人參皂苷Rg1治療阿爾茨海默病作用及機制的研究進展

王超楠趙大慶王 健*王隸書

（1.長春中醫(yī)藥大學(xué)，吉林 長春130117； 2.吉林省中醫(yī)藥科學(xué)院，吉林 長春130012）

阿爾茨海默?。ˋD）又稱老年癡呆癥，是德國精神科醫(yī)師及神經(jīng)病理學(xué)家Alois Alzheimer 于1906 年發(fā)現(xiàn)，并以其名字命名的疾病，患者會出現(xiàn)認(rèn)知障礙、失語、執(zhí)行功能障礙等全面性癡呆表現(xiàn)，嚴(yán)重影響日常生活，甚至導(dǎo)致死亡。根據(jù)國際阿爾茨海默病協(xié)會（ADI）的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家65 歲以上人群中至少有13%遭受AD 帶來的痛苦［1］。世界衛(wèi)生組織（WHO）估計，到2050 年AD 患者可能將接近1.14 億，給全世界帶來嚴(yán)重的社會和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)［2］。AD 發(fā)病機制尚不明確，其病理特征包括β 淀粉樣蛋白胞外沉積形成的老年斑（來源于細(xì)胞內(nèi)淀粉樣前體蛋白）、神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成（包含異常的Tau 蛋白的磷酸化形式，微管相關(guān)蛋白）、神經(jīng)元突觸和錐體神經(jīng)元的丟失等，由此產(chǎn)生了多種假說，如β 淀粉樣蛋白、Tau 蛋白、膽堿能，但目前臨床上尚無療效顯著的相關(guān)藥物［3］。

基于膽堿能假說開發(fā)的膽堿酯酶抑制劑，是目前獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)的治療AD 的主要上市藥物，但只能改善部分臨床癥狀而不能逆轉(zhuǎn)病程［4］。自2003 年以來，基于某個單一假說開發(fā)的藥物均在二期三期臨床試驗中宣告失敗，已經(jīng)有16 年無新藥上市［5］。

中藥具有多靶點的作用特點，從中篩選出治療AD 的活性成分正在成為研究熱點。人參皂苷Rg1（C42H72O14）是原人參三醇型皂苷，即達瑪烷型20（p）?原人參三醇，為人參屬植物人參Panax ginsengC.A.Mey.、三七Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen、西洋參Panax quinque foliusL）中共有的生物活性成分［6］。前期通過梳理關(guān)于人參皂苷治療AD 的文獻發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg1是人參總皂苷中活性最顯著的相關(guān)成分，但尚無對其進行歸納總結(jié)的綜述。因此，本文對人參皂苷Rg1在突觸功能可塑性及神經(jīng)發(fā)生、β 淀粉樣蛋白水平、線粒體功能、Tau 蛋白神經(jīng)毒纏結(jié)、膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)、氧化應(yīng)激與神經(jīng)炎癥過程等方面治療AD 作用及機制的研究進展進行綜述，以期為將該成分開發(fā)成治療AD 和其他類型記憶障礙的新藥提供參考依據(jù)。

1 人參皂苷Rg1 對突觸功能可塑性及神經(jīng)發(fā)生的影響

突觸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，神經(jīng)元間信號的產(chǎn)生、傳遞和整合通過其進行，其功能的可塑性也被認(rèn)為是學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。在認(rèn)知障礙發(fā)生前，突觸功能障礙是一種早期、顯著的AD 小鼠腦神經(jīng)元丟失病理特征。大量研究表明，與對照組比較，即使在疾病的早期癥狀階段，每個神經(jīng)元的皮質(zhì)突觸密度也降低了25%～30%，突觸密度也降低了15%～35%，故突觸成為AD 早期干預(yù)的靶點之一。作為人參有效成分之一，人參皂苷Rg1已在藥代動力學(xué)研究中被證明可穿過血腦屏障，在皮質(zhì)、海馬、紋狀體中發(fā)揮作用，故該成分可能改變神經(jīng)結(jié)構(gòu)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，進而改變老年動物突觸可塑性與記憶。另外，經(jīng)生物化學(xué)、電生理實驗證實，人參皂苷Rg1在結(jié)構(gòu)及效能方面均能增強突觸神經(jīng)可塑性［7?10］。

