吴茱萸碱类化合物对阿尔茨海默病及脑血管疾病的药理作用研究进展

抗晶晶,崔 宁

(黄河科技学院医学院,河南 郑州 450063)

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种渐进性神经系统退行性疾病,是老年痴呆的主要类型[1]. 据世界卫生组织统计,截至2018年9月,全世界AD患者约5 000万,医疗消耗超过10 000亿美元. 流行病学和病理学资料显示,老年人中AD和脑血管疾病共存现象十分常见[2],两者已成为严重威胁老年人身体健康的疾病. 目前多个假说试图阐明AD病因:如β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)级联假说、Tau蛋白过度磷酸化假说、神经炎症反应等,尽管AD的发病机制仍未完全清楚,但可以确定的是,有多种因素参与其中,传统的西药无法达到多方面、多角度作用的目的,因此,从传统中药中提取活性成分用于AD的治疗尤为必要.

吴茱萸为芸香科植物吴茱萸Euodiarutaecarpa的干燥近成熟果实,始载于《神农本草经》,具有温中养肝、祛痰消积的效果,现代研究表明,吴茱萸的主要药理成分为吴茱萸碱(Evodiamine,ED)、去氢吴茱萸碱(Dehydroevodiamine,DHED)、吴茱萸内酯等[3],其中,ED和DHED的药理活性相似,对中枢神经系统都具有较好的保护功能,可通过多条途径作用于AD的发生发展进程. 本文对ED和DHED这两种吴茱萸碱类化合物对AD及脑血管疾病的药理作用新进展予以综述,为研究与开发以吴茱萸碱类化合物为原料的神经疾病保护新药提供参考.

1 吴茱萸碱类化合物对阿尔茨海默病的药理作用

AD的主要临床表现为学习记忆功能下降和认知功能缺陷,主要病理学特征为Aβ大量沉积导致的老年斑形成和细胞内Tau蛋白过度磷酸化导致的神经纤维大量缠结[4]. 目前大量研究通过多种方式构建AD模型小鼠,使模型小鼠表现出AD的主要临床表现和病理学特征,进而探究吴茱萸碱类化合物对AD的神经保护功能及作用机制.

1.1 修复记忆和认知功能损伤

Morris水迷宫实验是一种用于研究动物空间记忆认知功能,有效检验AD药物效果的实验方法. 在以ICV(侧脑室)显微注射Aβ1-40诱导构建的AD小鼠模型中,韩兆丰等[5]发现,造模7 d后,灌胃给药ED(50 mg/kg、100 mg/kg、200 mg/kg),1次/d,连续给药21 d后,AD模型小鼠海马组织中p53和p-p53蛋白表达下降,神经细胞凋亡率明显降低,同时水迷宫定位航行平均潜伏期缩短,表明吴茱萸碱通过抑制海马神经细胞凋亡的发生,保护小鼠脑组织,修复AD小鼠记忆和认知功能损伤. Yuan等[6]通过在小鼠体内表达突变的淀粉样前体蛋白和早老素蛋白1基因(APPswe/PS1ΔE9)和老化促进小鼠基因(SAMP8)模拟AD的临床表现,水迷宫实验显示,口服ED(100 mg/kg)28 d后,转基因AD小鼠的学习记忆功能损伤显著减轻,此外,PET/CT扫描图像分析结果表明,ED还可增加小鼠脑部组织对葡萄糖的摄取代谢,提示ED可能通过改善小鼠脑部能量代谢障碍,进而缓解 APPswe/PSΔE9和SAMP8小鼠的学习记忆损伤,值得注意的是,ED(100 mg/kg)对AD模型小鼠的保护作用甚至优于阳性药物安理申(2 mg/kg). 王冬梅等[7]同样观察到口服ED(100 mg/kg)能改善APPswe/PSΔE9转基因AD模型小鼠的学习记忆能力,进一步证实了此结果. 此后,Wang等[8]又在经脑室注射链霉素(ICV-STZ)诱导的实验性AD模型小鼠中,观察ED的神经保护作用,研究数据表明,口服ED(50 mg/kg、100 mg/kg),1次/d,连续给药21 d后,AD模型小鼠对新目标的识别能力和水迷宫实验评分均有所提高. 在D半乳糖和三氯化铝诱导的A D小鼠模型中,ED(40 mg/kg)同样显示出类似效果[9].

除ED外,口服DHED(10 mg/kg)在东莨菪碱诱导的记忆损伤模型中,也表现出其对模型小鼠记忆损伤症状的改善作用,作用效果接近AD常用药多奈哌齐(1 mg/kg)[10]. 如果经腹腔注射途径给药,0.5 mg/kg DHED即可明显缓解APP695转基因AD小鼠的记忆损伤症状[11]. 综上,ED和DHED均可改善AD小鼠的记忆认知功能损伤.

