鄒秘 徐世軍 代淵

神經(jīng)退行性疾病(neurodegenerative disease,ND)是一類因神經(jīng)退行性改變導(dǎo)致神經(jīng)細胞壞死或功能喪失,進而導(dǎo)致的神經(jīng)功能障礙的疾病,主要包括阿爾茲海默癥(alzheimer's disease,AD)、帕金森癥、亨廷頓舞蹈癥等。目前認為神經(jīng)退行性疾病主要涉及氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、神經(jīng)興奮性毒性和神經(jīng)炎癥等[1]。隨著人口老齡化的加劇,神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病率逐年增加,且有年輕化的趨勢,尋找有效干預(yù)藥物是當前亟需解決的問題。天然產(chǎn)物因其具有多種生物活性、毒副作用小等優(yōu)勢日益收到重視和關(guān)注。

本綜述將神經(jīng)退行性疾病的重點落于AD相關(guān),而王永炎院士認為“氣虛—血瘀—痰瘀—釀毒—病絡(luò)”是AD早期的核心病機,其中氣血虧虛是本病早期發(fā)生的前提條件,痰濁瘀血是引起本病的病理因素,毒損腦絡(luò)和毒損病絡(luò)是早期AD發(fā)生的病機核心[2]。而川芎為傘形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort的干燥根莖,性溫而潤,為“血中氣藥”,能“補血”(《藥類法象》)、“通行經(jīng)絡(luò)”(《本草綱目拾遺》),“上行頭目”(《本草蒙筌》),可“引人身清陽之氣上至于腦”(《醫(yī)學(xué)中衷參西錄》),“上行頭角,助清陽之氣”(《珍珠本》),由此成為近年來神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域研究關(guān)注的重點藥物。川芎活性成分包括苯酞及其二聚體、生物堿、有機酸、多糖以及腦苷脂和神經(jīng)酰胺等,藁本內(nèi)酯、川芎嗪、阿魏酸、咖啡酸以及綠原酸等為近年研究的重點[3]。它們多具有抗炎、抗氧化和細胞保護等作用[4],本文擬就川芎主要活性成分的神經(jīng)藥理作用進行總結(jié),以期為其干預(yù)神經(jīng)退行性疾病研究提供參考。

1 抗神經(jīng)炎癥

神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病的主要病理生理特征之一,也是近年干預(yù)的研究熱點[5]。當炎癥反應(yīng)機制中的小神經(jīng)膠質(zhì)細胞被多種病理刺激過度激活時,會產(chǎn)生大量炎癥因子,引發(fā)腦內(nèi)產(chǎn)生炎癥反應(yīng)或直接作用于神經(jīng)細胞損傷神經(jīng)元,促使腦內(nèi)發(fā)生自身免疫反應(yīng),加重對神經(jīng)元的損傷[6]。

小膠質(zhì)細胞在淀粉樣蛋白β肽(25-35)和干擾素-γ刺激下產(chǎn)生更多的促炎和神經(jīng)毒性因子,促進核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號通路的活化,而川芎嗪可抑制一氧化氮(nitric oxide,NO)和促炎因子腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factorα,TNF-α)、白細胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的釋放,以及有效降低NF-κB活化[7]。川芎嗪在脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)誘導(dǎo)的腦部炎癥中,下調(diào)了IL-1β和TNF-α的表達,并上調(diào)了微管相關(guān)蛋白1A/1B-輕鏈3(MAP1LC3,LC3)的表達,通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號通路來激活自噬,從而改善神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)[8]。阿魏酸在體內(nèi)和體外均抑制小膠質(zhì)細胞的活化,并抑制促炎因子TNF-α和IL-1β的表達[9]。用LPS處理小膠質(zhì)細胞,而后用阿魏酸處理該小膠質(zhì)細胞,可顯著抑制其色氨酸分解代謝酶吲哚胺2,3-二加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)mRNA表達,并且抑制NF-κB的核易位和p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)的磷酸化[10]。綠原酸在LPS刺激的小膠質(zhì)細胞中,可顯著抑制NO生成和TNF-α釋放,減少LPS刺激的磷酸化和NF-κB的抑制蛋白α的降解,并防止NF-κB的移位[11]。香草醛在LPS刺激的BV-2小膠質(zhì)細胞中,顯著降低了NO、IL-1β、TNF-α和白細胞介素6(interleukin-6,IL-6),還降低了誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)的蛋白質(zhì)水平,抑制有絲分裂原激活的蛋白激酶和NF-κB的磷酸化[12]。

2 抗氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激與神經(jīng)退行性疾病之間存在著密切的聯(lián)系[13]。神經(jīng)退行性疾病發(fā)生及發(fā)展過程中,機體氧化和抗氧化系統(tǒng)失衡,抗氧化酶活性不斷下降,體內(nèi)產(chǎn)生的過量氧自由基無法得到及時清除,導(dǎo)致中性粒細胞炎性浸潤,蛋白酶分泌增加,產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物[14-15]。

