天麻素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展

張楓弋，洪仕君，趙麗萍，李利華

天麻素，別名天麻苷，是從名貴藥材天麻中提取的有效活性成分。由于其藥用價(jià)值高而毒副作用小，已被廣泛應(yīng)用到臨床治療中。天麻素可調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)興奮與抑制過程間的平衡失調(diào)，產(chǎn)生鎮(zhèn)靜、安眠和鎮(zhèn)痛等中樞抑制作用。對(duì)某些化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷有較強(qiáng)保護(hù)作用，可顯著降低神經(jīng)細(xì)胞的死亡率。天麻素還有增加心腦血流量、緩解腦血管痙攣、清除過多的自由基、增強(qiáng)小鼠非特異性免疫中的細(xì)胞免疫與體液免疫等作用。為了更好地發(fā)掘天麻素對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用，本文從天麻素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元的保護(hù)作用，以及對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞等的抑制作用及其機(jī)制方面進(jìn)行綜述，為后續(xù)的研究應(yīng)用提供思路。

1 天麻素對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用

神經(jīng)元即神經(jīng)細(xì)胞，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。大部分神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理基礎(chǔ)是神經(jīng)元損傷，缺血、缺氧、中毒、外傷、感染等因素均會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元功能喪失甚至壞死。其損傷機(jī)制經(jīng)過多年研究，主要包括：興奮性氨基酸大量釋放、氧自由基直接作用、鈣離子超載等方面。同時(shí)還有各種促炎性細(xì)胞因子釋放引起腦內(nèi)的免疫反應(yīng)。N-甲基-D-天冬氨酸(N-Methyl-D-aspartic acid, NMDA)受體是一種離子型谷氨酸受體，可調(diào)節(jié)神經(jīng)元存活，調(diào)節(jié)神經(jīng)元樹突、軸突結(jié)構(gòu)發(fā)育及參與突觸可塑性的形成等，同時(shí)在神經(jīng)元回路的形成中也起關(guān)鍵作用，有資料表明NMDA受體在學(xué)習(xí)與記憶過程中也是至關(guān)重要的[1]。由于高鈣電導(dǎo)是該受體的特點(diǎn)之一，故而非生理狀態(tài)下會(huì)引起大量Ca2+內(nèi)流并蓄積在細(xì)胞中導(dǎo)致毒性產(chǎn)生。天麻素可以消除在原代大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元中NMDA受體誘導(dǎo)產(chǎn)生的毒性，對(duì)中風(fēng)和癲癇患者有潛在益處[2]。同時(shí)可預(yù)防谷氨酸和NMDA誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性，還能抑制由NMDA損害誘導(dǎo)的細(xì)胞外谷氨酸水平，天麻素對(duì)培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元缺氧有保護(hù)作用，其機(jī)制可能涉及減少細(xì)胞外谷氨酸水平[3]。氨基丁酸(aminobutyric acid，GABA)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其濃度變低會(huì)使神經(jīng)活動(dòng)過強(qiáng)。研究表明，天麻素減少了沙鼠海馬癲癇模型GABA合成酶、GABA轉(zhuǎn)氨酶(GABA-T)的免疫活性但不改變GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，表明天麻素可能通過抑制GABA分流使GABA濃度提高，從而預(yù)防癲癇發(fā)生[4]。同時(shí)在腦缺血(oxygen glucose deprivation，OGD)模型中可以抑制OGD和谷氨酸誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞死亡，并降低OGD后的細(xì)胞外谷氨酸水平，同時(shí)抑制OGD誘導(dǎo)的Ca2+和NO增加，表明天麻素對(duì)OGD損傷的神經(jīng)細(xì)胞有保護(hù)作用[5]。天麻素的甲醇提取物醚組份(ether fraction of methanol extracts，EFME)在小鼠抗驚厥模型中降低海馬神經(jīng)元損傷，推測(cè)天麻素對(duì)紅藻氨酸誘導(dǎo)的興奮性毒性有神經(jīng)保護(hù)作用[6]。另外，在沙鼠短暫全腦缺血模型中減少海馬神經(jīng)元損傷機(jī)制可能也與天麻素減輕興奮性毒性的作用有關(guān)[7]。

