燈盞花乙素改善認(rèn)知功能障礙的作用及機(jī)制研究進(jìn)展?

劉美琪，衛(wèi)東鋒，劉振權(quán)，張占軍

(1. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100029； 2. 北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875； 3. 北京師范大學(xué)老年腦健康研究中心，北京 100875； 4. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)臨床基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，北京 100700)

隨著人口老齡化社會(huì)的來(lái)臨，阿爾茨海默病(alzheimer’ disease，AD)即老年性癡呆的發(fā)病率逐年增長(zhǎng)，已成為公共衛(wèi)生領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)之一。2010年世界衛(wèi)生組織普查結(jié)果顯示，全球約3560萬(wàn)人患有AD，預(yù)計(jì)2050年將達(dá)到3倍以上。同年全球應(yīng)對(duì)AD的財(cái)務(wù)成本超過(guò)6000億美元，醫(yī)療負(fù)擔(dān)已超過(guò)癌癥與心臟病的總和[1]。2015年應(yīng)對(duì)AD的全球財(cái)務(wù)成本比2010年上升了35%[2]。因此，認(rèn)知功能障礙防治藥物的研發(fā)已成為目前國(guó)內(nèi)外生命科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，中醫(yī)藥在認(rèn)知障礙相關(guān)疾病的防治方面發(fā)揮了重要作用，值得進(jìn)一步深入研究。

燈盞花乙素(Scutellarin，又名野黃芩苷)是菊科短葶飛蓬屬燈盞細(xì)辛提取物中的主要有效成分，化學(xué)名為4′,5,6-三羥基黃酮7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷，分子量為462.36，占燈盞花素含量的90%以上[3]。燈盞花乙素具有保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞、改善微循環(huán)、調(diào)節(jié)血脂等藥理作用，臨床主要應(yīng)用于缺血性腦卒中、心肌缺血、高血壓等心腦血管疾病，臨床療效較好[4-5]。本文從以下9個(gè)方面綜述近5年來(lái)燈盞花乙素在改善認(rèn)知功能障礙方面的藥理作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展。

1 改善認(rèn)知功能障礙

燈盞花乙素是燈盞花注射液的主要成分。魏娟等[6]使用簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查表MMSE評(píng)價(jià)燈盞花素注射液對(duì)腦梗死患者認(rèn)知功能的影響，結(jié)果顯示燈盞花素注射液組的量表評(píng)分明顯優(yōu)于對(duì)照組，腦梗死患者的認(rèn)知功能得到顯著提高。盧烈梅等[7]研究表明，燈盞花素可有效提高急性腦梗死患者神經(jīng)功能檢測(cè)量表(NIHSS)的評(píng)分和蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(MoCA)的評(píng)分。Guo LL等[8-9]采用Morris水迷宮實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)燈盞花乙素對(duì)淀粉樣蛋白誘導(dǎo)的AD大鼠的影響，結(jié)果表明燈盞花乙素可明顯改善AD大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力，其作用機(jī)制與其能夠抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及神經(jīng)細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。在缺氧導(dǎo)致的認(rèn)知功能障礙大鼠模型中，燈盞花乙素同樣表現(xiàn)出顯著的認(rèn)知改善作用[10]。以上研究結(jié)果表明，燈盞花乙素對(duì)認(rèn)知功能障礙具有明顯的改善作用。

2 抗Aβ毒性

目前研究普遍認(rèn)為，AD患者腦組織中由寡聚態(tài)β淀粉樣蛋白(amyloid beta protein，Aβ)引起的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)可引起神經(jīng)元進(jìn)行性損傷甚至丟失，從而導(dǎo)致AD患者的認(rèn)知功能逐漸惡化[11]。Guo LL等[8]研究表明，燈盞花乙素可緩解Aβ25-35誘導(dǎo)AD大鼠學(xué)習(xí)和記憶能力的損傷，使AD大鼠腦組織中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性、單胺氧化酶(monoamine oxidase，MAO)活性、IL-1β、IL-6及TNF-α水平明顯降低，并能抑制神經(jīng)元的凋亡。中藥燈盞細(xì)辛注射液和燈盞生脈膠囊的主要有效成分均為燈盞花乙素。陳興泳等[12]研究表明，燈盞生脈膠囊可明顯降低腎性高血壓模型大鼠海馬區(qū)升高的Aβ水平。梁紅霞[13]研究表明，經(jīng)燈盞細(xì)辛注射液治療后，急性腦梗死患者血清中的Aβ水平顯著低于對(duì)照組。以上研究為燈盞花乙素治療AD和血管性癡呆(vascular dementia，VaD)提供了理論基礎(chǔ)。

