基于miRNA機制研究中藥抗阿爾茨海默病作用機制的研究進展*

張彩霞 綜述,劉 然,陳 潔 審校

(1.山東中醫藥高等?？茖W校醫學系,山東 煙臺 264100;2.威海市環翠區鯨園社區衛生服務中心,山東 威海 264200)

阿爾茨海默病(alzheimer′s disease,AD)好發于65歲以上老年人,目前尚無有效的治療方法。我國約有700萬AD患者,并且呈逐年上升的趨勢,預計2040年我國將成為世界上AD患者數量最多的國家[1]。目前大多學者認為,大腦中自由基損傷、神經遞質紊亂、神經細胞凋亡、Tau蛋白磷酸化和β-淀粉樣蛋白(β-amyloid,Aβ)沉積等是導致AD的主要原因[2]。中醫認為,AD的認知功能減退主要與老年人氣血虧虛、瘀血阻竅、痰濁上蒙、腎精不足等因素有關[3]。中藥在治療AD方面有多靶點、多途徑的優勢,在延緩腦組織的衰老和改善學習記憶障礙等方面有著獨特療效。

具有整體治療優勢的中藥復方湯劑是中藥治療AD的主要途徑,臨床上常用復方包括補腎填髓、益氣生精、調理氣血類復方,補腎健脾益氣、安神定志類復方和活血化瘀開竅、清熱解毒通絡類等[4-5]。而中藥單體及其提取物在化學結構穩定性、作用機制和生物靶向活性等方面更有優勢,在臨床上也有廣泛研究和使用。

目前針對AD的中藥治療機制研究已經逐步深入到蛋白、RNA和microRNA(miRNA)的水平。miRNA是腦內基因調節表達的關鍵因子,大腦中的miRNA種類約占目前已發現人類miRNA總量的70%,其中大腦中約70%的miRNA與AD密切相關[6]。近年來,隨著中醫中藥治療AD研究的深入,在AD患者腦組織、細胞系和模型小鼠中發現越來越多的miRNA與AD預防、發病和治療有關。本文系統闡述了近年來應用于AD防治的中藥復方、單味中藥及其有效部位和成分,總結了miRNA在中藥防治AD中分子機制的相關研究進展,以期為中藥治療AD提供理論依據。

1 中藥復方

1.1補腎填髓、益氣生精、調理氣血類復方 中醫認為,腎精虧虛、髓海失充是AD發病的根本原因。隨著患者年齡逐漸增長,腎精虧虛、氣血不足和腦髓不充等現象會漸進性加重,從而導致了病情進一步加重。薯蕷丸是由薯蕷(山藥)、人參、干地黃、當歸、柴胡和桂枝等21味中藥研制而成,具有不寒不熱、不膩不燥、補虛而不留邪之功效。在治療老年性疾病和慢性虛損性疾病中療效甚佳[7]。有研究者以56例輕、中度AD患者為研究對象,給予加減薯蕷丸濃縮湯劑口服,每日2次,每次15 mL。12周后AD治療組血清中miRNA-146a表達明顯降低,而miRNA-342-3p、miRNA-29a、miRNA-29b、miRNA-107、miRNA-125b和miRNA-181c表達升高。XIE[8]給予AD輕度和中度患者口服改良薯蕷丸治療12周,AD患者血清中白細胞介素-1β(IL-1β)、核因子-κB(NF-κB)和miRNA-146a水平均下降,且在治療期間沒有觀察到明顯的不良反應,表明加減薯蕷丸可通過調節miRNA-146a阻斷機體神經炎癥反應。以淀粉樣蛋白β1-42(Aβ1-42)寡聚體AD模型大鼠為研究對象,給予加減薯蕷丸湯劑灌胃后發現,加減薯蕷丸能有效改善AD模型大鼠空間學習和記憶能力,大鼠海馬組織病理損傷也得到了有效緩解。AD模型大鼠海馬中miRNA-34a-5p表達降低,進而調控了miRNA-34a-5p/PI3K/Akt信號通路,有效改善AD模型大鼠海馬神經元凋亡。同時動物實驗表明,加減薯蕷丸湯劑也可影響miRNA-34a-5p/Toll-like receptor 4(TLR4)信號通路,抑制AD模型大鼠海馬小膠質細胞的炎癥反應,發揮抗AD作用[9]。

補腎填髓方是由石菖蒲、龜板、淫羊藿、何首烏和遠志等組成,具有強精益髓、醒神益智之功效。仲美瓊[10]用補腎填髓方干預Aβ25-35影響的C6大鼠膠質瘤細胞發現,補腎填髓方可通過下調miRNA-206-3p,同時增加其靶基因腦源性神經營養因子(brain derived neurotropic factor,BDNF)蛋白的表達,從而起到抗AD的作用。

