槲皮素對阿爾茨海默病的作用機(jī)制研究新進(jìn)展

劉麗瑩，孔薦，管清燕，楊曉云，楊曉*

(1.濰坊醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院,山東 濰坊 261053；2.濰坊醫(yī)學(xué)院麻醉學(xué)院,山東 濰坊 261053；3.濰坊醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,山東 濰坊 261053)

阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)是一種起病隱匿的進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。臨床上以記憶障礙、認(rèn)知能力逐漸衰退、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變等全面性癡呆表現(xiàn)為特征，病因迄今未明，主要與遺傳和環(huán)境因素相關(guān)。目前尚無法治愈，只能綜合治療減輕病情、延緩發(fā)展。目前中藥或中藥提取物用于治療AD的研究不斷增多。槲皮素(quercetin)是一種具有顯著藥理作用和治療潛力的黃酮類化合物，廣泛分布在植物的頸皮、花、芽、種子中，主要為蕎麥、沙棘、山楂、洋蔥等?？梢员Ｗo(hù)神經(jīng)元免受氧化損傷，減少脂質(zhì)過氧化。除了它的抗氧化特性，還能抑制淀粉樣蛋白的原絲形成，對抗細(xì)胞溶解和炎癥級聯(lián)途徑。本文對槲皮素的來源、藥代動力學(xué)、對阿爾茨海默病的作用機(jī)制等方面進(jìn)行了綜述。

1 槲皮素的來源

槲皮素廣泛分布于果皮、蔬菜和堅(jiān)果中。槲皮素的主要來源包括柑橘類水果、蘋果、洋蔥、葡萄、藍(lán)莓和黑莓。其中尤以苦瓜為最重要的植物[1]。綠茶和紅酒中也含有大量的槲皮素.[2]。它以多種糖苷形式存在，其中蘆丁或槲皮素-3-蘆丁苷(槲皮素-3-鼠李糖苷)最為豐富[3]。

2 槲皮素的藥代動力學(xué)

胃不能吸收糖基化槲皮素，但一種β-葡萄糖苷酶，乳糖酶-根皮苷水解酶(LPH)在腸道刷狀緣起脫糖基化作用，并以苷元形式吸收槲皮素。在吸收之后，槲皮素在小腸、大腸、肝臟和腎臟中代謝[4]。槲皮素給藥和吸收后，它被轉(zhuǎn)移到肝臟，在那里進(jìn)行第一和第二階段的代謝，導(dǎo)致代謝產(chǎn)物進(jìn)入血液，在人體組織中分配[5]。通過尿液和糞便迅速排除，產(chǎn)物為槲皮素的苷元[4]。

動物和人的實(shí)驗(yàn)研究表明，槲皮素在單次口服后的口服生物利用度較差[6]。其中槲皮素具有神經(jīng)保護(hù)作用，槲皮素已被證實(shí)與細(xì)菌DNA回旋酶競爭性結(jié)合[7]。此外，槲皮素治療劑量窗窄，由于血腦屏障(BBB)的存在，向大腦輸送治療劑是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)，因此使用能夠穿透BBB的納米復(fù)合材料似乎對中樞神經(jīng)系統(tǒng)治療藥物的靶向輸送尤為重要[8-9]。由于槲皮素的生物利用度低和低溶解度，槲皮素的使用受到限制。這些特征導(dǎo)致槲皮素在血液循環(huán)中快速降解，從而導(dǎo)致使用更高濃度和更長時(shí)間的該化合物治療[10]。長期使用和高劑量槲皮素可能會產(chǎn)生不良影響[11]。因此，開發(fā)了制造槲皮素納米結(jié)構(gòu)的想法。目前，納米技術(shù)已被用于構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)醫(yī)學(xué)科學(xué)中的一些程序，包括藥物遞送?？紤]到納米顆粒的大小對于通過BBB很重要，小尺寸的槲皮素納米脂質(zhì)體(10～50 nm)可以證實(shí)其有效性[12]。槲皮素并沒有通過鼻內(nèi)途徑傳遞，與其他抗神經(jīng)退行性變的化學(xué)或天然化合物相比，這種給藥方法可以繞過血腦屏障直接向大腦輸送藥物[13]。

