川芎活性成分改善神經(jīng)退行性疾病藥理研究進(jìn)展

鄒秘 徐世軍 代淵

神經(jīng)退行性疾病(neurodegenerative disease,ND)是一類因神經(jīng)退行性改變導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞壞死或功能喪失,進(jìn)而導(dǎo)致的神經(jīng)功能障礙的疾病,主要包括阿爾茲海默癥(alzheimer's disease,AD)、帕金森癥、亨廷頓舞蹈癥等。目前認(rèn)為神經(jīng)退行性疾病主要涉及氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、神經(jīng)興奮性毒性和神經(jīng)炎癥等[1]。隨著人口老齡化的加劇,神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病率逐年增加,且有年輕化的趨勢(shì),尋找有效干預(yù)藥物是當(dāng)前亟需解決的問題。天然產(chǎn)物因其具有多種生物活性、毒副作用小等優(yōu)勢(shì)日益收到重視和關(guān)注。

本綜述將神經(jīng)退行性疾病的重點(diǎn)落于AD相關(guān),而王永炎院士認(rèn)為“氣虛—血瘀—痰瘀—釀毒—病絡(luò)”是AD早期的核心病機(jī),其中氣血虧虛是本病早期發(fā)生的前提條件,痰濁瘀血是引起本病的病理因素,毒損腦絡(luò)和毒損病絡(luò)是早期AD發(fā)生的病機(jī)核心[2]。而川芎為傘形科植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort的干燥根莖,性溫而潤,為“血中氣藥”,能“補(bǔ)血”(《藥類法象》)、“通行經(jīng)絡(luò)”(《本草綱目拾遺》),“上行頭目”(《本草蒙筌》),可“引人身清陽之氣上至于腦”(《醫(yī)學(xué)中衷參西錄》),“上行頭角,助清陽之氣”(《珍珠本》),由此成為近年來神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域研究關(guān)注的重點(diǎn)藥物。川芎活性成分包括苯酞及其二聚體、生物堿、有機(jī)酸、多糖以及腦苷脂和神經(jīng)酰胺等,藁本內(nèi)酯、川芎嗪、阿魏酸、咖啡酸以及綠原酸等為近年研究的重點(diǎn)[3]。它們多具有抗炎、抗氧化和細(xì)胞保護(hù)等作用[4],本文擬就川芎主要活性成分的神經(jīng)藥理作用進(jìn)行總結(jié),以期為其干預(yù)神經(jīng)退行性疾病研究提供參考。

1 抗神經(jīng)炎癥

神經(jīng)炎癥是神經(jīng)退行性疾病的主要病理生理特征之一,也是近年干預(yù)的研究熱點(diǎn)[5]。當(dāng)炎癥反應(yīng)機(jī)制中的小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞被多種病理刺激過度激活時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量炎癥因子,引發(fā)腦內(nèi)產(chǎn)生炎癥反應(yīng)或直接作用于神經(jīng)細(xì)胞損傷神經(jīng)元,促使腦內(nèi)發(fā)生自身免疫反應(yīng),加重對(duì)神經(jīng)元的損傷[6]。

小膠質(zhì)細(xì)胞在淀粉樣蛋白β肽(25-35)和干擾素-γ刺激下產(chǎn)生更多的促炎和神經(jīng)毒性因子,促進(jìn)核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號(hào)通路的活化,而川芎嗪可抑制一氧化氮(nitric oxide,NO)和促炎因子腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factorα,TNF-α)、白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的釋放,以及有效降低NF-κB活化[7]。川芎嗪在脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)誘導(dǎo)的腦部炎癥中,下調(diào)了IL-1β和TNF-α的表達(dá),并上調(diào)了微管相關(guān)蛋白1A/1B-輕鏈3(MAP1LC3,LC3)的表達(dá),通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路來激活自噬,從而改善神經(jīng)元的炎癥反應(yīng)[8]。阿魏酸在體內(nèi)和體外均抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化,并抑制促炎因子TNF-α和IL-1β的表達(dá)[9]。用LPS處理小膠質(zhì)細(xì)胞,而后用阿魏酸處理該小膠質(zhì)細(xì)胞,可顯著抑制其色氨酸分解代謝酶吲哚胺2,3-二加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)mRNA表達(dá),并且抑制NF-κB的核易位和p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)的磷酸化[10]。綠原酸在LPS刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞中,可顯著抑制NO生成和TNF-α釋放,減少LPS刺激的磷酸化和NF-κB的抑制蛋白α的降解,并防止NF-κB的移位[11]。香草醛在LPS刺激的BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞中,顯著降低了NO、IL-1β、TNF-α和白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6),還降低了誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)的蛋白質(zhì)水平,抑制有絲分裂原激活的蛋白激酶和NF-κB的磷酸化[12]。

2 抗氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激與神經(jīng)退行性疾病之間存在著密切的聯(lián)系[13]。神經(jīng)退行性疾病發(fā)生及發(fā)展過程中,機(jī)體氧化和抗氧化系統(tǒng)失衡,抗氧化酶活性不斷下降,體內(nèi)產(chǎn)生的過量氧自由基無法得到及時(shí)清除,導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤,蛋白酶分泌增加,產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物[14-15]。

