端粒長度與認知障礙及其中藥治療的研究現(xiàn)況

房夢園 何迎春 劉吉丹

認知障礙是指記憶、語言、理解和判斷等一個或多個方面的功能障礙，包括輕度認知障礙和各種類型的癡呆癥。癡呆癥是認知障礙最嚴重的表現(xiàn)，是一種導(dǎo)致患者日常生活、社會交往和工作能力發(fā)生顯著變化的綜合征。阿爾茨海默?。ˋD）是最常見的癡呆癥類型，其次是血管性癡呆（VD）和其他神經(jīng)退行性癡呆[1]。已知年齡與認知功能的退化密切相關(guān)。端粒長度的變化與衰老和一些退行性疾病有關(guān)[2]。在觀察性研究中發(fā)現(xiàn)，端粒長度與老年人的認知能力相關(guān)，提示端粒長度的縮短可能是認知老化的生物標志物[3]。該文主要對端粒長度與認知障礙的有關(guān)機制、中藥通過干預(yù)端粒長度來改善患者的認知功能展開綜述，旨在為探索中藥對認知功能改善治療提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 端 粒

1.1 端粒結(jié)構(gòu) 端粒是存在于所有真核生物染色體末端的核蛋白結(jié)構(gòu)，包括重復(fù)的脫氧核糖核酸元素和特異性脫氧核糖核酸結(jié)合蛋白[4]。人類細胞的端粒為高度保守的六聚體核苷酸5′（TTAGGG）n3′的重復(fù)序列組成的T 環(huán)結(jié)構(gòu)。在T 環(huán)結(jié)構(gòu)中，端粒末端折疊在自身上，3’G 鏈突出侵入雙鏈脫氧核糖核酸，組成端粒G-四鏈體結(jié)構(gòu)。端粒的功能是通過保護染色體末端免受侵蝕和端到端融合，并作為脫氧核糖核酸（DNA）修復(fù)蛋白的對接位點來維持基因組的穩(wěn)定性。端粒維護需要端粒酶和端粒相關(guān)蛋白網(wǎng)絡(luò)，并需要抑制各種DNA 損傷反應(yīng)信號，包括毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變蛋白（ATM）和與Rad3 基因相關(guān)的毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變蛋白（ATR）途徑、同源重組和非同源末端連接[5]。隨著細胞的不斷分裂并達到“海弗利克極限”時，即細胞分裂停止前的人類細胞群分裂的次數(shù)，導(dǎo)致細胞周期停滯、衰老基因組不穩(wěn)定[6]。

1.2 端粒酶 端粒酶是一種專門的逆轉(zhuǎn)錄核糖核蛋白（RNP），由端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶蛋白和非編碼核糖核酸成分兩種主要成分組成[7]。在細胞復(fù)制過程中，端粒酶通過識別并結(jié)合于富含G 的端粒末端，使用自身核糖核酸（RNA）模板逆轉(zhuǎn)錄合成DNA，并將DNA序列添加到端粒上，從而補償每一輪復(fù)制中發(fā)生的DNA 損失，維持端粒長度。端粒酶活性越高，該細胞就越不容易衰老，如生殖細胞、造血干細胞和腫瘤細胞中的端粒酶活性較高[5]。

1.3 端粒長度 端粒長度是細胞復(fù)制能力的一個強有力的生物學指標。端粒長度越短，細胞復(fù)制能力越低[6]。大多數(shù)體細胞缺乏端粒酶的活性，DNA 聚合酶不能完全復(fù)制DNA 鏈的30 末端，端粒在每次細胞分裂過程中自然會從末端損失大約30～150 個核苷酸。經(jīng)過幾次分裂，端粒達到臨界長度，導(dǎo)致一種“終點復(fù)制”的現(xiàn)象。端粒的長度會隨著細胞的分裂逐漸變短，在人類細胞分裂大約50～70 次后，端粒被耗盡，“真正的DNA”信息丟失，從而導(dǎo)致體細胞老化、凋亡或致癌轉(zhuǎn)化，影響人類健康和預(yù)期壽命[8-9]。研究表明，端粒的縮短與多種疾病的發(fā)病機制密切相關(guān)，包括癡呆癥、癌癥、心血管疾病、糖尿病等[10]。

