黄酮类化合物对神经认知能力及神经退行性疾病的作用

王何蕾，徐驰

（江苏省南京市鼓楼区童家巷24号中国药科大学玄武门校区，江苏省肿瘤发生与干预重点实验室，江苏 南京）

1 黄酮类化合物的来源、分类与作用

黄酮类化合物广泛存在于自然界的绿色植物中，早期主要是指母核为2-苯基色原酮的一类化合物，如今则泛指两个苯环（A环与B环）通过中央三碳相互联接而成的一系列化合物。根据中央三碳的氧化程度、是否成环、B环的联接位点等特点，可将黄酮类化合物分为多种结构类型，这些不同的黄酮类化合物在各种药理活性中起主要作用，主要有黄酮，黄酮醇，异黄酮，黄烷醇，黄烷酮，花青素等。这些黄酮类化合物来源广阔，主要存在于药用植物，蔬菜，浆果，葡萄酒，绿茶中。研究表明，黄酮类化合物有较强的抗氧化自由基作用[1]，并且大量的药理研究显示了它们对心血管疾病，细菌、病毒感染[2]，肿瘤，炎症[3-5]，神经系统疾病均有一定疗效。

2 黄酮类化合物对神经认知能力的作用

大量研究证明，食用富含黄酮类化合物的食物有益于神经认知能力，尤其是异黄酮（主要存在于大豆和大豆制品中）[6]。异黄酮对认知和记忆方面的积极作用在于其能模拟大脑中雌激素的作用[7,8]，流行病学研究表明，绝经后的妇女用雌激素替代治疗后相比没有治疗的绝经后妇女患阿尔茨海默症的概率更低。同样，动物行为学研究显示正常哺乳动物切除卵巢后，认知功能下降，用雌激素治疗后认知功能障碍得到改善。除此之外，异黄酮还可以影响乙酰胆碱，神经营养因子（如脑源性神经营养因子BDNF）以及海马和额叶皮层区神经生长因子的合成[9,10]。对于其他类型的黄酮类化合物，动物行为学证据表明，石榴，葡萄，蓝莓，草莓等富含黄烷醇和花青素的水果，以及化合物槲皮素和表没食子儿茶素没食子酸酯，对学习和记忆的各个方面有积极作用，包括快速或慢速记忆获取，短期工作记忆，长期参考记忆，记忆的保留和检索[11,12]，并且能够改善模型动物的认知障碍和空间工作记忆的缺陷[13,14]。同时，富含黄烷醇和花青素的浆果，尤其是蓝莓，能显著增加海马齿状回前体细胞的增殖与神经发生[15]，有效逆转与衰老相关的空间记忆缺陷[16]。然而，目前尚不清楚黄酮类化合物在大脑中的具体作用机制，是否诱导海马形态、功能的整体变化。

3 黄酮类化合物对神经退行性疾病的作用

神经退行性疾病是由机体神经元结构和功能逐渐丧失引发的一类疾病，分为急性和慢性两种，前者主要包括脑缺血，脑损伤，癫痫，后者主要包括阿尔茨海默症，帕金森病，亨廷顿病，肌萎缩性侧索硬化症等。氧化应激，线粒体功能障碍，兴奋性毒素，神经炎症等皆是诱导神经退行性疾病发生的病理因素。本文中我们将主要探讨黄酮类化合物对阿尔茨海默症和帕金森病的作用。

阿尔茨海默症（AD）的主要症状是记忆的逐渐消失，认知功能障碍，日常生活能力不完善以及智力学习过程的减退[17,18]，它是导致痴呆症的最常见原因。尽管AD确切的病因尚未清楚，但一些机制特征包括AD的产生和发展涉及到乙酰胆碱的缺失，β-淀粉样蛋白（Aβ）的沉积，tau蛋白的过度磷酸化和氧化应激的发生[19,20]。据报道，表儿茶素-3-没食子酸酯、棉皮素、槲皮素和杨梅素等黄酮类化合物在临床低浓度下可阻断β-淀粉样蛋白和tau蛋白聚集，清除自由基，隔离金属离子[21,22]。此外，黄酮类化合物还具有清除活性氧、抑制单胺氧化酶和乙酰胆碱酯酶的作用[23]。同时，黄酮类化合物在动物模型中预防AD和认知功能障碍的有效性已被报道，这意味着它们在神经障碍的治疗方面的应用。例如，在越橘和黑加仑提取物中发现的富含花青素的黄酮类化合物可以在APP/PS1模型小鼠中预防它们的行为异常，抑制大脑中Aβ的产生和聚集[24]。长期服用葡萄多酚可降低Tg2576小鼠脑组织中可溶性Aβ低聚物水平，改善记忆和行为缺陷[25]。因此，黄酮类化合物有望开发成为高效、多靶点抗AD的先导化合物。

