葛根素治療血管性癡呆作用機制研究進展

王 丹，史宏碩，王宗浩，彭 健，王春寶，司國民

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)學(xué)院，山東 濟南250014；2.山東省立醫(yī)院 中醫(yī)科，山東 濟南 250000）

目前全球有近5 000 萬人患有癡呆癥[1]，《2020—2050 年中國阿爾茲海默病患病情況預(yù)測研究》顯示中國癡呆患者約占全球患者總數(shù)的25%[2]。血管性癡呆是唯一可以防治的癡呆類型，腦小血管疾病是其主要危險因素，會造成腦部神經(jīng)元功能障礙和微血管損傷[3]。目前治療血管性癡呆的方式有營養(yǎng)腦神經(jīng)細胞、改善腦微循環(huán)、改善腦代謝、調(diào)脂穩(wěn)斑及治療原發(fā)疾病等，主要使用興奮性氨基酸受體拮抗劑、乙酰膽堿抑制劑等藥物，但均不能有效逆轉(zhuǎn)血管性癡呆進程，遠不能滿足臨床需要[4]。因此，尋找治療血管性癡呆的有效藥物是臨床上亟待解決的問題。

近年來，中藥材葛根及其主要活性成分葛根素在血管性癡呆的防治方面顯示出了良好治療效果[5]。氣滯血瘀是癡呆發(fā)病的主要病機，葛根辛散通痹的作用在治療癡呆中發(fā)揮重要作用。《本草經(jīng)解》記載: “葛根辛甘和散，氣血活，諸痹自愈”，明確了葛根疏通氣血的療效[6]。研究表明葛根素能夠保護腦部神經(jīng)血管功能，達到治療血管性癡呆效果[7]，現(xiàn)對葛根素治療血管性癡呆的研究現(xiàn)狀進行綜述，為葛根素新藥開發(fā)利用提供參考。

1 葛根素促進神經(jīng)元功能恢復(fù)

1.1 抑制神經(jīng)元凋亡信號通路

血管性癡呆患者神經(jīng)元凋亡與多條信號通路有關(guān)，PI3K/Akt 是調(diào)控神經(jīng)元凋亡的重要信號通路。當(dāng)膜外信號激活PI3K 通路時，能使其轉(zhuǎn)移到胞膜及磷脂肌醇激酶磷酸化，造成Caspase3、糖原合成酶激酶3β（GSK3β）、抗凋亡蛋白B 細胞淋巴瘤-2（Bcl-2）等蛋白增加[8]。JNK 則屬于絲裂原活化蛋白激酶通路信號通路，可直接使其核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子活性增強，加速Caspase 的級聯(lián)反應(yīng)，使細胞凋亡[9]。P53 作為細胞周期負(fù)性調(diào)節(jié)因子，可上調(diào)Bax 表達，加快細胞凋亡[10]。Bcl-2 和Bax 可形成異源二聚體，反之可加速促進細胞凋亡[11]。

葛根素可基于多條信號通路抑制神經(jīng)元凋亡。MAOR-NOF M 等發(fā)現(xiàn)葛根素能通過激活PI3K/Akt1/GSK3β 信號通路，使血管性癡呆大鼠模型中Bcl-2蛋白表達上調(diào)，抑制Bax、Caspase-3 表達[12]。葛根素又能通過上調(diào)microRNA-214 基因表達，激活PI3K/Akt 信號通路，上調(diào)Bcl-2/Bax 比值，直接抑制caspase-3 和caspase-9 表達[13]。陳媛等[14]研究表明葛根素可抑制Janus 激酶信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子信號通路，降低P53 蛋白表達。YANG W 等[15]研究表明葛根素通過抑制NMDAR 通路，使Bax 及Bax/Bcl-2比值降低，減輕細胞內(nèi)Ca2+超載和氧自由基累積。

1.2 抑制神經(jīng)元自噬信號通路

MTOR/AMPK 及JNK 信號通路在神經(jīng)元自噬方面發(fā)揮重要作用。其中，mTOR 屬于磷脂酰肌醇激酶相關(guān)激酶，mTORC1 可增強相關(guān)蛋白磷酸化及防止Unc-51 樣激酶1 的外源活化，減少自噬泡形成[15]。而AMPK 信號通路能通過磷酸化腫瘤抑制因子抑制TSC1/TSC2 下游靶點mTORC1，起到達到負(fù)性調(diào)控mTOR，抑制神經(jīng)元自噬發(fā)生[15]。JNK 信號通路則能激活c-Jun 、c-Fos 蛋白，增強Beclin1 轉(zhuǎn)錄活性，使Bcl-2 磷酸化及與Beclin1 分離，促使自噬發(fā)生[16]。其中Beclin1 可將微管相關(guān)蛋白3（LC3）轉(zhuǎn)化為LC3-II，是細胞自噬的重要標(biāo)志[17]。P62 是典型的自噬受體，其與自噬程度呈負(fù)相關(guān)。AMPK 則是啟動細胞能量重要平衡機制[18]。

