中药活性成分抑制小胶质细胞活化治疗神经退行性疾病的研究进展

杨雅倩,潘艳芳,屈梦杨,贾晓涛

小胶质细胞是中枢神经系统特殊的巨噬细胞,起源于卵黄囊,来源于中胚层。在中枢神经系统血管生成之前就已存在。其主要功能一方面是吞噬凋亡的神经干细胞,移除无功能或多余突触;另一方面是产生细胞因子,即释放不同的分子信号,在调节突触应变和可塑性方面具有关键作用[1-2]。神经退行性疾病是一种常见的慢性神经系统疾病,其特征是中枢神经系统进行性神经元丢失,导致运动症状和/或认知功能逐渐恶化。其典型疾病包括阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症3 种。神经炎症是神经退行性疾病主要的病理标志之一。参与神经炎症的先天免疫细胞主要是小胶质细胞和星形胶质细胞,其中,小胶质细胞是调节炎症反应的主要效应器。小胶质细胞活化在神经退行性疾病的发病机制中发挥着关键作用。活化的小胶质细胞可以通过释放大量促炎介质损害神经元,引起并调节神经炎症反应,最终可能导致神经元死亡[3-4]。所以,抑制小胶质细胞过度活化可能成为治疗神经退行性疾病的有效手段。中医药在治疗神经退行性疾病方面具有独特优势,其可以通过单一草药中不同成分的协同作用来调节全身器官,达到更好的治疗效果[5]。其中,具有药理活性的成分是中药发挥效果的关键。所以,本研究主要就中草药提取物、生物碱类、黄酮类等中药活性成分通过抑制小胶质细胞活化治疗阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病的效果进行综述。

1 小胶质细胞概述

长期以来,小胶质细胞被认为来源于神经外胚层,但现在确定这些细胞来源于中胚层的巨噬细胞,属于免疫系统。小胶质细胞约占细胞的10%,是中枢神经系统中最丰富的单核吞噬细胞。小胶质细胞活化可分为经典激活(M1)表型和交替激活(M2)表型。其中,M1 型小胶质细胞可以产生促炎细胞因子和趋化因子,引起炎症和神经毒性。例如,通过分泌肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等促炎介质而加重炎症反应,从而导致中枢神经系统损伤。M2 型小胶质细胞具有抗炎和组织修复作用,可以通过表达清道夫受体(CD206)清除中枢神经系统代谢废物[6-7]。正常生理环境下,小胶质细胞可以对有害刺激做出相应反应,具有参与组织修复、损伤愈合、坏死神经元清除和细胞碎片吞噬等作用[3]。当机体受到较大的损伤或炎性刺激时,小胶质细胞可以迅速迁移到损伤部位并进行增殖,通过与神经元和星形胶质细胞相互作用,产生招募额外免疫细胞的信号。在此期间,小胶质细胞在形态上发生变化,其由高度分枝表型转变为变形虫表型。而变形虫表型反映了一种与吞噬和促炎功能相关的高度激活状态[8]。活化的小胶质细胞是大脑中一种重要的先天免疫细胞,可将炎性细胞因子分泌到细胞外环境中,对周围的神经元产生神经毒性[9]。小胶质细胞还具有间接的神经毒性作用,即通过分泌各种趋化因子和促炎细胞因子,进而释放神经毒性分子。其中,小胶质细胞神经毒素包括细胞因子、酶和氨基酸等。细胞毒素是小胶质细胞先天免疫反应的一部分,既可以恢复脑组织的稳态,也可以通过损伤和直接杀死周围神经元促进各种中枢神经系统病理发生发展[10]。

2 小胶质细胞与神经炎症

小胶质细胞负责中枢神经系统的稳态,并参与神经炎症。其激活可调节神经炎症,并代表神经毒性或神经保护作用之间的临界点。神经炎症在神经退行性疾病进展中发挥关键作用[11]。Lei 等[12]研究发现知母根状茎中黄酮的主要糖苷——芒果苷,具有抗炎、抗糖尿病和抗氧化的药理特性,其可以通过调节小胶质细胞-巨噬细胞极化并抑制核因子-κB(NF-κB)和NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)信号通路,具有抗神经炎症的特性。所以,抑制小胶质细胞介导的神经炎症可能是治疗神经退行性疾病的一种潜在方法。此外,神经炎症是一种神经保护机制,但神经毒性可由持续的神经炎症介导,而持续的炎症反应涉及两种细胞(小胶质细胞和星形胶质细胞),可导致神经退行性疾病[13]。例如,Ngo 等[14]鉴于在阿尔茨海默病发病过程中,小胶质细胞的激活会引发神经炎症和神经变性,而诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶-2(COX-2)会在激活的小胶质细胞中过表达,并导致神经变性。通过检测七福饮制剂中的7 种草药成分的所有组分,观察对脂多糖(LPS)诱导的小胶质细胞BV-2中iNOS 和COX-2 表达的抑制作用。发现并确定90%当归和90%人参制剂选择性抑制LPS 诱导的小胶质细胞BV-2 中iNOS 表达。并将90%人参制剂分离成9 个组分,发现组分9 最能抑制LPS 诱导的iNOS 表达,还发现人参皂苷Rg3 具有抑制LPS 诱导的BV-2 小胶质细胞iNOS 表达的潜在作用。此外,Wang 等[15]研究发现氧化苦参碱可以抑制小胶质细胞的过度激活,促进N9 小胶质细胞向M2 表型的极化,并通过抑制Toll 样受体4(TLR4)/NF-κB 信号调节小胶质细胞的M1/M2 极化,从而有效减弱LPS 诱导的炎症反应。

