p38MAPK信号通路抗阿尔茨海默病的研究进展

王 琳，金桂芳，余河汉，杨 红

(广东药科大学生命科学与生物制药学院，广州 510006)

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种好发于老年人群的慢性进行性神经退行性疾病，也称为老年痴呆症。患者临床上表现为学习记忆功能的进行性丧失、判断理解能力日益减退、认知语言能力不断恶化以及精神行为表现异常和日渐丧失的生活自理能力等。患者大脑的病理特征主要是由β淀粉样蛋白 (amyloid β protein，Aβ)沉积形成的黏稠斑块(也称为老年斑)以及由Tau蛋白引起的神经元纤维缠结，此外，突触缺失、细胞线粒体功能障碍、胶质细胞激活、神经元退化等也是常见的一些病理特征[1-2]。2018年《世界阿尔茨海默报告》中指出，全世界有5 000万人患有痴呆症，到2050年这一数字预计将达到1.52亿；2018年痴呆症的总估计费用为1万亿美元，预计这一数字到2030年将翻一番；该报告还指出，2002—2012年的十年内，在AD领域的药物研发失败率为99.6%[3]。由于疾病致病机制的复杂性以及多样性，目前还没有治愈AD的药物或方法，因此明确AD的发病机制，开发有效的治疗药物已经成为世界医药研发的热点及难点。一项临床研究报道，AD患者血液中磷酸化的p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)与疾病持续时间呈正相关，同时发现p38MAPK在大脑与学习和记忆相关的区域中高表达[4]。天然产物具有结构多样性、代谢产物结构复杂多变等优势，是寻找治疗AD药物的极佳来源。现就p38MAPK信号通路抗AD的研究进展予以综述。

1 AD的病理机制

1.1Aβ毒性机制 AD的致病机制最为公认的是Aβ毒性机制[5]。脑组织中淀粉样前体蛋白经β-分泌酶和γ-分泌酶切割水解得到不溶性的Aβ碎片，过量的Aβ在脑内积聚，诱发神经细胞毒性，所以广泛的研究集中于抑制Aβ的产生和积累，作为开发AD治疗剂的方向。一系列的候选药物靶向Aβ处理，虽然目前针对Aβ清除的疫苗或其他药物未能成功通过Ⅲ期临床试验，但Aβ是AD关键性发病的因素及治疗靶点，抑制Aβ生成始终是AD治疗中的核心问题，β、γ-分泌酶的抑制剂则是关键的靶点。

1.2Tau蛋白过度磷酸化 在正常的大脑内，tau蛋白主要定位于神经元的轴突，并起到促进微管组装、稳定性、成核和囊泡转运的作用[6]。Braak和Braak[7]首先报道AD患者大脑中的缠结与神经元网络的功能障碍有关，并且与认知下降呈正相关。在AD患者脑内，tau蛋白过度磷酸化，导致微管不稳定，从而降低轴突运输能力；此外，在早期AD中经常观察到的轴突肿胀或静脉曲张与含有囊泡的囊泡运输中的tau相关缺陷有关[8]。一些证据还表明，tau蛋白存在于神经元的突触前和突触后组件中，可以调节突触功能，因此AD患者脑内突触可塑性下降可能与tau蛋白过度磷酸化有关[9]。目前，有研究靶向tau蛋白的药物，以抑制tau蛋白过度磷酸化为主[10]。

1.3神经炎症 神经炎症是中枢神经系统中的一种免疫应答，可在多种神经退行性疾病(如AD、抑郁症、多发性硬化症和帕金森病)中观察到。越来越多的证据表明，神经炎症过程也可直接导致AD发病机制，包括星形胶质细胞和小胶质细胞的激活[11]。当小胶质细胞由M2型(释放抗炎因子)激活成M1型(释放促炎因子)时，过度活化的小胶质细胞会产生大量的活性氧及促炎性细胞因子[如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)(如IL-1β、IL-18等)、 诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等]而引起神经系统的损害[12-13]。星形胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的细胞，也释放炎症信号分子，并在突触调节和功能中起关键作用。研究表明，减轻神经炎症可能是治疗AD的有效方法[14-15]。因此，抗炎是治疗AD的新治疗策略之一。

