中药调控GSK-3β治疗阿尔茨海默病研究进展

侯翰如，管秀菊，毕淑月，张立娟，王康锋

（1.山东中医药大学，山东 济南 250355；2.山东中医药大学附属医院，山东 济南 250014）

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种进行性加重的神经退行性疾病，有60%～80%的痴呆患者患有AD，其临床特征表现为进行性的记忆力丧失、认知障碍、人格改变等［1］。随着我国老龄人口比例的上升，AD逐渐成为威胁老年人生命健康的主要因素之一，造成了严重的社会经济损失。现有研究证据表明，AD的病理改变主要包括β-淀粉样蛋白（Aβ）的沉积、tau蛋白磷酸化导致的神经元纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）［2］、神经细胞凋亡及细胞炎症反应等，但Aβ沉积以及NFTs的形成机制仍不清楚，且没有有效的针对性治疗方法。

糖原合成酶激酶-3（GSK-3）是中枢神经系统炎症的常见靶点，研究表明，糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）在神经元和非神经元细胞Aβ的形成和tau蛋白过度磷酸化中起着重要作用，这是AD的两个重要病理学改变。近年来，GSK-3β抑制剂的开发取得了部分进展，但大多处于临床试验阶段。目前有关中药调控GSK-3β的研究取得了一定成果，本文将近年来中药通过调控GSK-3β改善及控制AD进展的研究进行综述，为研究中医药治疗AD的作用机制提供参考。

1 GSK-3β与AD

GSK-3是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的一部分，它在许多信号级联反应中起着重要作用［3］。GSK-3于1980年首次从兔骨骼肌中提取，最早发现其与糖原代谢有关。目前研究已经认识到它是多种生理和病理过程的组成部分［4］。GSK-3有两个不同亚型：GSK-3α和GSK-3β，两者由不同的基因编码，GSK-3β在中枢神经系统中的表达最为丰富，且表达水平随年龄的增长而增加［5］。GSK-3β的活性受相应位点的磷酸化调控，可以通过其丝氨酸9（Ser-9），丝氨酸389（Ser-389），苏氨酸390（Thr-390）或苏氨酸43（Thr-43）等位点的磷酸化而失活，而酪氨酸216（Tyr-216）位点的磷酸化则可以增强其活性［6］。

GSK-3β的异常表达可导致多种疾病，如2型糖尿病、双相情感障碍、免疫障碍和神经退行性病变等［7］。GSK-3β在许多神经系统疾病中介导外周和中枢神经系统炎症的作用已得到广泛研究，在大量动物及细胞实验中也发现，过度表达的GSK-3β会加重Aβ沉积、tau蛋白异常磷酸化、诱导细胞凋亡等［8］。GSK-3β已成为治疗神经退行性疾病的关键靶点之一，而其作用的机制与对多条信号通路的调控有关。

2 GSK-3β参与AD的作用机制概述

2.1 GSK-3β调控Aβ生成

Aβ是由淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）水解而来，APP的水解存在淀粉样蛋白及非淀粉样蛋白水解两种途径，两种途径由不同的蛋白酶参与［9］。在淀粉样蛋白水解加工时，APP最先被β-分泌酶（BACE-1）剪切，然后通过γ-分泌酶的进一步加工，最终生成Aβ并在AD患者脑中沉积。APP和γ-分泌酶复合物的催化成分之一早老蛋白-1（Presenilin-1，PS1）也是GSK-3β的底物，GSK-3β能够经过直接作用和间接调控PS1活性来调节γ-分泌酶的活性，从而影响Aβ的产生［10］。GSK-3β也可以通过上调核转录因子Kβ（NFK-β）信号传导诱导BACE-1基因表达，人BACE-1启动子区域内含有两个功能性NF-kB结合位点，GSK-3β通过BACE-1基因启动子上的NFK-β/p65顺式作用元件上调BACE-1基 因 的 表 达［11］，导 致BACE-1蛋 白 水 平 增 加，促 进BACE-1介导的APP加工和Aβ的产生。研究发现，Aβ也可以反过来激活GSK-3β和细胞周期素依赖蛋白激酶5（cyclin—dependent kinase 5，cdk5），进而影响微管相关蛋白tau的过度磷酸化［12］。

