黃丹蓉,程亞敏,馮紫涵,申剛義

中央民族大學(xué)藥學(xué)院 民族醫(yī)藥教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中央民族大學(xué)),北京 100081

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)是一種神經(jīng)系統(tǒng)退化性疾病,多發(fā)于65歲以上老年人群[1]。AD臨床早期表現(xiàn)為短期記憶障礙,而后逐漸加重,并伴有語言、認(rèn)知、定向和判斷等多功能障礙,嚴(yán)重影響患者日常生活能力甚至危及生命[2]。國際AD協(xié)會(huì)發(fā)布的《2021年世界AD報(bào)告》中顯示[3],全球癡呆癥患者約5 500萬,預(yù)計(jì)每年新增1 000萬,而由AD導(dǎo)致的癡呆約占癡呆人數(shù)的64%。我國現(xiàn)有AD患者近1 000萬,是全球患者最多的國家,預(yù)計(jì)2050年將超4 000萬。隨著全球人口老齡化進(jìn)程加速,AD 已不僅是重要的公共衛(wèi)生問題,還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的社會(huì)問題[4]。

AD起病隱匿且病情發(fā)展不可逆,當(dāng)前臨床用AD藥物僅能延緩疾病進(jìn)程,無法逆轉(zhuǎn)病情,并有一定程度的副作用[5]。研發(fā)高效低毒的抗AD藥物仍是全球醫(yī)藥界面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。AD的病理特征主要為大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)形成的β-淀粉樣蛋白(β-amyloid,Aβ)為核心的細(xì)胞外老年斑、細(xì)胞內(nèi)異常磷酸化的tau蛋白為核心的神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangles,NFTs)以及神經(jīng)元的丟失[3]。然而時(shí)至今日,AD發(fā)病機(jī)制尚未完全明晰,基于AD的病理特征,主要包括Aβ學(xué)說、tau蛋白學(xué)說、膽堿能損傷學(xué)說、免疫炎癥學(xué)說和腸道微生物群等多種[6-8],表明AD病機(jī)復(fù)雜,發(fā)生發(fā)展涉及多種機(jī)制?；诓煌瑱C(jī)制靶點(diǎn)的藥物研發(fā)策略已成為當(dāng)前抗AD藥物的主要研究方向。

天然產(chǎn)物中蘊(yùn)涵海量多樣化的活性成分,具有多組分、多靶點(diǎn)作用的特色和優(yōu)勢(shì),符合AD多因素、多種病理機(jī)制的神經(jīng)系統(tǒng)變性病發(fā)病特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代化分離鑒定技術(shù)的不斷優(yōu)化,從天然產(chǎn)物中篩選發(fā)現(xiàn)高效、高選擇性、低毒性的靶向抗AD活性成分是抗AD藥物研發(fā)的重要途徑之一[9]。本文以當(dāng)前AD藥物研發(fā)的單靶點(diǎn)和多靶點(diǎn)篩選策略[10]為基礎(chǔ),結(jié)合AD發(fā)病機(jī)制中涉及到的各種靶點(diǎn),對(duì)近年來天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)的抗AD活性成分進(jìn)行評(píng)述和總結(jié),以期為研發(fā)高效抗AD藥物提供參考。

1 單靶點(diǎn)抗AD活性成分

1.1 靶向Aβ的抗AD活性成分

Aβ蛋白是淀粉樣老年斑的主要成分,由淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)通過病理途徑水解產(chǎn)生。β-分泌酶1(β-site amyloid precursor protein cleaved enzyme1,BACE1)是一種具有APP催化活性的跨膜天冬氨酸蛋白酶,可對(duì)通過β位點(diǎn)的APP進(jìn)行裂解,是合成Aβ的關(guān)鍵靶點(diǎn)[11]。在BACE1抑制劑的篩選中,黃酮類化合物憑借其出色的抑制活性,可作為BACE1抑制劑的天然骨架。Youn等[12]通過生物學(xué)評(píng)價(jià)和分子對(duì)接研究了5種異黃酮類成分對(duì)BACE1的抑制作用,發(fā)現(xiàn)染料木素(1,見圖1和表1)抑制作用最強(qiáng),IC50值為63 μmol/L,抑制類型為可逆非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。分子對(duì)接結(jié)果表明染料木素可通過氫鍵與BACE1中的重要氨基酸殘基如ASN37、GLN73和TRP76發(fā)生相互作用。他們還發(fā)現(xiàn)了凹唇姜中3種活性成分對(duì)BACE1的抑制作用,顯示小豆蔻明(2)的抑制性最強(qiáng),IC50值為4.35±0.38 μmol/L,其次為喬松素(3)和球松素(4),3種成分均為非競(jìng)爭(zhēng)性抑制活性[13]。此外,Youn等[14]還重點(diǎn)研究了小花山奈提取物中的黃酮類化合物,發(fā)現(xiàn)多甲氧基黃酮(5)對(duì)BACE1的抑制作用最強(qiáng),IC50值為36.9 μmol/L,且該化合物可透過血腦屏障,具有良好的開發(fā)前景。

