肉桂及其有效成分治療神經退行性疾病的研究進展

安迎鳳 李根林 吳宿慧 李寒冰

(河南中醫藥大學 河南省仲景方藥健康衰老產業工程研究中心，河南 鄭州 450046)

肉桂為樟科植物肉桂的干燥樹皮，為傳統溫里藥，肉桂之名首見于《唐本草》。在《神農本草經》中列為上品〔1〕，有“主上氣咳逆，結氣，喉痹吐吸，利關節，補中益氣，久服通神，輕身不老”之說。主產于我國廣東、廣西省及越南、緬甸等地〔2〕，肉桂作為藥食兩用的特色中藥，素有“南桂北參”之說。由于其具有顯著的生物活性，被多個國家稱為保健產品。臨床常用于骨質疏松〔3〕、生殖系統〔4〕、代謝綜合征〔5〕、腫瘤〔6〕、心血管〔7〕、神經系統疾病〔8，9〕等的治療。

肉桂中化學成分類型眾多，包括揮發油、酚酸類、黃烷醇類、木脂素類、香豆素類、萜類、多糖類等〔10，11〕。其中肉桂醛(TCA)為肉桂的主要活性成分，具有抗氧化〔12〕、抗炎癥〔13〕、抗菌〔14，15〕、抗腫瘤活性〔16，17〕、降糖〔18，19〕、降脂〔20〕、神經保護和增強記憶〔21〕等藥理活性，也是《中國藥典》規定的指標性成分〔22〕。TCA通過氧化轉化為肉桂酸，在肝臟中，肉桂酸被氧化成苯甲酸鈉(NaB)，主要以鈉鹽或苯甲酰輔酶A的形式存在〔23〕。TCA被美國食品藥品監督管理局(PDA)和歐洲食品安全局(EFSA)批準為安全的天然成分(每日攝入量為1.25 mg/kg體重)〔24〕。

神經退行性疾病是一類進行性發病，可致殘，嚴重可致死的復雜疾病。如阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、多發性硬化(MS)、亨廷頓病(HD)、肌萎縮性脊髓側索硬化(ALS)和弗里德賴希共濟失調(FRDA)等。這些疾病多見于老年人，主要癥狀有記憶功能障礙、運動障礙及認知缺陷等〔25〕。

近年來，大量研究表明，肉桂及其有效成分在神經退行性疾病的預防和治療方面有良好的前景。本文就肉桂及其有效成分在這一領域的作用進行綜述，為其進一步研究和應用提供參考。

1 肉桂對抑制Tau蛋白異常磷酸化的影響

Tau蛋白是神經細胞中含量最高的微管相關細胞骨架蛋白，它可與微管蛋白結合促進其聚合形成微管，穩定微管，降低微管蛋白分子的解離。然而Tau蛋白過度磷酸化后會導致微管的結構破壞和功能紊亂，其神經元微管解體，形成神經原纖維纏結(NFTs)，進而導致細胞功能喪失〔26〕。有研究表明Tau蛋白過度磷酸化在AD起病與發展過程中具有非常關鍵的作用，AD患者腦內Tau蛋白過度磷酸化水平異常高〔27〕。

Peterson等〔28〕研究發現，在體外實驗中，利用濁度測量、硫黃素(Th)T熒光、透射電子顯微鏡和離心等方法監測Tau187的聚集，結果顯示肉桂提取物能促進重組Tau纖維的完全分解，并導致AD從腦分離的成對螺旋纖維形態發生實質性改變。George等〔29〕研究同樣表明肉桂化合物可以防止AD中的Tau蛋白聚集。

2 肉桂對抑制β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集的影響

Aβ是由淀粉樣前體蛋白(APP)經β和γ分泌酶的蛋白水解作用產生〔30〕，異常APP加工和神經毒性Aβ片段的釋放導致Aβ聚集成為低聚物并聚合形成原纖維，原纖維聚集在一起形成淀粉樣斑塊，從而阻礙突觸傳遞，激活炎性反應和破壞神經元代謝，導致神經元死亡。因此Aβ沉積被認為是AD發病的主要機制〔31〕。

