淀粉樣蛋白沉積疾病與天然產(chǎn)物小分子關(guān)系的研究進(jìn)展*

吳辰宇，劉俊清，王 瑞，章詩(shī)瑤，牛婷婷 綜述,何劍為 審校

(遼寧大學(xué)生命科學(xué)院，沈陽(yáng) 110036)

淀粉樣蛋白沉積疾病包含大多數(shù)的神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默癥(alzheimer′s disease，AD)、帕金森癥和亨廷頓病等。神經(jīng)退行性疾病會(huì)導(dǎo)致患者神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能逐漸喪失，最終誘發(fā)癡呆等認(rèn)知障礙和震顫等行動(dòng)能力異常。目前，針對(duì)淀粉樣蛋白沉積疾病的有效治療方法仍然未見(jiàn)報(bào)道。

1 淀粉樣蛋白沉積疾病

淀粉樣蛋白相關(guān)疾病的病因與蛋白質(zhì)正常構(gòu)象改變后發(fā)生錯(cuò)誤折疊有關(guān)，故該類(lèi)疾病經(jīng)常被稱(chēng)為蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊疾病(protein misfolding diseases)或構(gòu)象類(lèi)疾病(conformational diseases)。在AD、帕金森癥等許多神經(jīng)性疾病中，都可以觀察到神經(jīng)系統(tǒng)中出現(xiàn)大量淀粉樣物質(zhì)的累積沉淀。而人體對(duì)蛋白聚集體的清除能力通常會(huì)因?yàn)榧膊『退ダ隙档?，這也就導(dǎo)致了錯(cuò)誤折疊或組裝的蛋白質(zhì)數(shù)量會(huì)隨病理或生理?xiàng)l件的改變而增加，因此淀粉樣蛋白相關(guān)疾病的發(fā)生概率也有所增加。

與人類(lèi)淀粉樣蛋白疾病有關(guān)的胞外成纖維蛋白多達(dá)30余種，主要分為家族型、傳染型和偶發(fā)型等。幾種主要的淀粉樣蛋白包括：在AD的病程進(jìn)展中發(fā)揮著主要作用的Aβ(β-amyloid)和Tau蛋白，引起帕金森癥的無(wú)序蛋白α-突觸核蛋白，遺傳性非神經(jīng)性全身淀粉樣蛋白沉積疾病的致病蛋白溶菌酶等。這些淀粉樣蛋白形成的纖維均會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)受損，進(jìn)而引起淀粉樣蛋白沉積疾病。

2 淀粉樣纖維

淀粉樣纖維是由正常的可溶性蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)構(gòu)象變化和聚集形成的高度穩(wěn)定的、有序的、不溶性的和難以被降解的蛋白質(zhì)沉積物的總稱(chēng)。淀粉樣纖維的形成過(guò)程包括成核期和延伸期。淀粉樣纖維的氨基酸序列可以存在顯著性的差異，但是其四級(jí)結(jié)構(gòu)有相似之處，即存在眾多的β折疊片[1]。

淀粉樣變性是由多種原因?qū)е碌?，變性后的淀粉樣纖維沉積于某些部位而導(dǎo)致病變。沉積的蛋白聚集體主要是某一特定蛋白質(zhì)，但同時(shí)可能有其他類(lèi)蛋白質(zhì)或糖類(lèi)的參與。淀粉樣纖維大多形態(tài)規(guī)則，直而無(wú)分叉，直徑為2～20 nm，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千納米。淀粉樣纖維由多條原纖維絲以一條對(duì)稱(chēng)軸螺旋纏繞結(jié)合而成，其螺旋纏繞方式多以左手螺旋為主。

通過(guò)電鏡檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明淀粉樣蛋白沉積疾病的主要致病原因并不是延伸期的淀粉樣纖維，而是蛋白質(zhì)寡聚體。它的核心是由數(shù)個(gè)出現(xiàn)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)組成的，它們可以是成纖維各階段的產(chǎn)物，也可以是降解等步驟的產(chǎn)物。

