基于腦胰島素信號(hào)通路探討中藥防治代謝性疾病認(rèn)知障礙研究進(jìn)展*

方敏惠，楊曉梅，張保偉，2

1.河南中醫(yī)藥大學(xué)，河南 鄭州 450046； 2.平煤神馬醫(yī)療集團(tuán)總醫(yī)院，河南 平頂山 467000

肥胖、2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)、高血壓、血脂異常等均為慢性代謝紊亂性疾病，又稱為代謝性疾病。目前，代謝性疾病引起的認(rèn)知障礙越來(lái)越受到人們的關(guān)注。流行病學(xué)調(diào)查和多項(xiàng)縱向研究表明，代謝性疾病人群患輕度認(rèn)知障礙、癡呆或阿爾茨海默癥(Alzheimer′s disease，AD)的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加[1-2]。長(zhǎng)期慢性的代謝紊亂會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，引起認(rèn)知障礙等疾病，臨床癥狀主要表現(xiàn)為語(yǔ)言理解能力、注意力、記憶力和行動(dòng)力等的明顯下降。代謝性疾病的病理生理改變及發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，有待進(jìn)一步研究。最新研究表明，大腦胰島素信號(hào)在調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元生長(zhǎng)、突觸可塑性、認(rèn)知保護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用[3]，而肥胖和T2DM能夠?qū)е麓竽X胰島素信號(hào)傳導(dǎo)異常，損害神經(jīng)功能，從而導(dǎo)致認(rèn)知障礙[4-5]。因此，調(diào)節(jié)大腦胰島素信號(hào)通路可能是防治代謝性疾病認(rèn)知功能障礙的有效途徑?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療代謝性疾病認(rèn)知障礙的靶向藥物作用較為單一，不良反應(yīng)明顯，而中藥及中藥方劑中的多種有效成分能夠充分發(fā)揮其多靶點(diǎn)、多效能、多途徑的作用特點(diǎn)，安全性較高，具有潛在的治療優(yōu)勢(shì)。本文從大腦胰島素信號(hào)通路角度對(duì)近年來(lái)中醫(yī)藥防治代謝性疾病認(rèn)知障礙的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行總結(jié)，以期為臨床診療提供新方法和新思路。

1 腦胰島素信號(hào)通路的作用

胰島素受體是一種酪氨酸激酶，廣泛存在于大腦中，尤其是與記憶相關(guān)的大腦區(qū)域，如大腦皮質(zhì)、海馬體、下丘腦和杏仁核等[6]。胰島素由胰島素受體介導(dǎo)，通過(guò)飽和的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)跨血腦屏障運(yùn)輸，從而進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[7]。大腦中的胰島素與胰島素受體結(jié)合，引發(fā)受體β亞基的自磷酸化，導(dǎo)致多種胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)結(jié)合和酪氨酸磷酸化，隨后，磷酸化的IRS激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide-3 kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK)等通路，在大腦中發(fā)揮重要作用[8]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，大腦胰島素能參與調(diào)節(jié)新陳代謝與認(rèn)知功能，不僅能控制進(jìn)食行為、體重、糖脂代謝及能量平衡[9]，還能促進(jìn)神經(jīng)元增殖、生長(zhǎng)和存活，調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)和功能，提高學(xué)習(xí)記憶能力[3]。因此，大腦胰島素信號(hào)通路是中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用的關(guān)鍵控制因素。相關(guān)研究表明，肥胖、糖尿病(diabetes mellitus，DM)動(dòng)物模型可表現(xiàn)出腦胰島素信號(hào)的傳導(dǎo)紊亂，且存在與AD相關(guān)的腦部病理變化，如β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein，Aβ)沉積增加、神經(jīng)纖維纏結(jié) (neurofibrillarytangles，NFT)形成和突觸可塑性降低，損害認(rèn)知功能，而通過(guò)鼻內(nèi)注射胰島素可有效預(yù)防患者認(rèn)知能力下降和其他腦損傷[10-11]。

2 中藥及其復(fù)方通過(guò)調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路防治代謝性疾病認(rèn)知障礙的作用機(jī)制

