基于阿爾茨海默病β-淀粉樣蛋白發(fā)病機(jī)制探討典型中藥防治概況*

鄒文奇,任晶,劉靜頤,盛瑜

(北華大學(xué)藥學(xué)院,吉林 132013)

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)俗稱老年癡呆癥,是一種以老年斑、神經(jīng)元纖維纏結(jié)和神經(jīng)元丟失為主要病理特征的進(jìn)行性神經(jīng)衰退性疾病,該病的主要臨床表現(xiàn)為學(xué)習(xí)記憶障礙、認(rèn)知功能障礙、語(yǔ)言功能障礙等[1]。目前學(xué)術(shù)界對(duì)于AD的致病機(jī)制包括:β-淀粉樣蛋白(amyloid β protein,Aβ)學(xué)說(shuō)、氧化應(yīng)激假說(shuō)、tau蛋白假說(shuō)、細(xì)胞凋亡假說(shuō)等。前期,國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)上述各種假說(shuō)機(jī)制進(jìn)行深入研究,并研制出幾類治療AD的化學(xué)藥物,但由于其單一靶向性,僅能對(duì)AD的某一環(huán)節(jié)具有改善作用,如減輕精神神經(jīng)癥狀,并常伴有不同程度的不良反應(yīng)[2-3]。中藥防治AD具有多層次、多方向、多靶點(diǎn)的特點(diǎn)[4],如鮮天麻提取物能夠有效抑制小鼠海馬區(qū)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleurin,IL)-6等促炎因子的釋放,增加IL-10、IL-4等抗炎因子的釋放,下調(diào)NF-κB表達(dá),上調(diào)Nrf2表達(dá)水平,并通過此種途徑發(fā)揮抗炎與抗氧化作用;同時(shí),鮮天麻提取物還能夠通過激活PI3K/Akt信號(hào)通路減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡[5]。另外,中藥有效成分具有結(jié)構(gòu)新穎,活性多樣的特點(diǎn),可作為治療AD的先導(dǎo)化合物的主要來(lái)源。近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn),AD的上述假說(shuō)具有一定的關(guān)聯(lián)性[6]。尤其是Aβ假說(shuō)涵蓋氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞凋亡等機(jī)制,與中藥多靶點(diǎn)、多途徑的特點(diǎn)相契合。

目前,中醫(yī)藥防治AD的研究取得一定成果,筆者將近年來(lái)單味中藥及其有效成分通過調(diào)控不同的信號(hào)通路調(diào)節(jié)Aβ代謝,改善及控制AD進(jìn)展的研究進(jìn)行綜述,為研究中醫(yī)藥治療AD的作用機(jī)制提供參考。

1 基于Aβ假說(shuō)的中藥有效成分對(duì)AD的防治機(jī)制研究概況

AD的致病過程是一個(gè)多機(jī)制、多因素、極為復(fù)雜的過程,主要包括:膽堿能缺失、神經(jīng)元凋亡、氧化應(yīng)激等多種因素。Aβ學(xué)說(shuō)認(rèn)為Aβ具有神經(jīng)毒性,并可誘發(fā)炎癥反應(yīng),損傷神經(jīng)系統(tǒng)。機(jī)體正常狀態(tài)下Aβ的產(chǎn)生和降解處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài),但是當(dāng)機(jī)體處于病理狀態(tài)時(shí)Aβ的降解減少,并導(dǎo)致大量Aβ沉積繼而產(chǎn)生淀粉樣蛋白斑[7-8]。通過大量文獻(xiàn)檢索總結(jié)出Aβ能夠致使神經(jīng)突觸功能障礙[9]、介導(dǎo)過氧化損傷致使神經(jīng)元細(xì)胞凋亡[10-11]、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)致使神經(jīng)元發(fā)生退化性病變[12-14]、致Tau異常磷酸化并引起神經(jīng)細(xì)胞損傷[15-16];Aβ大量沉積所產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞毒性包括:誘導(dǎo)自由基產(chǎn)生[11]、破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、加重細(xì)胞內(nèi)的Ca2+超載并釋放炎癥因子[12-13];Aβ沉積還將導(dǎo)致tau蛋白的過度磷酸化最終將會(huì)形成NFT[15-16]。與Aβ學(xué)說(shuō)相關(guān)的信號(hào)通路包括MAPK信號(hào)通路(ERK、P38、JNK)[17-19]、PI3k/Akt信號(hào)通路[20-22]、NMDA受體通路[23]、mGluR5信號(hào)通路[2]等。

