中藥調(diào)控GSK-3β治療阿爾茨海默病研究進展

侯翰如，管秀菊，畢淑月，張立娟，王康鋒

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟南 250355；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，山東 濟南 250014）

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一種進行性加重的神經(jīng)退行性疾病，有60%～80%的癡呆患者患有AD，其臨床特征表現(xiàn)為進行性的記憶力喪失、認知障礙、人格改變等［1］。隨著我國老齡人口比例的上升，AD逐漸成為威脅老年人生命健康的主要因素之一，造成了嚴重的社會經(jīng)濟損失。現(xiàn)有研究證據(jù)表明，AD的病理改變主要包括β-淀粉樣蛋白（Aβ）的沉積、tau蛋白磷酸化導(dǎo)致的神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）［2］、神經(jīng)細胞凋亡及細胞炎癥反應(yīng)等，但Aβ沉積以及NFTs的形成機制仍不清楚，且沒有有效的針對性治療方法。

糖原合成酶激酶-3（GSK-3）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的常見靶點，研究表明，糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）在神經(jīng)元和非神經(jīng)元細胞Aβ的形成和tau蛋白過度磷酸化中起著重要作用，這是AD的兩個重要病理學(xué)改變。近年來，GSK-3β抑制劑的開發(fā)取得了部分進展，但大多處于臨床試驗階段。目前有關(guān)中藥調(diào)控GSK-3β的研究取得了一定成果，本文將近年來中藥通過調(diào)控GSK-3β改善及控制AD進展的研究進行綜述，為研究中醫(yī)藥治療AD的作用機制提供參考。

1 GSK-3β與AD

GSK-3是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）的一部分，它在許多信號級聯(lián)反應(yīng)中起著重要作用［3］。GSK-3于1980年首次從兔骨骼肌中提取，最早發(fā)現(xiàn)其與糖原代謝有關(guān)。目前研究已經(jīng)認識到它是多種生理和病理過程的組成部分［4］。GSK-3有兩個不同亞型：GSK-3α和GSK-3β，兩者由不同的基因編碼，GSK-3β在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達最為豐富，且表達水平隨年齡的增長而增加［5］。GSK-3β的活性受相應(yīng)位點的磷酸化調(diào)控，可以通過其絲氨酸9（Ser-9），絲氨酸389（Ser-389），蘇氨酸390（Thr-390）或蘇氨酸43（Thr-43）等位點的磷酸化而失活，而酪氨酸216（Tyr-216）位點的磷酸化則可以增強其活性［6］。

GSK-3β的異常表達可導(dǎo)致多種疾病，如2型糖尿病、雙相情感障礙、免疫障礙和神經(jīng)退行性病變等［7］。GSK-3β在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中介導(dǎo)外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的作用已得到廣泛研究，在大量動物及細胞實驗中也發(fā)現(xiàn)，過度表達的GSK-3β會加重Aβ沉積、tau蛋白異常磷酸化、誘導(dǎo)細胞凋亡等［8］。GSK-3β已成為治療神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵靶點之一，而其作用的機制與對多條信號通路的調(diào)控有關(guān)。

