膳食多酚防治阿爾茨海默癥的研究進展

王微，葉虔臻，吳曉琴，陳玉峰，沈建福

（浙江大學 生物系統工程與食品科學學院，浙江 杭州 310058）

阿爾茲海默癥（Alzheimer's disease，AD）又稱老年癡呆，是一種進行性發展的神經系統退行性疾病，多發于老年人?；颊咧饕R床表現為記憶力逐漸減退、認知功能發生障礙、行為異常和社交障礙等[1]。隨著世界老年人口的急速增長，阿爾茲海默癥的發病人數在逐年增多。據2017年，世界衛生組織（World Health Organization，WHO）《關于癡呆癥的十個事實》中報道，全球有將近4 700 萬的癡呆癥患者，AD 已成為繼心腦血管疾病和惡性腫瘤之后，又一威脅人類健康的殺手。由于AD 發病機制復雜，目前還沒有有效的治療手段。美國食品和藥物管理局（Food and Drug Administration，FDA）批準的阿爾茲海默癥一線治療藥物也只能減輕癥狀，并不能延緩或阻止AD 的病程，而且合成藥物還具有一定的副作用。因此，尋找一種天然、安全、有效的防治方法，越來越受到科學界的關注。例如，姜黃素、茶多酚、白藜蘆醇等膳食多酚，因其具有良好的抗氧化、抗炎等作用，常被用于防治與年齡相關的認知衰退和神經退行性疾病方面的研究。本文首先介紹了AD 不同的發病機制及其防治，進一步對姜黃素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）和白藜蘆醇等膳食多酚防治AD 的研究進行綜述，旨在為膳食多酚的功能性基礎研究提供參考，同時為相關功能性食品或保健品的開發提供理論支持。

1 阿爾茲海默癥發病機制及其防治

雖然研究證實阿爾茲海默癥（Alzheimer's disease，AD）的病理學特征主要為淀粉樣斑塊、神經元纖維纏結以及神經元的丟失，但是具體發病機制至今尚未研究清楚，只存在多種假說。

1.1 自由基損傷假說——氧化應激反應

氧化應激是由于體內的氧化還原反應失去平衡，產生過多的活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）。研究表明，ROS 引起的氧化應激是AD 的主要特征，是AD 的治療靶點之一。各種來源的ROS 會對蛋白質、脂類和核酸造成損害，對神經細胞造成無法逆轉的傷害。ROS 過多的積累還可導致β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）聚集，促進 Tau 蛋白（microtubule-associated protein tau，Tau）發生過度磷酸化和聚集[2]。所以，抗氧化劑可以清除體內過多的ROS，在一定程度上緩解AD 患者的病情。

1.2 膽堿能損傷假說

大腦中膽堿能系統與人的學習、記憶功能是密切相關的。針對膽堿能損傷假說對AD 的治療，主要是為了提高腦中的乙酰膽堿（acetylcholine，ACh）的水平。乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase，AChE）作為分解ACh 的關鍵酶，可以通過抑制其活性，減少ACh 的水解，從而起到改善認知的作用[3]。乙酰膽堿酯酶抑制劑是現階段對AD 患者最有效的治療手段，FDA 批準的阿爾茲海默癥用藥（多奈哌齊、加蘭他敏、卡拉巴?。┚褪且阴Ｄ憠A酯酶抑制劑。

1.3 Aβ毒性假說

目前，研究熱門的Aβ 毒性假說認為Aβ 的產生與降解失去平衡，使Aβ 聚集沉積，從而引發了阿爾茲海默癥[4]。而Aβ 是由38個～43個氨基酸組成的多肽，與 AD 相關的主要是 Aβ40和 Aβ42，其中 Aβ42更容易聚合且毒性也更強。研究者把造成患者認知功能障礙的原因歸結于Aβ 的過度聚集，尤其是可溶性Aβ 寡聚體對突觸與神經元的毒性影響[5]。因此，Aβ 毒性假說認為，預防和治療AD 的關鍵是減少Aβ 的產生、抑制Aβ 的聚集和促進 Aβ 的清除。

