基于miRNA机制研究中药抗阿尔茨海默病作用机制的研究进展*

张彩霞 综述,刘 然,陈 洁 审校

(1.山东中医药高等专科学校医学系,山东 烟台 264100;2.威海市环翠区鲸园社区卫生服务中心,山东 威海 264200)

阿尔茨海默病(alzheimer′s disease,AD)好发于65岁以上老年人,目前尚无有效的治疗方法。我国约有700万AD患者,并且呈逐年上升的趋势,预计2040年我国将成为世界上AD患者数量最多的国家[1]。目前大多学者认为,大脑中自由基损伤、神经递质紊乱、神经细胞凋亡、Tau蛋白磷酸化和β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)沉积等是导致AD的主要原因[2]。中医认为,AD的认知功能减退主要与老年人气血亏虚、瘀血阻窍、痰浊上蒙、肾精不足等因素有关[3]。中药在治疗AD方面有多靶点、多途径的优势,在延缓脑组织的衰老和改善学习记忆障碍等方面有着独特疗效。

具有整体治疗优势的中药复方汤剂是中药治疗AD的主要途径,临床上常用复方包括补肾填髓、益气生精、调理气血类复方,补肾健脾益气、安神定志类复方和活血化瘀开窍、清热解毒通络类等[4-5]。而中药单体及其提取物在化学结构稳定性、作用机制和生物靶向活性等方面更有优势,在临床上也有广泛研究和使用。

目前针对AD的中药治疗机制研究已经逐步深入到蛋白、RNA和microRNA(miRNA)的水平。miRNA是脑内基因调节表达的关键因子,大脑中的miRNA种类约占目前已发现人类miRNA总量的70%,其中大脑中约70%的miRNA与AD密切相关[6]。近年来,随着中医中药治疗AD研究的深入,在AD患者脑组织、细胞系和模型小鼠中发现越来越多的miRNA与AD预防、发病和治疗有关。本文系统阐述了近年来应用于AD防治的中药复方、单味中药及其有效部位和成分,总结了miRNA在中药防治AD中分子机制的相关研究进展,以期为中药治疗AD提供理论依据。

1 中药复方

1.1补肾填髓、益气生精、调理气血类复方 中医认为,肾精亏虚、髓海失充是AD发病的根本原因。随着患者年龄逐渐增长,肾精亏虚、气血不足和脑髓不充等现象会渐进性加重,从而导致了病情进一步加重。薯蓣丸是由薯蓣(山药)、人参、干地黄、当归、柴胡和桂枝等21味中药研制而成,具有不寒不热、不腻不燥、补虚而不留邪之功效。在治疗老年性疾病和慢性虚损性疾病中疗效甚佳[7]。有研究者以56例轻、中度AD患者为研究对象,给予加减薯蓣丸浓缩汤剂口服,每日2次,每次15 mL。12周后AD治疗组血清中miRNA-146a表达明显降低,而miRNA-342-3p、miRNA-29a、miRNA-29b、miRNA-107、miRNA-125b和miRNA-181c表达升高。XIE[8]给予AD轻度和中度患者口服改良薯蓣丸治疗12周,AD患者血清中白细胞介素-1β(IL-1β)、核因子-κB(NF-κB)和miRNA-146a水平均下降,且在治疗期间没有观察到明显的不良反应,表明加减薯蓣丸可通过调节miRNA-146a阻断机体神经炎症反应。以淀粉样蛋白β1-42(Aβ1-42)寡聚体AD模型大鼠为研究对象,给予加减薯蓣丸汤剂灌胃后发现,加减薯蓣丸能有效改善AD模型大鼠空间学习和记忆能力,大鼠海马组织病理损伤也得到了有效缓解。AD模型大鼠海马中miRNA-34a-5p表达降低,进而调控了miRNA-34a-5p/PI3K/Akt信号通路,有效改善AD模型大鼠海马神经元凋亡。同时动物实验表明,加减薯蓣丸汤剂也可影响miRNA-34a-5p/Toll-like receptor 4(TLR4)信号通路,抑制AD模型大鼠海马小胶质细胞的炎症反应,发挥抗AD作用[9]。

补肾填髓方是由石菖蒲、龟板、淫羊藿、何首乌和远志等组成,具有强精益髓、醒神益智之功效。仲美琼[10]用补肾填髓方干预Aβ25-35影响的C6大鼠胶质瘤细胞发现,补肾填髓方可通过下调miRNA-206-3p,同时增加其靶基因脑源性神经营养因子(brain derived neurotropic factor,BDNF)蛋白的表达,从而起到抗AD的作用。