2 GSK-3β參與AD的作用機制概述

2.1 GSK-3β調(diào)控Aβ生成

Aβ是由淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）水解而來，APP的水解存在淀粉樣蛋白及非淀粉樣蛋白水解兩種途徑，兩種途徑由不同的蛋白酶參與［9］。在淀粉樣蛋白水解加工時，APP最先被β-分泌酶（BACE-1）剪切，然后通過γ-分泌酶的進一步加工，最終生成Aβ并在AD患者腦中沉積。APP和γ-分泌酶復(fù)合物的催化成分之一早老蛋白-1（Presenilin-1，PS1）也是GSK-3β的底物，GSK-3β能夠經(jīng)過直接作用和間接調(diào)控PS1活性來調(diào)節(jié)γ-分泌酶的活性，從而影響Aβ的產(chǎn)生［10］。GSK-3β也可以通過上調(diào)核轉(zhuǎn)錄因子Kβ（NFK-β）信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)BACE-1基因表達，人BACE-1啟動子區(qū)域內(nèi)含有兩個功能性NF-kB結(jié)合位點，GSK-3β通過BACE-1基因啟動子上的NFK-β/p65順式作用元件上調(diào)BACE-1基 因 的 表 達［11］，導(dǎo) 致BACE-1蛋 白 水 平 增 加，促 進BACE-1介導(dǎo)的APP加工和Aβ的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ也可以反過來激活GSK-3β和細胞周期素依賴蛋白激酶5（cyclin—dependent kinase 5，cdk5），進而影響微管相關(guān)蛋白tau的過度磷酸化［12］。

2.2 GSK-3β介導(dǎo)tau蛋白過度磷酸化

tau是一種微管結(jié)合蛋白（microtubule-associated protein，MAP），能夠穩(wěn)定生長軸突的微管，tau的過度磷酸化導(dǎo)致雙螺旋纖維（paried helical filaments，PHF）的形成，并在胞質(zhì)內(nèi)積累，進而促使NFTs形成。異常tau蛋白的積累干擾突觸功能，阻礙軸突運輸，影響神經(jīng)營養(yǎng)功能，并最終通過觸發(fā)凋亡信號而導(dǎo)致神經(jīng)元死亡［13］。GSK-3β已被證明是參與體內(nèi)tau蛋白異常磷酸化的主要激酶［14］，tau蛋白上有多個氨基酸殘基受到GSK-3β磷酸化的影響［15］，但GSK-3β主要位點的磷酸化可以導(dǎo)致tau的過度磷酸化［16］。研究表明，使用GSK-3β抑制劑治療AD模型小鼠可改善其體內(nèi)tau蛋白的過度磷酸化和NFTs的形成［17］。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt）信號通路可以調(diào)控GSK-3β的表達，故與tau蛋白過度磷酸化密切相關(guān)［18］。既往研究證實，蛋白磷酸酶-2A（protein phosphatase-2A，PP-2A）可促使tau蛋白去磷酸化，PP-2A與GSK-3β之間調(diào)節(jié)水平的失衡也是導(dǎo)致tau蛋白過度磷酸化的原因之一。

2.3 GSK-3β參與神經(jīng)元細胞發(fā)生與凋亡

新生神經(jīng)元對海馬功能和海馬依賴記憶至關(guān)重要［19］，GSK-3β是成年海馬神經(jīng)發(fā)生最重要的調(diào)節(jié)因子之一，它的過度表達會損害成人神經(jīng)發(fā)生，并導(dǎo)致海馬齒狀回內(nèi)神經(jīng)元簇的數(shù)量減少［20］，這種神經(jīng)發(fā)生受損的情況也可能與小膠質(zhì)細胞的激活有關(guān)，Aβ在大腦中的沉積也會導(dǎo)致神經(jīng)元的氧化應(yīng)激，促成神經(jīng)元的凋亡［21］。環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMPresponse element binding protein，CREB）是細胞增殖和凋亡所需的核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，GSK-3β的上游PI3K/Akt通路在胰島素、生長因子和細胞因子等刺激下激活，Akt活化后導(dǎo)致GSK-3β的Ser-9位點磷酸化并抑制其表達，同時激活CREB，從而抑制細胞的退化和凋亡［22］。GSK-3β也能夠介導(dǎo)分泌型糖蛋白/β-連鎖蛋白（Wnt/β-catenin）信號通路，GSK-3β因磷酸化失活后，會引起β-catenin在細胞質(zhì)內(nèi)的積累。β-catenin到達一定數(shù)量后，進入細胞核內(nèi)，與T細胞因子/淋巴增強因子（t-cell factor/lymphoid enhancing factor，TCF/LEF）蛋白形成復(fù)合物，從而激活相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄并有效調(diào)節(jié)神經(jīng)祖細胞的生長發(fā)育，進而有效調(diào)控神經(jīng)元細胞的生長、增殖、分化和凋亡［23］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以通過參與細胞內(nèi)各型蛋白的降解、折疊等維持細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，并可以調(diào)控神經(jīng)元的凋亡與自噬［24］，GSK-3β的激活與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激存在相互作用［25］，但具體機制尚不明確。

