槲皮素对阿尔茨海默病的作用机制研究新进展

刘丽莹，孔荐，管清燕，杨晓云，杨晓*

(1.潍坊医学院护理学院,山东 潍坊 261053；2.潍坊医学院麻醉学院,山东 潍坊 261053；3.潍坊医学院基础医学院,山东 潍坊 261053)

阿尔茨海默病(Alzheimer 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。临床上以记忆障碍、认知能力逐渐衰退、执行功能障碍以及人格和行为改变等全面性痴呆表现为特征，病因迄今未明，主要与遗传和环境因素相关。目前尚无法治愈，只能综合治疗减轻病情、延缓发展。目前中药或中药提取物用于治疗AD的研究不断增多。槲皮素(quercetin)是一种具有显著药理作用和治疗潜力的黄酮类化合物，广泛分布在植物的颈皮、花、芽、种子中，主要为荞麦、沙棘、山楂、洋葱等。可以保护神经元免受氧化损伤，减少脂质过氧化。除了它的抗氧化特性，还能抑制淀粉样蛋白的原丝形成，对抗细胞溶解和炎症级联途径。本文对槲皮素的来源、药代动力学、对阿尔茨海默病的作用机制等方面进行了综述。

1 槲皮素的来源

槲皮素广泛分布于果皮、蔬菜和坚果中。槲皮素的主要来源包括柑橘类水果、苹果、洋葱、葡萄、蓝莓和黑莓。其中尤以苦瓜为最重要的植物[1]。绿茶和红酒中也含有大量的槲皮素.[2]。它以多种糖苷形式存在，其中芦丁或槲皮素-3-芦丁苷(槲皮素-3-鼠李糖苷)最为丰富[3]。

2 槲皮素的药代动力学

胃不能吸收糖基化槲皮素，但一种β-葡萄糖苷酶，乳糖酶-根皮苷水解酶(LPH)在肠道刷状缘起脱糖基化作用，并以苷元形式吸收槲皮素。在吸收之后，槲皮素在小肠、大肠、肝脏和肾脏中代谢[4]。槲皮素给药和吸收后，它被转移到肝脏，在那里进行第一和第二阶段的代谢，导致代谢产物进入血液，在人体组织中分配[5]。通过尿液和粪便迅速排除，产物为槲皮素的苷元[4]。

动物和人的实验研究表明，槲皮素在单次口服后的口服生物利用度较差[6]。其中槲皮素具有神经保护作用，槲皮素已被证实与细菌DNA回旋酶竞争性结合[7]。此外，槲皮素治疗剂量窗窄，由于血脑屏障(BBB)的存在，向大脑输送治疗剂是一个重要的挑战，因此使用能够穿透BBB的纳米复合材料似乎对中枢神经系统治疗药物的靶向输送尤为重要[8-9]。由于槲皮素的生物利用度低和低溶解度，槲皮素的使用受到限制。这些特征导致槲皮素在血液循环中快速降解，从而导致使用更高浓度和更长时间的该化合物治疗[10]。长期使用和高剂量槲皮素可能会产生不良影响[11]。因此，开发了制造槲皮素纳米结构的想法。目前，纳米技术已被用于构建纳米结构，以促进医学科学中的一些程序，包括药物递送。考虑到纳米颗粒的大小对于通过BBB很重要，小尺寸的槲皮素纳米脂质体(10～50 nm)可以证实其有效性[12]。槲皮素并没有通过鼻内途径传递，与其他抗神经退行性变的化学或天然化合物相比，这种给药方法可以绕过血脑屏障直接向大脑输送药物[13]。

3 槲皮素对阿尔茨海默病的作用机制

β-淀粉样蛋白(Aβ)与神经纤维缠结(NFTs)是阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)的病理学标志[14]。也有研究表明，氧化应激即自由基和内源性抗氧化保护之间的失衡是阿尔茨海默病神经损害发病机制中的一个急性和早期因素[15]。目前，有132种药物用于治疗AD[16]。其中19个目标是增强认知能力，14个用于治疗神经精神和行为症状。在疾病改良试验中也有96种药物；其中38种(40%)以淀粉样蛋白为主要靶点。迄今为止，美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准了5种药物用于治疗AD；但是，这些药物仅具有缓解症状作用，但是不能阻止或逆转疾病的发展[17]。还有一部分药物的治疗策略侧重于通过抑制乙酰胆碱水解酶乙酰胆碱酯酶(AChE)来恢复胆碱能神经传递，从而提高大脑乙酰胆碱(ACh)水平的药物。

