木犀草素治療阿爾茨海默病的作用機(jī)制研究進(jìn)展

孫會(huì)艷，周立燕，任麗雪，李 強(qiáng)，王洪權(quán)

(1. 赤峰學(xué)院醫(yī)學(xué)部，2. 內(nèi)蒙古人類遺傳病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；3.內(nèi)蒙古民族大學(xué)神經(jīng)內(nèi)科，內(nèi)蒙古 通遼 028000；4.赤峰學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，內(nèi)蒙古 赤峰 024005；5.航天中心醫(yī)院、北京大學(xué)航天臨床醫(yī)學(xué)院神經(jīng)內(nèi)科，北京 100049)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是最常見(jiàn)的一種神經(jīng)變性病，表現(xiàn)為記憶、認(rèn)知、語(yǔ)言和行為障礙以及人格改變等[1]。AD的典型病理特征為由β-淀粉樣蛋白(β-amyloid, Aβ)細(xì)胞外沉積形成的老年斑(senile plaques，SPs)和細(xì)胞內(nèi)由tau蛋白過(guò)度磷酸化引起的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles，NFTs)[2]。神經(jīng)炎癥和腦葡萄糖代謝異常參與AD發(fā)病機(jī)制，使其成為治療AD的潛在靶標(biāo)。近年研究表明，黃酮(flavone)類化合物木犀草素(luteolin)表現(xiàn)出抗AD作用，其通過(guò)抗炎、調(diào)控葡萄糖代謝等多種機(jī)制在多靶點(diǎn)抑制AD發(fā)生，引起研究者關(guān)注。但目前關(guān)于木犀草素抗AD的綜述尚缺乏，因此，本文目的在于總結(jié)綜述近年來(lái)木犀草素抗AD的藥理作用及其機(jī)制。

1 木犀草素的結(jié)構(gòu)、理化特性及藥代動(dòng)力學(xué)特征

木犀草素即3′，4′，5,7-四羥基黃酮，是一種重要的黃酮類化合物，天然存在于多種植物中，尤其在黃木犀草(reseda luteola)中含量豐富[3]。因最初是從木犀草科(resedaceae)木犀草屬草本植物木犀草(resedaodorata L.)的葉、莖、枝中分離出而得名。膳食木犀草素存在于常見(jiàn)的植物性食物中，如芹菜、花椰菜、青椒、歐芹、百里香、胡蘿卜、橄欖油、薄荷、迷迭香、臍橙和牛至等。木犀草素也存在于傳統(tǒng)醫(yī)藥的藥用植物之中。木犀草素具有C6-C3-C6結(jié)構(gòu)，包含2個(gè)苯環(huán)和1個(gè)帶有C2-C3碳雙鍵的含氧環(huán)結(jié)構(gòu)。木犀草素的5、7、3′和4′碳位上的羥基部分以及2,3位雙鍵的存在是木犀草素具有多種藥理作用的原因。木犀草素分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)Fig 1所示。

Fig 1 Structure of luteolin

木犀草素以苷元(aglycone)或糖苷(glycosides)的形式存在。木犀草素苷元(luteolin aglycone, LA)具有親脂性，被腸細(xì)胞吸收。木犀草素糖苷(luteolin glycosides,LG)在腸道中通過(guò)刷狀緣腸膜中的乳糖酶根皮苷水解酶(lactase phlorizin hydrolase)水解糖苷類轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)A。木犀草素單葡萄糖醛酸鹽通過(guò)鈉依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1，被β-葡萄糖苷酶水解為L(zhǎng)A[4]。LG也被某些腸道微生物群水解成LA，因此，木犀草素的生物利用度因腸道微生物群的分布而不同。大多數(shù)LG會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)A，但一些木犀草素單葡萄糖醛酸苷會(huì)被腸道吸收，并可在血液中檢測(cè)到。木犀草素口服后，很容易在血液中檢測(cè)到木犀草素。單次給藥(50 mg·kg-1體質(zhì)量)后，其在血液中的濃度在10 min時(shí)達(dá)到最高水平，從0到最大曲線下面積為0.87(h×mg·L-1)。木犀草素的生物利用度約為4.1%～26%[5-6]。木犀草素可以透過(guò)血腦屏障(BBB)，外周注射木犀草素后，在血液和腦組織中檢測(cè)到游離木犀草素[7]。