阿魏酸可以減輕PC12細胞因缺氧而引起的氧化應(yīng)激,它阻止了缺氧后MAPK,胱天蛋白酶3(caspase-3,CASP3)和COX-2的磷酸化和激活,減少了活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成并降低了乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)的釋放水平[16]。在用帕金森氏病誘導(dǎo)的神經(jīng)毒素MPP+/1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)處理細胞和小鼠后,阿魏酸通過ERK1/2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(Nrf2)途徑的激活發(fā)揮抗氧化作用,抑制ROS生成[17]。川芎嗪通過增強Nrf2/GCLc/GSH和抑制HIF1α/NOX2/ROS途徑,改善氧化應(yīng)激[18]。在MPTP誘導(dǎo)的帕金森癥模型中,川芎嗪可以阻止MPTP升高的脂質(zhì)過氧化水平和MPTP降低的谷胱甘肽水平,阻止Nrf2和谷氨酸—半胱氨酸連接酶催化亞基的下調(diào),維持氧化還原平衡[19]。芳樟醇在谷氨酸誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激體外模型中,能夠降低脂質(zhì)過氧化作用[20]?？Х人岷途G原酸可抑制與阿爾茨海默氏病以及某些促氧化劑引起的大鼠腦脂質(zhì)過氧化有關(guān)的關(guān)鍵酶,可能通過抑制乙酰膽堿酯酶和膽堿脂酶活性,從而減慢大腦中乙酰膽堿和丁酰膽堿的分解以防止氧化性神經(jīng)變性[21]。用藁本內(nèi)酯預(yù)處理細胞,降低ROS水平、半胱天冬酶3和細胞色素C,改善了細胞總抗氧化能力[22]。

3 改善線粒體功能障礙

為適應(yīng)細胞環(huán)境的變化并維持線粒體功能,線粒體不斷經(jīng)歷著分裂和融合的過程,統(tǒng)稱為“線粒體動力學(xué)”[23]。線粒體通過分裂和融合的相互平衡來維持其正常形態(tài),是其發(fā)揮生理功能的基礎(chǔ)[24]。研究表明,人神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等都伴有不同程度的線粒體功能障礙[25],且線粒體動力學(xué)異常與線粒體功能障礙相互影響、相互促進,損傷神經(jīng)元,進而促進神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展。

在谷氨酸誘導(dǎo)的永生神經(jīng)元HT-22細胞線粒體氧化應(yīng)激模型中,給予100μM芳樟醇,使線粒體形態(tài)得到了改善,并且通過降低線粒體ROS和線粒體鈣水平,保持線粒體膜電位[26]。川芎嗪能調(diào)節(jié)線粒體功能障礙途徑[18]。在鏈脲佐菌素誘發(fā)的阿爾茨海默氏型偶發(fā)性癡呆模型中,阿魏酸通過減輕線粒體膜電位的損失從而減輕發(fā)動蛋白相關(guān)GTP酶(dynamin related protein 1,Drp1)依賴的線粒體裂變和凋亡的惡化,通過限制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放來下調(diào)細胞色素C釋放到胞質(zhì)溶膠中,同時增加半胱天冬酶3激活,凋亡基因表達和DNA斷裂以及下調(diào)膠質(zhì)細胞纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)的表達,恢復(fù)了線粒體融合所必需的線粒體融合蛋白絲裂融蛋白2的蛋白質(zhì)表達[27]。Ehraz Anis等[28]利用 6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)損傷的帕金森癥大鼠模型,證明了口服阿魏酸補充劑降低了線粒體Drp1的表達并增加了過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α的基因和蛋白質(zhì)表達,從而調(diào)節(jié)了患病動物的下游靶標線粒體融合蛋白2(mitofusin 2,Mfn2)的表達并恢復(fù)了線粒體的動力學(xué)。藁本內(nèi)酯減少了APP/PS1小鼠海馬CA1區(qū)的線粒體數(shù)目并增加了線粒體長度,在LIG治療的APP/PS1小鼠中,Drp1水平降低,絲裂融蛋白1,絲裂融蛋白2和視神經(jīng)萎縮癥蛋白1水平升高,海馬和皮層分離的線粒體中ATP水平的升高以及細胞色素c氧化酶和琥珀酸脫氫酶的活性增加,表明LIG減輕了線粒體功能障礙[29]。在MPTP誘導(dǎo)的帕金森癥小鼠模型中,綠原酸處理后顯著改善了線粒體谷胱甘肽的水平,從而改善了線粒體復(fù)合物I、IV和V的活性[30]。

