丹参及其活性成分治疗血管性痴呆作用机制的研究进展

杨圆圆 倪金霞 王迪 闫禹竹 汪金宇 赵子珺 袁静雪 宋越

血管性痴呆是全球人类仅次于阿尔茨海默病的第二大常见痴呆类型,临床缺乏根治的治疗方法,寻找积极有效的抗血管性痴呆药物成为研究的热点[1]。丹参属于经典活血中药,《神农本草经》将其列为上品,具有活血化瘀、凉血消痈、调经止痛的作用,临床广泛用于胸痹、癥瘕、月经不调、中风等症的治疗[2]。现代研究发现,丹参的主要活性成分包括水溶性丹酚酸类化合物(丹酚酸类化合物)及脂溶性醌类化合物(丹参酮类化合物),以及丹参素、隐丹参酮等成分,具有抗动脉硬化、抗炎、抗氧化应激、改善血液循环、降低组织缺血再灌注损伤等作用[3]。本文通过查阅近年来国内外相关文献,综述了丹参活性成分在血管性痴呆作用机制,以期为丹参的临床运用价值提供参考。

1 丹参活性成分通过抑制神经元凋亡以保护神经功能

丹参活性成分可通过抑制内质网应激、上调胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路、调节磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/Akt信号通路、调节信号转导及转录激活蛋白3(transcription activating protein 3,STAT3)/促血管生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)信号通路,抑制神经元凋亡,对神经功能发挥保护作用。

1.1 丹参活性成分通过抑制内质网应激降低细胞凋亡

内质网是蛋白质折叠和分泌的主要隔室,内质网蛋白发生未折叠或错误折叠可引起未折叠蛋白质反应(Unfolded protein reaction,UPR)的细胞应激反应,进而启动多种应激传感器蛋白,清除有毒的错误折叠蛋白质,维护正常的内质网功能,β淀粉样蛋白(amyloid β-protein,Aβ)能促进内质网应激标志物的表达,并增加内质网应激相关细胞凋亡途径,如C/Ebp同源蛋白(C/Ebp homologous protein,CHOP),c-Jun N端激酶(C-Jun N-terminal kinase,JNK)、半胱天冬酶-12等效应分子的表达[4]。

Yang等[5]将丹参酮IIA(1～20 μmol/L)Aβ1-42诱导的SH-SY5Y神经母细胞细胞损伤,结果显示,丹参酮IIA呈浓度依赖性提高细胞的活力,降低Aβ引起的细胞收缩、形状不规则、悬浮,有效降低细胞凋亡,减轻内质网应激反应,降低GRP78、UPR蛋白表达,抑制CHOP和磷酸化JNK的表达,降低B淋巴细胞瘤-2蛋白(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)和Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X,Bax)、4-苯基丁酸的表达,提高Bcl-2/Bax的比值,降低半胱天冬酶-9、裂解半胱天冬酶-3和半胱天冬酶-3/7的活性,其机制与丹参酮IIA抑制内质网应激引起的细胞凋亡。

1.2 丹参活性成分通过调节PI3K/Akt信号通路降低细胞凋亡

胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)广泛表达于大脑皮层、小脑、下丘脑和海马等中枢神经系统的多肽物质,可通过控制神经营养反应和细胞信号传导,发挥神经保护作用,还能降低大脑中的糖原合酶激酶3和Aβ水平,改善认知障碍[6]。IGF-1和p-Akt的下调表达与血管性痴呆的认知缺陷有关。活化的Akt通过磷酸化其下游蛋白[如半胱天冬酶-9、Bcl-2相关死亡蛋白(Bcl-2 related death protein,Bad)、糖原合酶激酶3β(Glycogen synthase kinase β,GSK3β)],以促进细胞存活并抑制细胞凋亡[7]。

Ma等[8]运用丹参酸B(20 mg/kg)治疗双侧颈总动脉夹闭建立的血管性痴呆大鼠,研究发现,丹参酸B能显著降低大鼠的逃逸潜伏期,增加跨平台时间及数量,上调海马区IGF-1和p-Akt的表达,减轻神经元细胞形态学改变,减轻海马区及CAI区神经元凋亡,表明丹参酸B通过上调IGF-1/Akt信号途径减轻神经元凋亡有关。祁敏芳等[9]对双侧颈总动脉夹闭再灌注建立的血管性痴呆小鼠,运用丹参素(10、20、30 mg/kg)进行预处理,结果发现,丹参素能呈剂量依赖性改善脑组织的细胞结构及功能,减轻病理性损伤,缩短小鼠逃避潜伏期,降低血清神经元特异性烯醇化酶、中枢神经特异蛋白的水平,上调脑组织中PI3K、Akt蛋白的表达,通过调节PI3K/Akt信号通路提高认知功能。

