木犀草素治療阿爾茨海默病的作用機制研究進展

孫會艷，周立燕，任麗雪，李 強，王洪權

(1. 赤峰學院醫學部，2. 內蒙古人類遺傳病研究重點實驗室，內蒙古 赤峰 024000；3.內蒙古民族大學神經內科，內蒙古 通遼 028000；4.赤峰學院附屬醫院神經內科，內蒙古 赤峰 024005；5.航天中心醫院、北京大學航天臨床醫學院神經內科，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，表現為記憶、認知、語言和行為障礙以及人格改變等[1]。AD的典型病理特征為由β-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)[2]。神經炎癥和腦葡萄糖代謝異常參與AD發病機制，使其成為治療AD的潛在靶標。近年研究表明，黃酮(flavone)類化合物木犀草素(luteolin)表現出抗AD作用，其通過抗炎、調控葡萄糖代謝等多種機制在多靶點抑制AD發生，引起研究者關注。但目前關于木犀草素抗AD的綜述尚缺乏，因此，本文目的在于總結綜述近年來木犀草素抗AD的藥理作用及其機制。

1 木犀草素的結構、理化特性及藥代動力學特征

木犀草素即3′，4′，5,7-四羥基黃酮，是一種重要的黃酮類化合物，天然存在于多種植物中，尤其在黃木犀草(reseda luteola)中含量豐富[3]。因最初是從木犀草科(resedaceae)木犀草屬草本植物木犀草(resedaodorata L.)的葉、莖、枝中分離出而得名。膳食木犀草素存在于常見的植物性食物中，如芹菜、花椰菜、青椒、歐芹、百里香、胡蘿卜、橄欖油、薄荷、迷迭香、臍橙和牛至等。木犀草素也存在于傳統醫藥的藥用植物之中。木犀草素具有C6-C3-C6結構，包含2個苯環和1個帶有C2-C3碳雙鍵的含氧環結構。木犀草素的5、7、3′和4′碳位上的羥基部分以及2,3位雙鍵的存在是木犀草素具有多種藥理作用的原因。木犀草素分子結構見Fig 1所示。

Fig 1 Structure of luteolin

木犀草素以苷元(aglycone)或糖苷(glycosides)的形式存在。木犀草素苷元(luteolin aglycone, LA)具有親脂性，被腸細胞吸收。木犀草素糖苷(luteolin glycosides,LG)在腸道中通過刷狀緣腸膜中的乳糖酶根皮苷水解酶(lactase phlorizin hydrolase)水解糖苷類轉化為LA。木犀草素單葡萄糖醛酸鹽通過鈉依賴性葡萄糖轉運蛋白-1，被β-葡萄糖苷酶水解為LA[4]。LG也被某些腸道微生物群水解成LA，因此，木犀草素的生物利用度因腸道微生物群的分布而不同。大多數LG會轉變為LA，但一些木犀草素單葡萄糖醛酸苷會被腸道吸收，并可在血液中檢測到。木犀草素口服后，很容易在血液中檢測到木犀草素。單次給藥(50 mg·kg-1體質量)后，其在血液中的濃度在10 min時達到最高水平，從0到最大曲線下面積為0.87(h×mg·L-1)。木犀草素的生物利用度約為4.1%～26%[5-6]。木犀草素可以透過血腦屏障(BBB)，外周注射木犀草素后，在血液和腦組織中檢測到游離木犀草素[7]。

2 木犀草素在AD中的神經保護作用機制

2.1 抑制Aβ產生和聚集木犀草素具有抑制Aβ生成的作用。木犀草素可減少與家族性β-淀粉樣前體蛋白(APP)突變誘導的Aβ產生，以及創傷性腦損導致的Aβ產生增加[7-8]。木犀草素(20 μmol·L-1)可顯著降低轉染人瑞典突變型APP的小鼠N2a細胞系中Aβ的生成，同時顯著降低瑞典突變型APP轉基因(Tg2576)小鼠原代神經元中Aβ的生成[8]。 腹腔注射木犀草素(20 mg·kg-1)可能通過抑制糖原合成酶激酶3α(GSK-3α)激活，進而減少Tg2576模型小鼠腦內Aβ的聚集[8]。木犀草素能夠降低Aβ誘導的AD大鼠APP和BACE1表達增加，從而減少Aβ1-42產生[9]。 木犀草素同時具有抑制Aβ聚集的作用。硫黃素T(Th-T)是一種與淀粉樣纖維特異性結合而熒光顯著增強的染料，在發射波長482 nm處，用ThT的方法檢測熒光強度，該熒光強度的強弱反映了Aβ的聚集程度，熒光越強，聚集越明顯。2008年，Akaishi等[10]通過實驗證明，100 μmol·L-1木犀草素與Aβ共孵育，能夠將Th-T熒光強度降低到非常低的值。進一步研究顯示，木犀草素(40 μmol·L-1)能夠抑制Aβ1-42纖維化程度，而透射電鏡研究顯示，木犀草素能夠促進纖維狀Aβ的降解[11]。最近研究顯示，作為玫瑰蔥(Allium roseum)提取物主要組分的LG能夠抑制Aβ1-42聚集，并干擾纖維狀Aβ的形成[12]。

