姜黃素治療癲癇疾病的作用機(jī)制研究進(jìn)展

劉德英,雷 芳,謝苗瑩,李潔玉,零冬慧,刁麗梅

(1. 廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西 南寧 530001;2. 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,廣西 南寧 530023)

癲癇是一種慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病,其特征是神經(jīng)元過度或同步活動,并具有持久的癲癇發(fā)作傾向,約影響全球1%的人口[1-2]。國內(nèi)現(xiàn)有癲癇患者大約九百多萬人,全球平均每天新發(fā)癲癇病例大約6 000例[3]?？拱d癇藥物在臨床上取得一定療效,但仍有30%左右的患者產(chǎn)生耐藥性[4],并且在長期服用后,出現(xiàn)認(rèn)知障礙、情感障礙或反復(fù)發(fā)作等不良反應(yīng)。因此,有必要開發(fā)不良反應(yīng)更少、療效更高的新型抗癲癇藥物。草藥提取物是治療癲癇的一種潛在替代方法,一些研究已經(jīng)證明姜黃素在癲癇治療中的有效性[5]。姜黃素是一種從姜黃中提取的多酚植物化學(xué)物質(zhì),具有神經(jīng)保護(hù)、抗炎和抗氧化等特性,可對抗多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化癥等[6-7]。最新研究發(fā)現(xiàn),姜黃素可以通過多種途徑保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞、抗細(xì)胞凋亡、抑制炎癥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激等來發(fā)揮抗癲癇作用[8]。本文從上述角度出發(fā),對有關(guān)姜黃素在治療癲癇方面的研究進(jìn)行論述,為治療癲癇提供新視角。

1 抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡與癲癇發(fā)生密切相關(guān)。神經(jīng)元凋亡是癲癇發(fā)作后神經(jīng)元死亡的主要形式之一[9]。Caspase在細(xì)胞凋亡中起著重要作用,Caspase-3是Caspase家族核心成員,其基因過度表達(dá)可引起細(xì)胞凋亡[10];當(dāng)細(xì)胞受到外界凋亡信息激活時,Caspase-3被剪切后產(chǎn)生cleaved Caspase-3的活性片段,其表達(dá)可表示細(xì)胞的凋亡情況;此外,Bax和Bcl-2可作為Caspase-3的上游調(diào)控基因,協(xié)助完成細(xì)胞凋亡的調(diào)控行為[11]。吳連連等[12]研究發(fā)現(xiàn),在海仁藻酸誘導(dǎo)的小鼠癲癇急性發(fā)作模型中,癲癇發(fā)作后海馬CA1區(qū)和CA3區(qū)出現(xiàn)明顯的神經(jīng)元丟失損傷,凋亡細(xì)胞數(shù)也顯著增加,而姜黃素可以很大程度上改善這種現(xiàn)象;且發(fā)現(xiàn)姜黃素組凋亡蛋白cleaved Caspase-3和Bax蛋白相對表達(dá)量顯著低于模型組,抗凋亡蛋白Bcl-2相對表達(dá)量顯著高于模型組,該結(jié)果提示姜黃素能減少癲癇海馬神經(jīng)元損傷和凋亡。廖婕等[13]用100mg/kg、50mg/kg和25 mg/kg高、中、低劑量的姜黃素給姜黃素組癲癇小鼠灌胃治療,結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素能減輕海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡情況,并顯著降低cleaved-Caspase-3蛋白的表達(dá)。PI3K/Akt是mTOR主要上游信號通路,是一條經(jīng)典抗凋亡通,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛的表達(dá)。PI3K/Akt通路激活可抑制神經(jīng)元凋亡、抑制神經(jīng)元的興奮性,并減輕癲癇模型大鼠癲癇發(fā)作程度[14]。王娜等[15]對PI3K、AKt和mTOR調(diào)控神經(jīng)元凋亡進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,姜黃素可能通過上調(diào)PI3K/AKt/mTOR表達(dá),減少大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡,從而對大鼠神經(jīng)元發(fā)揮保護(hù)作用。已有證據(jù)表明,癲癇發(fā)作會導(dǎo)致NMDA受體被激活而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡,姜黃素可以通過調(diào)節(jié)NMDA受體活性和抑制NMDA受體介導(dǎo)的鈣升高,降低細(xì)胞凋亡率,提高細(xì)胞存活率,從而減輕NMDA介導(dǎo)的興奮性毒性細(xì)胞損傷[16]。另有研究發(fā)現(xiàn),姜黃素也可通過調(diào)控TLR4/NF-κB信號通路來減少細(xì)胞凋亡,從而改善癲癇小鼠神經(jīng)元損傷[17]。如前所述,姜黃素可以從多方面有效的抑制海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡,減少癲癇發(fā)作,這為其成為治療癲癇的有效藥物提供了證據(jù)。

