落新妇苷在神经系统疾病中作用机制的研究进展

龚星源, 张海涛, 高文波, 董金玉, 刘永良

(滨州医学院附属医院 神经外科, 山东 滨州, 256600)

神经系统疾病的预防、治疗药物和干预手段的研究是相关领域关注重点，但由于神经系统疾病成因复杂，对其发病机制的研究和有效药物的开发难度很大，许多科学家将目光转向功能性天然产物的开发利用。落新妇苷(AST)系二氢黄酮醇苷类化合物，其化学名为(2R, 3R)5, 7, 3′, 4′-四羟基二氢黄酮醇-3-O-α-L-吡喃鼠李糖苷，分子式为C21H22O11; 常温下呈白色结晶粉末，易溶于甲醇和乙醇，微溶于水[1], 具有“药食同源性”[2]; 存在于多种植物中，如虎耳草科落新妇属、百合科菝葜属、胡桃科黄杞属、葡萄科葡萄属、藤黄科金丝桃属、古柯科古柯属、肉豆蔻科Virola属、番荔枝科假鹰爪属、林仙科林仙属等、金粟兰科草珊瑚属[3]。近年来对AST越来越重视，并在多个领域开展了研究。早期研究[4-13]证明, AST具有抗炎、抗氧化、抗排斥、抗纤维化、抗菌、免疫抑制、凋亡调节、促进尿酸排泄、脂肪代谢、血管生成等作用，并且对肝脏、肾脏、神经等[14-16]具有保护作用。随着对AST研究的不断探索，大量治疗各种神经系统性疾病的研究得到开展，本文就其在各种神经系统疾病中的作用机制的研究成果进行综述。

1 脑缺血再灌注损伤

缺血性中风是一种致命的脑血管疾病，在世界范围内都有发生，常由中枢神经系统的血液供应受阻引起[17]。脑缺血再灌注损伤的发病机制复杂，包括炎症、凋亡、自噬、钙超载、氧化应激等[18-19]。一项研究利用大脑中动脉闭塞(MCAO)模型进行分析观察，发现术前2 h用50 mg/kg的AST预处理可显著减轻梗死，并降低鼠脑中海马区神经元的乳酸脱氢酶(LDH)和丙二醛(MDA)。此外, AST也抑制促炎症介质(TNF-α、IL-1β、IL-6)的上调; 体外试验用浓度为20 μg/mL的AST培养基培养24 h发现AST可增加SH-SY5Y细胞的活力，降低LDH和MDA的活性，并抑制促炎症介质的上调。研究结果显示, AST能抑制Toll样蛋白的表达受体4 (TLR4)、髓样差异蛋白88 (MYD88)和磷酸化的NF-κB p65。研究[20]表明, AST可通过MyD88/NF-κB通路的TLR4/β-羟色胺转运体部分改善脑缺血再灌注损伤。LI Y等[16]利用氧糖剥夺(OGD)模型，加入不同浓度的AST培养发现, AST降低了OGD诱导的细胞凋亡，显著抑制cleaved caspase-3、FADD、Bax表达，增强了Bcl-2的表达，导致Bax与Bcl-2的比率下降; 此外, AST还显著抑制了NLRP3、ASC和caspase-1蛋白表达水平的增加，表明AST减少OGD诱导的ROS-NLRP3炎性体轴激活。该研究表明, AST可能通过抑制MAPK通路和激活PI3K/AKT通路来保护OGD。进一步体内实验发现，腹腔注射AST(40 mg/kg/d) 3 d后梗死体积显著降低，同时降低cleaved caspase-3, Bax和NLRP3的表达水平，而增强了Bcl-2的表达，与细胞实验相符。此外，血清种IL-1β和IL-18等也有显著降低。丁苯酞(NBP)作为中国批准用于治疗急性缺血性脑卒中的新药[21], 研究中通过比较发现10 μm NBP诱导的效应与50 μm AST诱导的效应相似。这说明AST有望在缺血性脑卒中领域作为新药在临床得到应用。

2 阿尔茨海默病

阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病之一，主要表现为进行性认知功能障碍。β-淀粉样蛋白(Aβ)肽细胞外沉积的形成，皮质和海马中神经炎斑块和神经纤维缠结的形成是AD的一个显著病理特征[22]。一项研究利用5个月大的APPswe/PS1dE9转基因小鼠每天腹腔注射20或40 mg/kg AST 8周后，新型物体识别测试和莫里斯水迷宫行为检测发现, AST改善了小鼠的学习记忆和对新物体的识别记忆。经过大脑组织学检查，小鼠脑内Aβ含量的体外测定以及测定H2O2、谷胱甘肽等评估氧化应激试验发现，与未经治疗的APPswe/PS1dE9小鼠相比, AST组小鼠的皮层和海马中的斑块形成显著减少，并且显著减少了大脑中Aβ的积累，其体内的H2O2和MDA和谷胱甘肽浓度得到提高，总抗氧化能力也增强。此外，研究中通过Western blotting证明, AST上调cAMP反应元件结合蛋白(CREB)和脑源性神经营养因子(BDNF)的表达，增加AKT/GSK-3b信号通路的活性发挥其作用。JEON S Y等[23]通过对小鼠进行非空间的物体识别测试、位置识别测试、物体就地识别测试等实验，发现给予AST持续2周后, AST改善了小鼠的非空间记忆，并上调了酪氨酸羟化酶的表达。因此, AST可能是治疗阿尔茨海默病的潜在药物[24]。

