益智仁改善認(rèn)知障礙的研究進(jìn)展

益智仁，又名益智子、摘艼子，是1998年衛(wèi)生部公布的藥食同源的天然植物，為我國四大南藥之一?！吨袊幍洹窔v版均收載益智為姜科植物益智的干燥成熟果實(shí)。其性溫、味辛，歸脾、腎經(jīng)，具有暖腎固精縮尿，溫脾止瀉攝唾的功能[1]。益智始載于《得配本草》[2]，以益智子之名載于《南方草木狀》[3]：“益智子，如筆毫，長七八分，二月花，色如蓮，著實(shí)，五六月熟。味辛，雜五味中，芬芳，亦可鹽曝。出交趾，合浦。”《本草拾遺》[3]引《廣志》云：“葉似裹荷，長丈余。其根上有小枝，高八九尺，無葉萼。子叢生，大如棗。中瓣黑，皮白，核小者名益智，含之?dāng)z涎穢，出交趾?！苯陙韲鴥?nèi)外研究表明，益智仁水提取物、醇提取物、醚提取物、氯仿提取物、原兒茶酸、白楊素、益智酮B、胡蘿卜素棕櫚酸酯、9-羥基-表圓柚醇、5-羥甲基糠醛均具有改善認(rèn)知功能的作用。有關(guān)化學(xué)式見圖1。

圖1 益智仁發(fā)揮改善認(rèn)知作用的活性成分的化學(xué)式

認(rèn)知是指人們獲得知識或應(yīng)用知識的過程，或信息加工的過程，這是人的最基本的心理過程。認(rèn)知包括很多方面：如定向力、記憶、語言、計算和理解判斷、視空間、執(zhí)行能力等。認(rèn)知障礙是指認(rèn)知功能中的一項(xiàng)或多項(xiàng)明顯受損。認(rèn)知障礙常見于阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、血管性癡呆(vascular dementia，VD)、混合性癡呆及全身性疾病(腦腫瘤、腦外傷、感染、中毒和代謝障礙等)引起的癡呆疾病。認(rèn)知障礙病人的日常行為能力嚴(yán)重受損，不僅給病人家庭帶來了經(jīng)濟(jì)和情感上的沖擊，同時也給社會造成了沉重的財政負(fù)擔(dān)。引起認(rèn)知障礙的發(fā)病機(jī)制很復(fù)雜，且尚無權(quán)威解釋，目前的研究主要涉及衰老、多種遺傳基因、β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)代謝失調(diào)、神經(jīng)遞質(zhì)改變、氧化應(yīng)激、自由基損傷、腦出血、膽固醇代謝異常、胰島素抵抗等學(xué)說。其中最廣為接受的機(jī)制是腦內(nèi)膽堿酯酶活性增加和乙酰膽堿合成下降所致認(rèn)知障礙?，F(xiàn)代植物化學(xué)研究已經(jīng)從益智仁中分離了如倍半萜類、二芳基庚烷、黃酮、類固醇、酚酸、核堿基和核苷等成分[4]。從益智仁中分離出的粗提取物和植物化學(xué)成分顯示出廣譜的體外和體內(nèi)藥理活性，如神經(jīng)保護(hù)、抗衰老、抗腫瘤、抗氧化、抗感染、抗過敏、降糖作用[5-9]。近年來，改善認(rèn)知是益智仁的主要研究領(lǐng)域[7]，但對益智仁發(fā)揮改善認(rèn)知作用的機(jī)制尚不清楚。本研究匯總近10年來益智仁的提取物及化學(xué)成分在改善認(rèn)知方面的研究進(jìn)展，為深入研究益智仁的益智健腦功效的有效成分及作用機(jī)制提供參考。

1 益智仁提取物

1.1 益智仁水提取物(alpinae oxyphyllae fructus extracts，AOF) 馬娜等[10]通過海馬注射Aβ誘導(dǎo)小鼠學(xué)習(xí)記憶障礙模型，發(fā)現(xiàn)AOF可顯著提高模型小鼠水迷宮成績，同時減少皮層和海馬組織內(nèi)的腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β， IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的表達(dá)，表明AOF可通過抑制炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生來改善Aβ所致的空間學(xué)習(xí)記憶能力下降。此外，AOF能夠顯著提高東莨菪堿誘導(dǎo)的記憶障礙大鼠在Y迷宮中的學(xué)習(xí)記憶能力，顯著降低大鼠海馬的乙酰膽堿酯酶(acetylcholin esterase，AChE)活力，減少乙酰膽堿分解，并顯著提高海馬腦蛋白含量，表明AOF對東莨菪堿所致記憶獲得障礙具有顯著的改善作用[11]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，AOF能夠顯著改善D-半乳糖誘導(dǎo)的腦老化小鼠在水迷宮的學(xué)習(xí)記憶能力，并顯著提高海馬的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活力，降低丙二醛(malonaldehyde，MDA)含量[12]，證明益智仁水提取物可通過抗氧化作用顯著改善腦老化小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。