1.2 拮抗Aβ沉积

Aβ级联假说被认为是AD发病机制假说之一,该机制认为Aβ在脑组织内沉积会导致大脑皮质层神经细胞抗氧化功能减弱和神经元凋亡. 大脑皮质中Aβ42水平上升,血清中Aβ42水平下降,是AD小鼠的典型症状. 研究表明,口服ED(40 mg/kg)42 d能够有效减少D半乳糖和三氯化铝诱导的AD小鼠脑组织中Aβ42的沉积,提高血清中的Aβ42水平,增强血清和脑组织中超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSh-PX)等氧化相关酶的活性,缓解AD小鼠的氧化压力[9]. Shin等[11]通过在Tg2576小鼠中表达突变的APP 695基因,构建转基因AD小鼠模型,经腹腔注射途径连续4个月给予小鼠DHED(0.5 mg/kg),发现模型小鼠大脑皮层中可溶性的Aβ40、Aβ42水平下降,机制实验表明,DHED可剂量依赖性地抑制β分泌酶的活性,而β分泌酶跟Aβ的产生及神经炎斑块的形成有关,提示DHED可能作为一种β分泌酶的抑制剂,拮抗模型小鼠脑组织中Aβ沉积,进而缓解AD小鼠的多种症状. 此外,有学者向小鼠脑组织注入Aβ1-42,观察到小鼠出现空间记忆损伤等AD小鼠的典型症状,这从侧面证实了Aβ沉积在AD发生发展过程中的作用,而DHED(10 mg/kg)可显著改善AD小鼠的记忆损伤症状,减轻Aβ诱导产生的神经毒性和氧化压力[10]. 以上实验表明,ED和DHED对AD小鼠的保护作用,与其拮抗脑组织内Aβ的沉积有关.

1.3 抑制Tau蛋白过度磷酸化

研究发现,Tau蛋白在AD患者脑内出现过度磷酸化,失去其维持神经细胞稳定的作用,最终引起神经纤维缠结[12]. 磷酸酯酶2A(PP-2A)可使Tau蛋白在Ser199/202位点发生去磷酸化,诱癌素A是一种PP-2A抑制剂,能导致小鼠脑组织Tau蛋白过度磷酸化. Fang等[13]以具有新陈代谢活性的鼠脑切片为研究对象,发现预敷DHED(10～200 μmol/L)1 h,可减弱诱癌素A诱导的Tau蛋白在Ser199/202等AD相关位点的过磷酸化,进一步研究发现,DHED是通过拮抗诱癌素A对PP-2A活性的抑制作用,达到抑制Tau蛋白过度磷酸化效果的. Tau蛋白在体外被磷酸酯酶去磷酸化的结果提示,AD脑损伤可能是可逆的. 此外,已有研究表明,糖原合成酶激酶3(GSK-3)的过度激活可导致Tau蛋白的过磷酸化,Peng等[14]研究显示,提前一周经尾静脉给小鼠注射DHED(6.25、12.5 mg/kg),可有效抑制小鼠海马区GSK-3的过度活化,对抗Tau蛋白在多个AD相关位点的过磷酸化,改善AD小鼠的空间记忆损伤. 以上研究显示,DHED对AD的保护功能与其抑制Tau蛋白过度磷酸化存在紧密关联.

1.4 抑制胶质细胞的活化和炎症介质的释放

胶质细胞活化和神经炎症是神经病理学的主要特征,研究表明,小胶质细胞活化介导的慢性炎症参与AD的病理过程,如何减轻神经炎症损伤成为治疗AD的一条重要途径. 孙文蕾[15]通过向SD大鼠双侧海马区注射Aβ1-42建立AD模型,一周后,模型组大鼠海马区小胶质细胞大量活化,且 HMGB1、TLR4及NF-κB蛋白表达水平上升,说明 HMGB1、TLR4及NF-κB蛋白参与AD中炎症反应过程,采用灌胃方式给予大鼠ED(100 mg/kg),喂养21 d,可改善AD大鼠的学习记忆能力,修复病理损伤,抑制HMGB1/TLR4/NF-κB炎症相关信号通路. Wang等[8]探索ED的神经保护机制,发现ED可抑制小鼠海马区小胶质细胞的活化,减少TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症介质的释放,进一步实验结果提示,ED是通过抑制AKT/GSK-3β/NF-κB信号通路,减轻小鼠神经炎症反应,起到对AD小鼠的保护作用的. 此外,ED在APPswe/PSΔE9转基因小鼠中,同样可抑制TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2等炎症因子的表达,进而缓解APPswe/PSΔE9小鼠的学习记忆损伤[6]. 以上结果表明,抑制胶质细胞的活化和炎症介质的释放是ED保护AD小鼠的途径之一.