表1 單靶點(diǎn)抗AD天然活性成分

圖1 單靶點(diǎn)抗AD天然活性成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式(1～29)

APP被BACE1切割后產(chǎn)生可溶性β-APP和含有99個(gè)氨基酸殘基的跨膜片段C99,而γ-分泌酶在多個(gè)位點(diǎn)切割C99以生成異質(zhì)Aβ物種。但由于γ-分泌酶底物具有廣泛性,且γ-分泌酶抑制劑藥物都面臨低效、血腦屏障滲透性差或嚴(yán)重的副作用,因此靶向γ-分泌酶的藥物開發(fā)非常具有挑戰(zhàn)性[15],而天然產(chǎn)物中海量豐富的活性成分為大規(guī)模篩選γ-分泌酶抑制劑提供了便利條件。Lei等[16]篩選了417種天然產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)雙氫麥角汀(6)可抑制細(xì)胞中γ-分泌酶的活性從而降低Aβ肽的產(chǎn)生,構(gòu)效關(guān)系研究表明抑制γ-分泌酶的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是其環(huán)化三肽部分。Luo等[17]則通過光激活熒光探針發(fā)現(xiàn)3-O-反式對(duì)香豆?；介?7)可選擇性地影響γ-分泌酶的S1位點(diǎn)從而抑制γ-分泌酶,且可減少AD轉(zhuǎn)基因模型小鼠產(chǎn)生的Aβ,減輕突觸損傷。

Aβ的生成和聚集會(huì)加速AD患者的認(rèn)知缺陷,且會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)毒性[18]。除了靶向參與Aβ形成的分泌酶可以防止Aβ生成外,還可以阻斷Aβ分子內(nèi)和分子間相互作用,誘導(dǎo)異常Aβ聚集體的構(gòu)象變化,抑制Aβ聚集。研究表明多酚類成分具有抗Aβ變性活性。多酚類中的苯環(huán)可以針對(duì)Aβ疏水核心結(jié)構(gòu)域中的苯丙氨酸殘基,與Aβ形成疏水作用或氫鍵,破壞Aβ結(jié)構(gòu),抑制其神經(jīng)毒性[19]。Ginnalin A(8)是從紅楓中分離出的一種多酚化合物,Fan等[20]采用實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬相結(jié)合的方法,發(fā)現(xiàn)該活性成分不僅能以較低劑量與Aβ單體結(jié)合以抑制其聚集,還能與Aβ聚集體的多個(gè)位點(diǎn)結(jié)合將其解離為無毒的小顆粒聚集體。Choi等[21]發(fā)現(xiàn)穗花杉雙黃酮(9)可直接破壞預(yù)先形成的Aβ1-42原纖維結(jié)構(gòu),導(dǎo)致這些原纖維轉(zhuǎn)化為無定形的Aβ1-42聚集體,并且在分解Aβ1-42原纖維方面表現(xiàn)出強(qiáng)抑制性,其IC50值為0.26 μmol/L。Marinelli等[22]發(fā)現(xiàn)藤黃酸(10)可顯著降低AD小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞中Aβ的聚集和沉積,其作用機(jī)制包括特異性激活孕烷X受體(pregnane x receptor,PXR)以及上調(diào)載脂蛋白E(apolipoprotein,ApoE)和P-糖蛋白(p-glycorprotein,P-gp)的表達(dá)。

