基于腸道菌群探討中醫(yī)藥調(diào)控阿爾茨海默病相關(guān)信號通路研究進(jìn)展

蘇明陽,李倩倩,梁 怡,麥芳瑜,廖乃彬,廖世鋒,陳 煒

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西 南寧 530001;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院腦病科,廣西 南寧 530023)

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一種不可逆的神經(jīng)退化疾病,以記憶力喪失、思維能力下降、行為改變等為臨床表現(xiàn),其基本病理特征為淀粉樣斑塊及神經(jīng)纖維纏結(jié)。2020年第七次全國人口普查顯示,我國60歲及65歲以上人口占總?cè)丝诘?8.70%和13.50%,中國人口老齡化增速加快,且為AD的最大風(fēng)險因素,我國60歲以上的癡呆患者約1500萬人,且呈逐年增加趨勢[1]。AD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,有研究學(xué)者提出了β淀粉樣蛋白的異常沉積和Tau蛋白過度磷酸化假說,還有膽堿能神經(jīng)元損傷、免疫異常引起的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等眾多假說[2-4]。腸道菌群假說是其中之一[5]。近年來,腸道菌群備受關(guān)注,且與精神類疾病關(guān)系密切,包括抑郁癥、焦慮癥、帕金森病、血管性癡呆、阿爾茨海默病等。既往研究中,已從多層次、多方面對AD進(jìn)行探析,但其發(fā)病機(jī)制仍不明確。而中醫(yī)藥及針灸以其獨(dú)特的優(yōu)勢,在AD的治療中取得較好的療效。本文以腸道菌群為出發(fā)點(diǎn),對中醫(yī)藥通過BDNF/TrkB、C/EBPβ/AEP等信號通路調(diào)控AD進(jìn)行論述。

1 腸道菌群與AD

腸道菌群是機(jī)體生活在腸道中所有微生物的統(tǒng)稱,由細(xì)菌、真菌、病毒等組成[6-7]。據(jù)統(tǒng)計(jì),健康人腸胃中細(xì)菌數(shù)高達(dá)50個門類,1000多種不同細(xì)菌種類,其中最多的是厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放射菌門[8-9]。各種菌門之間協(xié)調(diào)配合,共同完成人體的各種生理功能。有研究發(fā)現(xiàn),AD患者腸道菌群組成及多樣性發(fā)生了改變,與對照組比較,AD組放線菌和桿菌相對豐度增加,而擬桿菌相對豐度減少[10]。這提示,腸道菌群可能與AD關(guān)系密切,調(diào)節(jié)腸道菌群可能是治療AD的有效方式。

2 BDNF/TrkB通路

2.1 BDNF/TrkB通路與AD 腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)屬于神經(jīng)營養(yǎng)因子家族之一,BDNF蛋白廣泛分布于成人大腦皮層及脊髓區(qū)域等。原肌球蛋白相關(guān)激酶B(TrkB)是BDNF的信號受體,又被稱為神經(jīng)營養(yǎng)型絡(luò)氨酸激酶受體NTRK2,神經(jīng)營養(yǎng)因子受體家族包括Trk及P75受體家族,其中Trk具有高親和力。BDNF與TrkB結(jié)合激活下游絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)和蛋白激毒C(PKC)級聯(lián)。有研究發(fā)現(xiàn),BDNF在AD患者海馬體中缺失,將BDNF基因傳遞到嗅皮質(zhì)后可改善神經(jīng)元凋亡,改善記憶[11-12]。激活BDNF/TrkB信號通路不僅抑制了Aβ對神經(jīng)元的毒性反應(yīng),而且TrkB受體特異性抑制劑能阻斷此反應(yīng)以減輕神經(jīng)毒性[13]。有研究發(fā)現(xiàn),滋腎醒腦湯可以使BDNF、TrkB蛋白明顯下調(diào),與假手術(shù)組相比,模型組大鼠細(xì)胞凋亡明顯增加,與模型組相比較,中藥組海馬組織凋亡細(xì)胞減少,這提示滋腎醒腦湯可以激活BDNF/TrkB信號通路進(jìn)而抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡,改善AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。因此,激活BDNF/TrkB信號通路可能是治療AD的關(guān)鍵因素[14]。

