植物雌激素防治阿尔茨海默病的研究进展*

沈旭日,刘福旺,刘延曼,杜佳芮,侯雪芹

[山东第一医科大学(山东省医学科学院)药学院,泰安 271016]

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种慢性、进行性神经退行性疾病。其主要病理特点为β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein,Aβ)在脑内沉积而形成的老年斑和神经细胞内tau蛋白过度磷酸化形成的神经元纤维缠结常伴有氧化应激等,进而导致神经元细胞损伤和死亡[1]。最新流行病学调查显示,在65岁以上痴呆症患者中,女性患者可高达男性的2～3倍[2]。这与女性AD体内雌激素水平下降密切相关。绝经早期给予雌激素治疗,持续5年,女性患AD的风险可下降约30%,连续使用10年,风险降低更为显著[3],但这种疗法也增加乳腺癌等其他疾病的发生率[4],目前尚无更好的解决办法。植物雌激素是指植物中能与哺乳动物体内雌激素受体结合并将其激活的一类化合物,对机体有着不同程度的保护和改善的作用。植物雌激素具有内源雌激素类似结构,可结合体内的雌激素受体,产生生物效应。这些证据进一步验证利用植物雌激素治疗和预防绝经后女性AD具有重要的现实意义和广阔的应用前景。目前,植物雌激素主要分为香豆素类、黄酮类、木脂素类及二苯乙烯类四大类,笔者将对近年来植物雌激素在防治阿尔茨海默病中的作用研究进展进行阐述。

1 雌激素样作用中药单体

1.1二苯乙烯苷(tetrahydroxy stilbene glucoside,TSG) TSG是蓼科植物何首乌的主要有效成分,雌激素样作用具有多种生理活性与药用价值,在降血脂、抗衰老、抑制肿瘤等方面受到广泛关注。有研究发现TSG作用APP/PS1/Tau三转基因鼠后,下调糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3,GSK-3β)和蛋白激酶(protein kinase A,PKA)的mRNA表达水平与蛋白表达,上调蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)的mRNA表达,从而缓解Tau蛋白异常磷酸化[5]。TSG可通过调节GSK-3β/PP2A活性干预Tau蛋白磷酸化进程发挥抗痴呆作用[6]。另有研究表明,TSG通过调节GSK-3β,磷脂酰肌醇3-激酶(phos-phatidylinositide 3-kinases,PI3K),蛋白激酶C (protein kinase C,PKC),PKB,PKA的表达能够抑制Tau蛋白过度磷酸化,改善AD病理状态[7]。同时,TSG还可以降低β-淀粉样前体蛋白裂解酶1(recombinant beta-site APP cleaving enzyme 1,bACE1)、半胱氨酸蛋白酶3(caspase-3,CASP3)表达,减少Aβ产生,改善神经元损伤,增加神经元突触相关蛋白的表达,从而发挥对AD的治疗作用[8-9]。

1.2蛇床子素(osthol,OST) OST又名甲氧基欧芹酚,是中药蛇床子主要活性成分之一,具有雌激素样作用[10]。最新研究发现,OST具有中枢抗AD的作用,给予OST处理后的APP/PS1小鼠海马体的CA3和DG中的神经元损伤较少,抑制神经元凋亡,提高神经胶质细胞系衍生神经营养因子(glial cell line-derived neurotrophic factor,GDNF)、突触素(synaptophysin,SYP)和突触后密度蛋白95(postsynaptic density protein 95,PSD95)的表达,降低Tau蛋白磷酸化水平,提高AD小鼠学习和记忆功能[11]。OST还能改善雌激素下降导致认知功能障碍的去卵巢小鼠学习记忆,影响海马体中突触蛋白,ERα,脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF),酪氨酸蛋白激酶B(neurotrophic receptor tyrosine kinase 2,TrKB),海马环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein,p-CREB),磷酸化蛋白激酶(phosphorylated protein kinase,p-Akt)和RAS相关C3肉毒菌毒素底物1重组蛋白(recombinant ras related C3 botulinum toxin substrate 1,Rac1)水平[12]。可见,OST的雌激素样作用参与了改善AD的认知缺陷,缓解雌激素下降诱导的焦虑和抑郁样行为,为后期蛇床子素抗AD的药物研发提供了理论依据。