1.4 Tau蛋白假說

Tau 蛋白是一種能夠與神經元中的微管相結合的微管相關蛋白，在正常腦中Tau 蛋白會與微管蛋白結合并促進其聚合成微管，從而以維持微管的穩定性，但當其過度磷酸化時，會形成聚集體和毒性低聚物，導致神經元纖維纏結。Tau 蛋白的沉積與AD 患者認知功能障礙密切相關。目前，基于Tau 假說治療AD 的藥物作用機制主要是穩定微管、抑制Tau 的磷酸化、通過增強自噬作用抑制其異常聚集及使用Tau 抗體阻止其病理擴散[6]。

1.5 神經炎癥假說

除了淀粉樣斑塊和神經元纖維纏結外，微膠質活化在神經變性中扮演著重要的角色。研究表明，Aβ42和ROS 都能引起小膠質細胞和星型膠質細胞的過度激活，促進促炎癥因子的釋放，如 TNFα、IL-1β、IL-6，發生神經炎癥；而促炎癥因子又能繼續激活小膠質細胞和星型膠質細胞，加速Aβ 的聚集，形成惡性循環，導致神經損傷，對AD 病程造成更為嚴重的影響[7]。目前，依據神經炎癥假說的治療手段主要有：非甾體抗炎藥、二甲胺四環素、TNF-α 抑制劑、PPAR-γ 活化劑等。

1.6 其他假說

從目前研究來看，各種發病機制都不是獨立存在的，而是互相交錯的。AD 的發病機制非常復雜，本文綜述的假說并未完全將其概括。例如，基因突變假說認為AD 是一種遺傳性疾病，致病基因的突變與AD發病有重要的聯系，如早老素基因（PSEN1、PSEN2）、載脂蛋白E 基因（ApoE）和淀粉樣前體蛋白基因（βamyloid precursor protein，APP）等。此外，還有胰島素假說、鈣代謝紊亂假說等。

近年來，研究者一直將產生淀粉樣斑塊和神經元纖維纏結相關的作用機制，以及導致神經元凋亡的途徑，作為研究重點。但是，目前的研究并沒有得出阿爾茲海默癥的確切發病原因，所以開發有效的防治藥物十分困難。國際上大的醫藥公司默克、禮來、輝瑞、羅氏等都進行了防治AD 藥物的研發，如Aβ 清除抗體gantenerumab，β-分泌酶抑制劑 verubecestat 等，但是最終都以臨床失敗告終。這提示，單個作用靶點的藥物并不能應對阿爾茲海默癥發病的復雜性，進行多靶點作用的藥物開發是一條新思路。

2 膳食多酚對AD的防治潛力及其作用機制

膳食多酚是一類具有多元酚結構的次生代謝物，廣泛存在于日常食用的水果、蔬菜、茶、紅酒等植物性食品中。其種類多樣，按照結構可分為酚酸（羥基苯甲酸衍生物和羥基肉桂酸衍生物）、類黃酮（黃酮、黃酮醇、黃烷醇、黃烷酮類、異黃酮、花青素）、二苯乙烯類和木脂素類。近年來，膳食多酚對AD 的預防和治療作用被廣泛報道，大量的體內外實驗為膳食多酚的效果提供了有力的證據。其中，白藜蘆醇、姜黃素、EGCG 等膳食多酚對神經系統的積極影響報道相對較多，具體機制涉及氧化應激假說、膽堿能假說、Aβ 毒性假說、Tau蛋白假說、神經炎癥假說等各個方面。

