肉桂及其有效成分治疗神经退行性疾病的研究进展

安迎凤 李根林 吴宿慧 李寒冰

(河南中医药大学 河南省仲景方药健康衰老产业工程研究中心，河南 郑州 450046)

肉桂为樟科植物肉桂的干燥树皮，为传统温里药，肉桂之名首见于《唐本草》。在《神农本草经》中列为上品〔1〕，有“主上气咳逆，结气，喉痹吐吸，利关节，补中益气，久服通神，轻身不老”之说。主产于我国广东、广西省及越南、缅甸等地〔2〕，肉桂作为药食两用的特色中药，素有“南桂北参”之说。由于其具有显著的生物活性，被多个国家称为保健产品。临床常用于骨质疏松〔3〕、生殖系统〔4〕、代谢综合征〔5〕、肿瘤〔6〕、心血管〔7〕、神经系统疾病〔8，9〕等的治疗。

肉桂中化学成分类型众多，包括挥发油、酚酸类、黄烷醇类、木脂素类、香豆素类、萜类、多糖类等〔10，11〕。其中肉桂醛(TCA)为肉桂的主要活性成分，具有抗氧化〔12〕、抗炎症〔13〕、抗菌〔14，15〕、抗肿瘤活性〔16，17〕、降糖〔18，19〕、降脂〔20〕、神经保护和增强记忆〔21〕等药理活性，也是《中国药典》规定的指标性成分〔22〕。TCA通过氧化转化为肉桂酸，在肝脏中，肉桂酸被氧化成苯甲酸钠(NaB)，主要以钠盐或苯甲酰辅酶A的形式存在〔23〕。TCA被美国食品药品监督管理局(PDA)和欧洲食品安全局(EFSA)批准为安全的天然成分(每日摄入量为1.25 mg/kg体重)〔24〕。

神经退行性疾病是一类进行性发病，可致残，严重可致死的复杂疾病。如阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、多发性硬化(MS)、亨廷顿病(HD)、肌萎缩性脊髓侧索硬化(ALS)和弗里德赖希共济失调(FRDA)等。这些疾病多见于老年人，主要症状有记忆功能障碍、运动障碍及认知缺陷等〔25〕。

近年来，大量研究表明，肉桂及其有效成分在神经退行性疾病的预防和治疗方面有良好的前景。本文就肉桂及其有效成分在这一领域的作用进行综述，为其进一步研究和应用提供参考。

1 肉桂对抑制Tau蛋白异常磷酸化的影响

Tau蛋白是神经细胞中含量最高的微管相关细胞骨架蛋白，它可与微管蛋白结合促进其聚合形成微管，稳定微管，降低微管蛋白分子的解离。然而Tau蛋白过度磷酸化后会导致微管的结构破坏和功能紊乱，其神经元微管解体，形成神经原纤维缠结(NFTs)，进而导致细胞功能丧失〔26〕。有研究表明Tau蛋白过度磷酸化在AD起病与发展过程中具有非常关键的作用，AD患者脑内Tau蛋白过度磷酸化水平异常高〔27〕。

Peterson等〔28〕研究发现，在体外实验中，利用浊度测量、硫黄素(Th)T荧光、透射电子显微镜和离心等方法监测Tau187的聚集，结果显示肉桂提取物能促进重组Tau纤维的完全分解，并导致AD从脑分离的成对螺旋纤维形态发生实质性改变。George等〔29〕研究同样表明肉桂化合物可以防止AD中的Tau蛋白聚集。

2 肉桂对抑制β-淀粉样蛋白(Aβ)聚集的影响

Aβ是由淀粉样前体蛋白(APP)经β和γ分泌酶的蛋白水解作用产生〔30〕，异常APP加工和神经毒性Aβ片段的释放导致Aβ聚集成为低聚物并聚合形成原纤维，原纤维聚集在一起形成淀粉样斑块，从而阻碍突触传递，激活炎性反应和破坏神经元代谢，导致神经元死亡。因此Aβ沉积被认为是AD发病的主要机制〔31〕。

