人参皂苷Rg1、Rb1、Rd、Re和帕金森病的研究进展

李 冬 王欣笛 郭道宇 刘 昊

（华北理工大学附属医院神经内科，唐山 063000）

1 帕金森病的研究概况

帕金森病（Parkinson's disease， PD）是一种中枢神经退行性疾病，其特征是大脑中黑质致密的多巴胺神经元丢失以及非多巴胺系统（例如去甲肾上腺素能、血清素能和胆碱能系统）的退化[1]。据统计，我国的PD患者人数已超过250万。随着老龄化问题日趋严重，预计到2030年，我国的PD患者将激增至500万人左右，其数量将占全球一半以上。PD的高发给中国社会带来了沉重的经济负担和社会发展压力。PD通常可以通过多巴胺替代疗法[如左旋多巴，多巴胺受体激动剂和单胺氧化酶B（MAOB）抑制剂]来缓解运动迟缓、僵硬和静息性震颤等运动症状[2]。然而，PD晚期由多巴胺和非多巴胺系统退化产生的非运动症状，如抑郁症、痴呆、睡眠异常和自主神经功能衰竭，仍缺乏有效的治疗 方法。

目前，科研人员主要通过研究神经毒素诱导的PD啮齿类动物或者神经细胞模型来了解PD发病机制。其中，基于神经毒素诱导的PD鼠类模型的研究数据最为丰富。通过体外和体内诱导PD发生最常见的3种神经毒素为6-羟基多巴胺（6-OHDA）、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）和鱼藤酮。此外，神经毒性模型可以作为评估PD对症治疗的功效和副作用的工具，并为开发新的药物提供了理论基础。例如，研究人员通过研究MPTP的PD鼠类模型，开发了抗PD药物selegiline（一种MAOB抑制剂）和金刚烷胺，一种 N-甲基-D-天门冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA受体）的选择性拮抗剂[3]。

通过使用以下常规字符串搜索Google学术数据库：（“人参皂苷”和“6-OHDA”或“甲基多碘化碘（MPP+）”或“MPTP”或“鱼藤酮”），截止2019年10月12日共产生了205篇相关文章。笔者综述了近20年内的人参皂苷的相关研究（表1），总结了人参皂苷Rg1、Rb1、Rd和Re对神经毒性PD模型的主要生物学作用机制。

表1 人参提取物研究神经毒素（6-OHDA、MPTP/MPP+和鱼藤酮等）诱导的PD 模型相关文献调查

2 人参皂苷的研究概况

传统草药中的某些天然萜烯（主要是二萜和三萜）对神经毒性模型具有神经保护作用，如来自银杏的二萜银杏内酯B，来自人参的人参皂苷等。而且，人参皂苷的抗PD活性已得到广泛研究。研究表明，人参皂苷可以减少神经毒的摄入，降低兴奋性毒性以及抗氧化[25]。人参皂苷是三萜皂苷，不同的人参皂苷具有相似的化学结构，都含有由17个碳原子排列成4个环的类固醇。根据糖苷基架构的不同将人参皂苷可以大致分为2组：达玛烷型和齐墩果烷型。人参皂苷被命名为“Rx”，其中“R”代表根，“x”以字母顺序描述色谱极性，例如，Ra是极性最小的化合物，并且Rb比Ra极性更大。目前，已有60多种已知的人参皂苷被发现[26]，且每种都有独特的药用功能，主要为2类：①原人参二醇（PPD）包括人参皂苷Ra1、Ra2、Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Rg3和Rh2等；②原人参三醇型皂苷（PPT）包括人参皂苷Re、Rg1、Rg2、Rf和Rh1等。PPT中和PPD的之间的差异是羧基在C-6位中的PPD。

现着重总结了人参皂苷Rg1、Rb1、Rd和Re（图1）对神经毒性PD模型的作用机制。

2.1 人参皂苷Rg1

图1 人参皂苷Rg1、 Re、 Rb1 和Rd 的化学结构

研究表明，人参皂苷Rg1（图1）对谷氨酸应激的中脑多巴胺细胞有正向刺激作用，人参皂苷Rg1可通过抑制氧化应激来减轻多巴胺诱导的细胞凋亡[4，6]，并通过抑制细胞中的NF-κB活化来防止H2O2诱导的细胞凋亡。在PD小鼠模型研究中，人参皂苷Rg1对MPTP诱导小鼠的黑质神经元凋亡具有保护作用，主要通过调节铁转运蛋白降低黑质铁水平，并对脂多糖（LPS）诱导的小胶质细胞的生长具有抑制作 用[27]。在PD大鼠模型研究中，人参皂苷Rg1可通过激活胰岛素生长因子-I受体信号通路，对去卵巢PD大鼠的多巴胺神经元可以起到保护作用。

