中藥活性成分抑制小膠質細胞活化治療神經退行性疾病的研究進展

楊雅倩,潘艷芳,屈夢楊,賈曉濤

小膠質細胞是中樞神經系統特殊的巨噬細胞,起源于卵黃囊,來源于中胚層。在中樞神經系統血管生成之前就已存在。其主要功能一方面是吞噬凋亡的神經干細胞,移除無功能或多余突觸;另一方面是產生細胞因子,即釋放不同的分子信號,在調節突觸應變和可塑性方面具有關鍵作用[1-2]。神經退行性疾病是一種常見的慢性神經系統疾病,其特征是中樞神經系統進行性神經元丟失,導致運動癥狀和/或認知功能逐漸惡化。其典型疾病包括阿爾茨海默病、帕金森病和肌萎縮側索硬化癥3 種。神經炎癥是神經退行性疾病主要的病理標志之一。參與神經炎癥的先天免疫細胞主要是小膠質細胞和星形膠質細胞,其中,小膠質細胞是調節炎癥反應的主要效應器。小膠質細胞活化在神經退行性疾病的發病機制中發揮著關鍵作用。活化的小膠質細胞可以通過釋放大量促炎介質損害神經元,引起并調節神經炎癥反應,最終可能導致神經元死亡[3-4]。所以,抑制小膠質細胞過度活化可能成為治療神經退行性疾病的有效手段。中醫藥在治療神經退行性疾病方面具有獨特優勢,其可以通過單一草藥中不同成分的協同作用來調節全身器官,達到更好的治療效果[5]。其中,具有藥理活性的成分是中藥發揮效果的關鍵。所以,本研究主要就中草藥提取物、生物堿類、黃酮類等中藥活性成分通過抑制小膠質細胞活化治療阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮側索硬化癥、亨廷頓病的效果進行綜述。

1 小膠質細胞概述

長期以來,小膠質細胞被認為來源于神經外胚層,但現在確定這些細胞來源于中胚層的巨噬細胞,屬于免疫系統。小膠質細胞約占細胞的10%,是中樞神經系統中最豐富的單核吞噬細胞。小膠質細胞活化可分為經典激活(M1)表型和交替激活(M2)表型。其中,M1 型小膠質細胞可以產生促炎細胞因子和趨化因子,引起炎癥和神經毒性。例如,通過分泌腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎介質而加重炎癥反應,從而導致中樞神經系統損傷。M2 型小膠質細胞具有抗炎和組織修復作用,可以通過表達清道夫受體(CD206)清除中樞神經系統代謝廢物[6-7]。正常生理環境下,小膠質細胞可以對有害刺激做出相應反應,具有參與組織修復、損傷愈合、壞死神經元清除和細胞碎片吞噬等作用[3]。當機體受到較大的損傷或炎性刺激時,小膠質細胞可以迅速遷移到損傷部位并進行增殖,通過與神經元和星形膠質細胞相互作用,產生招募額外免疫細胞的信號。在此期間,小膠質細胞在形態上發生變化,其由高度分枝表型轉變為變形蟲表型。而變形蟲表型反映了一種與吞噬和促炎功能相關的高度激活狀態[8]。活化的小膠質細胞是大腦中一種重要的先天免疫細胞,可將炎性細胞因子分泌到細胞外環境中,對周圍的神經元產生神經毒性[9]。小膠質細胞還具有間接的神經毒性作用,即通過分泌各種趨化因子和促炎細胞因子,進而釋放神經毒性分子。其中,小膠質細胞神經毒素包括細胞因子、酶和氨基酸等。細胞毒素是小膠質細胞先天免疫反應的一部分,既可以恢復腦組織的穩態,也可以通過損傷和直接殺死周圍神經元促進各種中樞神經系統病理發生發展[10]。

