基于磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B通路中藥防治阿爾茨海默病研究進展※

關慧波 張 健

(1.黑龍江中醫藥大學基礎醫學院中醫基礎理論教研室，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫藥大學2019級碩士研究生，黑龍江 哈爾濱 150040)

阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)是一種不可逆的神經退行性疾病，由于其病因尚未明確，故AD的發病機制多以假說形式存在，如β-淀粉樣蛋白(Aβ)級聯假說、Tau蛋白過度磷酸化、線粒體級聯假說等，而這些作用機制假說的最終結果都指向了大腦海馬區神經元細胞凋亡這一客觀病理改變。由磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)組成的信號通路參與了神經元細胞的生長、增殖以及凋亡等一系列過程并發揮了重要的調節作用，因此通過調節PI3K/Akt信號通路改善神經元細胞的功能和形態將成為防治AD新的研究突破點。在國家對中醫藥事業的大力支持及化學藥物防治AD未能達到理想效果的背景下，調節PI3K/Akt信號通路防治AD的研究工作逐漸向中藥側重，雖然目前中藥調節該信號通路防治AD的研究范圍廣、內容深，但缺少對相關研究的總結與歸納，故本研究回顧并綜述了近年來基于PI3K/Akt信號通路中藥防治AD的研究進展，以期為今后相關研究提供參考和幫助。

1 PI3K/Akt信號通路的組成

磷脂酰肌醇是由二?；视秃图〈碱^基所構成的一種親水性、親脂性的脂質，肌醇頭通過在肌醇環的羥基側鏈上添加磷酸基團來改變電荷，從而產生多種磷脂酰肌醇，然而有一種具有獨特磷脂酰肌醇激酶活性的蛋白質能夠與V-SRC和ROS1共純化，這種激酶即PI3K。根據結構和其底物特性的不同，PI3K可分為3類：①Ⅰ類PI3K包括2種亞型，即被酪氨酸激酶受體激活的ⅠA類和被G蛋白偶聯受體激活的ⅠB類[1-2]；②Ⅱ類PI3K有3種異構體分別為PI3K-C2α、PI3K-C2β和PI3K-C2γ；③單一的Ⅲ類PI3K在細胞的自噬、吞噬及細胞內運輸中起著重要作用。

Akt是一種分子量57 kDa的絲氨酸/蘇氨酸激酶，是生長因子誘導細胞存活的關鍵介質[3]。Akt有3個高度相似同源亞型基因，分別為Akt1、Akt2和Akt3，這些亞型由Akt相關基因編碼，在每個同種型Akt的N端區域都有與之對應的pleckstin同源(PH)結構域(約由100個氨基酸組成)[4]。Akt1主要參與細胞發育與增殖、血管內皮生長和腫瘤細胞的分化與轉移；Akt2可維持正常的葡萄糖代謝及轉運；Akt3在腦組織發育和惡性膠質瘤細胞的分化中至關重要[5-7]，但Akt1參與調節細胞凋亡的作用與AD的發生發展有著密切的聯系。

2 PI3K/Akt信號通路的傳導

PI3K作為該通路的啟動核心，需要受體酪氨酸激酶(RPTKs)及趨化因子G蛋白偶聯受體(GPCR)的激活，當Ⅰ類PI3K被活化后，在肌醇環的第3點位催化其底物磷脂酰肌醇4,5-二磷酸(PIP2)磷酸化，以轉變為磷脂酰肌醇3磷酸(PIP3)[8]，PIP3通過同源相互作用域(PH域)將Akt募集到細胞質膜上[9]，隨后Akt分別被Ser473點位上的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物2(mTORC2)及Thr308點位上的丙酮酸脫氫酶激酶1(PDK1)磷酸化[10]，活化后的Akt促進了細胞膜上的靶蛋白磷酸化，使這些通路下游靶蛋白進一步被激活。

