黄芪及其活性成分防治阿尔茨海默病机制研究进展

王 哲，马定财，王毛毛，刘 婷，高飞云，张转红，王彦钧，张育贵，李越峰*

1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000

2.甘肃省中药质量与标准研究重点实验室，甘肃 兰州 730000

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）已成为继心脑血管病和恶性肿瘤之后老年人致残、致死率较高的第3 大疾病，且伴随着年龄增长，患病风险明显提升。其临床主要表现为思维、记忆、判断、行为、语言等能力部分或全面障碍。目前全球发病率为2%～3%，中国为1%～2%，随着我国人口老龄化的加剧，其患病率不断上升，由此造成的医疗和经济负担也逐渐提高[1-2]。AD 国际组织统计显示，预计到2050 年全球痴呆患者将达到1.52 亿，其中60%～70%为AD 患者[3]。目前针对AD 的治疗方法主要包括药物和非药物治疗，其中药物治疗主要以对症治疗为主。目前临床上用于治疗AD 的药物主要有胆碱酯酶抑制剂、谷氨酸受体拮抗剂、抗精神病药、钙通道阻滞剂、5-羟色胺再摄取抑制剂等，但疗效不佳[4]。有资料显示，AD 的发生发展与环境、遗传、自身代谢等诸多因素有关，且AD 的发病机制尚不明确。因此，对其进行有效的控制与治疗，成为亟待解决的问题。

黄芪为豆科植物蒙古黄芪Astragalus membranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao 或膜荚黄芪A.membranaceus(Fisch.) Bge.的干燥根，味甘性微温，具有补气升阳、固表止汗、利水消肿等功效[5]，在《神农本草经》中被列为上品。皂苷类、黄酮类和多糖类化合物作为黄芪主要有效成分，共同发挥抗炎、抗病毒、抗氧化、免疫调节、心血管与神经系统保护、抗癌、抗肿瘤等药理作用[6]。黄芪为治疗AD 的高频用药[7]。近年来，研究者逐渐关注到黄芪及其活性成分对神经系统的保护作用。发现其对AD 可产生多方面的治疗作用[8]。本文对近年来黄芪及其活性成分治疗AD 的作用机制研究进展进行综述，为黄芪药材资源及其活性成分的开发利用提供依据，并为AD 的中医药治疗提供参考。

1 改善学习记忆能力

AD 最主要的症状为记忆、注意、语言等认知功能障碍。此外，70%～90%的AD 患者会出现幻觉及身份识别障碍，在AD 发病且未经治疗2～4 年后，常常会出现妄想等精神病性症状，这些症状严重影响患者及其家庭的正常生活[9]。AD 药物筛选所用的实验动物模型与造模方式种类丰富，包括大鼠、小鼠、果蝇、斑马鱼、线虫等。研究者通常采用水迷宫试验、寿命试验、攀爬能力测试等对药物干预前后实验动物的行为学和学习记忆能力进行评价。

吴月鹏等[10]利用黄芪甲苷干预东莨菪碱诱导的学习记忆障碍小鼠，发现黄芪甲苷可明显改善其学习记忆行为，其治疗机制可能是通过提高总超氧化物歧化酶活性，减少脑组织中丙二醛（体现氧化应激状况的重要过氧化产物）的生成与表达。Huang等[11]研究发现，黄芪甲苷可通过降低海马组织中β-淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）、β-分泌酶和β-淀粉样蛋白1-40（amyloid β-protein 1-40，Aβ1-40）表达来改善AD 雄性大鼠的学习记忆能力，进而改善其抗氧化和免疫调节作用，起到延缓衰老的效果。姚惠等[12]采用旷场和水迷宫试验证实了黄芪多糖可改善老年大鼠学习记忆能力，并且发现大鼠学习记忆能力减退可能与神经可塑性相关蛋白在海马组织中的异常表达有关。研究显示，黄芪多糖可改善Aβ1-42诱导的AD 小鼠学习记忆功能和海马神经元形态结构，具体通过改善血脑屏障通透性，抑制Aβ 和白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）蛋白水平发挥治疗AD 作用[13]。Li 等[14]研究发现，黄芪多糖1 mg/mL 可显著改善Aβ42转基因果蝇的攀爬能力，当质量浓度增加到3 mg/mL 时，可显著延长其寿命。而利用同等浓度的黄芪多糖对tau转基因果蝇进行干预，却不能起到相类似的效果。口服黄芪颗粒可提高Aβ25-35诱导的AD 大鼠的学习记忆能力，其作用机制可能通过降低基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）在脑组织中的含量，使紧密连接蛋白Occludin 结构免受破坏，从而维护血脑屏障的结构和功能，起到改善AD 症状的目的[15]。刘敏等[16]通过研究黄芪颗粒对Aβ1-40诱导的AD 大鼠学习和记忆能力的影响，发现黄芪颗粒可改善AD 大鼠海马组织中MMP9 和钙蛋白酶含量，维护神经细胞生存环境从而抑制其凋亡有关。另有研究报道，发酵黄芪可有效提高自然衰老模型大鼠的学习记忆能力，提高大鼠血清和脑中抗氧化指标，表明发酵黄芪可能通过提高其抗氧化能力发挥脑保护作用[17]。Liu 等[18]利用分子对接技术模拟黄芪中活性成分与5-酯氧合酶和乙酰胆碱酶的结合点位，发现二者与毛蕊异黄酮、毛蕊异黄酮-7-葡萄糖苷、3-羟基9,10-二甲氧基红碱等活性成分的潜在作用靶点结合良好，提示上述成分对于AD 也存在潜在的治疗作用。

