基于miRNA機(jī)制研究中藥抗阿爾茨海默病作用機(jī)制的研究進(jìn)展*

張彩霞 綜述,劉 然,陳 潔 審校

(1.山東中醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校醫(yī)學(xué)系,山東 煙臺(tái) 264100;2.威海市環(huán)翠區(qū)鯨園社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心,山東 威海 264200)

阿爾茨海默病(alzheimer′s disease,AD)好發(fā)于65歲以上老年人,目前尚無(wú)有效的治療方法。我國(guó)約有700萬(wàn)AD患者,并且呈逐年上升的趨勢(shì),預(yù)計(jì)2040年我國(guó)將成為世界上AD患者數(shù)量最多的國(guó)家[1]。目前大多學(xué)者認(rèn)為,大腦中自由基損傷、神經(jīng)遞質(zhì)紊亂、神經(jīng)細(xì)胞凋亡、Tau蛋白磷酸化和β-淀粉樣蛋白(β-amyloid,Aβ)沉積等是導(dǎo)致AD的主要原因[2]。中醫(yī)認(rèn)為,AD的認(rèn)知功能減退主要與老年人氣血虧虛、瘀血阻竅、痰濁上蒙、腎精不足等因素有關(guān)[3]。中藥在治療AD方面有多靶點(diǎn)、多途徑的優(yōu)勢(shì),在延緩腦組織的衰老和改善學(xué)習(xí)記憶障礙等方面有著獨(dú)特療效。

具有整體治療優(yōu)勢(shì)的中藥復(fù)方湯劑是中藥治療AD的主要途徑,臨床上常用復(fù)方包括補(bǔ)腎填髓、益氣生精、調(diào)理氣血類復(fù)方,補(bǔ)腎健脾益氣、安神定志類復(fù)方和活血化瘀開(kāi)竅、清熱解毒通絡(luò)類等[4-5]。而中藥單體及其提取物在化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、作用機(jī)制和生物靶向活性等方面更有優(yōu)勢(shì),在臨床上也有廣泛研究和使用。

目前針對(duì)AD的中藥治療機(jī)制研究已經(jīng)逐步深入到蛋白、RNA和microRNA(miRNA)的水平。miRNA是腦內(nèi)基因調(diào)節(jié)表達(dá)的關(guān)鍵因子,大腦中的miRNA種類約占目前已發(fā)現(xiàn)人類miRNA總量的70%,其中大腦中約70%的miRNA與AD密切相關(guān)[6]。近年來(lái),隨著中醫(yī)中藥治療AD研究的深入,在AD患者腦組織、細(xì)胞系和模型小鼠中發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的miRNA與AD預(yù)防、發(fā)病和治療有關(guān)。本文系統(tǒng)闡述了近年來(lái)應(yīng)用于AD防治的中藥復(fù)方、單味中藥及其有效部位和成分,總結(jié)了miRNA在中藥防治AD中分子機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展,以期為中藥治療AD提供理論依據(jù)。

1 中藥復(fù)方

1.1補(bǔ)腎填髓、益氣生精、調(diào)理氣血類復(fù)方 中醫(yī)認(rèn)為,腎精虧虛、髓海失充是AD發(fā)病的根本原因。隨著患者年齡逐漸增長(zhǎng),腎精虧虛、氣血不足和腦髓不充等現(xiàn)象會(huì)漸進(jìn)性加重,從而導(dǎo)致了病情進(jìn)一步加重。薯蕷丸是由薯蕷(山藥)、人參、干地黃、當(dāng)歸、柴胡和桂枝等21味中藥研制而成,具有不寒不熱、不膩不燥、補(bǔ)虛而不留邪之功效。在治療老年性疾病和慢性虛損性疾病中療效甚佳[7]。有研究者以56例輕、中度AD患者為研究對(duì)象,給予加減薯蕷丸濃縮湯劑口服,每日2次,每次15 mL。12周后AD治療組血清中miRNA-146a表達(dá)明顯降低,而miRNA-342-3p、miRNA-29a、miRNA-29b、miRNA-107、miRNA-125b和miRNA-181c表達(dá)升高。XIE[8]給予AD輕度和中度患者口服改良薯蕷丸治療12周,AD患者血清中白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、核因子-κB(NF-κB)和miRNA-146a水平均下降,且在治療期間沒(méi)有觀察到明顯的不良反應(yīng),表明加減薯蕷丸可通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA-146a阻斷機(jī)體神經(jīng)炎癥反應(yīng)。以淀粉樣蛋白β1-42(Aβ1-42)寡聚體AD模型大鼠為研究對(duì)象,給予加減薯蕷丸湯劑灌胃后發(fā)現(xiàn),加減薯蕷丸能有效改善AD模型大鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力,大鼠海馬組織病理?yè)p傷也得到了有效緩解。AD模型大鼠海馬中miRNA-34a-5p表達(dá)降低,進(jìn)而調(diào)控了miRNA-34a-5p/PI3K/Akt信號(hào)通路,有效改善AD模型大鼠海馬神經(jīng)元凋亡。同時(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,加減薯蕷丸湯劑也可影響miRNA-34a-5p/Toll-like receptor 4(TLR4)信號(hào)通路,抑制AD模型大鼠海馬小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng),發(fā)揮抗AD作用[9]。

