葡萄籽提取物预防阿尔茨海默病的研究进展

赵　萍,夏文旭,王克辉,2,雷晨瑶,杨兴元,陈双生,伍宏泽,许光历,聂　霖,牛　军

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730050;2.甘肃省商业科技研究所,甘肃兰州 730010;3.甘肃紫轩酒业有限公司,甘肃嘉峪关 735100)



葡萄籽提取物预防阿尔茨海默病的研究进展

赵萍1,夏文旭1,王克辉1,2,雷晨瑶1,杨兴元3,陈双生3,伍宏泽1,许光历1,聂霖1,牛军1

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730050;2.甘肃省商业科技研究所,甘肃兰州 730010;3.甘肃紫轩酒业有限公司,甘肃嘉峪关 735100)

阿尔茨海默病目前已成为世界上继心脏病、肿瘤和脑卒中之后的第四大死因,其发病机制十分复杂,至今尚未研究清楚。目前所有治疗阿尔茨海默病的药物只能有限地减缓病情的恶化,而无法真正治愈。最新研究表明葡萄籽提取物能够预防一种可导致阿尔茨海默病认知障碍的淀粉类蛋白质分子在脑内的形成。本文对阿尔茨海默病的定义、发病机理和葡萄籽提取物在预防和治疗阿尔茨海默病的应用及研究进展作一综述,为以后利用葡萄籽提取物研发预防或治疗阿尔茨海默病药剂提供理论参考。

葡萄籽提取物,阿尔茨海默病,药物,预防,治疗,现状

阿尔茨海默病(Alzheimer’s dementia,AD),由德国神经科医生阿尔茨海默(Alois Alzheimer)于1906年首次发现,目前已成为世界上继心脏病、肿瘤和脑卒中之后的第四大死因,因其发病机制十分复杂,至今尚未研究清楚,其早期诊断及防治已成为一个世界性难题。目前美国食品药品监督管理局(FDA)和英国药品监管局(MCA)已经批准的4种AD临床治疗药物分别是:多奈哌齐、卡巴拉汀、加兰他敏和美金刚,但这些药物都是以AD疾病机理下游的分子蛋白为靶点,只能短期内减轻症状,不能根治。目前所有的AD药物只能有限地减缓病情的恶化,却无法真正地治愈[1]。

在旧金山的迭戈神经科学学会会议上公布食用葡萄可能有助于预防AD的发作这一研究结果,并认为是其中的白藜芦醇、槲皮素、儿茶素和其他植物营养素起保护作用[2]。流行病学证据也表明,适度饮用红酒可以降低AD的发病率[3]。目前,国外已经利用葡萄籽提取物对预防和治疗AD进行一系列的研究,但国内研究的相关文献甚少。本文通过对葡萄籽提取物在预防和治疗AD方面的相关研究进行综述,为后续研究提供一定的理论参考。

1　阿尔茨海默病简介

1.1阿尔茨海默病定义及临床症状

阿尔茨海默病,又称老年痴呆症、失智症或脑退化症,是一种与年龄相关的渐进性神经退行性疾病,主要特征表现为痴呆和大脑中神经元细胞的损失[4]。阿尔茨海默病的临床表现为患者早期出现记忆缺失、意识错乱、失语、方向感迷失等症状,伴着认知和记忆功能的不断下降,逐渐丧失思考及判断能力,生活无法自理并伴有各种神经精神症状和行为障碍,最终因神经细胞大量死亡导致大部分脑区和身体各组织器官受损而死亡[5]。AD发病类型主要为早发型和晚发型:早发型AD主要是与β淀粉样蛋白前体蛋白(APP)、早老素(PS1)等基因突变有关;晚发型AD最主要的风险基因则是ε-4型载脂蛋白E(APOE)基因,近年研究者发现CR1、CLU以及PICALM等基因可能与晚发型AD有关[5]。

1.2阿尔茨海默病发病机理

AD的发病机制十分复杂,目前研究认为AD的发病与遗传、环境和老化等多种因素密切相关。AD在病理上表现为大脑神经细胞外形成淀粉样斑,细胞内纤维缠结,突触功能异常,以及大脑皮质中参与认知、学习和记忆等功能性神经元细胞发生退行性死亡等症状[1]。