2 抑制Aβ 产生和聚集

淀粉样蛋白级联理论是目前被广泛接受的AD发病机制之一。Aβ 是老年斑的主要成分，是AD 的重要标志。大量研究表明Aβ 可诱导细胞凋亡和坏死，表明Aβ 是导致认知功能障碍和死亡的主要原因之一。APP 过表达导致其裂解产生Aβ[19]。该蛋白质的累积可导致神经元毒性，干扰胆碱能、5-羟色胺能、去甲肾上腺素和多巴胺神经元的功能，促进AD 的发生[20]。

黄芪甲苷2 mg/kg 可显著降低APP/早老蛋白1（presenilin 1，PS1）转基因小鼠脑内Aβ1-40和Aβ1-42的含量，其作用机制为黄芪甲苷激活Wnt/β-catenin信号通路，下调 PS1、PS2、单过性跨膜蛋白（nicastrin，NCT）及β 位淀粉样前体蛋白裂解酶1（recombinant β-site APP cleaving enzyme 1，BACE1）等APP 裂解酶的表达，从而阻止APP 分解形成Aβ沉淀，发挥延缓或治疗AD 的作用[21]。高博等[22]通过研究黄芪甲苷-IV（astragaloside-IV，AS-IV）对Aβ1-42脑室注射与ig AlCl3诱导的AD 大鼠脑中Aβ和学习记忆功能的影响，结果显示AS-IV 可以显著提高模型大鼠的学习记忆功能，其作用机制为ASIV 通过增加过氧化物酶体增殖物激活受体 γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）表达，减少脑中磷酸化核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）和剪切型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（cystein-asparate protease-1，Caspase-1）等炎症蛋白的表达和IL-1β、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 等炎症因子含量，达到对模型大鼠脑中APP 向Aβ 沉淀转化的抑制作用。Liu等[23]通过研究AS-IV 对APP/PS1小鼠的影响，发现AS-IV 不仅可以改善该模型认知功能障碍，还能抑制Aβ 在其脑内的沉积与Aβ1-42诱导的神经毒性，并增强SKN-SH 细胞的活力，起到神经保护作用。AS-IV 处理APP/PS1 小鼠，可增加PPARγ 表达，抑制BACE1 活性，减少神经炎斑块形成并降低Aβ 水平。此外，研究发现PPARγ 拮抗剂GW9662 对上述有益作用具有抑制效果[24]。费洪新等[13]通过研究发现，黄芪多糖可显著降低AD小鼠海马组织中Aβ 和IL-6 水平，显著提高核因子E2 相关因子2（nuclear factor erythroid-derived 2-like 2，Nrf2）在APP/PS1 小鼠细胞核中的表达，降低其在细胞质中的表达，恢复Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）、活性氧、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和丙二醛的表达水平。表明黄芪多糖可能通过Nrf2 通路减轻APP/PS1 小鼠认知障碍和Aβ 积累[25]。黄芪多糖可能通过激活Wnt 信号通路抑制Aβ25-35诱导的AD 大鼠脑海马组织糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的阳性表达，导致β-连环蛋白（β-catenin）降解减少，从而抑制Aβ 的沉积[26]。宋亚娟等[27]研究发现，口服黄芪颗粒可通过增加Aβ25-35诱导的AD大鼠血脑屏障中P-糖蛋白和低密度脂蛋白受体相关蛋白1（low density lipoprotein receptor-related protein 1，LRP1）的含量，促进Aβ 向脑外转运从而减少其在脑中的沉积，发挥改善AD 症状的作用。另有研究显示，单独使用黄芪多糖对LPR1 也具有同等干预效果[28]。黄芪多糖也可通过下调APP、GSK-3β 和BACE1 蛋白水平来降低AD 大鼠海马组织中Aβ 水平[29]。