在AD中，槲皮素的作用机制如下：抗氧化剂α-生育酚(维生素E)可增强槲皮素通过血脑屏障(BBB)的渗透，从而显著提高槲皮素的浓度，从而降低大脑氧化损伤的发生率。槲皮素通过激活NF-E2相关因子2-抗氧化反应元件(Nrf2 ARE)发挥作用，该元件可对氧化损伤和细胞死亡提供神经保护作用[18]。

3.1 槲皮素的神经保护作用 槲皮素能促进AD大鼠海马前体细胞(齿状回BrdU阳性细胞)增殖。槲皮素有效地增加了成年齿状回的神经祖细胞或成神经细胞。槲皮素具有促进脑源性神经营养因子(BDNF)、神经生长因子(NGF)、cAMP反应元件结合蛋白(CREB)和早期生长反应蛋白1(EGR-1)基因表达的潜力。这些结果表明槲皮素可以通过增强成人神经发生机制，在缓解阿尔茨海默病症状方面发挥重要作用。因此，槲皮素可能通过加速成年大鼠的神经海马前体细胞增殖而改善AD的病理[19]。

研究表明口服槲皮素可以恢复AD大鼠海马依赖性学习记忆障碍，引起大鼠神经干细胞的增殖、迁移和分化增加，因此槲皮素可以通过上调海马神经发生来提高学习记忆能力。从分子水平、细胞水平和行为特征的变化显示槲皮素可能作为一种新的预防和治疗AD的策略[19]。

研究还发现槲皮素可以改善三重转基因老年阿尔茨海默病小鼠的阿尔茨海默病病理学和相关认知缺陷[20]。联合口服槲皮素和鱼肝油改善了3-硝基丙酸治疗大鼠或慢性鱼藤酮治疗大鼠的神经保护作用[21-22]。槲皮素的神经保护作用是通过NF-E2相关因子2(Nrf2)，对特定细胞因子氧磷酶-2、c-Jun N-末端激酶(JNK)、蛋白激酶C、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)以及PI3K/Akt途径信号级联来上调和(或)下调[23]。

3.2 槲皮素作为单胺氧化酶(MAO)抑制剂 研究证明脑单胺氧化酶B(MAO-B)的过度表达，引起产生羟基自由基而导致神经退行性变[24-25]。这种确定性导致自由基生成增加，导致氧化应激、神经元细胞死亡和进一步形成β-淀粉样斑块[26]。用特定的单胺氧化酶B抑制剂，或使用神经保护性抗氧化剂可以阻止神经元细胞的氧化损伤。在脑内，MAO-B主要定位于胶质细胞，而单胺氧化酶A(MAO-A)则分布于神经元外室和多巴胺能、5-羟色胺能和去甲肾上腺素能神经末梢[27]。槲皮素与其他天然黄酮醇一样具有抗氧化活性，阻止神经退行性变，而且具有抗病毒、抗炎和抗菌活性[28-30]。

3.3 槲皮素抑制Aβ聚集 AD发病Aβ的沉积，触发老年斑(SPs)的形成，神经纤维缠结(NFTs)神经元死亡和痴呆[31]。体外研究表明，槲皮素通过与Aβ的β-折叠结构形成疏水相互作用和氢键，抑制Aβ的纤维聚集，破坏成熟纤维。槲皮素B环的OH-官能团对抑制Aβ的聚集有重要作用[32]。此外在体外神经元培养中给予槲皮素可以提高细胞存活率[33]。

