中藥多糖治療阿爾茨海默病藥理作用及其機制研究進展

汪麟雙 ，楊思霞 ，李敏 ，程衛東 ，衛東鋒

1.中國中醫科學院中醫臨床基礎醫學研究所，北京 100700；2.南方醫科大學中醫藥學院，廣東 廣州 510515；3.北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室，北京 100875

阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）又稱老年性癡呆，是一種常見的中樞神經系統退行性疾病，臨床主要表現為進行性記憶和認知功能下降、行為異常及社交障礙等。隨著老齡化社會的發展，AD患病率、病殘率及病死率持續增長[1]。AD發病機制尚不完全清楚，目前主流的發病假說有β-淀粉樣蛋白（Aβ）級聯假說、膽堿能學說、炎癥與能量代謝學說等，多數研究者認為AD由多種致病因素共同導致。常用的西藥如乙酰膽堿酯酶抑制劑、抗谷氨酸能藥物、鈣通道阻滯劑等主要是對癥治療，且存在不良反應，臨床應用有一定局限性[2]。中醫藥防治AD歷史悠久、療效顯著、安全性較高，具有一定優勢[3-4]。生物活性多糖作為眾多中藥提取物的主要活性成分，以其安全、無毒、多靶點的治療特點備受關注。研究表明，中藥多糖對AD的防治作用通過多種藥理機制實現，包括提高學習記憶能力、減緩Aβ沉積、抑制神經細胞凋亡、改善中樞膽堿能系統、清除自由基、抗氧化、保護神經細胞和突觸、抑制Tau蛋白過度磷酸化等，與AD病理機制相契合。本文綜述近年來中藥多糖改善學習記憶能力和治療AD方面的藥理作用及其機制研究進展，為研究開發相關藥物提供參考。

1 中藥多糖組成

中藥多糖作為治療AD的有效物質，是藥物研發的重點[5]。AD動物和細胞模型研究顯示，中藥多糖能通過改善學習記憶能力、減緩Aβ沉積、抑制神經凋亡、抗氧化應激和自由基損傷、抗炎和改善能量代謝等多靶點、多通路、多機制方式干預AD的不同病理環節，延緩或減輕病情發展[6-9]。研究顯示，中藥多糖主要由葡萄糖、鼠李糖、甘露糖、半乳糖、木糖及阿拉伯糖等多種單糖成分組成（見表1）。

表1 10種中藥多糖中單糖和糖醛酸組成

2 藥理作用及機制

2.1 提高學習和記憶能力

已有研究表明，隨著患者皮層與海馬中Aβ與Tau蛋白過度沉積，AD患者學習和記憶能力出現明顯障礙，病情后期患者生活不能自理，給家庭和社會帶來極大的生活和經濟負擔[20-21]。大量研究表明，中藥多糖對AD學習和記憶能力具有一定改善作用。歐芹等[22]采用Morris水迷宮實驗研究山茱萸多糖對D-半乳糖誘導的AD模型大鼠學習記憶能力的影響，結果顯示，山茱萸多糖能縮短AD大鼠在定位航行能力測試中的逃避潛伏期，增加空間探索實驗中大鼠在目標象限的游泳時間、游泳路程和穿越平臺次數，表明山茱萸多糖能提高AD大鼠對空間定位的學習和記憶能力。胡美變等[23]研究花椒多糖對D-半乳糖聯合三氯化鋁誘導的AD小鼠認知行為的影響，Morris水迷宮實驗結果顯示，花椒多糖能縮短小鼠在空間探索實驗中的逃避潛伏期，增加穿越平臺次數和目標象限停留時間，表明花椒多糖能明顯改善AD小鼠的學習和記憶能力。

