姜黄素对β淀粉样蛋白作用的相关研究

朱 溪 王 潇 钟 萍

上海中医药大学附属上海市中西医结合医院，上海 310000

β淀粉样蛋白是由39-43个氨基酸残基组成的多肽，是神经变性疾病发病过程中的关键因素之一，当β淀粉样蛋白大量聚集，引起氧化应激反应、钙超载、自由基形成乃至增强炎症反应，导致神经细胞和胶质细胞突触及线粒体损伤[1]。

植物提取物——姜黄素是酚类化合物，除了抗氧化作用之外，还有抗击炎症以及防治肿瘤方面等功效，主链为不饱和脂族及芳香族基团，其抗炎、肿瘤防治、抗氧化等作用为新型药物的研究提供了新思路。

姜黄素能够抑制β淀粉样蛋白生成，并防止β淀粉样蛋白聚集、沉积，减少β淀粉样蛋白对神经细胞的损害，现将姜黄素对β淀粉样蛋白作用的相关研究进行综述。

1 β淀粉样蛋白概论

1．1β淀粉样蛋白的生成之所以命名为β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)，是因其是一个4 kD分子量的、由39～43个氨基酸残基组成的β片层结构多肽。β-分泌酶(β-site APP cleaving enzyme，BACE)切断跨膜蛋白质APP的APP671和APP672残基之间的肽连接，生成可溶性分泌APP和C末端片段(CTF-99)，CTF-99进而在γ-分泌酶的作用下产生两种产物——β淀粉样蛋白和APP的细胞内片段(AICD)[2]。γ-分泌酶裂解部位不同，导致β淀粉样蛋白长度不同；在细胞外，β淀粉样蛋白有40个氨基酸——Aβ40和42个氨基酸——Aβ42两种形式[3]，在AD患者和正常人群中90 %为Aβ40，其余10 %为Aβ42和Aβ43。Aβ具有极强的自聚以及难溶解性，是神经变性疾病发病过程中的关键分子之一。在病理状态下，β淀粉样蛋白的产量为正常情况下的4～10 倍。β淀粉样蛋白大量聚集会导致神经细胞和胶质细胞的突触及线粒体损伤，引起氧化应激、钙超载、自由基形成乃至增强炎症因子所致的炎症反应[1]。

1．2β淀粉样蛋白的作用

1．2．1 影响神经递质的释放：诸多实验发现，在疾病的初期，β淀粉样蛋白导致轻度认知障碍和行为紊乱，其机制则是由改变神经递质系统功能导致[4]。ELISA MURA等[5]通过对不同浓度β淀粉样蛋白的观察，发现了它能对突出前烟碱型乙酰胆碱受体α4β2和α7亚型激活以及引起与学习和记忆相关的谷氨酸、天冬氨酸和氨基丁酸释放产生影响，高浓度时抑制释放，低浓度时促进释放。由于大量β淀粉样蛋白的产生后没有及时被消除，其含量远远超过促进天冬氨酸和谷氨酸释放的浓度上限，抑制兴奋性神经传达物质的释放，从而导致神经突触功能障碍和记忆缺损。有研究者对 Wister 大鼠通过侧脑室连续 20 d 注射β淀粉样蛋白后发现，大鼠脑组织中烟碱型乙酰胆碱受体α7亚型数量下降了 58% ～ 61%；同时，接受β淀粉样蛋白注射后大鼠出现了显著的学习记忆功能障碍[6]。其机制可能与β淀粉样蛋白与乙酰胆碱配体结合沉积有关[7]。

1．2．2 影响钙离子稳态：β淀粉样蛋白促进电压敏感性钙通道(VSCCs)的开放，解除Mg2+对NMDA受体通道的抑制作用，使NMDA介导的Ca2+内流变得容易，使细胞内Ca2+浓度上升[8]。KAWAHARA等[9]利用膜片钳技术，发现β淀粉样蛋白在细胞膜脂质双分子层中插入后，对阳离子有选择性，形成对zn2+敏感的离子通道，Ca2+等阳离子进入细胞，细胞中Ca2+依赖性蛋白酶活性增强，不仅提高细胞对外界生理或病理刺激的敏感，使兴奋性氨基酸过量释放，引起兴奋性毒性反应。另外，Ca2+过载会直接损伤线粒体，产生大量自由基，并诱发细胞凋亡。细胞的Ca2+稳态破坏，影响APP代谢，导致神经保护作用的可溶性产物sAPPd的生成减少，β淀粉样蛋白产生增多[10]。

