益智仁改善认知障碍的研究进展

2019-10-28

中西医结合心脑血管病杂志 2019年18期

益智仁，又名益智子、摘艼子，是1998年卫生部公布的药食同源的天然植物，为我国四大南药之一。《中国药典》历版均收载益智为姜科植物益智的干燥成熟果实。其性温、味辛，归脾、肾经，具有暖肾固精缩尿，温脾止泻摄唾的功能[1]。益智始载于《得配本草》[2]，以益智子之名载于《南方草木状》[3]：“益智子，如笔毫，长七八分，二月花，色如莲，着实，五六月熟。味辛，杂五味中，芬芳，亦可盐曝。出交趾，合浦。”《本草拾遗》[3]引《广志》云：“叶似裹荷，长丈余。其根上有小枝，高八九尺，无叶萼。子丛生，大如枣。中瓣黑，皮白，核小者名益智，含之摄涎秽，出交趾。”近年来国内外研究表明，益智仁水提取物、醇提取物、醚提取物、氯仿提取物、原儿茶酸、白杨素、益智酮B、胡萝卜素棕榈酸酯、9-羟基-表圆柚醇、5-羟甲基糠醛均具有改善认知功能的作用。有关化学式见图1。

图1 益智仁发挥改善认知作用的活性成分的化学式

认知是指人们获得知识或应用知识的过程，或信息加工的过程，这是人的最基本的心理过程。认知包括很多方面：如定向力、记忆、语言、计算和理解判断、视空间、执行能力等。认知障碍是指认知功能中的一项或多项明显受损。认知障碍常见于阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)、血管性痴呆(vascular dementia，VD)、混合性痴呆及全身性疾病(脑肿瘤、脑外伤、感染、中毒和代谢障碍等)引起的痴呆疾病。认知障碍病人的日常行为能力严重受损，不仅给病人家庭带来了经济和情感上的冲击，同时也给社会造成了沉重的财政负担。引起认知障碍的发病机制很复杂，且尚无权威解释，目前的研究主要涉及衰老、多种遗传基因、β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)代谢失调、神经递质改变、氧化应激、自由基损伤、脑出血、胆固醇代谢异常、胰岛素抵抗等学说。其中最广为接受的机制是脑内胆碱酯酶活性增加和乙酰胆碱合成下降所致认知障碍。现代植物化学研究已经从益智仁中分离了如倍半萜类、二芳基庚烷、黄酮、类固醇、酚酸、核碱基和核苷等成分[4]。从益智仁中分离出的粗提取物和植物化学成分显示出广谱的体外和体内药理活性，如神经保护、抗衰老、抗肿瘤、抗氧化、抗感染、抗过敏、降糖作用[5-9]。近年来，改善认知是益智仁的主要研究领域[7]，但对益智仁发挥改善认知作用的机制尚不清楚。本研究汇总近10年来益智仁的提取物及化学成分在改善认知方面的研究进展，为深入研究益智仁的益智健脑功效的有效成分及作用机制提供参考。

1 益智仁提取物

1.1 益智仁水提取物(alpinae oxyphyllae fructus extracts，AOF) 马娜等[10]通过海马注射Aβ诱导小鼠学习记忆障碍模型，发现AOF可显著提高模型小鼠水迷宫成绩，同时减少皮层和海马组织内的肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β， IL-1β)、白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的表达，表明AOF可通过抑制炎性细胞因子的产生来改善Aβ所致的空间学习记忆能力下降。此外，AOF能够显著提高东莨菪碱诱导的记忆障碍大鼠在Y迷宫中的学习记忆能力，显著降低大鼠海马的乙酰胆碱酯酶(acetylcholin esterase，AChE)活力，减少乙酰胆碱分解，并显著提高海马脑蛋白含量，表明AOF对东莨菪碱所致记忆获得障碍具有显著的改善作用[11]。后续研究发现，AOF能够显著改善D-半乳糖诱导的脑老化小鼠在水迷宫的学习记忆能力，并显著提高海马的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活力，降低丙二醛(malonaldehyde，MDA)含量[12]，证明益智仁水提取物可通过抗氧化作用显著改善脑老化小鼠的学习记忆能力。

1.2 益智仁醇提取物李裕倩等[13]通过东莨菪碱诱导记忆障碍大鼠模型，发现益智仁乙醇提取物能够显著改善模型大鼠在Morris水迷宫中的学习记忆能力，证明益智仁乙醇提取物具有改善痴呆大鼠记忆障碍的作用。通过6-羟基多巴胺(6-hydroxydopamine，6-OHDA)诱导大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤细胞(pheochromocytoma cells 12， PC12)多巴胺能神经元变性，发现益智仁乙醇提取物可以剂量依赖性方式显著增加细胞活力，减弱细胞凋亡，抑制一氧化氮(nitric oxide， NO)产生，下调IL-1β、TNF-α、诱导性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的基因表达，证明益智仁乙醇提取物对6-OHDA诱导的神经元损伤的保护作用涉及抗感染和抗氧化作用。此外，PI3K-AKT途径可能是其神经保护机制的一部分[14]。另有研究发现益智仁正丁醇提取物能显著提高Aβ1-42诱导的AD小鼠在Y迷宫测试、主动回避测试和Morris水迷宫测试中的学习记忆能力，通过抑制β-分泌酶活性和降低Aβ1-42水平来减轻小鼠额叶皮层和海马的神经元损伤和细胞凋亡，为益智仁治疗AD的临床应用提供了实验依据[15]。

