生物堿類成分對阿爾茨海默癥潛在治療的研究進展

孫麗叢 張丹參

河北科技大學化學與制藥工程學院，石家莊，050018，中國

阿爾茨海默癥（Alzheimer’s disease，AD）是一種起病隱匿的進行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，有記憶障礙、失語、執(zhí)行能力障礙等臨床表現(xiàn)［1］。隨著近年來老齡化的發(fā)展，AD 作為世界備受關注的公共衛(wèi)生問題之一，給人們的生活和健康帶來了嚴重影響?！妒澜绨柎暮Ｄ?018 年報告》中指出，每3 秒鐘，就有一名AD 患者的出現(xiàn)。而且到目前為止，全球至少有5 000 萬名癡呆患者，到2050 年，這個數(shù)字預計將達到1.52 億，另外，有數(shù)據(jù)顯示，中國是全球阿爾茨海默病患者數(shù)量最多的國家［2］。因此尋找有效成分來控制和治療病情，成為研究熱點。

關于AD 的發(fā)病機制有多種假說，如乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）水平低、β-淀粉樣蛋白（amyloid β peptide，Aβ）沉積、tau 蛋白異常磷酸化聚集、氧化應激等［2］，但是確切的發(fā)病機制仍不清楚。面對這樣嚴峻的情況，雖說已有食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準的上市治療藥物，如多奈哌齊、加蘭他明等，但都只能改善或延緩其發(fā)病進程，并不能預防、阻止或扭轉疾病的發(fā)生，且存在一定的不良反應［3］。所以從天然植物中尋找治療AD 的有效成分成為人們研究的一個重要方向，天然生物堿類化合物就是其中之一。

1 生物堿類化合物

生物堿是一種含氮堿性有機物，廣泛存在于大自然中，如植物、動物、微生物中，其具有顯著的生理活性，特別是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥理作用引起了廣大學者的關注。生物堿類化合物在醫(yī)藥和農(nóng)藥行業(yè)應用較為廣泛，特點為多靶點、副作用小、毒性小、來源廣泛、幾乎無污染、作用強等，適合長期穩(wěn)定治療［4］。而且近年來的研究表明，多種植物中的生物堿成分均對治療AD 具有有益作用。因此本文對天然植物中的生物堿成分治療AD 的機制進行綜述，為AD 藥物的開發(fā)和應用提供有力的證據(jù)和參考。

2 生物堿類成分對AD 患者的治療作用

2.1 蘭科植物中的生物堿成分

蘭科（orchidaceae）是開花植物中僅次于菊科的第二大家族，在全球范圍幾乎都有分布，但主要生長于熱帶和亞熱帶地區(qū)。蘭科植物化學成分極為豐富，主要包括生物堿類、酚類、黃酮類等，其中生物堿類化學成分在蘭科植物中廣泛存在［5］，且具有多種活性，如抗炎、降血脂、改善記憶等［6］。

石斛，為蘭科植物中較大的一個屬，又名石斛蘭，其藥用歷史悠久，且其中石斛堿成分又在抗腫瘤、改善大腦記憶和認知功能障礙等方面具有活性［7］。研究發(fā)現(xiàn)Aβ會誘導腦內(nèi)谷氨酸過度釋放，產(chǎn)生興奮性毒性，可能導致AD 的發(fā)生，而石斛堿可通過誘導自噬阻止Aβ25-35誘導的軸索變性，可能成為AD 治療的一種新靶點［8］。陳婧超［9］通過霍山石斛生物堿對氧化損傷PC12 細胞存活率影響實驗，發(fā)現(xiàn)該生物堿對經(jīng)H2O2誘導氧化損傷的PC12 細胞有預保護作用。張明輝［10］采用Aβ25-35誘導AD 大鼠模型，觀察金釵石斛生物堿對AD 模型大鼠的空間學習的作用及腦中Aβ的表達量的影響，結果顯示模型組大鼠空間學習能力明顯低于假手術組，40、80 mg·kg-1DNLA 組可明顯改善學習記憶減退癥狀，其機制可能與減少海馬組織中Aβ1-42、β淀粉樣前體蛋白（A beta precursor protein，APP）和β淀粉樣前體蛋白裂解酶1（beta-secretase 1，BACE1）的含量有關。另外張瑋、柳源等［11-12］通過使用不同濃度的金釵石斛總堿預處理原代神經(jīng)細胞、PC 細胞，發(fā)現(xiàn)可以減輕Aβ25-35對細胞的毒性作用。Nie 等［13］研究認為，在Aβ25-35誘導的AD 模型中，金釵石斛可防止神經(jīng)細胞凋亡和突觸丟失，部分是通過可增加海馬和皮層中睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子（cialiary neurotrophic factor，CNTF）、膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（glialcelllinederivedneurotrophic factor，GDNF）和腦源生神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的表達來介導。姚寅等［14］實驗研究發(fā)現(xiàn)石斛總堿可改善AD 轉基因小鼠記憶和空間辨別的功能，其作用機制可能與抑制β-分泌蛋白和γ-分泌蛋白有關。