2.1 通過(guò)調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路抑制Tau磷酸化及Aβ沉積Tau是一種微管相關(guān)蛋白，能促進(jìn)微管蛋白組裝成微管，并發(fā)揮穩(wěn)定神經(jīng)元微管的作用[12]。過(guò)度磷酸化的Tau最終聚集成具有毒性的NFT，影響神經(jīng)細(xì)胞功能[13]。糖原合成酶激酶-3β (glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)是一種參與胰島素信號(hào)傳導(dǎo)和Tau高磷酸化的重要激酶。高糖或高脂肪飲食可抑制PI3K/Akt信號(hào)通路的激活，增加GSK-3β活性，并導(dǎo)致Tau蛋白的過(guò)度磷酸化，加速海馬細(xì)胞凋亡，損害認(rèn)知功能[14]。此外，活化的GSK-3β也參與了Aβ的沉積過(guò)程，干擾神經(jīng)元的生長(zhǎng)和存活[15]。Aβ沉積也能引起神經(jīng)元凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。大腦胰島素信號(hào)受損可影響Aβ蛋白的積累與清除[16]，相反，Aβ蛋白也可通過(guò)下調(diào)IRS破壞胰島素信號(hào)傳導(dǎo)[17]。大腦胰島素降解酶(insulin degrading enzyme，IDE)是Aβ清除的主要蛋白酶，能被胰島素競(jìng)爭(zhēng)性抑制，導(dǎo)致Aβ降解減少。IDE作為胰島素受體級(jí)聯(lián)反應(yīng)的下游靶點(diǎn)，可被胰島素負(fù)反饋調(diào)節(jié)[18]。有研究報(bào)道，DM轉(zhuǎn)基因小鼠腦部IDE活性下降，并伴隨Aβ積累增加，而胰島素信號(hào)通路激活劑能顯著提高IDE的表達(dá)水平，減輕空間學(xué)習(xí)和認(rèn)知障礙[19]。

Wang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪提取物毛蕊黃酮能增強(qiáng)鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)誘導(dǎo)的DM大鼠Akt磷酸化活性，降低GSK-3β和Tau蛋白表達(dá)水平，提高空間學(xué)習(xí)記憶能力，而經(jīng)PI3K/Akt抑制劑LY294002處理后，未對(duì)這些蛋白產(chǎn)生影響。Li等[21]以13.40%黃連總生物堿混合0.5%羧甲基纖維素鈉治療STZ聯(lián)合高脂高糖飲食(high-fat and high-fructose diet，HFFD)誘導(dǎo)的T2DM模型大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大鼠腦內(nèi)IRS、PI3K和Akt的磷酸化表達(dá)增加，并抑制GSK-3β過(guò)度激活，證明黃連總生物堿能夠通過(guò)增強(qiáng)IRS/PI3K/Akt/GSK-3β胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，減少Aβ沉積，從而改善記憶障礙。另外，許多中藥單品及其提取物如小檗堿[22]、黃芩素[23]、麝香草酚[24]、人參皂苷[25]、桑白皮[26]、芍藥苷[27]、豆蔻提取物[28]等均可以通過(guò)調(diào)節(jié)大腦PI3K/Akt信號(hào)通路，抑制GSK-3β活性，降低Aβ蛋白沉積和Tau蛋白磷酸化，改善神經(jīng)細(xì)胞功能，提高學(xué)習(xí)和記憶能力。中藥及中藥復(fù)方成分復(fù)雜，療效確切，具有多靶點(diǎn)、多功能的天然優(yōu)勢(shì)。高曉斐等[29]在轉(zhuǎn)基因T2DM動(dòng)物模型KK-Ay小鼠的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)醒腦益智劑能提高小鼠大腦海馬內(nèi)PI3K的表達(dá)水平，降低GSK-3β和Tau活性。其中，中劑量(生藥 7.2 g·kg-1)復(fù)方組治療效果最佳，能顯著改善T2DM小鼠海馬胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)習(xí)、記憶功能。已知IDE參與Aβ的降解，有學(xué)者對(duì)滋補(bǔ)脾陰方防治DM認(rèn)知障礙大鼠機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大鼠皮質(zhì)p-IRS-1絲氨酸磷酸化水平減弱，p-Akt 及IDE蛋白水平增加，抑制可溶性與不可溶性Aβ1-42表達(dá)，提示滋補(bǔ)脾陰方可上升IDE蛋白表達(dá)，改善胰島素信號(hào)通路，加速Aβ降解，從而減少學(xué)習(xí)記憶障礙[30]。見(jiàn)表1。