3 中药活性成分抑制小胶质细胞活化治疗常见的神经退行性疾病

随着现代医学研究的不断进步,越来越多的研究证实小胶质细胞在神经退行性疾病中发挥着关键作用。中药活性成分在抑制小胶质细胞治疗神经退行性疾病具有巨大的研究价值,现主要就其在常见的神经退行性疾病中的应用情况进行综述。

3.1 阿尔茨海默病 阿尔茨海默病是一种与年龄相关的进行性神经退行性疾病,其病理特征是慢性淀粉样斑块沉积、神经原纤维缠结形成、神经元死亡和突触功能异常[16]。中药活性成分通过抑制小胶质细胞的活化及介导炎症和神经毒性治疗阿尔茨海默病。苦参碱是从中药苦参中分离的生物碱,对阿尔茨海默病、脑缺血、脑脊髓炎等神经系统疾病具有治疗作用,其作用机制主要与抑制炎症反应和细胞凋亡有关[17]。Li等[18]研究发现天然抗炎化合物苦参碱能明显改善β淀粉样寡聚体(oAβ)对小鼠学习记忆功能的损伤,明显降低活性氧(ROS)、TNF-α、白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)的浓度,可以降低阿尔茨海默病小鼠大脑中活化的小胶质细胞的数量,并能显著降低oAβ 诱导的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶亚基gp91phox 和p47phox 蛋白表达。因此,苦参碱改善认知缺陷的机制可能是抑制阿尔茨海默病小鼠模型中小胶质细胞活化和NADPH 氧化酶表达。Xiao 等[19]实验发现,四氢姜黄素(THC)减轻了β淀粉样蛋白(Aβ)诱导的BV-2 细胞活性抑制,减轻了Aβ诱导的BV-2 细胞G1/S 期阻滞并抑制了Aβ诱导的细胞凋亡。与模型组相比,使用THC 治疗后,观察到淀粉样蛋白前体蛋白(APP)/早老素1(PS1)小鼠小胶质细胞活化的平均光密度略有增加,但差异无统计学意义。除此之外,THC 治疗还降低了APP/PS1小鼠TNF-α,增加了转化生长因子-β1(TGF-β1)的分泌。其机制可能是通过Ras/细胞外信号调节激酶(ERK)信号抑制小胶质细胞周期停滞和凋亡减缓阿尔茨海默病的进展。Ren 等[20]研究发现,从粉防己根中提纯的一种双苄基异喹啉生物碱-粉防己碱,减轻了由Aβ1-42诱导的BV-2 细胞的炎症激活,抑制了Aβ1-42诱导的小胶质细胞活化。同时,其还可抑制小胶质细胞炎性细胞因子TNF-α和IL-1β的分泌,减轻炎症BV-2 细胞的神经毒性。以上说明粉防己碱可能通过抑制小胶质细胞介导的炎症和神经毒性来改善阿尔茨海默病。五味子的主要药理成分为五味子甲素(SchA),是从五味子果实中提取的次生代谢物,具有抗炎、抗癌、抗帕金森病等药理作用[21]。Wang 等[22]研究发现SchA 具有改善阿尔茨海默病小鼠学习记忆的作用,能够抑制体内外M1 小胶质细胞极化,促进M2 小胶质细胞极化,SchA 治疗后的阿尔茨海默病小鼠M1 小胶质细胞标志物IL-6 水平降低,M2 小胶质细胞标志物白细胞介素-10(IL-10)水平升高。说明SchA 可能通过调节阿尔茨海默病小鼠小胶质细胞极化来改善认知功能。此外,Li 等[23]研究发现,中药雷公藤中提取的天然提取物——雷公藤内酯醇(T10)具有很强的抗炎和免疫抑制功效。T10 治疗后的APP/PS1 小鼠的小胶质细胞总数减少,小胶质细胞趋向于转变为静止状态,其活化和增殖以T10 剂量依赖的方式得到抑制,同时发现高剂量T10 治疗还减少了星形胶质细胞的总数,且星形胶质细胞的活化和增殖也得到抑制。Zeng 等[24]使用从大黄中提取的天然活性化合物大黄素,其具有抗炎、抗氧化、抗癌等多种药理特性。实验中应用大黄素治疗高同型半胱氨酸血症诱导的痴呆和阿尔茨海默病,发现大黄素可以抑制同型半胱氨酸大鼠海马小胶质细胞活化。同时,大黄素治疗改善了类似阿尔茨海默病的特征,例如神经元丢失、突触损伤和炎症等。