2 端粒與認知障礙相關(guān)的機制

2.1 氧化應(yīng)激 研究表明，氧化應(yīng)激與加速端?？s短和功能障礙有關(guān)。氧化應(yīng)激是活性氧（ROS）產(chǎn)生和細胞抗氧化防御失敗的結(jié)果，可與慢性炎癥、環(huán)境暴露等因素有關(guān)。當各種活性氧與DNA 反應(yīng)時，它們可以產(chǎn)生100 多種不同類型的氧化損傷堿基。而由于端粒DNA 的高鳥嘌呤含量，其本質(zhì)上易受氧化修飾和單鏈斷裂形成的影響，加速端粒的縮短[11]。此外，氧化應(yīng)激已被認為是衰老和包括AD 在內(nèi)的多種神經(jīng)退行性疾病進展的一個促成因素。ROS 的產(chǎn)生、增加與年齡和疾病相關(guān)的線粒體功能喪失、金屬穩(wěn)態(tài)改變和抗氧化防御降低直接影響神經(jīng)元的突觸活性和神經(jīng)傳遞，導(dǎo)致認知功能障礙[12]。

2.2 炎癥因素 在一項對意大利維羅納和威尼托地區(qū)的高加索人研究中，通過檢測了輕度認知障礙（MCI）和AD 患者兩種促炎細胞因子IL-1β 和IL-18的基因型和血漿水平以及白細胞端粒長度（LTL），證實了繼發(fā)于神經(jīng)炎癥的炎癥過程可能觸發(fā)端粒磨損的假說。過度的神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病的致病標志之一。在AD 的早期階段，神經(jīng)炎癥的機制是一個膠質(zhì)細胞引發(fā)、前炎癥因子釋放和神經(jīng)元損傷的惡性循環(huán)，這使得細胞的快速增殖、端粒的損耗加大，從而加速細胞的衰老及老化[13]。

2.3 血管因素 研究表明，端?？s短與降低血管細胞功能、導(dǎo)致動脈粥樣硬化、增加冠心病等血管因素相關(guān)的疾病風險具有重要關(guān)聯(lián)[14]。血管內(nèi)皮細胞通過氧化應(yīng)激的機制，導(dǎo)致細胞的衰老，進而積累促進動脈粥樣硬化的發(fā)展。同時，衰老的血管內(nèi)皮細胞會過度釋放促炎因子，促進血管的氧化應(yīng)激，共同導(dǎo)致端粒的縮短，誘導(dǎo)動脈粥樣硬化及血栓的形成[15]。已有多項證據(jù)表明，血管因素導(dǎo)致的心腦血管疾病增加了認知障礙和癡呆癥的風險，尤其與血管性認知障礙和癡呆（VCID）的發(fā)病密切相關(guān)[16]。這些結(jié)果提示血流動力學損害是認知功能減退的一個重要標志，也與端粒長度的變化密切相關(guān)。

3 中藥（TCHs）通過影響端粒干預(yù)認知障礙

多種因素被認為與認知障礙的發(fā)病機制有關(guān)，這些因素提供了多種靶點，包括氧化應(yīng)激、乙酰膽堿酯酶、淀粉樣β 肽聚集等。目前常用于治療認知障礙的藥物只能緩解輕度癥狀，不能阻止癡呆癥的進展。臨床研究表明，TCHs 能改善患者的神經(jīng)心理量表評分、中醫(yī)癥狀評分，提高患者的生活質(zhì)量。且在多項研究中證實，TCHs 為認知功能障礙的治療提供了許多優(yōu)勢，其中影響端粒長度，促進端粒酶活性是重要的抑制細胞凋亡、抗衰老的作用機制[17]。

3.1 單味中藥

3.1.1 人 參 人參常作為一種安神益智的補益藥，適用于衰老導(dǎo)致的記憶障礙。多數(shù)針對認知障礙受試者的隨機對照試驗得出結(jié)論，人參可以改善認知功能。人參的化學成分已被廣泛研究，其重要有效成分之一是人參皂苷[18]。人參皂苷不僅能恢復(fù)受損的認知活動，積極影響空間學習和記憶，而且能減少AD 大鼠的Aβ1-42 的產(chǎn)生和Tau 過度磷酸化[19]。在一項對40 只雄性SD 大鼠隨機對照的研究中，發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1 的抗衰老機制可能是其抗氧化能力的提高，調(diào)節(jié)促炎細胞因子的水平和調(diào)節(jié)端粒酶系統(tǒng)[20]。此外，人參皂苷Rg1 還可通過激活端粒酶和延長端粒長度來延緩造血干細胞衰老過程[21]。

