用與抗氧化作用密切相關(guān)。并且用醉茄根提取物預(yù)處理15 d并不能明顯改善大鼠MCAO的癥狀，但30 d長期的處理則能明顯改善其癥狀。Trigunayat等[14]研究發(fā)現(xiàn)，醉茄根提取物(50 mg·kg-1)能夠明顯改善大鼠的腦缺血的癥狀，減少曠場實驗測量的指標(biāo)。Chaudhary等[13]發(fā)現(xiàn)，給予醉茄素能明顯改善腦缺血大鼠通過步態(tài)分析測試的指標(biāo)，并且對比給藥組和對照組，步態(tài)錯誤的次數(shù)明顯減少。本課題組也發(fā)現(xiàn)，一定劑量的某醉茄素類化合物在小鼠腦出血模型的急性期可以通過抑制炎癥，減輕神經(jīng)元病變，改善腦出血后的神經(jīng)損傷。

1.5脊髓損傷研究顯示，醉茄素類化合物在外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中也有重要的作用。一定劑量的醉茄根提取物可以通過減少細胞的凋亡、同時降低IL-1β和TNF-α水平，發(fā)揮抗炎作用，從而緩解脊髓損傷后的神經(jīng)損傷，發(fā)揮其保護作用[15]。

1.6癲癇癲癇是一種神經(jīng)元異常放電導(dǎo)致短暫的大腦功能障礙性疾病[16]。Soman等[17]研究發(fā)現(xiàn)，卡英酸誘導(dǎo)的大鼠癲癇模型給予醉茄素能明顯改善其癲癇的癥狀，其作用與減少蛋白羰基引起的神經(jīng)元興奮性毒性有關(guān)。部分體外研究也同樣證明了醉茄素類化合物的重要作用，如Tohda等[18]發(fā)現(xiàn)，醉茄根提取物能有效提高體外培養(yǎng)的神經(jīng)元的分化能力，促進神經(jīng)元樹突的延伸。

1.7睡眠障礙睡眠障礙表現(xiàn)為網(wǎng)狀系統(tǒng)激活及睡眠有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)改變，導(dǎo)致睡眠功能減退或睡眠影響呼吸功能，是當(dāng)前一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。研究發(fā)現(xiàn)，醉茄素類化合物可通過調(diào)控NO的合成，改善睡眠障礙。如在小鼠的睡眠剝奪模型中，預(yù)先給予醉茄根提取物100、200 mg·kg-1，能明顯增加實驗組小鼠進入開臂的時間與次數(shù)，減少其待在閉臂的時間，說明其在改善小鼠睡眠質(zhì)量方面的良好作用[19]。

1.8焦慮目前，尚未清楚醉茄素類化合物何種成分起主要作用，據(jù)推測醉茄素A與醉茄內(nèi)酯D可能是其中的關(guān)鍵分子。Kulakarni等[20]報道了醉茄素根提取物通過模擬γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA) 受體的作用，改善焦慮樣癥狀。

1.9中樞瘦素抵抗最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，醉茄素類化合物可以通過調(diào)控中樞瘦素，從而治療肥胖等相關(guān)疾病。如Lee等[21]通過高通量篩選一些天然化合物后發(fā)現(xiàn)，醉茄素A是中樞瘦素的特異性激活劑，可以通過激活瘦素，發(fā)揮中樞的降糖和治療肥胖的作用。這一重要發(fā)現(xiàn)為醉茄素在糖尿病與肥胖治療的應(yīng)用方面提供了重要的實驗證據(jù)。

1.10其它近年來的部分報道也指出，醉茄素類化合物在慢性疲勞癥、認知與記憶力損害、壓力應(yīng)激等相關(guān)疾病中均扮有重要角色。多種醉茄素類化合物及醉茄根提取物可通過調(diào)節(jié)免疫、調(diào)控糖皮質(zhì)激素、抗炎等途徑，發(fā)揮相應(yīng)的神經(jīng)保護作用。醉茄素類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用及機制見Tab 1。