1.3葛根素 葛根素是中药葛根中分离的异黄酮类衍生物,具有多种活性,如抗癌、抗炎、抗氧化、抗应激[13]等作用,临床上多用于冠心病心绞痛等。有研究表明葛根中的活性化合物可改善经退行性疾病的认知障碍,能有效抑制AD小鼠大脑皮层中的铁过载,对铁过载条件下的中枢神经系统发挥保护作用[14],这可能与葛根素减少炎症和氧化应激有关[15]。此外,葛根素还可以通过激活Akt/GSK-3β信号通路改善APP/PS1小鼠的认知能力[16],这与激活Akt,减少GSK-3β的活化,诱导APP/PS1小鼠海马体中Nrf2的核易位有关。也有发现葛根素可穿透血脑屏障,与AD发生发展中起到核心作用的乙酰胆碱脂酶(acetylcholinesterase,AChE)、环氧合酶-2(COX-2)、CASP3的分子对接和动力学模拟中具有较高的稳定性[17]。研究结果显示,葛根素在体内能抑制AChE,使抗氧化物活性恢复正常,降低脑内炎症因子,下调COX-2、CASP3表达,上述均体现植物雌激素葛根素具有潜在预防及缓解AD作用。

1.4槲皮素 槲皮素主要广泛分布于山楂、茶叶、覆盆子等多种植物中,是一种黄酮醇类化合物。具抗肿瘤、抗自由基、抗氧化、抗炎和免疫调节功能等。这些特性对癌症、衰老、心血管疾病的治疗和预防有着重要的意义。研究发现,槲皮素还可通过血脑屏障,发挥雌激素样作用,在退行性疾病中尤为重要,概括为两方面:①抗氧化作用,抑制细胞的凋亡。②调控雌激素受体,影响雌激素受体(ER)下游信号通路。槲皮素还可抑制乙酰胆碱酯酶改善AD的认知症状[18]。也有研究验证槲皮素是AChE和丁酰胆碱酯酶 (Butyrylcholinesterase,BChE)的竞争性抑制剂,这种现象可以解释槲皮素对这两种酶的抑制作用,从而防止乙酰胆碱降解和减少Aβ的生成[19]。可见,槲皮素的雌激素样作用参与改善AD的认知障碍关联的多个机制,为槲皮素抗AD的药物研发提供理论依据。

1.5木脂素 木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物(即C6-C3单体)聚合而成的天然化合物,又称为木脂体。有研究表明,木脂素中五味子乙素可通过下调AD小鼠脑组织p53和Bax蛋白的表达,降低细胞质中细胞色素C(cytochrome C,Cyt C)含量,下调下游CASP9,CASP3的表达,抑制神经元线粒体凋亡,改善其记忆能力[20]。五味子醇甲及五味子甲素可以提高脑内超氧化物歧化酶(SOD)和GSH-Px活性,减少丙二醛(MDA)含量,增加谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量并降低氧化型谷胱甘肽(glutathione Oxidized,GGSG)含量,且五味子甲素改善脑中氧化应激的作用要好于五味子醇甲[21]。另有研究发现,五味子中的木脂素可以调节脑组织中神经递质及其代谢物的水平,减少Aβ沉积,提高APP/PS1小鼠的学习和记忆能力[22]。五味子甲素通过抑制 iNOS/Iba-1细胞和白细胞介素(interleukin,IL)-6表达的比例,增强APP/PS1小鼠中 Arg-1/Iba-1细胞和IL-10表达的比例。可见,木脂素具有潜在的抗AD药物[23]。

1.6丹参酮 丹参酮是从中药丹参根茎中提取的化合物,属于蒽醌类。具有活血化瘀、通经止痛、清心除烦、凉血消痈的作用。丹参酮具有保护心脑血管、抗肿瘤、抗炎、抗氧化、抗菌、调节细胞凋亡等多种药理作用[24]。近年来,丹参酮对脑缺血和阿尔茨海默病的药理研究越来越被重视[25]。目前发现丹参酮能明显保护AD大鼠脑内胆碱能系统,减轻脑内神经毒性,改善认知作用[26],给予丹参酮后,海马各亚区诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)的表达有不同程度的减少,颞叶中iNOS、基质金属蛋白酶(MMP-2)的mRNA及蛋白表达下调。这可能是通过降低Aβ诱导的iNOS及MMP-2的表达,抑制氧化应激损伤来完成的[27]。此外,丹参酮还作用PI3K/AKT通路、降低脑内炎症反应、抑制小胶质细胞和星形胶质细胞过度激活[28]。可见,丹参酮在抗AD的作用中呈多元化现象。