2 抑制炎癥反應(yīng)

腦部炎癥是癲癇形成及發(fā)作的一個重要機(jī)制,癲癇發(fā)作觸發(fā)促炎細(xì)胞因子的釋放,并激活免疫反應(yīng),進(jìn)一步增加神經(jīng)元的興奮性,降低癲癇閾值,誘導(dǎo)血腦屏障破壞,促進(jìn)癲癇發(fā)生,由此可見,癲癇和炎癥間存在相互作用[18]。白細(xì)胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子(TNF)-α作為典型的炎癥介質(zhì),在癲癇持續(xù)狀態(tài)(SE)和其他急性腦損傷后癲癇的發(fā)生中起關(guān)鍵作用[19]。有研究表明,SE大鼠海馬區(qū)受到了IL-1β、TNF-α炎癥因子的影響,而姜黃素可以抑制這兩種炎癥因子的表達(dá),減輕繼發(fā)性炎癥對腦的損傷,改善了癲癇發(fā)生相關(guān)的病理改變[20]。環(huán)氧酶-2(COX-2)和5-脂氧合酶(5-LOX)是免疫炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,可在癲癇發(fā)病過程中產(chǎn)生前列腺素、血栓素、白三烯等代謝產(chǎn)物,這些代謝產(chǎn)物一方面可以誘發(fā)局部炎癥反應(yīng),加重神經(jīng)元缺血缺氧性損傷;另一方面誘發(fā)癲癇的反復(fù)發(fā)作及促進(jìn)癲癇誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡[21]。林青等[22]研究表明,經(jīng)過給造模成功的癲癇大鼠腹腔注射姜黃素(100 mg/kg,300 mg/kg)后發(fā)現(xiàn),姜黃素可以抑制COX-2和5-LOX表達(dá),且跟姜黃素劑量有關(guān),姜黃素高劑量組神經(jīng)元損傷比姜黃素低劑量組輕。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體,在癲癇炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用,NLRP3炎性小體可通過Caspase-1依賴的方式把成熟的、功能性的IL-1β加工和釋放[23]。He等[24]在KA致癇大鼠的海馬區(qū)組織中提取總蛋白,進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡分析,結(jié)果觀察到KA組IL-1β、NLRP3和活性Caspase-1表達(dá)水平顯著上調(diào),給予姜黃素100 mg/kg灌胃后1周后進(jìn)行癲癇大鼠誘導(dǎo)的KA+姜黃素組,海馬區(qū)IL-1β、NLRP3和裂解Caspase-1的蛋白表達(dá)明顯受到抑制,海馬神經(jīng)元丟失減少。同樣,吳連連等[25]研究也發(fā)現(xiàn)姜黃素可以通過調(diào)節(jié)NLRP3/Caspase-1/IL-1β通路抑制海馬炎性反應(yīng)來減輕小鼠癲癇發(fā)作Racine分級評分,延長發(fā)作潛伏期。

長時間的癲癇發(fā)作可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞,這些細(xì)胞可以釋放各種炎癥分子,使神經(jīng)元過度興奮、神經(jīng)細(xì)胞死亡和癲癇發(fā)生[26]?；罨男切文z質(zhì)細(xì)胞是炎癥反應(yīng)的誘因之一,會致癲癇的持續(xù)發(fā)作。Kaur等[27]研究表明,姜黃素可以抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、抑制GFAP(膠質(zhì)纖維酸性蛋白,星形細(xì)胞激活的生物標(biāo)記物)和Iba-1(小膠質(zhì)細(xì)胞的激活標(biāo)志物)蛋白和mRNA的過度表達(dá),表明姜黃素可以有效抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活。S100B主要分布于中樞神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中。研究發(fā)現(xiàn),癲癇患者外周血中S100B水平顯著升高,S100B可以作為癲癇的生物標(biāo)志物[28]。林青等[29]用氯化鋰-匹羅卡品誘導(dǎo)大鼠癲癇持續(xù)狀態(tài)(SE),予姜黃素300 mg/kg腹腔注射,結(jié)果顯示姜黃素降低了匹羅卡品致癇大鼠海馬神經(jīng)元S100B蛋白表達(dá),抑制了星形膠質(zhì)細(xì)胞的異?；罨＝S素還被證明通過減少小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧(ROS)和細(xì)胞因子來保護(hù)神經(jīng)元免受炎癥和神經(jīng)元損傷[30]。

