生物碱类成分对阿尔茨海默症潜在治疗的研究进展

孙丽丛 张丹参

河北科技大学化学与制药工程学院，石家庄，050018，中国

阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease，AD）是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病，有记忆障碍、失语、执行能力障碍等临床表现［1］。随着近年来老龄化的发展，AD 作为世界备受关注的公共卫生问题之一，给人们的生活和健康带来了严重影响。《世界阿尔茨海默病2018 年报告》中指出，每3 秒钟，就有一名AD 患者的出现。而且到目前为止，全球至少有5 000 万名痴呆患者，到2050 年，这个数字预计将达到1.52 亿，另外，有数据显示，中国是全球阿尔茨海默病患者数量最多的国家［2］。因此寻找有效成分来控制和治疗病情，成为研究热点。

关于AD 的发病机制有多种假说，如乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）水平低、β-淀粉样蛋白（amyloid β peptide，Aβ）沉积、tau 蛋白异常磷酸化聚集、氧化应激等［2］，但是确切的发病机制仍不清楚。面对这样严峻的情况，虽说已有食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准的上市治疗药物，如多奈哌齐、加兰他明等，但都只能改善或延缓其发病进程，并不能预防、阻止或扭转疾病的发生，且存在一定的不良反应［3］。所以从天然植物中寻找治疗AD 的有效成分成为人们研究的一个重要方向，天然生物碱类化合物就是其中之一。

1 生物碱类化合物

生物碱是一种含氮碱性有机物，广泛存在于大自然中，如植物、动物、微生物中，其具有显著的生理活性，特别是对中枢神经系统的药理作用引起了广大学者的关注。生物碱类化合物在医药和农药行业应用较为广泛，特点为多靶点、副作用小、毒性小、来源广泛、几乎无污染、作用强等，适合长期稳定治疗［4］。而且近年来的研究表明，多种植物中的生物碱成分均对治疗AD 具有有益作用。因此本文对天然植物中的生物碱成分治疗AD 的机制进行综述，为AD 药物的开发和应用提供有力的证据和参考。

2 生物碱类成分对AD 患者的治疗作用

2.1 兰科植物中的生物碱成分

兰科（orchidaceae）是开花植物中仅次于菊科的第二大家族，在全球范围几乎都有分布，但主要生长于热带和亚热带地区。兰科植物化学成分极为丰富，主要包括生物碱类、酚类、黄酮类等，其中生物碱类化学成分在兰科植物中广泛存在［5］，且具有多种活性，如抗炎、降血脂、改善记忆等［6］。

石斛，为兰科植物中较大的一个属，又名石斛兰，其药用历史悠久，且其中石斛碱成分又在抗肿瘤、改善大脑记忆和认知功能障碍等方面具有活性［7］。研究发现Aβ会诱导脑内谷氨酸过度释放，产生兴奋性毒性，可能导致AD 的发生，而石斛碱可通过诱导自噬阻止Aβ25-35诱导的轴索变性，可能成为AD 治疗的一种新靶点［8］。陈婧超［9］通过霍山石斛生物碱对氧化损伤PC12 细胞存活率影响实验，发现该生物碱对经H2O2诱导氧化损伤的PC12 细胞有预保护作用。张明辉［10］采用Aβ25-35诱导AD 大鼠模型，观察金钗石斛生物碱对AD 模型大鼠的空间学习的作用及脑中Aβ的表达量的影响，结果显示模型组大鼠空间学习能力明显低于假手术组，40、80 mg·kg-1DNLA 组可明显改善学习记忆减退症状，其机制可能与减少海马组织中Aβ1-42、β淀粉样前体蛋白（A beta precursor protein，APP）和β淀粉样前体蛋白裂解酶1（beta-secretase 1，BACE1）的含量有关。另外张玮、柳源等［11-12］通过使用不同浓度的金钗石斛总碱预处理原代神经细胞、PC 细胞，发现可以减轻Aβ25-35对细胞的毒性作用。Nie 等［13］研究认为，在Aβ25-35诱导的AD 模型中，金钗石斛可防止神经细胞凋亡和突触丢失，部分是通过可增加海马和皮层中睫状神经营养因子（cialiary neurotrophic factor，CNTF）、胶质细胞源性神经营养因子（glialcelllinederivedneurotrophic factor，GDNF）和脑源生神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的表达来介导。姚寅等［14］实验研究发现石斛总碱可改善AD 转基因小鼠记忆和空间辨别的功能，其作用机制可能与抑制β-分泌蛋白和γ-分泌蛋白有关。