1.2 益智仁醇提取物 李裕倩等[13]通過東莨菪堿誘導(dǎo)記憶障礙大鼠模型，發(fā)現(xiàn)益智仁乙醇提取物能夠顯著改善模型大鼠在Morris水迷宮中的學(xué)習(xí)記憶能力，證明益智仁乙醇提取物具有改善癡呆大鼠記憶障礙的作用。通過6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)誘導(dǎo)大鼠腎上腺髓質(zhì)嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞(pheochromocytoma cells 12， PC12)多巴胺能神經(jīng)元變性，發(fā)現(xiàn)益智仁乙醇提取物可以劑量依賴性方式顯著增加細(xì)胞活力，減弱細(xì)胞凋亡，抑制一氧化氮(nitric oxide， NO)產(chǎn)生，下調(diào)IL-1β、TNF-α、誘導(dǎo)性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的基因表達(dá)，證明益智仁乙醇提取物對6-OHDA誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷的保護(hù)作用涉及抗感染和抗氧化作用。此外，PI3K-AKT途徑可能是其神經(jīng)保護(hù)機(jī)制的一部分[14]。另有研究發(fā)現(xiàn)益智仁正丁醇提取物能顯著提高Aβ1-42誘導(dǎo)的AD小鼠在Y迷宮測試、主動回避測試和Morris水迷宮測試中的學(xué)習(xí)記憶能力，通過抑制β-分泌酶活性和降低Aβ1-42水平來減輕小鼠額葉皮層和海馬的神經(jīng)元損傷和細(xì)胞凋亡，為益智仁治療AD的臨床應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)[15]。

1.3 益智仁醚提取物 中樞膽堿能神經(jīng)功能失調(diào)是老年性癡呆的重要發(fā)病機(jī)制，乙酰膽堿為促進(jìn)學(xué)習(xí)記憶的遞質(zhì)，防治老年性癡呆和益智藥物均將對膽堿能神經(jīng)功能的影響視為重要的藥理指標(biāo)[16]。金虹[17]采用小鼠肝制備酶試液，對益智仁乙醚提取液做抑酶實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其具有較強(qiáng)的抑制AChE活性的作用，并顯示出多種抑酶活性成分。研究發(fā)現(xiàn)，益智仁石油醚提取物能明顯改善脂多糖(lipopolysaccharide， LPS)誘導(dǎo)的AD大鼠在Y-迷宮、Morris水迷宮測試中的學(xué)習(xí)記憶能力，并顯著抑制LPS處理后的大鼠海馬和皮質(zhì)中的離子鈣接頭蛋白抗原(ion calcium junction protein antigen，IBA-1)、IL-1β、Aβ1-42和磷酸化微管相關(guān)蛋白(phosphorylated microtubule-related proteins， p-tau)水平，證明益智仁石油醚提取物可減弱LPS誘導(dǎo)的學(xué)習(xí)和記憶障礙，這可能與其對神經(jīng)炎癥、Aβ沉積和p-tau的抑制作用有關(guān)[18]。

1.4 益智仁氯仿提取物 益智仁氯仿提取物長期治療能提高Aβ1-42誘導(dǎo)的AD大鼠在行為學(xué)測試中的認(rèn)知能力，提高谷胱甘肽過氧化物酶(glutathion peroxidase，GSH-px)活性，降低MDA、Aβ含量及AChE活性，逆轉(zhuǎn)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、神經(jīng)元嗜酸性的退化以及皮層和海馬的核凝聚，表明益智仁氯仿提取物通過減輕氧化應(yīng)激和調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和神經(jīng)元嗜酸性的變性以增強(qiáng)膽堿能系統(tǒng)功能來改善學(xué)習(xí)和記憶缺陷[19]。