神经细胞内的纤维缠结主要是由高度磷酸化的微管结合蛋白Tau组成,而组成细胞外淀粉样斑的主要成分为β淀粉样蛋白(Aβ)。大量的遗传、细胞和动物研究均表明Aβ蛋白在大脑中的过量产生和沉积是导致AD的一个关键原因。遗传、环境和老化等多种因素会造成APP蛋白剪切异常或降解清除Aβ蛋白的能力受损,从而导致具有神经毒性的Aβ蛋白水平升高。过量的Aβ蛋白干扰神经元离子通道平衡,导致神经突触功能受损和神经元的选择性和进行性变性死亡,进而造成认知记忆功能障碍[6]。

在AD患者脑中Tau蛋白存在异常,微管蛋白Tau聚合成不溶性的细胞内神经原纤维并缠结是AD的标志性特征。微管蛋白Tau蛋白的异常折叠,导致Tau蛋白聚集形成双螺旋丝,最终沉积为神经原纤维缠结,是许多神经退行性疾病的重要病理特征统称为Tau蛋白病[7]。Tau蛋白丧失其促微管组装的生物学功能,导致细胞骨架被破坏、丝状物形成和神经缠结,进而导致突触蛋白失去功能和神经退行性病变,即Tau蛋白其数量和结构的改变将会影响其正常生理功能且出现异常聚集。因此,异常磷酸化和截断的Tau蛋白作为Tau蛋白病理过程的关键机制而引起学者关注[8]。

2　葡萄籽提取物简介

2.1葡萄籽提取物定义

葡萄籽中富含单体酚类化合物,比如儿茶素、表儿茶素和二聚体、三聚体和四聚体原花青素,低聚原花青素类(Oligomeric Proantho Cyanidins,OPC)作为葡萄籽的活性成分,含量达5%～8%,近年来因其保健功能良好而成为研究热点,已被证实具有超强的抗氧化能力,能清除自由基,起到预防、治疗多种疾病,延缓衰老、护肤美容等保健功能作用,亦可用来防治心血管和循环系统疾病。

葡萄籽提取物(Grape Seed Extract,GSE)作为从葡萄籽提取的多酚类物质,其中多酚含量在95%以上,一直被认为有无数的性质,包括抗氧化、抗炎症、抗癌、抑制血小板聚集和金属螯合能力等[9]。

2.2葡萄籽提取物预防机理

葡萄籽提取物改善认知衰退的机制是能够预防一种可导致AD认知障碍的淀粉类蛋白质分子在脑内的形成。《美国神经科学期刊》报导称GSE通过减少大脑中有毒蚀斑形成,从而减轻AD患者认知功能的下降。研究员发现GSE可以预防β淀粉样蛋白在细胞中堆积,从而阻止蚀斑的形成。

低聚原花青素类可以减缓中风的风险和改善记忆力和大脑功能,这个事实已被临床研究证明:如对AD的辅助治疗[10]。从葡萄籽中提取的生物类黄酮OPC与其他大多数黄酮类化合物相比,具有结构特殊、水溶性好、有效性高以及极易被人体吸收等性质,是迄今为止发现的最强效的纯天然抗氧化剂[9-11]。这种黄酮类化合物能促进大脑循环代谢,改善记忆功能,对脑损伤的恢复及AD都有积极的治疗和保健作用,可提高人体免疫功能和抗衰老功能等。Richard Passwater及欧洲7所名校等的临床研究报告OPC具有改善AD的功效[11]。

3　GSE预防AD的研究进展

阿尔茨海默病是由于错误折叠的蛋白质聚集体在脑细胞内形成的一种神经系统退行性疾病,特征是认知功能逐渐下降。到目前为止,还没有治疗方法,所以研究人员不断探索这种疾病的预防和治疗的新途径。