阿魏酸可以減輕PC12細(xì)胞因缺氧而引起的氧化應(yīng)激,它阻止了缺氧后MAPK,胱天蛋白酶3(caspase-3,CASP3)和COX-2的磷酸化和激活,減少了活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成并降低了乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)的釋放水平[16]。在用帕金森氏病誘導(dǎo)的神經(jīng)毒素MPP+/1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)處理細(xì)胞和小鼠后,阿魏酸通過ERK1/2介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2(Nrf2)途徑的激活發(fā)揮抗氧化作用,抑制ROS生成[17]。川芎嗪通過增強(qiáng)Nrf2/GCLc/GSH和抑制HIF1α/NOX2/ROS途徑,改善氧化應(yīng)激[18]。在MPTP誘導(dǎo)的帕金森癥模型中,川芎嗪可以阻止MPTP升高的脂質(zhì)過氧化水平和MPTP降低的谷胱甘肽水平,阻止Nrf2和谷氨酸—半胱氨酸連接酶催化亞基的下調(diào),維持氧化還原平衡[19]。芳樟醇在谷氨酸誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激體外模型中,能夠降低脂質(zhì)過氧化作用[20]。咖啡酸和綠原酸可抑制與阿爾茨海默氏病以及某些促氧化劑引起的大鼠腦脂質(zhì)過氧化有關(guān)的關(guān)鍵酶,可能通過抑制乙酰膽堿酯酶和膽堿脂酶活性,從而減慢大腦中乙酰膽堿和丁酰膽堿的分解以防止氧化性神經(jīng)變性[21]。用藁本內(nèi)酯預(yù)處理細(xì)胞,降低ROS水平、半胱天冬酶3和細(xì)胞色素C,改善了細(xì)胞總抗氧化能力[22]。

3 改善線粒體功能障礙

為適應(yīng)細(xì)胞環(huán)境的變化并維持線粒體功能,線粒體不斷經(jīng)歷著分裂和融合的過程,統(tǒng)稱為“線粒體動(dòng)力學(xué)”[23]。線粒體通過分裂和融合的相互平衡來維持其正常形態(tài),是其發(fā)揮生理功能的基礎(chǔ)[24]。研究表明,人神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等都伴有不同程度的線粒體功能障礙[25],且線粒體動(dòng)力學(xué)異常與線粒體功能障礙相互影響、相互促進(jìn),損傷神經(jīng)元,進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展。

在谷氨酸誘導(dǎo)的永生神經(jīng)元HT-22細(xì)胞線粒體氧化應(yīng)激模型中,給予100μM芳樟醇,使線粒體形態(tài)得到了改善,并且通過降低線粒體ROS和線粒體鈣水平,保持線粒體膜電位[26]。川芎嗪能調(diào)節(jié)線粒體功能障礙途徑[18]。在鏈脲佐菌素誘發(fā)的阿爾茨海默氏型偶發(fā)性癡呆模型中,阿魏酸通過減輕線粒體膜電位的損失從而減輕發(fā)動(dòng)蛋白相關(guān)GTP酶(dynamin related protein 1,Drp1)依賴的線粒體裂變和凋亡的惡化,通過限制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開放來下調(diào)細(xì)胞色素C釋放到胞質(zhì)溶膠中,同時(shí)增加半胱天冬酶3激活,凋亡基因表達(dá)和DNA斷裂以及下調(diào)膠質(zhì)細(xì)胞纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)的表達(dá),恢復(fù)了線粒體融合所必需的線粒體融合蛋白絲裂融蛋白2的蛋白質(zhì)表達(dá)[27]。Ehraz Anis等[28]利用 6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)損傷的帕金森癥大鼠模型,證明了口服阿魏酸補(bǔ)充劑降低了線粒體Drp1的表達(dá)并增加了過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α的基因和蛋白質(zhì)表達(dá),從而調(diào)節(jié)了患病動(dòng)物的下游靶標(biāo)線粒體融合蛋白2(mitofusin 2,Mfn2)的表達(dá)并恢復(fù)了線粒體的動(dòng)力學(xué)。藁本內(nèi)酯減少了APP/PS1小鼠海馬CA1區(qū)的線粒體數(shù)目并增加了線粒體長度,在LIG治療的APP/PS1小鼠中,Drp1水平降低,絲裂融蛋白1,絲裂融蛋白2和視神經(jīng)萎縮癥蛋白1水平升高,海馬和皮層分離的線粒體中ATP水平的升高以及細(xì)胞色素c氧化酶和琥珀酸脫氫酶的活性增加,表明LIG減輕了線粒體功能障礙[29]。在MPTP誘導(dǎo)的帕金森癥小鼠模型中,綠原酸處理后顯著改善了線粒體谷胱甘肽的水平,從而改善了線粒體復(fù)合物I、IV和V的活性[30]。