3 改善能量代謝

腦組織中的能量代謝障礙與認(rèn)知功能障礙的臨床癥狀密切相關(guān)，即使是輕微的腦代謝減少，也會(huì)在幾秒鐘內(nèi)導(dǎo)致大腦認(rèn)知功能受損，長(zhǎng)期嚴(yán)重的大腦葡萄糖氧化損傷甚至?xí)?dǎo)致永久性癡呆[14]。Li JH等[15]采用以18F-脫氧葡萄糖為示蹤劑的小動(dòng)物PET成像方法研究燈盞花乙素對(duì)大腦中動(dòng)脈栓塞導(dǎo)致的短暫性腦缺血大鼠的影響，結(jié)果表明燈盞花乙素能夠明顯降低短暫性腦缺血大鼠的神經(jīng)功能缺損評(píng)分，其神經(jīng)保護(hù)作用與增強(qiáng)腦梗死部位組織中的葡萄糖代謝、改善腦組織神經(jīng)元的能量代謝密切相關(guān)。

4 抑制炎癥反應(yīng)

腦組織中的炎癥反應(yīng)與認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)，抑制腦組織中的炎癥反應(yīng)是改善患者認(rèn)知功能的有效途徑之一[16]。在AD進(jìn)展過(guò)程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的IL-1α和IL-2含量無(wú)明顯變化，而 IL-1β、IL-6及TNF-α含量逐漸升高[17]。郭莉莉等[8, 18]研究表明，Aβ致使大鼠大腦皮層中NF-κB p65、IL-1、IL-6及TNF的含量顯著升高，燈盞花乙素則可使這些過(guò)度表達(dá)的炎癥介質(zhì)含量恢復(fù)到接近正常水平。Wang WJ等[19]研究表明，缺血性腦損傷大鼠模型的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)活性和含量顯著增加，燈盞花乙素可在mRNA和蛋白質(zhì)水平上降低ACE的含量，進(jìn)而減少血管緊張素II(angiotensin II，AngII)的形成，并能抑制AngII/AT1R(AngII1型受體)途徑介導(dǎo)的促炎因子，如TNF-α、IL-1β和IL-6的產(chǎn)生，保護(hù)大腦免受缺血引起的損傷，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

腦損傷后活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可以清除細(xì)胞碎片和入侵的病原體，釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，而慢性活化的小膠質(zhì)細(xì)胞則可通過(guò)釋放過(guò)量的炎癥因子導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[20]。在AD病程中，慢性活化的小膠質(zhì)細(xì)胞能夠影響周圍中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞，加重Tau蛋白的病理過(guò)程，引起神經(jīng)變性和神經(jīng)元丟失，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙[16]。YuanY等[21]研究表明，燈盞花乙素可明顯緩解缺血腦組織中小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。Chen XY等[22]研究表明，燈盞花乙素能夠明顯減少活化的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量，并能明顯抑制Toll樣受體4(Toll-like receptors4，TLR4)、NF-κB p65及炎性因子的表達(dá)。目前依達(dá)拉奉廣泛應(yīng)用于治療急性缺血性腦卒中，已被證實(shí)可明顯改善患者的神經(jīng)學(xué)評(píng)分，抵抗活化的小膠質(zhì)細(xì)胞毒性，顯著減小腦梗死面積，并減少活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的生成。YuanY等[23]的體外實(shí)驗(yàn)表明，燈盞花乙素可明顯抑制細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)誘導(dǎo)的BV-2細(xì)胞中的炎性細(xì)胞因子，誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(Inducible nitric oxides synthase，iNOS)、NO及ROS的表達(dá)。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，依達(dá)拉奉和燈盞花乙素均可顯著減小腦梗死組織面積，且燈盞花乙素在實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)的療效優(yōu)于依達(dá)拉奉。

