人參皂苷Rg1、Rb1、Rd、Re和帕金森病的研究進(jìn)展

李 冬 王欣笛 郭道宇 劉 昊

（華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，唐山 063000）

1 帕金森病的研究概況

帕金森病（Parkinson's disease， PD）是一種中樞神經(jīng)退行性疾病，其特征是大腦中黑質(zhì)致密的多巴胺神經(jīng)元丟失以及非多巴胺系統(tǒng)（例如去甲腎上腺素能、血清素能和膽堿能系統(tǒng)）的退化[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的PD患者人數(shù)已超過(guò)250萬(wàn)。隨著老齡化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)的PD患者將激增至500萬(wàn)人左右，其數(shù)量將占全球一半以上。PD的高發(fā)給中國(guó)社會(huì)帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和社會(huì)發(fā)展壓力。PD通?？梢酝ㄟ^(guò)多巴胺替代療法[如左旋多巴，多巴胺受體激動(dòng)劑和單胺氧化酶B（MAOB）抑制劑]來(lái)緩解運(yùn)動(dòng)遲緩、僵硬和靜息性震顫等運(yùn)動(dòng)癥狀[2]。然而，PD晚期由多巴胺和非多巴胺系統(tǒng)退化產(chǎn)生的非運(yùn)動(dòng)癥狀，如抑郁癥、癡呆、睡眠異常和自主神經(jīng)功能衰竭，仍缺乏有效的治療 方法。

目前，科研人員主要通過(guò)研究神經(jīng)毒素誘導(dǎo)的PD嚙齒類動(dòng)物或者神經(jīng)細(xì)胞模型來(lái)了解PD發(fā)病機(jī)制。其中，基于神經(jīng)毒素誘導(dǎo)的PD鼠類模型的研究數(shù)據(jù)最為豐富。通過(guò)體外和體內(nèi)誘導(dǎo)PD發(fā)生最常見(jiàn)的3種神經(jīng)毒素為6-羥基多巴胺（6-OHDA）、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）和魚(yú)藤酮。此外，神經(jīng)毒性模型可以作為評(píng)估PD對(duì)癥治療的功效和副作用的工具，并為開(kāi)發(fā)新的藥物提供了理論基礎(chǔ)。例如，研究人員通過(guò)研究MPTP的PD鼠類模型，開(kāi)發(fā)了抗PD藥物selegiline（一種MAOB抑制劑）和金剛烷胺，一種 N-甲基-D-天門冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA受體）的選擇性拮抗劑[3]。

通過(guò)使用以下常規(guī)字符串搜索Google學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)：（“人參皂苷”和“6-OHDA”或“甲基多碘化碘（MPP+）”或“MPTP”或“魚(yú)藤酮”），截止2019年10月12日共產(chǎn)生了205篇相關(guān)文章。筆者綜述了近20年內(nèi)的人參皂苷的相關(guān)研究（表1），總結(jié)了人參皂苷Rg1、Rb1、Rd和Re對(duì)神經(jīng)毒性PD模型的主要生物學(xué)作用機(jī)制。

表1 人參提取物研究神經(jīng)毒素（6-OHDA、MPTP/MPP+和魚(yú)藤酮等）誘導(dǎo)的PD 模型相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)查

2 人參皂苷的研究概況

傳統(tǒng)草藥中的某些天然萜烯（主要是二萜和三萜）對(duì)神經(jīng)毒性模型具有神經(jīng)保護(hù)作用，如來(lái)自銀杏的二萜銀杏內(nèi)酯B，來(lái)自人參的人參皂苷等。而且，人參皂苷的抗PD活性已得到廣泛研究。研究表明，人參皂苷可以減少神經(jīng)毒的攝入，降低興奮性毒性以及抗氧化[25]。人參皂苷是三萜皂苷，不同的人參皂苷具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，都含有由17個(gè)碳原子排列成4個(gè)環(huán)的類固醇。根據(jù)糖苷基架構(gòu)的不同將人參皂苷可以大致分為2組：達(dá)瑪烷型和齊墩果烷型。人參皂苷被命名為“Rx”，其中“R”代表根，“x”以字母順序描述色譜極性，例如，Ra是極性最小的化合物，并且Rb比Ra極性更大。目前，已有60多種已知的人參皂苷被發(fā)現(xiàn)[26]，且每種都有獨(dú)特的藥用功能，主要為2類：①原人參二醇（PPD）包括人參皂苷Ra1、Ra2、Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Rg3和Rh2等；②原人參三醇型皂苷（PPT）包括人參皂苷Re、Rg1、Rg2、Rf和Rh1等。PPT中和PPD的之間的差異是羧基在C-6位中的PPD。