表1 中藥及復(fù)方對(duì)Tau磷酸化及Aβ沉積的調(diào)節(jié)機(jī)制

2.2 通過(guò)調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡海馬體是大腦相關(guān)記憶功能和認(rèn)知功能的重要結(jié)構(gòu)。海馬神經(jīng)元在遭受高血糖損傷時(shí)會(huì)出現(xiàn)凋亡細(xì)胞死亡[31]。已有研究證明，PI3K/Akt信號(hào)通路能夠參與拮抗神經(jīng)細(xì)胞凋亡，維持神經(jīng)細(xì)胞的生存，從而影響大腦記憶形成[32]?；罨腁kt能夠促使促凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤-2基因相關(guān)啟動(dòng)子(Bad)磷酸化，導(dǎo)致抗凋亡蛋白突觸素B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的釋放。該蛋白通過(guò)與促凋亡因子Bax結(jié)合，形成復(fù)合物，維持線粒體膜的完整性[33]。當(dāng)Akt失活時(shí)，線粒體外膜過(guò)渡孔的異常打開(kāi)可以釋放細(xì)胞色素C(Cytochrome C，Cyt C)，依次激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinylasparate specific proteinase，caspase)-9、caspase-3、caspase-7，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，損害大腦認(rèn)知功能[34]。Akt失活也能激活GSK-3β，通過(guò)控制抗凋亡蛋白Bcl-2的失活來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡[35]。HFFD還能夠刺激JNK通路的激活，與Akt改善神經(jīng)元存活的作用相反，神經(jīng)元中產(chǎn)生的炎癥因子能夠刺激磷酸化c-Jun氨基末端激酶(phosphorylated c-Jun N-terminal kinase，JNK)的異常激活，導(dǎo)致IRS-1絲氨酸磷酸化，抑制Akt活性，增加神經(jīng)細(xì)胞凋亡[36]。

Nan等[37]在體外實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)人參皂苷Rb1對(duì)甲基乙二醛(methylglyoxal，MGO)誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞損傷的影響及其機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Rb1可以劑量依賴性促進(jìn)細(xì)胞增殖，且在1.5 μmol·L-1時(shí)治療效果最佳，能顯著提高磷酸化Akt水平，上調(diào)Bcl-2/Bax比值，抑制caspase-3和caspase-9的表達(dá)，發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用。此外，SH-SY5Y細(xì)胞加入Rb1 1 h前，用10 μmol·L-1的PI3K抑制劑進(jìn)行預(yù)處理，明顯阻斷了Rb1逆轉(zhuǎn)細(xì)胞活力和細(xì)胞凋亡作用，說(shuō)明Rb1可通過(guò)激活PI3K/Akt信號(hào)通路，從而保護(hù)細(xì)胞免受MGO誘導(dǎo)的凋亡損傷。楊利[38]以300 mg·kg-1的知母總皂苷治療STZ聯(lián)合HF誘導(dǎo)的DM大鼠，結(jié)果顯示，與模型組比較，治療組大鼠海馬JNK、Bax表達(dá)水平降低，Bcl-2表達(dá)升高，表明知母總皂苷能通過(guò)抑制JNK信號(hào)影響下游促凋亡通路的過(guò)度激活，從而改善認(rèn)知和記憶形成。另有實(shí)驗(yàn)研究顯示，?；撬醄39]、淫羊藿苷、槲皮素[40]、桑白皮[26]、知母-黃柏藥對(duì)[41]及中藥復(fù)方滌痰湯[42]等均可以激活動(dòng)物模型海馬PI3K/Akt信號(hào)通路，提高Bcl-2/Bax比值或下調(diào)Bad、caspase-3蛋白表達(dá)，抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，改善DM或肥胖誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙。見(jiàn)表2。

表2 中藥及復(fù)方對(duì)神經(jīng)細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)機(jī)制