2 雌激素样作用中草药

2.1红花 红花为菊科植物红花(CarthamustinctoriusL.)的干燥花。其主要成分含红色的和黄色的色素,分离得到红花苷、前红花苷、红花黄色素A及B等。红花具有调节血液状态、抗缺氧、抗自由基损伤、扩张血管等作用,红花雌激素样作用于子宫,起到活血调经、散瘀止痛的作用。有研究评估红花对APP/PS1小鼠认知功能的影响,红花缓解雌性APP/PS1小鼠的空间记忆障碍,可能与降低大脑或血清中的Aβ沉积、炎症因子、氧化损伤水平有关,而APP/PS1小鼠脑内Aβ沉积是由介导的星形胶质细胞过度活化引起[29]。此外,红花可降低特定位点的Tau磷酸化,抑制APP/PS1转基因小鼠中CDK-5(cyclin-dependent kinase 5)和GSK-3β的活性,显著改善AD鼠学习记忆缺陷[30]。这些结果表明,红花对改善AD的认知功能障碍有一定的作用,是一种潜在的抗AD中草药。

2.2虎杖 虎杖(Rhizoma et Radix Polygoni Cuspidati)为蓼科植物虎杖(PolygonumcuspidatumSieb.etZucc.)的干燥茎和根。研究发现,虎杖可增加5'单磷酸腺苷活化蛋白激酶[Adenosine 5'-monophosphate (AMP)-activated protein kinase,AMPK]的活性,改善脑内的能量代谢紊乱,促使过氧化物酶体增值物激活受体(PGC-1α)及脑源性神经营养因子(BDNF)表达增加,降低脑内Aβ的集聚和Tau蛋白的磷酸化,改善AD小鼠的学习记忆障碍[31]。此外,虎杖苷对AD脑内海马神经元有改善作用,可减少神经元核固缩及退化,提升APP/PS1小鼠认知功能、探索能力、活动能力以及记忆力[32]。虎杖苷可通过抑制线粒体凋亡途径抑制Aβ25-35诱导的SH-SY5Y细胞凋亡,表明虎杖神经保护作用有着显著的表达,其虎杖苷对AD的预防及治疗也有着重要作用。

2.3何首乌 何首乌(RadixPolygoniMultiflori)为蓼科植物何首乌PolygonummultiforumThunb.的干燥块根。具有补肝益肾、益髓延年之功。近年来,有报道称何首乌通过调控提高 miRNA-101 含量来负性调控APP的生成,从而延缓 AD 的进程、改善 AD 的症状[33],这可能与何首乌的有效成分中TSG的活性最高有关。另外,何首乌天然活性成分TSG具有抗氧化应激作用,许多研究发现,TSG对神经退行性疾病有保护性作用[34-35]。TSG处理后,APP/PS1小鼠脑内SOD1、SOD2和GPx等抗氧化酶均明显增加,通过促进谷胱甘肽过氧化物酶4(GPx4)和其他铁质相关蛋白质或酶的表达降低铁质和氧化应激,抑制APP/PS1小鼠脑内Aβ的产生和沉积[36]。另外,TSG作为AMPK激活剂,通过AMPK/Tet2促进存活的神经祖细胞增殖和分化,减弱小胶质细胞NLRP3神经炎症,有希望成为提高学习记忆能力的缓解剂[37]。因此何首乌对潜在AD预防有着一定的作用。

2.4菟丝子 菟丝子(SemenCuscutae)为旋花科菟丝子CuscutachinensisLam的干燥成熟种子。其主要活性成分是黄酮,对下丘脑-垂体-性腺轴内分泌功能具有多方面的影响,具有类雌激素样活性,可明显提高大鼠血清E2、P水平,增加垂体、卵巢、子宫的质量,改善内分泌功能[38-39]。在菟丝子干预AD靶点基因的生物过程与通路富集分析,阐明菟丝子干预AD的潜在作用机制可能与抑制Tau蛋白异常磷酸化、调节PI3K信号通路、降低病毒感染导致的炎症反应、增强神经元突触可塑性、调节雌激素等有一定关联[40]。有实验验证菟丝子对Aβ沉积物没有影响,但对Aβ诱导的突触缺失有保护作用,进而改善28周龄5xFAD小鼠的记忆[41]。这些结果为后续研究菟丝子干预AD的相关机制的研究提供理论依据。