汪露等[19]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素可抑制JNK/MAPK信號通路，降低磷酸化p-JNK-1 /JNK-1、p-JNK-2 /JNK-2 及LC3-II/LC3-I 比值，上調(diào)p62 蛋白表達。F?LFAN M 等[20]研究發(fā)現(xiàn)葛根素能通過抑制AMPK/mTOR 信號通路，降低LC3、Beclin-1 表達及 LC3-II/LC3-I 比值，增加p62 蛋白表達。葛根素又能使Bcl-2 蛋白上調(diào)結(jié)合Beclin1，形成穩(wěn)定的復(fù)合體，抑制自噬發(fā)生[21]。

1.3 清除腦內(nèi)Aβ

Aβ 形成斑塊樣沉積是引發(fā)神經(jīng)退行性病變的核心原因[22]。Aβ 是由淀粉樣前體蛋白切割而成，淀粉樣前體蛋白使由β-淀粉樣前體蛋白水解酶1（BACE-1）酶切割為Aβ40及Aβ42[23]，其中，Aβ40可加重腦部血管樣病變，Aβ42則聚集成寡聚體[23]。腦部腦啡肽酶、胰島素降解酶等降解酶的活性常受到Aβ 抑制而活性降低[23]。Aβ 又能誘導(dǎo)神經(jīng)元內(nèi)微管Tau 蛋白過度磷酸化，加重神經(jīng)變性壞死[24]。BACE-1 被視為最重要的β 分泌酶，淀粉樣前體蛋白可經(jīng)BACE-1 生成 sAPPβ 和C99，C99 則在γ 分泌酶作用下生成Aβ[25]。胰島素降解酶則作為Aβ 降解酶，進一步降解內(nèi)源性Aβ[26]。

葛根素可基于多條信號通路清除腦內(nèi)Aβ 聚集。GOURAS G K 等[27]研究表明葛根素不僅通過PKB/Akt 信號通路抑制GSK-3β 表達，減輕Aβ25-35繼發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)。蔡巧英等[28]發(fā)現(xiàn)，葛根素能通過抑制NF-kB 信號通路，抑制由Aβ25-35誘導(dǎo)小鼠BV-2 小膠質(zhì)細胞中炎性因子一氧化氮的產(chǎn)生、核轉(zhuǎn)錄因子kBp65 及誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達。葛根素也能通過抑制Aβ25-35誘導(dǎo)GSK-3β 表達，并激活Wnt/β-catenin 信號通路，減輕Tau 蛋白磷酸化[29]。另外，實驗證明葛根素能顯著改善雙側(cè)血管性癡呆大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，提示葛根素可以抑制BACE-1活性表達，增強胰島素降解酶基因表達[30]。SATO N等[31]研究也證明，葛根素治療可以抑制Aβ1-42誘導(dǎo)血管性癡呆大鼠腦部丙二醛（MDA）水平升高及超氧化物歧化酶（SOD）水平降低，恢復(fù)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）水平。

1.4 改善神經(jīng)突觸可塑性

突觸可塑性相關(guān)蛋白的表達變化可反映突觸功能并影響突觸傳遞[32]。大腦樹突棘形態(tài)和密度有高度的動態(tài)變化，會經(jīng)歷發(fā)生、修剪、成熟、消失4 個階段[33]。其中BDNF 和NMDAR 是參與突觸傳遞的重要分子[33]。突觸素1 作為BDNF 介導(dǎo)軸突生長的下游分子蛋白，與突觸的可塑性密切相關(guān)[34]。神經(jīng)元NMDAR 受體表達上調(diào)，可促使BDNF 轉(zhuǎn)錄表達，使γ-氨基丁酸釋放障礙，可激活PKC 信號途徑，在腦內(nèi)長時程增強效應(yīng)中發(fā)揮作用[34]。

WU L 等[35]研究表明葛根素可改善血管性癡呆大鼠海馬區(qū)突觸形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，有效促進樹突棘生長，可直接影響神經(jīng)元間信息傳遞的效率和信息儲藏及傳遞能力。張冰清等[36]在腦缺血再灌注所致血管性癡呆大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，葛根素可顯著增強長時程增強效應(yīng)誘導(dǎo)率，促進BDNF 表達及突觸素1 磷酸化，提高突觸傳遞效能可塑性。