2.2 中醫(yī)藥調(diào)控腸道菌群BDNF/TrkB通路防治AD BDNF/TrkB信號通路不僅與認(rèn)知功能相關(guān),腸道菌群紊亂也會減少大腦BDNF的表達(dá),導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào),引起AD的發(fā)生。除AD外,在抑郁癥、腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中,通過腸道菌群-腸-腦軸調(diào)控BDNF/TrkB信號通路介導(dǎo)相關(guān)疾病也屢見不鮮。人參蛋白是人參的有效成分。李昶等[15]實(shí)驗(yàn)研究顯示,人參蛋白可調(diào)節(jié)腸道菌群豐度,上調(diào)BDNF、P-TrkB表達(dá),說明人參蛋白可調(diào)節(jié)腸道菌群激活該通路改善AD。《辨證錄》中經(jīng)典名方“洗心湯”,具有化痰開竅、扶正通陽的功效,在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防治中獲得良效。張慧欣[16]研究發(fā)現(xiàn),洗心湯組和益生菌組BDNF蛋白表達(dá)均升高;與模型組相比,洗心湯組、多奈哌齊組、益生菌組腸道菌群種類和數(shù)量均有不同程度增加,說明洗心湯可能通過提高腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子表達(dá)和調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)防治AD。綜上所述,中藥可通過調(diào)節(jié)腸道菌群激活BDNF/TrkB信號通路,通過腸-腦軸途徑影響AD的發(fā)生發(fā)展。

3 C/EBPβ/AEP通路

3.1 C/EBPβ/AEP通路與AD CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β(C/EBPβ)是CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白家族中的重要成員,在細(xì)胞增殖、分化、凋亡等方面發(fā)揮重要作用[17]。天冬酰胺內(nèi)肽酶(AEP)是一種半胱氨酸蛋白酶,存在于內(nèi)溶酶體中,可同時切割A(yù)PP和Tau蛋白,因此可以促進(jìn)Aβ的產(chǎn)生以及Tau蛋白過度磷酸化和聚集,導(dǎo)致AD的產(chǎn)生。C/EBPβ不僅是炎癥介質(zhì)的啟動因子,還可以由經(jīng)典促炎三聯(lián)體誘導(dǎo),同時,大腦中的神經(jīng)炎癥和C/EBPβ存在反饋回路,觸發(fā)炎癥的誘導(dǎo)因素會激活C/EBPβ介導(dǎo)AD的發(fā)生。

3.2 中醫(yī)藥調(diào)控腸道菌群C/EBPβ/AEP通路防治AD 廣藿香醇是從廣藿香中分離的主要活性成分之一,可以調(diào)節(jié)腸道菌群,對胃腸疾病有較好的治療作用。Xu等[18]發(fā)現(xiàn),廣藿香醇可以對AD小鼠具有神經(jīng)保護(hù)作用,其作用機(jī)制是抑制C/EBPβ/AEP通路的激活,抑制腸道失調(diào),同時可以減少Aβ的沉積改善小鼠的認(rèn)知障礙。中藥復(fù)方固本健腦方具有健運(yùn)脾氣、消除痰瘀的作用。鄭冰忠[19]研究發(fā)現(xiàn),固本健腦方高劑量組和低劑量組p-C/EBPβ、C/EBPβ以及AEP蛋白表達(dá)均低于模型組,同時,固本健腦方可降低腸道菌群中脫硫桿菌門的豐度,而腸道菌群又可激活C/EBPβ/AEP信號通路,說明固本健腦方可能是通過腸道菌群-腸-腦軸機(jī)制抑制C/EBPβ/AEP信號通路,從而改善AD。