2.2 豆科植物中的生物堿成分

豆科植物苦參、苦豆子及廣豆根中的主要有效成分為苦參堿類生物堿，苦參堿是其中的代表［15］。通過研究發(fā)現(xiàn)苦參堿對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用，可能是通過影響γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的囊泡儲存、再攝取或促進釋放激活合成酶而促進遞質(zhì)合成和代謝的過程。GABA 是腦內(nèi)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有鎮(zhèn)靜、抗驚厥、穩(wěn)定神經(jīng)及肢體活動的作用。甘氨酸（glycine，Gly）是哺乳類動物脊髓內(nèi)重要的抑制性遞質(zhì)，對運動神經(jīng)的活動呈負反饋抑制［16］。有實驗研究證明，苦參堿能增加小鼠腦中GABA 和GLY 的含量。實驗證明苦參堿鎮(zhèn)靜和催眠作用與腦和脊髓中GABA 和GLY 的含量增加有關［17］。另外耿群美［18］報道藥理實驗結果表明，氧化苦參堿與苦參堿有類似安定作用，二者對中樞均有抑制作用，作用隨劑量增加而增加。在給AD大鼠腹腔注射苦參堿注射液后，與對照組相比，其大腦皮質(zhì)和海馬內(nèi)炎性細胞因子水平較低，并且能夠改善大鼠海馬神經(jīng)元超微結構的損傷。因此，苦參堿通過抑制大腦中炎癥反應介質(zhì)的釋放，來減少神經(jīng)元的損傷［19］。

乙酰膽堿的缺失會導致AD 患者認知功能障礙，記憶功能下降，乙酰膽堿酶抑制劑則是通過抑制乙酰膽堿酯酶的活性，來提高乙酰膽堿的水平，達到治療AD的作用。豆科植物毒扁豆種子中有一種毒扁豆堿，是已知最早的一種非選擇性可逆性乙酰膽堿酶抑制劑，它能夠抑制G1 和G4 乙酰膽堿酯酶的形成［20］，提高大鼠記憶和改善東莨菪堿所致的學習記憶障礙［21］。但因其毒性大，不能應用于臨床，而它的親脂性衍生物酒石酸庚基毒扁豆堿不僅毒性小而且療效強［22］，可使患者認知能力和行為能力達到最大程度地改善。

刺桐屬植物為豆科蝶形花亞科，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，從刺桐植物中分離出來的主要是刺桐生物堿［23］。到目前為止，已經(jīng)有超過110 種刺桐生物堿從植物中分離并確定結構，發(fā)現(xiàn)大部分具有抗痙攣、鎮(zhèn)靜和抑制中樞神經(jīng)的作用，可能作為一種潛在的治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病如AD 的藥物［24］。正常情況下，人體代謝過程會產(chǎn)生較低濃度正常生理范圍內(nèi)的自由基，可以刺激細胞的生長，對人體有益。但若自由基產(chǎn)生過多，氧化還原反應平衡系統(tǒng)被破壞，就會對人體造成傷害［25］。Benard F Juma［26］等在用鰓足蟲進行實驗時，發(fā)現(xiàn)刺桐生物堿有一定的1，1-二苯基-2-苦肼基自由基（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除作用，可延緩衰老。另外刺桐生物堿也是具有競爭力的乙酰膽堿酯酶抑制劑，對AD 的治療和控制可能有幫助［27］。