3.2 帕金森病 帕金森病是一种缓慢进行的、第二大常见的神经退行性疾病,其关键病理特征是黑质致密部内多巴胺能神经元的丢失[25]。帕金森病中,黑质致密部的多巴胺能神经元变性可以激活小胶质细胞,然后通过释放潜在的神经毒性因子,促进多巴胺能神经元的变性[26]。Huang 等[27]实验发现雷公藤内酯醇(T10)通过上调代谢型谷氨酸受体5(mGlu5)抑制小胶质细胞的激活,而活化的mGlu5 部分介导T10 对LPS 诱导的小胶质细胞毒性的保护作用。当阻断或敲除mGlu5 时,T10 的抗炎作用会减弱。T10 可能通过调节小胶质细胞中mGlu5 的表达和相关的腺苷酸活化蛋白激酶(MAPK)信号来抑制炎性细胞因子的释放,从而保护其免受多巴胺能神经毒性。此外,Wang等[28]研究发现,在帕金森病小鼠模型中,丹参的主要生物活性黄酮类化合物丹参酮Ⅰ选择性抑制M1 促炎因子的表达,如IL-6,但不抑制M2 抗炎因子的表达,如IL-10。丹参酮Ⅰ可以通过调节1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)诱导小胶质细胞活化,降低TNF-α,增加IL-10 浓度。丹参酮Ⅰ还可以抑制活化的小胶质细胞的NF-κB。并且通过检测丹参酮Ⅰ对BV-2 神经胶质细胞核移位和NF-κB 的DNA 结合活性的影响,发现丹参酮Ⅰ防止了LPS 诱导的NF-κB 的核移位,抑制了LPS 诱导NF-κB DNA 特异性结合活性,防止了黑质纹状体多巴胺能神经变性。穿心莲内酯是从中药穿心莲中提取出来的一种双环二萜内酯,现代药理研究发现,穿心莲内酯具有抗炎、免疫调节、抑菌、抗病毒、保护心血管系统与神经系统等作用,并且其具有显著的抗炎活性[29]。NLRP3 炎性小体被认为是炎症的关键调节因子,抑制NLRP3 炎性小体能抑制促炎细胞因子的释放,进而抑制小胶质细胞向促炎状态的极化。而激活的炎性小体能促进神经退行性疾病进展[30]。Ahmed 等[31]研究发现,穿心莲内酯能减轻小胶质细胞中NLRP3 炎性小体的激活,挽救多巴胺能神经元的丢失。其机制可能是诱导Parkin 介导的有丝分裂抑制帕金森病小鼠模型小胶质细胞中NLRP3 炎性小体的激活。Koppula 等[32]实验发现,芫荽果实提取物(CSE)能抑制LPS 诱导的BV-2 小胶质细胞中TNF-α和IL-6 的产生,并能抑制NF-κB 活化和核因子抑制蛋白α(IκB-α)磷酸化。除此之外,还改善了帕金森病小鼠模型中MPTP 诱导的行为障碍和氧化应激参数。Li 等[33]研究发现白藜芦醇具有抗氧化和抗炎作用,其可减弱鱼藤酮诱导的小胶质细胞活化标志物Iba1 表达,抑制BV-2 细胞铁下垂介导的氧化应激,并通过增强对信号转导及转录激活因子1(STAT1)和Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)的抑制,上调核因子E2 相关因子2(Nrf2)和溶质载体家族7 成员11(SLC7A11)的表达,减轻鱼藤酮诱导的BV-2 细胞的炎症和氧化应激。

3.3 肌萎缩侧索硬化症与亨廷顿病 肌萎缩侧索硬化症是一种致命的进行性神经退行性疾病,其特征是广泛的运动神经元丢失导致瘫痪和过早死亡[34]。Kook 等[35]鉴于肌萎缩侧索硬化症的主要病理标志是氧化应激,并发现30%的乙醇和9 种中药(姜黄、丹参、天麻、木瓜、远志、芍药、甘草、苍术和炮制过的附子)的提取物KCHO-1 具有抗炎作用,研究发现其可以减轻BV-2 小胶质细胞的氧化应激,还可以减少小胶质细胞的增殖和活化。Zhang 等[36]实验发现从苦参根中提取的氧化苦参碱(OMT)可以减轻SOD1-G93A(TgSOD1-G93A)小鼠脊髓中小胶质细胞和星形胶质细胞的活化,延缓肌萎缩侧索硬化症进展并延长生存期。亨廷顿氏病是一种常染色体显性遗传的进行性神经退行性疾病,以舞蹈病、肌张力障碍、神经衰弱、认知能力下降和行为困难为特征[37]。Chakraborty 等[38]实验发现黄酮类化合物槲皮素对纹状体的损伤形成没有保护作用,但能减少小胶质细胞的活化,增加损伤核心内星形胶质细胞增加。并且槲皮素还改善了3-硝基丙酸诱导的亨廷顿病大鼠行为缺陷,降低了5-羟色胺的代谢。

4 总结与展望

小胶质细胞在神经退行性疾病中发挥了重要作用,中药活性成分可以通过抑制小胶质细胞活化治疗此病。但目前研究多为动物实验,缺乏临床研究。随着对神经退行性疾病的不断深入研究,未来将更好地运用中医药及中药活性成分治疗此病。