1.5 調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)

腎上腺皮質(zhì)激素和興奮性氨基酸的變化是導(dǎo)致血管性癡呆認(rèn)知障礙發(fā)生的關(guān)鍵[37]。興奮性氨基酸和抑制性氨基酸在腦內(nèi)維持興奮和抑制平衡，興奮性氨基酸可急劇增高產(chǎn)生神經(jīng)毒性，影響神經(jīng)元突觸后膜上NMDA 受體產(chǎn)生的長時程增強效應(yīng)，可影響學(xué)習(xí)記憶能力[37]。腎上腺皮質(zhì)激素由膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶合成，血管性癡呆患者海馬區(qū)可出現(xiàn)乙酰膽堿酯酶活性增高及膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶活性下降情況[38]。

紀(jì)慧等[39]研究發(fā)現(xiàn)葛根素能抑制大腦皮層和海馬區(qū)內(nèi)腎上腺皮質(zhì)激素活性，可降低乙酰膽堿酯酶水解腎上腺皮質(zhì)激素能力，同時提高細胞Na+-K+-ATP酶活性，可穩(wěn)定鉀離子通道及抑制鈣通道的開放，減少Ca2+通過L 型通道內(nèi)流線粒體內(nèi)鈣超載。腦梗死是血管性癡呆的主要病因，韓進等[40]通過實驗證明，病變大鼠腦內(nèi)谷氨酸和天門冬氨酸比值增高，而興奮性氨基酸升高幅度與腦缺血程度成正比，使用葛根素能通過抑制過度激活NMDA 受體，降低天門冬氨酸、谷氨酸濃度，使抑制性氨基酸Tau 蛋白、γ-氨基丁酸含量降低，避免神經(jīng)損傷發(fā)生。

2 葛根素促進損傷血管功能恢復(fù)

研究表明血管性癡呆患者腦白質(zhì)存在缺血區(qū)，可使免疫細胞能浸潤并釋放多種促炎細胞因子，造成血腦屏障通透性增加、內(nèi)皮細胞損傷及血管功能紊亂[41]。血腦屏障是高度特化的內(nèi)皮細胞膜，其高度選擇性使其可控制轉(zhuǎn)運血腦兩側(cè)物質(zhì)[42]。腦血管內(nèi)皮細胞可以封閉血管內(nèi)皮細胞之間縫隙[42]，其與神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞構(gòu)成腦部神經(jīng)血管單元，發(fā)病初期腦部缺血缺氧，導(dǎo)致神經(jīng)元活動與血管的反應(yīng)功能不匹配，紊亂的神經(jīng)血管單元可引起神經(jīng)炎癥和細胞焦亡[43]。

丁小麗等[44]研究表明葛根素可有效抑制血管性癡呆大鼠大腦皮質(zhì)中神經(jīng)元型一氧化氮合酶、一氧化氮合酶、基質(zhì)金屬蛋白酶-9、白蛋白基因及一氧化氮含量水平升高，提示葛根素能通過抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，減輕大鼠血腦屏障損傷。馬鹍鵬等[45]通過實驗證明葛根素可以減輕腦缺血再灌注造成的血腦屏障超微結(jié)構(gòu)損傷和通透性增加。孫姝嬋等[46]則發(fā)葛根素能調(diào)節(jié)NLRP3/Caspase-1/GSDMD 通路，抑制血管內(nèi)皮細胞遷移、改善H2O2引起的內(nèi)皮細胞損傷，同時降低消皮素D-N 端蛋白、天冬氨酸蛋白水解酶-1、Nod 樣受體蛋白及P2X7 受體蛋白的表達。何苗[47]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素還能上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子、血管緊張素Ⅰ及酪氨酸激酶-2 受體基因表達，使損傷的血管內(nèi)皮細胞的新生，防止炎癥因子滲透。

3 葛根素可降低氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激被認(rèn)為是血管性癡呆發(fā)展過程中的重要啟動因素[48]。腦部炎癥可進一步通過調(diào)控神經(jīng)膠質(zhì)細胞改變神經(jīng)元傳導(dǎo)及興奮性[48]。腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細胞介素-1β（IL-1β）作為炎癥發(fā)生的啟動因子，能誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-6、IL-8 等促炎因子，激活NF-κB 通路，使M1 膠質(zhì)細胞產(chǎn)生神經(jīng)毒素[49]。