1．2．3 促进炎症反应：炎症是一种机体保护性反应，它可以清除有害物质，但是失控的炎症反应会产生神经毒性物质，加速神经病变[11]。小胶质细胞和星形胶质细胞等免疫细胞以传感器识别的方式清除β淀粉样蛋白[12]。但是，β淀粉样蛋白同样可以由Toll样受体激活小胶质细胞和星形胶质细胞，并使这些细胞释放多种炎性细胞因子[13]。

通常，脑内的巨噬细胞和巨噬细胞贪食淀粉样β蛋白进行加工，激活助手T细胞(Th)。激活的Th产生特异性抗体，促进β淀粉样蛋白清除，并且辅助特异性Tc细胞的活化，B细胞通过血脑屏障进入脑组织，杀灭含多余的β淀粉样蛋白的细胞，β淀粉样蛋白刺激T细胞并出现免疫耐受[14]。当β淀粉样蛋白特异性免疫反应发生异常时，由于β淀粉样蛋白不能立即清除，所以β淀粉样蛋白会在脑内累积，沉积的β淀粉样蛋白形成免疫原并使大脑产生非特异性炎症反应，使小胶质细胞释放各种细胞炎性因子(IL-l、IL-6、TNF—d、IFN一y等)、自由基(超氧阴离子、NO等)、补体等细胞毒性物质，产生级联放大反应，攻击神经组织，导致细胞的不可逆损伤和死亡；炎症反应反过来也会促进β淀粉样蛋白的产生、聚集和沉积，使疾病加剧[15]。

2 姜黄素概述

姜黄素(curcumin)是从姜科植物姜黄Curcuma longa L．中提取的一种酚类化合物，化学名称为：1，7-双(4-羟基-3-甲氧基苯)-1，6-庚二烯二酮，姜黄色素；酸性黄；(E，E)-1，7-Bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl )-1，6-heptadene -3，5-dione；Diferuloylmethane；Natural yellow 3；Turmeric yellow。其分子式为C21H2OO6，分子量为368.37，它的主链是不饱和脂质和芳香族基。姜黄素是橙黄色结晶性粉末，其熔点为183 ℃，易溶于甲醇 、乙醇、丙酮、醋酸乙酯和碱液中，不溶于水，微溶于苯和乙醚[16]。姜黄素结构式如下：

炎症具有普遍性，有诸多诱发因素，研发新型抗炎药物是研究者们努力的方向。20世纪80年代，20世纪80年代，RAO 等[17]开始研究姜黄素的抗炎作用，姜黄素的抗炎功效与一些非甾体类解热镇痛抗炎(nonsteroidal anti-iflammatory drug，NSAID)药物相当[18]。在之后的动物实验中，研究者发现，通过腹腔给药(ip)的方式，姜黄素能够在角叉菜胶诱发的急性大鼠中爪水肿模型中发挥抗炎作用。通过灌胃的方式，研究者发现，姜黄素与ip 5 mg/kg 氢化可的松的作用强度相当，对于甲醛诱发的大鼠关节炎的抑制率达到45%～ 50%[19]。姜黄素显著抑制前期肺炎细胞中炎性因子IL-1β和I L-8的表达，阻断炎性细胞因子的表达降低婴儿慢性肺病发病率，在未来可能成为慢性肺病的一种有效治疗手段[20]。

同时，姜黄素在肿瘤防治研究中也发挥了重要的作用。在流式细胞术中，尿嘧啶抑制酪氨酸激酶活性，阻碍DNA合成，影响人脐带静脉内皮细胞的增殖，近半数的细胞在S期被阻断。实验结果表明，姜黄素会对细胞生长周期产生影响，有望成为新型肿瘤治疗药物[21]。 另外有研究者发现，化疗疗法对p53突变型恶性黑素瘤细胞疗效有限，姜黄素能够促进4种 p53突变型人恶性黑素瘤细胞株凋亡。因此，姜黄素治疗肿瘤成为一个新的研究点[22]。

