姜黄素对阿尔茨海默病发病机制作用的研究进展

王 琦 刘瑜琦

(九江学院医学部，江西 九江 332000)

姜黄素(Cur)是由姜科姜黄属植物姜黄根茎中提取的一种脂溶性多酚类化合物。近年来，广泛应用于食品添加剂和染料。经研究证明Cur具有抗氧化、抗炎、抑制Aβ的沉积、螯合金属、抑制凋亡以及改善阿尔茨海默病(AD)患者的认知功能等多种神经生物学功能〔1〕。本文就Cur对AD的病理发生机制的可能作用作一简要综述。

1 Cur概况

姜黄的化学成分主要为姜黄素类及挥发油两大类。姜黄素类化合物含量约占3%～6%，是姜黄发挥药理作用的主要成分，主要包括姜黄素、去甲氧基姜黄素和去二甲氧基姜黄素3种，其中，Cur占姜黄素类化合物含量的70%，是其中最重要的活性成分，具有抗炎、抗氧化、抗衰老等多种生物活性。Cur分子式为1，7-二(4-羟基-5-甲氧基)苯基-1，6-庚二烯-3，5二酮，主链为不饱和脂族及芳香族基团，具有β-二酮基结构，是目前发现的唯一含有酚基和醌基基团的天然药物。Cur溶于乙醇、丙酮等有机溶剂；微溶于水，在中性pH中不稳定，易分解产生阿魏酰甲烷和阿魏酸〔2〕。

2 Cur对AD病理发生机制的影响

2.1Cur改善认知记忆的作用 AD是以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病。采用跳台试验和避暗试验，发现经Cur预处理的D-半乳糖致衰老鼠较AD模型鼠Morris水迷宫潜伏期延长，错误次数减少〔3〕。王运良等〔4〕采用大鼠海马区注射聚集态Aβ1～40模拟AD 病理学改变，发现给予Cur进行干预后，大鼠定位航行和空间探索水迷宫试验平均逃避潜伏期较AD模型组明显缩短，跨越平台次数明显增多，显示Cur对AD模型鼠的学习记忆能力具有改善作用。海马和皮质是学习记忆的关键部位，也是最易受Aβ毒性损害的区域。实验发现，Cur可明显减少背海马和齿状回内β-APP阳性神经元的数量，有效对抗AlCl3致AD模型鼠学习记忆能力的降低，对海马神经元具有保护作用〔5〕。

Cur能通过增加突触数量、改善突触结构，从而增强学习记忆能力。通过观察APPswe/PS1dE9双转基因鼠海马神经元超微结构，发现AD模型鼠海马CA1区神经元固缩并呈现程度不等的退行性变，出现胞质内脂褐素、脂滴明显增多，神经毡内髓鞘变性，突触数量减少、结构异常等现象。经Cur干预治疗后，可使AD模型鼠海马神经元突触增加、突触超微结构异常有不同程度的改善〔6〕。

中枢神经胆碱能系统与学习记忆活动密切相关。实验发现，经与吲哚美辛联用，Cur可提高聚集态Aβ25～35致AD模型鼠脑组织胆碱乙酰转移酶(ChAT)活性，降低乙酰胆碱酯酶(AChE)活力〔3，7〕。Cur能明显改善 AD模型毒物、中枢胆碱能神经抑制剂——秋水仙素引起的学习记忆障碍，生化分析提示其对动物认知的保护作用也是主要通过改善胆碱酯酶活力有关〔8〕。

2.2Cur对Aβ的抑制作用 AD主要是由大脑特异区域的Aβ神经毒性蓄积所引起。因此，寻找阻断Aβ神经毒性的有效成分成为开发AD治疗新措施的重要手段之一。

由于亲脂特性，Cur能够通过血脑屏障与AD转基因鼠脑中的老年斑(SP)结合，显著降低脑内Aβ42的含量和SP的体积〔9〕。在体外实验，Cur能够阻止Aβ42的形成和延伸，并对已经形成的Aβ42可通过降低其稳定性而使其易于降解〔10〕。所以，Cur是一种良好Aβ聚集抑制剂。