3.1GSE及Mn抑制淀粉样纤维的形成

许多蛋白质的错误折叠会导致疾病,比如AD的特点是在淀粉样纤维形成蛋白质聚集体的聚集。Yanqin Liu等人[12]认为天然产物抑制纤维形成是探索治疗AD疾病的途径,并通过研究发现GSE能够抑制κ-酪蛋白纤维(J-CN)形成。进一步探索发现作为抑制J-CN纤维形成的最活跃的组成部分,GSE中的没食子酸能稳定J-CN并防止其聚集。此外还发现没食子酸还可抑制纤维活动,能抑制β淀粉样蛋白原纤维的形成。Kenjiro Ono等人[13]发现葡萄籽多酚提取物(Grape Seed Proanthocyanidin Extract,GSPE)能明显减轻AD认知功能障碍及降低脑淀粉样蛋白沉积,同时还发现Mn也能抑制原纤维形成。因此从抑制淀粉样纤维的形成机理出发,可以考虑利用GSE中的没食子酸以及Mn作为药剂来抑制AD。

3.2GSE及GSPE减缓大脑中低聚物β蛋白簇的积累

研究者们在阿尔茨海默病杂志上发布的研究结果表明[14]GSE能减缓因大脑中被称为低聚物的β蛋白簇的积累导致的AD。过量的低聚物毒害脑神经细胞,导致记忆丧失和疾病,而许多不同的天然化合物,包括葡萄和GSE能阻止记忆进一步丧失,对预防AD提供了强大的保护罩。因此,吃葡萄、补充GSE有助于预防AD的发生和发展。

Dongjie Wang等人[3]发现GSPE能显著增加大鼠脑中3-HBA和3-HPP的含量,而3-HBA和3-HPP能有效干扰β淀粉样蛋白肽的神经毒性,避免形成β聚集体。与此同时,Jun Wang等人[15]在对口服给药的小鼠进行实验研究发现GSPE能显著降低AD型认知恶化,降低大脑中的β蛋白聚合成高分子,进一步证实了GSPE可作为预防或治疗AD的有效药。Dr. Nancy Berman[2]研究发现饮食中含有葡萄的衰老模型小鼠实验组通过富含葡萄的饮食诱导增加246倍的转甲状腺素蛋白,以及β-淀粉样蛋白清道夫降低AD的板块形成。Jun Wang等人[16]研究表明结合三种多酚制剂(葡萄籽提取物,白藜芦醇和葡萄汁提取物)可以协同降低β淀粉样蛋白介导的神经病理学和在AD小鼠模型中的认知功能障碍,且没有改变活性多酚代谢产物在脑中的分布。因此可利用GSE及GSPE来减缓大脑中低聚物β蛋白簇的积累,且研究发现将葡萄与GSE及GSPE等联合治疗AD相比单一治疗,更能够大大降低总淀粉样蛋白含量,有可能是GSE中的没食子酸在抑制淀粉样纤维的形成的同时也辅助降低淀粉蛋白含量,这一发现说明多种针对疾病机理的多酚联合应用可能会产生更大的疗效,为进一步生产治疗或抑制AD的药物提供了有效指导建议。

3.3GSE对大脑特定蛋白的修饰

富含原花青素的GSE已被研究发现有多重健康效益,Jessy Deshane等人[17]研究发现摄取GSE的大鼠通过对大脑特定蛋白进行修饰和变化来预防病理的发生。饲喂6周含有5%的GSE的正常大鼠的脑组织匀浆中有13种蛋白发生了数量上的变化,表明通过摄取富含原花青素的GSE可以增加大鼠脑特异性蛋白的数量,从而对大脑神经起保护介导作用,具体对大脑特定蛋白的作用机理还需进一步研究。

3.4GSE降低脑Aβ负担和小胶质细胞的激活

Yue Qin Zeng等人[18]研究发现GSE能有效降低脑Aβ负担和小胶质细胞的激活,通过观察长期喂食表儿茶素转基因老鼠的耐受性,发现其耐受性良好,无死亡病例,与对照组相比,表儿茶素能显著降低脑和血清中的总Aβ含量,分别降低了39%和40%。同时也降低了AD小鼠脑中的小胶质和星形胶质细胞数量,分别降低了38%和35%。然而通过补充表儿茶素并没有改变患有AD的小鼠学习记忆能力。这项研究表明表儿茶素可以降低淀粉样蛋白,但对于提高学习记忆能力不明显,对于Tau病理影响的机理尚未明确,还需进一步研究。