2.5枸杞子 枸杞子(FructusLycii)为茄科植物宁夏枸杞LyciumbarbarumL.的干燥成熟果实。其主要活性成分是枸杞多糖,具有滋肝补肾、益精明目之功效。近年来,研究发现枸杞子中的枸杞多糖(Lycium barbarum polysaccharides,LBPs)对小鼠海马神经元细胞系缺糖缺氧再灌注损伤有良好的改善作用,可提高海马神经元细胞内抗氧化酶的活性,促进海马神经前体增值,改善海马功能[42],还可缓解雌激素缺乏引起的小鼠空间学习记忆的障碍,减轻神经元的损伤[43]。在ICR雌性小鼠OVX模型中,OVX组小鼠海马CA1区和CA3区胶质纤维酸性蛋白(Glial Fibrillary Acidic Protein,GFAP)阳性细胞较SHAM组小鼠明显增多,结合体外实验,LBP可通过减少MA细胞炎症因子的释放,增加HT-22 BDNF的表达,从而达到发挥保护神经元的作用[44]。另有研究发现,LBP可抑制Aβ42产生和阻碍Aβ42聚集,以及干扰Aβ引起的自噬等[45-46]。这些实验结果提示枸杞子具有潜在抗AD作用。

3 雌激素样作用中药方剂

3.1二仙汤 二仙汤又名仙茅汤,出自《中医方剂临床手册》。由仙茅、淫羊藿、巴知母、黄柏、当归组成。主要用于治疗更年期综合征见有肾精不足者。现代药理学研究发现,二仙汤具有雌激素样作用,可提高卵巢激素分泌水平,改善围绝经期综合征妇女的学习记忆能力下降、认知功能障碍[47]。二仙汤及方中温肾药(淫羊藿、仙茅)可通过调节ERα和ERβ在子宫中的表达而发挥植物雌激素的功能[48];在脑内具有改善学习记忆的作用,其机制与胆碱活性和ERα有关[49]。研究发现,二仙汤能提高去卵巢大鼠的学习记忆能力,可能与Ca2+信号通路以及Ras-related protein Rab-3A,Ras-related protein Rab-14等相关蛋白有关[50]。体外实验中,二仙汤方剂及活性成分通过ER介导促T47D细胞增殖,与介导上调下游基因cyclin D1蛋白,诱导下游基因PS2表达发挥雌激素样的作用[48]。总之,二仙汤中众多成分以多靶点的方式对AD起着不同程度的干预。

3.2黄芪散 黄芪散源自《圣济总录》,由葛根、黄芪、桑白皮组成,是治疗消渴病、糖尿病的经典方。此外,黄芪散的抗炎、抗氧化应激等作用对神经系统也具有保护作用。网络药理学研究显示:黄芪散治疗AD具有多成分、多靶点的特点,提示方中槲皮素、葛根素、黄芪甲苷和白藜芦醇是其关键有效成分[51]。有研究证明黄芪散中槲皮素可通过经典的雌激素受体通路、MAPK途径发挥神经保护作用[52]。AD小鼠给予黄芪散后脑内皮层、海马CA1、齿状回三个区域Aβ淀粉样斑块所占面积比值明显下降,还可以减少AD转基因小鼠脑内过度激活增值的小胶质细胞和星形角质细胞数目[53]。总之,黄芪散有多种成分延缓AD进展的作用,与抑制Aβ沉积、Tau蛋白过度磷酸化,减轻神经炎症反应,减少氧化应激损伤等有关[50],黄芪散可作为改善AD的潜在复方。