Zhu 等［11］對12 月齡中年小鼠腹腔注射人參皂苷Rg130 d，發(fā)現(xiàn)該成分可通過調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇3?激酶（PI3K）／蛋白質(zhì)絲氨酸蘇氨酸激酶（AKT）信號通路來增強基底突觸傳遞，促進中老年動物海馬腦片弱θ 脈沖刺激（TBS）誘導(dǎo)的長時程增強（LTP），增加樹突頂棘的數(shù)目和海馬CA1 區(qū)面積，上調(diào)海馬磷酸化蛋白激酶B（p?AKT）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子前體蛋白（proBDNF）和谷氨酸受體1（GluR1）表達，明顯改善中年小鼠記憶能力，顯示了其治療AD 相關(guān)記憶衰退或喪失候選藥物的潛力。Li 等［12］對APP／PS1 轉(zhuǎn)基因AD 小鼠進行30 d 的人參皂苷Rg1腹腔注射，發(fā)現(xiàn)小鼠BDNF、磷酸化的酪氨酸激酶受體B（TrkB）突觸可塑性的相關(guān)蛋白上調(diào)，其海馬LTP 和記憶能力也得到恢復(fù)，提示該成分可通過促進與AD 相關(guān)的蛋白清除和激活BDNF／TrkB 途徑來改善AD 小鼠的記憶，從而為相關(guān)治療提供新證據(jù)。

突觸素是突觸小泡中含量最多的特異性膜通道蛋白，在所有神經(jīng)末梢內(nèi)幾乎都有分布，其數(shù)量和密度可間接反映突觸數(shù)量和密度，也是學(xué)習(xí)記憶過程中的重要蛋白。李明等［13］觀察人參皂苷Rg1對老年癡呆模型大鼠腦片中突觸素（SYN）表達的影響，發(fā)現(xiàn)與模型組比較，人參皂苷Rg1各劑量組SYN 蛋白表達均升高，提示該成分可能通過調(diào)節(jié)突觸素活性表達來發(fā)揮抗老年癡呆神經(jīng)退行性變的作用，減緩大腦的老化進程。神經(jīng)突起生長是神經(jīng)元發(fā)育、突觸形成和再生的重要過程，為突觸形成提供了形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)和記憶的基礎(chǔ)［14］。Huang［15］發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg1可基于細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）和Akt 信號通路來促進大鼠海馬神經(jīng)突起的生長，并保護大鼠海馬神經(jīng)免受Aβ25－35誘導(dǎo)的損傷，阻止其誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，揭示該成分治療神經(jīng)退行性疾病如AD 的潛力。

細(xì)胞凋亡引起的神經(jīng)元變性是AD 的病因之一。Shi等［16］報道，人參皂苷Rg1可通過調(diào)節(jié)快速老化癡呆模型?SAMP8 小鼠海馬神經(jīng)元中miR?873?5p 表達來抑制神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，明顯減輕AD 癥狀，為進一步相關(guān)治療提供依據(jù)。

