丹參酮在阿爾茨海默病中的神經保護作用機制研究進展

張志華，王洪權，李 強

(1.赤峰學院附屬醫院 神經內科 內蒙古 赤峰 024005；2.航天中心醫院、北京大學航天臨床醫學院 神經內科/航天醫學中心,北京 100049)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD) 是最常見的一種神經變性病，以進行性腦功能失調為特征的疾病，表現為記憶、認知、語言和行為障礙以及人格改變等。AD的典型病理特征為由beta-淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ) 細胞外沉積形成的老年斑(senile plaques，SPs)和細胞內由tau蛋白過度磷酸化引起的神經原纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFTs)[1]。AD目前沒有確切有效的治療方法。給社會和家庭帶來了沉重的經濟和精神負擔。目前AD發病機制尚不清楚，主要的發病機制假說包括淀粉樣蛋白學說、氧化應激學說、線粒體功能障礙學說和膽堿能學說等。針對不同的假說機制具有相應的治療策略。近年來研究顯示，天然化合物通過多種機制能、多靶點治療特性抑制AD的發生，成為近年AD治療有益的探索。本文就近年來以Tan IIA為代表的丹參酮在AD中的藥理作用及其機制的研究進展綜述。

1 丹參與丹參酮

丹參為唇形科植物，以干燥根及根莖入藥，具有活血化瘀、通經止痛、清心除煩、涼血消癰的作用。丹參的根(roots ofSalviamiltiorrhizaBunge，Lamiaceae)被廣泛應用于臨床治療心腦血管疾病。根據其結構特點，丹參的主要成分可分為兩類，第一類含有水溶性多酚化合物，如丹酚酸B (salvianolic acid B，Sal B)、丹酚酸A(salvianolic acid B，Sal A)和丹參素。第二類包含親油性化學物質，如丹參酮I (tanshinone I，Tan I)、丹參酮IIA (tanshinone IIA，Tan IIA)、隱丹參酮(cryptotanshinone)和二氫丹參酮(dihydrotanshinone)[2]。其中Tan IIA是最主要的成分。丹參酮結構見Fig 1所示。

Fig 1 Structure of neuroprotective tanshinones

Fig 2 Schematic representation of tanshinones-mediated neuroprotection in AD

2 丹參酮在AD中的神經保護作用機制

2.1 抑制膽堿酯酶活性AD的膽堿能損傷學說(cholinergic hypothesis)認為AD 病變過程中基底前腦區存在膽堿能神經元丟失，膽堿能受體密度下降，膽堿乙酰化酶(choline acetyltransferase，ChAT)和乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase，AChE)活性及ACh的生成、釋放、攝取等膽堿能神經系統功能降低，出現中樞膽堿能神經系統紊亂，進而導致認知和記憶功能障礙，被認為是AD的重要病因。早期研究顯示，Tan I具有強效抑制AChE活性的藥理學作用，表明丹參酮具有AChE抑制劑活性[3]。在鏈脲菌素(streptozotocin，STZ)誘導的小鼠認知功能障礙AD模型中， STZ升高AChE活性，而Tan IIA可以抑制STZ引起的AChE活性增加[4]。在東莨菪堿(Scopolamine，SCO)誘導的小鼠認知功能障礙AD模型中，Tan IIA降低SCO引起的AChE活性增加，并同時降低ChAT活性[5]。在Aβ25-35誘導的AD損傷模型中，側腦室注射經Tan IIA孵育的間質干細胞(Tan IIA-MSCs)， 可降低AChE活性，并促進ACh的釋放[6]。綜上所述，表明丹參酮具有AChE抑制劑活性。

2.2 對Aβ的作用(1) 抑制Aβ產生、促進Aβ降解:Aβ是由淀粉樣蛋白前體蛋白(amyloid-β precursor protein，APP)經不同的分泌酶相繼切割生成。研究顯示，Tan IIA能夠在轉染APPsw的SH-SY5Y細胞中，通過降低BACE1水平減少Aβ1-40和Aβ1-42的產生[7]。同時，Tan IIA上調ADAM10和sAPPα，這表明Tan IIA具有促進α-分泌酶的活性，從而減少APP經β-分泌酶途徑產生Aβ[7]。同時，Tan IIA能夠上調Aβ降解酶，即中性內肽酶(neprilysin，NEP)胰島素降解酶(insulin-degrading enzyme，IDE)的蛋白表達，這表明Tan IIA具有促進Aβ降解的功能[7]。側腦室注射經Tan IIA孵育的間質干細胞(Tan IIA-MSCs)，可降低BACE1和PS1蛋白和mRNA表達水平，而對AMDM10無影響，從而降低Aβ1-40的產生[6]。總之,體內外研究顯示,Tan IIA具有抑制Aβ產生和促進其降解的功能，Tan IIA是β-分泌酶抑制劑，能夠通過抑制β-分泌酶活性減少Aβ的產生。

