黃芪及其活性成分防治阿爾茨海默病機制研究進展

王 哲，馬定財，王毛毛，劉 婷，高飛云，張轉紅，王彥鈞，張育貴，李越峰*

1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000

2.甘肅省中藥質量與標準研究重點實驗室，甘肅 蘭州 730000

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）已成為繼心腦血管病和惡性腫瘤之后老年人致殘、致死率較高的第3 大疾病，且伴隨著年齡增長，患病風險明顯提升。其臨床主要表現為思維、記憶、判斷、行為、語言等能力部分或全面障礙。目前全球發病率為2%～3%，中國為1%～2%，隨著我國人口老齡化的加劇，其患病率不斷上升，由此造成的醫療和經濟負擔也逐漸提高[1-2]。AD 國際組織統計顯示，預計到2050 年全球癡呆患者將達到1.52 億，其中60%～70%為AD 患者[3]。目前針對AD 的治療方法主要包括藥物和非藥物治療，其中藥物治療主要以對癥治療為主。目前臨床上用于治療AD 的藥物主要有膽堿酯酶抑制劑、谷氨酸受體拮抗劑、抗精神病藥、鈣通道阻滯劑、5-羥色胺再攝取抑制劑等，但療效不佳[4]。有資料顯示，AD 的發生發展與環境、遺傳、自身代謝等諸多因素有關，且AD 的發病機制尚不明確。因此，對其進行有效的控制與治療，成為亟待解決的問題。

黃芪為豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao 或膜莢黃芪A.membranaceus(Fisch.) Bge.的干燥根，味甘性微溫，具有補氣升陽、固表止汗、利水消腫等功效[5]，在《神農本草經》中被列為上品。皂苷類、黃酮類和多糖類化合物作為黃芪主要有效成分，共同發揮抗炎、抗病毒、抗氧化、免疫調節、心血管與神經系統保護、抗癌、抗腫瘤等藥理作用[6]。黃芪為治療AD 的高頻用藥[7]。近年來，研究者逐漸關注到黃芪及其活性成分對神經系統的保護作用。發現其對AD 可產生多方面的治療作用[8]。本文對近年來黃芪及其活性成分治療AD 的作用機制研究進展進行綜述，為黃芪藥材資源及其活性成分的開發利用提供依據，并為AD 的中醫藥治療提供參考。

1 改善學習記憶能力

AD 最主要的癥狀為記憶、注意、語言等認知功能障礙。此外，70%～90%的AD 患者會出現幻覺及身份識別障礙，在AD 發病且未經治療2～4 年后，常常會出現妄想等精神病性癥狀，這些癥狀嚴重影響患者及其家庭的正常生活[9]。AD 藥物篩選所用的實驗動物模型與造模方式種類豐富，包括大鼠、小鼠、果蠅、斑馬魚、線蟲等。研究者通常采用水迷宮試驗、壽命試驗、攀爬能力測試等對藥物干預前后實驗動物的行為學和學習記憶能力進行評價。

吳月鵬等[10]利用黃芪甲苷干預東莨菪堿誘導的學習記憶障礙小鼠，發現黃芪甲苷可明顯改善其學習記憶行為，其治療機制可能是通過提高總超氧化物歧化酶活性，減少腦組織中丙二醛（體現氧化應激狀況的重要過氧化產物）的生成與表達。Huang等[11]研究發現，黃芪甲苷可通過降低海馬組織中β-淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）、β-分泌酶和β-淀粉樣蛋白1-40（amyloid β-protein 1-40，Aβ1-40）表達來改善AD 雄性大鼠的學習記憶能力，進而改善其抗氧化和免疫調節作用，起到延緩衰老的效果。姚惠等[12]采用曠場和水迷宮試驗證實了黃芪多糖可改善老年大鼠學習記憶能力，并且發現大鼠學習記憶能力減退可能與神經可塑性相關蛋白在海馬組織中的異常表達有關。研究顯示，黃芪多糖可改善Aβ1-42誘導的AD 小鼠學習記憶功能和海馬神經元形態結構，具體通過改善血腦屏障通透性，抑制Aβ 和白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）蛋白水平發揮治療AD 作用[13]。Li 等[14]研究發現，黃芪多糖1 mg/mL 可顯著改善Aβ42轉基因果蠅的攀爬能力，當質量濃度增加到3 mg/mL 時，可顯著延長其壽命。而利用同等濃度的黃芪多糖對tau轉基因果蠅進行干預，卻不能起到相類似的效果。口服黃芪顆粒可提高Aβ25-35誘導的AD 大鼠的學習記憶能力，其作用機制可能通過降低基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）在腦組織中的含量，使緊密連接蛋白Occludin 結構免受破壞，從而維護血腦屏障的結構和功能，起到改善AD 癥狀的目的[15]。劉敏等[16]通過研究黃芪顆粒對Aβ1-40誘導的AD 大鼠學習和記憶能力的影響，發現黃芪顆粒可改善AD 大鼠海馬組織中MMP9 和鈣蛋白酶含量，維護神經細胞生存環境從而抑制其凋亡有關。另有研究報道，發酵黃芪可有效提高自然衰老模型大鼠的學習記憶能力，提高大鼠血清和腦中抗氧化指標，表明發酵黃芪可能通過提高其抗氧化能力發揮腦保護作用[17]。Liu 等[18]利用分子對接技術模擬黃芪中活性成分與5-酯氧合酶和乙酰膽堿酶的結合點位，發現二者與毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮-7-葡萄糖苷、3-羥基9,10-二甲氧基紅堿等活性成分的潛在作用靶點結合良好，提示上述成分對于AD 也存在潛在的治療作用。