在體外細胞實驗中，應用APP-pcDNA 3.1載體穩定轉染中國倉鼠卵巢細胞(CHO)生成APP-CHO細胞，通過酶聯免疫吸附試驗(ELISA)測定，肉桂提取物可有效降低APP-CHO細胞中Aβ40的產生，對肉桂行柱色譜法和高效液相色譜法(HPLC)分離得到：丁香樹脂酚、木蘭脂素、香豆素、2-羥基肉桂醛、cryptamygin A和3′，5，7-三甲氧基表兒茶素。與二甲基亞砜處理的對照組相比，4 μg/ml木蘭脂素和cryptamygin A使Aβ40的產生分別減少了50%和60%。此外，用任1種以上化合物處理APP-CHO細胞均降低β分泌酶和sAPPβ(β分泌酶切割產生的片段)的含量，結果表明肉桂提取物具有抗Aβ活性的作用〔32〕。Frydman-Marom等〔33〕研究發現肉桂提取物能顯著抑制Aβ寡聚體的形成并抑制Aβ介導的PC12細胞的毒性。在轉基因黑腹果蠅模型中，與正常喂養果蠅的培養基相比，含有肉桂提取物的培養基中果蠅壽命明顯延長，為驗證這一結論，本實驗采用AD轉基因小鼠模型，連續灌胃肉桂提取物(100 mg/ml)120 d，并監測認知功能的變化及低聚物和斑塊的存在，結果表明給予肉桂提取物的小鼠Aβ寡聚體和斑塊顯著減少，認知行為得到改善。

3 肉桂對抑制α-突觸核蛋白(Syn)異常聚集的影響

研究表明，α-Syn參與構成了多種神經退行性疾病胞質包涵體的成分，在神經細胞突觸中釋放神經遞質多巴胺中起關鍵作用〔34〕。在生理情況下，α-Syn可以維護突觸傳遞神經沖動的功能，參與調節多巴胺的生物合成，同時對神經細胞具有保護功能，如對抗異常蛋白聚集并促進其降解等。在有外界損傷的條件下，聚集成人神經細胞中的原纖維，損害神經細胞，從而導致典型的PD臨床癥狀，如肌肉震顫等〔35〕。

Shaltiel-Karyo等〔36〕研究發現，在體外實驗中，通過ThT熒光、透射電子顯微鏡(TEM)等方法，觀察到肉桂提取物(CEppt，100 μmol/L)可以抑制α-Syn原纖維形成和聚集。并采用過表達人轉突變型A53T α-Syn基因的PD黑腹果蠅模型進行體內實驗，連續檢測19 d，發現CEppt(0.75 mg/ml)可以明顯增強果蠅的飛爬能力。用α-Syn抗體對果蠅的大腦進行免疫熒光染色，分析其腦內α-Syn積累情況，發現用CEppt處理過的果蠅腦內的α-Syn聚集物顯著減少。

4 肉桂對抑制神經炎癥的影響

神經炎癥是AD、PD和ALS等神經退行性疾病的共同發病機制。小膠質細胞和星形膠質細胞的激活是中樞神經系統產生神經炎癥的主要特點，該過程可產生大量的炎癥因子〔如腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細胞介素(IL)-6、IL-8等〕、趨化因子、神經調節素等，這不僅對血腦屏障產生了破壞作用，還會加劇多巴胺能神經元的退行性變性、缺失甚至壞死。然而，受損的神經元又會激活更多的小膠質細胞，形成持續的、不受控制的循環，加重疾病的進程〔37〕。目前，膠質細胞的激活與神經損傷之間的關系尚未明確闡明，但膠質細胞已成為神經退行性疾病的研究熱點和治療靶點〔38〕。

炎癥是腦卒中神經元損傷的關鍵危險因素。Chen等〔39〕采用結扎小鼠右側大腦中動脈(MCA)和右側頸總動脈(CCA)造腦缺血模型，研究發現TCA(10～30 mg/kg)能明顯減少腦缺血小鼠的梗死面積，抑制脂多糖(LPS，0.5 μg/ml)誘導小鼠小膠質細胞(BV2)一氧化氮(NO)生成，下調NO合酶(iNOS)、環氧合酶(COX)-2和TNF-α基因表達并抑制核轉錄因子(NF)-κB和p53信號通路，從而抑制神經炎癥。在Fu等〔40〕研究中，通過脂多糖(LPS)激活BV2建立體外炎癥損傷模型，研究肉桂及其化合物對神經炎癥的抑制作用，給予TCA干預，實驗結果發現TCA (10 μmol/L)顯著抑制了LPS激活的BV2的NO、TNF-α和IL-1β的生成及NF-κB的激活。Abou El-Ezz等〔41〕采用腹腔注射LPS(0.8 mg/kg)制備神經炎癥模型，3 h后腹腔注射給藥TCA(溶入磷酸鹽緩沖液(PBS)50 mg/kg)，連續7 d，通過Morris水迷宮物體識別測試和礦場測試評估記憶功能和運動能力。結果與空白對照組相比，TCA組明顯改善了小鼠的空間學習和記憶能力，通過ELISA，TCA組明顯抑制LPS誘導的IL-1β的升高。免疫組織化學結果顯示，TCA可減少小鼠腦內Aβ1～42蛋白的積累。以上研究表明，肉桂在預防小膠質細胞介導的神經炎癥中發揮積極作用。