眾所周知，腦與神經(jīng)是人體中耗氧量較高的器官，由大量脂質(zhì)構(gòu)成，很容易因?yàn)轶w內(nèi)的自由基引起氧化應(yīng)激而受損。大量研究發(fā)現(xiàn)，過氧化物與氧化氮通過許多機(jī)制介導(dǎo)氧化損傷進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)胞毒性。天麻素通過調(diào)節(jié)自由基、Bcl相關(guān)蛋白(Bcl2 associated X protein，Bax)/B淋巴細(xì)胞瘤-2蛋白(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)、半胱天冬酶(caspase)-3以及DNA修復(fù)酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)來減弱抗氧化和抗細(xì)胞凋亡活性，進(jìn)而有效地預(yù)防神經(jīng)細(xì)胞凋亡，可能對(duì)帕金森綜合征(Parkinson’s disease, PD)有保護(hù)作用，是潛在的改善PD癥狀的藥物[8]。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)是細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子，和細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白結(jié)合存在于細(xì)胞質(zhì)中，從而使保護(hù)細(xì)胞的酶類和抗氧化物處于基礎(chǔ)表達(dá)水平，細(xì)胞處于穩(wěn)定狀態(tài)。血紅素加氧酶-1(heme oxygenase,HO-1)是血紅素分解代謝過程中的限速酶，可以將血紅素轉(zhuǎn)化為膽綠素，受到Nrf2的調(diào)控。天麻素在百草枯誘導(dǎo)的人類神經(jīng)母細(xì)胞瘤(SH-SY5Y)細(xì)胞中抑制Nrf2/HO-1，從而保護(hù)線粒體[9]。在1-甲基-4-苯基吡啶離子(1-methyl-4-phenyl-Pyridinium, MPP+)誘導(dǎo)的氧化損傷模型中，天麻素可以激活HO-1表達(dá)，通過激活p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/Nrf2信號(hào)通路誘導(dǎo)HO-1表達(dá)，從而保護(hù)SH-SY5Y細(xì)胞免受MPP+氧化誘導(dǎo)死亡，具有保護(hù)部分細(xì)胞的作用，可能對(duì)PD和其他氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的治療具有重要意義[10]。天麻素可激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)1/2途徑，同時(shí)異丙腎上腺素(ISOprenaline,IRN)抑制組成型糖原合酶激酶(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)途徑協(xié)同誘導(dǎo)了SH-SY5Y細(xì)胞的細(xì)胞核中Nrf2積累，進(jìn)而保護(hù)SH-SY5Y細(xì)胞[11]。在過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)引起的氧化還原損傷中，使Nrf2沉默抑制了天麻素誘導(dǎo)的線粒體保護(hù)作用，同時(shí)敲除Nrf2消除了天麻素對(duì)細(xì)胞活力的影響，表明Nrf2在由天麻素對(duì)線粒體和細(xì)胞保護(hù)中有潛在作用[12]。過氧化氫酶(catalase，CAT)是一種酶類清除劑，可促使H2O2分解為分子氧和水，清除體內(nèi)的H2O2，從而使細(xì)胞免于遭受其毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是一種金屬酶，能催化生物體內(nèi)超氧自由基(O2-)發(fā)生歧化反應(yīng)，是機(jī)體內(nèi)O2-的天然消除劑，在生物體的自我保護(hù)系統(tǒng)中起著重要作用。SOD同時(shí)也是Nrf2的下游靶基因。天麻素可減弱Aβ1-42誘導(dǎo)的CAT和SOD的變化，以及Nrf2和磷酸化ERK1/2基因表達(dá)的上調(diào)，以達(dá)到保護(hù)大鼠海馬神經(jīng)元的作用。天麻素或許可用來治療其他氧化應(yīng)激所致的疾病[13]。另外，天麻素可以清除H2O2預(yù)處理誘導(dǎo)的活性氧(reactive oxygen species, ROS)生成，同時(shí)降低H2O2誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞的凋亡率，對(duì)氧化應(yīng)激有拮抗作用[14]。天麻素還可以抵消神經(jīng)祖細(xì)胞中β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)1-42使促炎細(xì)胞因子和一氧化氮(NO)的作用，并且能逆轉(zhuǎn)Aβ1-42誘導(dǎo)的磷酸化絲裂原活化蛋白激活激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MEK)-1/2、ERK和c-JunN-末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)表達(dá)增加。使天麻素可臨床應(yīng)用于阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)的治療[15]。

淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)是一種細(xì)胞上的單次跨膜蛋白，其經(jīng)蛋白酶裂解后會(huì)產(chǎn)生具有毒性作用的β-淀粉樣蛋白，許多研究認(rèn)為APP裂解后形成的Aβ沉積所形成的細(xì)胞外老年斑是AD發(fā)病的重要原因。α-分泌酶對(duì)APP的分解作用是APP非淀粉樣代謝途徑中的第一步，這樣產(chǎn)生的可溶性片段sAPPa，具有神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)作用，同時(shí)能競(jìng)爭(zhēng)性減少Aβ的產(chǎn)生從而延緩AD的發(fā)展。有研究表明天麻素增強(qiáng)了α-分泌酶介導(dǎo)APP蛋白水解過程，阻止淀粉樣β蛋白肽的生成，同時(shí)支持APP的非淀粉樣蛋白加工形成。天麻素通過抑制β位點(diǎn)APP切割酶1活性同時(shí)促進(jìn)α-分泌酶活性以促進(jìn)認(rèn)知功能、保護(hù)神經(jīng)元存活[16]。并且天麻素能抑制Aβ1-42引發(fā)的內(nèi)嗅皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)向自發(fā)放電，從而起保護(hù)作用[17]。天麻素應(yīng)用在AD小鼠模型中，能減弱Aβ沉積和膠質(zhì)細(xì)胞活化，通過抗炎和抗淀粉樣蛋白生成產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)活性效果[18]。在IMR-32神經(jīng)母細(xì)胞瘤中天麻素對(duì)淀粉樣蛋白β肽導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞死亡具有抗癡呆作用[19]。

神經(jīng)損傷時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞被廣泛激活，同時(shí)分泌大量炎癥介質(zhì)，引起自身免疫反應(yīng)。有研究指出PD中黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的損失與小膠質(zhì)細(xì)胞的活化相平行，天麻素可通過抑制黑質(zhì)中白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β的表達(dá)和神經(jīng)炎癥來保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元[20]。用戊四氮建立大鼠癲癇模型，發(fā)現(xiàn)了天麻素可能通過抑制海馬神經(jīng)元IL-1β、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)α的表達(dá)，促進(jìn)IL-10的表達(dá)而影響了神經(jīng)元電生理活動(dòng)，抑制了神經(jīng)元異常放電的產(chǎn)生、擴(kuò)散和傳導(dǎo)[21]。雖然天麻素單獨(dú)使用不增強(qiáng)神經(jīng)元的活力，但保護(hù)神經(jīng)元免受促炎細(xì)胞因子IL-1β誘導(dǎo)的損傷[22]。苯妥英作為一線抗癲癇藥物與天麻素聯(lián)合治療可以保留驚厥模型中海馬神經(jīng)元完整的形態(tài)，增加神經(jīng)元存活的數(shù)目，同時(shí)核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)(p65)表達(dá)量增加[23]。

在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，天麻素通過抑制大鼠脊髓中初級(jí)感覺神經(jīng)元的酸敏感離子通道的活性，提供了一種新穎的天麻鎮(zhèn)痛機(jī)制[24]。同時(shí)在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病神經(jīng)病變中，天麻素可以逆轉(zhuǎn)背根神經(jīng)節(jié)鈉電流增強(qiáng)以及鉀電流減弱，從而消除神經(jīng)元異常過度興奮，為天麻素外周鎮(zhèn)痛提供了細(xì)胞學(xué)研究基礎(chǔ)[25]。

2 天麻素對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞的抑制作用

膠質(zhì)細(xì)胞是廣泛分布于中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的支持細(xì)胞。膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中包括星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞，在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中則名為施萬細(xì)胞和衛(wèi)星細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞主要營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)元，并協(xié)助神經(jīng)元代謝。少突膠質(zhì)細(xì)胞主要形成髓鞘結(jié)構(gòu)，協(xié)助神經(jīng)電信號(hào)高效傳遞。小膠質(zhì)細(xì)胞相當(dāng)于存在神經(jīng)系統(tǒng)中的巨噬細(xì)胞，主要參與免疫應(yīng)答。在神經(jīng)損傷時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞增生、肥大，最后形成膠質(zhì)瘢痕，經(jīng)少突膠質(zhì)細(xì)胞形成的髓鞘脫失、崩解，小膠質(zhì)細(xì)胞則被激活形成巨噬細(xì)胞吞噬壞死神經(jīng)元，增生形成膠質(zhì)結(jié)節(jié)。

連接蛋白(connexin)43是細(xì)胞間縫隙連接的蛋白通道，天麻素通過下調(diào)與星形膠質(zhì)細(xì)胞耦聯(lián)的Connexin43，可能為PD患者提供潛在的治療選擇[26]。p62/sequestosome-1(SQSTM1)是一種選擇性接頭蛋白，主要清除泛素化蛋白，可以參與自噬調(diào)節(jié)維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。天麻素能通過降低自噬相關(guān)蛋白LC3-II、p62和自噬效應(yīng)蛋白Beclin-1的水平抑制脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞自噬，同時(shí)通過Bcl-2/Bax信號(hào)通路保護(hù)星形膠質(zhì)細(xì)胞免于凋亡，表明天麻素可以作為L(zhǎng)PS誘導(dǎo)自噬的預(yù)防劑[27]。在抑郁大鼠模型的海馬中，盡管天麻素沒有增加星形膠質(zhì)細(xì)胞的存活率，但可保護(hù)它免受無血清環(huán)境的損傷，這表明天麻素的抗抑郁作用可能與星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化有關(guān)[28]。天麻素還可能通過抑制ERK1/2磷酸化同時(shí)激活蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)磷酸化促進(jìn)RSC96施萬細(xì)胞(Schwann cell，SC)的增殖，可為周圍神經(jīng)損傷的治療提供新的思路[29]。