槲皮素有助于改善神经发生和神经寿命调节信号通路，如P13激酶、AKT/PKB酪氨酸激酶和蛋白激酶C[32,34]。淀粉样蛋白假说的重点是Aβ肽组装成神经毒性低聚物并聚集成纤维，这是AD的一个重要特征[35]。在结构上，槲皮素-儿茶酚部分作为金属螯合剂，与Aβ相互作用，抑制其聚集。槲皮素的金属螯合作用使其在Aβ的金属结合位点上竞争性结合，因此其酮烯酸基团有助于降低Ab-Cu2+诱导的氧化应激[32]。

3.4 槲皮素抑制NFTs的形成 AD是以tau为核心蛋白的NFTs的出现，其聚集成缠结涉及磷酸化[36],tau过度磷酸化导致微管的分离、自聚集和解聚，导致神经元细胞死亡[32]。细胞周期蛋白依赖激酶5(CDK5)作为细胞周期蛋白依赖激酶家族的一个独特成员，在AD发病机制中对调节病理生理特征起着重要作用[37]。当AD发生时，神经元中CDK5的活性异常活跃，诱导tau异常磷酸化，加速其聚集成细丝或缠结，最终导致突触丢失和神经元死亡[38]。据报道，一些药物通过抑制tau高磷酸化降低AD小鼠的CDK5，并消除tau相关的神经系统疾病[39-40]。这一机制为我们寻找一种有效的药物来抑制CDK5介导的tau磷酸化，从而减轻甚至治愈AD。人们发现槲皮素通过显著降低tau蛋白的过度磷酸化和对高磷酸化过程的倒退作用有效地抑制冈田酸诱导的tau病理学[41]。此外，槲皮素具有糖原合成酶激酶3β(GSK3β)抑制活性，从而抑制tau蛋白的高磷酸化。此外，槲皮素具有抗热休克蛋白70(hsp70)活性，因此通过降低tau的高磷酸化水平来降低tau病理学[32]。

3.5 乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制 胆碱能神经元的丢失是AD的另一个重要标志，也是患者大脑中最一致的神经递质改变之一。槲皮素对AD的有益作用归因于其对乙酰胆碱酯酶(AChE)的抑制作用[42]。对阿尔茨海默病(AD)也显示出有益的作用，这是由于它对乙酰胆碱酯酶的抑制作用[43]。由于胆碱能神经递质的下降是阿尔茨海默病一贯的早期症状，乙酰胆碱酯酶是AD症状改善的一个值得注意的治疗目标[44]。研究表明，AChE抑制通过上调烟碱乙酰胆碱受体的表达来改善AD患者的认知记忆。通过恢复乙酰胆碱(ACh)的功能，槲皮素减轻了胆碱能信号，促进了糖尿病大鼠失忆的恢复[45]。

胆碱能假说指出，神经递质(如乙酰胆碱)在大脑中的缺乏，可能是由于神经递质生成减少或乙酰胆碱活性增加所致[46]。目前，AChE抑制剂被认为是缓解轻中度AD症状的药物治疗的第一条线[47]。

3.6 槲皮素改善血管功能障碍和抑制炎症 Aβ斑块和神经纤维缠结的积聚被认为是AD的主要致病因素[48-49]，但过去几年积累的大量证据表明，炎症过程和相关的血管功能障碍是病因和AD的发病机制[50]。老年AD患者常伴有脑血管病变，包括大面积梗死、微梗死、动脉粥样硬化、细动脉硬化和脑淀粉样血管病，这一事实清楚地表明了血管功能障碍在AD发病机制中的作用[51]。

因此，尽管很难确定血管成分是导致AD的原因还是结果[50]，毫无疑问，血管异常对AD的发生和发展有重要影响。血管功能障碍可能与神经退行性改变一起作用于恶性循环，加剧AD相关认知障碍[52]。有证据表明，血管系统在神经炎症过程中起着至关重要的作用，周细胞和内皮细胞都被确定为神经炎症的关键介质[50]。越来越多的人认为神经炎症在AD发病机制中处于中心阶段[53]。