淀粉样前体蛋白裂解酶(BACE)1是体内生成Aβ所必需的β-分泌酶。BACE1基因的启动子含有过氧化物酶体增生物激活受体-γ(PPARγ)转录因子的结合位点。PPARγ的活化剂——非甾体抗炎药(NSAIDs)可通过抑制 BACE1启动基因活化而降低 Aβ的水平〔11〕。转染pBACE1-mychis和pAPPswe的SHSY5Y细胞经Cur处理后，发现AD相关基因 APP mRNA和BACE1 mRNA表达都有明显减弱，BACE1、APP分解产物C99蛋白及Aβ40/42表达水平都有明显降低〔12〕。同时，用Cur处理APPswe与 BACE1-mychis 共转染SHSY5Y 细胞，发现处理后的转染细胞BACE1 mRNA 表达及蛋白水平显著减少，而 PPARγ mRNA表达及蛋白水平增加，Aβ40和Aβ42的产生随Cur处理浓度及时间的增加显著降低〔13〕，说明Cur是一种 PPARγ活化剂，可以通过激活PPARγ、抑制BACE1启动因子来减少Aβ的产生。

Cur具有与NSAIDs相似的特点，通过抑制小胶质细胞(MG)引发的神经炎症，进而抑制 BACE1的表达影响Aβ的产生〔11〕。同时，Cur能促进AD患者体内的巨噬细胞对Aβ肽的胞吞作用，从而有效抑制Aβ肽水平的提升，缓解SP沉积〔14〕。

Cur的二芳基庚酮结构对其发挥作用是十分重要。但值得注意的是，去掉Cur母体芳环上3位甲氧基而保留对位羟基的衍生物对神经元的保护作用更优于Cur本身，而芳环上无羟基的衍生物的神经元保护作用却消失，说明芳环上的羟基可能是对抗Aβ神经毒性的关键基团〔15〕。

2.3Cur抑制细胞凋亡的作用 神经细胞的凋亡是AD发生的一个重要机制，Cur能有效地减少AD鼠海马和皮层神经细胞凋亡。通过Cur对Aβ25～35诱导的PC12 AD细胞模型干预实验〔16〕，发现5 μmol/L Cur可抑制Aβ25～35诱导的PC12细胞凋亡，明显减少凋亡细胞比值，提高细胞的生存率。Cur干预后的PC12细胞凋亡征象以早期为主，故推测Cur可通过促使晚期凋亡细胞向早期凋亡转化，从而减少晚期凋亡细胞数。

Cur抑制细胞凋亡作用可能与其调节凋亡相关蛋白bcl-2与bax的表达有关。Cur主要通过增强抗凋亡相关蛋白Bcl-2表达，降低促凋亡蛋白Bax活性和caspase-3表达，升高bcl-2/bax比值来抑制凋亡发生〔17〕。同时，有学者〔18〕认为Cur对Aβ25～35诱导的PC12细胞保护机制与其抑制氧化性损伤、降低细胞内游离钙离子浓度、减少Tau蛋白磷酸化以及抑制蛋白激酶C、调节NMDA受体磷酸化有关〔19〕。

已证实，与神经系统发育密切相关的Wnt/β-catenin通路的活性降低与AD的发生、发展密切相关。糖原合成酶激酶(GSK)-3β是该通路中的负向调节因子，其过表达或者异常激活都可以引起Aβ的生成增多〔20〕。研究发现〔21〕，Cur能够抑制转染细胞的GSK-3β mRNA表达和蛋白水平，而GSK-3β的磷酸化蛋白GSK-3β-Ser9却随着Cur浓度时间的变化而增多。在瞬时转染S33Y突变β-catenin基因的HEK293细胞中，Cur可下调β-catenin/Tcf的转录活性，使β-catenin和Tcf-4蛋白水平降低，二者的结合减少。说明Cur是一种选择性的GSK-3β、β-catenin的抑制剂〔21，22〕，提示Cur可能通过抑制GSK-3β的活性，激活Wnt/β-catenin信号通路，发挥对神经细胞的保护作用。