2.2 減緩β-淀粉樣蛋白沉積

細胞外老年斑和細胞內神經原纖維纏結是AD的典型病理學表現。老年斑的主要成分Aβ及淀粉樣蛋白前體（APP）的積累會產生神經毒性，激活各種細胞信號通路并最終導致神經元細胞死亡[24-25]。Li等[26]研究海參多糖對Aβ40聚集和細胞毒性的影響，硫黃素T染色實驗結果顯示，海參多糖可抑制Aβ40聚集，分解原纖維前體；噻唑藍比色法檢測結果顯示，海參多糖可抑制Aβ40誘導的N2a 細胞的細胞毒性，提高細胞存活率。Liu等[27]研究金銀花多糖對PC12細胞的影響，結果顯示，金銀花多糖能降低Aβ42含量，抑制Aβ42聚集、低聚反應及纖維形成，促進神經突起延長。李珍等[28]研究阿里紅多糖的純化組分a與b對APP/PS1雙轉基因小鼠的影響，結果顯示，阿里紅多糖能減少轉基因小鼠海馬區APP、Aβ1-42和GSK3α mRNA和蛋白表達，降低AD小鼠腦內APP上游調控蛋白GSK3α的活性，抑制APP轉變為不溶性Aβ，減緩斑塊沉積，表明阿里紅多糖能通過減緩Aβ沉積，緩解神經毒性，發揮神經保護作用。

2.3 抑制細胞凋亡

細胞凋亡介導的凋亡性神經元在AD的發生發展中發揮重要作用。AD患者大腦皮層和海馬區神經元丟失與神經細胞凋亡密切相關[29]，通過藥物干預抑制細胞凋亡能有效減緩AD早期神經元死亡[30]。Zhang等[31]研究黃精多糖對Aβ25-35誘導的PC12細胞神經毒性的影響，結果顯示，黃精多糖能顯著降低細胞死亡率和Bax/Bcl-2比例，抑制細胞色素C釋放和Caspase-3活性，提高細胞內Akt磷酸化水平，且黃精多糖對AD模型細胞凋亡的抑制作用可被PI3K抑制劑（LY294002）完全消除，表明黃精多糖可通過激活PI3K/Akt信號通路抑制Aβ誘導的PC12細胞凋亡。Li等[32]研究黃連多糖對Aβ誘導的PC12細胞的影響，結果顯示，黃連多糖能提高細胞活力，抑制乳酸脫氫酶、核碎片和線粒體細胞色素C釋放，抑制JNK 磷酸化，降低Bax 和Caspase-3 蛋白表達，升高Bcl-2蛋白表達，表明黃連多糖能通過JNK信號通路減輕Aβ誘導的細胞毒性和細胞凋亡，改善線粒體功能障礙。

2.4 改善中樞膽堿能系統

乙酰膽堿（ACh）是腦組織內重要的神經遞質，腦內細胞外液中ACh含量變化與認知功能改變具有密切關系。乙酰膽堿酯酶（AchE）和膽堿乙酰轉移酶（ChAT）分別是ACh的水解和合成酶，共同維持腦內ACh活性，兩者活性變化對認知功能有重要影響[33]。Du等[34]研究當歸多糖對Aβ25-35誘導的AD大鼠模型的影響，結果顯示，當歸多糖能降低大鼠海馬AchE含量，增加Ach和ChAT含量。Liu等[35]研究五味子多糖對Aβ25-35誘導的AD大鼠模型的影響，結果顯示，五味子多糖能降低AD大鼠海馬AchE、GSK-3β、一氧化氮合酶（NOS）表達，降低γ-氨基丁酸（GABA）、ACh、甘氨酸、去甲腎上腺素（NE）、牛磺酸、血清素和多巴胺含量，增加谷氨酸和天冬氨酸含量，表明五味子多糖具有中樞神經系統保護作用。王虎平等[36]研究當歸多糖對Aβ25-35誘導的AD小鼠海馬炎癥的影響，結果顯示，當歸多糖能提高血清ACh含量及ChAT、超氧化物歧化酶（SOD）活性，抑制AchE活性，降低膽堿酯酶含量，表明當歸多糖能通過改善小鼠中樞膽堿能系統治療AD。Su等[37]研究金針菇多糖對東莨菪堿誘導的AD小鼠的影響，結果顯示，金針菇多糖能改善AD小鼠學習記憶能力，抑制AchE活性，升高小鼠海馬及大腦皮層ACh、BACE1和GSK-3β蛋白表達，降低PP2A蛋白表達，表明金針菇多糖能通過提高連接蛋白36及CaMKⅡ表達，改善AD小鼠學習記憶能力，調節膽堿能神經遞質，緩解認知功能障礙。

2.5 清除自由基、抗氧化

在AD 發生發展過程中，Aβ 與氧化應激關系密切[38]。Aβ可通過多種途徑產生過氧化物和自由基，從而加劇過氧化作用對神經細胞的損傷[39]。鐘芳芳等[40]研究化橘紅多糖對Aβ25-35誘導的AD小鼠模型的影響，結果顯示，化橘紅能改善CA1區神經元損傷和神經細胞凋亡，降低膽堿酯酶、一氧化氮（NO）和Bax含量，抑制NOS活性，升高血清SOD活性，表明化橘紅多糖可通過減輕氧化損傷、抑制凋亡起到神經保護作用。

