中药调节内质网应激治疗神经退行性疾病研究进展＊

符小梅，宋 雷，方淑环，方坚松

（广州中医药大学科技创新中心 广州 510405）

神经退行性疾病是以神经元变性为基础，蛋白质堆积为特征的年龄相关性疾病。随着人类寿命的延长，人口逐步老龄化，神经退行性疾病的患病率也在不断上升，给家庭及社会带来巨大压力。以患病率最高的神经退行性疾病-阿尔兹海默症（Alzheimer disease，AD）为例：至2020 年，在美国仅65 岁及以上AD 患者达620 余万人，其治疗、护理花费总金额约达3050 亿美元。尽管形势严峻，但是抗AD 药物的研发状况并不乐观。据美国药品研究与制造商协会报告，仅1998 至2017 年期间，就有高达146 个抗AD 药物临床试验以失败告终，仅5 种药物上市，2020 年，中药单体甘露特纳被批准上市，但均不能有效阻止或延缓AD 的病情发展。帕金森病（Parkinson’s disease，PD）在中国患病率达1700/10 万，是第二种常见神经退行性疾病，目前PD 的综合治疗仅能改善症状、延缓病情进展，药物治疗作为其主要的治疗手段，仍缺乏有效治疗药物，而其余类型神经退行性疾病的药物治疗情况亦是如此[1-2]。

神经退行性疾病的发病机制复杂，研究者们针对病理机制和结果开展了多项研究，但均未见较满意的结果。因其病理特征与ERS 有许多共同之处，均可见错误折叠蛋白质堆积，其过程均与氧化应激、神经炎症、线粒体功能障碍、钙离子紊乱、自噬等相关[3-5]。这给神经退行性疾病的治疗提供了新思路。近期发现选择性抑制ERS 关键靶点具有明显神经保护作用。其中，蛋白激酶RNA 样内质网激酶（PERK，PKR-like ER kinase）抑制剂，二苯甲基甲烷和盐酸曲唑酮，在体外和体内逆转了磷酸化真核翻译起始因子（phosphorylated eukaryotic initiation factor 2α, p-EIF2α）介导的翻译衰减，两种药物在小鼠神经变性模型中均具有明显的神经保护作用[6-10]，这意味着通过抑制内质网应激，治疗神经退行性疾病或存在可能。

中药于疾病具有巨大的潜力，大量的临床前研究或报道发现中药或单体可通过调节内质网应激保护神经元，在神经退行性疾病具有一定的潜在疗效。基于中药活性成分复杂、作用靶点多、影响多个环节、多条途径的特点[11]，本文综述了现有的中药或单体调控内质网应激防治神经退行性疾病的相关进展，总结了其调控的具体分子机制，为中药调控内质网应激抗神经退行性疾病的新药研发提供有力证据，以期为后续的实验研究提供线索及依据。

1 内质网应激

内质网是真核细胞中的一个由膜系统组成的细胞器，为核糖体翻译后的蛋白质合成、转运、折叠以及钙储存的主要场所。在各种因素如氧化应激、蛋白毒性物质、钙离子紊乱、炎症、线粒体功能障碍、自噬缺陷等影响下，未折叠和（或）错误折叠蛋白质蓄积，内质网稳态改变，内质网通过促进蛋白质正确折叠的适应性反应，即内质网应激。未折叠蛋白反应（unfolded protein response,UPR）是细胞ERS 过程的一种常见适应性反应方式。

UPR 由三种传感器蛋白控制：①PERK，这是一种I 型内质网跨膜蛋白；②肌醇需要跨膜激酶（inositolrequiring protein 1,IRE1），同样属于I 型内质网跨膜蛋白，其活化后具有核糖核酸内切酶活性；③跨膜介质激活转录因子6（activating transcription factor 6,ATF6）[14-17]。