汪春燕等[50]研究發(fā)現(xiàn)，葛根素可顯著降低血管性癡呆大鼠模型細胞間黏附分子-1（ICAM-1）、IL-6、IL-1β、TNF-α 水 平。LIAN D 等[51]發(fā) 現(xiàn)，葛根素可抑制減輕由高糖誘導(dǎo)NOD 樣受體熱蛋白3炎性小體激活，抑制caspase-1 產(chǎn)生。WANG J 等[52]通過實驗證明葛根素能顯著抑制血管性癡呆大鼠腦部NF-κB p65 表達，上調(diào)PI3K 和Akt 相關(guān)蛋白水平及降低TNF-α、IL-1β 及IL-6 水平。

研究表明血管性癡呆發(fā)病后的腦部缺血缺氧能誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，活性氧自由基產(chǎn)生可加重血腦屏障的通透性及Aβ 沉積[53]。MDA 則是ROS 與膜磷脂脂肪酸發(fā)生過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，為機體氧化應(yīng)激標(biāo)志物[54]。而SOD 作為機體的抗氧化酶，不僅能調(diào)控過氧化氫酶或谷胱甘肽過氧化物酶抑制氧化應(yīng)激損傷，又可以抑制NO 形成及血小板黏附聚集[54]。核因子E2 相關(guān)因子被激活后，能轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)，誘導(dǎo)下游抗氧化基因血紅素加氧酶-1（HO-1）轉(zhuǎn)錄表達，可進一步催化降解ROS、NO[54]。

葛根素能激活TRPM2/NMDAR 信號通路，下調(diào)血管性癡呆大鼠腦部ROS、MDA 水平，上調(diào)SOD 水平，使NR2A 蛋白表達增加[54]。ZHU T 等[55]研究發(fā)現(xiàn)葛根素能降低血管性癡呆大鼠腦部MDA、谷胱甘肽過氧化物酶水平，顯著清除ROS，增加E2 相關(guān)因子2、叉頭框蛋白O 等蛋白表達。ZHOU Y 等[56]研究則發(fā)現(xiàn)，葛根素能通過激活A(yù)kt/GSK-3β 信號通路，降低MDA 水平，上調(diào)GSH 及HO-1 蛋白表達。此外，朱慧淵[57]發(fā)現(xiàn)葛根素可以直接降低血管性癡呆大鼠腦部NO、NOS 水平。劉曉麗等[58]也證明葛根素能抑制小膠質(zhì)細胞過度增殖，減少腦部TNF-α 和L-1β 表達。

血管性癡呆以其復(fù)雜的腦部神經(jīng)血管損傷嚴(yán)重影響患者的預(yù)后和恢復(fù)，葛根素通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)、改善神經(jīng)突觸可塑性、抑制神經(jīng)元凋亡、抑制神經(jīng)元自噬及清除腦內(nèi)Aβ 等途徑促進患者神經(jīng)血管功能恢復(fù)，見圖1。

圖1 葛根素治療血管性癡呆作用機制Fig.1 Mechanism of action of puerarin in treatment of vascular dementia

4 結(jié)語

葛根素對于血管性癡呆的治療機制以抑制神經(jīng)元凋亡和清除腦內(nèi)過多的Aβ 為主。在其介導(dǎo)的抑制神經(jīng)元凋亡機制中，主要通過激活PI3K/Akt1/GSK-3β 信號通路，抑制凋亡蛋白表達。同時，葛根素不僅直接使腦內(nèi)Aβ 生成減少，還能間接減輕Aβ 異常沉積造成的氧化應(yīng)激、炎癥等神經(jīng)毒性反應(yīng)，充分體現(xiàn)了葛根素多途徑、多靶點防病治病優(yōu)勢。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，葛根素在治療血管性癡呆方面具有較高的應(yīng)用價值。葛根素除能促進血管性癡呆患者神經(jīng)血管功能恢復(fù)外，在抑制鐵死亡、影響腸道微生物改善腦腸軸等方面也可以發(fā)揮療效。目前對于葛根素的研究局限于基礎(chǔ)研究，具體調(diào)控信號通路方面證據(jù)仍不足；另一方面，葛根素直接應(yīng)用在體內(nèi)具有較低的溶解度和生物利用度，臨床應(yīng)用研究相對較少。因此，在今后的研究中應(yīng)使用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)，明確葛根素治療血管性癡呆的作用靶點及信號通路，探索使用葛根素新劑型，采用大樣本臨床研究，為葛根素的臨床應(yīng)用提供可靠依據(jù)。