2.3 通過(guò)調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)元再生和突觸可塑性研究顯示，DM大鼠模型認(rèn)知受損與海馬神經(jīng)元活性降低、突觸可塑性減少有關(guān)[43]。腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)是大腦中最豐富的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素，能促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)生、神經(jīng)保護(hù)和突觸可塑性，以及海馬體和額葉皮層的記憶[44-45]。胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通過(guò)介導(dǎo)PI3K/Akt途徑和下游信號(hào)傳導(dǎo)控制大腦中神經(jīng)元的存活和突觸可塑性。RAS/ERK及IRS下游信號(hào)PI3K/Akt通過(guò)刺激cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(response element binding protein，CREB)的磷酸化，在調(diào)節(jié)BDNF轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[35]，增加突觸可塑性蛋白，促進(jìn)神經(jīng)元再生。在學(xué)習(xí)記憶與認(rèn)知功能方面發(fā)揮著重要作用的胰島素樣生長(zhǎng)因子1(insulin like factor1，IGF-1)，作為PI3K/Akt途徑的上游調(diào)節(jié)信號(hào)，同樣參與了調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長(zhǎng)與突觸的形成[46]。

胰島素信號(hào)的激活與ERK/CREB/BDNF通路相關(guān)，可影響大腦中多種形式的學(xué)習(xí)和記憶。Mi等[47]在食物中補(bǔ)充2 g·L-1沒(méi)食子兒茶素-3-沒(méi)食子酸酯(Epigallocatechin-3-gallate，EGCG)治療肥胖導(dǎo)致的認(rèn)知缺陷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EGCG可顯著增加重組N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感因子(N-ethylmaleimide-sensitive factor，Nsf)和突觸結(jié)合蛋白-1(synaptotagmin-1，Syt-1)，上調(diào)IRS-1、PTP1B及Akt酪氨酸磷酸化。此外，與模型組相比，EGCG可改善小鼠腦內(nèi)ERK失活，逆轉(zhuǎn)BDNF、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3/4(neurotrophin-3/4，NT-3/4)和神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerve growth factor，NGF)表達(dá)的下調(diào)，表明EGCG能通過(guò)刺激IRS-1/Akt活化和減少PTP1B表達(dá)使胰島素信號(hào)正?；?，隨后介導(dǎo)ERK/CREB/BDNF信號(hào)，保護(hù)突觸功能，有效預(yù)防小鼠的記憶喪失。體外研究發(fā)現(xiàn)，積雪草苷抑制了高糖誘導(dǎo)的 SH-SY5H 細(xì)胞中Akt絲氨酸磷酸化，且在 0.1 μmol·L-1、1 μmol·L-1濃度時(shí)顯著上調(diào)了突觸后密度蛋白95(postsynaptic density proteins 95，PSD-95)和突觸素(synapsin，SYN)表達(dá)，提示積雪草可以通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路促進(jìn)突觸蛋白表達(dá)，恢復(fù)DM認(rèn)知障礙[48]。T2DM在長(zhǎng)期慢性高血糖情況下易造成血腦屏障損傷，影響緊密連接蛋白信號(hào)傳遞。袁有才[49]使用免疫印跡法(Westen-blot，WB)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，中、小劑量新加葛根芩連湯增加了STZ聯(lián)合HFFD致T2DM小鼠閉鎖蛋白、封閉蛋白及胞漿黏附蛋白(zonula occluden l，ZO-1)的表達(dá)，有效減少連接黏附分子(junctional adhesive molecule1，JAM-1)蛋白表達(dá)，保護(hù)血腦屏障和腦微循環(huán)，改善神經(jīng)元代謝異常。在進(jìn)一步的機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，中、小劑量組IGF-1、PI3K、Akt和CREB磷酸化表達(dá)顯著提高，提示新加葛根芩連湯能夠有效改善IGF-1和PI3K/Akt/CREB信號(hào)通路，促進(jìn)神經(jīng)元再生、突觸形成及學(xué)習(xí)記憶。另有相關(guān)研究表明，五甲基槲皮素[50]、青蒿素[51]、芍藥苷[52]、沙棘黃酮[53]、加味生脈散[54]等中藥提取物及中藥方劑均能通過(guò)改善胰島素信號(hào)通路，上調(diào)突觸可塑性相關(guān)蛋白表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)元再生，從而提高代謝性疾病患者的學(xué)習(xí)記憶與認(rèn)知能力。見(jiàn)表3。