天麻素抑制高血壓引起的視網(wǎng)膜小膠質(zhì)細(xì)胞激活，同時(shí)降低小膠質(zhì)細(xì)胞因子和p38MAPK磷酸化水平，可用于急性青光眼和其他以小膠質(zhì)細(xì)胞激活為特征的視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性疾病[30]。并且抑制LPS刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞BV-2中轉(zhuǎn)錄因子NF-κB信號(hào)通路和MAPK磷酸化，從而降低具有神經(jīng)毒性的促炎介質(zhì)和促炎細(xì)胞因子，具有作為神經(jīng)退行性疾病的抗炎候選藥物的潛力[31]。天麻素減弱戊四唑誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活同時(shí)抑制MAPKs，環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)和核因子(nuclear factor-kappa B，NF)-κB。表明天麻素通過調(diào)節(jié)MAPKs相關(guān)的炎癥反應(yīng)減弱癲癇發(fā)作[32]。天麻素處理缺氧缺血性腦損傷(hypoxic ischemic brain damage，HIBD)大鼠中活化的小膠質(zhì)細(xì)胞以及LPS刺激的BV-2細(xì)胞中，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin conversion enzyme，ACE)、血管緊張素受體II亞型1(angiotensin receptor，AT1)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nionamide adenine dinucleotide phosphate oxidase，NOX)2、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(induction Nitric oxide synthase, iNOS)和TNF-α的表達(dá)減弱，同時(shí)增強(qiáng)AT2和去乙酰化酶3(sirtuin-3,SIRT3)蛋白的表達(dá)。即天麻素可通過抑制腎素血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system,RAS)(AAT2和SIRT3除外)和促炎介質(zhì)的表達(dá)來保護(hù)缺氧缺血性腦損傷[33]。SIRT3是一種具有NAD+活性的去乙酰化酶，通過去乙?；疭OD以降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平，同時(shí)增強(qiáng)抗氧化活性和氧化應(yīng)激耐受力。由AT1或AT2介導(dǎo)激活小膠質(zhì)細(xì)胞時(shí)，天麻素促進(jìn)SIRT3上調(diào)和NOX-2下調(diào)，表明可能的分子RAS和SIRT3生存基因之間的聯(lián)系[34]。天麻素還能通過下調(diào)參與神經(jīng)炎癥的JNK和NF-κB并且抑制LPS刺激產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子來緩解BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞激活，或可作為治療各種神經(jīng)炎癥疾病的藥物[35]。C/EBP同源蛋白(C/EBP homology protein，CHOP)是一種促凋亡的ER應(yīng)激蛋白，萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein，GRP78)是一種具有分子伴侶活性的抗凋亡ER應(yīng)激蛋白。在Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中有雌激素受體(estrogen receptor，ER)信號(hào)參與，天麻素通過抑制BV-2細(xì)胞中CHOP表達(dá)并誘導(dǎo)GRP78表達(dá)而產(chǎn)生保護(hù)作用[36]。

綜上所述，天麻素可以抑制興奮性遞質(zhì)釋放，同時(shí)促使抑制性遞質(zhì)增多，從而保護(hù)神經(jīng)元。此外，天麻素通過下調(diào)Nrf2的表達(dá)、抑制ERK磷酸化從而使二者的下游HO-1、CAT、SOD等氧化應(yīng)激相關(guān)酶類受到抑制并消除ROS，保護(hù)線粒體進(jìn)而保護(hù)神經(jīng)元。天麻素還有消除病理性蛋白沉淀、抑制膠質(zhì)細(xì)胞活化釋放炎癥因子等作用。天麻素對(duì)PD、AD、癲癇、抑郁、腦缺血等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀均有改善作用，甚至可能應(yīng)用到外周鎮(zhèn)痛方面。作者認(rèn)為天麻素在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病中優(yōu)勢(shì)明顯，且毒副作用小，已廣泛應(yīng)用到臨床實(shí)踐中。上述研究進(jìn)展為進(jìn)一步研究天麻素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供了前期基礎(chǔ)。但是，目前對(duì)天麻素治療神經(jīng)退行性疾病的具體作用機(jī)制尚不明確，還需要深入研究。