生理状态下，PERK、IRE1、ATF6 三种感受器蛋白质与免疫球蛋白结合蛋白（immunoglobulin heavy chain binding protein, BiP）,又称78KDa 葡萄糖调节蛋白（glucose regulated protein78kD, GRP78）结合，当错误折叠的蛋白质增多时，结合状态解离，为促进蛋白质的正确折叠，GRP78 转而结合未折叠蛋白质，但当GRP78 达到极限不能彻底清除堆积的蛋白从而使得细胞损伤不可逆时，解离后的三种蛋白激活并作为转录因子启动UPR 信号级联反应。反应初期，PERK 二聚化后自磷酸化，使真核翻译起始因子（eukaryotic initiation factor 2α, EIF2α）磷酸化，p-EIF2α 可减少错误蛋白的翻译，从而达到保护细胞的作用；长期持续或严重应激，p-EIF2α 可选择性激活激活转录因子4（activating transcription factor 4, ATF4）mRNA，该mRNA编码一种转录因子，可诱导参与抗氧化反应、氨基酸代谢和凋亡的基因的表达。同初期IRE1 二聚化后自磷酸化，其具有核糖核酸内切酶活性，可剪切转录因子X 盒结合蛋白（X-box binding protein1,XBP1），XBP1 可调节蛋白质的表达；磷酸化的IRE1 还可结合肿瘤坏死因子相关因子受体2（tumor necrosis factorassociated factor 2,TRAF2）形成IRE1-TRAF2 复合物，激活和征募凋亡信号调节激酶1（Apoptosis signalregulating kinase 1,ASK1），ASK1可激活氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK），XBP1、JNK 均可促细胞自噬及凋亡。ATF6的激活，于高尔基体位点1蛋白酶（site-1protease, S1P）和 位 点2 蛋 白 酶（site-2protease,S2P）处理后，进入细胞核，ATF6可介导同源蛋白质（C/Ebp-Homologous Protein，CHOP）、XBP1 和GRP78 上调，CHOP 为一种促凋亡信号。三条信号传导通路均可触发促凋亡信号CHOP与胱氨酸特异蛋白酶12（Caspase-12）的表达，最终导致细胞的凋亡[12-18]。总之，反应早期，ERS 可促进错误蛋白的折叠，减少错误蛋白的翻译，调节蛋白的表达，保护细胞，促进细胞存活，但持续或严重的ERS，细胞稳态失衡，将导致细胞的凋亡，加快疾病的发展过程。

有趣的是，研究发现IRE1蛋白水平均在响应内质网应激时短暂升高，并且在ATF6 缺乏表达的细胞中进一步升高，而ATF6 转录活性N 端结构域的过表达逆转了IRE1水平的升高，同时发现，PERK-ATF4信号增强了ATF6 的表达，并增强了其向高尔基复合体的运输，表明各通路之间是相互影响而非独立的[17,19]。

2 内质网应激与神经细胞凋亡

2.1 病理

神经退行性疾病如AD、PD、肌肉萎缩性侧面硬化病（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）等是以原发性神经元变性为基础的慢性进行性神经系统疾病，其病理过程均可见细胞内外错误折叠和未折叠的蛋白质积累，某些情况下，这些蛋白聚集物可能引发内质网应激条件。同时，神经退行性疾病许多病理特征可能与ERS 有关，这些病理也可触发ERS，并可被UPR 调节[12,20]。其过程可能如下，如AD 患者，细胞外的β-淀粉样蛋白（amyloid β-protein，Aβ）堆积，一方面使细胞外钙离子内流，细胞质钙离子升高，线粒体与内质网钙离子失衡；另一方面线粒体调节能量代谢障碍，活性氧增多，加之，细胞内Aβ 淀粉样蛋白与高度磷酸化的tau 蛋白堆积，均可诱发内质网的自代偿反应。然而长期持续的刺激，UPR 无法恢复细胞正常状态，与GRP78 解离后的3 种感受器蛋白分别激活，PERK、IRE1α蛋白二聚化后自磷酸化，触发级联反应，并调节抗氧化反应、氨基酸代谢等，早期减少错误蛋白蓄积，长期应激则促凋亡信号增多，促神经元凋亡；ATF6 于高尔基体S1P、S2P 位点剪切后进入细胞核，其过程亦可影响PERK、IRE1α通路，促细胞凋亡[17,21-22]。

2.2 标志物

实际上，研究人员早已发现ERS 在神经退行性疾病病理中扮演至关重要的角色，如AD、PD、ALS 等患者和动物模型的脑组织均可检测到ERS 标志物，包括PERK、GRP78、IRE1、CHOP、Caspase-12、ATF6 等的升高，体外实验也可见ERS相关蛋白质的升高[23]。