有近期的研究提示，四氢姜黄素——姜黄素肠上皮细胞转化物相比于姜黄素，其捕捉ROS的能力强于姜黄素，并在后续步骤将自己讲解为2′-甲氧基邻羟基苯丙酸类化合物[23]，充当了保护脏器的抗氧化剂[24]。动物实验显示，100 μg/mL的姜黄素抗H2O2的氧化效果与100 μmol 的VE在对抗由于 H2O2的氧化作用造成的小鼠肾上皮细胞的损伤的效果相当[25]。 在细胞中，姜黄素随着Cu/Zn 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)浓度梯度逐步提高应激大鼠海马齿状回(dentate gyrus，DG)颗粒细胞层 Cu/Zn-SOD 水平，清除氧自由基，从而减轻应激大鼠焦虑样行为[26-27]。

3 姜黄素对于β的作用

3．1抑制β淀粉样蛋白生成BACEl是脑内主要的β分泌酶，其介导APP裂解产生β淀粉样蛋白过程的第一步，在脑内β淀粉样蛋白的生成中起着主要作用，SHIMMYO等[28]已证实姜黄素可以通过抑BACEl蛋白的表达减少β淀粉样蛋白的生成，他们在胚胎小鼠大脑皮层神经细胞的培养研究中，发现3～30 μmol/L的姜黄素能够抑制BACEl的过度表达。另有研究发现，APP和BACEl过度表达导致β淀粉样蛋白生成增加，而Cu2+和Mn2+能增加嗜铬细胞瘤(pheochromocytoma)PCI2细胞的APP和BACEl表达，姜黄素降低APP和BACEl过度表达通过阻止Cu2+和Mn2+的效应完成，进而降低β淀粉样蛋白生成[29]。

一些动物实验结果显示姜黄素可以显著减低APP以及脑组织中β淀粉样蛋白的生成率：在实验中发现，姜黄素组小鼠体内的Aβ42生成及表达明显减少；通过实验观察姜黄素对APPswe/PsldE9双转基因小鼠β淀粉样蛋白生成酶早老素2(presenilin 2，PS2)和β淀粉样蛋白降解酶胰岛素降解酶(insulin degrading enzyme，IDE)表达的影响，证实姜黄素能通过减少β淀粉样蛋白生成酶和增加β淀粉样蛋白降解酶的表达，降低β淀粉样蛋白的生成进而改善APPswe/PSldE9双转基因小鼠的学习记忆能力，从而抑制β淀粉样蛋白诱导的神经毒作用。

在人体试验中，一定量的姜黄素可以抑制β-淀粉样蛋白的形成和蔓延，并进一步分解β-淀粉样蛋白的原纤维[31]。2005 年，YANG等研究者发现，姜黄素喂养的转基因小鼠体内 Aβ40聚合作用受到抑制，进而提高了其认知和记忆功能。姜黄素天然、无毒副生长的特点优于市面上销售的NSAID抗炎药，在低剂量下可有效抑制淀粉样β蛋白，阻止原纤维和低聚合物结构的形成[34]。

3．2抑制β淀粉样蛋白聚集、沉积β淀粉样蛋白聚集过程复杂，聚集体的结构不稳定，因此抑制β淀粉样蛋白的聚集并尽快启动清除机制也是一种有效的防治手段[35]。 ONO等[33]的研究表明，姜黄素对于抑制D-淀粉样蛋白(amyloid p-protein，Aβ)单体聚集形成β淀粉样蛋白原纤维呈剂量依赖性。YANG 等[32]通过17个月的观察，发现APPsw 转基因小鼠(Tg2576)吃了含姜黄素的食物后，β淀粉样蛋白沉积明显减少，小鼠的认知能力和记忆功能得到提高。国内研究将6月龄APPswe/PSEN1dE9双转基因小鼠分别分为对照组和姜黄素组饲喂后，采用免疫组化法检测小鼠大脑Aβ42表达，结果发现：姜黄素组小鼠学习和记忆能力显著改善，且Aβ42明显减少，侧面证实了姜黄素可能通过抑制Aβ42在大脑中的积聚沉积而发挥能改善小鼠学习记忆能力的作用。