2 木犀草素在AD中的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制

2.1 抑制Aβ產(chǎn)生和聚集木犀草素具有抑制Aβ生成的作用。木犀草素可減少與家族性β-淀粉樣前體蛋白(APP)突變誘導(dǎo)的Aβ產(chǎn)生，以及創(chuàng)傷性腦損導(dǎo)致的Aβ產(chǎn)生增加[7-8]。木犀草素(20 μmol·L-1)可顯著降低轉(zhuǎn)染人瑞典突變型APP的小鼠N2a細(xì)胞系中Aβ的生成，同時(shí)顯著降低瑞典突變型APP轉(zhuǎn)基因(Tg2576)小鼠原代神經(jīng)元中Aβ的生成[8]。 腹腔注射木犀草素(20 mg·kg-1)可能通過(guò)抑制糖原合成酶激酶3α(GSK-3α)激活，進(jìn)而減少Tg2576模型小鼠腦內(nèi)Aβ的聚集[8]。木犀草素能夠降低Aβ誘導(dǎo)的AD大鼠APP和BACE1表達(dá)增加，從而減少Aβ1-42產(chǎn)生[9]。 木犀草素同時(shí)具有抑制Aβ聚集的作用。硫黃素T(Th-T)是一種與淀粉樣纖維特異性結(jié)合而熒光顯著增強(qiáng)的染料，在發(fā)射波長(zhǎng)482 nm處，用ThT的方法檢測(cè)熒光強(qiáng)度，該熒光強(qiáng)度的強(qiáng)弱反映了Aβ的聚集程度，熒光越強(qiáng)，聚集越明顯。2008年，Akaishi等[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，100 μmol·L-1木犀草素與Aβ共孵育，能夠?qū)h-T熒光強(qiáng)度降低到非常低的值。進(jìn)一步研究顯示，木犀草素(40 μmol·L-1)能夠抑制Aβ1-42纖維化程度，而透射電鏡研究顯示，木犀草素能夠促進(jìn)纖維狀A(yù)β的降解[11]。最近研究顯示，作為玫瑰蔥(Allium roseum)提取物主要組分的LG能夠抑制Aβ1-42聚集，并干擾纖維狀A(yù)β的形成[12]。

2.2 抑制tau蛋白過(guò)度磷酸化AD中tau蛋白異常磷酸化形成NFTs并在神經(jīng)元內(nèi)聚積，tau蛋白異常在AD患者神經(jīng)變性和學(xué)習(xí)記憶障礙的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[13]。因此，抑制tau蛋白的過(guò)度磷酸化成為治療AD的手段之一。在高濃度鋅處理的SH-SY5Y細(xì)胞中的研究發(fā)現(xiàn)，高濃度鋅可促進(jìn)誘導(dǎo)tau蛋白在Ser262/356位點(diǎn)異常磷酸化，而木犀草素能夠降低鋅誘導(dǎo)的tau過(guò)度磷酸化[14]。而在Tg2576小鼠中，創(chuàng)傷性腦損傷能夠促進(jìn)Aβ沉積、糖原合成酶-3(GSK-3)激活、磷酸化tau和促炎細(xì)胞因子顯著增加，而木犀草素治療可以顯著消除這些病理變化[7]。木犀草素口服(10～20 mg·kg-1)能夠通過(guò)抑制GSK-3β磷酸化從而明顯增加胰島素敏感性，進(jìn)而降低tau蛋白磷酸化和Aβ沉積[7]。綜上所述，木犀草素具有抑制tau蛋白過(guò)度磷酸化的功能。

2.3 調(diào)控葡萄糖代謝腦胰島素抵抗降低了大腦葡萄糖利用率，導(dǎo)致腦胰島素信號(hào)紊亂，降低腦內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體功能，促進(jìn)Aβ沉積，導(dǎo)致tau過(guò)度磷酸化和NFT形成[15]。cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)是一種可促進(jìn)大腦中胰島素受體底物-2(IRS2)基因的表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，參與增強(qiáng)胰島素信號(hào)通路，CREB磷酸化增加IRS2表達(dá)，從而促進(jìn)胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)信號(hào)傳導(dǎo)。研究顯示，木犀草素具有刺激大腦胰島素/IGF-1信號(hào)通路和CREB磷酸化的作用，從而增強(qiáng)突觸可塑性，抑制β-分泌酶和γ-分泌酶活性，進(jìn)而減少Aβ的產(chǎn)生[16-18]。

2.4 抑制神經(jīng)炎癥肥大細(xì)胞(mast cells)、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞是腦內(nèi)3種主要參與神經(jīng)炎癥的細(xì)胞，在AD發(fā)病進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，參與AD發(fā)病機(jī)制和病理進(jìn)程[19]。 神經(jīng)炎癥可導(dǎo)致AD病理發(fā)生，而后者又會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)炎癥發(fā)生，從而形成惡性循環(huán)。抑制神經(jīng)炎癥發(fā)生成為治療AD的靶點(diǎn)之一。