1.2补肾健脾益气、安神定志类复方 安神定志方由石菖蒲、党参、龙齿、远志和茯苓等组成,具有镇静安神、健脾益气、定志宁心之功效。研究表明,安神定志方在治疗AD方面能够有效降低炎症因子水平,进而减弱神经炎症反应,抑制大鼠脑神经元损伤,起到修复大脑认知功能和记忆能力的作用[11]。王欣波等[12]给予AD模型大鼠安神定志方灌胃2周,发现安神定志方是通过抑制模型鼠海马miRNA-103a-3p的表达,上调其靶基因BDNF,抑制Tau蛋白Ser396和Thr231位点的磷酸化水平而发挥神经保护作用。中药调心方是由石菖蒲、黄芪、白芍、桂枝、党参、柴胡和远志等中药组成。给予APPswe/PS1dE9转基因鼠调心方灌胃12周,模型鼠大脑皮质和海马区中的具有调控神经干细胞的增殖和分化、促进神经元成熟和凋亡等功能的miRNA-34a表达下降,模型鼠血清中Aβ1-42水平也呈下降趋势[13]。安神定志方和调心方均可改善海马组织细胞形态,促进神经元损伤的修复,改善AD模型鼠学习记忆能力。

参芪益智颗粒由黄芪、人参、黄芩等中药组成。给予3月龄APPswe/PS1dE9双转基因小鼠参芪益智颗粒灌胃180 d,发现参芪益智颗粒可激活MAPK/ERK信号通路,促进miRNA-107-3p和miRNA-15a-5p生成,进而抑制β-淀粉样前体蛋白裂解酶1(β-site APP cleaving enzyme 1,BACE1)蛋白表达。BACE1是裂解淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)产生 Aβ的第一限速酶,其在AD患者大脑中的蛋白量和酶活性明显高于正常水平。BACE1减少可降低Aβ1-42生成及血清中基质金属蛋白酶2(MMP-2)和血管内皮生长因子(VEGF)水平,能够改善APPswe/PS1dE9转基因小鼠学习记忆功能,从而发挥抗痴呆作用[14]。

1.3活血化瘀开窍、清热解毒通络类复方 地黄饮子由肉苁蓉、巴戟天、熟地黄、石斛、远志、石菖蒲等15味药组成。临床研究表明,地黄饮子可保护多巴胺能神经元及其微环境,防止抗氧化酶活性,调节中枢神经炎性作用,也能明显改善AD患者的认知能力,而且不良反应较少[15]。给Aβ1-42寡聚体法的AD动物模型连续地黄饮子给药4周,发现地黄饮子可靶向降低大鼠脑组织中miRNA-34a-5p表达,进而影响PI3K/Akt/Bcl-2信号通路,缓解海马胶质细胞的炎症反应,抑制神经元凋亡,延缓AD的病程[16]。活血荣络方是由鸡血藤、黄精、乳香、川芎和石楠藤等组成,有滋阴活血、通经活络的作用,对AD阴虚血瘀证颇为有效。活血荣络方中含有豆甾醇、芒柄花黄素和β-谷甾醇等多种有效活性成分。采用生物信息学技术分析活血荣络方在调节AD自噬方面的分子学机制发现,活血荣络方可调节miRNA-302a、miRNA-513、miRNA-193等miRNA和APP、Alpha-synuclein(SNCA)、Prostaglandin-Endoperoxide Synthase 2(PTGS2)等多基因靶点,通过发挥内肽酶、半胱氨酸型肽酶和天冬氨酸肽酶活性等多分子功能,参与调控突触信号转导、氧化应激反应和肽丝氨酸修饰等过程,具有治疗AD的作用[17]。