活化后的Akt可以磷酸化哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、叉頭框轉錄因子(FOXs)、糖原合成酶激酶-3α(GSK-3α)、糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)等許多蛋白質底物，被激活的下游靶蛋白種類不同，其所介導通路的作用也各有所異。mTOR在細胞中主要以mTOR復合物1(mTORC1)及mTORC2 的形式存在，Akt需要在S939和T1462點位處磷酸化結節性硬化癥復合物2(TSC2)間接激活mTORC1，被激活后的mTORC1可促進葡萄糖代謝、脂質代謝、蛋白質合成以及抑制蛋白質分解來刺激細胞生長[11]；mTORC2被Akt激活后可重新構建細胞骨架并抑制細胞的凋亡。有研究發現PI3K同樣可以促進mTORC2與核糖體的結合以提高其激酶活性，但是具體機制尚不明確[12]。FOXs是一類基因家族，其中FOXO系列轉錄因子(FOXO1、FOXO3、FOXO4和FOXO6)與神經退行性疾病密切相關。Akt在3個位點磷酸化FOXO1、FOXO3、FOXO4并導致它們由細胞核易位到細胞質，而Akt僅在2個殘基上磷酸化FOXO6。被激活的FOXO會導致神經元細胞的損傷甚至凋亡[13-14]。然而一些研究表明，活化后的FOXOs可誘導自噬的發生以清除具有細胞毒性的物質和減少腦內Aβ的沉積，這表明FOXOs的激活也可能是有益的[15]。GSK3是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，在調節細胞代謝、增殖和活力等途徑中發揮重要的作用[16]。GSK3有2種亞型，分別為GSK-3α(51 kDa)、GSK-3β(47 kDa)[17]。Akt對于GSK3來說更多的是抑制作用，Akt可通過磷酸化GSK-3α的絲氨酸Ser21點位來抑制GSK-3α、GSK-3β[18-19]。但值得注意的是，PI3K/Akt對GSK-3β的過度抑制也可導致炎癥因子釋放[20-21]，因此該通路對GSK-3β抑制也并非都是起正向調節作用。PI3K/Akt通路激活傳導圖見圖1。

圖1 PI3K/Akt通路激活傳導圖

3 PI3K/Akt相關信號通路與AD

Aβ在腦組織的異常堆積及Tau蛋白過度磷酸化導致的神經節纖維纏繞是AD最具特征性的病理改變，可介導氧化應激、神經炎癥、細胞凋亡的發生，使AD進一步加重[22-23]。Aβ沉積以及Tau蛋白過度磷酸化可破壞大腦氧化-抗氧化的動態平衡，促使活性氧簇(ROS)、丙二醛(MDA)含量上升，提高氧化應激的水平，此外還可刺激小膠質細胞(MG)的過度活化，其中M1型MG可促進炎癥因子的分泌。骨髓細胞觸發受體2(TREM2)主要在MG上表達，可通過接頭DAP10傳遞細胞內信號，募集PI3K至細胞膜上并激活PI3K/Akt/FOXO3α通路抑制MG的活化從而減少炎癥因子的釋放，盡管有研究表明過度表達的TREM2可增強MG對癡呆模型小鼠腦內的Aβ吞噬作用[24-25]，但過度活化的MG與突觸長時間緊密連接會釋放出更多具有細胞毒性的物質，導致神經細胞損傷甚至死亡，因此TREM2在MG活化中的作用尚不明確。Aβ沉積以及Tau蛋白的過度磷酸化使神經元細胞損傷，神經元細胞通過凋亡的方式剔除這些受損的細胞，但過多的細胞凋亡亦可導致記憶認知功能的受損。核轉錄因子-κB(NF-κB)是PI3K/Akt通路下游靶蛋白之一，PI3K/Akt通路被激活后可通過調節IκB激酶(IKK)促進NF-κB易位至細胞核，使凋亡抑制因子B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)與促凋亡因子Bcl-2相關x(Bax)的比例失衡導致細胞色素C的過度釋放，并通過線粒體膜電位的耗散與凋亡蛋白酶激活因子Apaf-1和半胱氨酸蛋白酶-9(Caspase-9)聚集，進一步激活Caspase-3引起核糖聚合酶(PARP)裂解導致細胞凋亡[26-27]，并逐漸影響認知記憶功能，最終導致AD的發生。