中枢神经系统的抗炎活性被认为在PD防治中起有益作用[28]。鉴于此，Gao等[14]报道，人参皂苷Rg1可抑制MPTP诱导的PD小鼠体内COX-2表达。人参皂苷Rg1可有效阻止黑质区SN磷酸化而干扰JNK信号通路，使其不能上调COX-2表达，黑质区COX-2免疫阳性细胞减少，同时TH+神经元缺失明显减少，从而降低黑质区COX-2介导的炎症反应及其诱导的细胞凋亡，使SN多巴胺神经元免于MPTP诱导的损伤，最终使该PD模型小鼠运动功能障碍得到改善[9]。然而，人参皂苷Rg1对于PD模型中脑黑质COX-2表达抑制的机制尚没有统一的结论，但主要与P38信号通路及JNK信号通路有关，最终结果均为降低黑质区COX-2介导的炎症反应及其诱导的细胞凋亡[29]。

人参皂苷Rg1不仅对MPTP/MPP+诱导的PD小鼠模型具有保护多巴胺神经元的作用，而且可以对抗6-OHDA的毒性作用[11]。人参皂苷Rg1可明显抑制6-OHDA引起黑质TH+神经元数量和TH（+）基因表达的减少行为，其内在机制在于人参皂苷Rg1能有效激活PI3K/Akt通路及细胞外调节蛋白激酶（ERK）信号通路。进一步研究表明，人参皂 苷Rg1保护PD中脑SN多巴胺神经元的分子机制是在一定程度上阻止PD模型小鼠中脑SN磷酸化及由此引发的细胞凋亡[14]。

综上所述，人参皂苷Rg1的神经保护作用机制可能包括拮抗氧化应激反应、降低铁离子水平、减少TH（+）磷酸化、阻断JNK/SAPK和NF-κB信号通路、激活PI3K/Akt和ERK信号通路，以及通过IGF-IR和ER 2条途径保护多巴胺神经元。因此，保护多巴胺神经元的信号通路可能不仅是一条，而是有多条通路参与其中，并且相互交叉，共同发挥作用。

2.2 人参皂苷Rb1

人参皂苷 Rb1（图1）是人参中最丰富、最重要的成分之一，已被证明对人体具有多种有益作用，包括对中枢神经系统、心血管系统和免疫系统的影响以及抗肿瘤活性[33]。这些作用和细胞的抗氧化应激，调节自噬过程和抑制细胞凋亡和线粒体功能密切相关。

氧化应激可使细胞中产生过量氧自由基，且自由基的浓度与各种疾病有关。 活性氧（ROS）是包含由氧化系统产生的活性氧官能团的化合物，包括含氧自由基、无氧非自由基衍生物和氢过氧化物。正常产生的ROS可被细胞中丰富的内源性抗氧化剂清除。过量的ROS则会导致氧化损伤，继而引起诸如神经退行性疾病、癌症、心血管疾病和代谢性疾病之类的疾病。清除过量ROS是线粒体最为重要的功能之一。人参皂苷Rb1直接减少ROS的过量产生，保护其免受线粒体功能障碍的困扰，并恢复细胞氧化还原酶的平衡。此外，人参皂苷Rb1可以减少细胞中过量的超氧阴离子产生并恢复线粒体膜电位[31]。人参皂苷Rb1不仅可以保护氧化还原酶，也可清除ROS。研究显示[32]，人参皂苷Rb1可激活体外培养的多巴胺细胞Gβ1/PI3K/Akt-Nrf2信号通路，抑制6-OHDA诱导的氧化损伤，从而保护细胞免受氧化应激。并且，用Rb1 预处理 SH-SY5Y细胞可显著降低6-OHDA诱导的 caspase-3的激活和随后的细胞凋亡[32]。研究人员通过比较3种不同人参皂苷（Rg1、Rg3、Rb1）对α-突触核蛋白的保护作用，显示只有人参皂苷Rb1减轻PD小鼠的行为障碍，防止多巴胺神经元死亡，并抑制α-突触核蛋白表达和星形胶质细胞增生[33]。因此，人参皂苷Rb1可以被用作防治PD的药物之一。

MPP+是一种神经毒性化合物，可抑制多巴胺细胞的生长，并抑制神经元突触的生长。当小鼠暴露于MPP+时，多巴胺细胞开始死亡，神经元突触长度缩短，除此之外，免疫阳性酪氨酸羟化酶水平也会减少[20]。尽管人参皂苷不能完全防止多巴胺细胞和神经元的丢失，但是人参皂苷Rb1通过刺激神经元突触的生长以及恢复线粒体膜电位以抑制Ca2+过量摄入，从而显着提高了多巴胺细胞存活率。因此，研究人员普遍认为人参皂苷Rb1具有神经保护作用[15，30]。通过PC12细胞MPP+毒素诱导凋亡实验显示，人参皂苷Rb1预处理后可以有效抑制caspase-3和激活抗凋亡Bcl-2途径，这种抗凋亡活性是通过刺激雌激素受体基因的表达以及去磷酸化作用的结果[34]。