2 醉茄素A單體在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用研究進展

值得注意的是，上述大部分的報道均是以醉茄根提取物，即醉茄素類化合物混合物的形式在體外實驗中或動物模型進行研究，隨著相關(guān)研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)有一種化合物可能在此類混合物中起主導(dǎo)作用，即醉茄素A。醉茄素A是一種從天然植物醉茄中提取純化得到的含28 個碳的類固醇內(nèi)酯的生物活性成分。已經(jīng)初步發(fā)現(xiàn)，醉茄素A具有抗血管生成、調(diào)節(jié)免疫，以及在多種人類腫瘤中具有抗腫瘤的潛能，其在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用也值得進一步研究。如Heyninck等[22]在體外的細胞培養(yǎng)實驗中發(fā)現(xiàn)，醉茄素A 能通過激活Keap1/Nrf2 信號通路，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞的血紅素氧化酶(hemooxygenase，HO-1)的表達，從而在心腦血管疾病中發(fā)揮重要作用。Khan等[23]發(fā)現(xiàn)，醉茄素A 40 mg·kg-1能明顯誘導(dǎo)大鼠的焦慮樣行為，其作用與抑制NO的合成密切相關(guān)。隨后發(fā)現(xiàn)，給予左旋精氨酸能有效逆轉(zhuǎn)醉茄素的這種作用。de Pablo等[24]在體外藥物篩選中發(fā)現(xiàn)，醉茄素A能靶向中間纖維絲，明顯保護星形膠質(zhì)細胞在缺糖缺氧模型中的損傷，提示了醉茄素A可能在抑制神經(jīng)損傷后的膠質(zhì)疤痕中有某種重要作用。Min等[25]在體外培養(yǎng)的小膠質(zhì)細胞發(fā)現(xiàn)，給予醉茄素能有效抑制LPS誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細胞的激活，其作用機制是通過抑制小膠質(zhì)細胞STAT1/STAT3的激活而發(fā)揮作用的，該研究提示醉茄素A可能在中樞的神經(jīng)損傷導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

Tab 1 Functions of withaferin compounds in nervous system disorders and mechanisms

3 總結(jié)與展望

目前已知的醉茄內(nèi)酯類化合物主要存在于曼陀羅屬(Datura，Iochroma)、茄科屬(Dunalia)、茄科枸杞屬(Ycium)、假酸漿屬(Nicandra)、酸漿屬(Physalis)、人參果(Salpichroa)、茄科茄屬(Solanum)、睡茄屬(Withania)、茄科(Jaborosa)等，而目前廣泛研究的則僅在睡茄屬的植物，其他屬的植物相關(guān)的研究則相對較少，因此，加快其他種屬的醉茄內(nèi)酯類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究很有價值。而且，目前的研究多集中于印度的醉茄，加快本地相關(guān)植物的開發(fā)，有助于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進步[1, 26]。

就目前而言，相當(dāng)一部分研究針對于醉茄素類提取物，即混合物，而明確的單體分子醉茄素A的作用機制研究則相對較少。即醉茄素類化合物研究成果靶向不明，其藥理效應(yīng)是否與醉茄素A直接相關(guān)，還是其他成分的作用，尚不明確。因此，醉茄素A等一類的醉茄素類化合物的單體分子的相關(guān)研究值得進一步探索。同時，醉茄素類化合物的具體作用機制不清楚。目前的理論普遍認為，醉茄素類化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)與甾體類似，因此，發(fā)揮和體內(nèi)甾體激素類似的雙向反饋調(diào)節(jié)機制，即當(dāng)體內(nèi)激素過量，其能競爭性地占據(jù)激素受體，抑制激素的作用，而當(dāng)激素水平偏低，其能反饋性充當(dāng)激素的調(diào)節(jié)作用。醉茄素類化合物主要為印度傳統(tǒng)的本土研究藥材，因此，國內(nèi)鮮有研究。研究表明其對腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病等均有很好的療效，吸引了越來越多的研究者關(guān)注。針對其潛在的重要的研究和臨床價值，我國若能引進該物種，廣泛種植或者尋找本地的替代物種進行相關(guān)的研究，將帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。