2.2 抑制tau蛋白過度磷酸化AD中tau蛋白異常磷酸化形成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[13]。因此，抑制tau蛋白的過度磷酸化成為治療AD的手段之一。在高濃度鋅處理的SH-SY5Y細胞中的研究發現，高濃度鋅可促進誘導tau蛋白在Ser262/356位點異常磷酸化，而木犀草素能夠降低鋅誘導的tau過度磷酸化[14]。而在Tg2576小鼠中，創傷性腦損傷能夠促進Aβ沉積、糖原合成酶-3(GSK-3)激活、磷酸化tau和促炎細胞因子顯著增加，而木犀草素治療可以顯著消除這些病理變化[7]。木犀草素口服(10～20 mg·kg-1)能夠通過抑制GSK-3β磷酸化從而明顯增加胰島素敏感性，進而降低tau蛋白磷酸化和Aβ沉積[7]。綜上所述，木犀草素具有抑制tau蛋白過度磷酸化的功能。

2.3 調控葡萄糖代謝腦胰島素抵抗降低了大腦葡萄糖利用率，導致腦胰島素信號紊亂，降低腦內葡萄糖轉運體功能，促進Aβ沉積，導致tau過度磷酸化和NFT形成[15]。cAMP反應元件結合蛋白(CREB)是一種可促進大腦中胰島素受體底物-2(IRS2)基因的表達的轉錄因子，參與增強胰島素信號通路，CREB磷酸化增加IRS2表達，從而促進胰島素/胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)信號傳導。研究顯示，木犀草素具有刺激大腦胰島素/IGF-1信號通路和CREB磷酸化的作用，從而增強突觸可塑性，抑制β-分泌酶和γ-分泌酶活性，進而減少Aβ的產生[16-18]。

2.4 抑制神經炎癥肥大細胞(mast cells)、小膠質細胞和星形膠質細胞是腦內3種主要參與神經炎癥的細胞，在AD發病進程中發揮重要作用，參與AD發病機制和病理進程[19]。 神經炎癥可導致AD病理發生，而后者又會導致神經炎癥發生，從而形成惡性循環。抑制神經炎癥發生成為治療AD的靶點之一。

高脂飲食和肥胖導致的慢性炎癥與人類和動物AD的病理變化相似。木犀草素在高脂飲食或衰老誘導的認知缺陷動物模型中具有抗遺忘作用，這種抗遺忘作用與其具有抗炎的藥理學作用相關[6,20]。膳食木犀草素(10 mg·kg-1)可顯著改善高脂肪飲食小鼠的認知能力，木犀草素抑制高脂肪飲食導致的海馬和皮質中炎癥分子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)和NF-κB的表達水平的增加[20]。膳食木犀草素(0.6%)通過減少海馬炎癥改善了老年小鼠(22～24個月)的空間工作記憶[6]。木犀草素喂食可將老年小鼠的白細胞介素-1β (IL-1β) mRNA水平降低到與年輕小鼠(3～6月齡)相似的水平[6]。此外，膳食木犀草素(0.6%)降低了衰老小鼠(22～24月齡)大腦中因衰老誘導的小膠質細胞激活[21]。木犀草素(10和20 mg·kg-1)給藥也改善了通過側腦室注射鏈脲佐菌素(3 mg·kg-1)誘導的AD大鼠的空間學習和記憶障礙[22]。這些研究表明，膳食木犀草素可以有效改善認知功能,這種作用主要與其抑制小膠質細胞活化和炎癥有關。

Aβ聚集激活小膠質細胞，促進炎癥發生和促炎癥介質的釋放。木犀草素對纖維狀Aβ(fAβ)誘導炎癥的影響已經通過體外BBB模型進行了研究驗證，顯示在fAβ處理的人腦微血管內皮細胞和人星形膠質細胞，fAβ促進炎癥發生、破壞BBB，木犀草素(3～30 μmol·L-1)能夠抑制炎癥反應來保護BBB功能的完整性[23]。木犀草素可有效降低由fAβ誘導的炎癥介質和細胞因子(如COX-2、IL-1β和IL-6)的釋放[23]，機制研究顯示，木犀草素的抗炎作用是因為其抑制p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)和NF-κB的激活[23]。綜上，木犀草素能夠通過抑制炎癥發生進而減輕Aβ誘導的損傷，對AD具有潛在的治療作用。