1.2補腎健脾益氣、安神定志類復方 安神定志方由石菖蒲、黨參、龍齒、遠志和茯苓等組成,具有鎮靜安神、健脾益氣、定志寧心之功效。研究表明,安神定志方在治療AD方面能夠有效降低炎癥因子水平,進而減弱神經炎癥反應,抑制大鼠腦神經元損傷,起到修復大腦認知功能和記憶能力的作用[11]。王欣波等[12]給予AD模型大鼠安神定志方灌胃2周,發現安神定志方是通過抑制模型鼠海馬miRNA-103a-3p的表達,上調其靶基因BDNF,抑制Tau蛋白Ser396和Thr231位點的磷酸化水平而發揮神經保護作用。中藥調心方是由石菖蒲、黃芪、白芍、桂枝、黨參、柴胡和遠志等中藥組成。給予APPswe/PS1dE9轉基因鼠調心方灌胃12周,模型鼠大腦皮質和海馬區中的具有調控神經干細胞的增殖和分化、促進神經元成熟和凋亡等功能的miRNA-34a表達下降,模型鼠血清中Aβ1-42水平也呈下降趨勢[13]。安神定志方和調心方均可改善海馬組織細胞形態,促進神經元損傷的修復,改善AD模型鼠學習記憶能力。

參芪益智顆粒由黃芪、人參、黃芩等中藥組成。給予3月齡APPswe/PS1dE9雙轉基因小鼠參芪益智顆粒灌胃180 d,發現參芪益智顆?？杉せ頜APK/ERK信號通路,促進miRNA-107-3p和miRNA-15a-5p生成,進而抑制β-淀粉樣前體蛋白裂解酶1(β-site APP cleaving enzyme 1,BACE1)蛋白表達。BACE1是裂解淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)產生 Aβ的第一限速酶,其在AD患者大腦中的蛋白量和酶活性明顯高于正常水平。BACE1減少可降低Aβ1-42生成及血清中基質金屬蛋白酶2(MMP-2)和血管內皮生長因子(VEGF)水平,能夠改善APPswe/PS1dE9轉基因小鼠學習記憶功能,從而發揮抗癡呆作用[14]。

1.3活血化瘀開竅、清熱解毒通絡類復方 地黃飲子由肉蓯蓉、巴戟天、熟地黃、石斛、遠志、石菖蒲等15味藥組成。臨床研究表明,地黃飲子可保護多巴胺能神經元及其微環境,防止抗氧化酶活性,調節中樞神經炎性作用,也能明顯改善AD患者的認知能力,而且不良反應較少[15]。給Aβ1-42寡聚體法的AD動物模型連續地黃飲子給藥4周,發現地黃飲子可靶向降低大鼠腦組織中miRNA-34a-5p表達,進而影響PI3K/Akt/Bcl-2信號通路,緩解海馬膠質細胞的炎癥反應,抑制神經元凋亡,延緩AD的病程[16]?；钛獦s絡方是由雞血藤、黃精、乳香、川芎和石楠藤等組成,有滋陰活血、通經活絡的作用,對AD陰虛血瘀證頗為有效?；钛獦s絡方中含有豆甾醇、芒柄花黃素和β-谷甾醇等多種有效活性成分。采用生物信息學技術分析活血榮絡方在調節AD自噬方面的分子學機制發現,活血榮絡方可調節miRNA-302a、miRNA-513、miRNA-193等miRNA和APP、Alpha-synuclein(SNCA)、Prostaglandin-Endoperoxide Synthase 2(PTGS2)等多基因靶點,通過發揮內肽酶、半胱氨酸型肽酶和天冬氨酸肽酶活性等多分子功能,參與調控突觸信號轉導、氧化應激反應和肽絲氨酸修飾等過程,具有治療AD的作用[17]。