(2) 抑制Aβ的聚集以及促進纖維狀Aβ的降解:早期原子力顯微鏡(atomic force microscopy，AFM)和硫磺素T (Thioflavin-T，Th-T)染色研究發現，Tan IIA和Tan I均具有抑制纖維狀Aβ(amyloid fifibril，fAβ)形成和促進fAβ解聚的功能，而Tan I較Tan IIA具有更強的抑制作用[8]。在APP/PS1雙轉基因小鼠中，Tan IIA能夠降低Aβ1-42的聚集，并減少CTFs的形成[9]，驗證了早期的體外研究。在APP/PS1雙轉基因小鼠中，Tan IIA能夠降低老年斑的形成[10]。以上研表明，Tan IIA能夠抑制Aβ的聚集、促進纖維狀Aβ的降解和抑制老年斑的形成。

(3) 抑制Aβ誘導的氧化應激損傷和凋亡發生:Tan IIA在AD中的具有抗凋亡機制從而發揮神經保護作用研究最早源于西安交通大學醫學院胡海濤教授組的研究，他們發現在原代培養大鼠皮層神經元中，Tan IIA上調Bcl-2/Bax比例、降低caspase-3激活和抑制細胞色素C釋放，同時降低細胞上調谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、SOD活性，降低MDA和ROS產生，上調線粒體模電位[11]，這表明，Tan IIA具有通過抑制氧化應激，從而抑制凋亡的發生。后期研究顯示，Tan IIA在Aβ誘導的PC12細胞[3，12]、原代皮層神經元[13]、SH-SY5Y細胞[14-15]中通過抗氧化和抗凋亡機制抑制Aβ誘導的損傷。隱丹參酮與多奈哌齊合用能夠在SH-SY5Y細胞中抑制Aβ誘導的細胞凋亡[16]。

體內研究結果也證實,Tan IIA在AD中具有抗凋亡作用。在Aβ1-42誘導的大鼠AD模型中，Tan IIA通過抑制caspase-3激活抑制凋亡發生[17-19]。在APP/PS1雙轉基因小鼠中，Tan IIA亦能通過抑制凋亡發生發揮神經能保護作用[20]。在東莨菪堿(scopolamine，SCO)誘導的小鼠認知功能障礙AD模型中，Tan IIA通過降低MDA和 ROS，升高SOD發揮抗氧化作用，通過降低Bax和cleaved-caspase-3以及上調Bcl-2水平發揮其抗凋亡作用[5]。而在鏈佐霉素(streptozotocin，STZ)誘導的小鼠認知功能障礙AD模型中，Tan IIA通過降低MDA、上調SOD和GSH-px活性來發揮其抗氧化作用[4]。最近研究顯示，Tan IIA能改善側腦室注射STZ誘導的小鼠認知障礙，其分子機制可能與抑制內質網應激及細胞凋亡有關[21]。

2.3 抑制tau蛋白過度磷酸化AD的Tau 蛋白異常磷酸化假說認為，異常過度磷酸化的 Tau 蛋白以配對螺旋絲結構形成神經原纖維纏結(NFTs)并在神經元內聚積，Tau蛋白異常在AD患者神經變性和學習記憶障礙的發生發展中起重要作用。Aβ 等可通過抑制PI3K和PKC途徑而激活GSK-3β 并使 Tau 蛋白發生過度磷酸化、聚積，從而導致神經元功能、結構改變、記憶障礙[22]。因此，抑制tau蛋白的過度磷酸化成為治療AD的手段之一。在Aβ25-35誘導的原代培養皮層神經元AD損傷模型中，Tan IIA能夠抑制Aβ25-35誘導tau蛋白過度磷酸化，進一步機制研究顯示，Tan IIA通過抑制降低細胞漿p25表達，進而與抑制細胞周期依賴性蛋白激酶5(cyclin-dependent kinase 5，CDK-5)激活相關[23]。p25/Cdk5符合體參與對tau蛋白的過度磷酸化。在Aβ1-42誘導的AD大鼠損傷模型中，Aβ1-42誘導tau蛋白(Ser396， Ser404和Thr205)的過度磷酸化和GSK-3β的激活，而Tan IIA抑制GSK-3β激活和tau蛋白過度磷酸化，表明，Tan IIA具有通過抑制GSK-3β激活抑制tau過度磷酸化作用[17]。最近研究結果證實以上結論，研究顯示Tan ⅡA降低了N2a細胞、Tau過表達細胞和3×Tg-AD小鼠原代神經元細胞Tau的表達，抑制Tau的磷酸化。此外，TanⅡA增加多泛素化Tau的積累，并誘導Tau蛋白經蛋白酶體降解。此外，TanⅡA與Tau蛋白結合并抑制肝素誘導的Tau纖維的形成。總之，Tan ⅡA可促進Tau的多泛素化，誘導Tau蛋白經蛋白酶體降解，TanⅡA與Tau蛋白的結合，抑制Tau原纖維的形成。Tan ⅡA可能作為AD治療的一個潛在候選藥物[24]。

