絞股藍(lán)皂苷對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的保護(hù)效應(yīng)及作用機(jī)理的研究進(jìn)展

耿亞楠,趙 名,范 明,朱玲玲

(1.軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院軍事認(rèn)知與腦科學(xué)研究所，北京 100850；2.首都醫(yī)科大學(xué)腦重大疾病研究院，北京 100069)

絞股藍(lán)(GynostemmaPentaphyllumMakino)為多年生蔓生草本，又名五葉參、七葉膽，系葫蘆科絞股藍(lán)屬模式種植物。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)絞股藍(lán)主要的藥效成分為達(dá)瑪烷型的絞股藍(lán)皂苷(gypenosides，GP)。細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GP具有抗氧化、抗炎、增強(qiáng)免疫力、降血脂、降血糖等作用[1-2]。在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，例如阿爾茲海默癥、帕金森病、抑郁癥、缺氧性腦損傷，GP也表現(xiàn)出了良好的保護(hù)效應(yīng)。本文就GP對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的保護(hù)效應(yīng)及其作用機(jī)理作一綜述，為GP相關(guān)的藥物研發(fā)進(jìn)一步提供依據(jù)。

1 GP對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的保護(hù)效應(yīng)

1.1 GP防治阿爾茲海默病阿爾茲海默病(Alzheimer’s disease，AD)是最常見的老年性癡呆。AD的病理特征是老年斑、神經(jīng)原纖維纏結(jié)和進(jìn)行性神經(jīng)元損失。腦淀粉樣蛋白β(amyloid-beta，Aβ)沉積是典型的AD發(fā)病機(jī)理，其誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的作用機(jī)理包括氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和自噬[3]。

活性單體化合物GP-17可減輕AD轉(zhuǎn)基因小鼠的空間學(xué)習(xí)、記憶障礙[4]。采用40 mg·kg-1·d-1劑量的 GP-17灌胃處理AD轉(zhuǎn)基因小鼠60 d后，可延長(zhǎng)小鼠的目標(biāo)象限時(shí)間，增加穿越平臺(tái)次數(shù)。同時(shí)，在小鼠海馬和皮層組織可通過激活轉(zhuǎn)錄因子EB(transcription factor EB，TFEB)促進(jìn)自噬清除腦內(nèi)Aβ的沉積。此外，Meng等[5]研究發(fā)現(xiàn)GP-17對(duì)Aβ25-35誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞死亡具有保護(hù)作用。10μmol·L-1GP-17預(yù)處理12 h可逆轉(zhuǎn) Aβ25-35(20 μmol·L-1)誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞中活性氧(reactive oxygen species，ROS)、蛋白羰基、8-羥基鳥嘌呤急劇增加，從而在細(xì)胞水平上通過抑制Aβ誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷對(duì)AD中起到神經(jīng)保護(hù)作用。

1.2 GP防治帕金森病帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是發(fā)生于老年人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性性疾病，臨床上以震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)遲緩為主要特征，并伴隨腦內(nèi)黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡、紋狀體多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)含量降低[6]。1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP)是一種神經(jīng)毒性劑，常用于制備PD動(dòng)物模型[7]。它選擇性損害黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元，使多巴胺及其代謝產(chǎn)物降低，引起典型的帕金森樣癥狀。

在MPTP誘導(dǎo)的小鼠PD模型中，Shin等[8]研究發(fā)現(xiàn)，GP對(duì)MPTP誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元氧化損傷具有保護(hù)效應(yīng)。GP預(yù)處理、同時(shí)處理或后處理均可劑量依賴性的減輕MPTP導(dǎo)致的氧化損傷、多巴胺攝取減少、酪氨酸水解酶(tyrosine hydroxylase，TH)陽性神經(jīng)元丟失及TH陽性神經(jīng)元變性。同時(shí)，結(jié)果還顯示GP的預(yù)防效果比治療效果更有潛力[9]。此外，50 mg·kg-1劑量的絞股藍(lán)乙醇提取物及GP治療20周均可延長(zhǎng)PD小鼠避暗實(shí)驗(yàn)潛伏期，縮短高架十字迷宮試驗(yàn)轉(zhuǎn)移潛伏期[10]。以上研究結(jié)果表明，GP在PD的防治中極具應(yīng)用前景。