2.2 豆科植物中的生物碱成分

豆科植物苦参、苦豆子及广豆根中的主要有效成分为苦参碱类生物碱，苦参碱是其中的代表［15］。通过研究发现苦参碱对中枢神经系统有抑制作用，可能是通过影响γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的囊泡储存、再摄取或促进释放激活合成酶而促进递质合成和代谢的过程。GABA 是脑内抑制性神经递质，具有镇静、抗惊厥、稳定神经及肢体活动的作用。甘氨酸（glycine，Gly）是哺乳类动物脊髓内重要的抑制性递质，对运动神经的活动呈负反馈抑制［16］。有实验研究证明，苦参碱能增加小鼠脑中GABA 和GLY 的含量。实验证明苦参碱镇静和催眠作用与脑和脊髓中GABA 和GLY 的含量增加有关［17］。另外耿群美［18］报道药理实验结果表明，氧化苦参碱与苦参碱有类似安定作用，二者对中枢均有抑制作用，作用随剂量增加而增加。在给AD大鼠腹腔注射苦参碱注射液后，与对照组相比，其大脑皮质和海马内炎性细胞因子水平较低，并且能够改善大鼠海马神经元超微结构的损伤。因此，苦参碱通过抑制大脑中炎症反应介质的释放，来减少神经元的损伤［19］。

乙酰胆碱的缺失会导致AD 患者认知功能障碍，记忆功能下降，乙酰胆碱酶抑制剂则是通过抑制乙酰胆碱酯酶的活性，来提高乙酰胆碱的水平，达到治疗AD的作用。豆科植物毒扁豆种子中有一种毒扁豆碱，是已知最早的一种非选择性可逆性乙酰胆碱酶抑制剂，它能够抑制G1 和G4 乙酰胆碱酯酶的形成［20］，提高大鼠记忆和改善东莨菪碱所致的学习记忆障碍［21］。但因其毒性大，不能应用于临床，而它的亲脂性衍生物酒石酸庚基毒扁豆碱不仅毒性小而且疗效强［22］，可使患者认知能力和行为能力达到最大程度地改善。

刺桐属植物为豆科蝶形花亚科，主要分布于热带和亚热带地区，从刺桐植物中分离出来的主要是刺桐生物碱［23］。到目前为止，已经有超过110 种刺桐生物碱从植物中分离并确定结构，发现大部分具有抗痉挛、镇静和抑制中枢神经的作用，可能作为一种潜在的治疗中枢神经系统疾病如AD 的药物［24］。正常情况下，人体代谢过程会产生较低浓度正常生理范围内的自由基，可以刺激细胞的生长，对人体有益。但若自由基产生过多，氧化还原反应平衡系统被破坏，就会对人体造成伤害［25］。Benard F Juma［26］等在用鳃足虫进行实验时，发现刺桐生物碱有一定的1，1-二苯基-2-苦肼基自由基（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除作用，可延缓衰老。另外刺桐生物碱也是具有竞争力的乙酰胆碱酯酶抑制剂，对AD 的治疗和控制可能有帮助［27］。