另有研究发现，应用小剂量姜黄素治疗的AD小鼠，体内β淀粉样蛋白浓度降低40%左右。另外，小剂量的姜黄素也能使AD小鼠脑内Aβ引起的所谓“斑块负荷”降低43%[33]。国内研究发现，Alcl组小鼠海马区 Aβ42的蛋白水平增高；治疗3 d后姜黄素组的Aβ42蛋白水平明显降低，说明姜黄素减少海马区的Aβ42聚集。

GISELLE 等[35]在研究中发现，低剂量姜黄素处理的实验动物体内可溶性β淀粉样蛋白水平显著降低。大量动物实验也佐证了姜黄素减少β淀粉样蛋白的作用，在T92575小鼠的饮食中加入0．1%的姜黄素可明显减少β淀粉样蛋白在内嗅区皮质及海马区的沉积，使不可溶性β淀粉样蛋白降低10%。转基因AD模型鼠尾静脉注射7．5 mg/kg的姜黄素7 d后，大脑皮质的β淀粉样蛋白即减少，且与淀粉样蛋白沉积相关的神经元树突萎缩也得到部分逆转[36-38]。

3．3减少β淀粉样蛋白给神经细胞带来的损伤实验发现，β淀粉样蛋白活化诱导后，SD大鼠大脑皮层细胞内的炎症因子HMGB1、RAGE和NF-κB表达明显升高，加入姜黄素后细胞内的HMGB1、RAGE和NF-κB表达明显减少，结果表明姜黄素可明显抑制β淀粉样蛋白刺激下大鼠原代小胶质细胞的神经炎症反应。

国内研究以Alcl3 制作小鼠 AD 模型，通过检测AD模型小鼠Aβ42、GFAP和Iba-1β蛋白水平，检测海马区炎症因子IL-1β，IL-6和TNF-α的水平。实验中，姜黄素组小鼠的GFAP和 Iba-1β以及海马区 IL-1β、IL-6及TNF-α的指标显著下降，提示姜黄素能够减少海马区AD模型小鼠Iba-1β和GFAP的表达，并且能够抑制Alcl3所致炎性因子的增多，减弱AD模型中Alcl3 所致的空间记忆损害。

国内研究实验中发现，姜黄素能显著减轻β淀粉样蛋白的毒性损伤，提高神经元细胞存活率，减少凋亡率。某研究直接注射 Aβ1-42于大鼠海马 CA1 区，采用 TUNEL 法检测海马CA1 区神经细胞凋亡；结果发现，β淀粉样蛋白模型组海马组织细胞出现明显的细胞凋亡，姜黄素干预组海马 TUNEL 阳性神经细胞数目比β淀粉样蛋白模型组明显减少，说明姜黄素可明显改善 β淀粉样蛋白所致 AD大鼠学习记忆功能，显著改善了由海马CA1区β淀粉样蛋白诱导的细胞凋亡。 通过Nissl染色，用姜黄素治疗阿尔茨海默病老鼠减少老鼠体内炎症因子的产生，减少神经细胞的凋亡。

4 回顾与展望

β淀粉样蛋白是神经变性疾病发病过程中的关键因素之一，当β淀粉样蛋白大量聚集，会导致神经细胞和胶质细胞突触及线粒体损伤，引起氧化应激反应、钙超载、自由基形成乃至增强炎症因子所致的炎症反应。姜黄素能够抑制β淀粉样蛋白生成，并防止β淀粉样蛋白聚集、沉积，减少β淀粉样蛋白对神经细胞的损害。目前，在各种实验研究中，未发现姜黄素显著的不良反应现象，但是仍然不能掉以轻心，需要更多大规模、大样本的动物研究以及相关的临床研究来验证姜黄素的临床效果以及是否会带来不良反应。