2 抑制Aβ 產生和聚集

淀粉樣蛋白級聯理論是目前被廣泛接受的AD發病機制之一。Aβ 是老年斑的主要成分，是AD 的重要標志。大量研究表明Aβ 可誘導細胞凋亡和壞死，表明Aβ 是導致認知功能障礙和死亡的主要原因之一。APP 過表達導致其裂解產生Aβ[19]。該蛋白質的累積可導致神經元毒性，干擾膽堿能、5-羥色胺能、去甲腎上腺素和多巴胺神經元的功能，促進AD 的發生[20]。

黃芪甲苷2 mg/kg 可顯著降低APP/早老蛋白1（presenilin 1，PS1）轉基因小鼠腦內Aβ1-40和Aβ1-42的含量，其作用機制為黃芪甲苷激活Wnt/β-catenin信號通路，下調 PS1、PS2、單過性跨膜蛋白（nicastrin，NCT）及β 位淀粉樣前體蛋白裂解酶1（recombinant β-site APP cleaving enzyme 1，BACE1）等APP 裂解酶的表達，從而阻止APP 分解形成Aβ沉淀，發揮延緩或治療AD 的作用[21]。高博等[22]通過研究黃芪甲苷-IV（astragaloside-IV，AS-IV）對Aβ1-42腦室注射與ig AlCl3誘導的AD 大鼠腦中Aβ和學習記憶功能的影響，結果顯示AS-IV 可以顯著提高模型大鼠的學習記憶功能，其作用機制為ASIV 通過增加過氧化物酶體增殖物激活受體 γ（peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）表達，減少腦中磷酸化核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、NOD 樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）和剪切型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（cystein-asparate protease-1，Caspase-1）等炎癥蛋白的表達和IL-1β、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 等炎癥因子含量，達到對模型大鼠腦中APP 向Aβ 沉淀轉化的抑制作用。Liu等[23]通過研究AS-IV 對APP/PS1小鼠的影響，發現AS-IV 不僅可以改善該模型認知功能障礙，還能抑制Aβ 在其腦內的沉積與Aβ1-42誘導的神經毒性，并增強SKN-SH 細胞的活力，起到神經保護作用。AS-IV 處理APP/PS1 小鼠，可增加PPARγ 表達，抑制BACE1 活性，減少神經炎斑塊形成并降低Aβ 水平。此外，研究發現PPARγ 拮抗劑GW9662 對上述有益作用具有抑制效果[24]。費洪新等[13]通過研究發現，黃芪多糖可顯著降低AD小鼠海馬組織中Aβ 和IL-6 水平，顯著提高核因子E2 相關因子2（nuclear factor erythroid-derived 2-like 2，Nrf2）在APP/PS1 小鼠細胞核中的表達，降低其在細胞質中的表達，恢復Kelch 樣環氧氯丙烷相關蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）、活性氧、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和丙二醛的表達水平。表明黃芪多糖可能通過Nrf2 通路減輕APP/PS1 小鼠認知障礙和Aβ 積累[25]。黃芪多糖可能通過激活Wnt 信號通路抑制Aβ25-35誘導的AD 大鼠腦海馬組織糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的陽性表達，導致β-連環蛋白（β-catenin）降解減少，從而抑制Aβ 的沉積[26]。宋亞娟等[27]研究發現，口服黃芪顆粒可通過增加Aβ25-35誘導的AD大鼠血腦屏障中P-糖蛋白和低密度脂蛋白受體相關蛋白1（low density lipoprotein receptor-related protein 1，LRP1）的含量，促進Aβ 向腦外轉運從而減少其在腦中的沉積，發揮改善AD 癥狀的作用。另有研究顯示，單獨使用黃芪多糖對LPR1 也具有同等干預效果[28]。黃芪多糖也可通過下調APP、GSK-3β 和BACE1 蛋白水平來降低AD 大鼠海馬組織中Aβ 水平[29]。