2.3 石蒜科植物中的生物堿成分

石蒜科植物既可作為觀賞植物，又有藥用價值，主要分布于我國南方。從石蒜科植物的鱗莖中得到的生物堿類化合物具有多種生物活性，如抗腫瘤、抗菌等［28］。

Elgorashi E E 等［29］通過對23 種石蒜科生物堿乙酰膽堿酯酶抑制劑活性進行測試，發(fā)現(xiàn)加蘭他敏型和石蒜堿型的生物堿活性最好。其中加蘭他敏是屬于菲啶類生物堿，是一種可逆性的乙酰膽堿酶抑制劑，可以長期的、競爭性的抑制乙酰膽堿酶的活性。臨床試驗證明加蘭他敏（24 mg·d-1）可改善輕度AD 患者的認知和知覺，且無肝毒性［30］；加蘭他敏作為煙堿型乙酰膽堿受體的變構增強配體，能增強煙堿神經(jīng)傳遞從而增強認知和記憶能力［31］。目前，含有加蘭他敏成分的鹽酸Reminyl 已經(jīng)上市［32］，用于治療早中期的AD。此外多項研究證明，以Aβ為主要成分的神經(jīng)元斑塊（senile plaque，SP）是AD 的主要病理表現(xiàn)，所以干預Aβ的聚集可以防治AD。加蘭他敏可以抑制Aβ的聚集和細胞毒作用，阻止Aβ誘導的氧化損傷［33］。蔣勝［34］通過MTT、免疫印跡、免疫熒光等實驗，發(fā)現(xiàn)加蘭他敏通過抑制NOX4 的表達進而抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）的累積，最終抑制Aβ誘導的PC12 細胞損傷性自噬，達到保護神經(jīng)元的作用。

而石蒜堿型生物堿的抗乙酰膽堿酯酶活性可能與芳香環(huán)C、氮原子上取代基有關［35］。Staffofd 等［36］通過對石蒜屬生物堿的研究發(fā)現(xiàn)其具有較強的AChE 抑制活性，主要原因是芳香化的C 環(huán)提高了抗乙酰膽堿酯酶的活性；Lee 等［37］研究石蒜堿及其衍生物與乙酰膽堿間的作用關系時，發(fā)現(xiàn)石蒜堿分子中氮原子上的取代基影響著分子的活性，且若將石蒜堿分子D 環(huán)開環(huán)，可使其溶解性增大，提高其乙酰膽堿酯酶抑制活性。

2.4 蕓香科植物中的生物堿成分

吳茱萸堿為蕓香科吳茱萸的果實提取物，具有抗炎、抗腫瘤、神經(jīng)保護等作用［38］。炎癥是機體應對刺激物的防御反應，炎癥反應是AD 的一種可能發(fā)生機制，因為若炎癥反應失控，就會產(chǎn)生神經(jīng)毒性物質(zhì)，使神經(jīng)元變性，引發(fā)AD［39］。多項研究證實吳茱萸堿具有較強的抗氧化能力，無論是在RAW264.7 細胞［40］還是神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞中，吳茱萸堿都可以抑制低氧誘導的環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的表達，從而抑制炎癥反應。還有研究發(fā)現(xiàn)吳茱萸堿不僅可以抑制炎癥因子的表達，還能夠改善能量代謝障礙，進而緩解APPswe/PSΔE9小鼠的學習記憶損傷［41］。

黃皮酰胺是從蕓香科植物黃皮葉中分離出來的，作用于N-甲基-D-天冬氨酸受體。（-）黃皮酰胺的主要藥理作用是改善認知功能和抑制Aβ毒性，提高突觸效能和結構的可塑性［42］。將10 種記憶障礙模型包括APP 轉基因鼠、老年鼠（24～27 月齡）、糖尿病小鼠、腦缺血-再灌注大鼠、Aβ及其它化學劑引起的記憶障礙大鼠用于觀察（-）黃皮酰胺改善學習記憶的功效，研究結果顯示（-）黃皮酰胺5～10 mg·kg-1能顯著改善學習和記憶功能［43］。另外的研究結果顯示，（-）黃皮酰胺還能顯著增加基礎突觸傳遞和誘導突觸長時程增強，還可以改善認知功能障礙和抑制tau 過度磷酸化，并保護微管免受損傷［42］。

