丹參及其活性成分治療血管性癡呆作用機制的研究進展

楊圓圓 倪金霞 王迪 閆禹竹 汪金宇 趙子珺 袁靜雪 宋越

血管性癡呆是全球人類僅次于阿爾茨海默病的第二大常見癡呆類型,臨床缺乏根治的治療方法,尋找積極有效的抗血管性癡呆藥物成為研究的熱點[1]。丹參屬于經典活血中藥,《神農本草經》將其列為上品,具有活血化瘀、涼血消癰、調經止痛的作用,臨床廣泛用于胸痹、癥瘕、月經不調、中風等癥的治療[2]。現代研究發現,丹參的主要活性成分包括水溶性丹酚酸類化合物(丹酚酸類化合物)及脂溶性醌類化合物(丹參酮類化合物),以及丹參素、隱丹參酮等成分,具有抗動脈硬化、抗炎、抗氧化應激、改善血液循環、降低組織缺血再灌注損傷等作用[3]。本文通過查閱近年來國內外相關文獻,綜述了丹參活性成分在血管性癡呆作用機制,以期為丹參的臨床運用價值提供參考。

1 丹參活性成分通過抑制神經元凋亡以保護神經功能

丹參活性成分可通過抑制內質網應激、上調胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號通路、調節磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/Akt信號通路、調節信號轉導及轉錄激活蛋白3(transcription activating protein 3,STAT3)/促血管生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)信號通路,抑制神經元凋亡,對神經功能發揮保護作用。

1.1 丹參活性成分通過抑制內質網應激降低細胞凋亡

內質網是蛋白質折疊和分泌的主要隔室,內質網蛋白發生未折疊或錯誤折疊可引起未折疊蛋白質反應(Unfolded protein reaction,UPR)的細胞應激反應,進而啟動多種應激傳感器蛋白,清除有毒的錯誤折疊蛋白質,維護正常的內質網功能,β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)能促進內質網應激標志物的表達,并增加內質網應激相關細胞凋亡途徑,如C/Ebp同源蛋白(C/Ebp homologous protein,CHOP),c-Jun N端激酶(C-Jun N-terminal kinase,JNK)、半胱天冬酶-12等效應分子的表達[4]。

Yang等[5]將丹參酮IIA(1～20 μmol/L)Aβ1-42誘導的SH-SY5Y神經母細胞細胞損傷,結果顯示,丹參酮IIA呈濃度依賴性提高細胞的活力,降低Aβ引起的細胞收縮、形狀不規則、懸浮,有效降低細胞凋亡,減輕內質網應激反應,降低GRP78、UPR蛋白表達,抑制CHOP和磷酸化JNK的表達,降低B淋巴細胞瘤-2蛋白(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)和Bcl-2相關X蛋白(Bcl-2-associated X,Bax)、4-苯基丁酸的表達,提高Bcl-2/Bax的比值,降低半胱天冬酶-9、裂解半胱天冬酶-3和半胱天冬酶-3/7的活性,其機制與丹參酮IIA抑制內質網應激引起的細胞凋亡。

1.2 丹參活性成分通過調節PI3K/Akt信號通路降低細胞凋亡

胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1,IGF-1)廣泛表達于大腦皮層、小腦、下丘腦和海馬等中樞神經系統的多肽物質,可通過控制神經營養反應和細胞信號傳導,發揮神經保護作用,還能降低大腦中的糖原合酶激酶3和Aβ水平,改善認知障礙[6]。IGF-1和p-Akt的下調表達與血管性癡呆的認知缺陷有關。活化的Akt通過磷酸化其下游蛋白[如半胱天冬酶-9、Bcl-2相關死亡蛋白(Bcl-2 related death protein,Bad)、糖原合酶激酶3β(Glycogen synthase kinase β,GSK3β)],以促進細胞存活并抑制細胞凋亡[7]。

Ma等[8]運用丹參酸B(20 mg/kg)治療雙側頸總動脈夾閉建立的血管性癡呆大鼠,研究發現,丹參酸B能顯著降低大鼠的逃逸潛伏期,增加跨平臺時間及數量,上調海馬區IGF-1和p-Akt的表達,減輕神經元細胞形態學改變,減輕海馬區及CAI區神經元凋亡,表明丹參酸B通過上調IGF-1/Akt信號途徑減輕神經元凋亡有關。祁敏芳等[9]對雙側頸總動脈夾閉再灌注建立的血管性癡呆小鼠,運用丹參素(10、20、30 mg/kg)進行預處理,結果發現,丹參素能呈劑量依賴性改善腦組織的細胞結構及功能,減輕病理性損傷,縮短小鼠逃避潛伏期,降低血清神經元特異性烯醇化酶、中樞神經特異蛋白的水平,上調腦組織中PI3K、Akt蛋白的表達,通過調節PI3K/Akt信號通路提高認知功能。

