五味子防治阿爾茨海默病的作用機制研究進展

沈昆雙，孔玲，閆廣利，王喜軍*（1. 黑龍江中醫(yī)藥大學，哈爾濱 150040；2. 中醫(yī)方證代謝組學研究中心，哈爾濱 150040）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD），又稱老年性癡呆，是神經系統(tǒng)發(fā)生進行性病變，且不可逆轉的腦部疾病，臨床表現(xiàn)為學習記憶力減退等認知功能損傷，并伴有相關人格變化，最終多因并發(fā)癥死亡。AD的病因病機復雜，受Aβ毒性、Tau蛋白異常磷酸化、氧化應激損傷、神經炎癥、膽堿能損傷、谷氨酸代謝失衡、線粒體功能損傷等因素影響，Aβ淀粉樣蛋白形成的斑塊、Tau蛋白磷酸化聚積的纖維纏結和神經元變形、丟失為其主要病理特征[1]。隨著人口老齡化發(fā)展，我國AD患病率也在不斷增加[2]。2020年一項橫斷面研究評估顯示：在中國60歲以上老年人中AD患者高達983萬人，患病率約為3.9%[3]。目前已獲得FDA批準的乙酰膽堿酶（AchE）抑制劑、N-甲基-D-天冬氨酸受體拮抗劑兩類藥物，只能緩解AD病癥，不能治愈AD，久服還會導致焦慮、嘔吐、厭食、產幻等不良反應。針對AD發(fā)病機制復雜、患病率高等特點，多靶點、低毒副作用的中藥早期干預成為了AD藥物研發(fā)的熱點。

中醫(yī)認為AD主要由腎精虧虛、腦髓不足所致，以補腎兼補氣養(yǎng)血為治則[4]，臨床中常用方劑有地黃飲子[5]、生脈散[6]、安神補心丸[7]、加味五子衍宗丸[8]等，其共同藥物五味子可以補腎益氣、充盈腦髓，發(fā)揮益智安神作用，并且五味子是這些補益方中活性成分的主要來源。實驗研究表明地黃飲子的重要活性成分五味子醇甲可以減輕Aβ25-35引起的SH-SY5Y細胞毒性[9]。生脈散具有益氣養(yǎng)陰、充養(yǎng)血脈之效，現(xiàn)代研究表明生脈散可以改善空間學習記憶障礙，其機制主要與調節(jié)色氨酸代謝和脂質代謝密切有關[10]，與回調代謝物極度相關的有效成分大部分來自五味子木脂素類，如五味子醇甲、五味子乙素、當歸酰戈米辛H、當歸酰戈米辛Q、戈米辛M2等[11]。可見，五味子是補腎兼補氣養(yǎng)血治法下防治AD的一味重要中藥。現(xiàn)代研究證明五味子及其活性成分具有保護中樞神經、提高學習記憶能力的作用，相關活性成分化學結構見圖1。在《中國藥典》中只規(guī)定了五味子醇甲為五味子質控成分，五味子中的五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子酯甲、五味子酯乙、五味子酚、五味子酮等也具有顯著抗AD活性，單一成分的檢測已不足以代表五味子有效性。五味子改善AD的作用顯著，但其作用機制復雜，目前缺乏整體的匯總梳理。因此，本文就國內外文獻中有關五味子及其活性成分防治AD的有效性及作用機制研究進行綜述，梳理并整合五味子的作用靶點，挖掘五味子防治AD潛在的關鍵靶點，為下一步五味子作用機制研究和AD藥物開發(fā)提供參考；篩選五味子防治AD的有效成分，為進一步完善五味子質量評價體系提供依據。