NF-κB介導的炎癥級聯反應可促進BACE1的轉錄和激活，Aβ生成增加，而Aβ反過來促進BACE1表達和激活，進而形成惡性循環促進AD發生。最近研究顯示，長期服用木犀草素可降低大鼠體內NF-κB和BACE1的表達,進而抑制Aβ沉積[24]。Zheng等[9]證實木犀草素調節多種炎癥介質,在AD大鼠模型中，木犀草素下調誘導型一氧化氮合酶(iNOS)、TNF-α、IL-6、環氧合酶-2(COX-2)和IL-1β促炎細胞因子，而上調抗炎細胞因子IL-10，同時也證實了木犀草素下調NF-κB和BACE1的表達[25]。最近研究顯示，在Aβ誘導的大鼠AD模型中，木犀草素能夠降低大鼠海馬和皮層神經元內pJNK、p38MAPK的激活，以及GFAP和Iba-1的表達增加，同時降低腦內p-NF-κB p65水平，抑制TNF-α和IL-1β生成，進一步證實了木犀草素具有抗炎作用。木犀草素(20～40 mg·kg-1)腹腔注射治療3周，能夠改善3×Tg-AD小鼠空間學習能力和記憶缺陷，抑制星形膠質細胞過度激活和神經炎癥(即降低TNF-α、IL-1β、IL-6、NO、COX-2和iNOS蛋白)，并降低內質網應激(ERS)標記物GRP78和GRP78的表達，這表明木犀草素能夠通過抑制ERS依賴的神經炎癥發生，對AD具有治療作用[26]。

2.5 抗氧化和抗凋亡作用木犀草素的神經保護作用與其抗氧化作用有關。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病模型中，木犀草素改善認知功能與其抗氧化作用有關[27]。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病中發現神經元損傷和認知功能障礙，而木犀草素(50和100 mg·kg-1，持續8周)可以減少神經元損傷并改善認知功能，木犀草素的這種作用與其增強抗氧化活性的能力有關[27]。

木犀草素在AD中具有抗氧化作用。在Aβ誘導的大鼠AD模型中，木犀草素能夠改善Aβ誘導的學習記憶障礙, 增加海馬組織中膽堿乙?；D移酶(ChAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)，逆轉乙酰膽堿酯酶(AchE)活性的增加，同時海馬勻漿中乙酰膽堿(ACh)含量增加，丙二醛(MDA)含量減少，并能提高Bcl-2/Bax比值，這表明木犀草素通過調節膽堿能系統和抑制Aβ誘導的認知功能障礙和氧化損傷[18]。在高濃度葡萄糖聯合Aβ1-42(GLU+Aβ1-42)處理的原代培養大鼠海馬神經元中，GLU+Aβ1-42處理顯著降低細胞凋亡、活性氧形成增加，SOD、過氧化氫酶、GSH-Px和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性降低，晚期糖基化終產物(advanced glycation end products)和4-羥基壬烯醛加合物(4-HNE)生成增加、3-硝基酪氨酸和炎癥產物(如iNOS、IL-1β和TNF-α)增加，線粒體膜電位降低，并促進Aβ聚集, 而木犀草素處理后可逆轉上述改變，表明木犀草素在AD中具有抗氧化藥理學作用，以減少氧化應激損傷和神經炎癥[28]。

木犀草素在AD中同時具有抗凋亡作用。在Aβ誘導AD大鼠模型中，木犀草素能夠降低腦內Bax和Caspase-3，上調Bcl-2表達，表明木犀草素在體內具有抑制Aβ誘導的神經元凋亡作用[9]。木犀草素能夠抑制Aβ25-35誘導的PC12細胞中Bcl-2/Bax降低和Caspase-3增加，同時激活ERK1/2，進而抑制PC12細胞凋亡發生[29]。在銅處理的穩定過度表達瑞典突變APP的SH-SY5Y細胞(APPsw-SH-SY5Y)中,木犀草素增強細胞活力、減少細胞內ROS的生成、增強SOD活性，逆轉線粒體膜電位的降低、抑制Caspase-3相關凋亡。此外，它還下調APP表達，降低Aβ1-42的生成和分泌。綜上所述，木犀草素通過降低APP表達、降低Aβ分泌、調節氧化還原失衡、保護線粒體功能和抑制Caspase家族相關凋亡等機制在AD中發揮神經保護作用[30]。

3 結語

綜上所述，木犀草素具有多靶點抗AD作用，通過抑制Aβ產生和聚集、抑制tau蛋白過度磷酸化、調控葡萄糖代謝、抑制神經炎癥以及抗氧化和抗凋亡(Fig 2)。木犀草素具有抗癌、抗菌、抗炎、祛痰、解痙、抗過敏和免疫增強等作用。木犀草素的天然提取物已用于臨床止咳、祛痰、消炎，有較好的療效。然而，目前木犀草素針對AD的藥物臨床試驗研究尚缺乏，目前尚缺乏對AD病人的干預研究，這嚴重阻礙了木犀草素作為治療或預防AD的干預手段的臨床進一步應用，值得進一步探索。目前臨床研究注冊網站(clinicaltrials.gov)有5項關于木犀草素的臨床注冊研究，分別是對舌鱗狀細胞癌、代謝綜合征、額顳葉癡呆、自閉癥和健康受試者(對記憶的改善作用)的研究。而中國臨床試驗注冊中心(https://www.chictr.org.cn/index.aspx)目前還沒有關于木犀草素的臨床注冊研究。未來針對抗AD的藥物臨床試驗研究尚缺乏，值得期待。

Fig 2 Schematic representation of luteolin-mediated neuroprotection in AD