异钩藤碱对阿尔茨海默病及其他中枢神经系统疾病的药理作用研究进展

罗小金综述，王春梅审校

0 引 言

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是老年痴呆中最为常见的类型，以学习、记忆功能大量缺失和认知功能缺陷为临床特征的神经退行性疾病，病理学特征为细胞外 β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)大量蓄积导致的老年斑形成和细胞内Tau蛋白过度磷酸化导致的神经原纤维大量缠结(neurofibrilary tangles tangles，NFTs)。其发病机制迄今仍未能完全阐明，存在多种假说，如Aβ蛋白级联假说、Tau蛋白假说、免疫炎症假说和自由基损伤假说等。统计研究显示，全球老年痴呆患者接近4千万人，到2050年患者人数将超过1亿人［1］。随着我国人口老龄化的不断加剧，AD患者已超过450万人，给社会医疗带来了沉重的负担［2］。近年来，科研人员发现从传统中药中提取的活性成分，不但可减缓老年痴呆病程，而且副作用较小［3］。

中药钩藤为茜草科钩藤属植物钩藤、大叶钩藤、毛钩藤、华钩藤和白钩藤的带钩茎枝，广泛分布于福建、江西、湖南、广东、广西、贵州、四川等省份，该药性凉、味甘苦，传统医药上用于风热头痛、头晕目眩、小儿惊厥和高血压等［4］。现代医药研究发现，钩藤除具有传统的药理作用外，还具有减少神经元凋亡、抗氧化清除自由基等神经保护功能［5］。钩藤含有30多种具有生物活性的化合物，主要的药理活性成分为总生物碱［6］，分为吲哚类和氧化吲哚类，主要有异钩藤碱(Isorhynchophylline，IRN)、钩藤碱、毛钩藤碱、去氢毛钩藤碱等，其中以IRN和钩藤碱的含量最高，约占钩藤总碱的40%以上［7］。IRN合成方法主要有脯氨酸催化的Mannich-Michael反应或外消旋合成，提取率分别达57%和30%［8］。目前研究发现，IRN作为钩藤主要的生物碱成分，其表现出的药理活性与钩藤非常相似，对中枢神经系统具有较好的神经保护功能［9］。可通过改善认知和记忆功能损伤、拮抗Aβ诱导的神经毒性、抑制Tau蛋白过度磷酸化和减少胶质细胞释放炎性因子等途径作用AD的发生发展进程。

1 IRN对AD的药理作用

AD的病理学特征为细胞外的老年斑形成和细胞内的NFTs，Aβ蓄积被认为是AD发生发展的早期事件，其在细胞内外的毒性作用已有文献报道［10］。钩藤中提取的总生物碱成分，具有抑制神经原纤维形成、拆解Aβ导致的纤维缠结以及改变AD小鼠模型的认知记忆缺陷等功能［11］。因此，通过对AD小鼠或细胞模型的药理实验研究，能有效明确IRN对AD的神经保护功能的作用机制。

1.1 修复认知和记忆功能损伤 在D-gal诱导小鼠认知记忆损伤的实验中，研究人员发现，小鼠皮下注射D-gal(100 mg/kg)和每日口服IRN(20或40 mg/kg)连续8周后，诱导小鼠的脑组织中IRN可明显增加谷胱甘肽浓度、提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性，同时降低丙二醛浓度、增加一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase，iNOS)及核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的活性。实验证实，IRN可通过NF-κB信号转导通路加强脑组织抗氧化和抗炎的功能，改善D-gal诱导小鼠模型的空间学习功能和认知记忆缺陷［12］。Watanabe 等［13］研究发现，含有IRN的钩藤散，可通过抑制前列腺素E2、一氧化氮和环氧化酶-2 mRNA的表达，提高脑组织抗氧化能力，改善局部缺血模型小鼠的空间认知能力。