1.2 靶向tau蛋白的抗AD活性成分

tau蛋白是一種主要在神經(jīng)元中表達(dá)的微管相關(guān)蛋白,用于穩(wěn)定神經(jīng)元細(xì)胞骨架。異常磷酸化的tau蛋白會(huì)從微管中分離并聚集,形成成對(duì)的螺旋絲和NFTs,破壞微管穩(wěn)定性,導(dǎo)致神經(jīng)變性[23]。其中,參與調(diào)節(jié)tau蛋白過度磷酸化的關(guān)鍵酶主要包括細(xì)胞周期素蛋白依賴性激酶5(cyclin-dependent kinase 5,CDK5)、糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase,GSK3β)和蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)。

CDK5及其協(xié)同激活劑CDK5-p25已被證明可誘導(dǎo)tau磷酸化和神經(jīng)元凋亡[24]。Shen等[25]研究發(fā)現(xiàn),槲皮素(11)對(duì)岡田酸誘導(dǎo)的HT22細(xì)胞tau蛋白過度磷酸化具有抑制作用。Western blot結(jié)果顯示槲皮素可顯著降低OA誘導(dǎo)的Ser396、Ser199、Thr231和Thr205位點(diǎn)的tau蛋白過度磷酸化,表明其抑制了CDK5的活性,并可阻斷Ca2+-鈣蛋白酶-p25-CDK5信號(hào)通路。此外,研究發(fā)現(xiàn)丹參酮ⅡA(12)能降低Aβ25-35誘導(dǎo)的tau磷酸化表達(dá),改善細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的損傷,而該保護(hù)機(jī)制涉及Ca2+-鈣蛋白酶-p35-CDK5信號(hào)通路[26]。

GSK3β是一種在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中高度表達(dá)的絲氨酸/蘇氨酸激酶,參與包括tau磷酸化和凋亡的多種細(xì)胞過程,其活性幾乎與AD的所有階段都相關(guān)[27]。鉤吻堿(13)是一種從鉤吻中提取的吲哚類生物堿,Chen等[28]評(píng)估了鉤吻堿對(duì)Aβ低聚物誘導(dǎo)的小鼠認(rèn)知障礙模型的治療作用,發(fā)現(xiàn)極低濃度的鉤吻堿(5～10 μg/kg)可顯著抑制GSK3β表達(dá)。Pares等[29]通過分子對(duì)接和動(dòng)力學(xué)模擬方法發(fā)現(xiàn)海洋天然產(chǎn)物Meridianin A(14)是GSK3β的ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑,Lignarenone B(15)則為GSK3β的非ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。而后細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這兩個(gè)化合物對(duì)GSK3β的抑制性,發(fā)現(xiàn)二者還能增加神經(jīng)元細(xì)胞的可塑性。

PP2A占人類大腦中70%以上的tau磷酸酶活性,在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)和Wnt信號(hào)通路的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[30]。Zhang等[31]采用腺相關(guān)病毒(adeno-associated virus,AAV)誘導(dǎo)的C57/BL6小鼠的tau蛋白表達(dá),發(fā)現(xiàn)黨參多糖顯著增加了PP2A活性,降低了Ser199、Ser202/Thr205(AT8)和Thr231處的tau磷酸化,揭示其可能通過恢復(fù)突觸可塑性和突觸發(fā)生來減輕AD樣認(rèn)知損傷。Zhou等[32]探究了重樓皂苷Ⅰ(16)在蛋白磷酸酶2A的癌性抑制因子(cancerous inhibitor of protein phosphatase 2A,CIP2A)過度表達(dá)的HEK293細(xì)胞和3XTg AD小鼠模型中的作用,體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了其可通過調(diào)節(jié)CIP2A/PP2A通路降低CIP2A的表達(dá)激活PP2A,防止tau/APP的過度磷酸化和Aβ過度產(chǎn)生,從而改善認(rèn)知功能。

由于異常的翻譯后修飾,tau蛋白會(huì)從微管分離并自組裝,導(dǎo)致其聚集形式在細(xì)胞中積累增加,而錯(cuò)誤折疊和聚集的tau蛋白會(huì)在神經(jīng)元之間擴(kuò)散從而加重AD進(jìn)程[33]。Zhang等[34]發(fā)現(xiàn)黃腐酚(17)可抑制tau蛋白聚集并分解tau纖維,且能夠抑制tau寡聚體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,為黃腐酚開發(fā)成AD藥物提供了依據(jù)。Alali等[35]通過體外和電子生物化學(xué)方法研究大麻二酚(18)對(duì)重組人tau蛋白1N/4R亞型聚集的影響,顯示其可以抑制tau原纖維的形成,大麻二酚主要基于范德華力和疏水力與tau蛋白發(fā)生相互作用。