1.5 对离体神经元细胞的保护作用

除大量动物在体实验模型外,还有学者通过构建体外细胞模型,观察ED对AD相关细胞的影响,以明确ED对AD的保护作用. 在L型谷氨酸诱导的小鼠海马神经元细胞系HT22细胞中,提前3 h加入ED(20 μmol/L)进行预处理,能使HT22细胞的凋亡率从23.3%降至12.2%,细胞的生存能力明显提升[9]. ED对离体神经元细胞的保护作用从另一方面验证了ED对AD的保护作用.

以上在体离体实验均表明吴茱萸碱类化合物对AD具有保护功能,总结见表1.

2 吴茱萸碱类化合物对脑血管疾病的药理作用

2.1 对缺血性脑损伤的保护作用

炎症损伤是缺血性脑血管病的重要病理机制,抑制过度炎症反应是减轻缺血性脑损伤的新途径. Zhao等[16]采用改良Longa线栓法成功建立小鼠大脑中动脉闭塞(pMCAO)模型,探索ED对缺血性脑损伤的保护作用,结果显示,术前3 d给予ED(50 mg/kg、100 mg/kg)灌胃干预后,pMCAO小鼠的神经功能行为学评分得到改善,脑组织含水量降低,脑梗死体积减少,探索机制发现,ED可上调p-Akt、p-GSK3的表达水平,同时降低NF-κB的积累,提示ED对缺血性脑损伤小鼠的保护作用与其抑制pMCAO小鼠脑组织中炎症反应有关. 此外,ED也可上调缺血后脑组织内claudin-5的表达,改善pMCAO小鼠的血脑屏障,这可能也是ED脑保护作用的机制之一. 越来越多的数据显示,自噬能够保护神经元免受缺血引起的细胞死亡,有学者以人类星形胶质细胞U87-MG为研究对象,发现ED可通过汇集细胞外钙离子,激活JNK通路诱导的细胞保护性自噬,这为缺血性脑卒中的治疗提供了新的选择[17].

2.2 拮抗动脉粥样硬化的发生

动脉粥样硬化(AS)是脑梗死等脑血管病发生的主要原因,血脂代谢异常为AS的病变基础. 任妮娜等[18]以高脂饲料喂养SD大鼠4周建立AS模型,造模成功后,给予ED(10 mg/kg、25 mg/kg、40 mg/kg)灌胃治疗,3周后,HE染色见ED治疗组大鼠肝组织及主动脉弓组织炎症细胞浸润及脂肪变性较模型组明显减轻,与此同时,ED可提高AS大鼠血清中HDL含量,降低TC、TG、LDL水平,以上指标均证实ED的抗AS作用. 随后,学者从氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)及NLRP3炎性小体(caspase-1)方面观察其在加速AS形成中的作用和ED的干预效果,结果显示,ED可降低血清中ox-LDL、caspase-1含量,提示ED通过抗炎抗氧化途径发挥抗AS作用. 此外,Wei等[19]以载脂蛋白E缺陷(ApoE(-/-))鼠作为AS模型鼠,发现慢性给予ED(10 mg/kg)治疗,能够减轻AS模型鼠的高脂血症状和肝脏脂肪变性,增强肝脏的胆固醇清除能力,减少模型鼠AS损伤. 以上结果提示,ED具有抗动脉粥样硬化的作用,可降低机体发生脑血管疾病的几率.

3 未来研究展望

目前,我国已进入老龄化社会,对于老年人来说,维持正常认知功能是高质量生活的保证. 在老年人群体中,损害认知功能最常见的疾病是AD和脑血管疾病. 大量的实验证实,作为中药吴茱萸的主要药理活性成分,ED和DHED能够通过修复记忆和认知功能损伤、拮抗Aβ沉积、抑制Tau蛋白过度磷酸化、抑制胶质细胞的活化和炎症介质的释放等神经保护功能来有效减缓AD的发生发展进程. 此外,ED还具有减轻缺血性脑损伤、拮抗动脉粥样硬化的发生等脑血管疾病保护作用. 临床研究和实验研究结果显示[20],AD和脑血管疾病在病因学和病理学方面存在许多重叠,大部分散发性AD也是一种脑血管源性疾病,对脑血管疾病的治疗也可延缓AD的发生发展进程. ED对AD和脑血管疾病的双重防治作用为此观点提供了一定的证据. 尽管已有大量吴茱萸碱类化合物的基础研究,还需要在现有研究的基础上进行更多的临床应用实验,为其将来作为治疗AD和脑血管疾病的有效药物提供充足的科学依据.