2 人參皂苷Rg1 對β 淀粉樣蛋白水平、線粒體功能及Tau蛋白神經(jīng)毒纏結(jié)的調(diào)節(jié)作用

2.1 β 淀粉樣蛋白、線粒體功能 β 淀粉樣蛋白（Aβ）是由36～43 個氨基酸殘基組成的幾種肽的通用名稱，為Aβ 前體蛋白（APP）所形成，后者是種含695 個氨基酸的跨膜蛋白，被β 分泌酶1（BACE1）和γ?分泌酶水解形成β 淀粉樣蛋白。Aβ 形成不溶性Aβ 細(xì)絲后，在細(xì)胞間隙中粘在一起形成致密的結(jié)構(gòu)，稱為老年斑［17?18］。葉茂盛等［19］對模型組、人參皂苷Rg1干預(yù)組大鼠海馬體直接注射Aβ1－42造模，采用Morris 水迷宮測試大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，發(fā)現(xiàn)該成分人參皂苷Rgl可明顯減少海馬組織的Aβ 沉積，抑制Aβ 誘導(dǎo)的大鼠海馬細(xì)胞凋亡，改善Aβ 所致AD 大鼠學(xué)習(xí)記憶功能。

流行病學(xué)研究表明，絕經(jīng)后婦女AD 發(fā)生率高于同年齡層的男性［20］，大量臨床實驗也發(fā)現(xiàn)，女性絕經(jīng)后腦源雌激素水平的下降與AD 患病風(fēng)險有關(guān)［21］。Shi 等［22］研究表明，人參皂苷Rg1可有效降低卵巢切除術(shù)誘導(dǎo)的大鼠海馬中Aβ 水平，改善神經(jīng)功能，上調(diào)可溶性淀粉樣前體細(xì)胞外分泌蛋白（sAPPα）水平，提高空間學(xué)習(xí)記憶能力，可用于減緩或預(yù)防絕經(jīng)后女性AD 的發(fā)生。體外細(xì)胞實驗表明，人參皂苷Rg1能通過促進雌激素受體（ER）在Ser118殘基的磷酸化以激活ER 信號，促進sAPPα 的細(xì)胞外分泌，增強α?分泌酶活性，降低Aβ 胞外釋放。

線粒體動力學(xué)平衡是維持線粒體功能和形態(tài)正常的前提，Aβ 沉積作為AD 患者腦中的重要病理特征之一，可直接或間接引起線粒體動力學(xué)改變，線粒體功能障礙是AD發(fā)病的主要原因之一［23］。Shim 等［24］發(fā)現(xiàn)，在β?淀粉樣肽處理后的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH?SY5Y 細(xì)胞中，人參皂苷Rg1干預(yù)后17?β?羥基類固醇脫氫酶10、丙氨酰tRNA 合成酶2 等線粒體蛋白發(fā)生顯著改變，表明該成分可通過改善線粒體功能障礙來發(fā)揮在AD 中對機體的保護作用。

2.2 Tau 蛋白神經(jīng)毒纏結(jié) AD 的特征在于神經(jīng)纖維纏結(jié)（NFTs）在腦組織中的積累，Tau 蛋白是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達的一種微管相關(guān)磷蛋白，由Tau 蛋白激酶、蛋白磷酸酶調(diào)節(jié)，使其只有少數(shù)位點被磷酸化。然而，過多Tau 磷酸化會使Tau 蛋白對蛋白水解降解具有抗性，導(dǎo)致磷酸化的Tau蛋白在細(xì)胞中逐漸積累，并促進NFT 的形成。在AD 患者中，Tau 蛋白過度磷酸化會導(dǎo)致神經(jīng)元營養(yǎng)缺乏繼而死亡，導(dǎo)致突觸功能障礙、神經(jīng)元變性、認(rèn)知障礙，故抑制Tau 蛋白的磷酸化可能是預(yù)防AD 的潛在治療策略［25?27］。