表3 中藥及復(fù)方對(duì)神經(jīng)元再生和突觸可塑性的調(diào)節(jié)機(jī)制

2.4 通過(guò)調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路改善大腦葡萄糖代謝大腦中海馬體記憶的形成受到葡萄糖代謝和胰島素信號(hào)的限制。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)是一種胰島素敏感性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體，存在于參與學(xué)習(xí)和情景記憶的特定區(qū)域，尤其是海馬體的大腦神經(jīng)元中[55-56]。神經(jīng)元葡萄糖代謝異常被認(rèn)為是由胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)水平方面的代謝通路障礙引起的。大腦胰島素與胰島素受體結(jié)合，通過(guò)刺激PI3K/Akt、AMPK信號(hào)通路，影響GLUT3、GLUT4的表達(dá)以及從胞漿到細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而促進(jìn)大腦葡萄糖代謝和細(xì)胞存活[35]，增強(qiáng)海馬體記憶過(guò)程。研究表明，高脂飲食(high fat diet，HFD)誘導(dǎo)的DM模型大鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞溶質(zhì)GLUT4蛋白水平[57]和p-Akt介導(dǎo)的GLUT4膜轉(zhuǎn)位水平的降低，可導(dǎo)致模型大鼠空間記憶能力下降[32]。

You等[26]在HFD致肥胖小鼠研究中發(fā)現(xiàn)，100 mg·kg-1或200 mg·kg-1桑白皮均可以提高IRS、PI3K和Akt酪氨酸磷酸化活性，增加GLUT4蛋白表達(dá)水平，促進(jìn)大腦葡萄糖正常代謝過(guò)程，發(fā)揮調(diào)節(jié)認(rèn)知和行為的作用。Lakshmanan等[58]研究姜黃素對(duì)高糖聯(lián)合STZ介導(dǎo)大鼠DM認(rèn)知損傷的作用，結(jié)果表明姜黃素能顯著降低Tak1、AMPKα1蛋白磷酸化，下調(diào)GLUT4蛋白表達(dá)，說(shuō)明姜黃素能通過(guò)調(diào)節(jié)AMPK信號(hào)通路，減少DM大鼠大腦中的葡萄糖轉(zhuǎn)位，保護(hù)大腦認(rèn)知功能。有研究報(bào)道，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中，GSK-3β對(duì)糖原合成的主要限速酶的活性有負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。楊蕙等[59]研究發(fā)現(xiàn)，左歸降糖解郁方能提高DM模型海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞中PI3K、Akt磷酸化水平，降低GSK-3β活性，增加GLUT3表達(dá)，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元細(xì)胞的葡萄糖攝取，改善模型大鼠認(rèn)知功能。還有報(bào)告顯示，蕁麻提取物[60]、沙棘黃酮[53]、槲皮素[61]等均能恢復(fù)DM誘導(dǎo)的胰島素信號(hào)障礙，上調(diào)GLUT4表達(dá)水平，保護(hù)神經(jīng)元的葡萄糖攝取功能，改善認(rèn)知障礙。見(jiàn)表4。

表4 中藥及復(fù)方對(duì)葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制

2.5 通過(guò)調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路減緩氧化應(yīng)激氧化應(yīng)激是氧化自由基和相關(guān)活性氧(reactive oxygen species，ROS)過(guò)量產(chǎn)生的結(jié)果。有研究證明，氧化應(yīng)激會(huì)損害肥胖、DM胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與認(rèn)知能力[62]。ROS可與腦組織中豐富的脂質(zhì)結(jié)合，生成過(guò)氧化氫自由基，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，參與認(rèn)知缺陷的發(fā)生和發(fā)展[63]。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)是維持內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)氧化還原狀態(tài)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵介質(zhì)。一旦激活，Nrf2從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核并與抗氧化反應(yīng)元件(anti-oxidative response element，AREARE)結(jié)合，然后啟動(dòng)抗氧化酶基因的轉(zhuǎn)錄，包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽(γ-glutamyl-l-cysteinylglycine，GSH)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)和血紅素加氧酶 1(heme oxygenase-1，HO-1)等[64]。PI3K/Akt通路的激活可誘導(dǎo)Nrf2向細(xì)胞核移位，并增加海馬神經(jīng)元中HO-1的表達(dá)，保護(hù)認(rèn)知功能[65]。除了PI3K/Akt信號(hào)通路外，AMPK也參與了胰島素信號(hào)傳遞。最近的研究表明，AMPK可以通過(guò)激活A(yù)kt信號(hào)[66]與靶向p38絲裂原活化蛋白激酶促進(jìn)Nrf2[67]核轉(zhuǎn)位，改善氧化還原平衡，保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞。