2.1 姜黃素對AD的防治潛力及其作用機制

姜黃素是世界上銷量最大的天然食用色素之一，具有良好的抗氧化和抗炎作用。近年來，姜黃素對AD的預防和治療效果被廣泛報道。

姜黃素能夠減輕氧化應激損傷。Jaroonwitchawan T等[8]發現姜黃素通過抑制過量ROS 的生成，逆轉SHSY5Y 細胞的自噬，從而減少百草枯誘導的SH-SY5Y細胞死亡。Fu X Y 等[9]研究發現，姜黃素預處理顯著抑制H2O2誘導的細胞毒性，通過調節Bcl-2 的表達抑制線粒體膜電位的喪失，減少DNA 損傷和ROS 積累，最終逆轉H2O2誘導的PC-12 細胞凋亡。另外，有Huang H C 等[10]以10 mg/kg/day 劑量的姜黃素，持續給藥7周，發現姜黃素能明顯減弱AD 老鼠體內的氧化應激反應和神經退變。

姜黃素能夠抑制AChE 活性。Ahmed T 等[11]發現，姜黃素能在體外抑制AChE 活性（IC50=67.69μmoL/L）。而Oz M 等[12]則在動物實驗上證實了姜黃素對AChE的抑制作用。但是姜黃素對人類乙酰膽堿酯酶的影響尚未見報道。

姜黃素能夠影響Aβ 毒性。研究發現，姜黃素能抑制 β-分泌酶 1（beta secretase-1，BACE-1）的表達，從而影響 Aβ 的產生[14]。而 Yang F 等[15]則發現，姜黃素能直接與Aβ 結合，在體外和體內均能阻斷Aβ 的聚集和原纖維形成。姜黃素還能夠減弱Aβ 引起的細胞毒性。Banerjee R 等[16]的研究表明，姜黃素能有效減少Aβ的β-sheet 結構（寡聚體和纖維富含β-sheet 結構），減弱Aβ 的毒性。而在Thapa A 等[17]的研究中，姜黃素可能改變Aβ 聚集途徑以形成無毒性的聚集體，并通過非特異性途徑（細胞膜介導）來改善Aβ 誘導的毒性。此外，姜黃素也能促進Aβ 的清除途徑[18]。

姜黃素能夠抑制神經炎癥。Shi X 等[19]發現姜黃素改善了Aβ42誘導的小膠質細胞的活力，并顯著抑制了Aβ42誘導的CD68 表達。進一步研究發現，姜黃素能夠降低Aβ42誘導的小膠質細胞中白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β），白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的信使RNA（messenger RNA，mRNA）和蛋白表達水平，并且能夠抑制ERK1/2 和p38 的磷酸化，從而減弱腦小膠質細胞的炎癥反應。在Liu Z J 等[20]的動物實驗中，姜黃素作為過氧化物酶體增殖劑激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor，PPARγ）激動劑，以150 mg/kg/day 的劑量灌胃4 周，有效緩解了APP/PS1 小鼠的空間記憶缺陷。這說明，PPARγ可能是姜黃素緩解神經炎癥的潛在作用靶點。

姜黃素能夠抑制Tau 蛋白磷酸化。Sun J 等[21]采用細胞和動物模型探究發現，姜黃素可能通過減少微囊蛋白1（caveolin-1）蛋白表達，抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）活性和 Tau 的過度磷酸化，從而發揮作用。同樣地，Miyasaka T 等[22]通過線蟲模型也發現姜黃素能夠減少Tau 磷酸化。

但是，姜黃素較低的生物利用度，使得其在臨床研究中的效果并不理想[23]。有研究者希望通過強制實施高劑量補充的方法達到保護效果。但是，根據Kulkarni A P 等[24]的報道，姜黃素的給藥會增加側腦室和第三腦室的體積并且加重海馬體收縮，導致腦水腫增加。所以，研究者應該仔細考慮姜黃素的劑量，防止這些副作用的發生。而姜黃素的認知增強作用最令人信服的人體實驗是在一組服用高生物利用度的姜黃素制劑（longvida）的老年人群中進行的。在這項實驗中，老年人服用400 mg/d 劑量的姜黃素4 周后，工作記憶和情緒得到了明顯改善[25]。