岡田酸（OKA）是一種磷酸抑制劑，經(jīng)大鼠側(cè)腦室注射岡田酸可導(dǎo)致記憶障礙，常用于模擬阿爾茨海默病樣的NFT損傷，研究SD 大鼠的 記憶損 傷和相 關(guān)機制［28］。Song［29］通過對大鼠單側(cè)靜脈注射OKA 建立空間記憶損傷模型，發(fā)現(xiàn)故參皂苷Rg1 后可有效減弱OKA 誘發(fā)的空間記憶障礙。人參皂苷Rg1 對OKA 引起的神經(jīng)病理學(xué)改變可能有2 種有效途徑，即穩(wěn)定Tau／糖原合成酶激酶?3β 途徑、抑制Aβ 形成，提示人參皂苷Rg1可能對AD 和其他神經(jīng)退行性疾病的認(rèn)知障礙和神經(jīng)病理學(xué)改變有治療作用。

He 等［30］研究人參皂苷Rg1對雙轉(zhuǎn)基因APP／PS1 模型小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（RPE）中NFTs 的抑制作用，RPE 視網(wǎng)膜內(nèi)的上皮細(xì)胞是細(xì)胞神經(jīng)嵴起源發(fā)育之地，而該成分可通過升高腦啡肽酶（NEP）活性、降低蛋白激酶A（PKA）活性來下調(diào)tau 蛋白磷酸化，降低RPE 細(xì)胞NFTs 的積累，改善AD 中黃斑變性視網(wǎng)膜損傷。Yang等［31］進一步評估了以人參皂苷Rg1為主要成分的扶正祛邪湯對SAMP8 小鼠AD 模型的功效，結(jié)果表明扶正祛邪湯通過抑制海馬Tau 蛋白的過度磷酸化改善了SAMP8 小鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。張彩鳳等［32］研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1能通過促進蛋白磷酸酯酶2A（Protein phosphatase2A，PP2A）的活性以減少Tau 蛋白的過度磷酸化，從而防治AD。

3 人參皂苷Rg1 對膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用

中樞膽堿能系統(tǒng)與學(xué)習(xí)、記憶密切相關(guān)，當(dāng)AD 發(fā)病時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的膽堿能神經(jīng)元減少，導(dǎo)致乙酰膽堿（Ach）合成、儲存和釋放逐漸減少，出現(xiàn)以記憶、識別功能障礙為主要癥狀的一系列臨床表現(xiàn)。Ach 是副交感神經(jīng)系統(tǒng)中的主要神經(jīng)遞質(zhì)，可被體內(nèi)特定的乙膽堿酯酶（AChE）、丁酰膽堿酯酶（BChE）破壞，在AD 中起重要作用［33］。抑制AChE 和BChE 是AD 治療手段之一，已創(chuàng)造了效果可觀的維持療法，被美國FDA 批準(zhǔn)上市多年的多奈哌齊、加蘭他敏、卡巴拉汀這3 種AChE 抑制劑是構(gòu)成AD 患者維持治療的基礎(chǔ)［34］。Liu 等［35］研究表明，人參皂苷Rg1能穿透血腦屏障并分布于髖關(guān)節(jié)，進而增加可溶性Aβ 寡聚體誘導(dǎo)的AD 模型大鼠髖關(guān)節(jié)內(nèi)Ach 水平，具有促進智力發(fā)育的作用。Choi 等［36］用體外 抑制膽 堿酶法（Ellman 和Callaway 開發(fā)的分光光度法）測定膽堿酯酶活性，發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1對誘導(dǎo)AD 的AChE、BChE、β 位淀粉樣蛋白前體裂解酶均具有抑制作用，可為該成分在AD患者治療中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

4 人參皂苷Rg1 對氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥過程的作用

氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥在與衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾?。ㄈ鏏D 等）發(fā)病機制中具有重要地位，活性氧所致氧化應(yīng)激是造成細(xì)胞凋亡的重要環(huán)節(jié)，導(dǎo)致病理損傷的NADPH氧化酶2（NOX2）為腦內(nèi)活性氧的主要來源。核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體蛋白1 炎癥小體（NLRP1）負(fù)責(zé)神經(jīng)元中促炎分子的形成，但NOX2?NLRP1 炎癥信號通路是否參與神經(jīng)元老化和年齡相關(guān)損傷尚不明確，有待闡明［37?38］。