2.4 GSK-3β參與神經(jīng)炎癥反應(yīng)

神經(jīng)細胞炎癥反應(yīng)是AD的重要致病機制之一，GSK-3β是炎癥反應(yīng)的重要正性調(diào)節(jié)因子，通過作用NFK-β、CREB等下游底物促進多種促炎細胞因子的產(chǎn)生［26］，也可以通過對p65亞單位的磷酸化激活NFK-β使促炎細胞因子和趨化因子進一步表達。

3 中藥調(diào)控GSK-3β治療AD的研究進展

3.1 中藥復(fù)方

3.1.1 調(diào)控PI3K/Akt/GSK-3β信號通路的相關(guān)復(fù)方開心散是一首治療癡呆的經(jīng)典古方，又名遠志散，由遠志、人參、茯苓、石菖蒲組成，在《備急千金要方》中首次出現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，開心散對AD小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力具有顯著治療作用，并可以改善小鼠大腦海馬CA3區(qū)的椎體細胞結(jié)構(gòu)，增加海馬區(qū)中的神經(jīng)元細胞數(shù)量，具有顯著的神經(jīng)修復(fù)功能。這與其調(diào)控PI3K/Akt/GSK-3β信號通路進而影響神經(jīng)細胞增殖、分化、凋亡有關(guān)［27］。謝沛俊等［28］發(fā)現(xiàn)遠志散可以通過上調(diào)PI3K活性促進Akt、GSK-3β的磷酸化，并導(dǎo)致其失活，從而降低AD大鼠大腦中tau蛋白的異常磷酸化水平，有效提高AD大鼠的認知、行為能力。趙翠霞等［29］研究發(fā)現(xiàn)，益智治呆方可以上調(diào)AD大鼠海馬區(qū)內(nèi)PI3K、p-Akt、p-GSK-3β、B淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）蛋白的表達，同時抑制t-GSK-3β、Bax兩種蛋白表達，這表明益智治呆方可以激活PI3K、Akt調(diào)控的相關(guān)通路，抑制GSK-3β、促細胞凋亡蛋白Bax的表達，進而減少神經(jīng)元細胞凋亡及Aβ的沉積。龍清華等［30］通過對APP/PS1轉(zhuǎn)基因AD小鼠進行實驗室研究發(fā)現(xiàn)，酸棗仁湯可能通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/GSK-3β信號通路，改善tau蛋白過度磷酸化，從而修復(fù)小鼠大腦中受損的神經(jīng)元突觸。也有研究表明，補腎益智方能夠在一定程度上增加AD大鼠海馬組織中乙酰膽堿的含量，同時上調(diào)PI3K/Akt的磷酸化，促進GSK-3β的失活，從而抑制tau蛋白磷酸化［31］。邱靜等［32］觀察到加減薯蕷丸可以顯著改善APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠的空間學(xué)習(xí)、認知能力，治療后小鼠海馬區(qū)p-Akt/Akt、核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）顯著上升，GSK-3β表達降低，推測加減薯蕷丸可以調(diào)控Akt/GSK-3β信號通路，促進Nrf2的活化，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進而改善其誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡。

3.1.2 調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路的相關(guān)復(fù)方 在Wnt信號通路中，丹龍醒腦方能促進Wnt3α表達，可以激活受損小鼠細胞的增殖［33］。六味地黃湯提高快速衰老小鼠學(xué)習(xí)、記憶能力的作用機制可能是通過抑制GSK-3β的活性，激活Wnt/β-catenin信號通路，進而抑制神經(jīng)元細胞凋亡［34］。