2 中药单体

2.1小檗碱 小檗碱又名黄连素,是一种从多种含黄连的中草药中提纯而成的异喹啉类生物碱,具有清热燥湿、泻火解毒的作用,多用于治疗由细菌感染引起的消化道疾病,例如痢疾等。近年研究发现,小檗碱除具有抗感染、抗炎症作用外,还有抗氧化应激和改善记忆衰退等多种药理活性。在多种记忆缺陷的动物模型中,小檗碱通过抗氧化应激、胆碱酯酶抑制和抗淀粉样蛋白等效应,发挥神经保护的作用,进而有改善AD记忆的效果[18]。用小檗碱处理BV2和N2a细胞模型发现,其可通过miRNA-188/NOS1轴减轻Aβ诱导的BV2和N2a细胞模型的神经元凋亡,并能增加细胞活力[19]。WANG等[20]用小檗碱处理PC12细胞模型发现,小檗碱可降低PC12细胞中miRNA-107并升高其靶基因ZNF217的水平,进而降低Aβ25-35诱导的炎症损伤、细胞凋亡和Tau磷酸化,起到保护PC12细胞的作用。GE等[21]发现,用小檗碱处理后的SK-NSH和HPN神经元中,lncRNA BACE1-AS可上调其直接靶标miRNA-132-3p的水平,减弱Aβ25-35的神经元损伤作用,在AD中起到保护神经元的作用。用不同浓度的小檗碱处理SK-NSH 细胞模型后,使具有调控细胞增殖及凋亡相关蛋白作用的miRNA-137表达上调,同时miRNA-137也可靶向抑制淀粉样蛋白前体蛋白APP的水平,抑制Aβ25～35诱导的SK-NSH细胞凋亡,从而保护神经元[22]。

2.2姜黄素 姜黄素是一种从生姜、芥末、咖哩等姜科和天南星科的植物根茎中提取的二酮类化合物。研究表明,姜黄素有抗病毒、抗感染、抗氧化和抗炎症等广泛的药理活性,而且不良反应小。近年来在AD动物模型和细胞模型中均发现姜黄素对神经系统有保护作用。姜黄素可通过影响PI3K/Akt/mTOR和 AMPK/ULK1等信号途径上调miRNA-143,激活细胞的自噬机制,减少Reactive Oxygen Species(ROS)积累,发挥抑制氧化损伤的作用[23]。反之,姜黄素也可通过上调miRNA-145抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路,进而诱导细胞的自噬作用,有选择性地靶向损伤细胞,起到保护AD神经元的作用。低剂量姜黄素可显著减低有神经促炎作用的miRNA-146a水平,上调补体因子H蛋白表达。抑制小胶质细胞表型,缓解神经炎症反应,同时也提高了巨噬细胞对Aβ的吞噬能力和清除机制[24]。最近研究表明,姜黄素能够上调PC12细胞模型中miRNA-106a的表达水平,抑制APP产生,进而有治疗AD的作用[25]。

2.3白藜芦醇(RSV) RSV是一种植物来源的天然多酚,在花生、葡萄和虎杖等多种药用植物中含量较高,具有体外抗炎,抗氧化和神经保护等多种生物功能,是植物体遭受到病原侵害或逆境时所产生的一种重要的抗毒素。有研究表明,白藜芦醇可预防AD小鼠的神经变性和认知能力下降,其抗氧化活性可改善记忆力,能够调控与AD发病密切相关的miRNA发挥神经系统的保护作用。白藜芦醇可以减弱Aβ诱导的细胞毒性,降低细胞凋亡,并减少APP转基因小鼠脑组织中淀粉样蛋白沉积等作用[26]。miR-155是AD发病机制中的一种多功能miRNA,其上调可加重神经炎症作用。白藜芦醇以miRNA-663依赖性方式减弱LPS对促炎性miRNA-155的上调,从而起到神经抗炎作用[27]。白藜芦醇生物利用度低,体内溶解度低。通过研制白藜芦醇-硒纳米颗粒(RSV-SeNPs)发现,RSV-SeNPs能够改善胆碱能缺陷和Aβ清除,上调Sirtuin-1(SIRT1)的表达并降低miRNA-134的表达,通过抗氧化剂、抗炎作用和促进神经元突起的生长,从而改善神经认知功能[28]。

研究表明,通过白藜芦醇治疗后,自然衰老的小鼠海马中miRNA-134和miRNA-124的水平下调。miRNA-124和miRNA-134的降低又可上调靶基因环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)的表达,增加BDNF的合成,促进突触可塑性相关基因的激活,形成miRNA134/124-CREB-BDNF信号通路,抑制中枢神经衰老,延缓认知功能的降低,从而对老年小鼠的记忆形成和LTP诱导有积极作用[29]。孔丹莉等[30]给AD模型小鼠灌胃不同剂量白藜芦醇,发现白藜芦醇可提高AD小鼠大脑中miRNA-106b的表达并降低其靶基因AD病理样蛋白(APP、Tau)的表达,提高P62和ApoA1的水平,影响血清高密度脂蛋白代谢,缓解AD的进展,白藜芦醇干预组小鼠记忆功能较模型组均有不同程度提高。