2.2 GSK-3β介导tau蛋白过度磷酸化

tau是一种微管结合蛋白（microtubule-associated protein，MAP），能够稳定生长轴突的微管，tau的过度磷酸化导致双螺旋纤维（paried helical filaments，PHF）的形成，并在胞质内积累，进而促使NFTs形成。异常tau蛋白的积累干扰突触功能，阻碍轴突运输，影响神经营养功能，并最终通过触发凋亡信号而导致神经元死亡［13］。GSK-3β已被证明是参与体内tau蛋白异常磷酸化的主要激酶［14］，tau蛋白上有多个氨基酸残基受到GSK-3β磷酸化的影响［15］，但GSK-3β主要位点的磷酸化可以导致tau的过度磷酸化［16］。研究表明，使用GSK-3β抑制剂治疗AD模型小鼠可改善其体内tau蛋白的过度磷酸化和NFTs的形成［17］。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt）信号通路可以调控GSK-3β的表达，故与tau蛋白过度磷酸化密切相关［18］。既往研究证实，蛋白磷酸酶-2A（protein phosphatase-2A，PP-2A）可促使tau蛋白去磷酸化，PP-2A与GSK-3β之间调节水平的失衡也是导致tau蛋白过度磷酸化的原因之一。

2.3 GSK-3β参与神经元细胞发生与凋亡

新生神经元对海马功能和海马依赖记忆至关重要［19］，GSK-3β是成年海马神经发生最重要的调节因子之一，它的过度表达会损害成人神经发生，并导致海马齿状回内神经元簇的数量减少［20］，这种神经发生受损的情况也可能与小胶质细胞的激活有关，Aβ在大脑中的沉积也会导致神经元的氧化应激，促成神经元的凋亡［21］。环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMPresponse element binding protein，CREB）是细胞增殖和凋亡所需的核转录调控因子，GSK-3β的上游PI3K/Akt通路在胰岛素、生长因子和细胞因子等刺激下激活，Akt活化后导致GSK-3β的Ser-9位点磷酸化并抑制其表达，同时激活CREB，从而抑制细胞的退化和凋亡［22］。GSK-3β也能够介导分泌型糖蛋白/β-连锁蛋白（Wnt/β-catenin）信号通路，GSK-3β因磷酸化失活后，会引起β-catenin在细胞质内的积累。β-catenin到达一定数量后，进入细胞核内，与T细胞因子/淋巴增强因子（t-cell factor/lymphoid enhancing factor，TCF/LEF）蛋白形成复合物，从而激活相应基因的转录并有效调节神经祖细胞的生长发育，进而有效调控神经元细胞的生长、增殖、分化和凋亡［23］。内质网可以通过参与细胞内各型蛋白的降解、折叠等维持细胞内稳态，内质网应激与神经退行性疾病的发生发展相关，并可以调控神经元的凋亡与自噬［24］，GSK-3β的激活与内质网应激存在相互作用［25］，但具体机制尚不明确。

2.4 GSK-3β参与神经炎症反应

神经细胞炎症反应是AD的重要致病机制之一，GSK-3β是炎症反应的重要正性调节因子，通过作用NFK-β、CREB等下游底物促进多种促炎细胞因子的产生［26］，也可以通过对p65亚单位的磷酸化激活NFK-β使促炎细胞因子和趋化因子进一步表达。