補(bǔ)腎填髓方是由石菖蒲、龜板、淫羊藿、何首烏和遠(yuǎn)志等組成,具有強(qiáng)精益髓、醒神益智之功效。仲美瓊[10]用補(bǔ)腎填髓方干預(yù)Aβ25-35影響的C6大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞發(fā)現(xiàn),補(bǔ)腎填髓方可通過(guò)下調(diào)miRNA-206-3p,同時(shí)增加其靶基因腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain derived neurotropic factor,BDNF)蛋白的表達(dá),從而起到抗AD的作用。

1.2補(bǔ)腎健脾益氣、安神定志類復(fù)方 安神定志方由石菖蒲、黨參、龍齒、遠(yuǎn)志和茯苓等組成,具有鎮(zhèn)靜安神、健脾益氣、定志寧心之功效。研究表明,安神定志方在治療AD方面能夠有效降低炎癥因子水平,進(jìn)而減弱神經(jīng)炎癥反應(yīng),抑制大鼠腦神經(jīng)元損傷,起到修復(fù)大腦認(rèn)知功能和記憶能力的作用[11]。王欣波等[12]給予AD模型大鼠安神定志方灌胃2周,發(fā)現(xiàn)安神定志方是通過(guò)抑制模型鼠海馬miRNA-103a-3p的表達(dá),上調(diào)其靶基因BDNF,抑制Tau蛋白Ser396和Thr231位點(diǎn)的磷酸化水平而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。中藥調(diào)心方是由石菖蒲、黃芪、白芍、桂枝、黨參、柴胡和遠(yuǎn)志等中藥組成。給予APPswe/PS1dE9轉(zhuǎn)基因鼠調(diào)心方灌胃12周,模型鼠大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)中的具有調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化、促進(jìn)神經(jīng)元成熟和凋亡等功能的miRNA-34a表達(dá)下降,模型鼠血清中Aβ1-42水平也呈下降趨勢(shì)[13]。安神定志方和調(diào)心方均可改善海馬組織細(xì)胞形態(tài),促進(jìn)神經(jīng)元損傷的修復(fù),改善AD模型鼠學(xué)習(xí)記憶能力。

參芪益智顆粒由黃芪、人參、黃芩等中藥組成。給予3月齡APPswe/PS1dE9雙轉(zhuǎn)基因小鼠參芪益智顆粒灌胃180 d,發(fā)現(xiàn)參芪益智顆粒可激活MAPK/ERK信號(hào)通路,促進(jìn)miRNA-107-3p和miRNA-15a-5p生成,進(jìn)而抑制β-淀粉樣前體蛋白裂解酶1(β-site APP cleaving enzyme 1,BACE1)蛋白表達(dá)。BACE1是裂解淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)產(chǎn)生 Aβ的第一限速酶,其在AD患者大腦中的蛋白量和酶活性明顯高于正常水平。BACE1減少可降低Aβ1-42生成及血清中基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)水平,能夠改善APPswe/PS1dE9轉(zhuǎn)基因小鼠學(xué)習(xí)記憶功能,從而發(fā)揮抗癡呆作用[14]。