1.3 絞股藍(lán)皂苷防治抑郁癥抑郁癥是一種嚴(yán)重的精神疾病，終生患病率高，自殺率高，嚴(yán)重影響病人及其家人的生活質(zhì)量[11]。在實(shí)驗(yàn)研究中，慢性溫和不可預(yù)知應(yīng)激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)是一種經(jīng)過充分驗(yàn)證的抑郁癥動(dòng)物模型[12]。

基于小鼠CUMS模型的研究發(fā)現(xiàn)，GP可通過激活海馬組織中的腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)-細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)/蛋白激酶B(protein kinase B， Akt)信號(hào)通路拮抗抑郁癥。100 mg·kg-1的GP治療4周后明顯增加小鼠對(duì)糖水的偏好，減少強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)中小鼠的不動(dòng)時(shí)間。此外，GP也能增加BDNF的表達(dá)和海馬區(qū)神經(jīng)元的增殖。BDNF受體原肌球蛋白相關(guān)激B(tropomyosin-related kinase B，Trk B)的抑制劑K252a可阻斷GP的抗抑郁作用，提示BDNF介導(dǎo)的信號(hào)通路在GP的保護(hù)效應(yīng)中起到重要作用[13]。與此同時(shí)，Dong等[14]研究還發(fā)現(xiàn)，CUMS小鼠給藥治療4周后可增加小鼠蔗糖偏好并降低不動(dòng)時(shí)間；此外，GP還能抑制CUMS小鼠海馬組織中促炎細(xì)胞因子水平的升高達(dá)到抗抑郁目的。

1.4 GP改善缺氧性腦損傷

1.4.1高原缺氧性腦損傷 低壓低氧是高海拔地區(qū)的主要環(huán)境因素，由于腦耗氧量大對(duì)低氧尤為敏感，嚴(yán)重影響大腦生理功能[15]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，GP可預(yù)防模擬高原缺氧導(dǎo)致的小鼠腦損傷[16]。在研究中發(fā)現(xiàn)GP預(yù)處理不僅可減輕缺氧所引起的海馬區(qū)神經(jīng)元損傷也可改善缺氧所導(dǎo)致的空間記憶障礙，進(jìn)一步的藥物純化和鑒定證實(shí)達(dá)瑪烷型三萜皂苷在其缺氧性腦損傷的保護(hù)效應(yīng)中起關(guān)鍵性作用。以上研究表明，GP及其生物活性成分在高原藥物的研發(fā)中具有巨大的開發(fā)前景。

1.4.2病理缺氧性腦損傷 大鼠是中風(fēng)模型最為常用的動(dòng)物。成年嚙齒動(dòng)物中，大腦中動(dòng)脈閉塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)會(huì)導(dǎo)致大腦皮層和閉塞側(cè)紋狀體梗死。而GP對(duì)腦卒中的保護(hù)效應(yīng)尚未完全闡明。Wang等[17]探討了腦卒中期間GP對(duì)MCAO大鼠的影響。400(mg·kg-1·d-1)GP預(yù)處理10 d可顯著減少M(fèi)CAO大鼠腦組織的梗死體積，改善運(yùn)動(dòng)功能。在作用機(jī)理上，GP預(yù)處理促進(jìn)了MCAO大鼠側(cè)腦室室下區(qū)(subventricular zone，SVZ)細(xì)胞增殖，使MCAO大鼠雙側(cè)SVZ中5-溴脫氧尿嘧啶核苷(5-Bromo-2-deoxyUridine，BrdU)陽性細(xì)胞的數(shù)量增多。這些發(fā)現(xiàn)為包括GP在內(nèi)的治療中風(fēng)的潛在療法提供了新的證據(jù)。