4 中藥單體調節PI3K/Akt相關通路防治AD

4.1 木犀草素、溫郁金揮發油、柚皮素 伊金月等[28]以Aβ25-35誘導的PC12細胞損傷作為AD模型探討木犀草素對受損細胞的保護作用，研究發現經木犀草素干預后的AD細胞模型中的磷酸化蛋白激酶B(p-Akt)、超氧化物歧化酶(SOD)表達明顯增強，同時ROS、MDA及磷酸化Tau蛋白(p-Tau)等蛋白表達明顯降低，這說明木犀草素可通過改善氧化應激及Tau蛋白磷酸化水平來保護受損的細胞，其機制可能與PI3K/Akt通路被激活后抑制了促氧化物的產生有關。此外，中藥骨碎補的有效成分柚皮素同樣可激活雌激素和PI3K/Akt通路，拮抗Aβ25-35對PC12細胞造成的氧化應激損傷[29]。齊越等[30]指出溫郁金揮發油同樣可以調節PI3K/Akt通路，降低Tau蛋白在Ser 404和Thr 231點位上的過度磷酸化。前2項研究[28-29]為離體實驗故缺乏動物實驗的體內驗證，后者[30]雖為體內實驗但卻缺少了對AD模型小鼠的行為學測試，其學習記憶功能是否提高尚未可知。

4.2 藏紅花素、淫羊藿苷 藏紅花素是從中藥藏紅花提取而來。楊艷等[31]以Aβ25-35誘導的大鼠海馬神經細胞損傷作為AD模型探討藏紅花素對受損細胞的影響，研究發現經3種不同濃度的藏紅花素干預后的模型細胞中PI3K、Akt、Bcl-2及磷酸化環磷酸腺苷反應元件結合蛋白(p-CREB)表達明顯提高，而Bax表達明顯降低，這表明藏紅花素可調節PI3K/Akt通路抑制凋亡因子維持神經細胞存活。另有研究顯示，淫羊藿苷同樣可調節PI3K/Akt通路，提高p-CREB的活性，使PC12細胞免受Aβ造成的損傷[32]。這2項研究從神經細胞凋亡機制和突觸可塑性方面表明，中藥可調節該通路發揮防治AD的作用，這為未來的研究工作提供了參考。

4.3 蛇床子素、槲皮素、當藥醇苷 倪穎男等[33]以APP/PS1小鼠作為AD模型并給予蛇床子素干預治療，研究結果顯示，APP/PS1小鼠的學習記憶能力明顯提高，并且小鼠海馬區的尼氏小體、錐體細胞數量增多，PI3K、p-Akt及磷酸化糖原合成酶激酶-3β(p-GSK-3β)等蛋白表達明顯增強，Tau蛋白表達明顯降低，提示蛇床子素可通過調節PI3K/Akt/GSK-3β通路，抑制Tau蛋白在Ser202點位上的磷酸化水平，進而保護神經細胞。此外，還有研究發現，槲皮素同樣可調節PI3K/Akt/GSK-3β通路，增強p-Akt、p-GSK-3β的表達，以及提高神經細胞的存活率，其機制可能與槲皮素發揮雌激素樣保護作用有關[34]。另一項研究也表明，當藥醇苷同樣可調節PI3K/Akt通路，降低下游靶蛋白p-GSK-3β的活性，使PC12細胞免受Aβ造成的損傷[35]。這3項研究雖各有特點，但卻共同指出無論在體內還是體外實驗，Aβ和Tau蛋白過度磷酸化都能損傷神經細胞，而蛇床子素、槲皮素、當藥醇苷可通過調節PI3K/Akt通路保護神經細胞。

4.4 五味子乙素 五味子乙素是中藥五味子的單體之一。高洋洋[36]以Aβ1-42誘導SH-SY5Y細胞損傷作為AD模型探討五味子乙素對細胞活力及形態的影響，研究發現五味子乙素可明顯改善細胞的活力及形態，提高DNA甲基轉移酶(DNMT1、DNMT3A、DNMT3B)及p-Akt的表達水平，提示五味子可通過調節PI3K/Akt通路改善DNA的異常甲基化，進而達到防治AD的目的。DNA甲基化是非常經典的表觀遺傳調控機制，是真核細胞普遍的修飾方式之一。以PI3K/Akt信號通路對基因表達的調控作用為切入點，探討五味子乙素對細胞活力影響的體外研究較為新穎，若能在此基礎上進行體內實驗研究的驗證將會更有意義。

4.5 枸杞多糖 枸杞子具有滋補肝腎、明目潤肺之功，枸杞多糖是枸杞子的提取物之一。李海寧等[37]以Aβ1-40誘導HT22細胞損傷作為模型，探究枸杞多糖對細胞的保護作用機制，結果發現枸杞多糖可減少細胞的凋亡數量，并提高自噬蛋白Beclin1及微管相關蛋白1輕鏈3Ⅱ(LC3Ⅱ)蛋白表達水平，降低p-Akt及磷酸化哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(p-mTOR)蛋白表達水平，這表明枸杞多糖可通過抑制PI3K/Akt/mTOR通路，提高細胞的自噬水平達到防治AD的作用。