1.3活血化瘀開(kāi)竅、清熱解毒通絡(luò)類復(fù)方 地黃飲子由肉蓯蓉、巴戟天、熟地黃、石斛、遠(yuǎn)志、石菖蒲等15味藥組成。臨床研究表明,地黃飲子可保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元及其微環(huán)境,防止抗氧化酶活性,調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)炎性作用,也能明顯改善AD患者的認(rèn)知能力,而且不良反應(yīng)較少[15]。給Aβ1-42寡聚體法的AD動(dòng)物模型連續(xù)地黃飲子給藥4周,發(fā)現(xiàn)地黃飲子可靶向降低大鼠腦組織中miRNA-34a-5p表達(dá),進(jìn)而影響PI3K/Akt/Bcl-2信號(hào)通路,緩解海馬膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng),抑制神經(jīng)元凋亡,延緩AD的病程[16]?；钛獦s絡(luò)方是由雞血藤、黃精、乳香、川芎和石楠藤等組成,有滋陰活血、通經(jīng)活絡(luò)的作用,對(duì)AD陰虛血瘀證頗為有效?；钛獦s絡(luò)方中含有豆甾醇、芒柄花黃素和β-谷甾醇等多種有效活性成分。采用生物信息學(xué)技術(shù)分析活血榮絡(luò)方在調(diào)節(jié)AD自噬方面的分子學(xué)機(jī)制發(fā)現(xiàn),活血榮絡(luò)方可調(diào)節(jié)miRNA-302a、miRNA-513、miRNA-193等miRNA和APP、Alpha-synuclein(SNCA)、Prostaglandin-Endoperoxide Synthase 2(PTGS2)等多基因靶點(diǎn),通過(guò)發(fā)揮內(nèi)肽酶、半胱氨酸型肽酶和天冬氨酸肽酶活性等多分子功能,參與調(diào)控突觸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、氧化應(yīng)激反應(yīng)和肽絲氨酸修飾等過(guò)程,具有治療AD的作用[17]。

2 中藥單體

2.1小檗堿 小檗堿又名黃連素,是一種從多種含黃連的中草藥中提純而成的異喹啉類生物堿,具有清熱燥濕、瀉火解毒的作用,多用于治療由細(xì)菌感染引起的消化道疾病,例如痢疾等。近年研究發(fā)現(xiàn),小檗堿除具有抗感染、抗炎癥作用外,還有抗氧化應(yīng)激和改善記憶衰退等多種藥理活性。在多種記憶缺陷的動(dòng)物模型中,小檗堿通過(guò)抗氧化應(yīng)激、膽堿酯酶抑制和抗淀粉樣蛋白等效應(yīng),發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)的作用,進(jìn)而有改善AD記憶的效果[18]。用小檗堿處理BV2和N2a細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn),其可通過(guò)miRNA-188/NOS1軸減輕Aβ誘導(dǎo)的BV2和N2a細(xì)胞模型的神經(jīng)元凋亡,并能增加細(xì)胞活力[19]。WANG等[20]用小檗堿處理PC12細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn),小檗堿可降低PC12細(xì)胞中miRNA-107并升高其靶基因ZNF217的水平,進(jìn)而降低Aβ25-35誘導(dǎo)的炎癥損傷、細(xì)胞凋亡和Tau磷酸化,起到保護(hù)PC12細(xì)胞的作用。GE等[21]發(fā)現(xiàn),用小檗堿處理后的SK-NSH和HPN神經(jīng)元中,lncRNA BACE1-AS可上調(diào)其直接靶標(biāo)miRNA-132-3p的水平,減弱Aβ25-35的神經(jīng)元損傷作用,在AD中起到保護(hù)神經(jīng)元的作用。用不同濃度的小檗堿處理SK-NSH 細(xì)胞模型后,使具有調(diào)控細(xì)胞增殖及凋亡相關(guān)蛋白作用的miRNA-137表達(dá)上調(diào),同時(shí)miRNA-137也可靶向抑制淀粉樣蛋白前體蛋白APP的水平,抑制Aβ25～35誘導(dǎo)的SK-NSH細(xì)胞凋亡,從而保護(hù)神經(jīng)元[22]。

2.2姜黃素 姜黃素是一種從生姜、芥末、咖哩等姜科和天南星科的植物根莖中提取的二酮類化合物。研究表明,姜黃素有抗病毒、抗感染、抗氧化和抗炎癥等廣泛的藥理活性,而且不良反應(yīng)小。近年來(lái)在AD動(dòng)物模型和細(xì)胞模型中均發(fā)現(xiàn)姜黃素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有保護(hù)作用。姜黃素可通過(guò)影響PI3K/Akt/mTOR和 AMPK/ULK1等信號(hào)途徑上調(diào)miRNA-143,激活細(xì)胞的自噬機(jī)制,減少Reactive Oxygen Species(ROS)積累,發(fā)揮抑制氧化損傷的作用[23]。反之,姜黃素也可通過(guò)上調(diào)miRNA-145抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路,進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞的自噬作用,有選擇性地靶向損傷細(xì)胞,起到保護(hù)AD神經(jīng)元的作用。低劑量姜黃素可顯著減低有神經(jīng)促炎作用的miRNA-146a水平,上調(diào)補(bǔ)體因子H蛋白表達(dá)。抑制小膠質(zhì)細(xì)胞表型,緩解神經(jīng)炎癥反應(yīng),同時(shí)也提高了巨噬細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬能力和清除機(jī)制[24]。最近研究表明,姜黃素能夠上調(diào)PC12細(xì)胞模型中miRNA-106a的表達(dá)水平,抑制APP產(chǎn)生,進(jìn)而有治療AD的作用[25]。