現(xiàn)著重總結(jié)了人參皂苷Rg1、Rb1、Rd和Re（圖1）對(duì)神經(jīng)毒性PD模型的作用機(jī)制。

2.1 人參皂苷Rg1

圖1 人參皂苷Rg1、 Re、 Rb1 和Rd 的化學(xué)結(jié)構(gòu)

研究表明，人參皂苷Rg1（圖1）對(duì)谷氨酸應(yīng)激的中腦多巴胺細(xì)胞有正向刺激作用，人參皂苷Rg1可通過(guò)抑制氧化應(yīng)激來(lái)減輕多巴胺誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[4，6]，并通過(guò)抑制細(xì)胞中的NF-κB活化來(lái)防止H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。在PD小鼠模型研究中，人參皂苷Rg1對(duì)MPTP誘導(dǎo)小鼠的黑質(zhì)神經(jīng)元凋亡具有保護(hù)作用，主要通過(guò)調(diào)節(jié)鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白降低黑質(zhì)鐵水平，并對(duì)脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞的生長(zhǎng)具有抑制作 用[27]。在PD大鼠模型研究中，人參皂苷Rg1可通過(guò)激活胰島素生長(zhǎng)因子-I受體信號(hào)通路，對(duì)去卵巢PD大鼠的多巴胺神經(jīng)元可以起到保護(hù)作用。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的抗炎活性被認(rèn)為在PD防治中起有益作用[28]。鑒于此，Gao等[14]報(bào)道，人參皂苷Rg1可抑制MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠體內(nèi)COX-2表達(dá)。人參皂苷Rg1可有效阻止黑質(zhì)區(qū)SN磷酸化而干擾JNK信號(hào)通路，使其不能上調(diào)COX-2表達(dá)，黑質(zhì)區(qū)COX-2免疫陽(yáng)性細(xì)胞減少，同時(shí)TH+神經(jīng)元缺失明顯減少，從而降低黑質(zhì)區(qū)COX-2介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)及其誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，使SN多巴胺神經(jīng)元免于MPTP誘導(dǎo)的損傷，最終使該P(yáng)D模型小鼠運(yùn)動(dòng)功能障礙得到改善[9]。然而，人參皂苷Rg1對(duì)于PD模型中腦黑質(zhì)COX-2表達(dá)抑制的機(jī)制尚沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論，但主要與P38信號(hào)通路及JNK信號(hào)通路有關(guān)，最終結(jié)果均為降低黑質(zhì)區(qū)COX-2介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)及其誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[29]。

人參皂苷Rg1不僅對(duì)MPTP/MPP+誘導(dǎo)的PD小鼠模型具有保護(hù)多巴胺神經(jīng)元的作用，而且可以對(duì)抗6-OHDA的毒性作用[11]。人參皂苷Rg1可明顯抑制6-OHDA引起黑質(zhì)TH+神經(jīng)元數(shù)量和TH（+）基因表達(dá)的減少行為，其內(nèi)在機(jī)制在于人參皂苷Rg1能有效激活PI3K/Akt通路及細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）信號(hào)通路。進(jìn)一步研究表明，人參皂 苷Rg1保護(hù)PD中腦SN多巴胺神經(jīng)元的分子機(jī)制是在一定程度上阻止PD模型小鼠中腦SN磷酸化及由此引發(fā)的細(xì)胞凋亡[14]。

綜上所述，人參皂苷Rg1的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制可能包括拮抗氧化應(yīng)激反應(yīng)、降低鐵離子水平、減少TH（+）磷酸化、阻斷JNK/SAPK和NF-κB信號(hào)通路、激活PI3K/Akt和ERK信號(hào)通路，以及通過(guò)IGF-IR和ER 2條途徑保護(hù)多巴胺神經(jīng)元。因此，保護(hù)多巴胺神經(jīng)元的信號(hào)通路可能不僅是一條，而是有多條通路參與其中，并且相互交叉，共同發(fā)揮作用。

2.2 人參皂苷Rb1

人參皂苷 Rb1（圖1）是人參中最豐富、最重要的成分之一，已被證明對(duì)人體具有多種有益作用，包括對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的影響以及抗腫瘤活性[33]。這些作用和細(xì)胞的抗氧化應(yīng)激，調(diào)節(jié)自噬過(guò)程和抑制細(xì)胞凋亡和線粒體功能密切相關(guān)。

