天然药物保护神经元治疗阿尔茨海默病研究新进展❋

陈俊宗，江耀飞，洪芬芳，杨树龙

(1. 南昌大学基础医学院生理教研室，南昌 330046； 2. 中山大学附属第七医院，广东 深圳 518107； 3. 武汉大学中南医院，武汉430061； 4. 南昌大学医学实验教学中心，南昌 330046)

阿尔茨海默病(alzheimer disease, AD)是一种神经退行性疾病，源于脑细胞死亡导致记忆丧失和认知能力下降以及日常生活活动的受限[1]。随着全球老龄化的发展，痴呆成为全世界的主要健康问题。AD是最常见的痴呆类型，患病比例占痴呆患者的60%。众多研究表明，在AD进展中，大脑中有相当数量的神经元退化和丢失，且有报道指出神经元凋亡可能是AD病理特征重要的组成部分。AD的原因和机制尚不明确，目前仍然没有有效的治疗方法能够预防、停止或逆转AD，因此对于患者、家庭及社会来说，寻找可以阻止疾病进展的药物具有强大的吸引力。有学者近年来观察到，部分天然药物可以调节大脑微环境，保护神经元细胞，并促进神经干细胞增殖、分化和迁移，在AD治疗基础研究中具有明确的治疗作用[2]。

1 抑制Aβ的神经元毒性

老年斑和神经元纤维缠结是诊断AD的典型病理特征。研究已证实，β-淀粉样蛋白(β-amyloid protein, Aβ)是构成AD脑中老年斑的主要成分。部分学者认为，Aβ肽斑块的积累是AD发病的主要因素，也是AD发病的驱动因素[3]。沉积的Aβ诱导大脑异常神经元网络活性导致AD患者认知缺陷，被认为是阿尔茨海默病(AD)的合理机制之一。作为学习和记忆相关的重要结构，海马是AD早期容易受损的脑区域之一，并且海马CA1区域选择性地易受可溶性Aβ寡聚体影响[4]。

Aβ可激活神经胶质细胞，释放细胞因子和炎症递质并产生炎症反应，从而损伤神经细胞[5]。已知姜的成分具有缓解AD临床症状的作用。最新发现，姜的主要成分6-姜烯酚在脂多糖(LPS)处理后的星形胶质细胞和LPS诱导的炎症及短暂性全面缺血的动物模型中，显示出抗神经炎症作用。Moon M等进一步研究发现，6-姜烯酚可以显著增强模型鼠的记忆力，其主要是因为其减少AD小鼠海马内小胶质细胞激活与星形胶质细胞增生[6]。Park SJ等利用AD大鼠模型发现，乙醇提取物INM-176(当归标准化乙醇提取物)在体外可以抑制海马组织中乙酰胆碱酯酶活性，同时减弱海马中Aβ(1-42)蛋白诱导的星形胶质细胞活化，并减少海马CA3区和基底核的胆碱能神经元损伤。这些结果表明，INM-176可以通过抑制乙酰胆碱酯酶和保护神经元活性改善AD大鼠的记忆损伤[7]。

功能障碍的线粒体与细胞氧化应激、钙离子平衡调节、稳定折叠蛋白反应密切相关，并能调控细胞凋亡。Aβ在线粒体膜上沉积导致线粒体外膜形态结构变化与凋亡性电子传递链氧化磷酸化障碍，启动细胞内凋亡途径[8]。Kanno H等在体外原代培养大鼠皮层神经元48 h建立细胞模型，然后使用Aβ寡聚体和药物处理这些细胞进行对照研究，探究抑肝散对Aβ寡聚体诱导的体外神经毒性的影响。结果表明，抑肝散剂量依赖性抑制Aβ寡聚体诱导的胱天蛋白酶-3的活化与DNA断裂，减少神经元损伤[9]。Yang L等采用离体脑皮质线粒体进行研究发现，竹碱A可以还原寡聚Aβ(1-42)诱导的ATP，改善线粒体肿胀，降低呼吸链复合物酶的活性，逐步恢复神经元细胞的功能，这些效应可归因于竹碱A阻断Aβ(1-42)寡聚体穿透进入线粒体[10]。Park H等采用标准鱼腥草水提取物(HCW)预处理暴露Aβ(25-35)的神经细胞，发现HCW可以抑制Aβ(25-35)诱导的细胞内钙水平升高，活性氧物质过量产生、线粒体膜潜在破坏和半胱天冬酶3的活化。这些结果表明，HCW通过钙的排泄和调节线粒体凋亡途径对抗Aβ(25-35)诱导的神经毒性[8]。因而学者认为，线粒体障碍导致的细胞能量供应不足与线粒体途径介导的细胞凋亡程序是AD神经元丢失的重要因素。抑制Aβ神经元毒性与恢复神经元细胞供能为治疗AD提供了新的治疗策略。