研究表明，PERK、IRE1和ATF6在AD、PD、ALS等患者、动物和细胞系中的作用不尽相同，但总的来说，减轻内质网应激水平和恢复内质网蛋白平衡的策略能够对神经退行性疾病产生有益的结果。同时，相对于促细胞凋亡，PERK 通路在细胞保护方面似乎更重要，神经细胞内的错误折叠和未折叠蛋白质积累，随后通过依赖于PERK的方式激活UPR信号通路。在轻度至中度内质网应激下，UPR 具有促进适应的作用。然而，严重或长期的内质网应激直接引起UPR 向其促凋亡分支转移，这被认为是神经退行性变的一个可能原因。因此，在分子水平上抑制PERK 介导的促凋亡UPR 信号分支可能有助于开发一种新的靶向治疗神经退行性变的策略，抑制PERK 通路的药物也在进一步研究中[24]。

3 中药调节神经内质网应激

3.1 中药的神经保护作用

中药及复方具有临床用药经验丰富、作用温和、毒副作用较小等特点。至今已有许多关于中药神经保护的相关报道，其神经保护的机制主要与抗炎、氧化应激，调节能量代谢以及内质网应激等相关。谢宁、姜卓等发现地黄饮子对海马神经元具有一定的保护作用，可对抗Aβ25-35诱导的海马神经元自由基损伤[25]。曾克武等发现加味五子衍宗丸可能通过多途径，包括抗炎、抑制氧化应激、调节线粒体功能等，改善神经病理损伤发挥抗痴呆和神经保护作用[35]。芍药甘草汤可通过发挥抗氧化和抗炎活性来抑制人源tau细胞模型中的神经元凋亡，从而起到保护神经的作用。二至丸可调节腹膜D-半乳糖注射与胸腺切除术联合诱导的大鼠衰老过程中的线粒体功能，抗氧化，调节Ca2+提高ATP酶的活性，抑制内质网应激，减轻大脑皮层神经元凋亡[26,27,53]。枸杞多糖可通过调节海马-内质网氧化应激、神经炎症，从而保护慢性间歇性缺氧SD 大鼠的神经元，减少神经元凋亡[28]。黄芩素可预防鱼藤酮引起的行为缺陷、多巴胺能神经元丢失、细胞凋亡和线粒体功能障碍，达到神经保护作用[29]。总之，中药可从多角度发挥神经保护作用。

3.2 中药抑制神经元内质网应激

章时杰等用中药单体巴戟甲素作用于APP/ PS1双转基因小鼠，结果显示，巴戟甲素可保护神经元，减少凋亡，提高神经营养因子表达水平，机制可能与通过减轻海马和皮质ERS有关[30]。研究表明白藜芦醇可抑制HT22 细胞ERS，减少神经细胞凋亡[31-32]。小檗碱可增加转基因小鼠海马神经元GRP78及Bcl-2的蛋白表达,减少促凋亡基因表达，提高细胞存活率，表明其体外可抑制神经元ERS,减少神经细胞的凋亡[33]。欧欣霞等实验发现虫草素灌胃用于四氢吡啶诱导的PD小鼠模型上，GRP78、CHOP 表达水平下调，提示虫草素可能通过其抑制ERS 和神经炎症反应保护PD 小鼠黑质多巴胺能神经元；虫草素还可减少Aβ31-42寡聚体诱导AD 模型大鼠神经元的损伤[34]。藏红花素具抗氧化应激和抗炎因子的功效，体内外研究均提示其神经保护作用与抑制ERS相关[35]。五味子甲素可同时抑制内质网应激和减少神经炎症，保护神经元，改善链脲佐菌素（streptozocin，stz）诱导的认知功能障碍[36]。西洋参皂苷在体内外实验中均可抑制ERS 介导的细胞凋亡和神经突触损伤[37]。苁蓉舒精颗粒通过诱导GRP78 的表达，减少神经细胞凋亡[38]。益智防呆方可影响Aβ 诱导的SH-SY5Y 细胞ERS 相关蛋白GRP78蛋白的表达，达到治疗AD的效果[56]。