2 中藥單體

2.1小檗堿 小檗堿又名黃連素,是一種從多種含黃連的中草藥中提純而成的異喹啉類生物堿,具有清熱燥濕、瀉火解毒的作用,多用于治療由細菌感染引起的消化道疾病,例如痢疾等。近年研究發現,小檗堿除具有抗感染、抗炎癥作用外,還有抗氧化應激和改善記憶衰退等多種藥理活性。在多種記憶缺陷的動物模型中,小檗堿通過抗氧化應激、膽堿酯酶抑制和抗淀粉樣蛋白等效應,發揮神經保護的作用,進而有改善AD記憶的效果[18]。用小檗堿處理BV2和N2a細胞模型發現,其可通過miRNA-188/NOS1軸減輕Aβ誘導的BV2和N2a細胞模型的神經元凋亡,并能增加細胞活力[19]。WANG等[20]用小檗堿處理PC12細胞模型發現,小檗堿可降低PC12細胞中miRNA-107并升高其靶基因ZNF217的水平,進而降低Aβ25-35誘導的炎癥損傷、細胞凋亡和Tau磷酸化,起到保護PC12細胞的作用。GE等[21]發現,用小檗堿處理后的SK-NSH和HPN神經元中,lncRNA BACE1-AS可上調其直接靶標miRNA-132-3p的水平,減弱Aβ25-35的神經元損傷作用,在AD中起到保護神經元的作用。用不同濃度的小檗堿處理SK-NSH 細胞模型后,使具有調控細胞增殖及凋亡相關蛋白作用的miRNA-137表達上調,同時miRNA-137也可靶向抑制淀粉樣蛋白前體蛋白APP的水平,抑制Aβ25～35誘導的SK-NSH細胞凋亡,從而保護神經元[22]。

2.2姜黃素 姜黃素是一種從生姜、芥末、咖哩等姜科和天南星科的植物根莖中提取的二酮類化合物。研究表明,姜黃素有抗病毒、抗感染、抗氧化和抗炎癥等廣泛的藥理活性,而且不良反應小。近年來在AD動物模型和細胞模型中均發現姜黃素對神經系統有保護作用。姜黃素可通過影響PI3K/Akt/mTOR和 AMPK/ULK1等信號途徑上調miRNA-143,激活細胞的自噬機制,減少Reactive Oxygen Species(ROS)積累,發揮抑制氧化損傷的作用[23]。反之,姜黃素也可通過上調miRNA-145抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路,進而誘導細胞的自噬作用,有選擇性地靶向損傷細胞,起到保護AD神經元的作用。低劑量姜黃素可顯著減低有神經促炎作用的miRNA-146a水平,上調補體因子H蛋白表達。抑制小膠質細胞表型,緩解神經炎癥反應,同時也提高了巨噬細胞對Aβ的吞噬能力和清除機制[24]。最近研究表明,姜黃素能夠上調PC12細胞模型中miRNA-106a的表達水平,抑制APP產生,進而有治療AD的作用[25]。

2.3白藜蘆醇(RSV) RSV是一種植物來源的天然多酚,在花生、葡萄和虎杖等多種藥用植物中含量較高,具有體外抗炎,抗氧化和神經保護等多種生物功能,是植物體遭受到病原侵害或逆境時所產生的一種重要的抗毒素。有研究表明,白藜蘆醇可預防AD小鼠的神經變性和認知能力下降,其抗氧化活性可改善記憶力,能夠調控與AD發病密切相關的miRNA發揮神經系統的保護作用。白藜蘆醇可以減弱Aβ誘導的細胞毒性,降低細胞凋亡,并減少APP轉基因小鼠腦組織中淀粉樣蛋白沉積等作用[26]。miR-155是AD發病機制中的一種多功能miRNA,其上調可加重神經炎癥作用。白藜蘆醇以miRNA-663依賴性方式減弱LPS對促炎性miRNA-155的上調,從而起到神經抗炎作用[27]。白藜蘆醇生物利用度低,體內溶解度低。通過研制白藜蘆醇-硒納米顆粒(RSV-SeNPs)發現,RSV-SeNPs能夠改善膽堿能缺陷和Aβ清除,上調Sirtuin-1(SIRT1)的表達并降低miRNA-134的表達,通過抗氧化劑、抗炎作用和促進神經元突起的生長,從而改善神經認知功能[28]。

研究表明,通過白藜蘆醇治療后,自然衰老的小鼠海馬中miRNA-134和miRNA-124的水平下調。miRNA-124和miRNA-134的降低又可上調靶基因環磷腺苷效應元件結合蛋白(CREB)的表達,增加BDNF的合成,促進突觸可塑性相關基因的激活,形成miRNA134/124-CREB-BDNF信號通路,抑制中樞神經衰老,延緩認知功能的降低,從而對老年小鼠的記憶形成和LTP誘導有積極作用[29]?？椎だ虻萚30]給AD模型小鼠灌胃不同劑量白藜蘆醇,發現白藜蘆醇可提高AD小鼠大腦中miRNA-106b的表達并降低其靶基因AD病理樣蛋白(APP、Tau)的表達,提高P62和ApoA1的水平,影響血清高密度脂蛋白代謝,緩解AD的進展,白藜蘆醇干預組小鼠記憶功能較模型組均有不同程度提高。