2 改善突触功能

突触功能衰竭是认知功能障碍的病理基础，也成为AD的一种主要标志。随着AD进展，突触密度降低，突触传递损害和突触可塑性缺陷是突触病理学的标志[11]。AD的临床处方药预计只能带来轻微症状改善或延缓其进展，降低Aβ代理改进记忆策略尚未成熟。因而有学者假设通过构建神经元网络(包括轴突再生和突触形成)改善认知功能，进而探索根本的抗AD药物的候选物，从而恢复Aβ诱导的神经萎缩和记忆障碍[12]。基于体外神经萎缩的恢复与体内显著改善记忆的候选研究，学者发现脑功能恢复可能与AD神经网络重建相关。

据报道，葛根素在AD的实验动物模型中具有神经保护作用。Bagheri SM等进一步研究发现，葛根(radix puerariae, RPE)和葛根素单独促进神经突触最佳生长浓度分别为1 μg·ml-1和5 μM·ml-1。在该浓度条件下，RPE和葛根素可促进axo树突状乔木和突触形成来营养神经，同时上调许多蛋白质(包括神经发育相关的dynein轻链2(DLC2)，延长因子2(EF2)，海马神经元中的动力蛋白(DLC2和Dync1h1亚基水平)增强突触，诱导神经元细胞生长[13]。AD动物模型中观察到的线粒体功能障碍，与海马神经元细胞过度的氧化应激现象，进一步支持AD患者神经元细胞线粒体缺陷导致突触障碍这一假说[11]。

3 抑制谷氨酸毒性

谷氨酸(glutamate, Glu)是脑中最常见的兴奋性神经递质，在人的学习记忆过程发挥着重要作用。Glu在突触前神经元的突触间隙中释放，并与突触后神经元上的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)结合，谷氨酸浓度增加或神经节谷氨酸敏感性增强，使氧化还原稳态失衡，引起谷胱甘肽水平的降低，导致细胞死亡[14]。此外，NMDAR活化后，阳离子通道开放，钙离子流入突触后神经元，钙过量流入导致神经元细胞的凋亡和坏死[15]。

有学者在APP转基因模型鼠与野生型小鼠的对比研究中发现，野生型组小鼠海马内神经元的凋亡数量明显低于基因组小鼠，并推测基因组小鼠谷氨酸表达的降低也可能与神经元的过多凋亡有关[15]。NMDA受体介导的兴奋性谷氨酸毒性在淀粉样蛋白诱导的神经细胞死亡中发挥重要作用。鼻疽根和叶的乙醇提取物以剂量依赖性方式减少谷氨酸和淀粉样蛋白引起的神经元细胞死亡。研究人员通过测定自由基清除量以及酚、类黄酮和固醇含量来评价氧化活性，发现鼻疽叶中的羽扇豆醇、豆甾醇和β-谷甾醇分子具有抵抗谷氨酸毒性的作用[14]。在化学药物中，研究显示吡格列酮可减少NMDA介导的钙电流和瞬变, 参与谷氨酸能通路，从而改善东莨菪碱诱导的记忆障碍[16]。