5 肉桂抗氧化應激的作用

氧化應激是由活性氧(ROS)過量產生或代謝不足引起的，被認為是神經退行性疾病導致神經細胞損傷的主要危險因素〔42〕。正常情況下，細胞會產生防御反應和修復機制來克服強大的氧化應激。然而，在AD，PD等神經退行性疾病中，由于抗氧化酶〔包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)等〕的活性減弱，抗氧化防御系統不能完全拮抗ROS介導的作用〔43〕。目前，關于神經退行性疾病中導致腦細胞損傷和死亡的機制有多種假說，如興奮性氨基酸的神經毒性作用、細胞能量代謝紊亂、自由基或其他反應性分子引起的氧化應激等〔44〕。

在Modi等〔45〕實驗研究中，給予肉桂粉與0.5%羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)混合物(100 μl/d)灌胃2個月，實驗結果表明肉桂可以通過降低二氫乙硫胺(DHE)，增加還原型谷胱甘肽(GSH)的水平，抑制轉基因AD小鼠模型中海馬體的p21rac(還原型輔酶Ⅱ氧化酶復合物的一種成分)的活化和氧化應激，同時還可減少海馬體中Aβ沉積，保護小鼠的記憶和學習能力。Liu等〔46〕采用結扎大鼠雙側頸總動脈的方法造模，給予(2R，3S)-Pinobanksin-3-cinnamate(PNC)5 w后，結果發現PNC(10 mg/kg)能顯著降低丙二醛(MDA)水平，增強SOD活性和GSH水平，并降低細胞色素C的釋放及半胱氨酸天冬氨酸酶(Caspase)的活性。蛋白免疫印跡結果顯示經PNC處理后氧化酶(Nox)1和促凋亡蛋白bax的表達明顯下降，并顯著改善了血管性癡呆大鼠的行為學表現。黃宏妙等〔47〕研究發現肉桂水提液(10、20、30 g/kg)能抑制腦缺血再灌注損傷大鼠羥自由基的產生，提高GSH-Px活性，表明肉桂水提物有抗氧化作用。

6 肉桂對線粒體障礙的影響

線粒體是細胞內氧化應激的源頭和細胞凋亡的場所，因此保護線粒體是神經保護的關鍵。PD的線粒體缺陷最早于1989年在PD患者的腦內黑質(SN)中被發現〔48〕，在PD患者的SN中，線粒體復合物Ⅰ活性明顯降低，并且可以觀察到高水平的線粒體DNA缺失〔49〕。在PD的多巴胺神經元中，觀察到過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(PGC-1，一種對線粒體基因表達很重要的共激活因子)的減少〔50〕。這些數據提示PD腦內存在線粒體功能和生物發生缺陷。

線粒體分裂蛋白(Drp1)是控制線粒體分裂和線粒體形態的關鍵蛋白〔51〕。在Bai等〔52〕實驗研究中，用定量比色法和細胞的活力測定(MTS)法檢測細胞的線粒體活性，證實了與正常人神經母細胞瘤細胞(SH-SY5Y)相比，TCA(100 μmol/L)可以提高細胞活力約50%，研究發現TCA可通過調節Drp1的表達，維持線粒體膜電位，促進線粒體功能，降低了SH-SY5Y-neo細胞磷酸化微管相關蛋白(p-Tau)的水平。有研究報道肉桂多酚對線粒體生物能有很強的保護作用，可保護線粒體膜電位，改善腦缺血損傷〔53〕。