1.3 靶向膽堿能系統(tǒng)的抗AD活性成分

乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)是所有膽堿能神經(jīng)元使用的神經(jīng)遞質(zhì),存在于整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)中,對(duì)大腦皮質(zhì)發(fā)育和活動(dòng)、腦血流控制、睡眠-覺醒周期以及學(xué)習(xí)記憶過程至關(guān)重要[36]。膽堿酯酶(cholinesterase,ChE)是膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶,可在突觸和神經(jīng)肌肉連接處迅速將ACh分解。根據(jù)作用底物的特異性,ChE可分為乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)和丁酰膽堿酯酶(butyrylcholinesterase,BChE)。ChE抑制劑可減少ACh的分解,提高其在突觸間隙的含量,增強(qiáng)突觸激活,改善膽堿能傳遞。

天然產(chǎn)物中廣泛分布著抗ChE的活性成分,包括生物堿類、香豆素類、黃酮類、醌類、二苯乙烯類、萜烯類、氧雜蒽酮類等,特別是生物堿成分表現(xiàn)出優(yōu)異的AChE抑制活性[37]。Zhang等[38]從水馬桑乙酸乙酯部位中分離得到6個(gè)香豆素類AChE抑制活性成分,其中抑制作用最強(qiáng)的是臭矢菜素B(19),IC50值為3.32±0.01 mmol/L。Dastan等[39]從假蒜臭阿魏中分離得到了Kamonolol acetate(20),它與AChE活性位點(diǎn)的CAS和PAS均相互作用,其IC50值為63.9 μmol/L。Wang等[40]從57種中藥提取物中發(fā)現(xiàn)雞屎藤的乙酸乙酯部位具有較強(qiáng)的BChE抑制活性,主要活性成分為雞屎藤苷(21)、雞屎藤苷酸、甲基雞屎藤苷等環(huán)烯醚萜苷類化合物。Topcu等[41]則從41種松香烷二萜類化合物中篩選出Bractealine(22)和Hypargenin-E(23)對(duì)BChE抑制活性最強(qiáng),其IC50值分別為3.43和6.93 μmol/L。

1.4 靶向MAO的抗AD活性成分

單胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)是導(dǎo)致AD患者出現(xiàn)氧化應(yīng)激,進(jìn)而使其行為和心理出現(xiàn)癥狀的幾種酶之一[42]。MAO的過度表達(dá)會(huì)致使認(rèn)知功能障礙,破壞膽堿能神經(jīng)元,引發(fā)膽堿能系統(tǒng)紊亂,并導(dǎo)致淀粉樣斑塊和NFT的形成[43]。根據(jù)MAO的生理特征和作用機(jī)制,MAO抑制劑可分為MAO-A抑制劑和MAO-B抑制劑。其中,MAO-A抑制劑主要用于治療抑郁癥和焦慮癥,而抑郁癥是伴隨AD最常見的神經(jīng)精神癥狀之一;MAO-B抑制劑可減少神經(jīng)毒性化合物如醛類和H2O2的產(chǎn)生,降低活性氧水平并提高神經(jīng)元存活率,主要用于治療AD和帕金森病[44,45]。

鑒于現(xiàn)有合成的MAO抑制劑存在嚴(yán)重的不良反應(yīng)等安全性問題[46],開發(fā)天然MAO抑制劑十分重要。MAO抑制劑類型多樣,包括生物堿、咖啡酸、香豆素、酯類、類黃酮、脂肪酸、糖苷類、吡喃酮和苯并吡喃酮、萜類和蒽酮類等[47]。Wu等[48]采用固定化MAO-B結(jié)合HPLC-MS技術(shù),從金銀花提取物中首次篩選出異綠原酸A(24)和異綠原酸C(25)兩種MAO-B抑制劑,IC50值分別為29.0535±0.49 和29.77±1.03 μmol/L,酶動(dòng)力學(xué)研究表明它們是可逆性的混合型抑制劑。Chaurasiya等[49]發(fā)現(xiàn)高良姜的二氯甲烷部位具有明顯的MAO抑制作用,其中去甲氧基醉椒素(26)抑制力最強(qiáng),對(duì)MAO-A和MAO-B的IC50值分別為1.850±0.0086和0.1233±0.0095 μmol/L。酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和分子模擬研究顯示去甲氧基麻醉椒素與MAO-A和MAO-B為可逆結(jié)合。與MAO-A相比,該成分與MAO-B的親和力是前者的30倍。