2 益智仁活性成分

2.1 原兒茶酸(protocatechuic acid，PCA) PCA是一種天然酚酸類化合物，并且是益智仁的活性成分。早期的研究已經(jīng)證明，PCA具有抗血小板凝集、降低心肌耗氧量、抑菌、鎮(zhèn)痛等多方面藥理活性，是一種重要的天然活性物質(zhì)[20]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，PCA具有良好的神經(jīng)保護(hù)作用。用岡田軟海綿酸(okadaic acid，OA)誘導(dǎo)PC12細(xì)胞凋亡建立AD 模型細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)PCA可顯著降低細(xì)胞中的p-tau，減少細(xì)胞形態(tài)的損傷，說明益智仁中PCA對OA誘導(dǎo)的AD細(xì)胞模型有一定的保護(hù)作用[21]。通過魚藤酮誘導(dǎo)PC12細(xì)胞凋亡建立神經(jīng)損傷模型，發(fā)現(xiàn)PCA能夠顯著提高PC12細(xì)胞內(nèi)的SOD、過氧化氫酶(catalase， CAT)、GSH-Px含量，降低活性氧(reactive oxygen， ROS)的水平，下調(diào)半胱天冬酶-3(Cystein-dependent aspartate-specefic programed-3，caspase-3)的活性，從而達(dá)到減少或抑制細(xì)胞凋亡的目的[22]。研究發(fā)現(xiàn)，PCA能夠顯著增加Aβ1-42寡聚體誘導(dǎo)PC12細(xì)胞的細(xì)胞活力，并提高與自噬相關(guān)標(biāo)記蛋白Beclin1的表達(dá)水平，表明PCA可明顯降低Aβ1-42對PC12的細(xì)胞毒性，其作用機(jī)制可能與增加自噬水平有關(guān)[23]。應(yīng)用Aβ1-42寡聚體誘導(dǎo)SD胎鼠海馬神經(jīng)元制備細(xì)胞損傷模型，發(fā)現(xiàn)PCA可以明顯改善模型細(xì)胞存活率、降低凋亡率，且呈現(xiàn)濃度依賴性，并顯著性上調(diào)細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)蛋白表達(dá)，表明PCA可拮抗Aβ1-42寡聚體所誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元損傷，具有神經(jīng)保護(hù)作用[24]。薛小燕等[25]通過體外培養(yǎng)穩(wěn)定轉(zhuǎn)染人類阿爾茨海默病β淀粉樣蛋白前體(amyloid β protein precurso，APP)基因及突變型早老素1(presenilin1，PS1)基因的CHO細(xì)胞系M146L，使之高效產(chǎn)生Aβ42，建立Aβ42過度表達(dá)的細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)PCA對M146L細(xì)胞APP mRNA表達(dá)有抑制作用，并呈劑量依賴性。Guan等[26]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PCA以劑量和時間依賴性方式增加神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell，NSCs)的細(xì)胞活力并刺激細(xì)胞增殖，顯著降低了NSCs的細(xì)胞凋亡水平、ROS水平及Caspase-3活性，表明PCA可通過抑制Caspase級聯(lián)抑制NSCs的凋亡，說明PCA可能是神經(jīng)干細(xì)胞的潛在生長誘導(dǎo)劑和細(xì)胞凋亡抑制劑。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，PCA可以在體外促進(jìn)神經(jīng)元分化與胎牛血清(fetal calf serum，F(xiàn)BS)相結(jié)合，并誘導(dǎo)神經(jīng)元成熟并有效促進(jìn)神經(jīng)突生長[27]。另一方面，PCA促進(jìn)了從培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞和祖細(xì)胞(neural stem cell/progenitor cell，NS/PCs)分化的表型的存活，這與在分化條件下細(xì)胞活力的百分比增加和細(xì)胞凋亡的百分比降低有關(guān)。這些結(jié)果表明PCA可以作為未來研究設(shè)計干細(xì)胞策略以促進(jìn)腦恢復(fù)和神經(jīng)退行性疾病修復(fù)的參考。

2.2 白楊素 白楊素是益智仁中的黃酮類化合物[28]，具有減輕炎癥反應(yīng)[29]，抗氧化和調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡[30-31]等作用。研究表明，白楊素可以抑制iNOS、前列環(huán)素E、環(huán)氧化酶-2等關(guān)鍵的促炎癥酶[32-33]。在慢性大鼠腦缺氧模型中，白楊素通過發(fā)揮抗氧化應(yīng)激、抗凋亡的作用，改善認(rèn)知功能，緩解腦損傷[34]。通過線栓法建立永久性大腦中動脈阻塞(permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO)所致的腦缺血大鼠模型，發(fā)現(xiàn)白楊素能明顯改善大鼠腦缺血后24 h神經(jīng)功能評分，顯著縮小梗死體積，減輕腦水腫，提示白楊素對局灶性腦梗死具有神經(jīng)保護(hù)作用，其保護(hù)作用可能與上調(diào)p-ERK的表達(dá)，同時降低NF-κB和p-P38的表達(dá)有關(guān)[35]。吳金華[36]采用線栓法建立SD大鼠急性大腦中動脈梗阻(middle cerebral artery occlusion，MACO)模型，同時通過雙側(cè)頸總動脈結(jié)扎法建立SD大鼠慢性大腦低灌注模型，發(fā)現(xiàn)白楊素能顯著提高急慢性腦缺血大鼠的神經(jīng)功能學(xué)評分，降低梗死體積，升高SOD、CAT、GSH-px活力，上調(diào)Nrf及其下游蛋白HO-1、NQO1、GCLM和凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2，提示白楊素通過上調(diào)Nrf2，激活Nrf2-ARE通路，減輕急慢性腦缺血對大鼠的損傷，保護(hù)神經(jīng)功能。