4.6 人參皂苷Rg2、川芎嗪、芍藥苷 人參皂苷Rg2、川芎嗪、芍藥苷分別是人參、川芎和芍藥的有效成分和單體，通過體外實驗研究表明，以上三藥皆可上調由Aβ誘導的細胞損傷模型中的Bcl-2、p-Akt等蛋白表達，降低Bax、Caspase-3的表達，這表明人參皂苷Rg2、川芎嗪、芍藥苷可通過調節PI3K/Akt通路下調Bax/Bcl-2的比值，減少神經細胞的大量凋亡[38-40]，同時也提示PI3K/Akt通路對細胞凋亡機制的有顯著的影響，是值得進一步深入探討的方向。

4.7 三七總皂苷 三七總皂苷是中藥三七的有效成分之一，具有擴張血管、抑制血小板聚集等多種作用。田新[41]以SAMP8小鼠作為AD模型探討三七總皂苷通過PI3K/Akt和磷脂酶Cγ1(PLCγ1)/蛋白激酶C(PKC)通路對氧化應激的抑制作用。經三七總皂苷干預的AD小鼠海馬神經元細胞數量明顯增加，且排列整齊，形態規則，同時其學習記憶能力明顯提高，PI3K、p-Akt及PLCγ1等蛋白表達明顯增強，這提示三七總皂苷可激活PI3K/Akt通路，發揮抑制氧化應激及抗細胞凋亡的作用，而從上述2條互相關聯的通路驗證三七總皂苷對AD的防治作用也是該研究的創新點之一。

4.8 銀杏葉內酯 銀杏葉內酯屬于萜類化合物，是中藥銀杏葉重要的活性成分之一。王翠[42]通過岡田酸誘導N2a細胞凋亡作為AD模型，并探討銀杏葉內酯對Tau蛋白磷酸化水平的影響，研究結果表明4種不同濃度的銀杏葉內酯均可顯著降低Tau蛋白磷酸化水平及GSK-3β的表達含量，提高PI3K、Akt含量表達和細胞活力，這提示銀杏葉內酯可通過激活PI3K/Akt通路抑制GSK-3β活化，降低Tau蛋白磷酸化水平，從而達到減少細胞凋亡的作用。但該研究雖然從雙染熒光顯微鏡法觀察到了細胞凋亡的改變，但并未給出Bcl-2、Bax等細胞凋亡相關蛋白的表達情況，僅從PI3K/Akt通路對Tau蛋白、Aβ的影響推測細胞凋亡的變化似乎并不完善。

5 中藥復方調節PI3K/Akt相關通路防治AD

5.1 開心散 開心散由人參、石菖蒲、遠志、茯苓4味藥組成，具有補脾益氣、開竅化痰之功效。李妍等[43]研究發現，經開心散干預的AD模型小鼠海馬區的PI3K、p-Akt、p-GSK-3β蛋白表達顯著上升，尼氏小體排列規整，神經元細胞數量增多，并且其空間記憶能力也得以改善，這表明開心散可通過調節PI3K/Akt/GSK-3β信號通路，改善神經細胞形態以及促進神經元細胞的增殖，達到緩解AD癥狀的作用。

5.2 益智治呆方 中醫學認為，腎精虛衰、痰瘀阻絡是AD的基本病機，益智治呆方(藥物組成：熟地黃、黃芪、益智、鹿角膠、石菖蒲、遠志等)具有補腎化痰、活血通絡之功效，切中AD的病機。趙翠霞等[44]研究發現，經益智治呆方干預后的AD模型大鼠海馬區的PI3K、p-Akt、p-GSK-3β、Bcl-2蛋白表達上升， Bax蛋白表達下降，表明益智治呆方可通過調節PI3K/Akt/GSK-3β通路抑制神經細胞的凋亡。