4 HMGB1/TLR4/NF-κB通路

4.1 HMGB1/TLR4/NF-κB通路與AD 高遷移率組蛋白B1(HMGB1)是一種廣泛表達(dá)的非組蛋白核蛋白,廣泛存在于淋巴組織、肝臟、胸腺中,HMGB1具有調(diào)節(jié)自噬、凋亡、線粒體的作用,可以參與包括阿爾茨海默病、帕金森、多發(fā)性硬化癥等多種神經(jīng)變性疾病,可以與晚期糖基化終末產(chǎn)物特異性受體抗體(RAGE)/Toll樣受體4(TLR4)結(jié)合,進(jìn)而激活下游炎癥通路NF-κB,是神經(jīng)炎癥反應(yīng)的啟動因子[20]。在AD外周樣品中檢測到HMGB1、RAGE和TLR4蛋白水平的上調(diào),在Aβ25-35誘導(dǎo)的AD相關(guān)神經(jīng)炎癥模型中,在海馬神經(jīng)元的胞核和胞漿中可定位到HMGB1。經(jīng)Aβ25-35處理后,觀察到在海馬神經(jīng)元細(xì)胞中RAGE和TLR4/NF-κB沿著HMGB1、IL-1β、IL-6和TNF-α等炎癥介質(zhì)有較高表達(dá)[21]。同時在AD外周樣品中檢測到HMGB1、RAGE和TLR4蛋白水平上調(diào)[22],這不僅證明神經(jīng)炎癥是AD的關(guān)鍵因素,并暗示HMGB1通過激活RAGE/TLR4信號傳導(dǎo)介導(dǎo)AD發(fā)病。因此,開發(fā)可以調(diào)節(jié)HMGB1及其受體RAGE、TLR4并減少神經(jīng)炎癥的新型藥理學(xué)調(diào)節(jié)劑可能為AD提供新的治療策略。

4.2 中醫(yī)藥調(diào)控腸道菌群HMGB1/TLR4/NF-κB通路防治AD 有研究發(fā)現(xiàn),姜黃素可以抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活,減輕神經(jīng)毒性反應(yīng),使HMGB1、TLR4、NF-κB p65、RAGE表達(dá)上調(diào),其機(jī)制可能與HMGB1/TLR4/NF-κB信號通路的激活有關(guān),同時腸道菌群平衡打破,導(dǎo)致了促炎因子HMGB1的增加[23-24]。吳茱萸堿[25]以及加味薯蕷丸[26]在一定程度上下調(diào)HMGB1/TLR4/NF-κB信號通路相關(guān)蛋白的表達(dá),改善AD大鼠大學(xué)習(xí)記憶能力。以上均說明,AD的發(fā)生可能與HMGB1/TLR4/NF-κB的激活以及與腸道菌群的失衡有關(guān)。

5 Wnt/β-catenin通路

5.1 Wnt/β-catenin通路與AD Wnt信號通路是由高度保守的分支蛋白組成,在細(xì)胞自我更新、增殖中發(fā)揮關(guān)鍵作用,其分為典型和非典型兩個分支。有研究發(fā)現(xiàn),典型Wnt信號通路與AD的發(fā)病有關(guān),在AD模型小鼠中,抑制Wnt信號通路,會加速Aβ的聚集和Tau蛋白的磷酸化[27]。因此,激活Wnt信號通路可能在一定程度上防治AD。Wnt/β-catenin信號通路的重要組成GSK-3β被稱為Tau蛋白激酶Ⅰ,可以磷酸化AD患者腦組織中幾乎所有的Tau蛋白。多種中藥均可以降低GSK-3β蛋白的活性,實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞對抗Aβ的作用。例如淫羊藿苷具有抗炎抗抑郁的作用,可以抑制GSK-3β蛋白的活性,進(jìn)而抑制β-catenin的磷酸化降解,顯著抑制Aβ25-35所致的細(xì)胞毒性作用,減輕AD患者的病情[28]。以上研究證明Wnt/β-catenin信號通路在AD中發(fā)揮了不可或缺的作用。