3.5GSPE对Tau蛋白的错误折叠的影响

由于Tau蛋白的错误折叠的聚集,退化的神经元释放毒性可以蔓延到邻近的细胞。Ismael Santa-Maria等人[19]通过研究发现以螺旋丝介导的聚集体状体的形成会导致误叠的Tau蛋白在体内的加速聚集。Giulio Maria Pasinetti等人[20]实验表明GSPE对AD的预防和治疗具有良好的潜在利益,通过实验分析了GSPE的化学成分、生物活性、生物有效性、安全性、耐受性以及影响AD的发病机制,进一步证实了GSPE可以作为AD的预防或治疗剂。

微管蛋白Tau的异常折叠导致Tau蛋白形成双螺旋丝聚集和神经原纤维缠结[21],是AD的主要标志。目前,抗凝血和抗Tau蛋白异常磷酸化作为基础治疗的主要途径。Hanna Ksiezak-Reding等人[22]研究发现GSPE能降低Tau蛋白病模型小鼠的Tau病理,说明蛋白磷酸酶和蛋白水解可能受GSPE影响,表明GSPE具有中和抗原表位的磷酸化和治疗因破坏纤维形态导致解体的巨大潜力。Jun Wang等人[23]进一步发现GSPE能有效地干扰Tau蛋白肽组装成聚集体,抑制脑神经的病变发展。美国研究中心[24]发现GSPE可以抑制脑淀粉样蛋白的沉积,在进一步探索GSPE影响AD的机理以及对细胞毒性的保护作用下,进一步证实GSPE可开发作为一种治疗AD的药剂。Lap Ho等人[25]注意到GSPE可能会减弱错误折叠的蛋白质的稳定性或减轻因Tau蛋白的错误折叠所导致的Tau纤维聚集体,这些研究表明,具有良好的安全性、耐受性和生物利用度的GSPE能有效抑制Tau蛋白肽的聚合,以及促进Tau蛋白肽聚集体的离解,在与Tau蛋白相关的神经退行性疾病的预防和治疗方面具有发展潜力。

3.6GSPE对衰老小鼠学习记忆障碍的改善作用

谭毓治等[26]通过对衰老模型的小鼠饲喂GSPE 19 d后,采用跳台法、Y形、Morris迷宫法测试小鼠的学习记忆力。结果发现,喂食GSPE的衰老小鼠在跳台法和Y型迷路的测试中均减少了错误反应次数,表明GSPE对衰老小鼠学习记忆障碍有明显的改善作用。在Morris迷宫测试中,GSPE虽然未对正常小鼠的学习记忆进一步提高,但能明显改善正常小鼠信息的保持和再现能力。臧恒佳报导[27]有研究者为了检测GSPE是否会减轻老年痴呆病患的症状,连续五个月饲喂老鼠GSPE(或安慰剂),检测发现服用GSPE的老鼠减缓了大脑中β-淀粉样蛋白的堆积和蚀斑的形成,以及认知功能的下降。与服用安慰剂的老鼠相对比,这组老鼠在空间记忆力上有明显提高。通过化学分析发现,儿茶素和表儿茶素,作为GSPE的主要成分,具有良好的改善小鼠学习记忆障碍和降低β淀粉样蛋白的堆积作用,且儿茶素在很低的剂量下就可以起很好的改善学习记忆或AD作用,作为治疗AD的药物具有良好的应用前景。