2.2 EGCG對AD的防治潛力及其作用機制

EGCG 是綠茶中的主要活性成分，并且是兒茶素中含量最高的組分（占50%～60%），具有較強的抗氧化和抗炎活性，被認為是預防和治療AD 的潛在化合物。

EGCG 能夠減輕氧化應激損傷。Xu Y 等[26]發現綠茶多酚（400 mg/kg，持續4 周）能夠改善慢性腦低灌注的大鼠模型的空間認知缺陷，清除氧自由基，增強抗氧化能力，減少脂質過氧化物的產生并減少氧化性DNA 損傷。有一項前瞻性研究表明，AD 患者每天服用綠茶丸，能夠改善抗氧化系統，對認知功能產生有益的影響[27]。

EGCG 能夠抑制 AChE 活性。Srividhya 等[28]證實口服EGCG（2 mg/kg/d，持續30 d）可增加老年大鼠大腦皮質中ACh 的水平，并且分子對接模擬表明EGCG 與AChE 能形成復合物，從而抑制AChE 的活性。同樣地，在Ali B 等[29]的分子對接實驗中，茶多酚能與AChE 和丁酰膽堿酯酶（butyrylcholinesterase，BChE）結合。其中，EGCG 與AChE 和BChE 結合所需的能量最低，分別在約-14.45 kcal/moL 和-13.30 kcal/moL。這說明，EGCG 的作用效果最佳。

EGCG 能夠影響 Aβ 毒性。EGCG可以抑制 Aβ 的聚集[30]，并且作用效果優于其他的酚類化合物，如沒食子酸、咖啡酸、白藜蘆醇、姜黃素等[31]。有的研究則發現EGCG 能重塑Aβ 寡聚體的結構，改變其構象，從而降低其毒性[32-33]。體內研究表明，Walker J M 等[34]采用TgCRND8 老鼠模型，EGCG 給藥 50 mg/kg/d，連續 4個月，同時結合運動，可以有效緩解AD 的病情，增強學習記憶能力，減少海馬和皮質區的可溶性Aβ42。隋璐等[35]的動物實驗則表明，EGCG（2 mg/kg/d，連續 6個月）能明顯改善快速老化小鼠（SAMP8）的學習記憶能力，其機制與下調海馬區BACE-1 表達、降低Tau 蛋白磷酸化水平有關。Chang X 等[36]同樣用SAMP8 模型，發現 EGCG 給藥 5 mg/kg/d 和 15 mg/kg/d，連續 6個月，減少了小鼠腦部Aβ 的沉積，其機制涉及提高腦啡肽酶的表達，從而加速Aβ 的清除。

EGCG 能夠抑制神經炎癥。研究表明，EGCG（5、10、20 μmoL/L）能顯著抑制Aβ 誘導的小膠質細胞中TNF-α、IL-1β、IL-6 和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的表達，恢復細胞內抗氧化Nrf2 和 HO-1 的水平，從而抑制 Aβ 引起的 NF-κB 活化[37]。在Lee YJ 等[38]的脂多糖誘導的AD 小鼠模型中，在造模前灌胃給藥EGCG（1.5 mg/kg 和3 mg/kg），持續3 周，EGCG 的預處理明顯抑制了Aβ 水平的增加，APP、BACE-1 及其產物 C99 的表達。EGCG 還阻止了脂多糖誘導的星形膠質細胞激活，細胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6） 的升高以及 iNOS 和環氧化酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）的增加。這說明，EGCG 通過抑制星形膠質細胞釋放的神經炎癥相關的細胞因子來預防記憶障礙以及淀粉樣蛋白形成。