2.6 抗炎癥反應

神經炎癥是中樞神經系統對退化、感染、創傷和毒素等各種因素的復雜反應，在維持大腦穩態方面發揮重要作用。長時間持續的神經炎癥會抑制神經發生，導致突觸功能障礙和神經元死亡[41]。Du等[34]研究當歸多糖對Aβ25-35誘導的AD大鼠模型的影響，結果顯示，當歸多糖能增加AD大鼠海馬CA1、CA3和DG區神經元數量，抑制白細胞介素（IL）-1β、IL-6、腫瘤壞死因子（TNF）-α蛋白表達，促進腦源性神經影響因子（BDNF）、TrkB、p-Art、p-CREB蛋白表達，表明當歸多糖能通過激活BDNF/TrkB/CREB通路抑制促炎細胞因子表達，改善AD大鼠記憶損傷。Xu等[42]研究五味子多糖對Aβ1-40誘導的AD大鼠的影響，結果顯示，五味子多糖可提高AD大鼠學習記憶能力，減少Aβ1-40沉積，降低海馬CA1區IL-1β，IL-6及TNF-α蛋白水平，抑制神經膠質細胞活力、MAPKs通路相關蛋白（p38 MAPK、ERK1/2和JNK）表達和MAPKs磷酸化，改善核因子（NF）-κB核位移，表明五味子多糖能改善小鼠認知能力損傷和組織病理改變，并通過激活NF-κB/MAPK通路減輕神經細胞炎癥。Shi等[43]研究益智仁多糖對東莨菪堿誘導的AD小鼠模型和脂多糖誘導的BV2小膠質細胞的影響，結果顯示，益智仁多糖能減少AD小鼠血清和小膠質細胞NO、IL-6、TNF-α的含量，表明益智仁多糖能改善AD小鼠記憶學習能力，通過抑制促炎因子表達發揮抗神經炎癥作用。

2.7 保護神經細胞和突觸

研究表明，Aβ淀粉樣蛋白沉積能與Tau蛋白病變協同作用，造成突觸缺失、突觸功能紊亂和突觸可塑性降低等一系列反應，導致神經細胞死亡[44]。Aβ沉積導致的突觸功能紊亂和缺失是AD早期發生的主要病理機制。Tau蛋白聚集引起的突觸退化是導致AD發生的決定性因素之一[45]。因此，保護神經細胞和突觸對防治AD具有重要意義。Zhou等[46]研究枸杞多糖對APP/PS1轉基因小鼠的影響，結果顯示，枸杞多糖能提高小鼠學習記憶能力，減少成熟淀粉樣沉積物（6E10）和神經膠質纖維酸性蛋白含量，降低APP/PS1小鼠皮層與海馬中可溶性及不溶性Aβ40和Aβ42水平，降低神經元細胞（SK-N-SH）和AD 模型細胞（HEK293-APPswe）的細胞外Aβ總量，增加BrdU/NeuN雙陽性細胞比例，改善海馬CA3-CA1區的突觸功能障礙，表明枸杞多糖可通過減少Aβ毒性、恢復突觸可塑性和增加神經發生等治療AD。李珍等[47]研究阿里紅多糖對APP/APS雙基因小鼠的影響，結果顯示，阿里紅多糖能提高小鼠學習記憶能力，減輕海馬神經元水腫，增加神經細胞數量，提高海馬中AKT蛋白表達，降低GSK3β、Tau、p-Tau蛋白表達；HE染色結果顯示，阿里紅多糖能增加神經元數量及體積，結果表明阿里紅多糖能改善小鼠學習記憶能力，通過減少海馬區神經元纖維纏結修復神經元損傷，減少神經元壞死沉積，保護海馬組織結構完整性，發揮治療AD作用。