1.3 益智仁醚提取物中枢胆碱能神经功能失调是老年性痴呆的重要发病机制，乙酰胆碱为促进学习记忆的递质，防治老年性痴呆和益智药物均将对胆碱能神经功能的影响视为重要的药理指标[16]。金虹[17]采用小鼠肝制备酶试液，对益智仁乙醚提取液做抑酶实验，发现其具有较强的抑制AChE活性的作用，并显示出多种抑酶活性成分。研究发现，益智仁石油醚提取物能明显改善脂多糖(lipopolysaccharide， LPS)诱导的AD大鼠在Y-迷宫、Morris水迷宫测试中的学习记忆能力，并显著抑制LPS处理后的大鼠海马和皮质中的离子钙接头蛋白抗原(ion calcium junction protein antigen，IBA-1)、IL-1β、Aβ1-42和磷酸化微管相关蛋白(phosphorylated microtubule-related proteins， p-tau)水平，证明益智仁石油醚提取物可减弱LPS诱导的学习和记忆障碍，这可能与其对神经炎症、Aβ沉积和p-tau的抑制作用有关[18]。

1.4 益智仁氯仿提取物益智仁氯仿提取物长期治疗能提高Aβ1-42诱导的AD大鼠在行为学测试中的认知能力，提高谷胱甘肽过氧化物酶(glutathion peroxidase，GSH-px)活性，降低MDA、Aβ含量及AChE活性，逆转小胶质细胞的活化、神经元嗜酸性的退化以及皮层和海马的核凝聚，表明益智仁氯仿提取物通过减轻氧化应激和调节小胶质细胞的激活和神经元嗜酸性的变性以增强胆碱能系统功能来改善学习和记忆缺陷[19]。

2 益智仁活性成分

2.1 原儿茶酸(protocatechuic acid，PCA) PCA是一种天然酚酸类化合物，并且是益智仁的活性成分。早期的研究已经证明，PCA具有抗血小板凝集、降低心肌耗氧量、抑菌、镇痛等多方面药理活性，是一种重要的天然活性物质[20]。近年来研究发现，PCA具有良好的神经保护作用。用冈田软海绵酸(okadaic acid，OA)诱导PC12细胞凋亡建立AD 模型细胞，发现PCA可显著降低细胞中的p-tau，减少细胞形态的损伤，说明益智仁中PCA对OA诱导的AD细胞模型有一定的保护作用[21]。通过鱼藤酮诱导PC12细胞凋亡建立神经损伤模型，发现PCA能够显著提高PC12细胞内的SOD、过氧化氢酶(catalase， CAT)、GSH-Px含量，降低活性氧(reactive oxygen， ROS)的水平，下调半胱天冬酶-3(Cystein-dependent aspartate-specefic programed-3，caspase-3)的活性，从而达到减少或抑制细胞凋亡的目的[22]。研究发现，PCA能够显著增加Aβ1-42寡聚体诱导PC12细胞的细胞活力，并提高与自噬相关标记蛋白Beclin1的表达水平，表明PCA可明显降低Aβ1-42对PC12的细胞毒性，其作用机制可能与增加自噬水平有关[23]。应用Aβ1-42寡聚体诱导SD胎鼠海马神经元制备细胞损伤模型，发现PCA可以明显改善模型细胞存活率、降低凋亡率，且呈现浓度依赖性，并显著性上调细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)蛋白表达，表明PCA可拮抗Aβ1-42寡聚体所诱导的海马神经元损伤，具有神经保护作用[24]。薛小燕等[25]通过体外培养稳定转染人类阿尔茨海默病β淀粉样蛋白前体(amyloid β protein precurso，APP)基因及突变型早老素1(presenilin1，PS1)基因的CHO细胞系M146L，使之高效产生Aβ42，建立Aβ42过度表达的细胞模型，发现PCA对M146L细胞APP mRNA表达有抑制作用，并呈剂量依赖性。Guan等[26]通过实验发现PCA以剂量和时间依赖性方式增加神经干细胞(neural stem cell，NSCs)的细胞活力并刺激细胞增殖，显著降低了NSCs的细胞凋亡水平、ROS水平及Caspase-3活性，表明PCA可通过抑制Caspase级联抑制NSCs的凋亡，说明PCA可能是神经干细胞的潜在生长诱导剂和细胞凋亡抑制剂。后续研究发现，PCA可以在体外促进神经元分化与胎牛血清(fetal calf serum，FBS)相结合，并诱导神经元成熟并有效促进神经突生长[27]。另一方面，PCA促进了从培养的神经干细胞和祖细胞(neural stem cell/progenitor cell，NS/PCs)分化的表型的存活，这与在分化条件下细胞活力的百分比增加和细胞凋亡的百分比降低有关。这些结果表明PCA可以作为未来研究设计干细胞策略以促进脑恢复和神经退行性疾病修复的参考。