EGCG 能夠影響 Tau 蛋白磷酸化。Wobst 等[39]發現，EGCG 能夠在體外抑制Tau 聚集成有毒性的寡聚體。而Chesser A S 等[40]則通過細胞實驗發現，EGCG 能夠促進原代神經元中磷酸化Tau 的清除。有趣的是，這一結果似乎與Nrf2 激活和自噬增強無關（兩種先前報道的植物化學素誘導的Tau 清除的機制），但是EGCG又確實顯著增加了關鍵自噬適配蛋白NDP52 和p62 mRNA 的表達。這說明EGCG 能夠以某種高度特異性的方式增加磷酸化Tau 的清除。

臨床研究為EGCG 防治AD 的可能提供了更為有效的證據。一項臨床研究，12 位AD 患者每天服用2 g綠茶粉（含有227 mg 兒茶素和42 mg 茶氨酸）持續3個月，簡易智力狀態檢查量表（MMSE）（日本版）評分顯著提高，這表明綠茶消費可能具有改善認知功能障礙的作用[41]。另外一項涉及日本中島年齡大于60 歲居民的前瞻性隊列研究發現，綠茶消費與認知衰退風險降低顯著相關，而咖啡和紅茶的消費則與其沒有關聯[42]。

2.3 白藜蘆醇對AD的防治潛力及其作用機制

白藜蘆醇存在于許多可食用植物的表皮中，如桑葚、葡萄、花生和石榴。近年來研究認為它在降低神經退化和阿爾茨海默病的風險方面具有潛在的預防和治療作用。

白藜蘆醇能夠減輕氧化應激損傷。Kim Y 等[43]研究發現，白藜蘆醇預處理抑制了Aβ 誘導C6 膠質瘤細胞中NO 的產生，iNOS 和COX-2 的表達，且呈劑量依懶。而林茂等[44]采用D-半乳糖聯合氯化鋁構建AD 小鼠模型，與AD 模型組比較，發現白藜蘆醇治療組學習和記憶能力提高，血清和腦組織谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量減少，且存在顯著性差異，這說明白藜蘆醇對AD 小鼠認知功能具有一定保護作用，并能改善AD小鼠的抗氧化能力。

捕鯨船“白德福號”上，有幾個科學考察隊的人員。他們從甲板上望見岸上有一個奇怪的東西。它正在向沙灘下面的水面挪動。他們沒法分清它是哪一類動物，但是，因為他們都是研究科學的人，他們就乘了船旁邊的一條捕鯨艇，到岸上去察看。接著，他們發現了一個活著的動物，可是很難把它稱作人。它已經瞎了，失去了知覺。它就象一條大蟲子在地上蠕動著前進。它用的力氣大半都不起作用，但是它老不停，它一面搖晃，一面向前扭動，照它這樣，一點鐘大概可以爬上二十尺。

白藜蘆醇能夠影響Aβ 的毒性。Xu P 等[45]發現白藜蘆醇（IC50=11.89 μmoL/L）能抑制 Aβ 的聚集抑制，且作用效果優于姜黃素（IC50=18.73 μmoL/L）。而根據Kurbanov S 等[31]的研究結果表明，白藜蘆醇作用效果次于EGCG。另外，Ali Reza A 等[46]研究發現，白藜蘆醇能夠識別和重塑Aβ42肽的5種構象異構體（單體、可溶性寡聚物、無毒低聚物、纖維狀中間體和淀粉樣蛋白原纖維），而且白藜蘆醇能選擇性地將這些構象異構體中的3種（可溶性寡聚體、纖維狀中間體和淀粉樣蛋白原纖維）重塑為無毒結構，卻不改變無毒低聚物和Aβ單體的結構。在Regitz C 等[47]在AD 線蟲模型中證實，白藜蘆醇能減少Aβ 的聚集，減弱Aβ 的毒性。此外，Vingtdeux V 等[48]通過細胞實驗發現，白藜蘆醇通過激活AMPK 信號通路，觸發Aβ 的自噬和溶酶體降解，從而促進Aβ 的清除。進一步動物實驗證實白藜蘆醇的給藥，激活了APP/PS1 老鼠的AMPK，減少了大腦的Aβ 水平和皮層的 Aβ 沉積。