2 小膠質細胞與神經炎癥

小膠質細胞負責中樞神經系統的穩態,并參與神經炎癥。其激活可調節神經炎癥,并代表神經毒性或神經保護作用之間的臨界點。神經炎癥在神經退行性疾病進展中發揮關鍵作用[11]。Lei 等[12]研究發現知母根狀莖中黃酮的主要糖苷——芒果苷,具有抗炎、抗糖尿病和抗氧化的藥理特性,其可以通過調節小膠質細胞-巨噬細胞極化并抑制核因子-κB(NF-κB)和NOD 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3(NLRP3)信號通路,具有抗神經炎癥的特性。所以,抑制小膠質細胞介導的神經炎癥可能是治療神經退行性疾病的一種潛在方法。此外,神經炎癥是一種神經保護機制,但神經毒性可由持續的神經炎癥介導,而持續的炎癥反應涉及兩種細胞(小膠質細胞和星形膠質細胞),可導致神經退行性疾病[13]。例如,Ngo 等[14]鑒于在阿爾茨海默病發病過程中,小膠質細胞的激活會引發神經炎癥和神經變性,而誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和環氧合酶-2(COX-2)會在激活的小膠質細胞中過表達,并導致神經變性。通過檢測七福飲制劑中的7 種草藥成分的所有組分,觀察對脂多糖(LPS)誘導的小膠質細胞BV-2中iNOS 和COX-2 表達的抑制作用。發現并確定90%當歸和90%人參制劑選擇性抑制LPS 誘導的小膠質細胞BV-2 中iNOS 表達。并將90%人參制劑分離成9 個組分,發現組分9 最能抑制LPS 誘導的iNOS 表達,還發現人參皂苷Rg3 具有抑制LPS 誘導的BV-2 小膠質細胞iNOS 表達的潛在作用。此外,Wang 等[15]研究發現氧化苦參堿可以抑制小膠質細胞的過度激活,促進N9 小膠質細胞向M2 表型的極化,并通過抑制Toll 樣受體4(TLR4)/NF-κB 信號調節小膠質細胞的M1/M2 極化,從而有效減弱LPS 誘導的炎癥反應。

3 中藥活性成分抑制小膠質細胞活化治療常見的神經退行性疾病

隨著現代醫學研究的不斷進步,越來越多的研究證實小膠質細胞在神經退行性疾病中發揮著關鍵作用。中藥活性成分在抑制小膠質細胞治療神經退行性疾病具有巨大的研究價值,現主要就其在常見的神經退行性疾病中的應用情況進行綜述。