3.3当归芍药散 当归芍药散出自《金匮要略》,由当归、白芍、白术、泽泻、茯苓、川芎组成,临床多用于妇科疾病的治疗。近年来,发现当归芍药散有神经保护作用,尤其对认知功能具有一定改善作用,与调控雌激素水平、抑制氧化应激以及神经元突触等转导通路及相关信号分子有关。当归芍药散可缩短APP/PS1模型小鼠的逃避潜伏期,提高Y迷宫三个壁中的交替比,增加中心区域活动时间发挥学习记忆的改善作用,还能通过改变低密度脂蛋白受体相关蛋白1(low density lipoprotein receptor-related protein,LRP1)、下调Aβ转运蛋白晚期糖基化终产物受体(Receptor for advanced glycation end products,RAGE)的水平,起到神经元保护作用[54]。此外,当归芍药散可通过调节海马体中的ERS/NF-κB/NLRP3通路,增加海马的雌激素受体ERα和ERβ的表达,缓解去卵巢引起认知功能障碍的AD鼠[55]。还可以提高SAMP8小鼠体内雌二醇和一氧化氮的含量,增强海马突触LTP表达[56]。可见,当归芍药散对雌激素缺乏引起的认知功能障碍具有缓解作用,可能是防治围绝经期妇女AD的潜在药物。

3.4七宝美髯方 七宝美髯方出自《积善堂方》,由何首乌、当归、补骨脂、枸杞子、菟丝子、茯苓、牛膝组成。具有补益肝肾,乌发壮骨之功效。七宝美髯方的雌激素活性表征研究显示,七宝美髯方具有显著增加肾上腺素和雌二醇水平的作用[57],还能促进未成熟小鼠靶器官的成熟,改善卵巢雌激素水平的低下,以及子宫、阴道、乳腺的萎缩,这与七宝美髯方提高体内雌激素水平,增加靶器官雌激素受体数目有关[58]。七宝美髯方对SAMP8小鼠的学习记忆功能发挥作用,可减缓海马退行性病变程度,提高SOD活力[59]。另有,七宝美髯口服液能使SAMP8小鼠海马神经元特异性标志物神经元核抗原(neuronal nuclei)和尼克酰胺磷酸核糖转移酶(nicotinamide phosphoribosyl transferase)的表达升高,降低Aβ沉积[60]。可见,七宝美髯口服液能够改善AD鼠学习记忆障碍与雌激素样密不可分。

3.5寿尔智胶囊 寿尔智胶囊由涂晋文教授根据补肾健脑、活血化瘀、化痰开窍的治法组方而成,方中有川芎、黄芪、石菖蒲、何首乌、淫羊藿、丹参、熟地等中药[61]。研究发现寿尔智胶囊可改善Aβ25-35致AD大鼠脑内PSD-95蛋白表达,对受损突触的功能有改善作用[62]。也有研究发现寿尔智胶囊能通过增加IRS-1、IRS-2、P13K、AKT的表达,激活海马神经元胰岛素信号转导通路[63-64],改善AD大鼠的认知障碍。细胞实验研究发现,将寿尔智含药血清对D-gal诱导的海马神经元进行干预,发现寿尔智胶囊可以保护海马神经细胞DNA免于断裂,具有抗凋亡作用[65]。可见,寿尔智胶囊有助于老年性痴呆的防治,可延缓衰老。

4 展望

综上所述,植物雌激素在抗AD领域具有优越的生物学活性,已被多项实验证实植物雌激素对绝经造成认知障碍有改善作用,植物雌激素与内源性雌激素的结构和功能相似,来源广泛,副作用小,并且可避免雌激素(estrogen)增加乳腺癌等其他疾病的发生率[66]。现代药理研究还发现,植物雌激素可参与机体生殖内分泌、炎症反应、骨代谢、神经、心血管、肿瘤、泌尿系等多种生理功能,且与ER信号通路紧密相关[67]。目前,植物雌激素在抗AD应用研究仍以动物研究居多,限于老年鼠和转基因小鼠等动物模型,其临床抗AD发生、发展的应用仍待进一步探索和研究。同时,体外植物雌激素的研究剂量大,其抑制效应常呈现剂量和时间依赖性,在成果转化方面仍然存在一定难度和挑战,需要更多的作用机制和临床试验验证。未来将现代医学与中医相结合,对植物雌激素的研究可从多领域多角度剖析,更有利于AD新药研发。总之,植物雌激素有望成为绝经期综合征、卵巢早衰、老年痴呆、心血管疾病、骨质疏松症等代谢相关性疾病的潜力药物。