氧化應(yīng)激可使細(xì)胞中產(chǎn)生過(guò)量氧自由基，且自由基的濃度與各種疾病有關(guān)。 活性氧（ROS）是包含由氧化系統(tǒng)產(chǎn)生的活性氧官能團(tuán)的化合物，包括含氧自由基、無(wú)氧非自由基衍生物和氫過(guò)氧化物。正常產(chǎn)生的ROS可被細(xì)胞中豐富的內(nèi)源性抗氧化劑清除。過(guò)量的ROS則會(huì)導(dǎo)致氧化損傷，繼而引起諸如神經(jīng)退行性疾病、癌癥、心血管疾病和代謝性疾病之類的疾病。清除過(guò)量ROS是線粒體最為重要的功能之一。人參皂苷Rb1直接減少ROS的過(guò)量產(chǎn)生，保護(hù)其免受線粒體功能障礙的困擾，并恢復(fù)細(xì)胞氧化還原酶的平衡。此外，人參皂苷Rb1可以減少細(xì)胞中過(guò)量的超氧陰離子產(chǎn)生并恢復(fù)線粒體膜電位[31]。人參皂苷Rb1不僅可以保護(hù)氧化還原酶，也可清除ROS。研究顯示[32]，人參皂苷Rb1可激活體外培養(yǎng)的多巴胺細(xì)胞Gβ1/PI3K/Akt-Nrf2信號(hào)通路，抑制6-OHDA誘導(dǎo)的氧化損傷，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激。并且，用Rb1 預(yù)處理 SH-SY5Y細(xì)胞可顯著降低6-OHDA誘導(dǎo)的 caspase-3的激活和隨后的細(xì)胞凋亡[32]。研究人員通過(guò)比較3種不同人參皂苷（Rg1、Rg3、Rb1）對(duì)α-突觸核蛋白的保護(hù)作用，顯示只有人參皂苷Rb1減輕PD小鼠的行為障礙，防止多巴胺神經(jīng)元死亡，并抑制α-突觸核蛋白表達(dá)和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生[33]。因此，人參皂苷Rb1可以被用作防治PD的藥物之一。

MPP+是一種神經(jīng)毒性化合物，可抑制多巴胺細(xì)胞的生長(zhǎng)，并抑制神經(jīng)元突觸的生長(zhǎng)。當(dāng)小鼠暴露于MPP+時(shí)，多巴胺細(xì)胞開(kāi)始死亡，神經(jīng)元突觸長(zhǎng)度縮短，除此之外，免疫陽(yáng)性酪氨酸羥化酶水平也會(huì)減少[20]。盡管人參皂苷不能完全防止多巴胺細(xì)胞和神經(jīng)元的丟失，但是人參皂苷Rb1通過(guò)刺激神經(jīng)元突觸的生長(zhǎng)以及恢復(fù)線粒體膜電位以抑制Ca2+過(guò)量攝入，從而顯著提高了多巴胺細(xì)胞存活率。因此，研究人員普遍認(rèn)為人參皂苷Rb1具有神經(jīng)保護(hù)作用[15，30]。通過(guò)PC12細(xì)胞MPP+毒素誘導(dǎo)凋亡實(shí)驗(yàn)顯示，人參皂苷Rb1預(yù)處理后可以有效抑制caspase-3和激活抗凋亡Bcl-2途徑，這種抗凋亡活性是通過(guò)刺激雌激素受體基因的表達(dá)以及去磷酸化作用的結(jié)果[34]。

綜上所述，人參皂苷Rb1可以通過(guò)多種方式保護(hù)神經(jīng)元，如通過(guò)相關(guān)的代謝酶促進(jìn)線粒體能量的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)生；抑制細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生和積累；增強(qiáng)抗氧化酶的活性；抑制氧化酶的活性；維持線粒體膜電位穩(wěn)定，抑制神經(jīng)毒素的吸收。

2.3 人參皂苷Rd 的研究現(xiàn)狀

臨床和實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，人參皂苷Rd的神經(jīng)保護(hù)作用與其抗炎作用有關(guān)。經(jīng)過(guò)人參皂苷Rd預(yù)處理的多巴胺神經(jīng)元在CCl4毒素誘導(dǎo)后，其抗炎能力和對(duì)照組相比有明顯的增強(qiáng)[35]。利用CCl4對(duì)多巴胺神經(jīng)元進(jìn)行變性誘導(dǎo)可以導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡，經(jīng)過(guò)人參皂苷Rd預(yù)處理后可顯著保留多巴胺神經(jīng)元中TH+神經(jīng)元的數(shù)量。同時(shí)，在PD模型中，由小膠質(zhì)細(xì)胞活化引起的細(xì)胞神經(jīng)因子炎性變化可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，實(shí)驗(yàn)中，多巴胺神經(jīng)元的神經(jīng)炎癥可通過(guò)LPS暴露引起。在中腦原代培養(yǎng)中，LPS（100 μg/mL）會(huì)導(dǎo)致30%～50%的樹(shù)突消失，核周膜改變，細(xì)胞萎縮和TH+神經(jīng)元丟失。人參皂苷Rd可被用來(lái)抵抗LPS神經(jīng)變性[35]。LPS的細(xì)胞死亡以及人參皂苷Rd的神經(jīng)保護(hù)作用對(duì)多巴胺神經(jīng)元沒(méi)有選擇性，人參皂苷Rd的抗炎作用同樣可以通過(guò)減少NO生成和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）合成來(lái)證明，且iNOS活性和PGE2濃度增加呈劑量依賴性。因此，人參皂苷Rd的保護(hù)機(jī)制可能與iNOS活性改變和COX-2表達(dá)有關(guān)[35]。據(jù)報(bào)道，人參皂苷Rd還可以對(duì)海藻酸誘導(dǎo)的小鼠神經(jīng)元起到保護(hù)作用[36]。