3.1 阿爾茨海默病 阿爾茨海默病是一種與年齡相關的進行性神經退行性疾病,其病理特征是慢性淀粉樣斑塊沉積、神經原纖維纏結形成、神經元死亡和突觸功能異常[16]。中藥活性成分通過抑制小膠質細胞的活化及介導炎癥和神經毒性治療阿爾茨海默病。苦參堿是從中藥苦參中分離的生物堿,對阿爾茨海默病、腦缺血、腦脊髓炎等神經系統疾病具有治療作用,其作用機制主要與抑制炎癥反應和細胞凋亡有關[17]。Li等[18]研究發現天然抗炎化合物苦參堿能明顯改善β淀粉樣寡聚體(oAβ)對小鼠學習記憶功能的損傷,明顯降低活性氧(ROS)、TNF-α、白細胞介素-1β(IL-1β)和白細胞介素-6(IL-6)的濃度,可以降低阿爾茨海默病小鼠大腦中活化的小膠質細胞的數量,并能顯著降低oAβ 誘導的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶亞基gp91phox 和p47phox 蛋白表達。因此,苦參堿改善認知缺陷的機制可能是抑制阿爾茨海默病小鼠模型中小膠質細胞活化和NADPH 氧化酶表達。Xiao 等[19]實驗發現,四氫姜黃素(THC)減輕了β淀粉樣蛋白(Aβ)誘導的BV-2 細胞活性抑制,減輕了Aβ誘導的BV-2 細胞G1/S 期阻滯并抑制了Aβ誘導的細胞凋亡。與模型組相比,使用THC 治療后,觀察到淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)/早老素1(PS1)小鼠小膠質細胞活化的平均光密度略有增加,但差異無統計學意義。除此之外,THC 治療還降低了APP/PS1小鼠TNF-α,增加了轉化生長因子-β1(TGF-β1)的分泌。其機制可能是通過Ras/細胞外信號調節激酶(ERK)信號抑制小膠質細胞周期停滯和凋亡減緩阿爾茨海默病的進展。Ren 等[20]研究發現,從粉防己根中提純的一種雙芐基異喹啉生物堿-粉防己堿,減輕了由Aβ1-42誘導的BV-2 細胞的炎癥激活,抑制了Aβ1-42誘導的小膠質細胞活化。同時,其還可抑制小膠質細胞炎性細胞因子TNF-α和IL-1β的分泌,減輕炎癥BV-2 細胞的神經毒性。以上說明粉防己堿可能通過抑制小膠質細胞介導的炎癥和神經毒性來改善阿爾茨海默病。五味子的主要藥理成分為五味子甲素(SchA),是從五味子果實中提取的次生代謝物,具有抗炎、抗癌、抗帕金森病等藥理作用[21]。Wang 等[22]研究發現SchA 具有改善阿爾茨海默病小鼠學習記憶的作用,能夠抑制體內外M1 小膠質細胞極化,促進M2 小膠質細胞極化,SchA 治療后的阿爾茨海默病小鼠M1 小膠質細胞標志物IL-6 水平降低,M2 小膠質細胞標志物白細胞介素-10(IL-10)水平升高。說明SchA 可能通過調節阿爾茨海默病小鼠小膠質細胞極化來改善認知功能。此外,Li 等[23]研究發現,中藥雷公藤中提取的天然提取物——雷公藤內酯醇(T10)具有很強的抗炎和免疫抑制功效。T10 治療后的APP/PS1 小鼠的小膠質細胞總數減少,小膠質細胞趨向于轉變為靜止狀態,其活化和增殖以T10 劑量依賴的方式得到抑制,同時發現高劑量T10 治療還減少了星形膠質細胞的總數,且星形膠質細胞的活化和增殖也得到抑制。Zeng 等[24]使用從大黃中提取的天然活性化合物大黃素,其具有抗炎、抗氧化、抗癌等多種藥理特性。實驗中應用大黃素治療高同型半胱氨酸血癥誘導的癡呆和阿爾茨海默病,發現大黃素可以抑制同型半胱氨酸大鼠海馬小膠質細胞活化。同時,大黃素治療改善了類似阿爾茨海默病的特征,例如神經元丟失、突觸損傷和炎癥等。