3 針對(duì)淀粉樣蛋白沉積疾病的天然產(chǎn)物提取物

天然小分子化合物多屬于多酚類(lèi)化合物，其中尤其以植源性黃酮類(lèi)化合物為主，一般具有抗氧化、抑癌等功效。由于針對(duì)淀粉樣蛋白沉積疾病的有效治療方法亟待開(kāi)發(fā)，近年來(lái)科研人員開(kāi)始將目光聚焦于這些已知的應(yīng)用于其他疾病預(yù)防與治療的多酚類(lèi)化合物，以尋找新的治療途徑。目前科研人員已經(jīng)篩選并發(fā)掘了一些頗具潛力的抗淀粉樣蛋白沉積疾病天然產(chǎn)物小分子。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究取得了可喜進(jìn)展，如獨(dú)活和獨(dú)活提取物對(duì)癡呆及神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的神經(jīng)元均具有保護(hù)作用[2]；姜黃素能夠促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，對(duì)AD具有顯著的療效[3]；柿葉提取物能降低AD細(xì)胞模型的氧化應(yīng)激水平[4]；銀杏葉提取物EGb761可以改善神經(jīng)退行性病變和衰老引起的認(rèn)知能力下降，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受損傷[5-6]。同樣，許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證明了天然產(chǎn)物有抑制淀粉樣蛋白沉積疾病的作用：番紅花和二色胡枝子提取物可以減少Aβ對(duì)小鼠認(rèn)知功能產(chǎn)生的影響[7-8]；海棗仁和大蒜提取物對(duì)大鼠的認(rèn)知功能障礙和神經(jīng)炎癥具有一定的保護(hù)作用[9-10]；龜板水煎液對(duì)帕金森癥模型大鼠有治療作用[11]；無(wú)果枸杞芽茶提取物對(duì)AD模型小鼠具有神經(jīng)保護(hù)的作用[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，香青蘭、刺山柑、咖啡、紫娟普洱、蠶絲和多種莓類(lèi)提取物具有保護(hù)神經(jīng)免受AD相關(guān)淀粉樣蛋白毒性的作用[13-18]；橄欖中提取的生物酚可以有效對(duì)抗AD[19]。

4 抗淀粉樣蛋白沉積疾病天然小分子的開(kāi)發(fā)策略

迄今發(fā)現(xiàn)的這些天然產(chǎn)物提取物均有一定程度緩解或治療淀粉樣蛋白沉積疾病的功能。按照干預(yù)疾病的介入點(diǎn)的不同，抗淀粉樣蛋白沉積疾病天然小分子的開(kāi)發(fā)策略可主要分為以下幾類(lèi)。

4.1 抑制酶的作用

神經(jīng)元內(nèi)的Aβ沉積及Aβ的神經(jīng)毒性是導(dǎo)致AD的重要因素。在大部分AD患者中都表現(xiàn)出Aβ前體蛋白裂解酶1(β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1)的水平升高。有研究發(fā)現(xiàn)，BACE1不僅可以促進(jìn)新的Aβ生成，還能抑制細(xì)胞中蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)的產(chǎn)生。PKA在記憶生成中起到重要作用，BACE1水平的升高會(huì)導(dǎo)致記憶喪失。因此，可以將抑制BACE1的作用作為治療AD的一種重要策略之一[20]。近期有報(bào)道顯示，假儉草提取物在PC12細(xì)胞中對(duì)Aβ的聚集和Aβ介導(dǎo)的細(xì)胞死亡有保護(hù)作用，并推測(cè)它是通過(guò)干預(yù)Aβ低聚體的形成和降低BACE1活性來(lái)減輕神經(jīng)細(xì)胞損傷，從而延緩AD進(jìn)程[21]。與AD相關(guān)的另一種酶是γ-分泌酶,它能介導(dǎo)淀粉樣蛋白前體蛋白的水解。目前，臨床中用于AD治療的有γ-分泌酶抑制劑(gamma secretase inhibitor，GSI)和γ-分泌酶調(diào)節(jié)劑(gamma secretase modulator，GSM)。雖然GSI和GSM可以抑制Aβ的形成，但其療效低，血腦屏障滲透差及具有嚴(yán)重的不良反應(yīng)，使得它們未能取得最佳的治療效果。因此，尋找一種具有類(lèi)似作用的新化合物成為當(dāng)務(wù)之急。研究發(fā)現(xiàn)雙氫麥角汀(DHEC)在細(xì)胞和非細(xì)胞環(huán)境中對(duì)γ-分泌酶均具有抑制作用[22]。