2.3 益智酮B 益智酮B是一種二芳庚烷類化合物，為益智仁中具有確定的抗氧化活性的有效成分[37]。在神經(jīng)元中錯誤折疊和聚集的蛋白質(zhì)的漸進(jìn)積累是AD的機(jī)制之一[38]。ROS的過量產(chǎn)生目前被認(rèn)為在該過程中起關(guān)鍵作用[39]。脂褐素來自氧化蛋白和脂質(zhì)之間的交聯(lián)，是衰老的組織學(xué)指標(biāo)[40]。Bayati等[41]通過H2O2誘導(dǎo)SK-N-MC細(xì)胞損傷，發(fā)現(xiàn)益智酮B及其衍生物顯著降低了細(xì)胞凋亡程度和ROS水平，同時增加細(xì)胞中SOD和CAT的活性，下調(diào)MDA活性，減少脂褐素的形成，表明益智酮B衍生可以通過抑制自由基來減少脂褐素形成和延緩細(xì)胞衰老。

2.4 其他 胡蘿卜素棕櫚酸酯(daucosterol palmitate，DSP)是一種從益智仁中分離得到的具有抗谷氨酸興奮毒性作用的植物類固醇。研究發(fā)現(xiàn)，DSP能有效改善Aβ誘導(dǎo)的AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶障礙，顯著抑制海馬ROS產(chǎn)生，有效預(yù)防Aβ誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元損傷，并顯著提高海馬突觸素表達(dá)水平，表明DSP可能成為AD發(fā)展的潛在候選藥物，作為治療AD認(rèn)知功能下降的藥物[42]。9-羥基-表圓柚醇(9-hydroxy epinootkatol，9OHEN)是一種從益智仁中分離得到的倍半萜類化合物。趙騫[43]通過藥效物質(zhì)篩選，發(fā)現(xiàn)益智仁中的圓柚酮具有一定的誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化的能力，初步確認(rèn)了益智的神經(jīng)保護(hù)、促進(jìn)神經(jīng)再生的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，9OHEN可通過抑制谷氨酸誘導(dǎo)的凋亡神經(jīng)元的Caspase-3活化，抑制其ROS、NO產(chǎn)生，并下調(diào)神經(jīng)元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase，nNOS)的表達(dá)來保護(hù)皮質(zhì)神經(jīng)元，表明9OHEN可能在治療谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)疾病方面具有治療潛力[44]。5-羥甲基糠醛(5-hydroxy methyl furfural， 5-HMF)是益智仁中分離出的呋喃類化合物，具有防治神經(jīng)退行性疾病、改善認(rèn)知損害和抗心肌缺血的作用[45]。以腦室內(nèi)(intracerebroventricular， ICV)注射Aβ1-42誘導(dǎo)的小鼠AD模型，發(fā)現(xiàn)5-HMF可通過運(yùn)動活性，Y-迷宮測試和Morris水迷宮測試顯著改善學(xué)習(xí)和記憶障礙，并明顯抑制β-分泌酶活性，降低Aβ1-42和MDA含量，增加SOD和GSH-px等抗氧化酶活性。海馬切片結(jié)果顯示，5-HMF用藥組的神經(jīng)元被整合并規(guī)則排列，表明5-HMF可以減輕神經(jīng)元損傷的程度，說明5-HMF可能作為治療AD的潛在治療劑[46]。

3 內(nèi)在機(jī)制

益智仁改善認(rèn)知障礙的內(nèi)在機(jī)制可能在于保護(hù)神經(jīng)、抗氧化應(yīng)激、抗感染、抗細(xì)胞凋亡、清除自由基、抑制AChE，詳見表1。

表1 益智仁發(fā)揮改善認(rèn)知作用的有關(guān)提取物及活性成分的作用機(jī)制

4 小 結(jié)

益智仁是我國廣泛應(yīng)用于臨床的中藥材，是四大南藥之一，藥食兩用，具備良好的開發(fā)前景。隨著研究的深入，有望開發(fā)出新的益智藥。今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)益智仁的理論基礎(chǔ)研究，特別是化學(xué)成分的研究，結(jié)合現(xiàn)代藥理研究方法尋找活性物質(zhì)，不僅能為益智的臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，而且能進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。