小檗堿作為蕓香科植物川黃柏樹皮中含量最高的生物堿［44］，能降低神經(jīng)元和半胱天冬酶活性，顯著逆轉Aβ25-35誘導的原代海馬神經(jīng)元損傷和凋亡［45］。川黃柏提取物、黃柏堿和小檗堿對過氧化氫處理過的HT22 小鼠海馬神經(jīng)元有顯著的保護作用，能夠降低乳酸脫氫酶的表達，抑制乙酰膽堿酯酶的活性，可用于AD 的治療。同時，在抑制乙酰膽堿酯酶的濃度下，川黃柏的醇提物、水提物等均無細胞毒性。研究發(fā)現(xiàn)，個別生物堿（如小檗堿、黃連堿和巴馬?。┙M合還可協(xié)同增強乙酰膽堿酯酶的抑制作用［46］。

2.5 石杉科植物中的生物堿成分

石杉科植物廣泛分布在熱帶與亞熱帶地區(qū)，石杉堿甲是從石杉屬植物蛇足石杉中分離得到的一種新型生物堿有效單體［47］。它的藥理活性為增強記憶保護并促進記憶再生，作為可逆性乙酰膽堿酯酶抑制劑，易通過血腦屏障，發(fā)揮療效。以82 例AD 患者作為研究對象，對照組采用常規(guī)治療，試驗組采用常規(guī)治療的同時服用石杉堿甲片治療，結果發(fā)現(xiàn)在治療后，患者的簡易智力狀態(tài)（mini-mental state examiniation，MMSE）、韋氏成人記憶表（wechsler memory scale，WMS）和生活功能量表（activity of daily living scale，ADL）測試評分均明顯優(yōu)于治療前，不良反應發(fā)生率有大幅度降低，說明石杉堿甲片對AD有較好療效且安全性較高，具有較高的臨床價值［48］。

多奈哌齊具有保護腦神經(jīng)、改善患者認知功能等作用，為臨床治療AD 常用藥物，但若長期單一使用，部分患者治療效果并不理想。將石杉堿甲與其聯(lián)合進行實驗研究，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合后可改善AD 患者智力狀態(tài)及認知功能，臨床效果顯著［49］。除了抑制ACh E 的活性外，石杉堿甲還具有調(diào)節(jié)APP 蛋白的代謝、降解和轉運作用，抑制斑塊的形成和神經(jīng)元纖維纏繞，起到多重的神經(jīng)保護作用［50］。

2.6 其他

以檳榔堿為先導的新型莨菪類化合物MA9701 具有促智作用，作為治療AD 的新藥已進入臨床試驗階 段［51］。新型莨菪類衍生物MA9701 能明顯改善乙醇和東莨菪堿所致的小鼠學習與記憶障礙功能，其作用機制可能與激動腦內(nèi)皮質(zhì)和海馬中樞M 膽堿受體有關［52］。去氫吳茱萸堿和黨參總堿作為乙酰膽堿酶抑制劑，都有改善東莨菪堿所導致的學習記憶障礙的功能，而且后者還可以促進膽堿乙?；D移酶生成乙酰膽堿［53］。駱駝蓬植物中分離到的吲哚類生物堿也有很好的抑制AChE潛力［54］。Becher 等［55］對淡水念珠藻科藻青菌葛仙米（nostoc78-12A）進行提取分離，得到1 個新的β-咔啉生物堿nostocarboline（12），實驗發(fā)現(xiàn)，nostocarboline是一種有效的丁酰膽堿酯酶抑制劑，其治療老年癡呆癥的作用不亞于加蘭他敏，因此，被認為是一種新型的神經(jīng)化學發(fā)展的前導化合物。

3 展望

天然生物堿類化合物由于其來源廣泛、副作用小、藥理活性顯著等特點，在治療AD 的領域中起重要作用，而且與合成藥物相比，還可以實現(xiàn)多靶點、多途徑治療。為了達到更好的治療效果，在合理的情況下，可以進行多種藥物進行配伍治療，如石杉堿甲和多奈哌齊、石杉堿甲和美金剛等，聯(lián)合治療效果更佳，因此尋求生物堿成分和藥物結合治療可以更深入研究。另外生物堿的種類繁多且結構復雜，而且有些種類的生物堿有一定的毒性，是限制生物堿進一步開發(fā)利用的因素。因此得到結構準確且穩(wěn)定、活性更高且安全無毒的生物堿成分是需要深入研究的一個重要方向。