4.2 激活降解途徑

隨著人們年齡的增加，機(jī)體清除 Aβ效率逐漸降低，人的大腦中Aβ水平不斷升高并逐漸堆積形成淀粉樣斑塊。過(guò)量的Aβ會(huì)損傷神經(jīng)細(xì)胞，從而誘導(dǎo)AD的發(fā)生。因此，尋找可以激活或者促進(jìn)Aβ降解途徑的藥物便成為一種可行的治療AD的策略。

遠(yuǎn)志(polygala)為我國(guó)常用的中草藥，具有增強(qiáng)記憶和學(xué)習(xí)能力及神經(jīng)保護(hù)功能。有研究結(jié)果表明，經(jīng)遠(yuǎn)志提取物(polygala tenuifolia extract，PTE)處理后的神經(jīng)細(xì)胞自噬增強(qiáng)。進(jìn)一步研究表明，PTE是通過(guò)增強(qiáng)AMPK/Raptor通路加速誘導(dǎo)自噬，從而增強(qiáng)了細(xì)胞清除Aβ的能力[23]。雷帕霉素(rapamycin，rpm)可調(diào)節(jié)眾多細(xì)胞內(nèi)過(guò)程，具有抗真菌、抗腫瘤和免疫抑制活性。它可以與FKBP12相互作用形成復(fù)合體，通過(guò)與mTOR結(jié)合導(dǎo)致mTOR失活，引起細(xì)胞自噬，從而清除淀粉樣沉積物中的相關(guān)蛋白[24]。海藻糖可以與亨廷頓舞蹈癥的致病蛋白polyQ結(jié)合并降低ployQ形成的聚集體和細(xì)胞毒性，并誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的產(chǎn)生，清除淀粉樣蛋白，同時(shí)阻止隨后發(fā)生的細(xì)胞凋亡[25]。

4.3 穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)多肽和蛋白質(zhì)都具有從其天然構(gòu)象狀態(tài)轉(zhuǎn)化為淀粉樣聚集體的內(nèi)在傾向。因此，通過(guò)某些小分子與淀粉樣蛋白的結(jié)合從而穩(wěn)定蛋白的結(jié)構(gòu)，從初始階段抑制蛋白的成纖維過(guò)程可能是最具前景的治療淀粉樣蛋白沉積疾病的策略。

近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)人參提取物明顯抑制了乙醇水溶液中PMS-胰蛋白酶的淀粉樣蛋白原纖維的形成，并有助于維持蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)[26]。對(duì)于其他的一些小分子，研究人員通過(guò)采用熒光檢測(cè)和透射電子顯微鏡直接觀察的方法明確了楊梅素、桑色素等小分子針對(duì)導(dǎo)致遺傳性非神經(jīng)性系統(tǒng)性淀粉樣疾病的溶菌酶成纖維的抑制效果，且抑制能力具有濃度依賴(lài)性。結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬和分子對(duì)接從原子水平研究了成纖維過(guò)程中溶菌酶結(jié)構(gòu)的變化及小分子與蛋白質(zhì)相互作用，嘗試闡明小分子的抑制成纖維機(jī)制[27]。李改濤等[28]的研究表明，表沒(méi)食子兒茶素(EGC)能夠抑制溶菌酶的淀粉樣纖維化，并破壞成熟的淀粉樣纖維結(jié)構(gòu)，使纖維的淀粉樣特性降低。另外的幾項(xiàng)研究也同樣從穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)的角度說(shuō)明了小分子抑制淀粉樣蛋白成纖維的有效性：從蛇藤樹(shù)枝中分離出的二十四烷能有效地抑制β-淀粉樣蛋白的聚集[29]；葡萄皮和葡萄籽提取物白藜蘆醇對(duì)Aβ聚合具有明顯的抑制作用[30]，并用固體脂質(zhì)納米粒子將有效成分運(yùn)輸?shù)酱竽X中發(fā)揮作用；芹菜籽提取物左旋芹菜甲素能明顯改善AD患者的認(rèn)知功能[31]。