2.3白藜蘆醇(RSV) RSV是一種植物來(lái)源的天然多酚,在花生、葡萄和虎杖等多種藥用植物中含量較高,具有體外抗炎,抗氧化和神經(jīng)保護(hù)等多種生物功能,是植物體遭受到病原侵害或逆境時(shí)所產(chǎn)生的一種重要的抗毒素。有研究表明,白藜蘆醇可預(yù)防AD小鼠的神經(jīng)變性和認(rèn)知能力下降,其抗氧化活性可改善記憶力,能夠調(diào)控與AD發(fā)病密切相關(guān)的miRNA發(fā)揮神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用。白藜蘆醇可以減弱Aβ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性,降低細(xì)胞凋亡,并減少APP轉(zhuǎn)基因小鼠腦組織中淀粉樣蛋白沉積等作用[26]。miR-155是AD發(fā)病機(jī)制中的一種多功能miRNA,其上調(diào)可加重神經(jīng)炎癥作用。白藜蘆醇以miRNA-663依賴性方式減弱LPS對(duì)促炎性miRNA-155的上調(diào),從而起到神經(jīng)抗炎作用[27]。白藜蘆醇生物利用度低,體內(nèi)溶解度低。通過(guò)研制白藜蘆醇-硒納米顆粒(RSV-SeNPs)發(fā)現(xiàn),RSV-SeNPs能夠改善膽堿能缺陷和Aβ清除,上調(diào)Sirtuin-1(SIRT1)的表達(dá)并降低miRNA-134的表達(dá),通過(guò)抗氧化劑、抗炎作用和促進(jìn)神經(jīng)元突起的生長(zhǎng),從而改善神經(jīng)認(rèn)知功能[28]。

研究表明,通過(guò)白藜蘆醇治療后,自然衰老的小鼠海馬中miRNA-134和miRNA-124的水平下調(diào)。miRNA-124和miRNA-134的降低又可上調(diào)靶基因環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)的表達(dá),增加BDNF的合成,促進(jìn)突觸可塑性相關(guān)基因的激活,形成miRNA134/124-CREB-BDNF信號(hào)通路,抑制中樞神經(jīng)衰老,延緩認(rèn)知功能的降低,從而對(duì)老年小鼠的記憶形成和LTP誘導(dǎo)有積極作用[29]?？椎だ虻萚30]給AD模型小鼠灌胃不同劑量白藜蘆醇,發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可提高AD小鼠大腦中miRNA-106b的表達(dá)并降低其靶基因AD病理樣蛋白(APP、Tau)的表達(dá),提高P62和ApoA1的水平,影響血清高密度脂蛋白代謝,緩解AD的進(jìn)展,白藜蘆醇干預(yù)組小鼠記憶功能較模型組均有不同程度提高。

2.4蛇床子素 蛇床子素是中藥獨(dú)活的主要生物活性成分之一,具有解痙攣、降血壓、抗腫瘤、抗炎癥和改善學(xué)習(xí)記憶能力、延緩衰老等藥理活性。近年研究發(fā)現(xiàn),蛇床子素能改善AD 模型細(xì)胞損傷,維持AD神經(jīng)元突觸的結(jié)構(gòu)和功能。轉(zhuǎn)染APP 595/596基因的AD小鼠神經(jīng)元給予蛇床子素干預(yù)24 h后,miRNA-107和miRNA-9表達(dá)升高,其靶基因 BACE1 蛋白表達(dá)降低,從而抑制 APP水解生成Aβ,Aβ淀粉樣斑塊形成減少,細(xì)胞凋亡和損傷降低,發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的作用[31]。給予9月齡APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠蛇床子素連續(xù)灌胃6周后,用 Agilent miRNA基因芯片檢測(cè)腦組織miRNA基因譜,結(jié)果顯示蛇床子素能夠顯著上調(diào)miRNA-101和miRNA-101a-3p水平,降低其靶基因APP表達(dá),Aβ產(chǎn)生減少,從而減輕AD的癥狀[32]。