HO-1是一種由氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性細(xì)胞保護(hù)酶，具有清除ROS和抗氧化應(yīng)激的潛在特性。Zhai等[68]體內(nèi)、外研究發(fā)現(xiàn)，以三七皂苷(notoginsenoside R1，NGR1)處理高糖刺激HT22細(xì)胞和db/db小鼠均可提高Akt活性、Nrf2核轉(zhuǎn)位水平及相關(guān)抗氧化酶HO-1、SOD表達(dá)，降低MDA、蛋白羰基的mRNA含量，下調(diào)神經(jīng)元caspase-3活性和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)釋放，且采用PI3K抑制劑LY294002可抑制NGR1的抗氧化和神經(jīng)元保護(hù)作用，表明NGR1可能是通過(guò)激活A(yù)kt/Nrf2/HO-1通路而改善胰島素信號(hào)，達(dá)到抑制氧化應(yīng)激和保護(hù)神經(jīng)元功能的目的，從而減輕認(rèn)知障礙。NADPH氧化酶是各種刺激下產(chǎn)生超氧自由基的主要來(lái)源，其催化亞單元主要包括gp91phox、調(diào)節(jié)子單元(p22phox、p47phox和p67phox)以及Rac1，慢性高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激可通過(guò)激活NADPH氧化酶亞單位產(chǎn)生線粒體ROS。在STZ誘導(dǎo)的DM大鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)[58]，姜黃素降低了大鼠大腦MDA水平，p67phox、gp91phox、3-NT和caspase-12的表達(dá)水平明顯恢復(fù)正?；瑫r(shí)下調(diào)了轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β活化激酶(transforming growth factor β activated kinase，Tak1)和AMPKα1蛋白表達(dá)。AMPK可以介導(dǎo)代謝變化以抵抗ROS的積累，說(shuō)明姜黃素可能作為一種強(qiáng)抗氧化劑，維持氧化還原平衡，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞存活。中藥實(shí)驗(yàn)研究證明，人參皂苷[37]、麝香草酚[24]等均能調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路，上調(diào)海馬組織抗氧化基因的表達(dá)，減少ROS產(chǎn)生，保護(hù)神經(jīng)元，從而改善DM認(rèn)知障礙。見(jiàn)表5。

表5 中藥活性成分對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)機(jī)制

3 中藥及復(fù)方通過(guò)其他途徑改善腦胰島素信號(hào)通路作用機(jī)制

3.1 通過(guò)抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)改善腦胰島素信號(hào)通路肥胖與DM作為一種炎癥性疾病，能引起包括大腦在內(nèi)的全身炎癥反應(yīng)。小膠質(zhì)細(xì)胞作為大腦炎癥過(guò)程的主要效應(yīng)器，在高血糖與高脂肪狀態(tài)下被迅速激活，觸發(fā)核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、JNK等多潛能信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)，并釋放多種炎癥因子，如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、白細(xì)胞介素6(interleukin 6，IL-6)和白細(xì)胞介素1(interleukin 1，IL-1)，抑制IRS-1酪氨酸磷酸化，阻斷下游效應(yīng)物如PI3K/Akt級(jí)聯(lián)，擾亂大腦胰島素途徑[48，69]。而胰島素途徑對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸可塑性功能、認(rèn)知過(guò)程和記憶能力具有重要的保護(hù)作用[70]。研究證實(shí)，在胰島素信號(hào)失活和認(rèn)知功能受損的DM小鼠中，大腦JNK和NF-κB炎癥調(diào)節(jié)信號(hào)通路上調(diào)[71-72]。細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子2(supressors of cytokine signaling 2，SOCS2)也能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥信號(hào)[73]，并通過(guò)與IRS-1的特定磷酸化殘基結(jié)合，成為公認(rèn)的胰島素信號(hào)通路的潛在抑制劑[74]。當(dāng)SOCS2被抑制時(shí)，中樞炎癥反應(yīng)引起的異常胰島素信號(hào)可被逆轉(zhuǎn)。值得注意的是，受損的腦胰島素信號(hào)通路會(huì)失去對(duì)炎癥反應(yīng)的控制，從而導(dǎo)致更多的炎性細(xì)胞因子釋放。