3 中药调控GSK-3β治疗AD的研究进展

3.1 中药复方

3.1.1 调控PI3K/Akt/GSK-3β信号通路的相关复方开心散是一首治疗痴呆的经典古方，又名远志散，由远志、人参、茯苓、石菖蒲组成，在《备急千金要方》中首次出现。研究发现，开心散对AD小鼠的学习记忆能力具有显著治疗作用，并可以改善小鼠大脑海马CA3区的椎体细胞结构，增加海马区中的神经元细胞数量，具有显著的神经修复功能。这与其调控PI3K/Akt/GSK-3β信号通路进而影响神经细胞增殖、分化、凋亡有关［27］。谢沛俊等［28］发现远志散可以通过上调PI3K活性促进Akt、GSK-3β的磷酸化，并导致其失活，从而降低AD大鼠大脑中tau蛋白的异常磷酸化水平，有效提高AD大鼠的认知、行为能力。赵翠霞等［29］研究发现，益智治呆方可以上调AD大鼠海马区内PI3K、p-Akt、p-GSK-3β、B淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）蛋白的表达，同时抑制t-GSK-3β、Bax两种蛋白表达，这表明益智治呆方可以激活PI3K、Akt调控的相关通路，抑制GSK-3β、促细胞凋亡蛋白Bax的表达，进而减少神经元细胞凋亡及Aβ的沉积。龙清华等［30］通过对APP/PS1转基因AD小鼠进行实验室研究发现，酸枣仁汤可能通过调节PI3K/Akt/GSK-3β信号通路，改善tau蛋白过度磷酸化，从而修复小鼠大脑中受损的神经元突触。也有研究表明，补肾益智方能够在一定程度上增加AD大鼠海马组织中乙酰胆碱的含量，同时上调PI3K/Akt的磷酸化，促进GSK-3β的失活，从而抑制tau蛋白磷酸化［31］。邱静等［32］观察到加减薯蓣丸可以显著改善APP/PS1转基因小鼠的空间学习、认知能力，治疗后小鼠海马区p-Akt/Akt、核因子E2相关因子2（Nrf2）显著上升，GSK-3β表达降低，推测加减薯蓣丸可以调控Akt/GSK-3β信号通路，促进Nrf2的活化，抑制内质网应激，进而改善其诱导的神经元凋亡。

3.1.2 调控Wnt/β-catenin信号通路的相关复方 在Wnt信号通路中，丹龙醒脑方能促进Wnt3α表达，可以激活受损小鼠细胞的增殖［33］。六味地黄汤提高快速衰老小鼠学习、记忆能力的作用机制可能是通过抑制GSK-3β的活性，激活Wnt/β-catenin信号通路，进而抑制神经元细胞凋亡［34］。

3.1.3 其他 秦基倡［35］使用自拟还脑益聪方显著改善了AD大鼠的空间学习记忆障碍，对治疗后大鼠脑组织海马区进行免疫组化及免疫印迹法检测，Aβ沉积和tau蛋白异常磷酸化程度显著改善，椎体细胞层神经元数量增加，这与还脑益聪方抑制CDK-5和GSK-3β的活性有关。逍遥散可以改善因应激而产生的海马突触体的损伤，能上调AD大鼠海马CA3区PP-2A的表达，并抑制GSK-3β表达，这可能是逍遥散抑制AD大鼠海马区tau蛋白过度磷酸化的机制［36］。杨进平等［37］使用冈田酸（Okadaic acid）制作AD大鼠模型，经温脾通络开窍方治疗后，通过酶联免疫吸附测定法检测大鼠海马区内蛋白表达情况，发现GSK-3β的表达受到抑制，PP-2A的活性增加，并且有效降低了AD模型大鼠海马区tau蛋白过度磷酸化的水平。

3.2 单味中药及有效成分

3.2.1 单味中药 板桥党参对AD有一定的治疗作用，研究发现板桥党参的提取物能够降低AD大鼠海马区内tau蛋白磷酸化水平，可能是通过降低GSK-3β活性，抑制tau蛋白Ser-404位点的磷酸化，从而减少tau蛋白的过度磷酸化，维持微管相关蛋白正常生理功能，以保护神经元细胞［38］。

头顶一颗珠属于百合科，是延龄草属植物的根茎，其功效为镇静安神、活血止血。陈玮等［39］用头顶一颗珠水煎液给AD大鼠灌胃，发现治疗后大鼠海马组织中尼氏小体、神经树突数量及Akt蛋白表达明显增加，而tau蛋白异常磷酸化程度及GSK-3β活性均降低，推测其机制与上调Akt表达从而抑制下游GSK-3β活性有关。

3.2.2 醇类 红景天苷是我国传统中药红景天的主要组成部分，具有较强的抗氧化、耐热、抗炎、抵御凋亡、保护神经元等功能［40］。研究人员发现红景天苷可以通过促进GSK-3β的磷酸化而导致其失活，进而减少半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9（caspase-9）、N-甲基-D-天门冬氨酸受体1（NMDAR1）和谷氨酸受体2（Glur2）在缺血性大脑环境中的表达，发挥了抵御细胞凋亡和保护神经元细胞功能［41］。