1.3 丹參活性成分通過調節STAT3/VEGF信號通路降低細胞凋亡

腦小血管疾病是種重要的腦血管疾病的類型,可引起老年認知障礙和功能喪失,與中風、癡呆和衰老等病理生理學改變密切相關[10]。VEGF存在于中樞神經系統內,不僅能刺激內皮細胞的增殖,維持神經細胞存活,還能抑制細胞凋亡[11]。STAT3蛋白主要存在于神經膠質細胞內,在缺血性損傷后呈高表達,能促使VEGF的表達,促進神經功能的恢復[12]。

Wang等[13]將丹參酸B(80 mg/kg)治療腦小血管疾病大鼠的實驗發現,丹參酸B能降低逃逸延長期,增加穿過前平臺次數和路徑長度,改善大鼠的認知缺陷,顯著降低大鼠血清腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素(interleukin,IL)-1β、IL-6和 IL-18水平,顯著抑制丙二醛(malondialde hyde,MDA)水平,升高谷胱甘肽、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)的水平,抑制半胱天冬酶-3和Bax蛋白的表達,顯著降低大鼠神經細胞的數量,上調p-STAT3、VEGF和VEGF-R2蛋白表達,表明,丹參酸B通過調節STAT3/VEGF信號通路以減輕神經細胞凋亡。Kong等[14]將丹參酮IIA(30 mg/kg)用于四血管咬合建立的血管性癡呆大鼠的實驗發現,丹參酮IIA能顯著降低逃逸潛伏期,增加靶向象限的時間和穿越平臺的數量,增加CA1海馬區域的Tunel陽性細胞數量,減弱了CA1海馬區域中4-VO誘導的神經元凋亡,促進GSK 3β磷酸化和抑制tau磷酸化,與間充質干細胞可發揮協同治療作用,其機制為丹參酮IIA通過抑制神經元凋亡有關。

2 丹參活性成分通過減輕神經炎癥反應以減輕神經細胞損傷

丹參活性成分能通過下調β位淀粉樣蛋白前體蛋白切割酶1(β amyloid precursor protein cleaving enzyme 1,BACE1)表達、調控核因子-κB(nuclear factor- κ B,NF-κB)和NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)的活性,以減輕神經炎癥反應,降低神經細胞損傷。

2.1 丹參活性成分通過抑制調節Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)/髓系分化初級反應蛋白88(myeloid differentiation primary response protein 88,MyD88)依賴性信號通路減輕神經炎癥反應

TLR4可在小膠質細胞、星形膠質細胞、巨噬細胞上表達,與神經炎癥密切相關,TLR4與MyD88結合,能激活NF-κB和其他轉錄因子,誘導主要促炎細胞因子IL-1β,TNF-α和IL-6的釋放,進一步加重神經組織的炎性損傷[15]。

Jin等[16]將丹參酮IIA (1、5、10、20、40 μmol/L)預處理脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導的人膠質母細胞瘤U87細胞的炎性損傷,結果發現,1、5、10 μmol/L丹參酮IIA能呈濃度依賴性提高了U87細胞活力,但20、40 μmol/L的濃度反而抑制了U87細胞的活力,丹參酮IIA還能抑制膠質纖維酸性蛋白的高蛋白水平,阻止細胞內IL-1β、TNF-α 和 IL-6基因及蛋白的表達,阻止NF-κB的核易位,明顯抑制了LPS誘導的細胞質中NF-κB p65的降低和細胞核中NF-κB p65的增加,抑制抑制了磷酸化-p38和磷酸化-JNK的水平,降低TLR4和下游蛋白MyD88和TNF受體關聯因子6的表達,其機制與丹參酮IIA通過TLR4/MyD88依賴性信號通路調節NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶激活以阻斷神經炎癥反應有關。

2.2 丹參活性成分通過下調BACE1表達以減輕神經炎癥

血管性癡呆無論是由外部環境因素還是內部遺傳因素引發,所有致病特征都伴隨著炎癥反應,早期中度炎癥可以去除有害物質,對大腦有益,但隨著年齡的增長,血腦屏障功能下降,進入大腦的有害異物水平增加,炎癥會繼續加重癥狀,由于有毒蛋白質的積累而形成惡性循環,隨著損傷的逐漸增加,相關的信號通路被激活,進一步加重神經細胞的炎癥反應,最終將導致神經元變性[17]。BACE1是Aβ生成途徑的限速酶,參與多種神經退行性病變的發生與發展,在血管性癡呆患者的腦組織中BACE1水平明顯高于正常人群[18]。