2021年美國(guó)食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)Biogen公司阿杜那單抗 (aducanumab)上市,該藥物研發(fā)以Aβ假說(shuō)為基礎(chǔ),治療機(jī)制與選擇性與Aβ結(jié)合,清除AD患者大腦中的Aβ堆積相關(guān),雖然其臨床效果備受爭(zhēng)議,但仍舊是首個(gè)證明清除Aβ蛋白可以治療AD的里程碑藥物。石杉?jí)A甲、甘露特鈉作為我國(guó)自主研制的AD臨床用藥能有效降低Aβ生成,該藥物揭示中醫(yī)藥調(diào)控Aβ的巨大潛力[24]。目前,研究發(fā)現(xiàn)中藥有效成分生物堿、黃酮類、皂苷類、多酚類、多糖類化合物具有顯著的抑制Aβ生成和沉積,或促進(jìn)Aβ清除與轉(zhuǎn)運(yùn)的作用。見表1。

表1 各成分抗AD作用機(jī)制

由此可見,對(duì)于中藥防治AD的研究近年來(lái)逐漸增多,多種中藥及其有效成分展現(xiàn)出基于Aβ假說(shuō)治療AD防治的可能,但大多數(shù)研究?jī)H針對(duì)于藥物對(duì)Aβ的作用及機(jī)制,未深入研究其對(duì)Aβ假說(shuō)相關(guān)聯(lián)的氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞凋亡的影響,尚未體現(xiàn)中藥防治AD的系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),對(duì)于姜黃、黃芪、銀杏葉基于Aβ假說(shuō)的防治AD的機(jī)制研究已較為深入。

2 基于Aβ假說(shuō)的典型中藥防治AD研究

2.1姜黃 姜黃(CurcumalongaL.)為姜科姜黃屬植物姜黃的干燥根莖,具有破血行氣、痛經(jīng)止疼的功效。姜黃素(curcumin)為姜黃根莖中提取到的多酚類物質(zhì),是植物姜黃中最為主要的生物活性成分,具有良好的抗炎、抗腫瘤、抗氧化、增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶力等功效[44]。由于姜黃素具有多種藥理活性使其在研究領(lǐng)域備受關(guān)注,目前對(duì)于姜黃素的研究日趨增多。

眾所周知,AD的發(fā)生和發(fā)展過程中存在兩種組織學(xué)標(biāo)記物:Aβ沉積以及磷酸化的tau蛋白,而姜黃素能夠針對(duì)這兩種組織學(xué)標(biāo)記物產(chǎn)生一定的作用。姜黃素能通過下調(diào)BACE1的表達(dá),防止APP轉(zhuǎn)變?yōu)锳β,并以此途徑起到有效阻止Aβ的形成以及Aβ沉積[43]。由此能夠進(jìn)行合理推測(cè),姜黃素為BACE1的抑制劑。相關(guān)研究表明,向人的神經(jīng)母細(xì)胞瘤SH-SY5Y細(xì)胞中加入姜黃素后能夠有效減少Aβ的生成,GSK-3β的蛋白表達(dá)量顯著降低,并且呈現(xiàn)出劑量依賴以及時(shí)間依賴[45]。證明GSK-3β與Aβ的生成密切相關(guān),并且正是通過降低GSK-3β的蛋白表達(dá)量的途徑起到抑制Aβ的生成和聚集的目的從而影響AD的發(fā)生和發(fā)展。姜黃素還能夠通過調(diào)節(jié)GSK-3β的表達(dá)參與tau磷酸化的過程,GSK-3β蛋白表達(dá)下降能夠有效抑制tau的過度磷酸化,避免產(chǎn)生神經(jīng)毒性保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)[46]。此外,姜黃素還能夠介導(dǎo)Aβ所誘導(dǎo)的NMDAR磷酸化,防止細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)水平升高,避免由于炎癥因子的釋放和炎癥反應(yīng)的發(fā)生所帶來(lái)的神經(jīng)細(xì)胞損傷[47]。俞柏翎等[48]研究發(fā)現(xiàn),姜黃素能夠改善AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶力功能以及軸突和突觸功能的退化,通過PI3K/Akt/GSK3信號(hào)通路介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)使GSK-3β蛋白表達(dá)降低,修復(fù)AD大鼠海馬區(qū)受損的神經(jīng)細(xì)胞。