圖1 五味子活性成分的化學結構Fig 1 Structures of active components of Schisandra chinensis

1 五味子提取物及活性成分在防治AD中的作用

1.1 減少Aβ蛋白沉積

Aβ蛋白是淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）經β-分泌酶（β-secretase）和γ-分泌酶（γ-secretase）分解生成的具有神經毒性的Aβ多肽片段，在腦內發(fā)生折疊、聚積，形成不溶性斑塊，造成神經元損傷，促進AD發(fā)生發(fā)展[12]。五味子多糖可以顯著減少脂多糖誘導的認知障礙小鼠模型的Aβ沉積，與其抑制神經膠質細胞的過度激活，降低NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NLRP3）、半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（M-caspaes-1）表達，緩解炎癥反應有關[13]。五味子的環(huán)己烷-乙醇（9∶1）提取物（富含木脂素類）可以抑制Aβ1-42誘導AD小鼠大腦皮層和海馬區(qū)的β-secretase活性，并降低Aβ1-42水平，改善小鼠的認知功能障礙[14]。五味子乙素可以與Aβ配體靶向親和，減少Aβ寡聚體聚積，緩解神經毒性損傷，并下調其下游NF-κB/TNF-α信號通路的表達，減輕Aβ誘導的神經炎癥反應[15]。

1.2 抑制Tau蛋白磷酸化

Tau蛋白是一種微管相關蛋白，其過度磷酸化形成神經纖維纏結，喪失了維持微管蛋白穩(wěn)定性的能力，誘發(fā)突觸傳遞異常和神經元損傷，最終促進AD病程[16]。五味子酸性多糖提取物能夠抑制Aβ25-35導致的Tau蛋白磷酸化的關鍵激酶糖原合成酶激酶-3（GSK-3β）水平升高，還可以調節(jié)GSK-3βSer9和GSK-3βTyr216位點磷酸化，從而控制Tau蛋白過度磷酸化，改善其學習記憶能力[17]。在Aβ1-42誘導的SH-SY5Y細胞實驗中，五味子醇甲可以調節(jié)磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信號通路，促進Akt磷酸化，并抑制GSK-3β磷酸化，進而降低Tau蛋白水平，提高細胞活力，減少細胞損傷[18]。五味子醇甲還可以調節(jié)轉Tau基因果蠅中dTORmRNA表達水平，改善海馬體神經細胞活動，提高果蠅嗅覺學習記憶能力[19]。在腦室內注射Aβ1-42的AD小鼠模型中，五味子酯甲通過調節(jié)GSK-3β活性，減少海馬區(qū)Tau蛋白過度磷酸化，改善AD小鼠的學習和記憶能力[20]。

1.3 調節(jié)神經遞質紊亂

神經遞質對大腦功能有著至關重要的作用，通過調節(jié)突觸可塑性，參與調節(jié)神經元信息傳遞、營養(yǎng)發(fā)育和學習記憶等過程。AD患者腦內神經遞質代謝紊亂，突觸間信號傳遞受損，導致學習記憶能力下降[21]。五味子木脂素[22]和五味子多糖[23]可以控制Aβ25-35誘導的AD大鼠腦內γ-氨基丁酸（GABA）、5-羥色胺（5-HT）、乙酰膽堿（Ach）、多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NE）和甘氨酸（Gly）含量下降，抑制興奮性神經遞質谷氨酸（Glu）和天冬氨酸（Asp）含量升高。五味子醇甲可以恢復APP/PS1轉基因小鼠腦中Glu、Ach、5-HT、NE、GABA等神經遞質異常變化[24]。其中Glu是一種興奮性氨基酸神經遞質，谷氨酸能神經元在突觸前神經元中通過谷氨酸轉運蛋白1（GLUT1）和谷氨酸轉運蛋白2（GLUT2）維持囊泡中的Glu水平，從而調節(jié)突觸傳遞和可塑性影響AD的病理過程[25]。左側腦室注射Aβ1-42的小鼠經灌胃五味子酯乙后，體內GLUT1和GSK-3β活性恢復，Tau蛋白磷酸化受到抑制，小鼠的學習記憶功能得到顯著提高[26]。五味子甲素可通過促進Aβ1-42損傷小鼠的海馬區(qū)和大腦皮層AMPA受體中GluR1和GluR2的表達，減輕Glu和突觸功能障礙的毒性，改善其認知功能損傷[27]。