3 抑制神經細胞損傷或凋亡

Aβ 引起的線粒體功能障礙在AD 的發病機制中具有重要作用。大量研究表明，線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）的開放參與Aβ 誘導的神經元死亡和活性氧的產生。Aβ 可以抑制海馬神經元中PPARγ 和腦源性神經營養因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）的表達，并抑制酪氨酸受體激酶B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）磷酸化，可能通過誘導BDNF/TrkB/p-蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/p-GSK-3β/β-catenin 信號轉導缺陷及線粒體功能障礙而導致皮質神經元變性和神經元凋亡[30]。

Wang 等[31]研究發現，AS-IV 可能通過促進PPARγ 的表達，調控BDNF 的轉錄水平并增加其表達，激活BDNF/TrkB 信號通路，抑制模型小鼠海馬神經元損傷和死亡，最終改善認知功能障礙。外源性BDNF可以保護Aβ 引起的神經毒性和細胞凋亡，而當PPARγ 受到抑制時，AS-IV 無法發揮神經保護作用。黃芪甲苷可能通過促進海馬中PPARγ 激活，抑制BDNF 的表達，加強PPARγ/BDNF 信號通路，改善Aβ 誘導的記憶障礙和海馬神經元凋亡。體內研究結果表明，黃芪甲苷可通過逆轉Aβ 蓄積誘導的AD 小鼠腦BDNF/TrkB 信號缺陷和線粒體功能障礙，減輕Aβ 神經病理學。體外研究還證實，黃芪甲苷可逆轉Aβ 誘導的細胞毒性、凋亡、線粒體窘迫和突觸毒性，并降低大鼠皮質神經元中p-TrkB、p-Akt、p-GSK-3β 和β-catenin 的表達[30]。內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）也是促進AD 早期細胞程序性死亡的重要原因之一，Ma等[32]以Aβ25-35誘導的大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12細胞為研究對象，發現黃芪甲苷對其具有保護作用，其作用機制為黃芪甲苷通過降低細胞內活性氧水平，抑制p38絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）相關蛋白表達及其信號通路，從而抑制模型細胞中的ERS 水平，減少AD 期間細胞程序性死亡。Chang 等[33]研究顯示，黃芪甲苷可抑制Aβ25-35誘導的細胞凋亡，抑制Caspase-3表達增加、DNA 碎片增加和tau 蛋白過度磷酸化。Sun 等[34]研究發現，AS-IV 可通過抑制mPTP 開放和活性氧生成，抑制Aβ1-42誘導的人神經母細胞瘤SK-N-SH 細胞凋亡。Aβ 能激活神經膠質細胞，通過升高細胞質中誘導性一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）表達水平和一氧化氮含量，造成神經細胞死亡[35-36]。黃芪多糖可改善AD大鼠海馬組織結構損傷，并能抑制神經元凋亡，其機制可能與抑制細胞色素C（cytochrome C，Cyt-C）、Caspase-3、Caspase-9 表達有關[37]。賈寧等[38]的研究結果顯示，黃芪多糖可以提高APP/PS1 轉基因小鼠的空間記憶能力，其作用機制可能通過上調B 淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的基因表達，抑制小鼠腦內的異常自噬和凋亡，發揮改善認知功能的作用。另有多項研究表明[39-40]，黃芪顆粒和黃芪提取物可抑制AD 模型大鼠海馬組織促凋亡蛋白Bcl-2 相關X 蛋白，并升高抗凋亡蛋白Bcl-2 表達水平。且黃芪提取物干預AD 模型大鼠后，其海馬組織中環氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和iNOS表達水平顯著降低，并呈劑量相關性[41]。

4 抑制神經炎癥

小膠質細胞是一種與神經炎癥密切相關的免疫細胞，在AD 發病的不同時期對其病情推動可起到不同的作用[42]。在正常狀態下，小膠質細胞可以通過清除谷氨酸、Aβ 和壞死細胞并釋放神經營養因子起到神經系統保護的作用；而在高濃度Aβ 環境下，小膠質細胞被過度激活，通過釋放大量神經炎性因子對神經元產生毒性作用[43]。