3.3 中药调节PERK 信号传导通路及其他信号传导通路

章时杰等人用补肾益智方治疗SAMP8 快速衰老小鼠，发现ERS 相关蛋白Caspase-3、PERK、IRE1α、EIF-2α、BIP、CHOP、Bcl-2、Bax 均下调，提示补肾益智方的神经保护机制可能内质网应激通路有关，尤其是PERK 和IRE1α 通路[49-50]。研究者使用β-细辛酮干预6-OHDA 诱导的PD 小鼠，发现GRP78、P-PERK、PIRE1、IRE1、XBPI、CHOP 均下调，Bcl-2 上调，提示β-细辛酮可能通过抑制PERK 和IRE1α 通路，起神经保护作用[39-40]。石斛碱可能通过抑制内质网应激相关的PERK 信号通路，依次抑制calpain1（钙蛋白酶）、GSK-3β（糖原合成酶激酶-3）和Cdk5（细胞周期素依赖蛋白激酶5，Cyclin-dependent Kinase 5），活性，最终降低Tau 蛋白的超磷酸化，从而改善老年SAMP8 小鼠的认知功能缺陷[41]。松果菊苷可抑制双转基因PD 小鼠ERS 相 关 蛋 白GRP78、P-PERK、P-EIF2α，促 进PERK-FLNA 结合，调节f-肌动蛋白重构，显著降低脑Aβ 的产生和积累[42]。李彪等研究发现白藜芦醇可能是通过参与PERK 信号通路介导的细胞凋亡抑制ERS，减少AD大鼠神经元Aβ淀粉样蛋白的沉积，抑制细胞的凋亡[31,32]。红景天苷可使6-OHDA 诱导的PD小鼠ERS 相关蛋白BiP、p-PERK p-IRE1 下调，减轻细胞毒性，减少神经元凋亡[43]。楮实提取物可抑制β25-35联合D-半乳糖诱导大鼠复合损伤AD 模型PERK 通路，改善AD大鼠记忆学习能力[51]。人参及人参皂苷可通过抑制PEFK/ATF4/CHOP 通路，保护神经元，免受谷氨酸诱导的ERS的影响[52,54]。

在腹腔注射鱼藤酮向日葵油乳所致的PD 大鼠模型中，苁蓉舒精颗粒可下调GRP78、JNK、IRE1、p-IRE1α、p-JNK、Caspase-12，提示苁蓉舒精颗粒可能通过减弱IRE1α 通路，抑制神经元凋亡[44]。毛蕊花苷可抑制Aβ 诱导的U251 细胞、APP/PS1 双转基因小鼠ERS三条通路相关蛋白的表达，保护神经元[55]。综上，在体内外实验中，中药复方或中药单体均可通过调节内质网应激保护神经元，具体如表1所示。有趣的是，研究发现，中药对内质网应激的调节，可能与调节钙离子，能量代谢，氧化应激，也可与PERK 通路，IRE1通路，甚至多条通路相关如图1所示。

图1 中药复方或中药单体抑制内质网应激改善阿尔茨海默症

表1 中药复方及中药单体调节内质网应激减少神经细胞凋亡表

续表

4 总结与展望

神经退行性疾病的发生发展进程动态变化，涉及多个方面，治疗困难，虽然现有研究表明中药可能通过抑制ERS 减少神经细胞凋亡，从而达到治疗神经退行性疾病的效果，但其具体机制仍未完全明确。比如很多研究仅表明中药可以影响ERS 的相关蛋白，但是其直接作用或主要作用靶点未知，其影响ERS 可能是上游诱因如抑制氧化应激、线粒体，也可能是直接作用于错误折叠的蛋白质，或者是抑制PERK 等蛋白的磷酸化而形成的负反馈，或者同时抑制多靶点、多通路，总之具体作用靶点仍是未明。

其次，中药作用成分复杂，单味中药包含几十或上百的天然产物单体，而中药复方更是复杂。相关研究仅表明单味药材或复方影响ERS，但其真正起效的单体成分未明，同时中药或复方其有效成分之间可能存在协同或拮抗作用，或相互影响体内吸收或代谢，其具体的作用机制仍待进一步研究。中医药具有丰富的临床用药经验，部分中药在临床上具有确切的抗神经退行性疾病疗效，基础研究也说明了其具神经保护作用。然通过抑制ERS 保护神经元的研究仍是处于临床前期早期阶段，需要更多的临床与实验数据。

综上，神经退行性疾病与ERS 密切相关，中药可通过调节ERS 减少神经细胞凋亡，但其作用机制尚不明确，可能与多环节，多通路相关，尤其是PERK 信号传导通路，具体作用机制需更深一步的研究。