向玥［39］用D?半乳糖（D?gal）建立轉(zhuǎn)基因小鼠氧化損傷衰老模型，以氧化鋰激活體外培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）的Wnt／β?catenin 信號通路，并用人參皂苷Rg1進行治療，發(fā)現(xiàn)該成分能通過抑制氧化應(yīng)激損傷和Wnt／β?catenin 信號通路的過度激活，進而減輕海馬NSCs 損傷，延緩海馬衰老，保護學(xué)習(xí)記憶功能。Chen 等［40］研究表明，人參皂苷Rg1可通過降低氧化應(yīng)激水平增加小鼠體內(nèi)外超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH?Px）活性，下調(diào)Akt／mTOR 信號通路、經(jīng)D?gal 處理的神經(jīng)干細(xì)胞中下游的細(xì)胞周期調(diào)控蛋白p53、p16、p21 水平，從而減緩神經(jīng)干細(xì)胞的衰老，改善D?gal 誘導(dǎo)的小鼠認(rèn)知障礙。劉琳等［41］通過ELISA 法、HE 染色、Western Blot 發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg1能顯著改善APP／PS1 雙轉(zhuǎn)基因模型小鼠的氧化應(yīng)激狀態(tài)，減輕炎癥反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)相關(guān)凋亡蛋白（如Bcl?2／Bax、Cyt?c、Caspase?3、Caspase?59 等）表達來抑制神經(jīng)元凋亡，進而改 善認(rèn)知功能。Xu 等［42］采用過 氧化氫（200 μmol／L）、Rg1（1、5、10 μmol／L）處理原代海馬神經(jīng)元24 h，模擬年齡相關(guān)損傷，發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1可降低過氧化氫處理海馬神經(jīng)元ROS 產(chǎn)生及NOX2、NLRP1 炎癥小體的表達，抑制神經(jīng)元衰老和損傷，對AD 治療具有重要參考意義。王瑩瑩等［43］報道，人參皂苷Rgl對過氧化物酶（CAT）活性的改善作用尤為明顯，提示該成分主要通過提升CAT 活性，在OKA 誘導(dǎo)的AD 細(xì)胞模型中通過抗氧化應(yīng)激作用來發(fā)揮抗細(xì)胞死亡及保護神經(jīng)細(xì)胞的作用，為抗AD 新藥的研發(fā)提供前期數(shù)據(jù)支持。

5 討論與展望

AD 作為一種起病隱匿、呈漸進性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，具有記憶障礙、失語、失用、失認(rèn)、視空間技能損害、執(zhí)行功能障礙、人格和行為改變等臨床特征，對患者及其家庭造成了巨大影響。目前，由美國FDA 批準(zhǔn)的5種臨床治療AD 的藥物有卡巴拉汀、加蘭他敏、多奈哌齊、美金剛、他克林，均可改善相關(guān)癥狀，但它們既不能減輕病理變化，也不能延緩病程進展，故尋找新的特異性藥物勢在必行［44］。本文通過綜述發(fā)現(xiàn)，近年來國內(nèi)外學(xué)者利用動物與細(xì)胞模型從不同角度證實了人參皂苷Rg1治療和改善阿爾茲海默病的作用，并具有多靶點、毒副作用小等優(yōu)勢。目前，關(guān)于人參皂苷Rg1的提取制備技術(shù)也較為成熟，如洗脫?推擠逆流色譜（EECCC）、C18色譜中壓制備等［45?46］，具有提取純度高、可工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，可為該成分研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。但關(guān)于人參皂苷Rg1系統(tǒng)的成藥性研究仍較少，故應(yīng)進一步加強對該成分臨床前系統(tǒng)規(guī)范的藥理學(xué)、藥效學(xué)、毒理學(xué)研究，以期為將其開發(fā)成治療AD 新藥提供理論依據(jù)。