在体外细胞实验中，应用APP-pcDNA 3.1载体稳定转染中国仓鼠卵巢细胞(CHO)生成APP-CHO细胞，通过酶联免疫吸附试验(ELISA)测定，肉桂提取物可有效降低APP-CHO细胞中Aβ40的产生，对肉桂行柱色谱法和高效液相色谱法(HPLC)分离得到：丁香树脂酚、木兰脂素、香豆素、2-羟基肉桂醛、cryptamygin A和3′，5，7-三甲氧基表儿茶素。与二甲基亚砜处理的对照组相比，4 μg/ml木兰脂素和cryptamygin A使Aβ40的产生分别减少了50%和60%。此外，用任1种以上化合物处理APP-CHO细胞均降低β分泌酶和sAPPβ(β分泌酶切割产生的片段)的含量，结果表明肉桂提取物具有抗Aβ活性的作用〔32〕。Frydman-Marom等〔33〕研究发现肉桂提取物能显著抑制Aβ寡聚体的形成并抑制Aβ介导的PC12细胞的毒性。在转基因黑腹果蝇模型中，与正常喂养果蝇的培养基相比，含有肉桂提取物的培养基中果蝇寿命明显延长，为验证这一结论，本实验采用AD转基因小鼠模型，连续灌胃肉桂提取物(100 mg/ml)120 d，并监测认知功能的变化及低聚物和斑块的存在，结果表明给予肉桂提取物的小鼠Aβ寡聚体和斑块显著减少，认知行为得到改善。

3 肉桂对抑制α-突触核蛋白(Syn)异常聚集的影响

研究表明，α-Syn参与构成了多种神经退行性疾病胞质包涵体的成分，在神经细胞突触中释放神经递质多巴胺中起关键作用〔34〕。在生理情况下，α-Syn可以维护突触传递神经冲动的功能，参与调节多巴胺的生物合成，同时对神经细胞具有保护功能，如对抗异常蛋白聚集并促进其降解等。在有外界损伤的条件下，聚集成人神经细胞中的原纤维，损害神经细胞，从而导致典型的PD临床症状，如肌肉震颤等〔35〕。

Shaltiel-Karyo等〔36〕研究发现，在体外实验中，通过ThT荧光、透射电子显微镜(TEM)等方法，观察到肉桂提取物(CEppt，100 μmol/L)可以抑制α-Syn原纤维形成和聚集。并采用过表达人转突变型A53T α-Syn基因的PD黑腹果蝇模型进行体内实验，连续检测19 d，发现CEppt(0.75 mg/ml)可以明显增强果蝇的飞爬能力。用α-Syn抗体对果蝇的大脑进行免疫荧光染色，分析其脑内α-Syn积累情况，发现用CEppt处理过的果蝇脑内的α-Syn聚集物显著减少。

4 肉桂对抑制神经炎症的影响

神经炎症是AD、PD和ALS等神经退行性疾病的共同发病机制。小胶质细胞和星形胶质细胞的激活是中枢神经系统产生神经炎症的主要特点，该过程可产生大量的炎症因子〔如肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-6、IL-8等〕、趋化因子、神经调节素等，这不仅对血脑屏障产生了破坏作用，还会加剧多巴胺能神经元的退行性变性、缺失甚至坏死。然而，受损的神经元又会激活更多的小胶质细胞，形成持续的、不受控制的循环，加重疾病的进程〔37〕。目前，胶质细胞的激活与神经损伤之间的关系尚未明确阐明，但胶质细胞已成为神经退行性疾病的研究热点和治疗靶点〔38〕。

炎症是脑卒中神经元损伤的关键危险因素。Chen等〔39〕采用结扎小鼠右侧大脑中动脉(MCA)和右侧颈总动脉(CCA)造脑缺血模型，研究发现TCA(10～30 mg/kg)能明显减少脑缺血小鼠的梗死面积，抑制脂多糖(LPS，0.5 μg/ml)诱导小鼠小胶质细胞(BV2)一氧化氮(NO)生成，下调NO合酶(iNOS)、环氧合酶(COX)-2和TNF-α基因表达并抑制核转录因子(NF)-κB和p53信号通路，从而抑制神经炎症。在Fu等〔40〕研究中，通过脂多糖(LPS)激活BV2建立体外炎症损伤模型，研究肉桂及其化合物对神经炎症的抑制作用，给予TCA干预，实验结果发现TCA (10 μmol/L)显著抑制了LPS激活的BV2的NO、TNF-α和IL-1β的生成及NF-κB的激活。Abou El-Ezz等〔41〕采用腹腔注射LPS(0.8 mg/kg)制备神经炎症模型，3 h后腹腔注射给药TCA(溶入磷酸盐缓冲液(PBS)50 mg/kg)，连续7 d，通过Morris水迷宫物体识别测试和矿场测试评估记忆功能和运动能力。结果与空白对照组相比，TCA组明显改善了小鼠的空间学习和记忆能力，通过ELISA，TCA组明显抑制LPS诱导的IL-1β的升高。免疫组织化学结果显示，TCA可减少小鼠脑内Aβ1～42蛋白的积累。以上研究表明，肉桂在预防小胶质细胞介导的神经炎症中发挥积极作用。