1.3 丹参活性成分通过调节STAT3/VEGF信号通路降低细胞凋亡

脑小血管疾病是种重要的脑血管疾病的类型,可引起老年认知障碍和功能丧失,与中风、痴呆和衰老等病理生理学改变密切相关[10]。VEGF存在于中枢神经系统内,不仅能刺激内皮细胞的增殖,维持神经细胞存活,还能抑制细胞凋亡[11]。STAT3蛋白主要存在于神经胶质细胞内,在缺血性损伤后呈高表达,能促使VEGF的表达,促进神经功能的恢复[12]。

Wang等[13]将丹参酸B(80 mg/kg)治疗脑小血管疾病大鼠的实验发现,丹参酸B能降低逃逸延长期,增加穿过前平台次数和路径长度,改善大鼠的认知缺陷,显著降低大鼠血清肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素(interleukin,IL)-1β、IL-6和 IL-18水平,显著抑制丙二醛(malondialde hyde,MDA)水平,升高谷胱甘肽、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)的水平,抑制半胱天冬酶-3和Bax蛋白的表达,显著降低大鼠神经细胞的数量,上调p-STAT3、VEGF和VEGF-R2蛋白表达,表明,丹参酸B通过调节STAT3/VEGF信号通路以减轻神经细胞凋亡。Kong等[14]将丹参酮IIA(30 mg/kg)用于四血管咬合建立的血管性痴呆大鼠的实验发现,丹参酮IIA能显著降低逃逸潜伏期,增加靶向象限的时间和穿越平台的数量,增加CA1海马区域的Tunel阳性细胞数量,减弱了CA1海马区域中4-VO诱导的神经元凋亡,促进GSK 3β磷酸化和抑制tau磷酸化,与间充质干细胞可发挥协同治疗作用,其机制为丹参酮IIA通过抑制神经元凋亡有关。

2 丹参活性成分通过减轻神经炎症反应以减轻神经细胞损伤

丹参活性成分能通过下调β位淀粉样蛋白前体蛋白切割酶1(β amyloid precursor protein cleaving enzyme 1,BACE1)表达、调控核因子-κB(nuclear factor- κ B,NF-κB)和NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)的活性,以减轻神经炎症反应,降低神经细胞损伤。

2.1 丹参活性成分通过抑制调节Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/髓系分化初级反应蛋白88(myeloid differentiation primary response protein 88,MyD88)依赖性信号通路减轻神经炎症反应

TLR4可在小胶质细胞、星形胶质细胞、巨噬细胞上表达,与神经炎症密切相关,TLR4与MyD88结合,能激活NF-κB和其他转录因子,诱导主要促炎细胞因子IL-1β,TNF-α和IL-6的释放,进一步加重神经组织的炎性损伤[15]。

Jin等[16]将丹参酮IIA (1、5、10、20、40 μmol/L)预处理脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的人胶质母细胞瘤U87细胞的炎性损伤,结果发现,1、5、10 μmol/L丹参酮IIA能呈浓度依赖性提高了U87细胞活力,但20、40 μmol/L的浓度反而抑制了U87细胞的活力,丹参酮IIA还能抑制胶质纤维酸性蛋白的高蛋白水平,阻止细胞内IL-1β、TNF-α 和 IL-6基因及蛋白的表达,阻止NF-κB的核易位,明显抑制了LPS诱导的细胞质中NF-κB p65的降低和细胞核中NF-κB p65的增加,抑制抑制了磷酸化-p38和磷酸化-JNK的水平,降低TLR4和下游蛋白MyD88和TNF受体关联因子6的表达,其机制与丹参酮IIA通过TLR4/MyD88依赖性信号通路调节NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶激活以阻断神经炎症反应有关。

2.2 丹参活性成分通过下调BACE1表达以减轻神经炎症

血管性痴呆无论是由外部环境因素还是内部遗传因素引发,所有致病特征都伴随着炎症反应,早期中度炎症可以去除有害物质,对大脑有益,但随着年龄的增长,血脑屏障功能下降,进入大脑的有害异物水平增加,炎症会继续加重症状,由于有毒蛋白质的积累而形成恶性循环,随着损伤的逐渐增加,相关的信号通路被激活,进一步加重神经细胞的炎症反应,最终将导致神经元变性[17]。BACE1是Aβ生成途径的限速酶,参与多种神经退行性病变的发生与发展,在血管性痴呆患者的脑组织中BACE1水平明显高于正常人群[18]。