4　结论与展望

综上所述,关于GSE及GSPE的生物活性的研究在国内外已经非常广泛,研究表明其对AD具有一定的防治作用。GSE作为从葡萄籽提取的多酚类物质,尤其是其中的没食子酸、白藜芦醇、槲皮素、儿茶素和其他植物营养素能够预防AD的发作,降低AD的发生率,具有良好的临床应用前景。但目前的研究多停留在动物研究水平,且某些作用机制尚未明确,还需要进一步进行深入研究与探讨,从而推及到临床人体治疗中。随着植物化学的快速发展,具有毒副作用低、生物活性突出且来源广泛易得等特点的GSE及GSPE,可通过结合动物生理学及临床医学进一步挖掘其药理学功效,使之成为一种高效的能预防或治疗AD的药理活性物质。然而目前我国的葡萄籽大多数还是被直接丢弃或发酵后做肥料,国内关于GSE在预防和治疗AD方面的实质研究报道偏少,表明此研究领域尚未引起国内学者的重视,还需广大研究者做进一步的研究和探索。

[1]陈菁. 聚焦阿尔茨海默病[J]. 药学进展,2014(7):539-551.

[2]Berman Nancy. Alzheimer Disease:Eating Grapes May Protect Against Alzheimer’s Disease[J]. Pain & Central Nervous System Week,2007:227.

[3]Dongjie Wang,Lap Ho,Jeremiah Faith,et al. Role of intestinal microbiota in the generation of polyphenol derived phenolic acid mediated attenuation of Alzheimer’s diseaseβ-amyloid oligomerization[J]. Mol Nutr Food Res,2015:1-33.

[4]Peng Liu,Lisa J. Kemper,Jun Wang,et al. Grape Seed Polyphenolic Extract Specifically Decreases Aβ*56 in the Brains of Tg2576 Mice[J]. Journal of Alzheimer’s Disease,2011,26(4):657-666.

[5]张弦. 关注阿尔茨海默病[J]. 健康与营养,2014(9):32-36.

[6]Philip Thomas,Yan-Jiang Wang,Jin-Hua Zhong,et al. Grape seed polyphenols and curcumin reduce genomic instability events in a transgenic mouse model for Alzheimer’s disease[J]. Mutation Research,2009,661(1-2):25-34.

[7]Lap Ho,Shrishailam Yemul,Jun Wang, et al. Grape Seed Polyphenolic Extract as a Potential Novel Therapeutic Agent in Tauopathies[J]. Journal of Alzheimer’s Disease,2009,16(2):433-439.

[8]许杰,温世荣,于艳红,等. Tau蛋白在阿尔茨海默病中的作用[J]. 现代生物医学进展,2015(3):573-575.

[9]刘以娟,范方辉,王芳兵,等. 葡萄籽提取物体外抗氧化活性的研究[J]. 食品工业科技,2012,18:143-146,151.

[10]范武峰. 葡萄籽提取物——保护我们的大脑[J]. 养生大世界:b版,2009(3):34-37.

[11]王建平. 葡萄籽提取物的神奇功效[J]. 食品与药品,2005,7(2):59-61.

[12]Yanqin Liu,Tara L. Pukala,Ian F. Musgrave,et al. Gallic acid is the major component of grape seed extract that inhibits amyloid fibril formation[J]. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters,2013,23(23):6336-6340.

[13]Kenjiro Ono,Margaret M. Condron,Lap Ho,et al. Effects of

Grape Seed-derived Polyphenols on Amyloidβ-Protein Self-assembly and Cytotoxicity[J]. Journal of Biological Chemistry,2008,283(47):32176-32187.

[14]http://search.proquest.com.ezp.lib.unimelb.edu.au/docview/896067308?accountid=12372.

[15]Jun Wang,Lap Ho,Wei Zhao,et al. Grape-Derived Polyphenolics Prevent AβOligomerization and Attenuate Cognitive Deterioration in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease[J]. The Journal of Neuroscience,2008,28(25):6388-6392.

[16]Jun Wang,Weina Bi,Alice Cheng, et al. Targeting multiple pathogenic mechanisms with polyphenols for the treatment of Alzheimer’s disease-experimental approach and therapeutic implications[J]. Frontiers in Aging Neuroscience,2014,6(42):1-10.