综上所述，人参皂苷Rb1可以通过多种方式保护神经元，如通过相关的代谢酶促进线粒体能量的转化和产生；抑制细胞内ROS的产生和积累；增强抗氧化酶的活性；抑制氧化酶的活性；维持线粒体膜电位稳定，抑制神经毒素的吸收。

2.3 人参皂苷Rd 的研究现状

临床和实验证据表明，人参皂苷Rd的神经保护作用与其抗炎作用有关。经过人参皂苷Rd预处理的多巴胺神经元在CCl4毒素诱导后，其抗炎能力和对照组相比有明显的增强[35]。利用CCl4对多巴胺神经元进行变性诱导可以导致神经元细胞的凋亡，经过人参皂苷Rd预处理后可显着保留多巴胺神经元中TH+神经元的数量。同时，在PD模型中，由小胶质细胞活化引起的细胞神经因子炎性变化可导致神经元死亡，实验中，多巴胺神经元的神经炎症可通过LPS暴露引起。在中脑原代培养中，LPS（100 μg/mL）会导致30%～50%的树突消失，核周膜改变，细胞萎缩和TH+神经元丢失。人参皂苷Rd可被用来抵抗LPS神经变性[35]。LPS的细胞死亡以及人参皂苷Rd的神经保护作用对多巴胺神经元没有选择性，人参皂苷Rd的抗炎作用同样可以通过减少NO生成和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）合成来证明，且iNOS活性和PGE2浓度增加呈剂量依赖性。因此，人参皂苷Rd的保护机制可能与iNOS活性改变和COX-2表达有关[35]。据报道，人参皂苷Rd还可以对海藻酸诱导的小鼠神经元起到保护作用[36]。

2.4 人参皂苷Re的研究现状

最新研究表明，人参化合物可以预防MTPT诱导的PD小鼠模型中SN神经元凋亡[37]。经过人参皂苷Re预处理后，MPTP模型组可增强Bcl-2蛋白和Bcl-2 mRNA的表达，并增加TH+神经元数量。人参皂苷Re与人参皂苷Rb1、Rb3、Rg1等均有不同程度抗氧化和清除自由基的作用，人参皂苷Re还可通过调节脑内单胺类递质合成与代谢而达到抗氧化应激的作用，也具有治疗PD的作用。同时，人参皂苷Re具有保护黑质多巴胺神经元形态和功能的作用，可能主要通过抑制MAOB的活性，影响多巴胺的降解代谢。人参皂苷Re可以逆转MPTP导致的纹状体多巴胺和HVA含量的升高，防止黑质致密部胶质细胞的增生。星形胶质细胞合成并分泌的胶质细胞源性神经生长因子（GDNF）可促进中脑多巴胺神经元的存活，推测人参皂苷Re减轻多巴胺神经元损伤的作用可能与此有关。人参皂苷Re通过增强PD小鼠纹状体内强啡肽蛋白和前强啡肽mRNA的表达，抑制前脑啡肽mRNA的表达，抑制小胶质细胞的激活，进而使受损的多巴胺神经元功能恢复。人参皂苷Re可以逆转PD小鼠多巴胺神经元凋亡一系列调控基因和蛋白的异常表达来实现多巴胺神经元的保护作用，如减少iNOS，从而减少NO的生成；下调PD小鼠黑质部促凋亡蛋白P53的表达；上调PD小鼠黑质致密部Bcl-2蛋白和Bcl-2 mRNA表达；下调Bax蛋白、Bax mRNA表达；抑制caspase-3的激活等，这些机制与人参皂苷Rg1保护神经细胞的作用类似[24]。此外，人参皂苷Re通过增加基底神经节中重要亚区新纹状体投射神经元和黑质网状部中间神经元γ-氨基丁酸的表达，调节皮层基底神经节丘脑环路的兴奋抑制平衡而发挥抗PD作用。此外，另一项最新研究表明[25]，人参皂苷Re能够通过恢复最佳NO信号转导而提高伴侣蛋白LRPPRC、Hsp90和Hsp60的表达水平，从而挽救并抵消多巴胺细胞系中特定的线粒体复合物Ⅳ缺陷。然而，人参皂苷Re调控的体内多巴胺变性的确切药理机制仍有待进一步验证。

综上所述，通过检索和分析相关文献表明，人参皂苷（Rg1、Rb1、Rd和Re）已被证明具有多种抗PD的活性，但是仍需要进行深入的系统研究其在PD中的作用及其分子机制，为人参皂苷的推广应用提供基础的药效学依据。