1.4神经细胞凋亡 脑皮质和海马区神经元减少是AD的重要病理特征，神经细胞凋亡是导致神经元丢失的主要原因。Bcl-2/Bax蛋白家族在细胞凋亡信号转导中起关键作用，研究表明，Aβ可下调Bcl-2的表达而上调Bax的表达，使Bcl-2/Bax蛋白比例失调而引起神经细胞凋亡，导致神经元丢失及AD发生[16]。另一方面，Aβ直接通过胱天蛋白酶(caspase)引起神经细胞凋亡，Aβ堆积可激活caspase-3，引起细胞凋亡，而caspase-3、caspase-6、caspase-8又参与Aβ前体的加工，影响Aβ的形成[17]。以神经细胞凋亡的相关基因和激酶为靶点的药物开发是目前研究的热点。

2 p38MAPK信号通路

MAPK是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其响应于广泛的细胞外刺激而处理和调节细胞特性。其中p38MAPK参与刺激不同生物学功能的广泛信号转导途径。已发现p38MAPK在促炎信号转导网络的调节和细胞因子的生物合成中发挥重要作用，包括免疫细胞中的TNF-α和IL-1β[18]。p38MAPK包含4种同种型(α、β、γ和δ)，p38α和p38β大约70%相同，而p38γ和p38δ与p38α具有大约60%的序列同一性；在p38同种型中，p38α和p38β在大多数组织(包括脑)中普遍表达；在中枢神经系统中，p38MAPK在对学习和记忆至关重要的区域中高度表达，并且可能是更高脑功能的关键组成部分[19]。

3 p38MAPK在AD病理中的研究进展

1999年，有研究者报道，AD患者的大脑中p38MAPK活性增加[20]。通过对正常人和AD患者死后脑组织的研究证实，在AD患者的大脑中，p38MAPK激活在患病早期发生[21-22]。研究表明，AD患者血液中磷酸化的p38MAPK与疾病持续时间呈正相关[4]。这些研究表明p38MAPK途径与AD的发病机制相关。

3.1p38MAPK抑制Aβ诱导的神经元损伤 Aβ是AD的病理标志，通过氧化应激、caspase激活和线粒体功能障碍引起神经元损伤。许多研究揭示了p38MAPK与Aβ相关的重要作用， Aβ激活p38MAPK导致细胞内钙、活性氧产生/积累和线粒体应激增加，促进AD病理学的发生与发展[23-24]。神经元原代培养和其他神经元细胞的体外研究表明，Aβ处理会激活p38MAPK并促进神经细胞凋亡[25-27]。在各种AD动物模型中也进一步证实了这些结果[28-30]。这些p38MAPK参与Aβ诱导的神经元损伤的证据表明，p38MAPK活性在AD的病理学进展中起重要作用，抑制AD神经元细胞中p38MAPK的激活是AD的治疗途径之一。

3.2通过p38MAPK抑制靶向Tau病理学 神经纤维缠结是AD的一种主要病理结构，由成对的螺旋丝组成，由过度磷酸化的tau蛋白积累成[31]。p38MAPK已被证明可以通过特定的氨基酸残基磷酸化tau蛋白[32-34]。在AD患者死后的海马和皮质脑区内发现，p38MAPK与神经原纤维存在着共定位[35]。在体内研究中，通过使用过度磷酸化tau的转基因小鼠证明p38MAPK的活化与tau蛋白的聚集量呈正相关[36]。这些结果表明，p38MAPK与tau蛋白显著相关，使用直接或间接p38MAPK抑制剂有可能减少tau蛋白聚集后形成的病理变化，从而减缓AD进程。

3.3通过抑制p38MAPK途径减少神经炎症 大脑主要通过先天免疫反应进行防御，包括激活的胶质细胞(如小胶质细胞和星形胶质细胞)，它们可以产生关键的炎症介质。在正常情况下，小胶质细胞的表型受神经元和星形胶质细胞的调节，以维持其吞噬活性并维持正常的脑微环境[37-38]。然而，在AD的情况下，小胶质细胞失去调节功能并对炎性刺激变得更敏感[39]，加剧Aβ积聚和神经元丢失[40]。而星形胶质细胞在正常情况下可以调节Aβ介导的神经毒性，并去除Aβ，从而产生围绕斑块的保护屏障[41]。然而，在AD的情况下，Aβ引起的过度细胞应激可能诱导星形胶质细胞的异常活化，这使得细胞释放包括TNF-α、IL-1β和一氧化氮等促炎介质，导致AD脑中的慢性炎症状态[42]。因此，调控神经炎症对于减轻AD进展非常重要。