Mulati等[53]對(duì)HFFD致肥胖小鼠補(bǔ)充0.06%或0.31%的沙棘黃酮類化合物，結(jié)果顯示其能顯著抑制p38和NF-κB的磷酸化及其下游炎癥介質(zhì)/細(xì)胞因子，如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、IL-1β和環(huán)氧化酶 2(cyclooxygenase2，COX-2)表達(dá)。Sun等[27]體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，STZ誘導(dǎo)DM大鼠中海馬IL-1β和TNF-α含量顯著升高，與4 mg·kg-1的羅格列酮作用相似，應(yīng)用15.30 mg·kg-1芍藥苷可消除大鼠炎癥細(xì)胞因子IL-1β和TNF-α，使SOCS2的過(guò)度表達(dá)得到有效抑制，并增加了IRS-1的活性及Akt-Ser473和GSK-3βSer9的磷酸化水平，減少Tau過(guò)度磷酸化。說(shuō)明芍藥苷具有較強(qiáng)的抗炎作用，能通過(guò)調(diào)節(jié)SOCS2/IRS-1信號(hào)傳導(dǎo)，恢復(fù)胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，阻斷Tau高磷酸化，減輕DM引起的認(rèn)知功能下降。與上述作用機(jī)制不同，毛小元等[75]研究蛇床子素對(duì)DM認(rèn)知障礙的抗炎作用，發(fā)現(xiàn)1 mg·kg-1、10 mg·kg-1、50 mg·kg-1蛇床子素均可明顯抑制NF-κB p65、TNF-α 和 IL-1β活性。蛋白質(zhì)免疫印跡(Western Blot，WB )檢測(cè)顯示，治療組大鼠海馬中 p-Akt 蛋白表達(dá)減少，使用PI3K阻斷劑后，蛇床子素抗炎作用更為顯著，且進(jìn)一步下調(diào)了p-Akt蛋白表達(dá)，提示蛇床子素對(duì)抗DM認(rèn)知障礙炎癥反應(yīng)的機(jī)制可能是通過(guò)抑制PI3K/Akt 信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。此外，實(shí)驗(yàn)研究顯示，EGCG[47]、積雪草苷[48]、山茱萸有效成分[71]、黃連溫膽湯[76]等均可顯著降低大腦神經(jīng)炎癥因子的釋放，減輕炎癥反應(yīng)，改善胰島素信號(hào)，進(jìn)而保護(hù)認(rèn)知功能。見(jiàn)表6。

表6 中藥及復(fù)方對(duì)神經(jīng)炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)制

3.2 通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激改善腦胰島素信號(hào)通路內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)是由未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)積聚引起的，對(duì)海馬神經(jīng)元細(xì)胞的生存與凋亡具有重要的調(diào)節(jié)作用，可參與認(rèn)知學(xué)習(xí)過(guò)程[77]。抑制物阻抗性酯酶1(inositol requiring enzyme1，IRE1)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的重要感覺(jué)元件和主要損傷途徑起始因子。研究報(bào)道，在ERS持續(xù)刺激情況下，未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded proteinresponse，UPR)介導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)不足以恢復(fù)正常的細(xì)胞功能，使IRE1α自身磷酸化，并激活下游凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1)?；罨腁SK1通過(guò)增加其轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)JNK表達(dá)，抑制IRS-1酪氨酸磷酸化，進(jìn)一步引起DM海馬胰島素信號(hào)通路障礙與神經(jīng)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)認(rèn)知損害[78-79]。自噬是細(xì)胞內(nèi)的一個(gè)降解過(guò)程，通過(guò)選擇性清除受損、老化的細(xì)胞器或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)來(lái)維持神經(jīng)元穩(wěn)態(tài)[80-81]。自噬減弱則清除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白能力下降，導(dǎo)致ERS發(fā)生，加速上述過(guò)程的發(fā)生。