2.4Cur的抗炎作用 现已证实AD患者的脑内存在神经炎性反应。Aβ沉积可以激活小胶质细胞和星形细胞分泌一系列促炎因子，如白细胞介素(IL)-1、肿瘤坏死因子(TNF)-α、环氧合酶(COX)-2、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)等，这些因子通过多种途径介导神经元死亡〔23〕。

Cur可以通过阻断神经细胞核因子(NF)-κB介导的炎症因子的转录，减少细胞内炎症因子 IL-1、IL-6 及 TNF-α、iNOS、COX-2等的表达〔24，25〕，从而清除一氧化氮(NO)、活性氧(ROS)及各种炎症因子和细胞因子，达到抑制炎症反应、保护神经的作用。实验表明，核转录因子Erg-1蛋白能诱导单核细胞趋化因子的表达，活化脑小胶质细胞和星型细胞而造成神经元损害。Cur具有抑制 Aβ诱导的 Erg-1 蛋白表达和抑制 THP-1单核细胞 Erg-1与DNA的结合，从而降低神经元炎症反应损伤〔26〕。

神经胶质细胞是 AD 发生机制的一个重要部分。Cur具有亲脂特性，能通过细胞膜在细胞内发挥其生理作用，极小剂量的Cur能影响神经胶质的增生和分化。Cur能降低星型细胞的标志酶——谷氨酰胺合成酶，并增加少突胶质细胞的标志酶2，3-环核苷酸磷酸二酯酶的合成〔27〕，增加少突胶质细胞活性和分化。

通过脂多糖(LPS)体外模拟炎症模型发现〔28〕，Cur能通过增加海马神经元内氧利用率，引起胞质内乳酸盐与丙酮酸盐比值降低，降低三磷酸肌醇受体IP3R1亚型的表达量及敏感性，从而减少细胞内质网钙离子含量及钙超载的发生概率起到保护神经元的作用。同时，Cur能够抑制LPS和干扰素(INF)-γ诱导巨噬细胞产生氮氧化物、降低蛋白激酶的活性，并可减少成纤维细胞c-jun基因的表达〔29〕。

2.5Cur的抗氧化作用 氧化损伤与AD发生密切相关。越来越多的证据表明神经退行性疾病是由于自由基毒性、自由基诱导的基因突变和氧化酶的损伤以及线粒体去功能引起。Cur的自由基清除效果强于维生素E若干倍，尤其对于NO类自由基的清除作用更强。

研究发现〔30〕，Cur(2.5～20 μmol/L)可有效减少第三丁基过氧化氢(tBHP)对大鼠皮层神经元的氧化损伤和tBHP引起的细胞内谷胱甘肽(GSH)水平降低，降低细胞内的活性氧水平，增加线粒体膜电位，减少线粒体内细胞色素C向胞质释放。

超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)是体内广泛存在的两种抗氧化酶，具有清除氧自由基、脂质过氧化物的能力。在观察Cur对LPS激活小胶质细胞表达诱导型iNOS的影响时，20 μmol/L Cur能够有效提高细胞SOD和GSH-Px的活性〔31〕。氧化作用会引起细胞内ROS水平的升高，Aβ积累会进一步引起神经元内氧化水平的失调。经Cur处理后的过氧化氢(H2O2)致PC12细胞氧化应激损伤模型，结果显示Cur可降低PC12细胞内ROS的含量，抑制H2O2诱导PC12细胞的凋亡，表明Cur对氧化应激神经元损伤的保护作用可能与其对ROS的清除，进而抑制细胞线粒体膜电位的降低有关〔32〕。