2.4蛇床子素 蛇床子素是中藥獨活的主要生物活性成分之一,具有解痙攣、降血壓、抗腫瘤、抗炎癥和改善學習記憶能力、延緩衰老等藥理活性。近年研究發現,蛇床子素能改善AD 模型細胞損傷,維持AD神經元突觸的結構和功能。轉染APP 595/596基因的AD小鼠神經元給予蛇床子素干預24 h后,miRNA-107和miRNA-9表達升高,其靶基因 BACE1 蛋白表達降低,從而抑制 APP水解生成Aβ,Aβ淀粉樣斑塊形成減少,細胞凋亡和損傷降低,發揮保護神經細胞的作用[31]。給予9月齡APP/PS1雙轉基因小鼠蛇床子素連續灌胃6周后,用 Agilent miRNA基因芯片檢測腦組織miRNA基因譜,結果顯示蛇床子素能夠顯著上調miRNA-101和miRNA-101a-3p水平,降低其靶基因APP表達,Aβ產生減少,從而減輕AD的癥狀[32]。

2.5人參皂苷 人參皂苷占人參總含量的90%以上,是人參的藥用價值的主要來源。人參皂苷Rg1(Rg1)是人參皂苷中最重要的活性分子之一,有抗神經炎癥、抗氧化應激、抗神經細胞凋亡、抗過敏、抗癌、調節機體免疫力和促細胞生長等作用。SAMP8模型小鼠經GRg1+石菖蒲處理后,小鼠大腦中miRNA-873-5p的表達升高,其靶基因血紅素加氧酶1(HMOX1)降低,從而有抑制神經元凋亡作用。研究發現慢性應激大鼠給予Rg1治療后,其miRNA-134明顯上調,同時改善了抑郁行為。另一方面,Rg1可通過調節miRNA-124信號通路促進小鼠脂肪源性干細胞向神經元方面分化[33]。

2.6銀杏葉提取物 銀杏葉提取物(EGb)是銀杏經分離純化后提取的物質,黃酮類和萜內酯類是其主要活性成分,具有開竅醒腦、改善認知、改善循環、增加腦血流量等作用,對神經退行性疾病有治療作用。用銀杏葉提取物干預東莨菪堿(SCO)誘導的AD大鼠模型,在行為學上可明顯改善大鼠的學習和記憶能力。模型大鼠大腦中miRNA-1-3p和miRNA-206-3p的表達降低,并提高了其靶基因Postsynaptic density-95(PSD-95)的水平,導致海馬神經元樹突棘密度和蘑菇型棘的比例增加,有改善突觸功能障礙的作用[34]。

2.7鹿茸多肽 鹿茸多肽(velvet antler polypeptides,VAP) 是一種蛋白多肽類活性因子,提取于雄性梅花鹿幼角中,具有增強免疫力、抗氧化和神經保護等方面的作用,可提高輕度癡呆小鼠認知記憶能力,改善微波輻射對小鼠神經細胞的損傷。將miR-613轉染到SK-N-SH細胞中;然后轉染Aβ25-35和VAP。發現VAP可增強miRNA-613的同時降低其靶基因Histone deacetylase-6(HDAC6)蛋白水平、MDA含量、細胞凋亡率和Bax蛋白水平,從而抑制Aβ25-35誘導的細胞凋亡,治療AD[35]。

AD 屬于中醫學“癡呆”“呆證”的范疇,以髓?？仗摓楸?痰濁、瘀血阻絡為標,病性以本虛標實為主,其根本原因是腎虛髓空。近年來臨床試驗表明,中藥改善AD取得了較好療效。中醫藥防治AD方面不但有多途徑、多靶點、多層次的優勢,而且藥物的不良反應低。中藥通過調控miRNA及miRNA-mRNA等分子機制可調節神經遞質、改善線粒體功能、減輕氧化應激、降低神經炎癥、減少Aβ的生成、抑制Tau 蛋白過度磷酸化、抑制神經元的凋亡等發揮抗 AD 作用。中藥可延緩病情漸進性加重,逆轉神經退行性疾病病程的發展,提高患者的生活質量,減輕患者家庭和社會的經濟負擔,因而具有良好的應用開發前景。但目前中藥有效成分復雜多樣,可以作用于多個miRNA和多個下游基因,各成分之間關系有待明確。中藥抗AD機制研究方面起步較晚,目前科研重點主要多集中在動物實驗研究階段,臨床應用研究較少。相信隨著運用現代科學技術的不斷更新,加強多學科多領域交叉研究合作,同時開展更廣泛、更深入的中藥臨床研究,探討合理的中藥防治 AD 的診療方案,為防治AD 提供新的發展方向。