5.3 酸棗仁湯、益智聰明湯 龍清華等[45]以酸棗仁湯(藥物組成：炒酸棗仁、茯苓、川芎、知母、炙甘草)對APP/PS1轉基因癡呆模型小鼠進行干預治療，研究發現給藥后的APP/PS1小鼠學習記憶能力明顯提高，神經元細胞樹突、棘突分支增多，突觸素及突觸后致密蛋白PSD95含量明顯增多，海馬中pY607-PI3K、pS473-Akt和pS9-GSK-3β的蛋白表達明顯升高，而Tau蛋白磷酸化水平明顯受到抑制，這表明酸棗仁湯可通過調節PI3K/Akt/GSK-3β通路，改善突觸可塑性，抑制神經細胞的凋亡。此外，益智聰明湯(藥物組成：人參、茯苓、制何首烏、肉蓯蓉、益智等)同樣可調節PI3K/Akt/GSK-3β通路抑制海馬注射Aβ25-35的ICR小鼠Tau蛋白在Thr231、Ser404點位的磷酸化[46]，減少神經纖維纏繞，保護神經細胞，從而發揮防治AD的作用。

5.4 益肺溫陽化濁湯 益肺溫陽化濁湯(藥物組成：制附子、淫羊藿、人參、巴戟天等)具有溫陽化氣、益肺調樞的功效，有研究發現經益肺溫陽化濁湯干預后的海馬注射Aβ1-40大鼠海馬神經細胞凋亡數量顯著下降，并且其學習記憶能力明顯得到改善，大鼠海馬區的PI3K、Akt、Beclin1、LC3蛋白表達水平明顯下降，mTOR含量明顯提高，這說明益肺溫陽化濁湯能夠調節PI3K/Akt/mTOR通路，提高細胞自噬水平，抑制神經元細胞的凋亡[47]，然而該實驗研究設計缺少陽性對照藥，可能對結果的真實性產生干擾。

5.5 加減薯蕷丸、六味地黃丸、地黃飲子 加減薯蕷丸(藥物組成：熟地黃、山茱萸、肉蓯蓉、巴戟天、遠志、五味子等)以經典名方薯蕷丸加減化裁而成，具有補腎健脾、化痰祛瘀的功效，是名老中醫呂繼端治療癡呆的經驗方。有研究表明，加減薯蕷丸可顯著改善AD模型大鼠學習記憶能力以及神經元細胞形態和功能，大鼠海馬區PI3K、p-Akt、Bcl-2表達明顯升高，而Bax、Caspase-3及白細胞介素1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等蛋白的表達明顯降低。這表明加減薯蕷丸可調節PI3K/Akt/Bcl-2通路，減輕神經炎癥的損傷，抑制細胞的凋亡[48]。此外，同樣具有補腎填精功效的六味地黃丸及地黃飲子從體外、體內研究驗證了調節PI3K/Akt/Bcl-2通路可降低Bax/Bcl-2比值以及MDA的含量，提高SOD的活性，進而減少細胞的凋亡并改善氧化應激水平[49-50]。

5.6 參芪益智顆粒 秦莉霞等[51]研究發現，王永炎教授防治AD的經驗方參芪益智顆粒(藥物組成：黃芪、黃芩、人參、丹參等)可顯著改善AD模型大鼠的學習記憶能力，提高海馬區錐體細胞數量，改善細胞的排列分布情況，增強PI3K、Akt蛋白的表達水平，提示參芪益智顆?？赏ㄟ^激活PI3K/Akt通路，改善神經元細胞活力及形態，進而達到防治AD的作用，這也提示神經元細胞的形態和數量是影響大腦記憶認知功能的重要因素。

6 總結與展望

通過綜述15種中藥單體及9種中藥復方通過PI3K/Akt相關通路防治AD的研究，發現這些中藥主要調節PI3K/Akt、PI3K/Akt/mTOR、PI3K/Akt/GSK-3β、PI3K/Akt/Bcl-2等信號通路，涉及的機制主要包括減少Aβ沉積、抑制Tau蛋白過度磷酸化、抑制氧化應激、抑制神經炎癥、減少細胞凋亡、調節自噬水平。

通過對近年來相關研究的總結與分析，發現這些中藥大多具有補腎填精、化痰開竅、活血祛瘀的功效，這與癡呆“腎精不足，痰瘀阻絡”的中醫病機相契合，這提示以補腎、化痰、祛瘀為AD的治療原則可能會成為未來研究的新思路。但同時也存在一些問題，首先目前有關PI3K/Akt通路上的蛋白激活傳導機制尚不明確或存在一定的爭議，這必然會成為限制中藥調節該通路防治AD研究因素之一。其次，目前的實驗研究更注重微觀的分子生物機制探討，其研究成果為臨床提供的借鑒與指導作用微弱，因此未來需要將實驗研究與臨床研究相結合，以進一步深入探究中藥在調節PI3K/Akt信號通路防治AD中的作用。