5 肉桂抗氧化应激的作用

氧化应激是由活性氧(ROS)过量产生或代谢不足引起的，被认为是神经退行性疾病导致神经细胞损伤的主要危险因素〔42〕。正常情况下，细胞会产生防御反应和修复机制来克服强大的氧化应激。然而，在AD，PD等神经退行性疾病中，由于抗氧化酶〔包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等〕的活性减弱，抗氧化防御系统不能完全拮抗ROS介导的作用〔43〕。目前，关于神经退行性疾病中导致脑细胞损伤和死亡的机制有多种假说，如兴奋性氨基酸的神经毒性作用、细胞能量代谢紊乱、自由基或其他反应性分子引起的氧化应激等〔44〕。

在Modi等〔45〕实验研究中，给予肉桂粉与0.5%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)混合物(100 μl/d)灌胃2个月，实验结果表明肉桂可以通过降低二氢乙硫胺(DHE)，增加还原型谷胱甘肽(GSH)的水平，抑制转基因AD小鼠模型中海马体的p21rac(还原型辅酶Ⅱ氧化酶复合物的一种成分)的活化和氧化应激，同时还可减少海马体中Aβ沉积，保护小鼠的记忆和学习能力。Liu等〔46〕采用结扎大鼠双侧颈总动脉的方法造模，给予(2R，3S)-Pinobanksin-3-cinnamate(PNC)5 w后，结果发现PNC(10 mg/kg)能显著降低丙二醛(MDA)水平，增强SOD活性和GSH水平，并降低细胞色素C的释放及半胱氨酸天冬氨酸酶(Caspase)的活性。蛋白免疫印迹结果显示经PNC处理后氧化酶(Nox)1和促凋亡蛋白bax的表达明显下降，并显著改善了血管性痴呆大鼠的行为学表现。黄宏妙等〔47〕研究发现肉桂水提液(10、20、30 g/kg)能抑制脑缺血再灌注损伤大鼠羟自由基的产生，提高GSH-Px活性，表明肉桂水提物有抗氧化作用。

6 肉桂对线粒体障碍的影响

线粒体是细胞内氧化应激的源头和细胞凋亡的场所，因此保护线粒体是神经保护的关键。PD的线粒体缺陷最早于1989年在PD患者的脑内黑质(SN)中被发现〔48〕，在PD患者的SN中，线粒体复合物Ⅰ活性明显降低，并且可以观察到高水平的线粒体DNA缺失〔49〕。在PD的多巴胺神经元中，观察到过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(PGC-1，一种对线粒体基因表达很重要的共激活因子)的减少〔50〕。这些数据提示PD脑内存在线粒体功能和生物发生缺陷。

线粒体分裂蛋白(Drp1)是控制线粒体分裂和线粒体形态的关键蛋白〔51〕。在Bai等〔52〕实验研究中，用定量比色法和细胞的活力测定(MTS)法检测细胞的线粒体活性，证实了与正常人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)相比，TCA(100 μmol/L)可以提高细胞活力约50%，研究发现TCA可通过调节Drp1的表达，维持线粒体膜电位，促进线粒体功能，降低了SH-SY5Y-neo细胞磷酸化微管相关蛋白(p-Tau)的水平。有研究报道肉桂多酚对线粒体生物能有很强的保护作用，可保护线粒体膜电位，改善脑缺血损伤〔53〕。

7 肉桂抑制细胞凋亡的影响

细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡涉及一系列基因的激活、表达及调控等作用，其信号传导通路分为外源通路(死亡受体通路)和内源通路(线粒体通路)，两条通路最后都汇集于下游的效应caspase，即凋亡蛋白酶caspase的激活，最终诱导细胞凋亡。在神经退行性疾病患者的自噬大脑中，发现了许多死亡的神经元，其中大多数表现为凋亡的形态学特征和促凋亡因子的表达水平升高，包括caspase、免抗人单克隆抗体(bax)、B淋巴细胞瘤-2 基因相关启动子(bad)、B淋巴细胞瘤基因(bcl)-2、bcl-XL、谷氨酸受体蛋白、前列腺凋亡反应因子(Par)-4、p53、端粒酶、蛋白激酶C、钙离子结合蛋白等信号均可引起神经元凋亡〔54〕。