3.2 帕金森病 帕金森病是一種緩慢進行的、第二大常見的神經退行性疾病,其關鍵病理特征是黑質致密部內多巴胺能神經元的丟失[25]。帕金森病中,黑質致密部的多巴胺能神經元變性可以激活小膠質細胞,然后通過釋放潛在的神經毒性因子,促進多巴胺能神經元的變性[26]。Huang 等[27]實驗發現雷公藤內酯醇(T10)通過上調代謝型谷氨酸受體5(mGlu5)抑制小膠質細胞的激活,而活化的mGlu5 部分介導T10 對LPS 誘導的小膠質細胞毒性的保護作用。當阻斷或敲除mGlu5 時,T10 的抗炎作用會減弱。T10 可能通過調節小膠質細胞中mGlu5 的表達和相關的腺苷酸活化蛋白激酶(MAPK)信號來抑制炎性細胞因子的釋放,從而保護其免受多巴胺能神經毒性。此外,Wang等[28]研究發現,在帕金森病小鼠模型中,丹參的主要生物活性黃酮類化合物丹參酮Ⅰ選擇性抑制M1 促炎因子的表達,如IL-6,但不抑制M2 抗炎因子的表達,如IL-10。丹參酮Ⅰ可以通過調節1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導小膠質細胞活化,降低TNF-α,增加IL-10 濃度。丹參酮Ⅰ還可以抑制活化的小膠質細胞的NF-κB。并且通過檢測丹參酮Ⅰ對BV-2 神經膠質細胞核移位和NF-κB 的DNA 結合活性的影響,發現丹參酮Ⅰ防止了LPS 誘導的NF-κB 的核移位,抑制了LPS 誘導NF-κB DNA 特異性結合活性,防止了黑質紋狀體多巴胺能神經變性。穿心蓮內酯是從中藥穿心蓮中提取出來的一種雙環二萜內酯,現代藥理研究發現,穿心蓮內酯具有抗炎、免疫調節、抑菌、抗病毒、保護心血管系統與神經系統等作用,并且其具有顯著的抗炎活性[29]。NLRP3 炎性小體被認為是炎癥的關鍵調節因子,抑制NLRP3 炎性小體能抑制促炎細胞因子的釋放,進而抑制小膠質細胞向促炎狀態的極化。而激活的炎性小體能促進神經退行性疾病進展[30]。Ahmed 等[31]研究發現,穿心蓮內酯能減輕小膠質細胞中NLRP3 炎性小體的激活,挽救多巴胺能神經元的丟失。其機制可能是誘導Parkin 介導的有絲分裂抑制帕金森病小鼠模型小膠質細胞中NLRP3 炎性小體的激活。Koppula 等[32]實驗發現,芫荽果實提取物(CSE)能抑制LPS 誘導的BV-2 小膠質細胞中TNF-α和IL-6 的產生,并能抑制NF-κB 活化和核因子抑制蛋白α(IκB-α)磷酸化。除此之外,還改善了帕金森病小鼠模型中MPTP 誘導的行為障礙和氧化應激參數。Li 等[33]研究發現白藜蘆醇具有抗氧化和抗炎作用,其可減弱魚藤酮誘導的小膠質細胞活化標志物Iba1 表達,抑制BV-2 細胞鐵下垂介導的氧化應激,并通過增強對信號轉導及轉錄激活因子1(STAT1)和Kelch 樣環氧氯丙烷相關蛋白-1(Keap1)的抑制,上調核因子E2 相關因子2(Nrf2)和溶質載體家族7 成員11(SLC7A11)的表達,減輕魚藤酮誘導的BV-2 細胞的炎癥和氧化應激。

3.3 肌萎縮側索硬化癥與亨廷頓病 肌萎縮側索硬化癥是一種致命的進行性神經退行性疾病,其特征是廣泛的運動神經元丟失導致癱瘓和過早死亡[34]。Kook 等[35]鑒于肌萎縮側索硬化癥的主要病理標志是氧化應激,并發現30%的乙醇和9 種中藥(姜黃、丹參、天麻、木瓜、遠志、芍藥、甘草、蒼術和炮制過的附子)的提取物KCHO-1 具有抗炎作用,研究發現其可以減輕BV-2 小膠質細胞的氧化應激,還可以減少小膠質細胞的增殖和活化。Zhang 等[36]實驗發現從苦參根中提取的氧化苦參堿(OMT)可以減輕SOD1-G93A(TgSOD1-G93A)小鼠脊髓中小膠質細胞和星形膠質細胞的活化,延緩肌萎縮側索硬化癥進展并延長生存期。亨廷頓氏病是一種常染色體顯性遺傳的進行性神經退行性疾病,以舞蹈病、肌張力障礙、神經衰弱、認知能力下降和行為困難為特征[37]。Chakraborty 等[38]實驗發現黃酮類化合物槲皮素對紋狀體的損傷形成沒有保護作用,但能減少小膠質細胞的活化,增加損傷核心內星形膠質細胞增加。并且槲皮素還改善了3-硝基丙酸誘導的亨廷頓病大鼠行為缺陷,降低了5-羥色胺的代謝。

4 總結與展望

小膠質細胞在神經退行性疾病中發揮了重要作用,中藥活性成分可以通過抑制小膠質細胞活化治療此病。但目前研究多為動物實驗,缺乏臨床研究。隨著對神經退行性疾病的不斷深入研究,未來將更好地運用中醫藥及中藥活性成分治療此病。