高脂飲食和肥胖導(dǎo)致的慢性炎癥與人類和動(dòng)物AD的病理變化相似。木犀草素在高脂飲食或衰老誘導(dǎo)的認(rèn)知缺陷動(dòng)物模型中具有抗遺忘作用，這種抗遺忘作用與其具有抗炎的藥理學(xué)作用相關(guān)[6,20]。膳食木犀草素(10 mg·kg-1)可顯著改善高脂肪飲食小鼠的認(rèn)知能力，木犀草素抑制高脂肪飲食導(dǎo)致的海馬和皮質(zhì)中炎癥分子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素6(IL-6)和NF-κB的表達(dá)水平的增加[20]。膳食木犀草素(0.6%)通過(guò)減少海馬炎癥改善了老年小鼠(22～24個(gè)月)的空間工作記憶[6]。木犀草素喂食可將老年小鼠的白細(xì)胞介素-1β (IL-1β) mRNA水平降低到與年輕小鼠(3～6月齡)相似的水平[6]。此外，膳食木犀草素(0.6%)降低了衰老小鼠(22～24月齡)大腦中因衰老誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞激活[21]。木犀草素(10和20 mg·kg-1)給藥也改善了通過(guò)側(cè)腦室注射鏈脲佐菌素(3 mg·kg-1)誘導(dǎo)的AD大鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶障礙[22]。這些研究表明，膳食木犀草素可以有效改善認(rèn)知功能,這種作用主要與其抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化和炎癥有關(guān)。

Aβ聚集激活小膠質(zhì)細(xì)胞，促進(jìn)炎癥發(fā)生和促炎癥介質(zhì)的釋放。木犀草素對(duì)纖維狀A(yù)β(fAβ)誘導(dǎo)炎癥的影響已經(jīng)通過(guò)體外BBB模型進(jìn)行了研究驗(yàn)證，顯示在fAβ處理的人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞和人星形膠質(zhì)細(xì)胞，fAβ促進(jìn)炎癥發(fā)生、破壞BBB，木犀草素(3～30 μmol·L-1)能夠抑制炎癥反應(yīng)來(lái)保護(hù)BBB功能的完整性[23]。木犀草素可有效降低由fAβ誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子(如COX-2、IL-1β和IL-6)的釋放[23]，機(jī)制研究顯示，木犀草素的抗炎作用是因?yàn)槠湟种苝38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和NF-κB的激活[23]。綜上，木犀草素能夠通過(guò)抑制炎癥發(fā)生進(jìn)而減輕Aβ誘導(dǎo)的損傷，對(duì)AD具有潛在的治療作用。

NF-κB介導(dǎo)的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)可促進(jìn)BACE1的轉(zhuǎn)錄和激活，Aβ生成增加，而Aβ反過(guò)來(lái)促進(jìn)BACE1表達(dá)和激活，進(jìn)而形成惡性循環(huán)促進(jìn)AD發(fā)生。最近研究顯示，長(zhǎng)期服用木犀草素可降低大鼠體內(nèi)NF-κB和BACE1的表達(dá),進(jìn)而抑制Aβ沉積[24]。Zheng等[9]證實(shí)木犀草素調(diào)節(jié)多種炎癥介質(zhì),在AD大鼠模型中，木犀草素下調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α、IL-6、環(huán)氧合酶-2(COX-2)和IL-1β促炎細(xì)胞因子，而上調(diào)抗炎細(xì)胞因子IL-10，同時(shí)也證實(shí)了木犀草素下調(diào)NF-κB和BACE1的表達(dá)[25]。最近研究顯示，在Aβ誘導(dǎo)的大鼠AD模型中，木犀草素能夠降低大鼠海馬和皮層神經(jīng)元內(nèi)pJNK、p38MAPK的激活，以及GFAP和Iba-1的表達(dá)增加，同時(shí)降低腦內(nèi)p-NF-κB p65水平，抑制TNF-α和IL-1β生成，進(jìn)一步證實(shí)了木犀草素具有抗炎作用。木犀草素(20～40 mg·kg-1)腹腔注射治療3周，能夠改善3×Tg-AD小鼠空間學(xué)習(xí)能力和記憶缺陷，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活和神經(jīng)炎癥(即降低TNF-α、IL-1β、IL-6、NO、COX-2和iNOS蛋白)，并降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)標(biāo)記物GRP78和GRP78的表達(dá)，這表明木犀草素能夠通過(guò)抑制ERS依賴的神經(jīng)炎癥發(fā)生，對(duì)AD具有治療作用[26]。

2.5 抗氧化和抗凋亡作用木犀草素的神經(jīng)保護(hù)作用與其抗氧化作用有關(guān)。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病模型中，木犀草素改善認(rèn)知功能與其抗氧化作用有關(guān)[27]。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元損傷和認(rèn)知功能障礙，而木犀草素(50和100 mg·kg-1，持續(xù)8周)可以減少神經(jīng)元損傷并改善認(rèn)知功能，木犀草素的這種作用與其增強(qiáng)抗氧化活性的能力有關(guān)[27]。