2.5人參皂苷 人參皂苷占人參總含量的90%以上,是人參的藥用價(jià)值的主要來(lái)源。人參皂苷Rg1(Rg1)是人參皂苷中最重要的活性分子之一,有抗神經(jīng)炎癥、抗氧化應(yīng)激、抗神經(jīng)細(xì)胞凋亡、抗過(guò)敏、抗癌、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力和促細(xì)胞生長(zhǎng)等作用。SAMP8模型小鼠經(jīng)GRg1+石菖蒲處理后,小鼠大腦中miRNA-873-5p的表達(dá)升高,其靶基因血紅素加氧酶1(HMOX1)降低,從而有抑制神經(jīng)元凋亡作用。研究發(fā)現(xiàn)慢性應(yīng)激大鼠給予Rg1治療后,其miRNA-134明顯上調(diào),同時(shí)改善了抑郁行為。另一方面,Rg1可通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA-124信號(hào)通路促進(jìn)小鼠脂肪源性干細(xì)胞向神經(jīng)元方面分化[33]。

2.6銀杏葉提取物 銀杏葉提取物(EGb)是銀杏經(jīng)分離純化后提取的物質(zhì),黃酮類和萜內(nèi)酯類是其主要活性成分,具有開(kāi)竅醒腦、改善認(rèn)知、改善循環(huán)、增加腦血流量等作用,對(duì)神經(jīng)退行性疾病有治療作用。用銀杏葉提取物干預(yù)東莨菪堿(SCO)誘導(dǎo)的AD大鼠模型,在行為學(xué)上可明顯改善大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力。模型大鼠大腦中miRNA-1-3p和miRNA-206-3p的表達(dá)降低,并提高了其靶基因Postsynaptic density-95(PSD-95)的水平,導(dǎo)致海馬神經(jīng)元樹(shù)突棘密度和蘑菇型棘的比例增加,有改善突觸功能障礙的作用[34]。

2.7鹿茸多肽 鹿茸多肽(velvet antler polypeptides,VAP) 是一種蛋白多肽類活性因子,提取于雄性梅花鹿幼角中,具有增強(qiáng)免疫力、抗氧化和神經(jīng)保護(hù)等方面的作用,可提高輕度癡呆小鼠認(rèn)知記憶能力,改善微波輻射對(duì)小鼠神經(jīng)細(xì)胞的損傷。將miR-613轉(zhuǎn)染到SK-N-SH細(xì)胞中;然后轉(zhuǎn)染Aβ25-35和VAP。發(fā)現(xiàn)VAP可增強(qiáng)miRNA-613的同時(shí)降低其靶基因Histone deacetylase-6(HDAC6)蛋白水平、MDA含量、細(xì)胞凋亡率和Bax蛋白水平,從而抑制Aβ25-35誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,治療AD[35]。

AD 屬于中醫(yī)學(xué)“癡呆”“呆證”的范疇,以髓?？仗摓楸?痰濁、瘀血阻絡(luò)為標(biāo),病性以本虛標(biāo)實(shí)為主,其根本原因是腎虛髓空。近年來(lái)臨床試驗(yàn)表明,中藥改善AD取得了較好療效。中醫(yī)藥防治AD方面不但有多途徑、多靶點(diǎn)、多層次的優(yōu)勢(shì),而且藥物的不良反應(yīng)低。中藥通過(guò)調(diào)控miRNA及miRNA-mRNA等分子機(jī)制可調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)、改善線粒體功能、減輕氧化應(yīng)激、降低神經(jīng)炎癥、減少Aβ的生成、抑制Tau 蛋白過(guò)度磷酸化、抑制神經(jīng)元的凋亡等發(fā)揮抗 AD 作用。中藥可延緩病情漸進(jìn)性加重,逆轉(zhuǎn)神經(jīng)退行性疾病病程的發(fā)展,提高患者的生活質(zhì)量,減輕患者家庭和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),因而具有良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。但目前中藥有效成分復(fù)雜多樣,可以作用于多個(gè)miRNA和多個(gè)下游基因,各成分之間關(guān)系有待明確。中藥抗AD機(jī)制研究方面起步較晚,目前科研重點(diǎn)主要多集中在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段,臨床應(yīng)用研究較少。相信隨著運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷更新,加強(qiáng)多學(xué)科多領(lǐng)域交叉研究合作,同時(shí)開(kāi)展更廣泛、更深入的中藥臨床研究,探討合理的中藥防治 AD 的診療方案,為防治AD 提供新的發(fā)展方向。