1.2 拮抗Aβ诱导的神经毒性 Aβ在脑内大量蓄积，诱导氧化应激产生大量活性氧物质并损伤线粒体功能，导致大脑皮质层神经细胞抗氧化功能减弱和神经元凋亡［14］。在Aβ诱导的PC12细胞中加入IRN(20或40 mg/kg)进行预处理，能明显提升细胞的生存能力，减少细胞内的活性氧类和丙二醛的浓度，增加谷胱甘肽的浓度，稳定线粒体膜电位。此外，IRN能明显抑制蛋白凋亡酶-3的活性及DNA片段的形成，降低B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)与BCL2相关的X蛋白 (BCL2-Associated X Protein，Bax)比值。实验结果显示，IRN通过抑制氧化应激反应和细胞凋亡的线粒信号通路，对Aβ诱导的PC12细胞神经毒性具有神经保护功能［15］。

IRN预处理能增强神经细胞的生存能力，抑制Aβ诱导PC-12细胞的DNA碎片的延伸和乳酸脱氢酶的释放。IRN的处理能提高糖原合成激酶-3β和磷酸化AKT(p-AKT)的蛋白浓度。提示IRN的神经保护功能与GSK-3β的抑制有关。而且，IRN能改变Aβ诱导效应元件结合蛋白(phosphorylated-cAMP response element-binding protein，p-CREB)磷酸化周期蛋白(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)浓度下降的情况，而IRN的作用又能被PI3K抑制剂阻滞。以上实验表明，IRN对Aβ诱导的PC12细胞神经毒性的保护作用，与其通过PI3K、Akt和GSK-3β信号通路加强p-CREB的表达有关［16］。

1.3 抑制Tau蛋白过度磷酸化 在实验小鼠中注射Aβ，能导致其Tau蛋白过度磷酸化。IRN(20或40 mg/kg)对Aβ诱导的大鼠连续用药21 d能明显改善认知功能损伤，IRN通过调节Bcl-2/Bax的比值降低mRNA浓度及蛋白表达，激活凋亡蛋白酶-3和凋亡蛋白酶-9，同时抑制 Ser396、Ser404及 Thr205位点的Tau蛋白过度磷酸化，抑制海马区神经元过度凋亡［17］。Sankaranarayanan 等［18］研究显示，对Tau蛋白过度磷酸化的rTg4510转基因小鼠，给予磷酸化Tau蛋白免疫抗体PHF6和PHF13进行干预，能显著预防NFTs，减缓AD的发病进程。以上研究显示，IRN的神经保护功能与抑制Tau蛋白过度磷酸化、激活PI3K和Akt的信号通路存在紧密关联。

1.4 抑制胶质细胞炎性递质的释放 在小鼠胸腺N9小胶质细胞实验中，加入 IRN(1，3，10，30 μmol/L)能剂量依赖性减弱脂多糖诱导的促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF)-α、白细胞介素-1β(interleukin 1β，IL-1β)及一氧化氮的水平［19］。在大鼠原代培养的星形胶质细胞中，加入IRN同样有效地降低了脂多糖诱导mRNA对诱导型iNOS的表达，抑制了 TNF-α、IL-1β和一氧化氮等炎性递质的释放［20］。IRN介导的抑制炎性递质释放的潜在分子机制与抑制iNOS的蛋白表达，细胞外信号调节激酶的磷酸化，p38丝裂原蛋白激酶的活化，以及转录因子κB的核抑制因子α的降解有关［20］。这些结果表明，对于伴有胶质细胞活化的神经退行性病变，IRN对其具有潜在的疗效作用。

2 IRN对其他中枢神经系统的作用

2.1 离体神经元的保护作用 在诱导的永久性脑缺血再灌注大鼠模型中，连续腹部注射IRN(10 mg/kg，30 mg/kg)4 d直至手术取出脑组织。检测脑组织中p-Akt、雷帕霉素哺乳动物靶蛋白(phosphorylatedmammalian target of rapamycin，p-mTOR)、NF-kB、脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)和Claudin-5的蛋白浓度及mRNA表达，显示IRN治疗不但可减缓神经病理学缺陷和减小栓塞肿块，还能增加BDNF、Claudin-5的表达和激活PI3K、Akt和p-mTOR信号通路，同时抑制NF-kB信号通路。因此，IRN通过调节Akt和p-mTOR信号通路对局部缺血性脑损伤具有神经保护作用［21］。