4.4 解聚淀粉樣纖維

淀粉樣纖維有一些共同的特征：不論蛋白質(zhì)來(lái)源多么缺乏同源性，它們都有從其固有的狀態(tài)轉(zhuǎn)化成淀粉樣纖維的趨勢(shì)。既然這種形成纖維的進(jìn)程難以抑制，那么促使已形成的淀粉樣纖維解聚則是一種新的思路。但是淀粉樣纖維一旦形成就很穩(wěn)定，并且淀粉樣纖維的解聚產(chǎn)物通常也具有一定的毒性。朊蛋白Sup35NM淀粉樣纖維加熱20 min后的解聚產(chǎn)物對(duì)NIH3T3細(xì)胞和Vero細(xì)胞都產(chǎn)生了與聚集中的寡聚體相似的毒性效應(yīng)。因此，尋找一種可以解聚淀粉樣蛋白而不產(chǎn)生有毒性產(chǎn)物的小分子藥物至關(guān)重要。

茶中富含的多酚類(lèi)物質(zhì)有抗病毒、抗氧化、抗菌、抗輻射等多重功效。有實(shí)驗(yàn)證明茶多酚能夠與解折疊的多肽結(jié)合，進(jìn)而阻止其向淀粉樣纖維轉(zhuǎn)變[32]。多酚類(lèi)物質(zhì)中又以表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)的水平最高。EGCG能使已經(jīng)成熟的蛋白纖維轉(zhuǎn)變成較小的無(wú)定型的蛋白聚集體，如將成熟的α-突觸核蛋白和Aβ的淀粉樣纖維轉(zhuǎn)變成對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞無(wú)毒性的小的無(wú)定型蛋白聚集體。宋秀環(huán)等[33]的研究表明，EGCG能明顯抑制溶菌酶的纖維化，并破壞成熟的淀粉樣纖維結(jié)構(gòu)，將溶菌酶纖維轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形聚集體。

導(dǎo)致淀粉樣蛋白沉積疾病的因素有多種，因此防治也應(yīng)當(dāng)對(duì)特定疾病的情況選取具有針對(duì)性的治療策略，合理進(jìn)行天然產(chǎn)物小分子的篩選和挖掘工作。

5 小 結(jié)

絕大多數(shù)偶發(fā)型淀粉樣蛋白沉積疾病的一個(gè)主要致病原因是衰老。伴隨著細(xì)胞內(nèi)維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的能力開(kāi)始衰減，多種致病性的淀粉樣纖維以無(wú)法察覺(jué)到的程度產(chǎn)生，這也是這些疾病的早期特征。食物中含有多種具有抑制淀粉樣纖維形成的天然小分子，能夠在人無(wú)意識(shí)的狀態(tài)下抑制這些疾病的發(fā)生，或者至少起到延緩作用。因此，可以將研究發(fā)現(xiàn)的效果良好的小分子作為藥物或者營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑進(jìn)行應(yīng)用，找到安全可降解的遞送介質(zhì)及具有靶向性的緩釋遞送方法。關(guān)于具有這樣能力的天然小分子的研究，不但能為設(shè)計(jì)針對(duì)淀粉樣纖維疾病的藥物方面提供新的途徑，而且也能促進(jìn)人們有意識(shí)地調(diào)整飲食習(xí)慣，合理選擇含有這類(lèi)天然小分子較多的食物進(jìn)行攝取。