3 槲皮素對阿爾茨海默病的作用機(jī)制

β-淀粉樣蛋白(Aβ)與神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)是阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)的病理學(xué)標(biāo)志[14]。也有研究表明，氧化應(yīng)激即自由基和內(nèi)源性抗氧化保護(hù)之間的失衡是阿爾茨海默病神經(jīng)損害發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)急性和早期因素[15]。目前，有132種藥物用于治療AD[16]。其中19個(gè)目標(biāo)是增強(qiáng)認(rèn)知能力，14個(gè)用于治療神經(jīng)精神和行為癥狀。在疾病改良試驗(yàn)中也有96種藥物；其中38種(40%)以淀粉樣蛋白為主要靶點(diǎn)。迄今為止，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)已經(jīng)批準(zhǔn)了5種藥物用于治療AD；但是，這些藥物僅具有緩解癥狀作用，但是不能阻止或逆轉(zhuǎn)疾病的發(fā)展[17]。還有一部分藥物的治療策略側(cè)重于通過抑制乙酰膽堿水解酶乙酰膽堿酯酶(AChE)來恢復(fù)膽堿能神經(jīng)傳遞，從而提高大腦乙酰膽堿(ACh)水平的藥物。

在AD中，槲皮素的作用機(jī)制如下：抗氧化劑α-生育酚(維生素E)可增強(qiáng)槲皮素通過血腦屏障(BBB)的滲透，從而顯著提高槲皮素的濃度，從而降低大腦氧化損傷的發(fā)生率。槲皮素通過激活NF-E2相關(guān)因子2-抗氧化反應(yīng)元件(Nrf2 ARE)發(fā)揮作用，該元件可對氧化損傷和細(xì)胞死亡提供神經(jīng)保護(hù)作用[18]。

3.1 槲皮素的神經(jīng)保護(hù)作用 槲皮素能促進(jìn)AD大鼠海馬前體細(xì)胞(齒狀回BrdU陽性細(xì)胞)增殖。槲皮素有效地增加了成年齒狀回的神經(jīng)祖細(xì)胞或成神經(jīng)細(xì)胞。槲皮素具有促進(jìn)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)生長因子(NGF)、cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)和早期生長反應(yīng)蛋白1(EGR-1)基因表達(dá)的潛力。這些結(jié)果表明槲皮素可以通過增強(qiáng)成人神經(jīng)發(fā)生機(jī)制，在緩解阿爾茨海默病癥狀方面發(fā)揮重要作用。因此，槲皮素可能通過加速成年大鼠的神經(jīng)海馬前體細(xì)胞增殖而改善AD的病理[19]。

研究表明口服槲皮素可以恢復(fù)AD大鼠海馬依賴性學(xué)習(xí)記憶障礙，引起大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、遷移和分化增加，因此槲皮素可以通過上調(diào)海馬神經(jīng)發(fā)生來提高學(xué)習(xí)記憶能力。從分子水平、細(xì)胞水平和行為特征的變化顯示槲皮素可能作為一種新的預(yù)防和治療AD的策略[19]。

研究還發(fā)現(xiàn)槲皮素可以改善三重轉(zhuǎn)基因老年阿爾茨海默病小鼠的阿爾茨海默病病理學(xué)和相關(guān)認(rèn)知缺陷[20]。聯(lián)合口服槲皮素和魚肝油改善了3-硝基丙酸治療大鼠或慢性魚藤酮治療大鼠的神經(jīng)保護(hù)作用[21-22]。槲皮素的神經(jīng)保護(hù)作用是通過NF-E2相關(guān)因子2(Nrf2)，對特定細(xì)胞因子氧磷酶-2、c-Jun N-末端激酶(JNK)、蛋白激酶C、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)以及PI3K/Akt途徑信號級聯(lián)來上調(diào)和(或)下調(diào)[23]。