神经细胞凋亡会损害机体的学习记忆功能，并参与神经退行性相关疾病。Lv等〔55〕采用大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤(PC12)作为神经元样细胞模型，该细胞系一直被应用于神经退行性疾病的研究，研究发现TCA(5、10、20 μmol/L)可阻断线粒体细胞色素C的释放，改善谷氨酸诱导的caspase-3和caspase-9的活化，从而抑制细胞凋亡。也有研究发现肉桂总黄酮(40、60、80 μg/ml)可有效抑制6-羟基多巴胺对PC12细胞的损伤〔56〕。

8 肉桂调节自噬的作用

自噬是一把双刃剑，一方面可以防止神经元中异常蛋白的积累，另一方面，自噬过度活跃的作用会损坏神经细胞。自噬异常是退行性疾病蛋白异常聚集的主要病理生理机制之一。

p62蛋白可作为将要被自噬作用降解的小泡受体，也可作为要被清除的泛素化蛋白聚集物的受体，在细胞自噬过程中起到分子调节器的作用。Bae等〔57〕采用腹腔注射1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(MPTP)制备小鼠模型和1-甲基-4-苯基吡啶(MPP+)损伤BE(2)-M17细胞实验中，研究发现TCA(10 mg/kg)可抑制PD小鼠模型多巴胺能神经元死亡，抑制MPTP模型小鼠SN中p62的下调，还发现TCA(10 μmol/L)可以减少PD细胞模型中BE(2)-M17细胞死亡的数量，经绿色荧光蛋白-微管相关蛋白1轻链(GFP-LC)3的建立及表达载体后，用荧光显微镜检测并计数LC3点，发现经TCA处理后显著减少了LC3斑点的形成。证明TCA对MPTP诱导的PD小鼠模型具有神经保护作用及自噬抑制作用。

综上，可见肉桂及其有效成分在神经退行性疾病的研究中，作用广泛，具有一定药效特征，其作用机制可能与以下途径有关，见表1。

表1 肉桂及其有效成分对神经退行性疾病治疗作用的研究总结

众所周知，神经退行性疾病是一种异质性疾病，其特征是将神经元及其髓鞘进行性退化〔58〕。最常见的为认知和行为障碍。可分为急性神经退行性疾病和慢性神经退行性疾病，前者主要包括脑卒中、脑缺血(CI)、脑损伤(BI)和癫痫等。后者包括AD、PD、HD、ALS、路易体痴呆(DLB)、额颞叶痴呆(FTD)、脊髓小脑共济失调(SCA)、脑叶硬化症、遗传性共济失调(HA)等〔59，60〕。其中AD和PD最为常见，已有证据表明AD和PD有共同特征〔61〕。大约80%的PD患者会随着时间的推移发展为痴呆，从PD发病到痴呆的平均时间约为10年〔62〕。有研究发现α-Syn是AD淀粉样斑块中的非淀粉样成分，超过60%的AD病例伴有路易小体的形成〔63〕。有证据表明线粒体功能障碍、氧化应激和炎症等可能是AD和PD共同发病因素，但是其致病机制尚未完全阐明〔61〕。神经退行性疾病的病理过程涉及多种因素和机制，包括抑制Tau蛋白异常磷酸化、抑制Aβ沉积、抑制α-Syn聚集、抗神经炎症、抗氧化、抗细胞凋亡等。对此类复杂疾病，单一靶点药物疗效有限，寻找具有多种作用机制、多靶点的天然药物是目前研究的热点。目前研究表明肉桂有可能成为治疗神经退行性疾病的一种安全有效、有应用前景的药物。虽有众多体内外实验研究报道，但肉桂活性成分的作用和靶点仍不明确，缺少深入的具有前瞻性的对比性研究。因此，将肉桂用于临床治疗AD、PD等神经退行性疾病之前，仍需要在大量动物甚至人类试验中得到验证，其最佳剂量也需要在研究中确定。