帕金森氏病中的黑质神经元死亡被认为与内源性神经毒素5-S-半胱氨酰-多巴胺（5-S-cys-DA）及其氧化产物二氢苯并噻嗪（DHBT-1）的形成有关[26]。然而，黄酮类化合物能够阻碍5-S-胱氨酸多巴胺的产生及由此引起的神经损伤[27]。也有证据表明，黄酮类化合物能够调节蛋白激酶和脂质激酶信号级联通路，如磷脂酰肌醇3-激酶/Akt和促分裂原活化的蛋白激酶途径[28]，从而阻断氧化诱导的神经元损伤。这些途径的激活或抑制可改变靶分子的磷酸化状态，导致半胱天冬酶活性的改变或基因表达的改变，进一步影响神经元功能和形态。研究报道，黄酮类化合物具有的抗凋亡作用可通过阻止caspase-3的活化来阻碍氧化造成的神经元损伤[29]。橙皮素及其代谢物5-硝基橙皮素，被观察到通过激活磷酸化信号蛋白来抑制氧化诱导的神经元凋亡[30]。同样，槲皮素，黄芩素和表没食子儿茶素没食子酸酯也依赖于它们直接调节蛋白和脂质激酶信号的途径减轻小胶质细胞或星形胶质细胞介导的神经炎症，有效延缓帕金森病的病理进程[31]。

4 黄酮类化合物作用的机制

上个世纪，黄酮类化合物的生物作用，包括对大脑的作用，被认为是由于它们强大的抗氧化能力[32]，通过清除自由基、改变细胞内氧化还原状态带来的影响。但是，黄酮类化合物的口服生物利用度较低[33]，一旦进入体内，会经历广泛的新陈代谢，最终能穿透血脑屏障进入脑中的浓度极低，不足以支撑它起到抗氧化作用。所以，黄酮类化合物在神经系统中的生物学作用不是由于其经典的抗氧化作用，而是通过保护脆弱神经元，增强现有神经元功能，刺激神经元再生和诱导神经发生来发挥其神经保护作用[34]。

4.1 黄酮类化合物与重要信号通路的相互作用

黄酮类化合物已被证明通过与神经元信号通路的相互作用发挥神经保护作用[35]。它们与多种蛋白和脂质激酶信号途径相互作用，包括酪氨酸激酶，促分裂原活化激酶（MAPK），磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/ Akt，蛋白激酶C，NFκB途径[36]。当脑中的黄酮类化合物浓度足够高时，可以激活或抑制这些受体，改变其磷酸化状态，调节基因表达，诱导神经元中相关调节蛋白或保护蛋白的合成，增强突触可塑性，直接影响认知能力，学习、记忆能力[37]。有报道称，黄酮类化合物及其代谢产物与MAPK信号通路(MEK1和MEK2受体)相互作用，引起cAMP反应元件结合蛋白(CREB)下游活化，导致突触可塑性和记忆的显著改变。例如，补充富含黄烷醇和花青素的蓝莓可以激活CREB和提高海马的BDNF水平，从而提高动物的认知能力[38]。绿茶儿茶素可降低Aβ1-42低聚体水平，提高PKA/CREB通路活性，上调海马突触可塑性相关蛋白，改善认知功能障碍[39]。同时，蓝莓诱导的CREB和BDNF表达增加也被证明可导致PI3K/Akt信号通路的激活，另外，黄酮类化合物具有PI3K调节位点，直接与其ATP结合位点相互作用[40]。槲皮素及其代谢物通过抑制PI3K活性来抑制Akt/PKB信号通路。相反，橙皮素激活Akt/PKB信号通路，延长皮质神经元的生存期[41]。表儿茶素-5-没食子酸盐激活细胞外信号调节激酶（ERK）和依赖于CREB磷酸化上调水平的PI3K，调节神经传递，突触形成和突触可塑性[42]。