3 抑制神经细胞损伤或凋亡

Aβ 引起的线粒体功能障碍在AD 的发病机制中具有重要作用。大量研究表明，线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）的开放参与Aβ 诱导的神经元死亡和活性氧的产生。Aβ 可以抑制海马神经元中PPARγ 和脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的表达，并抑制酪氨酸受体激酶B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）磷酸化，可能通过诱导BDNF/TrkB/p-蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/p-GSK-3β/β-catenin 信号转导缺陷及线粒体功能障碍而导致皮质神经元变性和神经元凋亡[30]。

Wang 等[31]研究发现，AS-IV 可能通过促进PPARγ 的表达，调控BDNF 的转录水平并增加其表达，激活BDNF/TrkB 信号通路，抑制模型小鼠海马神经元损伤和死亡，最终改善认知功能障碍。外源性BDNF可以保护Aβ 引起的神经毒性和细胞凋亡，而当PPARγ 受到抑制时，AS-IV 无法发挥神经保护作用。黄芪甲苷可能通过促进海马中PPARγ 激活，抑制BDNF 的表达，加强PPARγ/BDNF 信号通路，改善Aβ 诱导的记忆障碍和海马神经元凋亡。体内研究结果表明，黄芪甲苷可通过逆转Aβ 蓄积诱导的AD 小鼠脑BDNF/TrkB 信号缺陷和线粒体功能障碍，减轻Aβ 神经病理学。体外研究还证实，黄芪甲苷可逆转Aβ 诱导的细胞毒性、凋亡、线粒体窘迫和突触毒性，并降低大鼠皮质神经元中p-TrkB、p-Akt、p-GSK-3β 和β-catenin 的表达[30]。内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）也是促进AD 早期细胞程序性死亡的重要原因之一，Ma等[32]以Aβ25-35诱导的大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12细胞为研究对象，发现黄芪甲苷对其具有保护作用，其作用机制为黄芪甲苷通过降低细胞内活性氧水平，抑制p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）相关蛋白表达及其信号通路，从而抑制模型细胞中的ERS 水平，减少AD 期间细胞程序性死亡。Chang 等[33]研究显示，黄芪甲苷可抑制Aβ25-35诱导的细胞凋亡，抑制Caspase-3表达增加、DNA 碎片增加和tau 蛋白过度磷酸化。Sun 等[34]研究发现，AS-IV 可通过抑制mPTP 开放和活性氧生成，抑制Aβ1-42诱导的人神经母细胞瘤SK-N-SH 细胞凋亡。Aβ 能激活神经胶质细胞，通过升高细胞质中诱导性一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）表达水平和一氧化氮含量，造成神经细胞死亡[35-36]。黄芪多糖可改善AD大鼠海马组织结构损伤，并能抑制神经元凋亡，其机制可能与抑制细胞色素C（cytochrome C，Cyt-C）、Caspase-3、Caspase-9 表达有关[37]。贾宁等[38]的研究结果显示，黄芪多糖可以提高APP/PS1 转基因小鼠的空间记忆能力，其作用机制可能通过上调B 淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的基因表达，抑制小鼠脑内的异常自噬和凋亡，发挥改善认知功能的作用。另有多项研究表明[39-40]，黄芪颗粒和黄芪提取物可抑制AD 模型大鼠海马组织促凋亡蛋白Bcl-2 相关X 蛋白，并升高抗凋亡蛋白Bcl-2 表达水平。且黄芪提取物干预AD 模型大鼠后，其海马组织中环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和iNOS表达水平显著降低，并呈剂量相关性[41]。

4 抑制神经炎症

小胶质细胞是一种与神经炎症密切相关的免疫细胞，在AD 发病的不同时期对其病情推动可起到不同的作用[42]。在正常状态下，小胶质细胞可以通过清除谷氨酸、Aβ 和坏死细胞并释放神经营养因子起到神经系统保护的作用；而在高浓度Aβ 环境下，小胶质细胞被过度激活，通过释放大量神经炎性因子对神经元产生毒性作用[43]。