4 抑制胶质细胞过度活化

越来越多的证据表明，持续的神经胶质介导的炎症是AD中观察到的神经退行性过程和认知缺陷的主要原因。在很多AD 的发病过程中，Aβ是诱导小胶质细胞激活的始动因素。Aβ沉积并与受体相互作用激活小胶质细胞，导致细胞内信号传导通路的激活，最终使多种促炎因子、活性氧等基因表达。小胶质细胞是AD中的主要免疫活性与吞噬细胞，在神经炎性斑块和神经纤维缠结形成中起重要作用。研究表明，小胶质细胞介导的炎症反应是一把“双刃剑”，执行既有害又有益的功能，过度激活对神经元产生直接或间接的毒性作用。

有学者观察发现，AD 实验模型中活化的小胶质细胞数量明显增多，以海马部位最明显。海马及前脑区域炎症因子表达增强与大鼠的记忆能力下降以及行为改变，均证实活化的小胶质细胞对神经元的慢性损害作用。星形胶质细胞具有与小胶质细胞物理相互作用的能力，显著控制其活化、吞噬能力以及分泌炎症介质，如TNF-α、IL-12的能力。在AD中，小胶质细胞分泌一些炎症因子激活星型胶质细胞[17]，反过来星形胶质细胞通过分泌炎症信号分子可改变小胶质细胞的形态特征，从而影响小胶质细胞的吞噬清除功能[18]。在中枢神经系统中，激活小胶质细胞引起的炎症反应被认为是神经炎症疾病的重要机制[19]。Wang CC等利用一氧化氮(NO)和TNF-α等炎症参数验证香椿叶(toona sinensis leaves, TSL-1)水提取物可以抑制脂多糖,(LPS)激活小胶质细胞介导的神经炎症效应。研究结果表明,TSL1以浓度依赖的方式抑制LPS诱导NO生产,TNF-α分泌和诱导型NO合酶蛋白表达而不造成细胞毒性，并具有延续后期治疗效果[19]。

Park SJ等利用Aβ诱导AD大鼠模型发现，当归的乙醇提取物INM-176可以减弱海马中Aβ(1-42)蛋白诱导的星形胶质细胞活化以及海马CA3区和特定基底核的胆碱能神经元损伤，并且单一或亚慢性施用INM-176还可改善由Aβ(1-42)蛋白诱导的记忆损伤[20]。Yu X给AD模型大鼠灌胃Akebia Saponin D(ASD)4周发现，剂量为30、90和270 mg· kg-1的ASD可改善大鼠的认知损伤。运用组织化学和生物化学方法检测发现，ASD抑制模型大鼠脑中胶质细胞的激活和TNF-α、 IL-1β和环氧合酶-2(COX-2)的表达，能抵抗ibotenic酸诱导的认知缺陷并减少神经细胞的死亡。这些结果表明，ASD可能是一种潜在的抑制阿尔茨海默病相关神经炎症和记忆系统功能的药物[21]。Park SH等在AD果蝇模型中通过测定蛋白磷酸化水平和脑中神经胶质细胞的数量，监测泛神经元表达的增加与细胞外信号调节激酶(ERK)的活化。结果表明，KSOP1009修饰的中国传统医药苏和祥(SHXW)，可以降低ERK活化水平并减少胶质细胞数量以发挥治疗作用[22]。

最近研究表明，靶向性内源性大麻素系统可以认为是治疗AD的潜在治疗策略。Aso E等在Aβ PP/PS1转基因小鼠早期症状阶段给予δ-9四氢大麻酚(tetrahydrocannabinol, THC)或大麻二酚(cannabidiol, CBD)进行治疗，统计迷宫实验测试数据发现，THC与CBD可以保留模型鼠的记忆力。在THC +/CBD处理的Aβ PP/PS1小鼠中观察到，可溶性Aβ42肽水平显著降低斑块组成改变，表明大麻素可以降低Aβ肽诱导的神经毒性作用。大麻处理的AβPP/ PS1小鼠大脑中星形胶质细胞、小胶质细胞和炎症相关分子减少，而且THC与CBD联合治疗比THC或CBD单独治疗效果更显著[23]。这提示在积极的认知效应相关机制中，大麻素的抗炎性质也可能发挥相关作用。Moon M等利用6-姜烯酚治疗AD小鼠模型，海马中Aβ诱导的小胶质和星形胶质细胞增生减少，NGF和突触前后标记物水平升高[6]。