白藜蘆醇能夠抑制神經炎癥。Zhao H 等[49]通過建立Aβ42處理星形膠質細胞和小膠質細胞的炎癥模型。研究發現，白藜蘆醇對星型膠質細胞和小膠質細胞進行處理，可增加 NF-κB/p65 的表達，降低 p-IκB 的表達，減少炎癥因子的分泌（TNF-α、IL-1β、IL-6 等）。這表明，白藜蘆醇可減輕炎癥反應，其機制可能涉及NF-κB 信號通路。另外，Capiralla H 等[50]發現，白藜蘆醇可以抵抗Aβ42引起的小膠質細胞的激活，減少TNF-α和IL-6 的釋放，具體機制涉及調節TLR4/NF-κB/STAT 通路。而Zhao H F 等[51]采用D-半乳糖誘導造模，以40 mg/kg/d 和80 mg/kg/d 的劑量給藥12 周，發現白藜蘆醇通過增加Claudin-5 的表達，降低RAGE、MMP-9、NF-κB 的表達，減少AD 大鼠海馬區不溶性Aβ42的含量，從而減輕大鼠的神經炎癥，保護血腦屏障的完整性。

白藜蘆醇能夠抑制Tau 蛋白磷酸化。研究表明，白藜蘆醇通過下調ERK1/2 和GSK-3β 途徑，顯著抑制Na3VO4誘導的海馬組織中Tau 蛋白Ser396 位點的過度磷酸化[52]。另外，Schweiger S 等[53]研究發現，白藜蘆醇能通過干擾MID1-PP2A 復合物誘導Tau 去磷酸化。

白藜蘆醇的臨床研究為其提供了有力的證據。在最近的一項回顧性研究中，用白藜蘆醇治療輕度-中度AD 患者52 周，每天兩次口服達1 g。結果顯示，白藜蘆醇改善神經炎癥并誘導適應性免疫[54]。

2.4 其他膳食多酚對AD的防治潛力及其作用機制

種類多樣的酚類化合物為預防和治療AD 活性成分的篩選提供了一個豐富的資源寶庫。研究表明，膳食多酚具有抑制Aβ 的聚集、減少Aβ 的產生、減輕神經炎癥、保護神經細胞、抑制乙酰膽堿酯酶活性等多種功能。姜黃素、EGCG、白藜蘆醇是目前研究較多的膳食多酚，大量的體內外實驗證實了他們對AD 的預防和治療潛力。此外，其他的膳食多酚對AD 的預防和治療潛力也慢慢被發掘，本文列舉具有代表性的酚類化合物對AD 的防治潛力及其作用機制，具體見表1。

表1 其他膳食多酚對AD 的防治潛力及其作用機制Table 1 The control potential of other dietary polyphenols on AD and its mechanism of action

3 結論與展望

但是，就目前的研究而言，還存在著以下問題：

1）由于AD 復雜的發病機制，首要的是進行更為廣泛且深入的基礎研究。借助體內外實驗模型，研究清楚阿爾茲海默癥不同發病機制之間的復雜關系，找到有效的治療靶點，從多方面來探索膳食多酚對AD預防和治療的潛力。

2）大多數細胞或動物研究都是在短期基礎上進行的，而流行病學和臨床研究有限，應該進行更多的長期及大規模的流行病學和臨床研究，以確定它們對緩慢發展的神經退行性疾病AD 的有益影響。

3）膳食多酚是否真的能夠以具有生物活性的結構和足夠的濃度到達大腦，發揮有益的效果，還不清楚。例如，姜黃素就因其相對較低的溶解度和生物利用度，限制了它的臨床使用。研究者常常將其制備成脂質體、納米粒子，在保證不影響其功能的前提下，提高其生物利用度。而提高膳食多酚的生物利用度，應該作為研究的一項重點內容，以便后期多酚類產品的臨床應用。