2.3 石蒜科植物中的生物碱成分

石蒜科植物既可作为观赏植物，又有药用价值，主要分布于我国南方。从石蒜科植物的鳞茎中得到的生物碱类化合物具有多种生物活性，如抗肿瘤、抗菌等［28］。

Elgorashi E E 等［29］通过对23 种石蒜科生物碱乙酰胆碱酯酶抑制剂活性进行测试，发现加兰他敏型和石蒜碱型的生物碱活性最好。其中加兰他敏是属于菲啶类生物碱，是一种可逆性的乙酰胆碱酶抑制剂，可以长期的、竞争性的抑制乙酰胆碱酶的活性。临床试验证明加兰他敏（24 mg·d-1）可改善轻度AD 患者的认知和知觉，且无肝毒性［30］；加兰他敏作为烟碱型乙酰胆碱受体的变构增强配体，能增强烟碱神经传递从而增强认知和记忆能力［31］。目前，含有加兰他敏成分的盐酸Reminyl 已经上市［32］，用于治疗早中期的AD。此外多项研究证明，以Aβ为主要成分的神经元斑块（senile plaque，SP）是AD 的主要病理表现，所以干预Aβ的聚集可以防治AD。加兰他敏可以抑制Aβ的聚集和细胞毒作用，阻止Aβ诱导的氧化损伤［33］。蒋胜［34］通过MTT、免疫印迹、免疫荧光等实验，发现加兰他敏通过抑制NOX4 的表达进而抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）的累积，最终抑制Aβ诱导的PC12 细胞损伤性自噬，达到保护神经元的作用。

而石蒜碱型生物碱的抗乙酰胆碱酯酶活性可能与芳香环C、氮原子上取代基有关［35］。Staffofd 等［36］通过对石蒜属生物碱的研究发现其具有较强的AChE 抑制活性，主要原因是芳香化的C 环提高了抗乙酰胆碱酯酶的活性；Lee 等［37］研究石蒜碱及其衍生物与乙酰胆碱间的作用关系时，发现石蒜碱分子中氮原子上的取代基影响着分子的活性，且若将石蒜碱分子D 环开环，可使其溶解性增大，提高其乙酰胆碱酯酶抑制活性。

2.4 芸香科植物中的生物碱成分

吴茱萸碱为芸香科吴茱萸的果实提取物，具有抗炎、抗肿瘤、神经保护等作用［38］。炎症是机体应对刺激物的防御反应，炎症反应是AD 的一种可能发生机制，因为若炎症反应失控，就会产生神经毒性物质，使神经元变性，引发AD［39］。多项研究证实吴茱萸碱具有较强的抗氧化能力，无论是在RAW264.7 细胞［40］还是神经系统小胶质细胞中，吴茱萸碱都可以抑制低氧诱导的环氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）和诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的表达，从而抑制炎症反应。还有研究发现吴茱萸碱不仅可以抑制炎症因子的表达，还能够改善能量代谢障碍，进而缓解APPswe/PSΔE9小鼠的学习记忆损伤［41］。

黄皮酰胺是从芸香科植物黄皮叶中分离出来的，作用于N-甲基-D-天冬氨酸受体。（-）黄皮酰胺的主要药理作用是改善认知功能和抑制Aβ毒性，提高突触效能和结构的可塑性［42］。将10 种记忆障碍模型包括APP 转基因鼠、老年鼠（24～27 月龄）、糖尿病小鼠、脑缺血-再灌注大鼠、Aβ及其它化学剂引起的记忆障碍大鼠用于观察（-）黄皮酰胺改善学习记忆的功效，研究结果显示（-）黄皮酰胺5～10 mg·kg-1能显著改善学习和记忆功能［43］。另外的研究结果显示，（-）黄皮酰胺还能显著增加基础突触传递和诱导突触长时程增强，还可以改善认知功能障碍和抑制tau 过度磷酸化，并保护微管免受损伤［42］。