1.5 其他類靶標(biāo)的抗AD活性成分

流行病學(xué)研究表明,性別差異與AD的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān),特別是女性約占AD患者的2/3,且絕經(jīng)后女性患AD的風(fēng)險(xiǎn)更高[50]。性類固醇激素是神經(jīng)功能的有效調(diào)節(jié)劑,靶向雌激素受體(estrogen receptor,ER)的ERβ亞型的選擇性激動(dòng)劑能改善認(rèn)知障礙[51]。廣藿香醇(27)是從廣藿香中提取的三環(huán)倍半萜化合物。作為選擇性ERβ激動(dòng)劑,其可通過ERβ/TLR4途徑促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ1-42的吞噬作用減少Aβ斑塊沉積,也通過ERβ/BDNF/TrkB/CREB信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)突觸相關(guān)蛋白VAMP2和PSD95,通過增加過氧化氫酶的表達(dá)來改善氧化應(yīng)激[52]。

P-gp是一種由MDR1基因編碼的細(xì)胞膜蛋白。在大腦中,其主要表達(dá)在血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞基底側(cè),可調(diào)節(jié)多種內(nèi)源性和外源性化合物從中樞神經(jīng)系統(tǒng)排出[53]。自20年前首次將Aβ確定為P-gp底物以來,大量研究表明P-gp活性受損與Aβ沉積相關(guān)[54],而增強(qiáng)腦內(nèi)P-gp的表達(dá)是降低AD患者腦中Aβ水平的有效途徑[55]。Fascaplysin(28)是一種從海綿Fas caplysinopsis sp.中分離的吲哚類生物堿活性成分,Manda等通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其可作為P-gp的有效誘導(dǎo)劑[56]。

糖基化終產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation endproducts,RAGE)可與Aβ相互作用,通過激活神經(jīng)炎癥通路誘導(dǎo)神經(jīng)元功能障礙引發(fā)Aβ通過血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn),是治療AD的潛在靶點(diǎn)[57]。Guan等[58]通過細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷(29)具有優(yōu)異的抗AD作用。顯示薯蕷皂苷通過抑制RAGE下調(diào)與炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激密切相關(guān)的NADPH氧化酶4的表達(dá)水平,進(jìn)而上調(diào)與氧化應(yīng)激相關(guān)的Nrf2和HO-1的表達(dá),并下調(diào)部分炎癥因子的表達(dá),通過調(diào)節(jié)RAGE/NOX4途徑實(shí)現(xiàn)抗AD的作用。

2 多靶點(diǎn)抗AD活性成分

AD發(fā)病過程涉及多種機(jī)制的生化途徑,考慮到多個(gè)途徑之間復(fù)雜的相互關(guān)系,基于多靶點(diǎn)協(xié)同作用機(jī)制的篩選策略更具前景[59]。目前,國內(nèi)外學(xué)者已從天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)多種具有多靶點(diǎn)抗AD作用的活性成分,對(duì)于抗AD藥物研發(fā)具有重要意義。

2.1 靶向Aβ和tau的抗AD活性成分

藍(lán)萼甲素(30,見圖2和表2)是一種從冬凌草中提取得到的對(duì)映型月桂基二萜,Zhou等[60]發(fā)現(xiàn)其可通過抑制BACE1和AKT/mTOR信號(hào)通路來提高Aβ的清除率,同時(shí)涉及抑制mTOR/p70S6K通路的tau磷酸化。揭示藍(lán)萼甲素在促進(jìn)Aβ清除和降低tau磷酸化的雙重靶向作用。Das等[61]發(fā)現(xiàn)姜黃素(31)可下調(diào)GSK3β和CDK5的表達(dá),降低AD大鼠的tau蛋白磷酸化水平,還可消除AD大鼠的Aβ40和Aβ42斑塊,逆轉(zhuǎn)AD大鼠受損的記憶和活動(dòng)能力。

表2 多靶點(diǎn)抗AD天然活性成分

圖2 多靶點(diǎn)抗AD天然活性成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)式(30～50)