2.8 改善能量代謝

腦組織神經細胞能量代謝障礙是AD早期的重要病理特征，可直接導致內質網內環境紊亂，影響炎癥及氧化應激病理進程，造成Aβ過量產生和積累。因此，針對能量代謝障礙的干預手段可有效提高AD 療效。Liu等[35]研究五味子多糖對Aβ25-35誘導的AD大鼠模型影響，結果顯示，五味子多糖能改善大鼠學習記憶能力，增加AD大鼠正常神經細胞數量，通過調節硫磺酸代謝降低Aβ表達和p-Tau蛋白表達，降低海馬內NOS、GSK-3β和AchE水平，提高SOD活性，降低海馬內谷氨酸、天冬氨酸含量，增加5-HT、NE、多巴胺、ACh、Tau、GABA和甘氨酸含量，表明五味子多糖能改善AD大鼠腦內能量代謝，調節神經遞質，修復神經損傷，發揮治療AD作用。

2.9 抑制Tau蛋白過度磷酸化

Tau蛋白過度磷酸化是導致神經纖維纏結的主要原因之一，也是癡呆發病的重要機制[48-49]。李賀等[50]研究北五味子酸性多糖對Aβ25-35誘導的AD大鼠影響，結果顯示北五味子多糖能改善小鼠學習記憶能力，降低海馬組織p-Tau（Ser199）、Tau（Ser396）及Tau（Ser404）表達，降低GSK-3β（Ser9）、GSK-3β（Tyr216）位點磷酸化及GSK-3β表達，升高p-GSK-3β（Ser9）表達，表明北五味子酸性多糖可通過調節GSK-3β活性，抑制海馬組織Tau蛋白多個位點過度磷酸化，改善學習記憶能力，發揮抗AD作用。Zhang等[51]研究平菇多糖對D-gal及AlCl3聯合誘導的AD模型大鼠的影響，結果顯示平菇多糖能改善模型大鼠學習記憶能力，提高SOD、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性，抑制丙二醛水平和AchE活性，表明平菇多糖能通過促進PP2A 蛋白表達，抑制APP、BACE-1 及GSK-3 蛋白表達，減少Aβ形成和p-Tau蛋白磷酸化，發揮AD治療作用。

3 小結及展望

中藥防治AD潛力巨大，抗AD中藥因其低毒性、多靶點、多通路作用等明顯優勢，是目前的研究熱點之一。中藥抗AD的有效成分研究目前主要集中在中藥單體[52]，中藥多糖由單糖聚合而成，分子量大，水溶性高，口服能被腸道菌群代謝處理。低分子多糖能直接透過血腦屏障發揮神經保護作用，大分子多糖經酸法、堿法或酶法降解為低分子多糖透過血腦屏障，從而成為AD的治療藥物[53-55]。中藥多糖對AD模型的保護作用及其機制見圖1。

圖1 中藥多糖對AD模型的保護作用及分子機制

糖類化合物廣泛存在于自然界的植物中，種類繁多，具有多種生物活性[56]。中藥是多成分、多靶點起效，中藥多糖作為多種中藥的主要活性成分并不能全面體現中藥藥效物質基礎。確定中藥多糖的構效關系、藥理機制對認識中藥藥效物質基礎具有積極作用，更能給傳統中藥的配伍、炮制等基礎性研究帶來啟發，推動中醫藥傳統用藥方法、原則等基礎性研究。《黃帝內經》揭示了AD的病因病機，蘊含了以補為主、兼顧調理氣血和情志的治療思想。老年人腎精虧虛，髓海不充，腦失所養，久而髓減腦消發為癡呆，以補腎填精、益髓健腦為主要治法[57]。中藥多糖需在中醫理論指導下研究使用。目前治療AD的中藥多糖研究主要集中于常見中藥材，且多為補益類中藥，符合“虛者補之”的治則。

綜上所述，中藥多糖具有一定的改善學習記憶能力和防治AD作用，并可通過多種機制干預AD發生發展，如減緩Aβ沉積、抑制Tau蛋白過度磷酸化、抑制細胞凋亡、抗炎癥、抗氧化應激、改善中樞膽堿能系統、保護神經細胞和突觸、改善能量代謝等。目前大部分中藥多糖抗AD的研究集中在細胞和動物模型上，還需要大型隨機臨床試驗提供更直接的臨床證據，以驗證這些多糖對AD患者的神經保護作用。由于生物活性多糖結構復雜，且生物學特性與其化學結構密切相關，即使是同一來源的多糖，其生物活性也存在較大差異[58]。因此在今后的AD及相關疾病研究中，需進一步闡明生物活性多糖的構效關系，深入探索中藥多糖抗AD的作用機制，研發新藥。