黄酮类化合物如槲皮素在血管系统中具有不同的活性，导致脑血管血流发生若干变化，它可以改变引起神经发生和血管生成的神经元形态。除此之外，它还可以保护神经元免受神经毒素的损伤。大量食用黄酮类化合物限制了神经退行性变，并逆转了与年龄相关的认知能力损伤[54]。此外，槲皮素和抗坏血酸的联合治疗已被证明可以降低对人体淋巴细胞和皮肤神经血管结构的氧化损伤的发生率，从而防止神经元损伤，它特别保护脑细胞免受氧化应激导致的AD和其他神经系统疾病[55]。

3.7 氧化应激与槲皮素的保护作用 活性氧影响大脑中的神经递质和兴奋性氨基酸。除此之外，大脑本身也是氧化应激的重要来源，因为大脑代谢是活性氧的产生地，活性氧攻击胶质细胞和神经元，导致神经元损伤，从而导致氧化损伤和细胞凋亡导致的程序性死亡[33,56-57]。与其他抗氧化营养素(如β-胡萝卜素、谷胱甘肽和维生素C和E)相比，槲皮素可有效防止氧化剂引起的内皮细胞凋亡[43,58]。这一特性可能是槲皮素分子中两个抗氧化药效团的结果，槲皮素分子的结构对于清除自由基是最佳的[59]。氧化应激是由体内自由基失衡引起的，它与AD相关的神经退行性疾病的发生有关。

槲皮素通过平衡细胞氧化含量或与神经细胞生存途径中的蛋白质相互作用对神经退行性疾病的有益影响[60-62]。槲皮素的潜在作用机制(ERK1/2、Nrf2、PI3K/Akt、JNK、MAPK、NFTs、BACE和NFTs途径)是槲皮素的抗氧化潜力[18]。低浓度(微摩尔)槲皮素可以有效地防止氧化应激诱导的神经元细胞毒性。此外，它能够通过下调促炎细胞因子和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)来抑制神经炎症过程，从而刺激神经元再生[63]。

3.8 槲皮素与活性氧清除 槲皮素具有清除羟自由基(OH-)、过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O2-)的潜力[18]。这些活性氧(ROS)阻碍脂质、蛋白质、氨基酸和脱氧核糖核酸(DNA)的加工，导致表观遗传改变[18]。槲皮素有对抗这些有害影响的能力。ROS在阿尔茨海默病的发展过程中起着重要作用，我们认为槲皮素是克服细胞和分子信号调节正常生理功能的最佳选择[18]。

槲皮素的神经保护作用主要是通过Nrf2、对氧磷酶-2、c-Jun N-末端激酶(JNK)、蛋白激酶C、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号级联和PI3K/Akt途径对细胞因子进行潜在的上调和/或下调[18]。槲皮素对神经细胞的治疗作用是通过·OH (ROS)与槲皮素的氢结合，然后降低细胞的自由基含量来实现的。槲皮素纳米粒已被用于治疗各种神经退行性疾病[64]。

体内研究报道了槲皮素抗AD潜力的证据[65]。在AD小鼠模型中，槲皮素治疗可通过恢复线粒体膜电位来改善线粒体功能障碍。这反过来又导致ROS生成减少，并恢复ATP合成。这种治疗还导致AMP活化蛋白激酶(AMPK)的表达水平显著增加，AMPK是一种能量代谢的关键细胞调节因子，在所有主要的细胞功能中起着至关重要的作用。在这个模型中，这种治疗还减少了分散的老年斑，挽救了学习和记忆缺陷。在同一小鼠模型中，长期(12个月)口服槲皮素可减少海马体和杏仁核的β-淀粉样变和τ病，并在不改变情绪技能的情况下改善认知功能恢复[66]。此外，虽然槲皮素在动物模型中没有造成实质性毒性，但由于其治疗剂量窗窄，其神经毒性风险可能不容忽视[53]。

4 小结

槲皮素能够改善胆碱能功能，在AD中起到神经保护作用。槲皮素的神经保护作用有多种机制，包括抑制Aβ聚集、抑制NFTs形成、抑制淀粉样前体蛋白(APP)裂解酶(BACE1)抑制、乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制和其他减轻AD氧化应激的机制。在氧化应激、活性氧清除以及改善血管功能障碍和抑制炎症等方面发挥缓解阿尔茨海默病的作用，因此进一步探究槲皮素对AD的作用机制具有重要意义。