木犀草素在AD中具有抗氧化作用。在Aβ誘導(dǎo)的大鼠AD模型中，木犀草素能夠改善Aβ誘導(dǎo)的學(xué)習(xí)記憶障礙, 增加海馬組織中膽堿乙酰基轉(zhuǎn)移酶(ChAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)，逆轉(zhuǎn)乙酰膽堿酯酶(AchE)活性的增加，同時(shí)海馬勻漿中乙酰膽堿(ACh)含量增加，丙二醛(MDA)含量減少，并能提高Bcl-2/Bax比值，這表明木犀草素通過(guò)調(diào)節(jié)膽堿能系統(tǒng)和抑制Aβ誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙和氧化損傷[18]。在高濃度葡萄糖聯(lián)合Aβ1-42(GLU+Aβ1-42)處理的原代培養(yǎng)大鼠海馬神經(jīng)元中，GLU+Aβ1-42處理顯著降低細(xì)胞凋亡、活性氧形成增加，SOD、過(guò)氧化氫酶、GSH-Px和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性降低，晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products)和4-羥基壬烯醛加合物(4-HNE)生成增加、3-硝基酪氨酸和炎癥產(chǎn)物(如iNOS、IL-1β和TNF-α)增加，線粒體膜電位降低，并促進(jìn)Aβ聚集, 而木犀草素處理后可逆轉(zhuǎn)上述改變，表明木犀草素在AD中具有抗氧化藥理學(xué)作用，以減少氧化應(yīng)激損傷和神經(jīng)炎癥[28]。

木犀草素在AD中同時(shí)具有抗凋亡作用。在Aβ誘導(dǎo)AD大鼠模型中，木犀草素能夠降低腦內(nèi)Bax和Caspase-3，上調(diào)Bcl-2表達(dá)，表明木犀草素在體內(nèi)具有抑制Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡作用[9]。木犀草素能夠抑制Aβ25-35誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞中Bcl-2/Bax降低和Caspase-3增加，同時(shí)激活ERK1/2，進(jìn)而抑制PC12細(xì)胞凋亡發(fā)生[29]。在銅處理的穩(wěn)定過(guò)度表達(dá)瑞典突變APP的SH-SY5Y細(xì)胞(APPsw-SH-SY5Y)中,木犀草素增強(qiáng)細(xì)胞活力、減少細(xì)胞內(nèi)ROS的生成、增強(qiáng)SOD活性，逆轉(zhuǎn)線粒體膜電位的降低、抑制Caspase-3相關(guān)凋亡。此外，它還下調(diào)APP表達(dá)，降低Aβ1-42的生成和分泌。綜上所述，木犀草素通過(guò)降低APP表達(dá)、降低Aβ分泌、調(diào)節(jié)氧化還原失衡、保護(hù)線粒體功能和抑制Caspase家族相關(guān)凋亡等機(jī)制在AD中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[30]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，木犀草素具有多靶點(diǎn)抗AD作用，通過(guò)抑制Aβ產(chǎn)生和聚集、抑制tau蛋白過(guò)度磷酸化、調(diào)控葡萄糖代謝、抑制神經(jīng)炎癥以及抗氧化和抗凋亡(Fig 2)。木犀草素具有抗癌、抗菌、抗炎、祛痰、解痙、抗過(guò)敏和免疫增強(qiáng)等作用。木犀草素的天然提取物已用于臨床止咳、祛痰、消炎，有較好的療效。然而，目前木犀草素針對(duì)AD的藥物臨床試驗(yàn)研究尚缺乏，目前尚缺乏對(duì)AD病人的干預(yù)研究，這嚴(yán)重阻礙了木犀草素作為治療或預(yù)防AD的干預(yù)手段的臨床進(jìn)一步應(yīng)用，值得進(jìn)一步探索。目前臨床研究注冊(cè)網(wǎng)站(clinicaltrials.gov)有5項(xiàng)關(guān)于木犀草素的臨床注冊(cè)研究，分別是對(duì)舌鱗狀細(xì)胞癌、代謝綜合征、額顳葉癡呆、自閉癥和健康受試者(對(duì)記憶的改善作用)的研究。而中國(guó)臨床試驗(yàn)注冊(cè)中心(https://www.chictr.org.cn/index.aspx)目前還沒(méi)有關(guān)于木犀草素的臨床注冊(cè)研究。未來(lái)針對(duì)抗AD的藥物臨床試驗(yàn)研究尚缺乏，值得期待。

Fig 2 Schematic representation of luteolin-mediated neuroprotection in AD