1.5 GP減輕大鼠慢性腦灌注不足引起的腦白質(zhì)病變腦白質(zhì)病變(white matter lesions，WMLs)是一種神經(jīng)退行性疾病，以磁共振圖像上的超強(qiáng)信號(hào)為特征，常與AD和血管性癡呆(vascular dementia，VD)相關(guān)，可引起認(rèn)知功能障礙[18]。慢性腦灌流不足是WMLs的重要誘發(fā)因素，實(shí)驗(yàn)中采用永久性雙側(cè)頸總動(dòng)脈阻塞(bilateral common carotid artery occlusion，BCCAO)建立動(dòng)物模型[19]。Zhang 等[20]研究結(jié)果表明，連續(xù)33 d口服400 mg·kg-1·d-1的GP后，大鼠在空間學(xué)習(xí)和記憶測(cè)試中的表現(xiàn)明顯好于鹽水處理的大鼠。GP可有效清除BCCAO大鼠的氧自由基，增強(qiáng)其抗氧化能力，降低脂質(zhì)過氧化和DNA氧化損傷，抑制腦胼胝體和視神經(jīng)的星形細(xì)胞活化。因此，GP具有改善慢性腦灌注不足引發(fā)認(rèn)知功能障礙的潛力。

1.6 GP對(duì)焦慮癥的改善作用研究表明，GP對(duì)應(yīng)激性焦慮障礙也具有改善作用。Zhao等[21]通過高架迷宮實(shí)驗(yàn)和埋珠實(shí)驗(yàn)探討了GP對(duì)小鼠慢性應(yīng)激性焦慮障礙的改善作用。GP治療增加了動(dòng)物通過開放臂的次數(shù)和在開放臂中停留的時(shí)間，減少了彈珠數(shù)量；同時(shí)，GP恢復(fù)了大腦中因焦慮下降的多巴胺和血清素水平，并降低誘導(dǎo)性升高的血清皮質(zhì)酮水平。以上研究結(jié)果表明GP具有抗焦慮作用。

1.7 GP改善胎兒酒精綜合癥胎兒酒精綜合癥(fetal alcohol spectrum disorder，F(xiàn)ASD)可使產(chǎn)前暴露在乙醇中的兒童導(dǎo)致嚴(yán)重的智力障礙，產(chǎn)前和產(chǎn)后乙醇暴露可造成神經(jīng)發(fā)育障礙[22]。在FASD模型中，乙醇暴露可遲緩新生大鼠SVZ區(qū)的神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育，而400 mg·kg-1·d-1GP可顯著逆轉(zhuǎn)乙醇所導(dǎo)致的神經(jīng)干細(xì)胞增殖異常[23]。以上研究提示GP對(duì)新生大鼠神經(jīng)干細(xì)胞具有神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)，為GP治療FASD提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2 GP改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用機(jī)理

2.1 抗炎神經(jīng)炎癥是多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要原因，如缺血性中風(fēng)、PD和AD等[24-26]。多篇文獻(xiàn)證實(shí)，GP可通過抑制神經(jīng)炎癥改善神經(jīng)系統(tǒng)疾病。Lee等將脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)注入側(cè)腦室引起大鼠炎癥反應(yīng)和記憶損傷。連續(xù)21 d每天給予GP(25、50、100 mg·kg-1)處理可顯著降低大腦中炎性因子白細(xì)胞介素6(interleukin6，IL-6)、細(xì)胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)的水平，并抑制核因子кB(nuclear factor kappa-B， NF-кB)信號(hào)通路活性。此外，GP還可以降低LPS誘導(dǎo)的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric-oxide synthase，iNOS)活化[27]。也有研究表明，大腦內(nèi)高水平的Aβ可以激活小膠質(zhì)細(xì)胞分泌TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷甚至死亡[28-29]。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活狀態(tài)可以分為兩種類型：經(jīng)典激活狀態(tài)(M1)或選擇性激活狀態(tài)(M2)[30]。因此，抑制Aβ引起的小膠質(zhì)激活被認(rèn)為是AD有效的治療手段。Cai 等[1]發(fā)現(xiàn)暴露于Aβ中的小膠質(zhì)細(xì)胞，其M1狀態(tài)的標(biāo)志蛋白iNOS的表達(dá)以及TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的釋放增多。50 mg·L-1絞股藍(lán)皂苷處理24 h能夠逆轉(zhuǎn)小膠質(zhì)細(xì)胞M1狀態(tài)的激活，增強(qiáng)M2狀態(tài)標(biāo)志蛋白Arg-1以及IL-10的表達(dá)。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)靶向性敲低IL-6/IL-6R/Stat3通路的抑制性蛋白SOCS1顯著消除了GP對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞M1和M2狀態(tài)的影響。該研究結(jié)果提示，GP可通過抑制神經(jīng)炎癥治療AD。