Ach是腦內與學習記憶功能密切相關的一種膽堿類神經遞質。AchE可以迅速酶解突觸間隙中Ach進而影響信號傳遞，影響學習記憶能力[28]。AchE抑制劑多奈哌齊、加蘭他敏、卡巴拉汀等可通過抑制AchE活性，減少Ach分解，從而改善AD患者腦功能障礙。五味子水提取物和醇提取物均具有顯著抗AchE活性和較低的細胞毒性，并在東莨菪堿誘導的AD小鼠模型中可顯著抑制小鼠腦組織中AchE活性，進而改善認知障礙[29]。五味子木脂素提取物可以減少東莨菪堿誘導記憶障礙小鼠腦組織中自由基、AchE水平，提高乙酰膽堿轉移酶（ChAT）含量，縮短小鼠的逃避潛伏期，提高其學習記憶能力[30]。從五味子中提取的倍半萜類成分α-異畢澄茄油烯醇通過抑制AchE活性，促進Ach作用，進而改善東莨菪堿造成的小鼠認知障礙[31]。

1.4 清除自由基，提高抗氧化能力

在應激狀態(tài)下，耗氧量較大的中樞神經易產生大量自由基，不能被抗氧化系統(tǒng)及時清除，從而侵害脂質、蛋白質、核酸等大分子物質[32]，造成神經元氧化損傷，促進AD的老年斑和神經纖維纏結等病理進程[33]。五味子可以通過清除自由基，減少過氧化物生成，提高超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性，保護神經細胞免受氧自由基損害，發(fā)揮抗AD作用。五味子90%乙醇提取物可以分別從記憶獲得、鞏固、再生三個方面改善記憶障礙，其機制與提高機體抗氧化能力有關[34]。五味子總木脂素可恢復Aβ1-42誘導的AD小鼠海馬和大腦皮層中總抗氧化能力（T-AOC）以及丙二醛（MDA）水平，這與抑制絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路中應激活化蛋白激酶（JNK）和p38的磷酸化表達有關[35]。五味子木脂素可以提高SOD、CAT、GSH活性，降低MDA和一氧化氮（NO）水平，其中石油醚萃取部分的抗氧化活性顯著[36]。在Aβ25-35誘導AD大鼠模型中，給予五味子木脂素提取物后，大鼠體內SOD、CAT含量顯著提高，降低NO、一氧化氮合酶（NOS）含量，提高抗氧化能力，保護損傷神經細胞[37]。五味子水提液可通過提高APP/PS1小鼠大腦皮層神經細胞的SOD活性，清除自由基，降低MDA含量，從而保護神經組織免受氧化損傷[38]。五味子揮發(fā)油提取物可以提高SOD、GSH-Px活性，抑制MDA含量增加，從而減少氧自由基對神經細胞的傷害[39]。

五味子醇甲還可以通過下調RAGE蛋白[40]和NF-κB表達[41]，減少氧化應激產生的活性氧（ROS），進而減少神經元氧化損傷。五味子甲素[42]和五味子丙素[43]可以提高Aβ1-42誘導AD小鼠的大腦皮層和海馬區(qū)中SOD、GSH-Px、GSH活性，調節(jié)其抗氧化系統(tǒng)，保護神經細胞免受氧化損傷。五味子乙素預防東莨菪堿誘導AD小鼠神經損傷與其抗氧化活性有關，可以提高腦內SOD、GSH-Px、GSH活性，從而發(fā)揮抗AD作用[44]。五味子酯甲主要通過提高體內SOD含量，降低MDA水平，調節(jié)氧化應激反應，進而改善Aβ1-42誘導AD小鼠學習記憶能力[45]。五味子酯甲還可以通過提高D-半乳糖誘導的AD小鼠的抗氧化能力來降低海馬組織中p19、p53、p21基因表達，提高神經細胞功能，還可以上調細胞周期蛋白D1（cyclin D1）蛋白表達，提高DNA的自我修復能力[46]。五味子酚不僅可以提高抗氧化酶活性[47]，還可以通過上調煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性酶（SIRT1），提高抗氧化能力，保護SH-SY5Y細胞免受過氧化氫損傷[48]。α-異畢澄茄油烯可以通過蛋白激酶A/環(huán)腺苷酸應答原件結合蛋白/核因子E2-相關因子2（PKA/CREB/Nrf2）通路誘導血紅素氧合酶1（HO-1）和醌氧化還原酶（NQO-1）表達，從而減少谷氨酸鹽誘導的HT22細胞氧化損傷[49]。