Huang等[19]研究,采用丹参酮IIA(10 mg/kg)治疗Aβ25-35诱导的神经炎症大鼠模型,结果发现,丹参酮IIA能显著改善大鼠的学习、记忆功能,作用优于间充质干细胞,还能减轻大鼠海马区神经元的病理损伤(神经元模糊不清、细胞边界不清、黑暗细胞核等),显著降低BACE1、淀粉样前体蛋白、蛋白酶体抑制剂1(proteasome inhibitor 1,PS1)的mRNA的表达,降低海马体中IL-1、IL-4、IL-10 和 TNF-α的表达,下调BACE1、PS1 和 Aβ 蛋白质的表达,其机制与丹参酮IIA下调BACE1表达以减轻神经炎症有关。

2.3 丹参活性成分通过调控NF-κB和IκB的活性减轻神经损伤

NF-κB是炎症反应的关键调节基因,在脑缺血或脑组织损伤是,可由多种信号通路激活,介导多种炎症因子的分泌,加重神经炎症损伤[20]。IκB能调节NF-κB的活性,IκB磷酸化后可与NF-κB的二聚体解离,NF-κB被释放后暴露P65亚基,发挥促炎活性[21]。

周丽等[22]将丹参酮ⅡA(4、8 mg/kg)用于缺血再灌注损伤大鼠的实验发现,丹参酮ⅡA能呈浓度依赖性减轻脑组织病理学改变,缩小细胞坏死区域面积,显著降低NF-κB和IκB的表达,表明丹参酮ⅡA可通过调控NF-κB和IκB的活性对脑组织发挥保护作用。

3 丹参活性成分通过抗氧化作用发挥抗血管性痴呆作用

丹参活性成分能通过抑制氧化应激反应促使突触蛋白恢复,激活低密度脂蛋白受体相关蛋白6(low density lipoprotein receptor-associated protein 6,LRP6)/Wnt/β-catenin信号通路减轻神经元氧化应激损伤。

3.1 丹参活性成分通过清除氧化自由基抑制氧化应激反应

氧化应激损伤参与多种神经退行性病变进程,脑组织缺血及再灌注均可引起大量氧化自由基和MDA的产生,导致神经元迟发性损害。脑组织长期慢性缺血还能引起脑组织中谷氨酸、γ-氨基丁酸的含量显著降低,加重脑组织代谢障碍,导致认知功能损伤[23]。

何治等[24]研究证实,将丹参酮ⅡA(2、4 mg/kg)用于夹闭颈总动脉建立的血管性痴呆大鼠的实验发现,丹参酮ⅡA能明显缩短逃避潜伏期,提高象限探索时间,改善认知功能和空间记忆能力,显著降低海马组织MDA的水平,提高SOD、谷胱甘肽过氧化物酶的产生,增加大鼠海马组织及大脑皮层中谷氨酸、γ-氨基丁酸的分泌,其机制与丹参酮ⅡA通过抗氧化作用发挥神经保护作用。李小楠等[25]运用丹酚酸B(20 mg/kg)治疗双侧颈总动脉夹闭建立的血管性痴呆大鼠,结果发现,丹酚酸B能显著降低上台潜伏期和上台总路程,提高穿越站台次数,降低活性氧、乳酸脱氢酶、MDA的水平,改善海马区神经元形态变化,提高神经突触凹型、活性带长度、数量、弯曲,提高NR2A/B、PSD95、CREB等突出蛋白的表达,其机制与丹酚酸B抑制氧化应激反应促使突出蛋白恢复有关。

3.2 丹参活性成分通过LRP6/Wnt/β-catenin信号通路抑制氧化应激反应

Wnt/β-catenin信号通路是参与神经元的增殖、发育、分化、凋亡、氧化应激,该信号通路激活能显著减轻神经元氧化应激损伤,改善认知功能障碍,刺激LRP6能进一步促使Wnt/β-catenin信号通路激活,对神经组织发挥保护作用[26]。