2.4蛇床子素 蛇床子素是中药独活的主要生物活性成分之一,具有解痉挛、降血压、抗肿瘤、抗炎症和改善学习记忆能力、延缓衰老等药理活性。近年研究发现,蛇床子素能改善AD 模型细胞损伤,维持AD神经元突触的结构和功能。转染APP 595/596基因的AD小鼠神经元给予蛇床子素干预24 h后,miRNA-107和miRNA-9表达升高,其靶基因 BACE1 蛋白表达降低,从而抑制 APP水解生成Aβ,Aβ淀粉样斑块形成减少,细胞凋亡和损伤降低,发挥保护神经细胞的作用[31]。给予9月龄APP/PS1双转基因小鼠蛇床子素连续灌胃6周后,用 Agilent miRNA基因芯片检测脑组织miRNA基因谱,结果显示蛇床子素能够显著上调miRNA-101和miRNA-101a-3p水平,降低其靶基因APP表达,Aβ产生减少,从而减轻AD的症状[32]。

2.5人参皂苷 人参皂苷占人参总含量的90%以上,是人参的药用价值的主要来源。人参皂苷Rg1(Rg1)是人参皂苷中最重要的活性分子之一,有抗神经炎症、抗氧化应激、抗神经细胞凋亡、抗过敏、抗癌、调节机体免疫力和促细胞生长等作用。SAMP8模型小鼠经GRg1+石菖蒲处理后,小鼠大脑中miRNA-873-5p的表达升高,其靶基因血红素加氧酶1(HMOX1)降低,从而有抑制神经元凋亡作用。研究发现慢性应激大鼠给予Rg1治疗后,其miRNA-134明显上调,同时改善了抑郁行为。另一方面,Rg1可通过调节miRNA-124信号通路促进小鼠脂肪源性干细胞向神经元方面分化[33]。

2.6银杏叶提取物 银杏叶提取物(EGb)是银杏经分离纯化后提取的物质,黄酮类和萜内酯类是其主要活性成分,具有开窍醒脑、改善认知、改善循环、增加脑血流量等作用,对神经退行性疾病有治疗作用。用银杏叶提取物干预东莨菪碱(SCO)诱导的AD大鼠模型,在行为学上可明显改善大鼠的学习和记忆能力。模型大鼠大脑中miRNA-1-3p和miRNA-206-3p的表达降低,并提高了其靶基因Postsynaptic density-95(PSD-95)的水平,导致海马神经元树突棘密度和蘑菇型棘的比例增加,有改善突触功能障碍的作用[34]。

2.7鹿茸多肽 鹿茸多肽(velvet antler polypeptides,VAP) 是一种蛋白多肽类活性因子,提取于雄性梅花鹿幼角中,具有增强免疫力、抗氧化和神经保护等方面的作用,可提高轻度痴呆小鼠认知记忆能力,改善微波辐射对小鼠神经细胞的损伤。将miR-613转染到SK-N-SH细胞中;然后转染Aβ25-35和VAP。发现VAP可增强miRNA-613的同时降低其靶基因Histone deacetylase-6(HDAC6)蛋白水平、MDA含量、细胞凋亡率和Bax蛋白水平,从而抑制Aβ25-35诱导的细胞凋亡,治疗AD[35]。

AD 属于中医学“痴呆”“呆证”的范畴,以髓海空虚为本,痰浊、瘀血阻络为标,病性以本虚标实为主,其根本原因是肾虚髓空。近年来临床试验表明,中药改善AD取得了较好疗效。中医药防治AD方面不但有多途径、多靶点、多层次的优势,而且药物的不良反应低。中药通过调控miRNA及miRNA-mRNA等分子机制可调节神经递质、改善线粒体功能、减轻氧化应激、降低神经炎症、减少Aβ的生成、抑制Tau 蛋白过度磷酸化、抑制神经元的凋亡等发挥抗 AD 作用。中药可延缓病情渐进性加重,逆转神经退行性疾病病程的发展,提高患者的生活质量,减轻患者家庭和社会的经济负担,因而具有良好的应用开发前景。但目前中药有效成分复杂多样,可以作用于多个miRNA和多个下游基因,各成分之间关系有待明确。中药抗AD机制研究方面起步较晚,目前科研重点主要多集中在动物实验研究阶段,临床应用研究较少。相信随着运用现代科学技术的不断更新,加强多学科多领域交叉研究合作,同时开展更广泛、更深入的中药临床研究,探讨合理的中药防治 AD 的诊疗方案,为防治AD 提供新的发展方向。