7 肉桂抑制細胞凋亡的影響

細胞凋亡是指為維持內環境穩定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡。細胞凋亡涉及一系列基因的激活、表達及調控等作用，其信號傳導通路分為外源通路(死亡受體通路)和內源通路(線粒體通路)，兩條通路最后都匯集于下游的效應caspase，即凋亡蛋白酶caspase的激活，最終誘導細胞凋亡。在神經退行性疾病患者的自噬大腦中，發現了許多死亡的神經元，其中大多數表現為凋亡的形態學特征和促凋亡因子的表達水平升高，包括caspase、免抗人單克隆抗體(bax)、B淋巴細胞瘤-2 基因相關啟動子(bad)、B淋巴細胞瘤基因(bcl)-2、bcl-XL、谷氨酸受體蛋白、前列腺凋亡反應因子(Par)-4、p53、端粒酶、蛋白激酶C、鈣離子結合蛋白等信號均可引起神經元凋亡〔54〕。

神經細胞凋亡會損害機體的學習記憶功能，并參與神經退行性相關疾病。Lv等〔55〕采用大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤(PC12)作為神經元樣細胞模型，該細胞系一直被應用于神經退行性疾病的研究，研究發現TCA(5、10、20 μmol/L)可阻斷線粒體細胞色素C的釋放，改善谷氨酸誘導的caspase-3和caspase-9的活化，從而抑制細胞凋亡。也有研究發現肉桂總黃酮(40、60、80 μg/ml)可有效抑制6-羥基多巴胺對PC12細胞的損傷〔56〕。

8 肉桂調節自噬的作用

自噬是一把雙刃劍，一方面可以防止神經元中異常蛋白的積累，另一方面，自噬過度活躍的作用會損壞神經細胞。自噬異常是退行性疾病蛋白異常聚集的主要病理生理機制之一。

p62蛋白可作為將要被自噬作用降解的小泡受體，也可作為要被清除的泛素化蛋白聚集物的受體，在細胞自噬過程中起到分子調節器的作用。Bae等〔57〕采用腹腔注射1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(MPTP)制備小鼠模型和1-甲基-4-苯基吡啶(MPP+)損傷BE(2)-M17細胞實驗中，研究發現TCA(10 mg/kg)可抑制PD小鼠模型多巴胺能神經元死亡，抑制MPTP模型小鼠SN中p62的下調，還發現TCA(10 μmol/L)可以減少PD細胞模型中BE(2)-M17細胞死亡的數量，經綠色熒光蛋白-微管相關蛋白1輕鏈(GFP-LC)3的建立及表達載體后，用熒光顯微鏡檢測并計數LC3點，發現經TCA處理后顯著減少了LC3斑點的形成。證明TCA對MPTP誘導的PD小鼠模型具有神經保護作用及自噬抑制作用。

綜上，可見肉桂及其有效成分在神經退行性疾病的研究中，作用廣泛，具有一定藥效特征，其作用機制可能與以下途徑有關，見表1。

表1 肉桂及其有效成分對神經退行性疾病治療作用的研究總結

眾所周知，神經退行性疾病是一種異質性疾病，其特征是將神經元及其髓鞘進行性退化〔58〕。最常見的為認知和行為障礙。可分為急性神經退行性疾病和慢性神經退行性疾病，前者主要包括腦卒中、腦缺血(CI)、腦損傷(BI)和癲癇等。后者包括AD、PD、HD、ALS、路易體癡呆(DLB)、額顳葉癡呆(FTD)、脊髓小腦共濟失調(SCA)、腦葉硬化癥、遺傳性共濟失調(HA)等〔59，60〕。其中AD和PD最為常見，已有證據表明AD和PD有共同特征〔61〕。大約80%的PD患者會隨著時間的推移發展為癡呆，從PD發病到癡呆的平均時間約為10年〔62〕。有研究發現α-Syn是AD淀粉樣斑塊中的非淀粉樣成分，超過60%的AD病例伴有路易小體的形成〔63〕。有證據表明線粒體功能障礙、氧化應激和炎癥等可能是AD和PD共同發病因素，但是其致病機制尚未完全闡明〔61〕。神經退行性疾病的病理過程涉及多種因素和機制，包括抑制Tau蛋白異常磷酸化、抑制Aβ沉積、抑制α-Syn聚集、抗神經炎癥、抗氧化、抗細胞凋亡等。對此類復雜疾病，單一靶點藥物療效有限，尋找具有多種作用機制、多靶點的天然藥物是目前研究的熱點。目前研究表明肉桂有可能成為治療神經退行性疾病的一種安全有效、有應用前景的藥物。雖有眾多體內外實驗研究報道，但肉桂活性成分的作用和靶點仍不明確，缺少深入的具有前瞻性的對比性研究。因此，將肉桂用于臨床治療AD、PD等神經退行性疾病之前，仍需要在大量動物甚至人類試驗中得到驗證，其最佳劑量也需要在研究中確定。