Nrf-2-ARE 通路能通过产生血红素加氧酶-1(HO-1)发挥抗炎抗氧化的作用〔33〕。实验证明〔34〕，Cur可增加神经母细胞瘤细胞 SH-SY5Y 细胞Nrf-2 和HO-1的mRNA和蛋白表达。使用Nrf-2 特异性抑制剂 Nrf-2siRNA处理 SH-SY5Y 细胞后，HO-1蛋白表达消失，说明Cur是通过Nrf-2来调节SH-SY5Y细胞中 HO-1的表达。细胞在应对氧化应激时，会适应性地上调HO-1表达，从而对细胞产生保护作用〔33〕。但过度表达的 HO-1将产生过多的铁离子(Fe2+)和一氧化碳(CO)，这两者可能加重细胞内氧化应激压力，损伤线粒体。

Cur的抗氧化作用与其独特的化学结构密切相关。Cur是由两个邻甲基化的酚及一个β-二酮组成，其中酚羟基可以捕获或清除自由基，这种能力在甲氧基存在下显得更为明显〔35〕。因此，Cur被认为是一种天然的抗氧化剂。

2.6Cur的金属螯合作用 金属离子是自由基产生的主要催化剂，可以在DNA和蛋白质水平导致细胞损伤。而Cur可以作为金属螯合剂与Aβ上的金属离子结合，降低淀粉样沉积。铜、锌与Aβ结合引起反应性氧元素聚集和释放，引起Aβ片层折叠和α螺旋的构象改变，导致淀粉样蛋白斑块形成增加〔36〕。Aβ-Cu(Ⅱ)复合物还可能通过金属蛋白酶样作用，在生物还原性物质的作用下诱导产生H2O2、改变了Tau蛋白的磷酸化状态〔36〕，对神经元造成氧化损伤。

Cur的分子中的2个对甲氧酚被β-二酮分离，能够与体内的金属离子Cu2+、Fe2+离子结合形成复合物，清除体内的氧自由基，减轻金属离子诱导的Aβ神经毒性〔36〕。Cur对Cu(Ⅱ)具有较强的络合能力，络合平衡常数接近109mol-1。Cur能与低浓度的Cu(Ⅱ)以2∶1比例形成平面结构或1∶1比例形成不规则晶体结构的Cur-Cu(Ⅱ)复合物，后者对自由基具有更强的清除能力〔37〕。另外，Cur还能阻止Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)对嗜铬细胞瘤(PC12)细胞的生物效应，降低APP和BACE1过度表达，从而降低Aβ生成〔38〕。

长期铝暴露可导致氧化应激及淀粉样蛋白的增加。实验证明，Cur能降低乙酰胆碱酯酶活性及脑内铝含量，并使大脑皮层和海马回脑区中SOD、GPx、GST以及Na+-K+-ATPase活性显著升高，使染铝鼠显著改善记忆力，缓解氧化损伤，提示Cur可通过调节氧化应激的程度、蛋白激酶C(PKC)和AChE的活性来降低由铝介导的神经毒性〔39〕。Cur也能有效地降低铅在脑内的蓄积，显著降低由铅引起的脑组织内脂质过氧化水平〔40〕。

3 小结与展望

近年来，对AD的发病机制及其治疗策略取得了令人瞩目的进展。药用植物的多途径、多靶点及双向调节作用特点，正契合了老年退行性病变病理发生机制复杂性、综合性的特征。应用药用植物及其活性成分治疗各种老年退行性疾病，越来越引起人们的关注。Cur作为拥有多个生物靶位和多重细胞效应的复杂分子，对机体各系统都有广泛的作用。Cur毒性低、耐受性好，具有的抗氧化、抗炎和螯合金属、抑制凋亡及改善认知记忆能力等药理作用，使得其可以针对AD的多种病理机制、致病原因发生作用，因而成为一种很有前景的治疗AD的多靶点新的生物活性药物。

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