在體外實(shí)驗(yàn)中,姜黃素能夠阻斷Aβ激活ERK1/2以及P38MAPK信號(hào)通路,從而減少TNF、IL-6、IL-1的相關(guān)蛋白表達(dá)以及mRNA的表達(dá)水平;同時(shí)能夠有效抑制NF-κB信號(hào)通路的激活,有效減少細(xì)胞因子的產(chǎn)生并通過此種途徑減少神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)[49-50]。LIU等[51]發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠與PPARγ結(jié)合,增加PPARγ的相關(guān)蛋白表達(dá),并推測(cè)PPARγ為姜黃素抗炎作用的潛在靶點(diǎn),且體內(nèi)體外無(wú)差異。

2.2黃芪 黃芪為豆科黃芪屬植物蒙古黃芪Astragalusmemeranaceus(Fisch.)Bge.Var.mongholicus(Bge.)Hsiao或膜莢黃芪A.membranaceus(Fisch.)Bge.的根。研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖和黃芪甲苷具有一定的抗AD作用。

黃芪多糖(Astragalus polysaccharides,APS)能夠發(fā)揮其神經(jīng)保護(hù)作用,減少細(xì)胞損傷以及減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡。細(xì)胞色素-C(Cytochrome-C,Cyt-C)在線粒體內(nèi)表達(dá),主要參與能量傳遞。而AD患者的線粒體膜通透性發(fā)生改變,Cyt-C進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中與凋亡蛋白酶活化因子-1結(jié)合形成凋亡體激活Caspase-9后將會(huì)加重Caspase-3級(jí)聯(lián)反應(yīng)從而加強(qiáng)神經(jīng)細(xì)胞DNA斷裂并造成細(xì)胞凋亡[52]。屈文英等[53]驗(yàn)證APS具有改善AD大鼠癥狀的作用,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示APS能夠明顯減少大鼠海馬組中Cyt-C、Caspase-3以及Caspase-9的蛋白和mRNA表達(dá)水平;Morris水迷宮以及避暗實(shí)驗(yàn)的行為學(xué)結(jié)果表明:APS確系改善AD大鼠學(xué)習(xí)記憶能力。由此可知,APS是通過抑制Cyt-C、Caspase-3、Caspase-9信號(hào)通路的途徑減少海馬組織發(fā)生氧化損傷、抑制神經(jīng)元細(xì)胞的凋亡并改善AD大鼠的認(rèn)知功能障礙,增強(qiáng)學(xué)習(xí)記憶能力的。

黃芪甲苷又被稱為“超級(jí)黃芪多糖”,是黃芪多糖中更具生物活性的成分。黃芪甲苷同樣具備防治AD的作用。趙啟躍等[41]使用脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)處理小鼠探討黃芪甲苷對(duì)AD的作用,發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷能夠降低ROS、MDA含量;升高SOD、GSH-Px的活性;黃芪甲苷能夠下調(diào)NADPH的關(guān)鍵亞基gp91phox(催化亞基)和P47phox(組裝復(fù)合物的關(guān)鍵亞基)蛋白的表達(dá)。抑制NADPH相關(guān)氧化酶表達(dá)能夠有效抑制ROS的釋放以及氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。因此,黃芪甲苷發(fā)揮抗AD作用應(yīng)為通過降低ROS、MDA含量,增加SOD、GSH-Px的活性降低腦內(nèi)氧化應(yīng)激水平從而發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞的作用。黃芪甲苷Ⅳ(Astragalus Ⅳ,AS-Ⅳ)為APS中某一單體成分,同樣具有明確抗AD作用。AS-Ⅳ能夠顯著增加PPARγ的表達(dá),從而減少BACE1的活性并減少Aβ的產(chǎn)生和沉積[54];AS-Ⅳ還能夠增加AD模型中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)含量,其機(jī)制為PPARγ通路減少Caspase-1、GSK-3β表達(dá)后減少tau蛋白異常磷酸化并減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡[55]。因此,AS-Ⅳ極大可能通過促進(jìn)PPARγ/BDNF信號(hào)通路的表達(dá)抑制海馬神經(jīng)元凋亡并改善學(xué)習(xí)記憶障礙。AS-Ⅳ能夠增加海馬組織中SOD、GSH-Px、CAT的活性;降低海馬組織中的IL-1β、TNF-α水平[56]。AS-Ⅳ通過降低神經(jīng)細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)和神經(jīng)炎癥的發(fā)生發(fā)揮其抗AD功效[56]。