Rhizolutin(32)是一種從人參根部土壤細(xì)菌分泌得到的具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的新型化合物。Kwon等[62]發(fā)現(xiàn)Rhizolutin可顯著解離APP/PS1小鼠海馬Aβ斑塊,還能抑制tau蛋白聚集,繼而減少下游的細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)。Gu等[63]發(fā)現(xiàn)安五脂素(33)可上調(diào)PP2A活性,顯著降低SH-SY5Y/Tau和HEK293/Tau過度表達(dá)的細(xì)胞系中蛋白Thr231、Ser396和Ser404位點(diǎn)的過度磷酸化。此外,安五脂素還可激活PERK/eIF2α信號(hào)通路減少BACE1表達(dá),抑制N2a/SweAPP細(xì)胞中的Aβ沉積。

2.2 靶向Aβ和膽堿能系統(tǒng)的抗AD活性成分

Nuthakki等[64]從白花酸藤果中篩選發(fā)現(xiàn)活性成分Embelin(34)可以通過抑制BACE1來阻止Aβ低聚物形成同時(shí)加快Aβ的清除,還可通過抑制ChE來改善膽堿能傳遞,具有多重靶向機(jī)制。對(duì)AChE、BChE和BACE1的抑制性能的IC50值分別為2.5、5.4和2.1 μmol/L。Panche等[65]則通過計(jì)算機(jī)模擬和體外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法發(fā)現(xiàn)來自穿心蓮的化合物3,4-二咖啡?？鼘幩?35)、芹菜素(36)和7-O-methylwogonin(37)同時(shí)具有ChE和BACE1強(qiáng)抑制性能,對(duì)AChE、BChE和BACE1的IC50值分別為2.14±0.04、1.44±0.02、3.31±0.12 μmol/L;3.42±0.02、1.97±0.01、3.79±0.26 μmol/L;2.46±0.03、2.88±0.01、2.91±0.04 μmol/L。

Augustin等[66]發(fā)現(xiàn)RumexabyssinicusJacq.的乙酸乙酯提取物同時(shí)對(duì)AChE和BChE具有抑制性,其中活性成分Helminthosporin(38)對(duì)AChE和BChE的抑制力最強(qiáng),IC50值分別為2.63 μmol/L和2.99 μmol/L。通過平行人工膜體外滲透技術(shù)發(fā)現(xiàn)helminthosporin具有較高的血腦屏障滲透性,其滲透率為6.16 × 10-6cm/s。Cakmak等[67]發(fā)現(xiàn)二苯并呋喃衍生物松蘿酸(39)對(duì)AChE和BChE顯示出更強(qiáng)的抑制活性,IC50分別為1.273 nmol/L和0.239 nmol/L,為研發(fā)抗AD新藥提供了重要依據(jù)。

2.3 靶向膽堿能系統(tǒng)和氧化應(yīng)激的抗AD活性成分

二氫楊梅素(40)是一種天然二氫黃酮醇,Sun等[68]發(fā)現(xiàn)二氫楊梅素治療后的D-半乳糖誘導(dǎo)的ICR小鼠腦內(nèi)和肝臟組織中的過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化酶的活性顯著提高,減輕了D-半乳糖造成的氧化應(yīng)激損傷。此外,二氫楊梅素作為AChE的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑,還可抑制小鼠腦內(nèi)的AChE活性來減輕膽堿能損傷。Hira等[69]發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素(41)能夠增強(qiáng)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的SD小鼠的認(rèn)知能力,其可通過降低氧化應(yīng)激水平減少小鼠腦內(nèi)Aβ沉積。分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)揭示β-胡蘿卜素與AChE具有強(qiáng)的結(jié)合力,可通過抑制AChE活性防止ACh濃度降低。

2.4 多靶向抗AD活性成分

Chowdhury等[70]發(fā)現(xiàn)小豆蔻中的單萜類化合物α-乙酸松油酯(42)對(duì)ChE具有良好的抑制活性,也可降低Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性、減少過氧化氫誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。電子藥代動(dòng)力學(xué)表明該活性成分符合Lipinski法則,能到達(dá)AD患者大腦中的分子靶點(diǎn)。Plazas等[71]從花椒根提取物中分離得到的異喹啉類生物堿兩面針堿(43)和Avicine(44)為ChE、MAO-A和Aβ1-42的多靶點(diǎn)抑制劑。其中avicine的抑制能力較強(qiáng),對(duì)AChE和BChE的IC50值分別為0.511和0.123 μmol/L。它們還具有中等強(qiáng)度的Aβ1-42抗聚集活性和MAO-A抑制作用,IC50值在0.5和2 μmol/L之間。Tang等[72]從4207種天然化合物中篩選出具有抗炎特性以及良好的血腦屏障滲透性能的倍半萜內(nèi)酯1,6-O,O-diacetylbritannilactone(45)。該活性成分能通過抑制BACE1的表達(dá)和tau蛋白磷酸化,減少AD小鼠腦內(nèi)的Aβ斑塊沉積;還可抑制炎性細(xì)胞因子的表達(dá)、增加谷胱甘肽、降低丙二醛和超氧化物歧化酶的水平,減輕小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的過度激活。