3.1.3 其他 秦基倡［35］使用自擬還腦益聰方顯著改善了AD大鼠的空間學(xué)習(xí)記憶障礙，對治療后大鼠腦組織海馬區(qū)進行免疫組化及免疫印跡法檢測，Aβ沉積和tau蛋白異常磷酸化程度顯著改善，椎體細胞層神經(jīng)元數(shù)量增加，這與還腦益聰方抑制CDK-5和GSK-3β的活性有關(guān)。逍遙散可以改善因應(yīng)激而產(chǎn)生的海馬突觸體的損傷，能上調(diào)AD大鼠海馬CA3區(qū)PP-2A的表達，并抑制GSK-3β表達，這可能是逍遙散抑制AD大鼠海馬區(qū)tau蛋白過度磷酸化的機制［36］。楊進平等［37］使用岡田酸（Okadaic acid）制作AD大鼠模型，經(jīng)溫脾通絡(luò)開竅方治療后，通過酶聯(lián)免疫吸附測定法檢測大鼠海馬區(qū)內(nèi)蛋白表達情況，發(fā)現(xiàn)GSK-3β的表達受到抑制，PP-2A的活性增加，并且有效降低了AD模型大鼠海馬區(qū)tau蛋白過度磷酸化的水平。

3.2 單味中藥及有效成分

3.2.1 單味中藥 板橋黨參對AD有一定的治療作用，研究發(fā)現(xiàn)板橋黨參的提取物能夠降低AD大鼠海馬區(qū)內(nèi)tau蛋白磷酸化水平，可能是通過降低GSK-3β活性，抑制tau蛋白Ser-404位點的磷酸化，從而減少tau蛋白的過度磷酸化，維持微管相關(guān)蛋白正常生理功能，以保護神經(jīng)元細胞［38］。

頭頂一顆珠屬于百合科，是延齡草屬植物的根莖，其功效為鎮(zhèn)靜安神、活血止血。陳瑋等［39］用頭頂一顆珠水煎液給AD大鼠灌胃，發(fā)現(xiàn)治療后大鼠海馬組織中尼氏小體、神經(jīng)樹突數(shù)量及Akt蛋白表達明顯增加，而tau蛋白異常磷酸化程度及GSK-3β活性均降低，推測其機制與上調(diào)Akt表達從而抑制下游GSK-3β活性有關(guān)。

3.2.2 醇類 紅景天苷是我國傳統(tǒng)中藥紅景天的主要組成部分，具有較強的抗氧化、耐熱、抗炎、抵御凋亡、保護神經(jīng)元等功能［40］。研究人員發(fā)現(xiàn)紅景天苷可以通過促進GSK-3β的磷酸化而導(dǎo)致其失活，進而減少半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9（caspase-9）、N-甲基-D-天門冬氨酸受體1（NMDAR1）和谷氨酸受體2（Glur2）在缺血性大腦環(huán)境中的表達，發(fā)揮了抵御細胞凋亡和保護神經(jīng)元細胞功能［41］。

3.2.3 黃酮及二酮類 鄭桃林等［42］通過體外實驗發(fā)現(xiàn)淫羊藿提取物淫羊藿苷可以增加Akt的表達水平，同時降低GSK-3β水平，推測其可能通過激活PI3K/Akt信號通路抑制GSK-3β的表達，減少tau蛋白異常磷酸化，從而抑制細胞凋亡。

從葛根中提取的異黃酮類化合物葛根素被發(fā)現(xiàn)可能具有治療AD的作用，梅崢嶸等［43］利用葛根素治療APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠大腦皮層中Aβ沉積減少，GSK-3β、人磷酸化tau（P-tau）蛋白表達降低，表明葛根素可能通過減少Aβ在大腦中的沉積，抑制GSK-3β的活性，減少tau蛋白的過度磷酸化。