5.2 中醫(yī)藥調(diào)控腸道菌群Wnt/β-catenin通路防治AD Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)是各種器官中干細(xì)胞維持和增殖的中心決定因素。特別是在腸道中,活性Wnt信號傳導(dǎo)對于維持上皮穩(wěn)態(tài)是必需的。大補(bǔ)元煎是培元固本的代表方,其可以激活Wnt/β-catenin信號通路,改善AD小鼠海馬神經(jīng)元增殖分化[29]。葛根芩連湯可以降低大腸埃希桿菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌等腸菌的數(shù)值,上調(diào)Wnt/β-catenin信號通路蛋白,證實(shí)通過調(diào)控Wnt/β-catenin可有效減輕腸道反應(yīng),起到腸道保護(hù)的作用[30]。綜上所述,Wnt/β-catenin信號通路可能是腸道菌群通過腦-腸軸調(diào)控AD的靶點(diǎn)。

6 TMA/FMO3/TMAO通路

6.1 TMA/FMO3/TMAO通路與AD 氧化三甲胺(TMAO)是小分子化合物,其產(chǎn)生依賴于細(xì)菌及宿主細(xì)胞的代謝。腸道菌群的代謝產(chǎn)物包括三甲胺(TMA)及肝黃素單加氧化酶(FMO)-3[31]。當(dāng)人體攝入較多含有膽堿的物質(zhì)時,腸道菌群就會分解膽堿產(chǎn)生TMA,被宿主吸收,隨后在肝臟中被FMO1和FMO3代謝產(chǎn)生TMAO[32]。有研究發(fā)現(xiàn),AD患者腦脊液中TMAO水平顯著升高,腦脊液TMAO水平升高與AD磷酸化Tau蛋白病理改變和神經(jīng)元變性顯著相關(guān)[33]。除此之外,TMAO能夠穩(wěn)定和修飾Aβ在大腦的聚集,促進(jìn)并加速Aβ的隨機(jī)串向其β構(gòu)象的轉(zhuǎn)化,并穩(wěn)定所得的原纖維,會產(chǎn)生易于聚集并形成斑塊的纖維。當(dāng)血漿TMAO水平升高時,促炎細(xì)胞因子表達(dá)增加,TNF-α、IL-6和C反應(yīng)蛋白過度表達(dá),提示TMAO介導(dǎo)炎癥過程的重要性[34]。以上說明,TMA/FMO3/TMAO信號通路在AD中有著重要作用,其機(jī)制可能與介導(dǎo)炎癥反應(yīng)有關(guān)。

6.2 中醫(yī)藥調(diào)控腸道菌群TMA/FMO3/TMAO通路防治AD TMAO是腸道微生物組產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群驅(qū)動的TMA/FMO3/TMAO途徑是脂質(zhì)代謝和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[35]。在FMO3敲除的小鼠模型中,TMA在肝臟內(nèi)的水平顯著升高,TMAO水平相應(yīng)下降,并且小鼠腸道對膽固醇的吸收減少[36]。TMAO還可下調(diào)經(jīng)典膽汁酸合成途徑中限速酶CYP7A1的表達(dá),以抑制膽汁酸合成,降低膽固醇的清除代謝[37]。綜上所述,TMA/FMO3/TMAO信號通路與“腸道菌群-膽汁酸-腦軸”的相互作用,可能是腸道菌群及其代謝產(chǎn)物在AD主要病理改變和神經(jīng)炎癥中發(fā)揮作用的分子機(jī)制。

7 小 結(jié)

目前,阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制尚不明確,探究AD安全有效的治療方法成為全球研究者關(guān)注的熱點(diǎn)話題,中藥單體、中藥復(fù)方以及針灸以其多靶點(diǎn)、多層面、多通路、不良反應(yīng)少的特點(diǎn)在AD防治中備受關(guān)注[38]。本文闡述了中醫(yī)藥通過調(diào)控不同的信號通路進(jìn)而調(diào)節(jié)腸道菌群的效應(yīng)機(jī)制,或許將會成為防治AD的關(guān)鍵。隨著腸道菌群和阿爾茨海默病相關(guān)性被發(fā)現(xiàn),以腸道菌群為出發(fā)點(diǎn)治療AD的中藥及中藥復(fù)方被挖掘或創(chuàng)立,臨床獲得顯著療效,其效應(yīng)通路包括BDNF/TrkB、C/EBPβ/AEP、HMGB1/TLR4/NF-κB、Wnt/β-catenin等。