近年來,人參皂苷治療AD的作用機(jī)制也得到廣泛研究,證實(shí)多種人參皂苷單體化合物可通過多靶點(diǎn)、多途徑治療AD[73,74]。其中,人參皂苷Rg1(46)可增強(qiáng)突觸神經(jīng)可塑性并調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)傳遞[75],抑制神經(jīng)元細(xì)胞凋亡[76],對(duì)ChE和BACE1均有抑制作用[77],還可下調(diào)NADPH氧化酶2活性以減少Aβ沉積[78],且具抗氧化應(yīng)激作用[79],極具開發(fā)為更有效治療AD的藥物的潛力。Cui等[80,81]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明了人參皂苷Rg2(47)可通過調(diào)控PI3K/Akt信號(hào)通路發(fā)揮其抗Aβ毒性、抗細(xì)胞凋亡和抗氧化應(yīng)激等作用。Ke等[82]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1(48)可作為過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)的激動(dòng)劑,降低Aβ25-35作用的PC12細(xì)胞的膽固醇水平,減少活性氧的生成和脂質(zhì)過氧化,從而抑制Aβ毒性、保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞。人參皂苷Rd(49)和Re(50)都能促進(jìn)膽堿能傳遞[83],Rd還可通過抑制GSK3β和CDK5的表達(dá)降低tau過度磷酸化[84],Re則可通過調(diào)控Nrf2/HO-1和ASK1/JNK/BAX通路抑制Aβ25-35誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞線粒體功能障礙,發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[85]。

3 總結(jié)與展望

天然產(chǎn)物類型多樣,藥理活性廣泛,一直以來是新藥研發(fā)的重要源頭[86,87]。而當(dāng)前AD候選藥物臨床試驗(yàn)的高失敗率警示我們需要在抗AD潛在的活性成分篩選方面不畏艱辛、迎難而上。分析當(dāng)前狀況,天然抗AD活性成分的篩選到臨床應(yīng)用仍存在一些問題。首先,隨著發(fā)現(xiàn)的活性成分種類數(shù)量指數(shù)級(jí)增加,傳統(tǒng)的高通量篩選方法已難以滿足新藥開發(fā)的需求。近年來分子相似性方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等人工智能化的新型虛擬篩選技術(shù)憑借其高效率和低成本的顯著優(yōu)勢(shì),為天然產(chǎn)物先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)提供了新的途徑。因此,采用虛擬篩選技術(shù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式,將會(huì)加速天然產(chǎn)物作為抗AD藥物新化學(xué)骨架或活性前體的發(fā)現(xiàn)周期。其次,當(dāng)前的AD動(dòng)物模型并不能完全模擬AD的所有病理特征。需要更好地理解各個(gè)模型的特點(diǎn)與局限性,使用多種模型綜合評(píng)估天然產(chǎn)物的AD治療效果,明確其作用靶點(diǎn)和分子作用機(jī)制[88]。再次,一些天然抗AD活性成分存在生物利用度低、難以透過血腦屏障等問題,需進(jìn)一步結(jié)構(gòu)修飾和優(yōu)化,或采用劑型改造和聯(lián)合用藥等方法,提高對(duì)靶點(diǎn)的選擇性與抗AD療效。最后,除了植物來源性天然產(chǎn)物,海洋來源和真菌來源的天然產(chǎn)物也為抗AD藥物研發(fā)提供了新的來源。

相信隨著醫(yī)藥學(xué)界對(duì)AD病機(jī)的不斷探究,現(xiàn)代分析技術(shù)、靶向篩選方法、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)和人工智能技術(shù)等的不斷發(fā)展和進(jìn)步,從天然產(chǎn)物中開發(fā)抗AD藥物定會(huì)取得重大進(jìn)展。