3.2.3 黄酮及二酮类 郑桃林等［42］通过体外实验发现淫羊藿提取物淫羊藿苷可以增加Akt的表达水平，同时降低GSK-3β水平，推测其可能通过激活PI3K/Akt信号通路抑制GSK-3β的表达，减少tau蛋白异常磷酸化，从而抑制细胞凋亡。

从葛根中提取的异黄酮类化合物葛根素被发现可能具有治疗AD的作用，梅峥嵘等［43］利用葛根素治疗APP/PS1双转基因小鼠，发现小鼠大脑皮层中Aβ沉积减少，GSK-3β、人磷酸化tau（P-tau）蛋白表达降低，表明葛根素可能通过减少Aβ在大脑中的沉积，抑制GSK-3β的活性，减少tau蛋白的过度磷酸化。

AD治疗药物难以开发的原因之一是血脑屏障的存在，Wang等［2］设计的特殊胞外体能够携带姜黄素更有效地通过血脑屏障，激活Akt/GSK-3β通路，抑制tau蛋白磷酸化，更好地预防神经元凋亡，缓解AD症状，同时可以有效避免脑部感染风险，对改善药物靶向递送有重要意义。

3.2.4 生物碱 乌头碱是附子的活性成分之一，研究发现乌头碱具有强心、镇痛、抗肿瘤、免疫调节等作用，其作用机制与PI3K信号通路有关，PI3K的激活能够调控Tyr216位点磷酸化，从而导致GSK-3β活化［44］。卫智权等［45］研究发现乌头碱可以显著减 轻Aβ1-40对细胞的损伤，并降低细胞凋亡率，其机制可能与调控PI3K信号通路抑制GSK-3β在Tyr216位点的磷酸化，从而抑制GSK-3β活化有关。

3.2.5 萜类及酯类 董璐萌［46］从栀子多个部位提取的栀子苷、西红花苷，可以改善AD小鼠的记忆功能障碍，进一步检测发现其作用机制可能包括抑制BACE1的表达而降低Aβ的沉积，Aβ的减少抑制了GSK-3β的激活，并且增加PP-2A表达，抑制tau蛋白磷酸化的同时也加速了去磷酸化的进程，进而控制了AD的病理进程。

3.2.6 皂苷类及苯丙素类 体外实验证明，远志汤中的有效成分远志皂苷和β-细辛醚可以调控PI3K/GSK-3β信号通路，增加Akt活性，抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）的表达，进而提高氧化应激受损神经元细胞的存活率［47］。提示远志皂苷和β-细辛醚可能通过调控PI3K/GSK-3β来抑制海马神经元的氧化应激，以此介导AD的病理改变。

4 结语

大量研究证明，中药在改善AD症状方面具有明显优势，一些中药复方及单味药提取物可以通过抑制GSK-3β的活化，参与PI3K/Akt/GSK-3β、Wnt/β-catenin等信号通路的调控，抑制Aβ沉积、tau蛋白过度磷酸化、细胞凋亡及细胞炎症等AD典型病理改变，改善AD症状，延缓疾病进程，本文对此进行了系统阐述。虽然多数实验证明中药及其提取物可以下调GSK-3β的表达，但AD的病理改变复杂，涉及多条信号通路及信息位点，中药发挥作用往往依靠其多靶点的优势，在调控GSK-3β表达的同时是否也对其他信号因子产生干预，这是后续研究仍要注意的问题。很多实验设计中缺乏中医辨证理念，动物造模和中药的使用缺少辨证依据，如头顶一颗珠、葛根素、姜黄素、乌头碱等在临床中较少用于AD的治疗，这也削弱了实验对临床的指导作用，难以发挥中药的独特优势，今后在实验的设计上仍需完善。此外，中药成分复杂，某些复方的有效成分尚不明晰，需要进一步研究，而且中药调控GSK-3β治疗AD的临床试验较为缺乏，能否在AD患者体内取得疗效尚待观察，目前也缺乏中医针灸、推拿等外治技术通过调控GSK-3β治疗AD的报道。相信随着医学技术的发展，医学界对中药作用机制的不断深入探索，未来GSK-3β可能成为治疗AD新中药制剂的重要靶点研究方向。