梁麗娜[30]在HFD聯(lián)合STZ誘導(dǎo)的DM大鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，滋補(bǔ)脾陰方治療能夠減弱大鼠皮質(zhì)、下丘腦內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志分子IRE1α絲氨酸磷酸化及其下游效應(yīng)分子JNK1、JNK2活性，同時(shí)增加LC3-Ⅱ、IRS-1及Akt表達(dá)。LC3-Ⅱ是自噬體膜上的標(biāo)志性蛋白質(zhì)，其蛋白水平一定程度上反應(yīng)自噬水平的高低，說(shuō)明滋補(bǔ)脾陰方能夠糾正DM大鼠腦胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙，提高學(xué)習(xí)記憶的作用機(jī)制，可能與其加強(qiáng)自噬、減輕ERS、抑制JNK活性有關(guān)。Chang等[82]體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，金枝達(dá)方能降低T2DM大鼠海馬中IRE-1表達(dá)，抑制JNK、IRS-1(ser307)磷酸化，增加Akt磷酸化，促進(jìn)海馬胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的恢復(fù)，改善DM認(rèn)知功能。見(jiàn)表7。

表7 中藥復(fù)方對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制

4 總結(jié)與展望

綜上所述，代謝性疾病認(rèn)知障礙與腦胰島素信號(hào)通路有著密切的聯(lián)系，腦胰島素信號(hào)通路異常導(dǎo)致的Tau磷酸化、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、神經(jīng)元損傷、突觸可塑性減少、糖代謝異常、氧化應(yīng)激等因素相互作用，影響大腦認(rèn)知功能?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療代謝性疾病認(rèn)知障礙以單純的控制血糖為主，未能達(dá)到理想的治療效果。中醫(yī)注重整體觀念，強(qiáng)調(diào)從整體出發(fā)闡述病機(jī)和治療疾病，結(jié)合中醫(yī)學(xué)治未病思想，防治疾病及其并發(fā)癥具有較大的優(yōu)勢(shì)。研究表明，中藥生物活性成分及復(fù)方作用于代謝性疾病后，可通過(guò)直接激活腦胰島素信號(hào)通路，抑制Tau磷酸化及Aβ沉積，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)神經(jīng)元再生與突觸可塑性，改善大腦葡萄糖代謝，減緩氧化應(yīng)激，有效防治代謝性疾病認(rèn)知障礙。同時(shí)，通過(guò)抑制代謝性疾病誘導(dǎo)的中樞神經(jīng)炎癥及調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，可間接改善腦胰島素信號(hào)通路，恢復(fù)代謝性疾病患者的大腦學(xué)習(xí)記憶與認(rèn)知功能。中藥與腦胰島素信號(hào)通路相互作用，充分發(fā)揮了中醫(yī)藥多靶點(diǎn)、多效能、多途徑的特性，使代謝性疾病認(rèn)知障礙得到了有效改善。但由于大腦結(jié)構(gòu)、功能的復(fù)雜性和腦胰島素信號(hào)通路的多樣性，中藥調(diào)節(jié)腦胰島素信號(hào)通路、緩解認(rèn)知障礙的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步闡明。隨著研究方法的發(fā)展，可借助蛋白組學(xué)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法尋找新的中藥治療靶點(diǎn)。在中醫(yī)整體觀念和辨證論治理論的指導(dǎo)下，中藥復(fù)方的組方運(yùn)用有效地提高了代謝性疾病的認(rèn)知功能，而現(xiàn)有文獻(xiàn)研究主要集中在中藥單體及活性成分，對(duì)中藥復(fù)方的研究相對(duì)較少，需進(jìn)一步研發(fā)以腦胰島素信號(hào)通路為靶點(diǎn)的中藥復(fù)方新藥，為代謝性疾病認(rèn)知障礙的治療提供新思路、新方法。此外，中藥干預(yù)腦胰島素信號(hào)的臨床研究尚不充足，不同中藥復(fù)方以及同一復(fù)方不同劑量中藥的隨機(jī)對(duì)照臨床研究也值得探索。此外，腸道菌群的改變可影響代謝性疾病認(rèn)知障礙的發(fā)展，從腸道菌群角度深入探究中藥及其復(fù)方治療代謝性疾病認(rèn)知障礙的作用機(jī)制，或?qū)⒊蔀樾碌难芯糠较颉?/p>