4 抗神經(jīng)毒性

β淀粉樣蛋白(amyloidβ-protein,Aβ)沉積造成老年斑是AD神經(jīng)變性的關(guān)鍵特征,研究表明,阿魏酸、芳樟醇和藁本內(nèi)酯對(duì)Aβ1-42低聚物誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性具有保護(hù)作用[31-33]。藁本內(nèi)酯是通過調(diào)節(jié)TNF-α激活的NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路實(shí)現(xiàn)的抗神經(jīng)毒性作用[33]。川芎嗪可以預(yù)防氯化鈷誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞和大鼠神經(jīng)毒性,增強(qiáng)細(xì)胞活力和改善學(xué)習(xí)記憶能力[18]。綠原酸可通過調(diào)節(jié)Ca2+進(jìn)入神經(jīng)元來保護(hù)神經(jīng)元免受谷氨酸的神經(jīng)毒性[34]。此外,綠原酸可通過螯合和抗氧化作用防止原代海馬神經(jīng)元細(xì)胞受到鋁誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性[35]。咖啡酸是5-S-半胱氨酰—多巴胺誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性的有效抑制劑[36]。沒食子酸預(yù)處理可抑制6-OHDA誘導(dǎo)的神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性,上調(diào)了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和磷酸化的環(huán)磷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白[37]。

5 調(diào)控自噬作用

自噬是許多病理過程的底層機(jī)制,自噬障礙導(dǎo)致大腦中病理產(chǎn)物清除異常可以導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷[38]。研究發(fā)現(xiàn)藁本內(nèi)酯可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和自噬而減輕Aβ25-35誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞的神經(jīng)毒性[39]。綠原酸可通過mTOR/TFEB信號(hào)通路減輕Aβ25-35誘導(dǎo)的自噬和認(rèn)知損傷[40]。

6 神經(jīng)元保護(hù)作用

神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和壞死是神經(jīng)退行性疾病“腦失連接”的基礎(chǔ),保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞在改善ND中具有重要價(jià)值[41]。綠原酸通過防止NF-κB的移位,提高了多巴胺(Dopamine,DA)神經(jīng)元的存活率[11]。川芎嗪維持氧化還原平衡并抑制細(xì)胞凋亡,從而減輕多巴胺能神經(jīng)元的損傷[19]。沒食子酸可顯著增加其神經(jīng)突的長出,顯著上調(diào)了神經(jīng)突和少突膠質(zhì)細(xì)胞體中的髓磷脂蛋白水平[42]。芥子酸可顯著增加海馬中抗氧化酶的水平并降低丙二醛水平,可減少阿爾茨海默病大鼠大腦皮層和海馬的細(xì)胞損失[43]。此外,川芎中川芎內(nèi)酯I、洋川芎內(nèi)酯H、洋川芎內(nèi)酯A、阿魏酸和藁本內(nèi)酯對(duì)氧糖剝奪/復(fù)氧復(fù)糖SHSY5Y細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用,其作用與降低LDH活性和抑制ROS有關(guān)[44]。

7 思考與展望

綜上,川芎的多種活性成分具有不同角度的改善神經(jīng)退行性疾病的藥理作用,其多成分、多靶點(diǎn)、多環(huán)節(jié)的作用特點(diǎn)切合神經(jīng)退行性疾病的復(fù)雜發(fā)病機(jī)制(見圖1),可以從多角度整合調(diào)控進(jìn)而改善神經(jīng)退行性疾病。

圖1 川芎化學(xué)成分抗神經(jīng)退行性疾病的主要作用

中醫(yī)微觀學(xué)現(xiàn)在逐漸進(jìn)入人們的視線,病理機(jī)制所提的炎癥,應(yīng)激,自噬等都可算作人體環(huán)境出現(xiàn)不平衡從而導(dǎo)致的微觀表現(xiàn)不衡,類比于人體陰陽。例如在炎癥中,M1型小膠質(zhì)細(xì)胞可以分泌促炎因子,進(jìn)一步誘導(dǎo)神經(jīng)元的損傷,加重AD的發(fā)展,類比于陽[45]。同理,M2型激活狀態(tài)的小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)神經(jīng)元具有保護(hù)作用,釋放抗炎因子,減輕炎癥反應(yīng),抑制Aβ的聚集,類比于陰。M1型小膠質(zhì)細(xì)胞和M2型小膠質(zhì)細(xì)胞在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化[46],如同陰陽轉(zhuǎn)化一般。

陰陽失衡是一種復(fù)雜的變化,如果通過川芎多種活性成分共同作用,發(fā)展出能夠多靶點(diǎn)調(diào)節(jié)人體陰陽的新藥,這對(duì)于未來是不可預(yù)估的寶藏。但目前川芎中不同活性成分的協(xié)同作用研究尚屬空白,這是未來應(yīng)加強(qiáng)的研究重點(diǎn)方向之一。因此,深入研究川芎活性成分及其協(xié)同效應(yīng)必將為神經(jīng)退行性疾病的防治提供一個(gè)潛在的治療策略和思路。