2.2 抗氧化應(yīng)激活性氧(超氧陰離子、過氧化氫和羥基自由基等)介導(dǎo)的氧化應(yīng)激是導(dǎo)致神經(jīng)損傷的重要原因。活性氧可導(dǎo)致脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷，表現(xiàn)為脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)羰基和8-羥基鳥嘌呤的顯著增加。而GP處理能顯著提高谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GP)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和過氧化氫酶(catalase)的活性，并提高谷胱甘肽(glutathione，GSH)的含量[9]。由于GP具有良好的脂溶性，可以直接彌散到細(xì)胞核內(nèi)，觸發(fā)GSH、GP、SOD或過氧化氫酶的基因表達(dá)，顯著增加這些抗氧化蛋白的含量；另一方面，GP也可以直接與這些酶相互作用，增加催化活性。GP的以上特性都有助于增強(qiáng)抗氧化能力，減少脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷，特異性保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元。

2.3 促進(jìn)神經(jīng)再生神經(jīng)再生在絞股藍(lán)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)效應(yīng)中也起著重要作用。GP可以促進(jìn)MCAO大鼠側(cè)腦室室下區(qū)內(nèi)神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells， NSCs)的增加，并促進(jìn)NSCs向成神經(jīng)細(xì)胞分化。同時(shí)，Wang等[17]探討了卒中期間GP對(duì)MCAO大鼠側(cè)腦室下區(qū) NSCs的影響。結(jié)果證實(shí)，GP預(yù)處理顯著增加MCAO大鼠雙側(cè)SVZ中BrdU陽性細(xì)胞的數(shù)量；雙標(biāo)記免疫組化證實(shí)SVZ區(qū)增殖細(xì)胞分別為膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)/巢蛋白陽性B型細(xì)胞和雙皮質(zhì)素/巢蛋白陽性A型細(xì)胞。因此，GP可通過增強(qiáng)SVZ的神經(jīng)再生，減輕卒中導(dǎo)致的神經(jīng)損傷。

3 總結(jié)與展望

絞股藍(lán)作為一種中草藥，在我國(guó)自然分布廣泛、產(chǎn)量較高，具有較好的開發(fā)潛力，是近些年研究的熱點(diǎn)。并且GP與廣為人知的人參皂苷生理活性非常相似，且不良反應(yīng)少，因此GP在臨床上同樣具有非常廣闊的應(yīng)用前景。已有研究結(jié)果表明，絞股藍(lán)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病起到改善作用。然而，在這些研究中仍然存在著一定的局限性。首先，對(duì)GP藥理作用及分子機(jī)制的研究多集中于細(xì)胞和動(dòng)物水平，臨床前的藥效評(píng)價(jià)較少；其次，GP的組分復(fù)雜，僅達(dá)瑪烷型三萜皂苷單體化合物就達(dá)20多種。GP中具體哪一種活性化合物發(fā)揮了作用尚需進(jìn)一步研究。且進(jìn)一步研究GP的活性成分及作用機(jī)理將有助于其臨床價(jià)值潛力的開發(fā)。