2.4 抗神經炎癥作用神經炎癥(neuroinflammation)參與AD發病機制和病理進程。 Aβ在中樞神經系統的過度聚集可激活小膠質細胞和浸潤外周免疫細胞加速神經炎癥。小膠質細胞的慢性激活導致神經炎癥，導致AD發生。Aβ斑塊與小膠質細胞和星形膠質細胞相互作用，增加促炎介質的產生，觸發炎癥級聯反應。此外，全身炎癥可作為觸發免疫系統的外部因素，從而加速AD疾病進展。體內研究顯示丹參酮具有抗神經炎癥作用。在Aβ1-42誘導的小鼠AD模型中，神TanⅡA和隱丹參酮的神經保護作用與其抗神經炎癥有關，表現為腦內GFAP、COX-2、iNOS、NF-κB的表達減少。此外，在Aβ1-42誘導的大鼠AD模型中，TanⅡA減少了促炎細胞因子IL-1β和IL-6的分泌，這可能是通過減少星形膠質細胞和小膠質細胞的活化介導的[25]。此外，在APP/PS1小鼠中，TanⅡA的神經保護作用與減輕小膠質細胞和星形細胞活化、促炎性細胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β的產生有關，同時進一步機制研究顯示，TanⅡA與其對RAGE和NF-κB信號轉導活化有關[10]。側腦室注射經Tan IIA孵育的間質干細胞(TIIA-MSCs)對Aβ25-35誘導的AD損傷模型中研究發現，Tan IIA的神經保護作用與其對促炎性因子(IL-1、IL-4、IL-6、IL-10和TNF-α)的釋放有關[26]。而體外細胞研究同樣證實了丹參酮在AD中具有抗神經炎癥作用[7，10，14]。最近研究顯示，Tan IIA可激活PI3K/AKT通路、降低腦內炎癥反應、抑制小膠質細胞和星形膠質細胞過度激活，進而可保護AD小鼠神經受損，提高學習記憶能力[27]。

3 結語

丹參酮作為丹參的粗提取物，多年來在中國和其他國家被廣泛用于治療各種人類疾病。最近，丹參酮不同劑型，如片劑、膠囊劑、顆粒劑、口服液、注射劑、噴霧劑和藥丸，可作為多種人類疾病的治療策略。復方丹參片滴丸被正式列入《中國藥典》(2020)中，這表明丹參酮在人類患者中的藥用價值。這些藥物制劑的不良反應輕微， 在人類臨床試驗中被認為是相對安全的。這些制劑在實驗動物和人類患者中經口吸收，在人類中半衰期約為1～5 h。中國臨床試驗注冊中心(https：//www.chictr.org.cn/index.aspx) 目前關于丹參酮的臨床注冊研究包括治療急性缺血性腦卒中、心血管疾病、肺動脈高壓、急性冠脈綜合征等，表明丹參酮可能是一種有吸引力的治療策略。然而，與大多數植物化學物質一樣，丹參酮的水溶性差，吸收能力差，可能限制了其作為理想候選藥物的應用。另外，丹參酮的不良藥代動力學特性是藥物開發的另一個挑戰。然而，已經開發了一些藥理學策略來促進丹參酮IIA的吸收和生物利用度，其中之一是以鹽形式制備該化合物，如丹參酮IIA磺酸鈉。未來的研究應側重于藥物設計以及精心設計臨床試驗，將丹參酮作為治療多種神經系統疾病的候選藥物。

綜上所述，Tan IIA及其相關化合物具有膽堿酯酶抑制劑活性，能夠通過抑制Aβ產生和聚集、促進Aβ降解，抑制Aβ誘導的氧化應激損傷和凋亡發生，以及抗炎和抑制tau蛋白過度磷酸化機制對AD具有治療作用(Fig 2)。而其在PD中可通過抗氧化、抗凋亡、抗炎和調控Nrf2/ARE通路發揮其對PD的治療作用。表明丹參酮在以PD和AD為代表的神經變性病中具有廣闊的應用前景。盡管丹參酮針對部分疾病的藥物臨床試驗研究，但是目前針對AD和PD的藥物臨床試驗研究尚缺乏，值得期待。