Huang等[19]研究,采用丹參酮IIA(10 mg/kg)治療Aβ25-35誘導的神經炎癥大鼠模型,結果發現,丹參酮IIA能顯著改善大鼠的學習、記憶功能,作用優于間充質干細胞,還能減輕大鼠海馬區神經元的病理損傷(神經元模糊不清、細胞邊界不清、黑暗細胞核等),顯著降低BACE1、淀粉樣前體蛋白、蛋白酶體抑制劑1(proteasome inhibitor 1,PS1)的mRNA的表達,降低海馬體中IL-1、IL-4、IL-10 和 TNF-α的表達,下調BACE1、PS1 和 Aβ 蛋白質的表達,其機制與丹參酮IIA下調BACE1表達以減輕神經炎癥有關。

2.3 丹參活性成分通過調控NF-κB和IκB的活性減輕神經損傷

NF-κB是炎癥反應的關鍵調節基因,在腦缺血或腦組織損傷是,可由多種信號通路激活,介導多種炎癥因子的分泌,加重神經炎癥損傷[20]。IκB能調節NF-κB的活性,IκB磷酸化后可與NF-κB的二聚體解離,NF-κB被釋放后暴露P65亞基,發揮促炎活性[21]。

周麗等[22]將丹參酮ⅡA(4、8 mg/kg)用于缺血再灌注損傷大鼠的實驗發現,丹參酮ⅡA能呈濃度依賴性減輕腦組織病理學改變,縮小細胞壞死區域面積,顯著降低NF-κB和IκB的表達,表明丹參酮ⅡA可通過調控NF-κB和IκB的活性對腦組織發揮保護作用。

3 丹參活性成分通過抗氧化作用發揮抗血管性癡呆作用

丹參活性成分能通過抑制氧化應激反應促使突觸蛋白恢復,激活低密度脂蛋白受體相關蛋白6(low density lipoprotein receptor-associated protein 6,LRP6)/Wnt/β-catenin信號通路減輕神經元氧化應激損傷。

3.1 丹參活性成分通過清除氧化自由基抑制氧化應激反應

氧化應激損傷參與多種神經退行性病變進程,腦組織缺血及再灌注均可引起大量氧化自由基和MDA的產生,導致神經元遲發性損害。腦組織長期慢性缺血還能引起腦組織中谷氨酸、γ-氨基丁酸的含量顯著降低,加重腦組織代謝障礙,導致認知功能損傷[23]。

何治等[24]研究證實,將丹參酮ⅡA(2、4 mg/kg)用于夾閉頸總動脈建立的血管性癡呆大鼠的實驗發現,丹參酮ⅡA能明顯縮短逃避潛伏期,提高象限探索時間,改善認知功能和空間記憶能力,顯著降低海馬組織MDA的水平,提高SOD、谷胱甘肽過氧化物酶的產生,增加大鼠海馬組織及大腦皮層中谷氨酸、γ-氨基丁酸的分泌,其機制與丹參酮ⅡA通過抗氧化作用發揮神經保護作用。李小楠等[25]運用丹酚酸B(20 mg/kg)治療雙側頸總動脈夾閉建立的血管性癡呆大鼠,結果發現,丹酚酸B能顯著降低上臺潛伏期和上臺總路程,提高穿越站臺次數,降低活性氧、乳酸脫氫酶、MDA的水平,改善海馬區神經元形態變化,提高神經突觸凹型、活性帶長度、數量、彎曲,提高NR2A/B、PSD95、CREB等突出蛋白的表達,其機制與丹酚酸B抑制氧化應激反應促使突出蛋白恢復有關。

3.2 丹參活性成分通過LRP6/Wnt/β-catenin信號通路抑制氧化應激反應

Wnt/β-catenin信號通路是參與神經元的增殖、發育、分化、凋亡、氧化應激,該信號通路激活能顯著減輕神經元氧化應激損傷,改善認知功能障礙,刺激LRP6能進一步促使Wnt/β-catenin信號通路激活,對神經組織發揮保護作用[26]。

