熟地及有效成分对老年学习记忆减退的信号转导分子变化的影响

张丽娜 金国琴

(上海中医药大学生物化学教研室，上海 201203)

学习记忆功能逐渐减退是衰老的显著特征之一。熟地及其复方常被作为防止记忆退化的益智药物使用，但熟地发挥益智作用的具体成分并不清楚。本文从信号转导分子方面综述中药熟地对老年学习记忆减退的影响及熟地有效成分对其可能影响。

1 老年学习记忆减退的信号转导分子机制

老年大鼠下丘脑-垂体-肾上腺皮质(HPA)轴功能呈现过度亢进，容易引起海马神经元长时程增强(LTP)的抑制，并引起糖皮质激素高皮质酮(GC)血症〔1〕。大脑边缘系统——海马区域是糖皮质激素受体(GCR)密度最高的脑区，容易受到高浓度皮质酮的毒性影响；而海马又与学习记忆密切相关，故认为海马GC毒性可能是老年大鼠学习记忆退化的重要原因之一〔2〕。

当GC与其受体GCR结合，诱发胞质内GCR移向胞核，与目的基因特异性反应元件结合，调节基因转录。GC-GCR复合物可以改变神经细胞脑源性神经营养因子(BDNF)表达。BDNF是神经元和神经胶质重要的神经营养因子，被认为是记忆形成过程中的关键蛋白〔3〕。BDNF作用于胆碱能投射纤维终末的自身受体——酪氨酸蛋白激酶受体B (TrkB)，形成配体-受体复合物。BDNF-TrkB可以增强N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)的磷酸化，调节海马的突触传递〔4〕。大量研究表明磷酸化的NMDAR可以通过其自身的级联式的信号传导途径，影响海马神经元突触可塑性和学习记忆功能〔5，6〕。NMDAR在海马和皮层密度最高。它主要是由NR1和NR2亚基构成的异多聚体，其中NR1是功能性亚基，NR2是调节亚基。NMDAR活化后，可导致钙离子(Ca2+)内流，当Ca2+升高到一定浓度时，经过Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶(Ca2+/CaMKS)信号系统，调节海马LTP形成，这是维持学习记忆功能的重要通路之一。另一方面，Ca2+/ CaMKS还可以通过影响cAMP水平，促进丝裂酶原蛋白激酶(MAPK)发生核转移。MAPK是一族在胞质内广泛分布的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶兼底物分子，均能催化下游效应蛋白分子的丝氨酸/苏氨酸残基发生磷酸化修饰。MAPK家族成员主要包括细胞外信号调节激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38等，分别组成了几条基本的MAPK信号转导途径即Ras/ERKI/2通路，JNK/SAPK通路和p38通路在神经细胞生存和发育过程中发挥重要作用〔7〕。其中ERK通路激活提高I-κB激酶复合体(IKK)磷酸化水平，而促进I-κB 磷酸化，最终激活核因子(NF)-κB〔8〕。I-κB是NF-κB的抑制蛋白，分子量为36 kD，由多个亚基组成，其中I-κBα是主要调控蛋白。正常情况下，I-κB α通过锚蛋白重复序列将NF-κB核定位序列掩蔽〔9〕。当细胞受刺激后，如慢性应激，激活I-κB激酶(IKK)，使I-κB α N-末端32位和36位的丝氨酸磷酸化，再通过多个位点被泛素化，26 S蛋白酶小体降解，从而暴露出NF-κB核定位信号，激活NF-κB，使NF-κB快速易位进入核内，与靶基因κB位点结合，促进相关基因的转录，参与免疫、细胞增殖和凋亡等〔10，11〕。

进入核内的ERK还参与调节突触蛋白(Synapsin)的合成。SynapsinⅠ是一种主要位于突触前末梢的膜蛋白,其基因功能的缺陷能够造成突触囊泡数目的减少和神经递质释放的明显改变〔12，13〕。在静息条件下，SynapsinⅠ处于去磷酸化状态，与突触囊泡膜的胞质面、细胞骨架成分肌动蛋白交联〔14〕。当神经元活动并发生与synapsin Ⅰ有关的磷酸化时，囊泡、synapsinⅠ、肌动蛋白三联体解离，囊泡在胞质内移动并与突触前膜接触后释放神经递质〔15〕。因此，SynapsinⅠ实际上对神经递质的释放起调控器作用〔16〕。研究发现海马部位SynapsinⅠ激活时间早于皮层,这可能是海马部位神经元更敏感。且在不同的刺激下，SynapsinⅠ的磷酸化位点不同,其中MAPK使突触蛋白保守结构区中的site 1(Ser9)磷酸化〔17〕。

因此由上可知道GC-GCR-BDNF-BDNF-TrkB-NMDAR-Ca2+/CaMKS-cAMP-MAPK(Ras/ERKI/2)-IKK-I-κBα-NF-κB-Synapsin Ⅰ信号传导途径是老年学习记忆退化的重要分子机制之一。