2.4 人參皂苷Re的研究現(xiàn)狀

最新研究表明，人參化合物可以預(yù)防MTPT誘導(dǎo)的PD小鼠模型中SN神經(jīng)元凋亡[37]。經(jīng)過(guò)人參皂苷Re預(yù)處理后，MPTP模型組可增強(qiáng)Bcl-2蛋白和Bcl-2 mRNA的表達(dá)，并增加TH+神經(jīng)元數(shù)量。人參皂苷Re與人參皂苷Rb1、Rb3、Rg1等均有不同程度抗氧化和清除自由基的作用，人參皂苷Re還可通過(guò)調(diào)節(jié)腦內(nèi)單胺類遞質(zhì)合成與代謝而達(dá)到抗氧化應(yīng)激的作用，也具有治療PD的作用。同時(shí)，人參皂苷Re具有保護(hù)黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元形態(tài)和功能的作用，可能主要通過(guò)抑制MAOB的活性，影響多巴胺的降解代謝。人參皂苷Re可以逆轉(zhuǎn)MPTP導(dǎo)致的紋狀體多巴胺和HVA含量的升高，防止黑質(zhì)致密部膠質(zhì)細(xì)胞的增生。星形膠質(zhì)細(xì)胞合成并分泌的膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子（GDNF）可促進(jìn)中腦多巴胺神經(jīng)元的存活，推測(cè)人參皂苷Re減輕多巴胺神經(jīng)元損傷的作用可能與此有關(guān)。人參皂苷Re通過(guò)增強(qiáng)PD小鼠紋狀體內(nèi)強(qiáng)啡肽蛋白和前強(qiáng)啡肽mRNA的表達(dá)，抑制前腦啡肽mRNA的表達(dá)，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，進(jìn)而使受損的多巴胺神經(jīng)元功能恢復(fù)。人參皂苷Re可以逆轉(zhuǎn)PD小鼠多巴胺神經(jīng)元凋亡一系列調(diào)控基因和蛋白的異常表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)多巴胺神經(jīng)元的保護(hù)作用，如減少iNOS，從而減少NO的生成；下調(diào)PD小鼠黑質(zhì)部促凋亡蛋白P53的表達(dá)；上調(diào)PD小鼠黑質(zhì)致密部Bcl-2蛋白和Bcl-2 mRNA表達(dá)；下調(diào)Bax蛋白、Bax mRNA表達(dá)；抑制caspase-3的激活等，這些機(jī)制與人參皂苷Rg1保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的作用類似[24]。此外，人參皂苷Re通過(guò)增加基底神經(jīng)節(jié)中重要亞區(qū)新紋狀體投射神經(jīng)元和黑質(zhì)網(wǎng)狀部中間神經(jīng)元γ-氨基丁酸的表達(dá)，調(diào)節(jié)皮層基底神經(jīng)節(jié)丘腦環(huán)路的興奮抑制平衡而發(fā)揮抗PD作用。此外，另一項(xiàng)最新研究表明[25]，人參皂苷Re能夠通過(guò)恢復(fù)最佳NO信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而提高伴侶蛋白LRPPRC、Hsp90和Hsp60的表達(dá)水平，從而挽救并抵消多巴胺細(xì)胞系中特定的線粒體復(fù)合物Ⅳ缺陷。然而，人參皂苷Re調(diào)控的體內(nèi)多巴胺變性的確切藥理機(jī)制仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上所述，通過(guò)檢索和分析相關(guān)文獻(xiàn)表明，人參皂苷（Rg1、Rb1、Rd和Re）已被證明具有多種抗PD的活性，但是仍需要進(jìn)行深入的系統(tǒng)研究其在PD中的作用及其分子機(jī)制，為人參皂苷的推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)的藥效學(xué)依據(jù)。