[17]Jessy Deshane,Lisa Chaves,Kiran Varma Sarikonda,et al. Proteomics Analysis of Rat Brain Protein Modulations by Grape Seed Extract[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52(26):7872-7883.

[18]Yue-Qin Zeng,Yan-Jiang Wang,Xin-Fu Zhou. Effects of(-)epicatechin on the pathology of APP/PS1 transgenic mice[J]. Frontiers in Neurology,2014(5):1-10.

[19]Ismael Santa-Maria,Merina Varghese,Hanna Ksiezak-Reding, et al. Paired Helical Filaments from Alzheimer Disease Brain Induce Intracellular Accumulation of Tau Protein in Aggresomes[J]. The Journal of Biological Chemistry,2012,287(24):20522-20533.

[20]Giulio Maria Pasinetti,Lap Ho. Role of grape seed polyphenols in Alzheimer’s disease neuropathology[J]. Nutrition and Dietary Supplements,2012,2:97-103.

[21]Ho Lap,Pasinetti Giulio Maria. Polyphenolic compounds for treating neurodegenerative disorders involving protein misfolding[J]. Expert review of proteomics,2010,7(4):579-589.

[22]Hanna Ksiezak-Reding,Lap Ho,Ismael Santa-Maria,et al. Ultrastructural alterations of Alzheimer’s disease paired helical filaments by grape seed-derived polyphenols[J]. Neurobiology of Aging,2012,33(7):1427-1439.

[23]Jun Wang,Ismael Santa-Maria,Lap Ho, et al. Grape Derived Polyphenols Attenuate Tau Neuropathology in a Mouse Model of Alzheimer’s Disease[J]. J Alzheimers Dis,2010,22(2):653-661.

[24]Grape Seed Extract May Help Neurodegenerative Diseases[J]. Alternative Medicine Alert,2009,12(6):72.

[25]Lap Ho,Shrishailam Yemul,Jun Wang,et al. Grape Seed Polyphenolic Extract as a Potential Novel Therapeutic Agent in Tauopathies[J]. Journal of Alzheimer’s Disease,2009,16(2):433-439.

[26]屈自望. 葡萄籽提取物:原花青素的营养保健功能[J]. 医学信息,2005(9):29-30.

[27]臧恒佳. 葡萄籽提取物有利于防治老年痴呆[J]. 健身科学,2009,7:15.

Research progress of grape seed extract for the prevention of Alzheimer’s Dementia

ZHAO Ping1,XIA Wen-xu1,WANG Ke-hui1,2,LEI Chen-yao1,YANG Xing-yuan3,CHEN Shuang-sheng3,WU Hong-ze1,XU Guang-li1,NIE Lin1,NIU Jun1

(1.School of life science and engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China;2.Gansu Institute of Business and Technology,Lanzhou 730010,China;3.Gansu Zixuan wine company limited,Jiayuguan 735100,China)

Alzheimer’s dementia has become the fourth cause of death in the world,after heart disease,cancer and stroke,the pathogenesis is very complex and has not been studied clearly. All drugs in the treatment of Alzheimer’s dementia can only be limited to slow down the deterioration of the condition at present,but can’t cure the disease. The latest research suggests grape seed extract can prevent the formation of a starch protein molecules which can lead to cognitive impairment of Alzheimer’s dementia in the brain. This paper makes a review on the definition and the pathogenesis of Alzheimer’s dementia,and grape seed extract in the application and research of prevention and treatment of Alzheimer’s dementia,which provide a theoretical reference for the future development of prevention or treatment of Alzheimer’s dementia by grape seed extract.

grape seed extract;Alzheimer’s dementia;drugs;prevention;treatment;current situation

2015-12-02

赵萍(1964-)，女，硕士，教授，主要从事食品科学，副产物综合利用研究，E-mail：pingzhaogdqg@163.com。

嘉峪关市科技计划支撑计划项目(H1508cc001)；甘肃省嘉峪关市科技计划项目(14-24)；甘肃省科技重大专项计划(1102NKDB018)；甘肃省嘉峪关市科技计划项目(12-61)。

TS261.9

A

1002-0306(2016)13-0391-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.072