研究表明，黄芪甲苷20～80 mg/kg 可以显著改善脂多糖诱导的AD 模型小鼠的学习记忆功能，黄芪甲苷可以通过抑制小胶质细胞的过度激活，进而减少海马区IL-1β、TNF-α、IL-6、一氧化氮等炎性因子的释放，达到对AD 的治疗效果[44]。研究表明，黄芪甲苷可以基于丝裂原激活蛋白激酶5（mitogen activated protein kinase 5，MEK5）/细胞外信号调节激酶5（extracellular signal regulated kinase 5，ERK5）信号通路，抑制小胶质细胞活性，降低IL-1β、TNFα 水平抑制神经炎性反应，还可通过降低葡萄糖调节蛋白78、CCAAT 增强子结合蛋白同源蛋白表达水平对脑功能进行保护[45]。赵启跃等[46]研究发现黄芪甲苷能显著降低脂多糖诱导的AD 模型小鼠的氧化应激水平，黄芪甲苷给药能够下调还原型辅酶II（ nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶中最重要的2 种细胞亚基gp91phox和p22phox 的蛋白表达，并使小鼠脑内活性氧及丙二醛的含量下降，发挥治疗AD 的作用。Chen 等[47]利用AS-IV 干预Aβ 诱导的AD 小鼠模型，结果显示AS-IV 可通过抑制小胶质细胞激活和神经元损伤，下调NADPH 氧化酶，抑制模型小鼠的神经炎症。黄芪甲苷可显著降低AD 小鼠的认知功能，其作用机制可能是黄芪甲苷通过抑制NF-κB 抑制蛋白和磷酸化细胞NF-κB p65 的蛋白表达和脂多糖诱导的小鼠脑小胶质BV-2 细胞IL-1β、COX-2、iNOS和TNF-αmRNA 的表达，并抑制磷酸化p65 进入细胞核[48]。黄芪甲苷可从多个方面发挥AD 的治疗作用，其具体抗AD 作用机制见图1。

图1 黄芪甲苷抗AD 作用机制Fig.1 Anti-AD mechanism of astragaloside

5 结语与展望

AD 的发病机制尚未完全明确（有关AD 的病因已存在包括Aβ 毒性假说、tau 蛋白假说等多种假说[49-50]），导致药物筛选思路存在一定的局限性，可能也是近年来未见新的抗AD 药物问世的潜在原因。随着多组学技术已逐渐应用于AD 机制研究与药物筛选，利用系统生物学方法尝试对AD 的发病机制进一步探究或进行药物筛选，有望为AD 新药研发提供新的思路。因此，将治疗AD 的研究思路从单一靶点到多靶点，从单味药到复方或许是揭开AD 发病机制与防治对策的关键[51-52]。在临床研究中，可通过黄芪与其他化学药或复方制剂进行联合使用，可能从多个方面发挥作用，从而实现更好的AD 防治效果。有研究表明，阿司匹林30 mg/kg 与黄芪颗粒3 mg/kg 混合干预对AD 大鼠的学习记忆能力具有显著影响，其机制可能与抑制IL-6、TNFα 等炎症因子有关[53]。研究显示，用淫羊藿苷-黄芪甲苷-葛根素3∶2∶2 组成的有效成分复方，对APPswe/ PS1dE9 双转基因小鼠和小鼠海马神经元HT22 细胞进行干预，结果发现其可以有效改善小鼠的学习记忆能力，其作用机制可能是上调铁调素的表达，促进APP 水解关键酶的表达，抑制BACE1的形成，从而减少Aβ 的生成，实现对AD 的治疗作用[54-55]。桑星晨[56]在对黄芪散各拆方组对AD 的作用比较研究时发现，黄芪＋葛根的防治效果最佳，其防治效果与抑制了小胶质细胞和星形胶质细胞的激活有关。另有研究表明，黄芪三仙汤可减少Aβ1-40致AD 大鼠海马组织的神经胶质细胞[57]。赵宏等[58]将黄芪-百合-沙棘联用，通过网络药理学预测与实验验证，发现其对小鼠学习记忆能力的提高作用与抑制海马区炎症因子表达，减轻炎症损伤有关。刘静等[59]在黄芪散中加入知母有效部位的提取物，发现其可以通过调节TNF-α/c-Jun 氨基末端激酶通路改善链脲佐菌素＋高脂饲料＋AlCl3（ig）喂养诱导实验性AD 大鼠认知、记忆能力。

综上所述，黄芪及其活性成分可改善学习记忆能力，并通过抑制Aβ 产生和聚集、抑制神经细胞损伤或凋亡、抑制神经炎症等多个方面发挥AD 保护作用。此外，研究证实黄芪及其活性成分还可通过调节氧化应激改善AD 症状[25]。黄芪具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、提高免疫力、保护心脑血管等作用，黄芪的天然提取物已应用于临床治疗循环系统、呼吸系统、内分泌系统等相关疾病[60-62]。然而，目前对于黄芪及其活性成分抗AD 的机制研究仍停留在体外的细胞或动物实验中，虽然临床上也常利用黄芪对AD 患者进行干预，但仅仅停留在药效评价方面，缺乏更深层次的机制研究，这大大阻碍了黄芪在防治AD 方面的进一步应用，值得进一步探索。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突