3.2 槲皮素作為單胺氧化酶(MAO)抑制劑 研究證明腦單胺氧化酶B(MAO-B)的過度表達(dá)，引起產(chǎn)生羥基自由基而導(dǎo)致神經(jīng)退行性變[24-25]。這種確定性導(dǎo)致自由基生成增加，導(dǎo)致氧化應(yīng)激、神經(jīng)元細(xì)胞死亡和進(jìn)一步形成β-淀粉樣斑塊[26]。用特定的單胺氧化酶B抑制劑，或使用神經(jīng)保護(hù)性抗氧化劑可以阻止神經(jīng)元細(xì)胞的氧化損傷。在腦內(nèi)，MAO-B主要定位于膠質(zhì)細(xì)胞，而單胺氧化酶A(MAO-A)則分布于神經(jīng)元外室和多巴胺能、5-羥色胺能和去甲腎上腺素能神經(jīng)末梢[27]。槲皮素與其他天然黃酮醇一樣具有抗氧化活性，阻止神經(jīng)退行性變，而且具有抗病毒、抗炎和抗菌活性[28-30]。

3.3 槲皮素抑制Aβ聚集 AD發(fā)病Aβ的沉積，觸發(fā)老年斑(SPs)的形成，神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFTs)神經(jīng)元死亡和癡呆[31]。體外研究表明，槲皮素通過與Aβ的β-折疊結(jié)構(gòu)形成疏水相互作用和氫鍵，抑制Aβ的纖維聚集，破壞成熟纖維。槲皮素B環(huán)的OH-官能團(tuán)對抑制Aβ的聚集有重要作用[32]。此外在體外神經(jīng)元培養(yǎng)中給予槲皮素可以提高細(xì)胞存活率[33]。

槲皮素有助于改善神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)壽命調(diào)節(jié)信號通路，如P13激酶、AKT/PKB酪氨酸激酶和蛋白激酶C[32,34]。淀粉樣蛋白假說的重點(diǎn)是Aβ肽組裝成神經(jīng)毒性低聚物并聚集成纖維，這是AD的一個(gè)重要特征[35]。在結(jié)構(gòu)上，槲皮素-兒茶酚部分作為金屬螯合劑，與Aβ相互作用，抑制其聚集。槲皮素的金屬螯合作用使其在Aβ的金屬結(jié)合位點(diǎn)上競爭性結(jié)合，因此其酮烯酸基團(tuán)有助于降低Ab-Cu2+誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[32]。

3.4 槲皮素抑制NFTs的形成 AD是以tau為核心蛋白的NFTs的出現(xiàn)，其聚集成纏結(jié)涉及磷酸化[36],tau過度磷酸化導(dǎo)致微管的分離、自聚集和解聚，導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡[32]。細(xì)胞周期蛋白依賴激酶5(CDK5)作為細(xì)胞周期蛋白依賴激酶家族的一個(gè)獨(dú)特成員，在AD發(fā)病機(jī)制中對調(diào)節(jié)病理生理特征起著重要作用[37]。當(dāng)AD發(fā)生時(shí)，神經(jīng)元中CDK5的活性異常活躍，誘導(dǎo)tau異常磷酸化，加速其聚集成細(xì)絲或纏結(jié)，最終導(dǎo)致突觸丟失和神經(jīng)元死亡[38]。據(jù)報(bào)道，一些藥物通過抑制tau高磷酸化降低AD小鼠的CDK5，并消除tau相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病[39-40]。這一機(jī)制為我們尋找一種有效的藥物來抑制CDK5介導(dǎo)的tau磷酸化，從而減輕甚至治愈AD。人們發(fā)現(xiàn)槲皮素通過顯著降低tau蛋白的過度磷酸化和對高磷酸化過程的倒退作用有效地抑制岡田酸誘導(dǎo)的tau病理學(xué)[41]。此外，槲皮素具有糖原合成酶激酶3β(GSK3β)抑制活性，從而抑制tau蛋白的高磷酸化。此外，槲皮素具有抗熱休克蛋白70(hsp70)活性，因此通過降低tau的高磷酸化水平來降低tau病理學(xué)[32]。