2.3銀杏葉 銀杏葉為銀杏科植物銀杏GinkgobilobaL.的干燥葉,具有活血化瘀、通經(jīng)止絡(luò)等多種藥理活性。銀杏葉提取物(Ginkgo biloba extract,GBE)為銀杏葉經(jīng)過乙醇回流提取精制而成。GBE能夠通過改善細(xì)胞能量代謝,抑制細(xì)胞色素C的釋放并上調(diào)抗凋亡的Bcl-2蛋白水平,下調(diào)促凋亡的Bax蛋白以及Caspase-3和Caspase-9的表達(dá)水平,從而一定程度上減少細(xì)胞損傷以及神經(jīng)細(xì)胞的凋亡[57];GBE能提升腦細(xì)胞對(duì)氧氣和葡萄糖的利用率,減少腦內(nèi)Aβ斑塊的產(chǎn)生,發(fā)揮其對(duì)腦脂質(zhì)過氧化的保護(hù)作用,進(jìn)而改善AD患者的認(rèn)知功能障礙[58]。LEJRI等[59]使用SH-SY5Y神經(jīng)母細(xì)胞瘤進(jìn)行2D和3D培養(yǎng),研究結(jié)果顯示,GBE(100 μg·mL-1)組在2D表面培養(yǎng)中與神經(jīng)生長(zhǎng)因子(nerve growth factor,NGF)組對(duì)增加神經(jīng)突數(shù)量與生長(zhǎng)的效果相似,神經(jīng)突數(shù)量均增加約77%,神經(jīng)突長(zhǎng)度增長(zhǎng)約216%;在3D表面培養(yǎng)中神經(jīng)計(jì)數(shù)增加79%、神經(jīng)長(zhǎng)度增長(zhǎng)75%。磷酸蛋白Akt、PI3K表達(dá)水平存在明顯增加,GSK-3β表達(dá)水平顯著下降。由此可知,GBE激活A(yù)kt/mTOR通路并對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞生長(zhǎng)和存活發(fā)揮正向作用。Akt的活化形式主要通過mTOR影響該蛋白質(zhì)的合成并通過影響GSK-3β途徑抑制糖代謝[59];GBE通過使磷酸酶PTEN失活后激活PI3K/Akt/mTOR通路,抑制GSK-3β表達(dá)從而減少Aβ聚集,合理發(fā)揮抗AD的作用[59]。

GBE的成分復(fù)雜,其中充分發(fā)揮抗AD作用的為銀杏黃酮和銀杏內(nèi)酯。其中銀杏黃酮具有非常明確的抗氧化活性[57],其作用機(jī)制為能夠增加細(xì)胞色素P450的活性,從而加速體內(nèi)ROS的清除,并有效增加包括SOD、GSH等抗氧化相關(guān)蛋白的表達(dá)與活性,銀杏黃酮可與過量氧化重金屬離子進(jìn)行結(jié)合,避免其與Aβ結(jié)合后發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)?；诖?銀杏黃酮明確發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)免受氧化損傷的功效。