上述研究均表明姜黃素對于炎癥反應(yīng)有抑制作用,可以作為一種潛在的抗癲癇藥物,雖然其在人體內(nèi)是否具有同樣的效果有待進(jìn)一步研究,但姜黃素的抗癲癇作用為治療癲癇提供了一種新的途徑。

3 抗氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激定義為自由基的過度產(chǎn)生,可以顯著改變細(xì)胞功能,這些化合物的過度產(chǎn)生與癲癇誘導(dǎo)的神經(jīng)元死亡有關(guān)。一氧化氮(NO)是一種在大腦中發(fā)揮多方面作用的自由基團(tuán),多項(xiàng)研究表明,將NO直接注入大鼠的大腦皮質(zhì)會導(dǎo)致驚厥發(fā)作[31]。NO生成的增強(qiáng)可能為導(dǎo)致癲癇發(fā)作的一種啟動機(jī)制[32]。研究顯示,匹羅卡品處理的大鼠海馬區(qū)NO水平顯著增加,口服姜黃素可使匹羅卡品處理后升高的NO水平恢復(fù)到對照水平,這可能是由于姜黃素抑制一氧化氮合酶的表達(dá)及其清除產(chǎn)生的NO[33]。Sumanont等[34]發(fā)現(xiàn),姜黃素可以保護(hù)KA誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞死亡與其清除NO活性和抗氧化活性有關(guān)。當(dāng)自由基的產(chǎn)生增加或機(jī)體防御機(jī)制減弱時,它們會攻擊生物膜的多不飽和部位,導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化,從而導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙,其中丙二醛(MDA)水平的升高是脂質(zhì)過氧化的標(biāo)志;谷胱甘肽(GSH)是一種內(nèi)源性抗氧化劑,可轉(zhuǎn)化為氧化形式,這種氧化形式的谷胱甘肽能與自由基反應(yīng),防止產(chǎn)生有毒的羥基自由基[35]。研究發(fā)現(xiàn),PTZ點(diǎn)燃可使大鼠腦內(nèi)MDA含量升高,GSH含量降低,口服姜黃素不僅可降低大鼠大腦和小腦中MDA的含量,提高過氧化氫酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的水平,還能顯著延長肌陣攣、陣攣發(fā)作和全身強(qiáng)直-陣攣發(fā)作的潛伏期,改善發(fā)作評分,減少肌陣攣發(fā)作次數(shù)[36]。Ahmad[37]用姜黃素預(yù)處理SD大鼠后給予鋰-匹羅卡品進(jìn)行SE誘導(dǎo),結(jié)果顯示姜黃素通過抑制TBARS(脂質(zhì)過氧化水平)的增加,減輕GSH耗竭來減輕氧化應(yīng)激水平。Agarwal等[38]研究也表明PTZ點(diǎn)燃引起的MDA水平的升高和GSH水平下降均被姜黃素顯著抑制,可顯著減緩小鼠點(diǎn)燃的進(jìn)程。Kiasalari等[39]測定姜黃素灌胃的癲癇大鼠癲癇發(fā)作活動度和氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo),結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素可顯著降低海馬區(qū)組織中MDA、亞硝酸鹽和硝酸鹽的水平,從而減輕氧化應(yīng)激負(fù)荷,保護(hù)海馬神經(jīng)元免受氧化損傷,且降低了苔蘚纖維發(fā)芽和減輕了嚴(yán)重的癲癇持續(xù)狀態(tài)。DU等[40]用30,100,300 mg/kg姜黃素治療匹羅卡品致癇大鼠后發(fā)現(xiàn),100 mg/kg和300 mg/kg劑量的姜黃素可顯著提高小鼠的驚厥閾值,同時可逆轉(zhuǎn)匹羅卡品致癇大鼠一氧化氮合酶、乳酸脫氫酶、GSH和超氧化物歧化酶的變化。研究發(fā)現(xiàn),姜黃素清除自由基的能力可能歸功于給氫酚基,姜黃素含有兩個親電的α、β不飽和羰基,可以與GSH等親核化合物反應(yīng),生成姜黃素的谷胱甘肽產(chǎn)物[41]。此外,姜黃素在體內(nèi)通過激活谷氨酰半胱氨酸連接酶(GCL)活性誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)GSH合成。這些結(jié)果顯示了姜黃素能夠有效地平衡氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng),減少氧化應(yīng)激產(chǎn)物堆積,從而保護(hù)神經(jīng)元,減輕癲癇發(fā)作。