5 调节细胞凋亡信号分子

在AD进展中，大脑中有相当数量的神经元退化，其中部分神经元死亡是由细胞凋亡介导的。有报道也指出，凋亡性神经元死亡是AD病理的重要组成部分[24]。细胞凋亡是程序性细胞死亡，其核心组成是一组蛋白水解酶称为半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspases)。细胞凋亡信号通路分为外部信号通路和内部信号通路。caspase-8激活继而caspase-3裂解引起细胞凋亡是外部信号通路发生的过程，也称为死亡受体途径[25]。细胞内部信号触发的凋亡为线粒体途径，涉及Bcl-2家族的促凋亡成员与线粒体的联合，促进线粒体外膜透化(MOMP)和细胞色素c(cyt c)释放到细胞质中，激活caspase-9与caspase-3，进而刺激“凋亡小体”的形成，导致细胞凋亡发生[26]。

韩国红长参(korean red ginseng, KRG)提取物可抑制由兴奋性氨基酸如谷氨酸和NMDA或Aβ(25-35)诱导的神经元损伤和细胞内活性氧(ROS)的产生。KRG提取物显著增加Ser112的Bad磷酸化，抑制Bax表达和caspase-3活性。结果表明，KRG提取物通过抑制ROS产生和细胞凋亡保护培养的神经元免于兴奋性氨基酸和Aβ(25-35)诱导的毒性[27]。据报道，柿叶提取物乙酸乙酯(Extract of persimmon leaves, EAPL)显示，具有潜在的治疗神经退行性疾病作用。Huang SW等给予Aβ(1-42)诱导的模型大鼠口服(po)EAPL发现，200 mg· kg-1、400 mg · kg-1剂量的EAPL可明显降低超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase, GSH-Px)活性，提高丙二醛(Malondialdehyde, MDA)水平。此外，EAPL治疗可降低p-JNK、Caspase-3的表达及Bax/Bcl-2比值, 减少海马的神经元凋亡。这些研究表明，EAPL通过调节抗氧化防御系统和线粒体介导的细胞凋亡双重机制，以改善Aβ诱导的大鼠认知功能障碍[28]。从白芍的水提物中分离的单萜糖苷-芍药苷(Paeoniflorin，PF)被广泛用于中医药(TCM)治疗神经变性疾病，如AD和PD。研究者调查PF对谷氨酸诱导神经毒性培养大鼠嗜铬细胞瘤(PC12)细胞的保护机制，通过体外培养PC12细胞，MTT法检测细胞活力，流式细胞术检测细胞凋亡及线粒体膜电位(MMP)，免疫印迹观察凋亡相关蛋白(包括Bcl-2和Bax)的表达情况。结果表明，PF以浓度依赖的方式保护PC12细胞免受谷氨酸诱导的损伤，PF的神经保护作用机制与Bcl-2的上调和Bax的下调密切相关，表明PF通过调节线粒体膜电位和Bcl-2 / Bax信号通路，对PC12细胞中谷氨酸诱导的凋亡具有神经保护作用[29]。

6 营养神经元

6.1 神经生长因子(nerve growth factor, NGF)