銀杏內(nèi)酯對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)同樣具有調(diào)節(jié)作用,銀杏內(nèi)酯能夠抗細(xì)胞凋亡、清除自由基保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)。銀杏內(nèi)酯能夠通過抑制半胱天冬酶表達(dá)的mRNA轉(zhuǎn)錄,下調(diào)凋亡蛋白Bax表達(dá)的mRNA,上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達(dá)水平,并增加該蛋白在細(xì)胞中的積累,最后將導(dǎo)致Caspase-9的活性降低[60]。經(jīng)過以上途徑使細(xì)胞中p53以及p21表達(dá)降低避免神經(jīng)細(xì)胞凋亡。銀杏內(nèi)酯還能夠有效清除自由基[61]。主要通過介導(dǎo)Akt/Nrf2信號(hào)通路,使抗氧化蛋白表達(dá)水平升高,減少氧化應(yīng)激損傷的發(fā)生,同時(shí)還能夠與超氧化物進(jìn)行結(jié)合并發(fā)生反應(yīng)。此外,銀杏內(nèi)酯能夠逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元的死亡,通過抑制CDK5、GSK-3β、BACE1信號(hào)通路減少tau蛋白的過度磷酸化,避免細(xì)胞死亡、突觸功能受損從而保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞[62]。

2.4小結(jié) 姜黃、黃芪、銀杏葉作為中藥中藥理活性豐富的代表,均具有以Aβ相關(guān)信號(hào)通路蛋白為靶點(diǎn)的多層次、多方向防治AD的機(jī)制。其中關(guān)于黃芪與姜黃的研究致力于考察單體化合物對(duì)于AD的作用,而關(guān)于銀杏葉的研究在考察單體化合物對(duì)AD作用的同時(shí),對(duì)銀杏葉提取物防治AD的作用及機(jī)制也進(jìn)行深入研究,更符合中藥藥性理論,一定程度上保留中藥中醫(yī)辨證論治的關(guān)系。姜黃活性成分姜黃素通過調(diào)節(jié)NF-κB和MAPK信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用,通過介導(dǎo)GSK-3β信號(hào)通路抑制Aβ聚集;黃芪活性成分黃芪甲苷在抗氧化的同時(shí),通過介導(dǎo)PPARγ信號(hào)通路抑制Aβ產(chǎn)生和沉積;銀杏葉提取物可通過激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路,以及增加腦細(xì)胞對(duì)氧和葡萄糖的利用率,減少Aβ斑塊形成,同時(shí)通過抑制Cyt-C釋放,進(jìn)而抑制神經(jīng)元細(xì)胞凋亡。由上述研究可見,以Aβ機(jī)制為紐帶,將多種AD致病因素相關(guān)聯(lián),如抗炎、抗氧化、抗神經(jīng)細(xì)胞凋亡、提高神經(jīng)細(xì)胞氧和葡萄糖利用率,可較為全面和深入地探索中藥防治AD的機(jī)制,并與Aβ假說(shuō)涵蓋氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞凋亡等多方面機(jī)制相契合,展現(xiàn)中藥防治AD的優(yōu)勢(shì)。

3 展望

目前對(duì)于AD的治療主要集中于化藥和生物藥,多種中藥成分在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)明確具有抑制Aβ聚集、減輕AD癥狀、延緩AD病程的作用。但現(xiàn)階段的研究仍存在一些亟待解決的問題。首先,基于Aβ假說(shuō)研究中藥治療AD,研究多以單一的Aβ靶點(diǎn)為切入點(diǎn),缺少對(duì)多種機(jī)制的探究,未能體現(xiàn)Aβ假說(shuō)與氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞凋亡關(guān)聯(lián)性,也未能體現(xiàn)中藥治療疾病的整體觀念,缺少基于藥物研發(fā)探索中醫(yī)病理與西醫(yī)病理之間內(nèi)在聯(lián)系的科學(xué)理念。其次,中藥的一些有效物質(zhì)分子量較大,如多糖很難通過血腦屏障到達(dá)AD的海馬區(qū)病灶部位,因此這些物質(zhì)具體通過何種方式在腦中發(fā)揮作用需要更進(jìn)一步的研究與探索。最后,針對(duì)AD防治的中藥研究多集中于單體化合物給藥,從實(shí)驗(yàn)對(duì)象上未體現(xiàn)出中藥多組分相互作用的優(yōu)勢(shì),也未體現(xiàn)中藥配伍適應(yīng)復(fù)雜病情、減少不良反應(yīng)的特點(diǎn)。綜上可知,針對(duì)上述問題,可以在“守正”的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物技術(shù),用“創(chuàng)新”的理念進(jìn)一步深入探究中醫(yī)藥防治AD的復(fù)雜機(jī)制,為中藥應(yīng)用于AD的臨床治療提供研究思路和依據(jù)。