小檗碱作为芸香科植物川黄柏树皮中含量最高的生物碱［44］，能降低神经元和半胱天冬酶活性，显著逆转Aβ25-35诱导的原代海马神经元损伤和凋亡［45］。川黄柏提取物、黄柏碱和小檗碱对过氧化氢处理过的HT22 小鼠海马神经元有显著的保护作用，能够降低乳酸脱氢酶的表达，抑制乙酰胆碱酯酶的活性，可用于AD 的治疗。同时，在抑制乙酰胆碱酯酶的浓度下，川黄柏的醇提物、水提物等均无细胞毒性。研究发现，个别生物碱（如小檗碱、黄连碱和巴马汀）组合还可协同增强乙酰胆碱酯酶的抑制作用［46］。

2.5 石杉科植物中的生物碱成分

石杉科植物广泛分布在热带与亚热带地区，石杉碱甲是从石杉属植物蛇足石杉中分离得到的一种新型生物碱有效单体［47］。它的药理活性为增强记忆保护并促进记忆再生，作为可逆性乙酰胆碱酯酶抑制剂，易通过血脑屏障，发挥疗效。以82 例AD 患者作为研究对象，对照组采用常规治疗，试验组采用常规治疗的同时服用石杉碱甲片治疗，结果发现在治疗后，患者的简易智力状态（mini-mental state examiniation，MMSE）、韦氏成人记忆表（wechsler memory scale，WMS）和生活功能量表（activity of daily living scale，ADL）测试评分均明显优于治疗前，不良反应发生率有大幅度降低，说明石杉碱甲片对AD有较好疗效且安全性较高，具有较高的临床价值［48］。

多奈哌齐具有保护脑神经、改善患者认知功能等作用，为临床治疗AD 常用药物，但若长期单一使用，部分患者治疗效果并不理想。将石杉碱甲与其联合进行实验研究，发现联合后可改善AD 患者智力状态及认知功能，临床效果显著［49］。除了抑制ACh E 的活性外，石杉碱甲还具有调节APP 蛋白的代谢、降解和转运作用，抑制斑块的形成和神经元纤维缠绕，起到多重的神经保护作用［50］。

2.6 其他

以槟榔碱为先导的新型莨菪类化合物MA9701 具有促智作用，作为治疗AD 的新药已进入临床试验阶 段［51］。新型莨菪类衍生物MA9701 能明显改善乙醇和东莨菪碱所致的小鼠学习与记忆障碍功能，其作用机制可能与激动脑内皮质和海马中枢M 胆碱受体有关［52］。去氢吴茱萸碱和党参总碱作为乙酰胆碱酶抑制剂，都有改善东莨菪碱所导致的学习记忆障碍的功能，而且后者还可以促进胆碱乙酰基转移酶生成乙酰胆碱［53］。骆驼蓬植物中分离到的吲哚类生物碱也有很好的抑制AChE潜力［54］。Becher 等［55］对淡水念珠藻科藻青菌葛仙米（nostoc78-12A）进行提取分离，得到1 个新的β-咔啉生物碱nostocarboline（12），实验发现，nostocarboline是一种有效的丁酰胆碱酯酶抑制剂，其治疗老年痴呆症的作用不亚于加兰他敏，因此，被认为是一种新型的神经化学发展的前导化合物。

3 展望

天然生物碱类化合物由于其来源广泛、副作用小、药理活性显著等特点，在治疗AD 的领域中起重要作用，而且与合成药物相比，还可以实现多靶点、多途径治疗。为了达到更好的治疗效果，在合理的情况下，可以进行多种药物进行配伍治疗，如石杉碱甲和多奈哌齐、石杉碱甲和美金刚等，联合治疗效果更佳，因此寻求生物碱成分和药物结合治疗可以更深入研究。另外生物碱的种类繁多且结构复杂，而且有些种类的生物碱有一定的毒性，是限制生物碱进一步开发利用的因素。因此得到结构准确且稳定、活性更高且安全无毒的生物碱成分是需要深入研究的一个重要方向。