4.2 黄酮类化合物对外周和大脑血管的作用

流行病学数据表明，富含黄烷醇的食物如可可，蓝莓和茶可以预防包括中风和痴呆在内的多种脑血管疾病[43]。黄烷醇介导的生物活性包括改善血管功能，降低血压，抑制血小板凝聚，减少炎症反应。这些外周血管的改变增加了脑血流量，改善了血管内皮细胞功能，直接增强了脑血管功能，促进了海马中的成体神经发生[44]。新生的海马神经细胞倾向于聚集在血管周围，在血管生长因子的作用下不断增殖，而血管生成本身伴随着内源性一氧化氮的产生和血管舒张，黄烷醇以及其他的黄酮类化合物的血管作用有一部分是通过激活内皮细胞的一氧化氮合酶（eNOS）来介导的[45]。它们通过诱导Akt上Ser-473的磷酸化来激活eNOS，增加海马血管中一氧化氮的生物利用度，导致随后的血管生成和神经发生。此外，海马中血管生成的增加也可能会稳定新生神经元的存在[46]。

4.3 黄酮类化合物对神经毒素和神经炎症的作用

在多种神经退行性疾病中观察到的潜在神经变形是由多种因素导致的，包括神经炎症，谷氨酸能兴奋性毒性，铁的增加[47]和内源性抗氧化剂的损耗。研究表明黄酮类化合物可能会抵挡神经元损伤的潜在机制，阻碍多种神经退行性疾病的发展[48]。食用富含表没食子儿茶素没食子酸酯的绿茶可通过调节蛋白激酶C（PKC）和PI3K信号通路来发挥神经保护作用，还可以通过螯合自由基来减轻黑质损伤，从而缓解神经变形和缺血性海马损伤，降低患帕金森病的风险[49]。体外研究也表明黄酮类化合物能够阻碍内源性神经毒素5-S-胱氨酸多巴胺的产生，预防帕金森病。神经炎症发生时被激活的神经小胶质细胞或星形胶质细胞释放出炎症细胞因子及其他介质,包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）、一氧化氮（NO）、白介素-1β（IL-1β）、IL-6和诱导型一氧化氮合酶（iNOS），进一步扩大炎症信号, 诱导神经元凋亡。柚皮素通过抑制脂多糖/干扰素诱导的胶质细胞激活和抑制p38/STAT-1通路来减少神经元损伤[50]。另外，柚皮素还能抑制活化小胶质细胞中NO的产生，其他黄酮类化合物包括槲皮素，汉黄芩素，黄芩素也已经被证明可以调节神经炎症和小胶质细胞/星形胶质细胞介导的NO产生。蓝莓中的黄酮类化合物也被证明可以减少激活的小胶质细胞中TNF-α、NO和IL-1β的产生[51]。

5 总结

黄酮类化合物的神经保护作用涉及到大脑内的多种效应，包括保护神经元免受神经毒素和神经炎症损伤，激活突触信号和改善脑血管血流。这些有益影响可以抑制由神经毒素引发的神经元凋亡，促进神经元存活与分化，加强外周和大脑血流量灌注，从而改善记忆与认知能力，延缓神经退行性疾病的病理进程。然而黄酮类化合物在神经系统中直接作用的分子靶点尚不明确，限制了其在临床上的应用，目前还没有足够的证据来明确地将黄酮类化合物的摄入与神经健康的改善联系起来。所以需要进一步的研究，特别是设计良好的临床试验，来证实黄酮类化合物在与神经变性相关的临床症状和体征中的临床疗效。此外，还应设计各种体内研究，以更好地了解黄酮类化合物的生物利用度、潜在毒性以及在衰老大脑中靶部位的积累情况。总之，与衰老相关的认知能力的下降和记忆障碍近些年来越来越受到人们的关注，对于改善记忆和缓解认知衰退的治疗费用逐年递增，如果能从饮食上通过黄酮类化合物的摄入来对这些神经退行性疾病进行干预治疗，将节约一笔不小的开支，这也将成为以后临床研究的重要方向。