4 抗神經(jīng)毒性

β淀粉樣蛋白(amyloidβ-protein,Aβ)沉積造成老年斑是AD神經(jīng)變性的關(guān)鍵特征,研究表明,阿魏酸、芳樟醇和藁本內(nèi)酯對Aβ1-42低聚物誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性具有保護作用[31-33]。藁本內(nèi)酯是通過調(diào)節(jié)TNF-α激活的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路實現(xiàn)的抗神經(jīng)毒性作用[33]。川芎嗪可以預(yù)防氯化鈷誘導(dǎo)的PC12細胞和大鼠神經(jīng)毒性,增強細胞活力和改善學(xué)習(xí)記憶能力[18]。綠原酸可通過調(diào)節(jié)Ca2+進入神經(jīng)元來保護神經(jīng)元免受谷氨酸的神經(jīng)毒性[34]。此外,綠原酸可通過螯合和抗氧化作用防止原代海馬神經(jīng)元細胞受到鋁誘導(dǎo)的細胞毒性[35]?？Х人崾?-S-半胱氨?！喟桶氛T導(dǎo)的神經(jīng)毒性的有效抑制劑[36]。沒食子酸預(yù)處理可抑制6-OHDA誘導(dǎo)的神經(jīng)母細胞瘤細胞的細胞毒性,上調(diào)了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和磷酸化的環(huán)磷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白[37]。

5 調(diào)控自噬作用

自噬是許多病理過程的底層機制,自噬障礙導(dǎo)致大腦中病理產(chǎn)物清除異?？梢詫?dǎo)致神經(jīng)細胞損傷[38]。研究發(fā)現(xiàn)藁本內(nèi)酯可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和自噬而減輕Aβ25-35誘導(dǎo)的SH-SY5Y細胞的神經(jīng)毒性[39]。綠原酸可通過mTOR/TFEB信號通路減輕Aβ25-35誘導(dǎo)的自噬和認知損傷[40]。

6 神經(jīng)元保護作用

神經(jīng)細胞的凋亡和壞死是神經(jīng)退行性疾病“腦失連接”的基礎(chǔ),保護神經(jīng)細胞在改善ND中具有重要價值[41]。綠原酸通過防止NF-κB的移位,提高了多巴胺(Dopamine,DA)神經(jīng)元的存活率[11]。川芎嗪維持氧化還原平衡并抑制細胞凋亡,從而減輕多巴胺能神經(jīng)元的損傷[19]。沒食子酸可顯著增加其神經(jīng)突的長出,顯著上調(diào)了神經(jīng)突和少突膠質(zhì)細胞體中的髓磷脂蛋白水平[42]。芥子酸可顯著增加海馬中抗氧化酶的水平并降低丙二醛水平,可減少阿爾茨海默病大鼠大腦皮層和海馬的細胞損失[43]。此外,川芎中川芎內(nèi)酯I、洋川芎內(nèi)酯H、洋川芎內(nèi)酯A、阿魏酸和藁本內(nèi)酯對氧糖剝奪/復(fù)氧復(fù)糖SHSY5Y細胞損傷具有保護作用,其作用與降低LDH活性和抑制ROS有關(guān)[44]。

7 思考與展望

綜上,川芎的多種活性成分具有不同角度的改善神經(jīng)退行性疾病的藥理作用,其多成分、多靶點、多環(huán)節(jié)的作用特點切合神經(jīng)退行性疾病的復(fù)雜發(fā)病機制(見圖1),可以從多角度整合調(diào)控進而改善神經(jīng)退行性疾病。

圖1 川芎化學(xué)成分抗神經(jīng)退行性疾病的主要作用

中醫(yī)微觀學(xué)現(xiàn)在逐漸進入人們的視線,病理機制所提的炎癥,應(yīng)激,自噬等都可算作人體環(huán)境出現(xiàn)不平衡從而導(dǎo)致的微觀表現(xiàn)不衡,類比于人體陰陽。例如在炎癥中,M1型小膠質(zhì)細胞可以分泌促炎因子,進一步誘導(dǎo)神經(jīng)元的損傷,加重AD的發(fā)展,類比于陽[45]。同理,M2型激活狀態(tài)的小膠質(zhì)細胞對神經(jīng)元具有保護作用,釋放抗炎因子,減輕炎癥反應(yīng),抑制Aβ的聚集,類比于陰。M1型小膠質(zhì)細胞和M2型小膠質(zhì)細胞在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化[46],如同陰陽轉(zhuǎn)化一般。

陰陽失衡是一種復(fù)雜的變化,如果通過川芎多種活性成分共同作用,發(fā)展出能夠多靶點調(diào)節(jié)人體陰陽的新藥,這對于未來是不可預(yù)估的寶藏。但目前川芎中不同活性成分的協(xié)同作用研究尚屬空白,這是未來應(yīng)加強的研究重點方向之一。因此,深入研究川芎活性成分及其協(xié)同效應(yīng)必將為神經(jīng)退行性疾病的防治提供一個潛在的治療策略和思路。