3 脑损伤相关的衰老

衰老是人类生命中不可避免的复杂自然生物学进程，包括器官功能的变化和组织的变化[25]。衰老是一个复杂的表型，很难将其归因于单一的病理学[26]。迄今为止，老化过程可以定义为活性氧(ROS)水平的增加[27]。活性氧可以破坏细胞结构和破坏线粒体膜，这是主要的促凋亡靶点。活性氧进一步破坏细胞脂质和蛋白质，抑制其正常功能，导致细胞凋亡和衰老[28]。一项研究利用D-半乳糖(D-gal)诱导小鼠衰老，以40和80 mg/kg的剂量口服AST, 持续4周。发现AST可以改善D-Gal诱导的小鼠组织病理学损伤，逆转D-gal诱导导致的平均体质量下降; 与D-半乳糖组相比, AST可显著降低MDA和乙酰胆碱酯酶(AChE), 显著提高过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)。此外, Western blot显示, AST降低了Bax和Caspase 3蛋白表达，逆转脑内Bcl-2蛋白表达的增加，并上调p-PI3K/PI3K的蛋白表达，改变p-Akt/Akt比率，同时抑制p-mTOR相对于m-TOR的表达。热图像分析还表明, AST促进了乳酸菌和其他益生菌的生长。其证实了AST在衰老方面的疗效[29]。

4 抑郁症

抑郁症和相关的情绪障碍是世界上最大的公共健康问题之一。一项研究利用慢性不可预测轻度应激(CUMS)小鼠抑郁模型，腹腔注射AST的剂量为10、20和40 mg/kg持续21 d。减少小鼠在强迫游泳试验(FST)、悬尾试验(TST)和蔗糖偏好试验(SPT)中的抑郁样行为，而不影响运动活动。AST可增加CUMS小鼠额叶皮质5-羟色胺(5-HT)和多巴胺(DA)的含量。此外, AST治疗恢复了CUMS诱导的额叶皮质细胞外信号调节激酶(ERK)1/2和AKT磷酸化的抑制，符合脑源性神经营养因子(BDNF)的表达[30]。另一项研究[31]同样利用CUMS模型，证实了AST增加了小鼠的自主活动次数，能有效抗抑郁，其机制可能与上调前额叶皮层内DA和5-HT水平有关。YAO Y等[4]通过脂多糖(LPS)诱导PIA小鼠模型，腹腔注射AST(4 mg/kg)持续3 d, 发现AST治疗显著缩短了不动时间，改善了抑郁样行为，但对焦虑行为没有影响。在PIA模型中, AST选择性地抑制皮质和海马的星形胶质细胞激活，但不抑制小胶质细胞激活。此外, AST特异性上调星形胶质细胞中menin蛋白的表达，并阻止P65蛋白进入细胞核，从而抑制星形胶质细胞分泌IL-1β和TNF-α。AST还通过增加P65与menin的相互作用来抑制P65的转录活性。

5 帕金森

帕金森病(PD)是一种进行性神经退行性疾病，其特征是黑质(SN)多巴胺能神经元缺失，纹状体多巴胺(DA)含量减少[32-33]。部分与纹状体神经元α-突触核蛋白过度表达有关[34]。一项研究利用1-甲基-4-苯基-1, 2, 3, 6-四氢吡啶(MPTP)诱导小鼠帕金森病，用AST(50 mg/kg)治疗7 d后发现AST改善MPTP诱导的运动功能障碍，减少SN多巴胺能神经元的丢失及阻断纹状体DA及其代谢物的丢失; 与MPTP组相比, AST减轻MPTP诱导的SN中小胶质细胞和星形胶质细胞的激活并减少了TH表达; 此外, AST还阻止了MPTP诱导的纹状体总超氧化物歧化酶和谷胱甘肽活性的降低。Western blot分析显示, AST抑制了纹状体中α-突触核蛋白的过度表达，并激活了PI3K/Akt[35]。AST在多种神经系统疾病中发挥作用的机制不尽相同，见表1。

表1 AST在神经系统疾病中的作用机制总结

6 总结与展望

近年来, AST在神经保护领域的作用已被许多研究者关注，研究成果也证明了AST在多种神经系统疾病的预防和辅助治疗方面有着巨大的应用潜力。但目前的研究仍存在一些局限之处。第一, AST已在多个系统疾病进行了大量研究，特别是泌尿系统和免疫系统，但在神经系统方面研究相对较少，这可能与其在脑组织药物浓度较低，药物利用率不高有关[36]。使用新溶剂或纳米制药等技术可提高其在脑组织的药物浓度，有利于AST在神经系统疾病方面有进一步研究。第二，AST在脑缺血/再灌注损伤、阿尔兹海默症、抑郁症、脑损伤及帕金森等神经系统疾病有一定的疗效，但在抗神经系统肿瘤方面还未有研究。可通过网络药理学发现AST潜在治疗靶点，利用基因敲除或过表达基因验证差异基因在AST作用中的功能; 利用较为成熟的胶质瘤模型验证AST的抗肿瘤效应。此外, AST对脊髓损伤、抗衰老等相关方面的作用也有很大的探索价值。第三，本文综述了AST在神经系统疾病的作用机制，但仍需继续进一步完善。

内质网应激、线粒体自噬及铁死亡在脑缺血/再灌注损伤发挥了重要作用, AST对其作用机制尚不明确，并且线栓法MCAO模型具有成本低、操作简单、稳定可靠、重复性好等优点[37], 可以此为重点，探究AST与内质网超负荷反应、PINK1/Parkin/p62通路、GSH/GPX4通路等相关通路及蛋白的调节作用。