研究表明，中枢神经系统(CNS)的基底前脑胆碱能系统进行性退化与AD患者认知障碍和痴呆密切相关。鉴于神经元对NGF的高度依赖，有人推测AD的退化是由NGF缺乏造成的，并将这种神经营养素缺乏称为胆碱能神经元的萎缩。AD的病理复杂且影响到许多神经元，其中基底前脑胆碱能神经元的萎缩以及凋亡在注意力功能中的作用尤为重要。由于NGF对基底前脑胆碱能具有促进再生作用，靶向的NGF传递已成为AD潜在治疗策略[30]。在寻找模拟NGF活性以预防神经变性疾病的神经活性化合物时，天然药物的潜在药用价值激起了学者强烈的兴趣[31]。在IBO诱导的AD大鼠模型中，运用中药补肾益智(bushen-Yizhi, BSYZ)配方，脑免疫组织化学染色显示，BSYZ显著上调海马与皮质中胆碱乙酰转移酶(ChAT)和NGF的表达，具有促进海马和皮层中NGF、TrkA和p75mRNA表达增强的趋势，这些结果表明BSYZ配方可能是治疗AD潜在治疗药物[32]。已有文献证实，姜的生物活性成分6-姜烯酚可以作为抗氧化剂增强神经疾病类患者的记忆力。Moon M等进一步研究发现，6-姜烯酚可以提高海马中NGF水平和突触前后标记物，改善Aβ诱导的记忆损伤，显现出潜在治疗AD的效果[6]。

6.2 脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)

脑源性神经营养因子(BDNF)是成人脑中分布最广泛的神经营养因子，并且通过与其特异性受体-酪氨酸受体激酶B(TrkB)结合，而对神经元具有神经营养作用。此外，BDNF在海马中维持突触可塑性是存储器获取和整合细胞生物学基础的关键组成部分[33]。因此，BDNF水平和表达或BDNF-TrkB的信号途径的改变，可能诱导神经元分化不良、突触损失和认知功能障碍[34]。

Li Y等给予Aβ(25-35)介导的AD大鼠模型口服(po)文冠果提取物(Xanthoceras sorbifolia extracts, XSE)发现，XSE能够上调海马CA1区锥体神经元突触中的主要支架蛋白PSD95，改善树突棘密度缺乏，提高BDNF的水平和p-TrkB/TrkB 比例，降低RhoA表达及其下游靶蛋白ROCK2。这些结果表明，XSE可以通过脑源性神经营养因子的信号传导途径保护树突棘从而提升认知力[35]。Li F等给予6个月大的APP、PS1转基因小鼠腹腔注射(IP)25-100 mg·kg-1· d-1丹参酮TIIA(Tanshinone IIA，TIIA)连续30 d，发现50和100 mg.kg-1剂量的TIIA可以使转基因小鼠记忆障碍得到缓解，且100 mg·kg-1剂量的TIIA可以治疗海马受损的AD模型[36]。Park HR等研究何首乌复合物composition-12(pmc-12)对海马神经发生及学习记忆的有利影响，以其100或500 mg·kg-1· d-1剂量口服(po)给予雄性C57BL / 6小鼠(5周龄)2周发现，海马中BDNF和突触素水平增加，齿状回神经前体细胞增殖与存活增加[37]。这些结果表明pmc-12可以促进海马神经生成和提高神经认知功能。

7 总结和展望

AD非单一基因，单一蛋白质疾病，发病机制非常复杂。基因、蛋白质、细胞器、细胞、神经递质和环境之间相互作用的网络功能紊乱伴随神经元细胞进行性死亡是AD进展的特征表现。目前认为，Aβ是AD发病的驱动因素，因而抑制Aβ的神经细胞毒性，阻断神经胶质细胞过度炎症反应与氧化应激，维持线粒体呼吸链正常反应从而改善突触功能，减少神经递质失调及神经元损害等在AD发病早期发挥着重要作用。在AD进展中，神经元不断萎缩消失，营养神经元有延缓进展、改善症状的作用。开发保护神经元的新药至关重要，但作用于单一的特异靶点的临床药物治疗并未取得理想效益。目前AD的临床治疗主要依靠乙酰胆碱酯酶抑制剂或N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂，但这些临床药物治疗只能缓解疾病症状，不能阻止其进展。因此，开发多靶点配基的天然药物来治疗AD成为研究热点。部分天然药物在AD动物模型中显示出有益的结果，但是能否将其运用于临床治疗仍需要大量的实验研究和临床试验提供证据。