3.1.2 黃 芪 黃芪在一些臨床試驗中具有改善認知作用。目前，已從黃芪中分離鑒定出200 多個化合物。其中多糖、皂苷和黃酮類化合物以及一些分離得到的化合物是研究最多的，它們具有黃芪的生物活性[22]。在實驗誘導(dǎo)的記憶障礙的大鼠中，黃芪總甙（AST）可顯著改善學習和記憶力，具有潛在神經(jīng)元保護作用[23]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷IV（AS-IV）可以通過抑制海馬神經(jīng)元凋亡和氧化損傷來預(yù)防腦灌注不足引起的癡呆，并且具有顯著的抗氧化作用，可作為預(yù)防伴隨認知障礙的神經(jīng)變性疾病的有前途的藥物[24]。黃芪提取物除了抗氧化、抗炎、免疫調(diào)節(jié)和抗癌作用外，在各種模型中顯示出對端粒發(fā)揮有益作用并刺激端粒酶活性，可誘導(dǎo)循環(huán)淋巴細胞的端粒延長[25]。此外，有研究指出黃芪甲苷（AST）環(huán)黃芪烯醇（CAG）可通過影響端粒酶活性和klotho 基因的表達而在人胚肺成纖維細胞中發(fā)揮抗衰老作用[26]。

3.1.3 當 歸 當歸常用作補血活血的中藥，在現(xiàn)代研究中發(fā)現(xiàn)，當歸還具有其他作用，包括抗氧化、抗炎、對免疫系統(tǒng)及明顯改善AD 和皮膚衰老的癥狀[27]。在之前的研究中指出，當歸可以在體外阻止Aβ 的神經(jīng)毒性，保護其免受氧化應(yīng)激、炎癥和細胞凋亡所致的傷害，并改善東堿所致大鼠的健忘癥。另一項研究，證明當歸可增強慢性腦灌注不足后海馬的成人神經(jīng)發(fā)生，并改善了與灌注不足有關(guān)的認知能力下降[28]。從當歸中提取的當歸多糖可以通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)，自由基代謝，炎癥和神經(jīng)元凋亡的平衡來減輕記憶障礙[29]。此外，有臨床研究表明，當歸可以拮抗X 射線誘導(dǎo)的小鼠造血干細胞的衰老，這可能與端粒長度的增加和端粒酶活性的增加以及P53 蛋白表達的下調(diào)有關(guān)[30]。

3.2 復(fù)合方劑 現(xiàn)代研究人員發(fā)現(xiàn)，在中國古代醫(yī)學書籍中有許多改善認知功能的經(jīng)典方劑和久經(jīng)考驗的臨床處方，在改善端粒和端粒酶功能上也有著獨特的療效。例如，六味地黃丸在認知障礙的輔助治療中的療效得到證實[31]，其全方能延長果蠅生存期，提高衰老模型小鼠抗氧化能力、組織端粒酶活性和機體抗衰老能力[32]；四君子湯能減少D-gal 衰老模型小鼠的心、肝、腦組織丙二醛含量，拮抗自由基損傷，并能提高其心、腦組織端粒酶活性[33]，且對AD 的大鼠行為學異常有治療作用[34]。健脾填精方可以通過降低Aβ 沉積、提高機體的抗氧化能力來改善患者的認知功能[35]。

4 小結(jié)與展望

端粒是存在于所有真核生物染色體末端的核蛋白結(jié)構(gòu)。目前研究顯示端?？s短與衰老及許多神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)，包括AD、VD 等認知障礙性疾病。端粒縮短通過氧化應(yīng)激和炎癥機制、血管老化等機制參與老年性癡呆及認知障礙的發(fā)病。目前用于改善認知障礙癥狀的藥物往往伴有不良反應(yīng)，且療效不夠。最近的研究證明，中藥中的天然活性成分具有多靶點特征，且中藥的配伍使用具有更加安全有效的治療作用。進一步研究中藥單藥與復(fù)合配方對改善端粒進而干預(yù)認知障礙的臨床應(yīng)用，可為治療認知障礙作出貢獻。