2.2 白杨素白杨素是益智仁中的黄酮类化合物[28]，具有减轻炎症反应[29]，抗氧化和调节细胞凋亡[30-31]等作用。研究表明，白杨素可以抑制iNOS、前列环素E、环氧化酶-2等关键的促炎症酶[32-33]。在慢性大鼠脑缺氧模型中，白杨素通过发挥抗氧化应激、抗凋亡的作用，改善认知功能，缓解脑损伤[34]。通过线栓法建立永久性大脑中动脉阻塞(permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO)所致的脑缺血大鼠模型，发现白杨素能明显改善大鼠脑缺血后24 h神经功能评分，显著缩小梗死体积，减轻脑水肿，提示白杨素对局灶性脑梗死具有神经保护作用，其保护作用可能与上调p-ERK的表达，同时降低NF-κB和p-P38的表达有关[35]。吴金华[36]采用线栓法建立SD大鼠急性大脑中动脉梗阻(middle cerebral artery occlusion，MACO)模型，同时通过双侧颈总动脉结扎法建立SD大鼠慢性大脑低灌注模型，发现白杨素能显著提高急慢性脑缺血大鼠的神经功能学评分，降低梗死体积，升高SOD、CAT、GSH-px活力，上调Nrf及其下游蛋白HO-1、NQO1、GCLM和凋亡相关蛋白Bcl-2，提示白杨素通过上调Nrf2，激活Nrf2-ARE通路，减轻急慢性脑缺血对大鼠的损伤，保护神经功能。

2.3 益智酮B 益智酮B是一种二芳庚烷类化合物，为益智仁中具有确定的抗氧化活性的有效成分[37]。在神经元中错误折叠和聚集的蛋白质的渐进积累是AD的机制之一[38]。ROS的过量产生目前被认为在该过程中起关键作用[39]。脂褐素来自氧化蛋白和脂质之间的交联，是衰老的组织学指标[40]。Bayati等[41]通过H2O2诱导SK-N-MC细胞损伤，发现益智酮B及其衍生物显著降低了细胞凋亡程度和ROS水平，同时增加细胞中SOD和CAT的活性，下调MDA活性，减少脂褐素的形成，表明益智酮B衍生可以通过抑制自由基来减少脂褐素形成和延缓细胞衰老。

2.4 其他胡萝卜素棕榈酸酯(daucosterol palmitate，DSP)是一种从益智仁中分离得到的具有抗谷氨酸兴奋毒性作用的植物类固醇。研究发现，DSP能有效改善Aβ诱导的AD大鼠的学习记忆障碍，显著抑制海马ROS产生，有效预防Aβ诱导的海马神经元损伤，并显著提高海马突触素表达水平，表明DSP可能成为AD发展的潜在候选药物，作为治疗AD认知功能下降的药物[42]。9-羟基-表圆柚醇(9-hydroxy epinootkatol，9OHEN)是一种从益智仁中分离得到的倍半萜类化合物。赵骞[43]通过药效物质筛选，发现益智仁中的圆柚酮具有一定的诱导骨髓间充质干细胞向神经细胞分化的能力，初步确认了益智的神经保护、促进神经再生的药效物质基础。研究发现，9OHEN可通过抑制谷氨酸诱导的凋亡神经元的Caspase-3活化，抑制其ROS、NO产生，并下调神经元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase，nNOS)的表达来保护皮质神经元，表明9OHEN可能在治疗谷氨酸介导的神经疾病方面具有治疗潜力[44]。5-羟甲基糠醛(5-hydroxy methyl furfural， 5-HMF)是益智仁中分离出的呋喃类化合物，具有防治神经退行性疾病、改善认知损害和抗心肌缺血的作用[45]。以脑室内(intracerebroventricular， ICV)注射Aβ1-42诱导的小鼠AD模型，发现5-HMF可通过运动活性，Y-迷宫测试和Morris水迷宫测试显著改善学习和记忆障碍，并明显抑制β-分泌酶活性，降低Aβ1-42和MDA含量，增加SOD和GSH-px等抗氧化酶活性。海马切片结果显示，5-HMF用药组的神经元被整合并规则排列，表明5-HMF可以减轻神经元损伤的程度，说明5-HMF可能作为治疗AD的潜在治疗剂[46]。