1.5 減少炎癥因子產生

在炎癥反應中，白細胞介素（IL）-1β、IL-6、IL-18和腫瘤壞死因子（TNF-α）等多種促炎細胞因子代謝紊亂，導致突觸功能障礙、神經元生成異常和神經元缺失，加劇AD的發(fā)生發(fā)展[50]。五味子的木脂素類[51]、多糖類[52]和揮發(fā)油類[53]提取物均對AD的神經炎癥具有調節(jié)作用，其機制是通過下調NF-κB/MAPK炎癥信號通路，尤其是p38，進而抑制TNF-α、IL-1β等炎癥因子釋放，緩解炎癥造成的神經損傷。

五味子醇甲可以通過上調SIRT1表達，抑制TNF-α、IL-1β和IL-6生成，調節(jié)炎癥反應與內質網應激，改善鏈脲佐菌素誘導的神經炎癥和認知障礙[54]。APP/SP1雙轉基因小鼠經灌胃五味子醇甲后，體內NLRP1炎性小體受到抑制，IL-1β和IL-18等相關凋亡因子水平得到恢復，從而提高空間學習記憶能力[55]。在中樞神經中，激活的膠質細胞可促進炎癥反應，加劇AD的蛋白沉淀和神經缺失等病理進程[56]。五味子甲素可抑制體內M1型小膠質細胞，同時促進M2型小膠質細胞極化，從而抑制TNF-α、IL-1β等炎癥因子分泌，并促進代謝產物清除，保護神經組織[57]。五味子乙素抑制AD大鼠腦組織中炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）表達與調節(jié)RAGE/NF-κB/MAPK軸有關[58]。五味子乙素提高AD小鼠學習認知能力還與其抑制腦組織內p53、Bax、細胞色素C（Cyto C）、半胱氨酰天冬氨酸酶（Caspase）-9、Caspase-3等凋亡因子的表達有關[59]。華中五味子酮可以抑制AD大鼠海馬區(qū)NF-κB和iNOS表達，緩解炎癥反應[60]。α-異畢澄茄油烯通過介導NF-κB、JNK和p38信號通路，抑制前列腺素E2、NO、TNF-α、IL-1β、IL-6等炎癥因子產生，改善了Aβ1-42導致的小膠質細胞損傷[61]。

1.6 其他方面

五味子還可以通過改善線粒體功能、調節(jié)腸道菌群、線粒體功能障礙、影響基因表達等，提高學習認知障礙。五味子超臨界萃取物可以提高細胞中琥珀酸脫氫酶（SDH）的活性，降低乳酸脫氫酶（LDH）含量，減少細胞損傷，并存在一定的劑量依賴性[62]。五味子醇甲可以從線粒體的功能、生物合成、能量代謝、動力學四個方面整體恢復Aβ1-41誘導AD大鼠的線粒體系統(tǒng)損害[63]。五味子乙醇提取物還可降低Aβ1-42誘導的AD大鼠血清中腸道菌群代謝產物短鏈脂肪酸丁酸、3-甲基戊酸和己酸濃度并使之趨于正常水平，進而減少Aβ的聚積[64]。五味子木脂素提取物可以通過調節(jié)TrkB/CREB/ERK通路，增加腦源性神經營養(yǎng)因子（BDNF），從而緩解抑郁小鼠的認知功能減退[65]。隨著年齡增長，DNA甲基化的水平降低，而神經元細胞DNA甲基化與AD的發(fā)病機制密切相關。五味子乙素可以通過調節(jié)PI3K/Akt信號通路，促進Aβ1-42損傷的SH-SY5Y細胞模型中DNMT3A和DNMT1的mRNA及蛋白表達，影響DNA甲基化狀態(tài)，進而起到防治AD的作用[66-67]。五味子乙素可能通過提高海馬組織和大腦皮層中突觸素（SYN）、突觸后致密蛋白-95（PSD-95）水平，提高突觸可塑性，進而改善鋁中毒大鼠的學習認知障礙[68]。

五味子提取物及活性成分防治AD及其作用機制匯總見表1及表2。

表1 五味子提取物防治AD及其作用機制研究Tab 1 Schisandra chinensis extract in preventing and treating AD and their mechanism

表2 五味子活性成分防治AD及其作用機制研究Tab 2 Active components in Schisandra chinensis in treating AD and their mechanism