AD治療藥物難以開發(fā)的原因之一是血腦屏障的存在，Wang等［2］設(shè)計的特殊胞外體能夠攜帶姜黃素更有效地通過血腦屏障，激活A(yù)kt/GSK-3β通路，抑制tau蛋白磷酸化，更好地預(yù)防神經(jīng)元凋亡，緩解AD癥狀，同時可以有效避免腦部感染風(fēng)險，對改善藥物靶向遞送有重要意義。

3.2.4 生物堿 烏頭堿是附子的活性成分之一，研究發(fā)現(xiàn)烏頭堿具有強心、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等作用，其作用機制與PI3K信號通路有關(guān)，PI3K的激活能夠調(diào)控Tyr216位點磷酸化，從而導(dǎo)致GSK-3β活化［44］。衛(wèi)智權(quán)等［45］研究發(fā)現(xiàn)烏頭堿可以顯著減 輕Aβ1-40對細胞的損傷，并降低細胞凋亡率，其機制可能與調(diào)控PI3K信號通路抑制GSK-3β在Tyr216位點的磷酸化，從而抑制GSK-3β活化有關(guān)。

3.2.5 萜類及酯類 董璐萌［46］從梔子多個部位提取的梔子苷、西紅花苷，可以改善AD小鼠的記憶功能障礙，進一步檢測發(fā)現(xiàn)其作用機制可能包括抑制BACE1的表達而降低Aβ的沉積，Aβ的減少抑制了GSK-3β的激活，并且增加PP-2A表達，抑制tau蛋白磷酸化的同時也加速了去磷酸化的進程，進而控制了AD的病理進程。

3.2.6 皂苷類及苯丙素類 體外實驗證明，遠志湯中的有效成分遠志皂苷和β-細辛醚可以調(diào)控PI3K/GSK-3β信號通路，增加Akt活性，抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）的表達，進而提高氧化應(yīng)激受損神經(jīng)元細胞的存活率［47］。提示遠志皂苷和β-細辛醚可能通過調(diào)控PI3K/GSK-3β來抑制海馬神經(jīng)元的氧化應(yīng)激，以此介導(dǎo)AD的病理改變。

4 結(jié)語

大量研究證明，中藥在改善AD癥狀方面具有明顯優(yōu)勢，一些中藥復(fù)方及單味藥提取物可以通過抑制GSK-3β的活化，參與PI3K/Akt/GSK-3β、Wnt/β-catenin等信號通路的調(diào)控，抑制Aβ沉積、tau蛋白過度磷酸化、細胞凋亡及細胞炎癥等AD典型病理改變，改善AD癥狀，延緩疾病進程，本文對此進行了系統(tǒng)闡述。雖然多數(shù)實驗證明中藥及其提取物可以下調(diào)GSK-3β的表達，但AD的病理改變復(fù)雜，涉及多條信號通路及信息位點，中藥發(fā)揮作用往往依靠其多靶點的優(yōu)勢，在調(diào)控GSK-3β表達的同時是否也對其他信號因子產(chǎn)生干預(yù)，這是后續(xù)研究仍要注意的問題。很多實驗設(shè)計中缺乏中醫(yī)辨證理念，動物造模和中藥的使用缺少辨證依據(jù)，如頭頂一顆珠、葛根素、姜黃素、烏頭堿等在臨床中較少用于AD的治療，這也削弱了實驗對臨床的指導(dǎo)作用，難以發(fā)揮中藥的獨特優(yōu)勢，今后在實驗的設(shè)計上仍需完善。此外，中藥成分復(fù)雜，某些復(fù)方的有效成分尚不明晰，需要進一步研究，而且中藥調(diào)控GSK-3β治療AD的臨床試驗較為缺乏，能否在AD患者體內(nèi)取得療效尚待觀察，目前也缺乏中醫(yī)針灸、推拿等外治技術(shù)通過調(diào)控GSK-3β治療AD的報道。相信隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)界對中藥作用機制的不斷深入探索，未來GSK-3β可能成為治療AD新中藥制劑的重要靶點研究方向。