1998年，Bhat等[43]报道p38MAPK在神经胶质细胞中具有促炎作用；该结果后来在人小胶质细胞和星形胶质细胞中得到了进一步的证明[44]。AD中的代表性病理标志物Aβ也被鉴定为激活p38MAPK级联的刺激物，会引起小胶质细胞中促炎细胞因子的产生和上调[45]。Giovanni等[46]在体内实验中验证了小胶质细胞中的p38MAPK信号转导对Aβ诱导的神经炎症的重要性。此外，小胶质细胞释放的IL-1β主要通过激活核因子κB的级联反应影响星形胶质细胞[47]。据报道，p38MAPK可通过直接转录控制参与星形胶质细胞中iNOS和TNF-α的产生，导致慢性神经炎症[44,48]。这些结果意味着p38MAPK参与胶质细胞活化和随后的神经炎症，导致慢性神经毒性。因此，阻断神经胶质细胞中的p38MAPK信号转导是减轻AD进展的途径之一。

4 p38MAPK信号通路与天然产物、AD间的关系

由于AD的病因复杂，单一靶点的治疗药物不能显著延缓AD的进程，研发多靶点的AD治疗药物是目前最具前景的研发策略。近年来，随着分离、纯化以及分析等技术的迅速发展，天然产物药物防治AD的研究有了重大突破。越来越多的天然化合物被发现具有抗AD的作用，如淫羊藿苷、虾青素及芹菜素均可通过剂量依赖性方式抑制p38MAPK，减少Aβ诱导的神经毒性和神经元凋亡[55-57]。五味子多糖可以通过激活MAPK途径缓解神经炎症[58]。黄芪甲苷Ⅳ通过抑制p38MAPK信号转导途径改善内质网应激诱导的Aβ25-35处理的PC12细胞的凋亡[59]。在通过p38抑制靶向Tau病理学上，水溶性维生素E类似物通过抑制氧化应激诱导的p38活化降低神经细胞中的tau毒性[60]。原花青素是一类天然存在的黄酮类化合物，可抑制内质网应激诱导的p38激活级联反应，从而导致磷酸化tau蛋白量减少和铅诱导的认知障碍的改善[61]。这些化合物不直接抑制p38MAPK，但可能靶向p38MAPK的相关信号转导或上游途径。在通过抑制p38MAPK途径减少神经炎症的研究上，天然产物α-iso-cubebene通过抑制Aβ刺激的小胶质细胞中的p38MAPK活化而表现出抗炎活性[62]。Xanthoceraside是一种从文冠果壳中提取的新型三萜皂苷，通过抑制MAPK活性发挥神经抗炎、缓解学习记忆障碍的作用[63]。另外，新的研究发现，tau的细胞外非磷酸化和去磷酸化形式(而不是过度磷酸化的tau)激活胶质细胞中的p38MAPK途径，从而在这些细胞中引发tau病理学途径[64]。已有研究报道，天然化合物Obovatol和Glaucocalyxin B通过介导p38MAPK途径失活降低在小胶质细胞和星形胶质细胞的神经胶质细胞介导的神经炎症[65-66]。Ecklonia cava是一种可食用的褐色海藻，已被公认为生物活性衍生物的主要来源，可通过抑制p38，显示出强烈的抗炎作用[67]。糖类似物Floridoside可抑制小胶质细胞中的促炎反应，并通过阻断脂多糖处理的BV-2细胞中的p38MAPK磷酸化下调iNOS和环氧合酶2[68]。除此以外，Morroniside是山茱萸干燥成熟果肉的一种活性单体，最近发现Morroniside可以逆转p38MAPK磷酸化后导致的细胞死亡[69]。淫羊藿次苷Ⅱ是一种来自淫羊藿的黄酮类化合物，研究发现，淫羊藿次苷Ⅱ可能通过抑制MAPK信号转导途径调节钙结合蛋白的表达，抑制细胞凋亡[70]。在Aβ诱导的AD小鼠中，口服富含蜂胶的黄烷酮，通过抑制p38MAPK途径改善行为表现并恢复神经元功能；此外，通过改善线粒体膜电位和抑制线粒体氧化应激，使小鼠线粒体功能障碍显著减轻[71]。

5 小 结

AD是日趋严重的神经退行性疾病，社会成本、家庭负担逐年增加。p38MAPK信号通路与AD发病过程中神经元出现的改变以及病理性结构均具有一定的联系，而许多天然产物可通过p38MAPK信号通路对AD起到保护作用。天然产物具有的诸多优点使其成为寻找治疗AD药物先导化合物的极佳来源，因此，进一步研究应更深入调查p38MAPK信号通路对AD发病机制的作用以及致力于开发高效的天然产物，在阐明其作用机制的同时提高天然产物对人体的亲和性及穿透血脑屏障的能力。相信在不久的将来，随着科学技术的不断进步，围绕p38MAPK信号通路能开发出更有效的天然产物药物预防和治疗AD。