2 熟地防治老年学习记忆减退

老年性学习记忆减退属中医的“呆症”和“健忘”范畴,其病位在脑而本于“肾”。《医学新悟》所述“肾虚则智不足”，强调了肾虚是学习记忆功能减退的主要病机〔18〕。学习记忆功能减，补肾滋阴药能有效改善之。如以熟地为主药的左归丸和六味地黄丸等补肾滋阴药已有研究报道可以改善学习记忆功能〔19～31〕。因而熟地黄在改善老年学习记忆功能中的作用不容忽视。熟地黄为“壮水之主”，具有益精填髓、滋阴补血的功能。

3 熟地的成分及对学习记忆功能的影响

3.1熟地的主要成分 地黄为玄参科植物地黄(Rehmannia glutinosa Libosch)的新鲜或干燥块根,主产于河南。在临床上有鲜用、干用和熟用的三种。地黄新挖掘或在较短时期内采用保鲜措施者称鲜地黄；经晾晒或烘烤除去大部分水分后为生(干) 地黄；经特殊炮制加工后称熟地黄，地黄在常压下蒸制24 h或加压下蒸制4 h为最佳炮制时间。熟地黄的成分现代研究证实三种地黄成分存在较大差异。生地黄的主要成分为苷类(其中又以环烯醚苷为主)、梓醇(含量熟地黄为生地黄的3倍，熟地黄变黑可能与梓醇分解有关)〔22〕、糖类(水苏糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、蜜三糖等)、氨基酸及黄酮类化合物等〔23〕。熟地黄成分与生地黄相类似。国内外药学工作者作了大量研究，认为熟地黄经炮制后主要含有的梓醇、糖类、甙类、5-羟甲基糠醛等成分相对于生地黄发生了明显变化。其中5-羟甲基糠醛含量在0.18 %左右，比炮制前增加20 倍左右，是熟地黄质量控制选择的量化指标之一〔24，25〕。高效液相色谱法(HPLC)图谱显示地黄炮制前后总糖含量无明显变化，而还原糖则增加5 倍左右。还原糖类包括甘露三糖、蜜二糖及葡萄糖、果糖等〔26〕。川口义夫等〔27〕通过对生、熟地黄研究后认为生地黄中蜜三糖、蔗糖等寡糖类在炮制过程中水解， 游离出果糖或变成甘露三糖、蜜二糖及葡萄糖，含量最高的寡糖成分为甘露三糖〔28〕。可见熟地的有效成分最主要的是甘露三糖和5-羟甲基糠醛。其中甘露三糖具有促进造血细胞的增殖、提高免疫力、降血糖、抗肿瘤等作用〔29〕。

3.2熟地黄与学习记忆 崔瑛等〔30〕采用谷氨酸单钠(MSG)毁损下丘脑弓状核大鼠模型，通过跳台实验和Morris 水迷宫实验观察熟地黄对学习记忆的影响，结果显示熟地黄能延长MSG大鼠跳台实验潜伏期、减少错误次数，缩短水迷宫实验寻台时间，提高跳台百分率，提高c-fos、神经生长因子(NGF)在海马的表达。说明熟地黄有改善MSG 大鼠学习记忆作用，作用机制可能与提高c-fos，NGF 在海马的表达有关〔31〕。

熟地提取液能显著提高小鼠脑组织超氧化物歧化酶(SOD)和一氧化氮合成酶(NOS)的活力，增加一氧化氮含量；熟地有提高记忆能力、延缓脑组织衰老的功能〔32〕。熟地的氯仿及乙醇提取液均能明显提高D-半乳糖诱导的衰老模型小鼠脑组织中NOS和SOD活性，使NO含量增加，过氧化脂质(LPO)含量明显降低，从而发挥延缓衰老的作用〔33〕。熟地黄也具有降低小鼠脑线粒体单胺氧化酶(MAO)活性的作用。提示熟地黄及其方剂可以通过调节衰老脑组织脑内MAO活性而发挥抗脑老化作用。熟地黄也具有增加小鼠体内谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-px)的活性,并能提高D-半乳糖胺致衰老小鼠模型脑组织中SOD的活性而发挥抗衰老、延年益寿的作用〔34〕。

熟地黄主要成分地黄寡糖预处理对谷氨酸诱导的海马神经元损伤具有明显的保护作用。且随着浓度的升高，保护作用增强〔35〕。

5-羟甲基糠醛(HMF)是熟地黄质量控制选择的量化指标之一。口服山茱萸中主要成分5-HMF组小鼠相比于脑缺血再灌注小鼠，Morris水迷宫实验中逃避潜伏期和游泳路径均明显缩短，跳台实验的潜伏期延长，错误次数减少， 脑部SOD 活性升高、MDA 含量降低。说明5-HMF 具有一定的改善学习记忆能力的作用，其机制与抗氧化应激损伤作用有关〔36〕。

熟地有改善学习记忆功能减退的作用，但是究竟是哪种成分起到决定性的作用，其在信号转导方面对学习记忆功能的影响机制有待明确。

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