叶明灯等[27]将丹参酮B(2、4 mg/kg)用于颈总动脉缩窄法建立的血管性痴呆小鼠的实验,结果表明,丹参酮B能提高小鼠目标象限停留时间和穿越平台次数,降低海马组织和皮层的MDA水平,提高SOD、GSH-Px的水平,减轻海马区组织细胞皱缩、排列紊乱等病理改变,上调Wnt1、p-LRP6蛋白的表达,其机制与丹参酮B激活LRP6/Wnt/β-catenin信号通路抑制神经元氧化应激反应有关。

4 丹参活性成分通过调节中枢胆碱能发挥抗血管性痴呆作用

神经退行性病变患者认知功能下降与中枢胆碱能神经纤维损伤目前相关,乙酰胆碱转移酶(choline acetyltransferase,ChAT)和乙酸胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)共同维持胆碱能的动态平衡,增强ChAT和AChE的活性可对神经系统胆碱能发挥良好保护作用[28]。

Kong等[14]研究结果还表明,丹参酮IIA(30 mg/kg)能提高ChAT活性和ACh水平,降低AChE活性,有助于调节中枢胆碱能系统的活性。孔德燕[29]对血管阻断法建立的血管性痴呆大鼠模型,使用4、8 mg/kg的丹参酮ⅡA治疗,结果显示,丹参酮ⅡA能缩短逃避潜伏期改善大鼠学习记忆功能,延长平台滞留时间改善空间记忆功能,显著减轻海马CAI区组织病理损伤,降低脑组织中一氧化氮、一氧化氮合酶的水平,提高AChE、ChAT的活性,机制与丹参酮ⅡA改善胆碱能功能对神经系统发挥保护作用有关。

5 丹参活性成分通过阻止Aβ聚集发挥抗血管性痴呆作用

丹参活性成分能通过自噬及Aβ聚集,降低Aβ的神经毒性,发挥抗血管性痴呆的作用。

5.1 丹参活性成分通过抑制自噬减轻神经元损伤

自噬是指含有神经炎斑块和细胞内tau蛋白缠结的Aβ的积累,自噬功能障碍参与退行性神经病变的发生与发展,自噬激活可促使神经元中细胞内Aβ25-35蛋白聚集[30]。

Zhu等[31]将丹参酮IIA(40、80 mg/kg)用于Aβ25-35诱导的空间记忆障碍小鼠是实验发现,丹参酮IIA能减轻Aβ引起的小鼠逃逸潜伏期的记忆受损,显著增加平台交叉数量,提高海马区及DG区域的神经元数量,提高细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)蛋白的表达,上调海马体中蛋白激酶C受体1(protein kinase C receptor1,RACK1)、Beclin1的蛋白及基因的表达,表明,丹参酮IIA通过上调pERK/ERK、RACK1和抑制自噬来减轻神经元损伤,减轻空间记忆障碍。

5.2 丹参活性成分通过抑制Aβ聚集减轻神经毒性作用

Aβ1-42聚集可以对神经元和脑血管内皮细胞造成不可逆的细胞毒性,可引发炎症反应和氧化应激反应,进一步促使神经元损伤,促使细胞凋亡[32]。

Ding等[33]将隐丹参酮(4、20、40 mg/kg)用于Aβ1-42诱导的血管性痴呆大鼠的实验发现,隐丹参酮呈浓度依赖性抑制Aβ1-42聚集,以降低Aβ颤动,减轻Aβ疏水斑的形成,减轻Aβ结构及外观的改变,呈浓度依赖性抑制Aβ1-42淀粉样蛋白生长,抑制在bEnd.3细胞聚集并抑制TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症介质的释放,降低半胱天冬酶-3的活性,表明,隐丹参酮可通过抑制脑血管内皮细胞中的Aβ聚集发挥抗血管性痴呆的作用。

6 结语

血管性痴呆给全人类健康造成极大影响,尽早预防及控制病情发展,对改善患者预后具有重要临床意义[34]。近年来中医药在血管性痴呆的防治中取得了良好的效果,丹参及其活性成分对血管性痴呆的防治效果已获得多篇报道证实,可为丹参的临床运用提供了循证支持。但也存在多项不足:(1)丹参的活性成分复杂,其单体防治血管性痴呆的作用机制存在一定的差异;(2)丹参活性成分的生物利用度、药代特征尚不明确;(3)关于丹参活性成分防治血管性痴呆的报道多为基础实验研究,对人体血管性痴呆的疗效尚未明确;(4)临床尚缺乏丹参用于血管性痴呆适应症的新药,对制药工艺也存在一定的考研;(5)丹参活性成分的药物安全性尚未可知。以上几点不足为今后的科研工作提供了参考。