在表达由总RNA编码大鼠脑受体的非洲爪蛙卵母细胞中，IRN竞争性的抑制毒蕈碱受体和5-羟色胺2(5-hydroxy tryptamine，5-HT2)2受体介导的电流反应，通过阻断缺血过程中N-甲基-D-天冬氨酸、毒蕈碱M1和5-HT2受体介导的神经毒性对抗缺血诱导的神经损伤来发挥其神经保护作用［22］。在另一个实验中，使用 IRN(0.1-1.0 mmol/L)预处理之后，通过抑制由谷氨酸引起的Ca2+内流的增加，增强神经元的生存能力。说明在培养的小脑颗粒神经元中，IRN能通过抑制Ca2+内流来拮抗谷氨酸诱导的神经元死亡［23］。

2.2 诱导神经元自噬 α-突触核蛋白在大脑中的积聚既是帕金森病的致病特点又是致病因素。在原代皮质神经元和不同的神经元细胞系，包括N2a、SHSY5Y和PC12细胞，IRN均能诱导其自噬。IRN能促进野生型A53T和A30Pα-突触核蛋白单体的清除，通过自噬-溶酶体途径将α-突触核蛋白寡聚体和α-突触核蛋白-1聚集于神经细胞。再者，IRN可降低人类分化型多巴胺能神经元中野生型和A53T中α-突触核蛋白的水平。实验结果显示，IRN作为神经元自噬的诱导物，通过诱导神经元自噬，减少致病蛋白在神经细胞中的堆积，能对帕金森病起到预防和治疗作用［24］。

2.3 拮抗5-HT的活性 IRN(10 mg/kg，30 mg/kg)呈剂量依赖性的抑制5-HT2A受体介导的头部抽动，用利血平预处理来增强头部抽动，并不影响IRN对小鼠抑制作用的影响。离体实验中，在表达5-HT2A受体的非洲爪蟾卵母细胞中，IRN能剂量依赖性的竞争抑制5-HT诱发的电位，而在表达5-HT2C受体的卵母细胞中，抑制作用则较弱。以上结果表明，在大脑中IRN可能通过竞争性拮抗5-HT2A受体网来抑制5-HT2A受体的功能，并且IRN结构中的吲哚氢成分对5-HT2A受体的拮抗作用至关重要［25］。

2.4 对血脑屏障的通透性 在体实验中，用液相色谱质谱法或质谱多反应监测分析法，可检测到血浆中的IRN、去氢毛钩藤碱、毛钩藤碱、钩藤碱、去氢钩藤碱和甲醚等6种钩藤生物碱。在离体实验中，用内皮细胞、壁细胞和星形胶质细胞共同培养制作血脑屏障模型来检测血脑屏障的通透性，证实以上生物碱均能穿透在体外培养的大脑内皮细胞。表明抑肝散中的IRN在口服后，可被吸收入血并渗透血脑屏障进入大脑，可能是治疗精神疾病的活性药理成分［26］。

3 结 语

大量的实验证实，作为中药钩藤的主要药理活性成分之一，IRN能够通过改善认知学习和记忆损伤，拮抗Aβ诱导的神经毒性，抑制Tau蛋白过度磷酸化、氧化应激、细胞调亡及减少胶质细胞释放炎性因子等神经保护功能来有效减缓AD的发生发展进程。此外，IRN还具有诱导神经元自噬、拮抗5-HT活性及抑制神经细胞钙内流等其他中枢神经系统药理作用。IRN药理活比较强，作为治疗AD及其他中枢神经系统的潜在疗效药物，还需要在现有研究的基础上进行更多的临床应用实验，为将来作为治疗中枢神经系统疾病的有效药物提供科学依据。

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