3.5 乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制 膽堿能神經(jīng)元的丟失是AD的另一個(gè)重要標(biāo)志，也是患者大腦中最一致的神經(jīng)遞質(zhì)改變之一。槲皮素對AD的有益作用歸因于其對乙酰膽堿酯酶(AChE)的抑制作用[42]。對阿爾茨海默病(AD)也顯示出有益的作用，這是由于它對乙酰膽堿酯酶的抑制作用[43]。由于膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)的下降是阿爾茨海默病一貫的早期癥狀，乙酰膽堿酯酶是AD癥狀改善的一個(gè)值得注意的治療目標(biāo)[44]。研究表明，AChE抑制通過上調(diào)煙堿乙酰膽堿受體的表達(dá)來改善AD患者的認(rèn)知記憶。通過恢復(fù)乙酰膽堿(ACh)的功能，槲皮素減輕了膽堿能信號，促進(jìn)了糖尿病大鼠失憶的恢復(fù)[45]。

膽堿能假說指出，神經(jīng)遞質(zhì)(如乙酰膽堿)在大腦中的缺乏，可能是由于神經(jīng)遞質(zhì)生成減少或乙酰膽堿活性增加所致[46]。目前，AChE抑制劑被認(rèn)為是緩解輕中度AD癥狀的藥物治療的第一條線[47]。

3.6 槲皮素改善血管功能障礙和抑制炎癥 Aβ斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)的積聚被認(rèn)為是AD的主要致病因素[48-49]，但過去幾年積累的大量證據(jù)表明，炎癥過程和相關(guān)的血管功能障礙是病因和AD的發(fā)病機(jī)制[50]。老年AD患者常伴有腦血管病變，包括大面積梗死、微梗死、動脈粥樣硬化、細(xì)動脈硬化和腦淀粉樣血管病，這一事實(shí)清楚地表明了血管功能障礙在AD發(fā)病機(jī)制中的作用[51]。

因此，盡管很難確定血管成分是導(dǎo)致AD的原因還是結(jié)果[50]，毫無疑問，血管異常對AD的發(fā)生和發(fā)展有重要影響。血管功能障礙可能與神經(jīng)退行性改變一起作用于惡性循環(huán)，加劇AD相關(guān)認(rèn)知障礙[52]。有證據(jù)表明，血管系統(tǒng)在神經(jīng)炎癥過程中起著至關(guān)重要的作用，周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞都被確定為神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵介質(zhì)[50]。越來越多的人認(rèn)為神經(jīng)炎癥在AD發(fā)病機(jī)制中處于中心階段[53]。

黃酮類化合物如槲皮素在血管系統(tǒng)中具有不同的活性，導(dǎo)致腦血管血流發(fā)生若干變化，它可以改變引起神經(jīng)發(fā)生和血管生成的神經(jīng)元形態(tài)。除此之外，它還可以保護(hù)神經(jīng)元免受神經(jīng)毒素的損傷。大量食用黃酮類化合物限制了神經(jīng)退行性變，并逆轉(zhuǎn)了與年齡相關(guān)的認(rèn)知能力損傷[54]。此外，槲皮素和抗壞血酸的聯(lián)合治療已被證明可以降低對人體淋巴細(xì)胞和皮膚神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)的氧化損傷的發(fā)生率，從而防止神經(jīng)元損傷，它特別保護(hù)腦細(xì)胞免受氧化應(yīng)激導(dǎo)致的AD和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病[55]。

3.7 氧化應(yīng)激與槲皮素的保護(hù)作用 活性氧影響大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)和興奮性氨基酸。除此之外，大腦本身也是氧化應(yīng)激的重要來源，因?yàn)榇竽X代謝是活性氧的產(chǎn)生地，活性氧攻擊膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，從而導(dǎo)致氧化損傷和細(xì)胞凋亡導(dǎo)致的程序性死亡[33,56-57]。與其他抗氧化營養(yǎng)素(如β-胡蘿卜素、谷胱甘肽和維生素C和E)相比，槲皮素可有效防止氧化劑引起的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[43,58]。這一特性可能是槲皮素分子中兩個(gè)抗氧化藥效團(tuán)的結(jié)果，槲皮素分子的結(jié)構(gòu)對于清除自由基是最佳的[59]。氧化應(yīng)激是由體內(nèi)自由基失衡引起的，它與AD相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生有關(guān)。