5 抗氧化反應(yīng)

在認(rèn)知功能障礙的防治研究中，許多天然化合物已被證明具有不同程度的抗氧化活性，進(jìn)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，燈盞花乙素就是其中之一[24]。Guo LL等[8]研究表明，燈盞花乙素能夠明顯抑制Aβ25-35誘導(dǎo)的AD大鼠腦內(nèi)SOD活性降低及MAO活性升高，從而改善AD大鼠的認(rèn)知功能。張娜娜[25]研究表明，燈盞花乙素在過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞衰老模型中，能夠通過(guò)增強(qiáng)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)的活性和抑制細(xì)胞周期，調(diào)控相關(guān)蛋白P53、P27和P21的表達(dá)，明顯減輕PC12細(xì)胞模型的衰老損傷，而過(guò)氧化氫誘導(dǎo)PC12神經(jīng)細(xì)胞衰老的機(jī)制與TERT活性降低及P53、P27和P21表達(dá)增強(qiáng)有關(guān)。利凡斯的明是一種被FDA批準(zhǔn)治療AD的乙酰膽堿酯酶(acetyl cholinesterase，AChE)和丁酰膽堿酯酶(butyryl cholinesterase，BuChE)抑制劑。然而，在臨床試驗(yàn)中，它僅有助于認(rèn)知的輕度改善。Sang等[26]研究合成了一系列“燈盞花乙素-利凡斯的明”衍生物，其中化合物15c是一種選擇性的生物金屬螯合劑，可穿透血腦屏障，顯著抑制AChE和BuChE活性，增強(qiáng)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase，ChAT)的活性，具有較好的抗氧化活性，對(duì)H2O2誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞損傷具有顯著保護(hù)作用，是用于AD治療的潛在藥物。

6 活化星形膠質(zhì)細(xì)胞

Fang M等[27]研究表明，燈盞花乙素能夠明顯提高大腦中動(dòng)脈閉塞大鼠模型的神經(jīng)功能評(píng)分，減小大腦皮質(zhì)的梗死體積，其作用機(jī)制與誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞活化、增生，增強(qiáng)星形膠質(zhì)細(xì)胞中BDNF、NT-3、IGF-1、MAP-2和PSD-95(參與神經(jīng)細(xì)胞增殖、分化和神經(jīng)保護(hù)的各種蛋白質(zhì))的表達(dá)，調(diào)節(jié)神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)、突觸可塑性及神經(jīng)傳導(dǎo)密切相關(guān)。Chai L等[28]研究表明，燈盞花乙素可通過(guò)調(diào)節(jié)磷酸化環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)蛋白結(jié)合元件(p-Cyclic AMP response element-binding protein，p-CREB)和蛋白激酶B(protein kinase B，pAkt)的表達(dá)，促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞中神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(neurotrophin factor，NTF)的產(chǎn)生和釋放，拮抗低氧誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，保護(hù)星形膠質(zhì)細(xì)胞，進(jìn)而發(fā)揮中樞神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用。

Fang M等[29]研究表明，燈盞花乙素在活化的小膠質(zhì)細(xì)胞中能夠明顯降低TNF-α、IL-1β，iNOS和NO等炎癥因子的表達(dá)，在反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞中則能夠明顯增強(qiáng)這些炎癥因子的表達(dá)。越來(lái)越多的研究表明，促炎因子的最終含量決定它們發(fā)揮神經(jīng)毒性或神經(jīng)保護(hù)作用，一些炎癥因子具有神經(jīng)保護(hù)作用，如TNF-α保護(hù)神經(jīng)元免受氧化和缺血性損傷，IL-1β可促進(jìn)神經(jīng)元的存活，iNOS衍生的NO可作為創(chuàng)傷性腦損傷中的內(nèi)源性抗氧化劑發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[30]。而燈盞花乙素可增強(qiáng)TNF-α、IL-1β和iNOS的表達(dá)，在特定條件下具有神經(jīng)保護(hù)作用。源自活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞中的TNF-α，IL-1β和iNOS可能是有益的，這與活化的小膠質(zhì)細(xì)胞中這些因子的細(xì)胞毒性正好相反。