研究表明，黃芪甲苷20～80 mg/kg 可以顯著改善脂多糖誘導的AD 模型小鼠的學習記憶功能，黃芪甲苷可以通過抑制小膠質細胞的過度激活，進而減少海馬區IL-1β、TNF-α、IL-6、一氧化氮等炎性因子的釋放，達到對AD 的治療效果[44]。研究表明，黃芪甲苷可以基于絲裂原激活蛋白激酶5（mitogen activated protein kinase 5，MEK5）/細胞外信號調節激酶5（extracellular signal regulated kinase 5，ERK5）信號通路，抑制小膠質細胞活性，降低IL-1β、TNFα 水平抑制神經炎性反應，還可通過降低葡萄糖調節蛋白78、CCAAT 增強子結合蛋白同源蛋白表達水平對腦功能進行保護[45]。趙啟躍等[46]研究發現黃芪甲苷能顯著降低脂多糖誘導的AD 模型小鼠的氧化應激水平，黃芪甲苷給藥能夠下調還原型輔酶II（ nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶中最重要的2 種細胞亞基gp91phox和p22phox 的蛋白表達，并使小鼠腦內活性氧及丙二醛的含量下降，發揮治療AD 的作用。Chen 等[47]利用AS-IV 干預Aβ 誘導的AD 小鼠模型，結果顯示AS-IV 可通過抑制小膠質細胞激活和神經元損傷，下調NADPH 氧化酶，抑制模型小鼠的神經炎癥。黃芪甲苷可顯著降低AD 小鼠的認知功能，其作用機制可能是黃芪甲苷通過抑制NF-κB 抑制蛋白和磷酸化細胞NF-κB p65 的蛋白表達和脂多糖誘導的小鼠腦小膠質BV-2 細胞IL-1β、COX-2、iNOS和TNF-αmRNA 的表達，并抑制磷酸化p65 進入細胞核[48]。黃芪甲苷可從多個方面發揮AD 的治療作用，其具體抗AD 作用機制見圖1。

圖1 黃芪甲苷抗AD 作用機制Fig.1 Anti-AD mechanism of astragaloside

5 結語與展望

AD 的發病機制尚未完全明確（有關AD 的病因已存在包括Aβ 毒性假說、tau 蛋白假說等多種假說[49-50]），導致藥物篩選思路存在一定的局限性，可能也是近年來未見新的抗AD 藥物問世的潛在原因。隨著多組學技術已逐漸應用于AD 機制研究與藥物篩選，利用系統生物學方法嘗試對AD 的發病機制進一步探究或進行藥物篩選，有望為AD 新藥研發提供新的思路。因此，將治療AD 的研究思路從單一靶點到多靶點，從單味藥到復方或許是揭開AD 發病機制與防治對策的關鍵[51-52]。在臨床研究中，可通過黃芪與其他化學藥或復方制劑進行聯合使用，可能從多個方面發揮作用，從而實現更好的AD 防治效果。有研究表明，阿司匹林30 mg/kg 與黃芪顆粒3 mg/kg 混合干預對AD 大鼠的學習記憶能力具有顯著影響，其機制可能與抑制IL-6、TNFα 等炎癥因子有關[53]。研究顯示，用淫羊藿苷-黃芪甲苷-葛根素3∶2∶2 組成的有效成分復方，對APPswe/ PS1dE9 雙轉基因小鼠和小鼠海馬神經元HT22 細胞進行干預，結果發現其可以有效改善小鼠的學習記憶能力，其作用機制可能是上調鐵調素的表達，促進APP 水解關鍵酶的表達，抑制BACE1的形成，從而減少Aβ 的生成，實現對AD 的治療作用[54-55]。桑星晨[56]在對黃芪散各拆方組對AD 的作用比較研究時發現，黃芪＋葛根的防治效果最佳，其防治效果與抑制了小膠質細胞和星形膠質細胞的激活有關。另有研究表明，黃芪三仙湯可減少Aβ1-40致AD 大鼠海馬組織的神經膠質細胞[57]。趙宏等[58]將黃芪-百合-沙棘聯用，通過網絡藥理學預測與實驗驗證，發現其對小鼠學習記憶能力的提高作用與抑制海馬區炎癥因子表達，減輕炎癥損傷有關。劉靜等[59]在黃芪散中加入知母有效部位的提取物，發現其可以通過調節TNF-α/c-Jun 氨基末端激酶通路改善鏈脲佐菌素＋高脂飼料＋AlCl3（ig）喂養誘導實驗性AD 大鼠認知、記憶能力。

綜上所述，黃芪及其活性成分可改善學習記憶能力，并通過抑制Aβ 產生和聚集、抑制神經細胞損傷或凋亡、抑制神經炎癥等多個方面發揮AD 保護作用。此外，研究證實黃芪及其活性成分還可通過調節氧化應激改善AD 癥狀[25]。黃芪具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、提高免疫力、保護心腦血管等作用，黃芪的天然提取物已應用于臨床治療循環系統、呼吸系統、內分泌系統等相關疾病[60-62]。然而，目前對于黃芪及其活性成分抗AD 的機制研究仍停留在體外的細胞或動物實驗中，雖然臨床上也常利用黃芪對AD 患者進行干預，但僅僅停留在藥效評價方面，缺乏更深層次的機制研究，這大大阻礙了黃芪在防治AD 方面的進一步應用，值得進一步探索。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突