2 五味子配伍使用在防治AD中的應用

在臨床應用中，中藥多與其他藥物配伍組成方劑使用，從而更好地發(fā)揮療效。在治療AD的方劑中，五味子常與益智仁、熟地黃、人參、石菖蒲等中藥配伍使用，協(xié)同發(fā)揮提高認知功能障礙的作用。在益智五味丸中五味子和益智仁配伍，可增強其補腎固精之功，研究發(fā)現(xiàn)兩者合用可以通過激活PI3K/Akt/GSK-3β/CREB途徑，顯著改善Aβ1-42誘導AD小鼠的認知功能障礙[69]。地黃飲子中五味子補腎益氣，加以熟地黃滋陰填髓，兩藥配伍可以明顯抑制Aβ1-42聯(lián)合半乳糖誘導AD大鼠腦中Aβ和Tau蛋白生成，其機制與可抑制腦內的AchE含量，并促進CREB等學習相關蛋白表達有關[70]。生脈散以人參為君藥，佐以五味子，可增強益氣養(yǎng)陰之效，兩藥合用可以顯著改善Aβ25-35誘導的AD大鼠的認知障礙，其機制與改善機體的炎癥反應、腸道菌群、神經遞質和能量代謝等方面密切相關[71]。五味子補腎益氣，配以石菖蒲祛痰開竅，可用于治療“腎虛痰淤”型癡呆，兩者合用的作用機制與調節(jié)AD大鼠的花生四烯酸代謝、鞘脂代謝、神經遞質代謝有關[72]。

3 討論與展望

本文通過梳理五味子防治AD的作用機制研究，理清其作用途徑：主要涉及減少老年斑和神經纖維形成、提高突觸可塑性、緩解氧化應激、減輕神經炎癥反應等，主要涉及的靶點有：β-secretase、Glu、AchE、GSK-3β、PI3K、Akt、GLUT、CREB、Nrf2、JNK、p38、ERK1/2、SIRT1、NF-κB、NLRP1等。本文將基于文獻得到的五味子改善AD作用的相關靶點和通路進行整合、關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)其主要通過上調PI3K/Akt，下調MAPKs通路，再激活CREB蛋白，進而觸發(fā)其他下游分子表達，調節(jié)各作用途徑，從而發(fā)揮治療AD效果，如圖2所示。

圖2 五味子防治AD的作用機制Fig 2 Prevention mechanism of Schisandra chinensis on AD

五味子通過PI3K/Akt和MAPKs信號通路激活CREB后：可以促進GLUT表達，減少Glu分泌，提高神經元突觸可塑性；降低β-secretase活性，進而抑制Aβ1-42、Aβ1-40、Aβ25-35毒性蛋白生成、聚積；通過促進Nrf2表達，提高HO-1、NQO-1含量，提高SOD、CAT、GSH、GSH-Px等抗氧化酶活性，降低MDA、NO、NOS含量，改善氧化損傷；可以激活SIRT1受體，減少p53和p65表達，從而緩解氧化應激和炎癥反應；還能抑制NF-κB表達，下調NLRP1炎性小體，減少TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18等炎癥因子生成，減輕炎癥反應。

CREB是神經元中一種普遍存在的選擇性結合核蛋白，可以調節(jié)神經元生長、突觸可塑性、神經保護、基因轉錄等過程，是短期記憶轉化為長期記憶所必需的核心靶點。AD患者腦中CREB含量顯著降低，是導致認知障礙的重要原因。五味子可以提高CREB表達，調節(jié)多個下游靶點，進而通過各途徑改善AD的病理變化，提高學習記憶能力，發(fā)揮防治AD的作用。因此，CREB可能是五味子防治AD作用機制的關鍵靶點，這為五味子防治AD的作用機制研究提供了依據和參考。

五味子中五味子醇甲、五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、五味子酯甲、五味子酯乙、五味子酚、五味子酮、α-異畢澄茄油烯均具有改善認知功能障礙的活性，其中對五味子醇甲、五味子甲素、五味子乙素的研究較成熟，抗AD活性較強；五味子中的五味子醇甲和五味子乙素含量高于近緣藥材南五味子，為五味子的典型成分，可考慮作為五味子防治AD的潛在質量標志物，為進一步完善五味子的質量分析評價體系提供參考。