7 調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)與神經(jīng)信息傳遞

Li Q等[31]研究表明，燈盞花乙素可通過(guò)增強(qiáng)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)、磷酸化細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶5 (p-Erk5)及Kruppel樣因子2(KLF2)的表達(dá)水平，激活Erk5-KLF2-eNOS信號(hào)通路，從而緩解腦血管痙攣，改善蛛網(wǎng)膜下腔出血大鼠模型的神經(jīng)功能缺損。燈盞花乙素羥基較多，其親水性較大，一般的給藥形式難以使其透過(guò)血腦屏障[32]?？诜舯K花乙素主要以其水解產(chǎn)物黃芩苷的形式被吸收。

8 促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞增殖分化

Wang WW等[10]研究表明，燈盞花乙素可通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)的增殖和神經(jīng)元分化來(lái)減輕小鼠缺氧模型的認(rèn)知功能障礙，其作用機(jī)制一是通過(guò)提高M(jìn)APK信號(hào)通路中的胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)的磷酸化水平，促進(jìn)NSCs增殖；二是通過(guò)上調(diào)活化型堿性/螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)因子和下調(diào)抑制型bHLH因子，誘導(dǎo)NSCs分化為神經(jīng)元。少突膠質(zhì)細(xì)胞能夠傳輸神經(jīng)元和軸突的營(yíng)養(yǎng)和代謝，并具有神經(jīng)修復(fù)功能，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有重要作用。

9 抑制細(xì)胞凋亡

王琳等[33]研究表明，燈盞花乙素可明顯抑制新生大鼠缺氧缺血模型海馬CA1區(qū)p38 MAPK的表達(dá)，顯著減少神經(jīng)元的凋亡，從而發(fā)揮腦保護(hù)作用。以上研究可為燈盞花乙素在抑制神經(jīng)元凋亡和保護(hù)認(rèn)知能力方面提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

10 結(jié)語(yǔ)與展望

認(rèn)知功能障礙包括輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment，MCI)和癡呆，癡呆的主要類型包括AD、VaD、額顳葉癡呆及路易體癡呆等。認(rèn)知功能障礙的病理特征一般包括Aβ寡聚體、Tau蛋白過(guò)度磷酸化、Aβ斑塊沉積、腦組織能量代謝紊亂、腦神經(jīng)細(xì)胞過(guò)度凋亡壞死、炎癥反應(yīng)、氧化因子損傷等。目前，盡管有些藥物已被證實(shí)能夠明顯提高患者的學(xué)習(xí)記憶能力，改善認(rèn)知功能障礙，但其臨床效果及安全性仍有待于進(jìn)一步提高。除了一些Ach 抑制劑如鹽酸多奈哌齊片(安理申)、氫溴酸加蘭他敏片，非競(jìng)爭(zhēng)性N-甲基-D-天冬氨酸受體拮抗劑如美金剛等在臨床中廣泛用于治療認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病，其他絕大多數(shù)藥物研發(fā)仍難以通過(guò)Ⅲ期臨床試驗(yàn)。因此，尋找高效低毒的認(rèn)知損傷改善藥物仍是醫(yī)學(xué)工作者目前較為緊迫的任務(wù)之一。

中藥在此方面具有巨大潛力，包括燈盞細(xì)辛在內(nèi)的許多傳統(tǒng)中藥在改善認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病中具有一定優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)一步深入研究。目前研究表明，燈盞細(xì)辛的主要成分燈盞花乙素在治療認(rèn)知功能障礙方面具有良好的藥理作用和研發(fā)前景，其作用機(jī)制包括減輕Aβ毒性、改善腦組織能量代謝、抑制炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)中樞膽堿能系統(tǒng)、清除自由基、抗氧化、活化星形膠質(zhì)細(xì)胞、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)含量與神經(jīng)信息傳遞、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞增殖分化、抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡等。雖然燈盞花乙素在臨床中早已被廣泛應(yīng)用于治療心腦血管疾病，但目前關(guān)于其治療認(rèn)知功能障礙的作用及其機(jī)制研究尚處于初步階段。尤其在細(xì)胞和分子水平方面仍有待于進(jìn)一步研究，深入探討其作用機(jī)制，將為中藥燈盞細(xì)辛在神經(jīng)退行性疾病中的臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和理論支持。