4 調(diào)節(jié)離子通道

離子通道是完整的膜蛋白,在神經(jīng)元興奮和神經(jīng)元存活中起著至關(guān)重要的作用。在神經(jīng)元的興奮或電信號的傳導(dǎo)中,各種通道蛋白促進(jìn)了離子在膜上的移動,離子通道中的任何一種失調(diào)都可能導(dǎo)致包括癲癇在內(nèi)的各種神經(jīng)疾病[42]。谷氨酸介導(dǎo)的細(xì)胞損傷在癲癇中是眾所周知的,它導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)鈣通道(VGCC)的異常開放,這會導(dǎo)致神經(jīng)元過度興奮和神經(jīng)元死亡[43]。姜黃素被證明可通過抑制突觸前電壓門控鈣通道來抑制突觸體內(nèi)谷氨酸的釋放[44],并且還可以調(diào)節(jié)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-1(GLT-1),這對于維持低的細(xì)胞外谷氨酸濃度是非常重要的,也是防止谷氨酸在突觸上的興奮作用所必需的[45]。電壓門控Ca2+通道在癲癇發(fā)作過程中起著關(guān)鍵作用。電壓門控鈣通道有多種,如由Cav1.1-Cav1.4組成的L型鈣通道,由Cav2.1-Cav2.3組成的P/Q型鈣通道,這些都與癲癇的發(fā)生有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),P/Q型鈣通道α1亞單位(CACNA1A)和GABAA受體δ亞單位(GABRD)蛋白與癲癇發(fā)生密切,CACNA1A是一種突觸前通道蛋白,通過與SNARE蛋白相互作用發(fā)揮鈣轉(zhuǎn)運(yùn)功能;相反,GABRD表達(dá)在神經(jīng)元的突觸后膜上[46-47]。Kumar等[48]在注射FeCl3誘導(dǎo)創(chuàng)傷后癲癇后立即給予姜黃素飲食治療4周,結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素治療的第28天,姜黃素誘導(dǎo)的大鼠CACNA1A的表達(dá)比同期癲癇對照組的高出近一倍,GABRD的表達(dá)增加了約4.5倍,說明姜黃素減弱了癲癇相關(guān)的CACNA1A和GABRD這兩種通道蛋白的下調(diào)。Kumar等[49]研究表明,在鐵誘導(dǎo)的癲癇中,鈉通道Nav1.1的表達(dá)上調(diào),姜黃素可下調(diào)皮質(zhì)Nav1.1的表達(dá)來達(dá)到抗癲癇作用。這些結(jié)果提示調(diào)節(jié)離子通道同樣是姜黃素發(fā)揮抗癲癇的作用機(jī)制之一。

5 其 他

最新證據(jù)表明,細(xì)胞死亡的新機(jī)制包括自噬、吞噬、壞死性下垂和下垂,可能都是癲癇發(fā)生的原因[50-51]。研究發(fā)現(xiàn),在鋰-匹羅卡品誘導(dǎo)的SE,壞死性下垂被激活,加劇了海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡后的神經(jīng)細(xì)胞死亡。自噬起著管家的作用,維持神經(jīng)細(xì)胞的動態(tài)平衡。在SE后早期(約4 h),自噬被激活為海馬神經(jīng)元的一種自我保護(hù)機(jī)制,以對抗細(xì)胞凋亡和壞死性下垂,兩者之間存在動態(tài)平衡。然而,隨著病情繼續(xù)惡化,自噬和壞死性下垂之間的平衡最終被打破,海馬神經(jīng)元的自我保護(hù)功能崩潰,導(dǎo)致自噬減少[52]。Wang等[52]在SE誘導(dǎo)前分別給予姜黃素灌胃,發(fā)現(xiàn)姜黃素可以通過抑制壞死性下垂的MLKL和RIP-1蛋白的表達(dá),增加自噬的Beclin-1和Lc3蛋白表達(dá)水平來保護(hù)SE后大鼠海馬神經(jīng)元損傷。