葉明燈等[27]將丹參酮B(2、4 mg/kg)用于頸總動脈縮窄法建立的血管性癡呆小鼠的實驗,結果表明,丹參酮B能提高小鼠目標象限停留時間和穿越平臺次數,降低海馬組織和皮層的MDA水平,提高SOD、GSH-Px的水平,減輕海馬區組織細胞皺縮、排列紊亂等病理改變,上調Wnt1、p-LRP6蛋白的表達,其機制與丹參酮B激活LRP6/Wnt/β-catenin信號通路抑制神經元氧化應激反應有關。

4 丹參活性成分通過調節中樞膽堿能發揮抗血管性癡呆作用

神經退行性病變患者認知功能下降與中樞膽堿能神經纖維損傷目前相關,乙酰膽堿轉移酶(choline acetyltransferase,ChAT)和乙酸膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)共同維持膽堿能的動態平衡,增強ChAT和AChE的活性可對神經系統膽堿能發揮良好保護作用[28]。

Kong等[14]研究結果還表明,丹參酮IIA(30 mg/kg)能提高ChAT活性和ACh水平,降低AChE活性,有助于調節中樞膽堿能系統的活性。孔德燕[29]對血管阻斷法建立的血管性癡呆大鼠模型,使用4、8 mg/kg的丹參酮ⅡA治療,結果顯示,丹參酮ⅡA能縮短逃避潛伏期改善大鼠學習記憶功能,延長平臺滯留時間改善空間記憶功能,顯著減輕海馬CAI區組織病理損傷,降低腦組織中一氧化氮、一氧化氮合酶的水平,提高AChE、ChAT的活性,機制與丹參酮ⅡA改善膽堿能功能對神經系統發揮保護作用有關。

5 丹參活性成分通過阻止Aβ聚集發揮抗血管性癡呆作用

丹參活性成分能通過自噬及Aβ聚集,降低Aβ的神經毒性,發揮抗血管性癡呆的作用。

5.1 丹參活性成分通過抑制自噬減輕神經元損傷

自噬是指含有神經炎斑塊和細胞內tau蛋白纏結的Aβ的積累,自噬功能障礙參與退行性神經病變的發生與發展,自噬激活可促使神經元中細胞內Aβ25-35蛋白聚集[30]。

Zhu等[31]將丹參酮IIA(40、80 mg/kg)用于Aβ25-35誘導的空間記憶障礙小鼠是實驗發現,丹參酮IIA能減輕Aβ引起的小鼠逃逸潛伏期的記憶受損,顯著增加平臺交叉數量,提高海馬區及DG區域的神經元數量,提高細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)蛋白的表達,上調海馬體中蛋白激酶C受體1(protein kinase C receptor1,RACK1)、Beclin1的蛋白及基因的表達,表明,丹參酮IIA通過上調pERK/ERK、RACK1和抑制自噬來減輕神經元損傷,減輕空間記憶障礙。

5.2 丹參活性成分通過抑制Aβ聚集減輕神經毒性作用

Aβ1-42聚集可以對神經元和腦血管內皮細胞造成不可逆的細胞毒性,可引發炎癥反應和氧化應激反應,進一步促使神經元損傷,促使細胞凋亡[32]。

Ding等[33]將隱丹參酮(4、20、40 mg/kg)用于Aβ1-42誘導的血管性癡呆大鼠的實驗發現,隱丹參酮呈濃度依賴性抑制Aβ1-42聚集,以降低Aβ顫動,減輕Aβ疏水斑的形成,減輕Aβ結構及外觀的改變,呈濃度依賴性抑制Aβ1-42淀粉樣蛋白生長,抑制在bEnd.3細胞聚集并抑制TNF-α、IL-1β、IL-6等炎癥介質的釋放,降低半胱天冬酶-3的活性,表明,隱丹參酮可通過抑制腦血管內皮細胞中的Aβ聚集發揮抗血管性癡呆的作用。

6 結語

血管性癡呆給全人類健康造成極大影響,盡早預防及控制病情發展,對改善患者預后具有重要臨床意義[34]。近年來中醫藥在血管性癡呆的防治中取得了良好的效果,丹參及其活性成分對血管性癡呆的防治效果已獲得多篇報道證實,可為丹參的臨床運用提供了循證支持。但也存在多項不足:(1)丹參的活性成分復雜,其單體防治血管性癡呆的作用機制存在一定的差異;(2)丹參活性成分的生物利用度、藥代特征尚不明確;(3)關于丹參活性成分防治血管性癡呆的報道多為基礎實驗研究,對人體血管性癡呆的療效尚未明確;(4)臨床尚缺乏丹參用于血管性癡呆適應癥的新藥,對制藥工藝也存在一定的考研;(5)丹參活性成分的藥物安全性尚未可知。以上幾點不足為今后的科研工作提供了參考。