槲皮素通過平衡細(xì)胞氧化含量或與神經(jīng)細(xì)胞生存途徑中的蛋白質(zhì)相互作用對神經(jīng)退行性疾病的有益影響[60-62]。槲皮素的潛在作用機(jī)制(ERK1/2、Nrf2、PI3K/Akt、JNK、MAPK、NFTs、BACE和NFTs途徑)是槲皮素的抗氧化潛力[18]。低濃度(微摩爾)槲皮素可以有效地防止氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)元細(xì)胞毒性。此外，它能夠通過下調(diào)促炎細(xì)胞因子和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)來抑制神經(jīng)炎癥過程，從而刺激神經(jīng)元再生[63]。

3.8 槲皮素與活性氧清除 槲皮素具有清除羥自由基(OH-)、過氧化氫(H2O2)和超氧陰離子(O2-)的潛力[18]。這些活性氧(ROS)阻礙脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、氨基酸和脫氧核糖核酸(DNA)的加工，導(dǎo)致表觀遺傳改變[18]。槲皮素有對抗這些有害影響的能力。ROS在阿爾茨海默病的發(fā)展過程中起著重要作用，我們認(rèn)為槲皮素是克服細(xì)胞和分子信號調(diào)節(jié)正常生理功能的最佳選擇[18]。

槲皮素的神經(jīng)保護(hù)作用主要是通過Nrf2、對氧磷酶-2、c-Jun N-末端激酶(JNK)、蛋白激酶C、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號級聯(lián)和PI3K/Akt途徑對細(xì)胞因子進(jìn)行潛在的上調(diào)和/或下調(diào)[18]。槲皮素對神經(jīng)細(xì)胞的治療作用是通過·OH (ROS)與槲皮素的氫結(jié)合，然后降低細(xì)胞的自由基含量來實(shí)現(xiàn)的。槲皮素納米粒已被用于治療各種神經(jīng)退行性疾病[64]。

體內(nèi)研究報(bào)道了槲皮素抗AD潛力的證據(jù)[65]。在AD小鼠模型中，槲皮素治療可通過恢復(fù)線粒體膜電位來改善線粒體功能障礙。這反過來又導(dǎo)致ROS生成減少，并恢復(fù)ATP合成。這種治療還導(dǎo)致AMP活化蛋白激酶(AMPK)的表達(dá)水平顯著增加，AMPK是一種能量代謝的關(guān)鍵細(xì)胞調(diào)節(jié)因子，在所有主要的細(xì)胞功能中起著至關(guān)重要的作用。在這個(gè)模型中，這種治療還減少了分散的老年斑，挽救了學(xué)習(xí)和記憶缺陷。在同一小鼠模型中，長期(12個(gè)月)口服槲皮素可減少海馬體和杏仁核的β-淀粉樣變和τ病，并在不改變情緒技能的情況下改善認(rèn)知功能恢復(fù)[66]。此外，雖然槲皮素在動物模型中沒有造成實(shí)質(zhì)性毒性，但由于其治療劑量窗窄，其神經(jīng)毒性風(fēng)險(xiǎn)可能不容忽視[53]。

4 小結(jié)

槲皮素能夠改善膽堿能功能，在AD中起到神經(jīng)保護(hù)作用。槲皮素的神經(jīng)保護(hù)作用有多種機(jī)制，包括抑制Aβ聚集、抑制NFTs形成、抑制淀粉樣前體蛋白(APP)裂解酶(BACE1)抑制、乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制和其他減輕AD氧化應(yīng)激的機(jī)制。在氧化應(yīng)激、活性氧清除以及改善血管功能障礙和抑制炎癥等方面發(fā)揮緩解阿爾茨海默病的作用，因此進(jìn)一步探究槲皮素對AD的作用機(jī)制具有重要意義。