線粒體是參與一些重要代謝活動的主要細(xì)胞器,已觀察到線粒體功能障礙在各種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究表明,線粒體功能缺陷可能是顳葉癲癇發(fā)作發(fā)病機(jī)制的基礎(chǔ)[53],PTZ處理的大鼠觀察到了包括線粒體腫脹在內(nèi)的嚴(yán)重退行性損傷[54];同樣的,在顳葉癲癇(TLE)患者中也發(fā)現(xiàn)了線粒體功能缺陷以及線粒體超微結(jié)構(gòu)的異常[55],這些結(jié)果表明,腦線粒體活性的異常與癲癇誘發(fā)的變化有關(guān)。Kaur等[56]觀察了大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)線粒體的超微結(jié)構(gòu)變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)動物經(jīng)PTZ處理后,線粒體膜完整性破壞,線粒體脊扭曲,兩區(qū)基質(zhì)密度降低,向PTZ動物補(bǔ)充姜黃素能夠逆轉(zhuǎn)檢測到的結(jié)構(gòu)異常。

腦葡萄糖低代謝被認(rèn)為是SE后靜止期癲癇發(fā)生的早期標(biāo)志,Slowing等[57]采用鋰-匹羅卡品誘導(dǎo)大鼠SE模型,在SE發(fā)生前14 d、SE誘導(dǎo)當(dāng)天和隨后的2 d內(nèi)給SD大鼠灌胃姜黃素口服200/300 mg/(kg·d),結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素治療完全防止了葡萄糖低代謝,同時還顯著減少了SE引起的體重?fù)p失、神經(jīng)變性和神經(jīng)炎癥。

除了癲癇本身會導(dǎo)致認(rèn)知障礙外,抗癲癇藥物也被證明會導(dǎo)致癲癇患者的認(rèn)知障礙[58]。Choudhary等[59]研究發(fā)現(xiàn),姜黃素可能通過調(diào)節(jié)中樞單胺能,抑制亞硝化應(yīng)激和乙酰膽堿酯酶活性來減輕點(diǎn)燃動物的癲癇發(fā)作嚴(yán)重程度、抑郁樣行為和記憶障礙。Mehla[60]采用高架迷宮和被動回避實(shí)驗(yàn)評估大鼠認(rèn)知功能障礙,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與單獨(dú)使用PTZ的大鼠相比,服用姜黃素的大鼠在被動回避范式中的保留潛伏期顯著延長,在高架+迷宮中的保留傳遞潛伏期顯著縮短,說明預(yù)先給予姜黃素可改善點(diǎn)燃大鼠的認(rèn)知功能。

這些結(jié)果提示姜黃素可以從多方面發(fā)揮抗癲癇的作用,因此,需要進(jìn)一步闡明姜黃素的作用及其分子機(jī)制,有望其在臨床治療癲癇發(fā)揮重要作用。

6 小 結(jié)

最近的臨床前研究表明,姜黃素對癲癇及其相關(guān)疾病有用,暫時未見明顯不良反應(yīng)[61]。姜黃素具有良好的抗驚厥作用,但由于其較差的水溶性和較低的生物利用度,其臨床應(yīng)用一直受到限制[62]。此外,姜黃素由肝臟代謝,并通過腎臟排泄,因此較少的姜黃素可以到達(dá)大腦。為了克服這一問題,不同的方法被研究出來,如將姜黃素包裹在納米粒、脂質(zhì)體和聚合物結(jié)合物等物質(zhì)中以提高姜黃素生物利用度。與西藥相比,傳統(tǒng)中藥具有良好的安全性,并且不良反應(yīng)較少,適用于更多的患者。姜黃素的抗癲癇作用已在多種慢性癲癇模型中得到證實(shí),其療效也得到了肯定,在癲癇疾病中的作用機(jī)制研究也越來也深入。因此,作為治療癲癇疾病十分有潛力的一種藥物,姜黃素的作用及其分子機(jī)制仍需繼續(xù)研究。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。