槲皮素预防ND的研究现状

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本文作者：石玥1梁晓春2作者单位：1.中国医学科学院2.北京协和医学院

神经退行性疾病(nd)是一组以原发性神经元变性为基础的慢性进行性神经系统疾病。该类疾病主要包括阿尔茨海默氏病(AD)、帕金森病(PD)、Huntington舞蹈病(HD)、脑缺血缺氧所致神经元变性等。研究发现，ND由多种不同原因导致，包括神经元或神经胶质细胞不能提供充分的营养、轴突传递功能受损、谷氨酸受体活性过高、活性氧(ROS)水平过高、线粒体能量产生减少、折叠错误的蛋白质形成增加或降解不充分、炎症过程、特殊蛋白质的产生等因素［1］。虽然诱发这些疾病的病因和病变部位不尽相同，但它们都有一个共同的特征，即发生神经元的退行性病变和凋亡。随着医学进步及生活条件的提高，出现人口老龄化，退行性疾病给个人、家庭和社会带来越来越沉重的负担。目前对ND的机制及治疗已进行了大量研究，但尚无有效成熟的方法和药物来防治这种疾病。槲皮素是一种小分子药物，可从多种天然植物及食物中获取，无明显毒性和不良反应。研究结果亦显示，槲皮素对神经元具有保护作用，可明显改善神经退行性变动物的记忆和行为能力，成为近年来研究的热点，现将近年国内外对槲皮素的神经保护作用机制研究进展综述如下。

1槲皮素的化学结构与功能

槲皮素是一种天然黄酮类化合物，其化学名为3，3''''，4''''，5，7－五羟基黄酮，分子式:C15H10O7，分子量302.23，多以苷的形式存在于某些植物的花、叶、果实中，如芦丁(芸香苷)、槲皮苷、金丝桃苷等。许多中草药如槐米、红枣、菟丝子、桑叶、银杏叶、三七、金荞麦等均含此成分［2］。槲皮素被认为具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、改善内皮功能、抗血小板聚集、提高人体免疫力等多种生物活性［2，3］。广泛应用于心血管、内分泌、消化等多系统疾病的治疗。近年来对其神经保护作用的研究较多，其可能机制主要包括抗氧化应激、抗炎作用、调节钙稳态以及增强突触的发生和传导等作用。

2槲皮素的神经保护作用机制

2.1抗氧化应激作用

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内高活性分子如ROS自由基和活性氮(RNS)自由基产生过多，氧化产物增加，抗氧化产物减少，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。大量研究资料表明，在AD、PD、HD和衰老中，特定脑区的神经元受到ROS攻击，使细胞发生凋亡，进而恶化直至神经元网络功能紊乱，最终发生ND。氧化应激在ND细胞凋亡的发生、发展中起着重要作用［4］。槲皮素通过其抗氧化应激效应，从多途径保护神经元。

2.1.1清除自由基，抑制NO合成，减少诱导性一氧化氮合酶(iNOS)合成

我国学者发现，口服槲皮素可以减少高胆固醇饮食的老年小鼠大脑皮层神经元ROS水平，恢复铜锌超氧化物歧化酶活性，下调iNOS，与此同时还可以激活平滑肌磷酸酶激活性蛋白激酶(AMPK)，下调蛋白磷酸酶2C，从而激活小胶质细胞，增加CD11b表达，AMPK的提高可以抑制核转录因子NF-κB的表达从而减少大脑细胞的凋亡，槲皮素成为一种老年性神经改变的潜在治疗药物［5］。ZhangZJ等［6］将槲皮素应用于PC12细胞发现其可以抑制NO的合成，减少iNOS的过表达，并下调促炎性介质基因的过度表达，从而达到保护神经的作用。自由基是氧化应激反应中损伤蛋白质及核酸的核心物质，槲皮素清除自由基，下调ROS介导的下游通路，减少细胞损伤和凋亡，成为其保护神经元的关键环节。

2.1.2上调还原型谷胱甘肽(GSH)水平，抑制谷氨酸的兴奋性神经毒性作用

GSH是由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成的一种三肽，参与体内氧化还原过程，能和过氧化物及自由基结合，对抗氧化剂对巯基的破坏，保护细胞膜中含巯基的蛋白质和含巯基酶［7］。ArredondoF等［8］发现，槲皮素不仅通过清除氧化自由基保护神经系统，还通过促进转录因子核因子相关因子2(Nrf-2)的核转移，显著提高谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基(GCLC)基因表达等途径增加GSH的表达，从而保护神经系统。RattanajarasrojS等［9］也证实，槲皮素可以抑制脂质过氧化，恢复大鼠海马神经元GSH还原酶活性，减少β型类淀粉胜肽(25－35)聚合物对大鼠海马神经元的氧化应激损伤，并发现其与17β雌二醇作用相当。RiveraF等［10］在大脑中动脉缺血大鼠模型中也得到了相似的结论，注射槲皮素的大鼠还原型GSH水平上升，局部水肿减轻，大脑皮层损伤减少。GSH具有抗氧化应激作用，可以抑制谷氨酸的兴奋性毒性，槲皮素通过此途径增强其神经保护作用。

2.1.3减少氧化应激损伤，保护线粒体

在20世纪80年代即有学者证实槲皮素可以抗氧化应激，抑制神经元线粒体膜的脂质过氧化，保护线粒体［11］。近年来对槲皮素保护神经元线粒体作用的研究又有了进一步发展。FrancoJL等［12］在对一种主要成分为槲皮素和香豆素、口山酮的化合物的分离比较研究中发现，在汞诱导损伤的小鼠大脑细胞中，只有槲皮素能够减少由汞导致的线粒体活性抑制，减少GSH的氧化损伤，推测其是通过清除氧自由基，抑制线粒体内过氧化氢酶的酶促反应实现的。SilvaB等［13］发现，槲皮素可以减少自由基对线粒体膜的损伤，抑制线粒体膜的脂质过氧化，调控线粒体膜的跨膜电位，从而减少神经元的凋亡。另有动物实验发现，口服槲皮素可以提高小鼠大脑细胞和肌肉细胞过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α(PGC-1α)及沉默调节蛋白1(SIRT1)水平，增加线粒体DNA表达，从而保护线粒体，改善线粒体功能，小鼠运动耐量及自主运动也较安慰剂组增加，提示槲皮素对慢性神经及肌肉病变具有治疗作用［14］。

2.1.4抑制β-淀粉样蛋白(Aβ)的氧化作用，下调其表达

Aβ分子量约4kD，是β淀粉样蛋白前体蛋白(APP)的酶解产物，可由多种细胞分泌，在脑内神经胶质细胞是其主要来源。Aβ可抑制线粒体酶的活性，通过氧化应激效应造成神经元永久性损伤，在细胞基质沉淀聚积后具有很强的神经毒性作用，导致纤维原缠结，诱发突触功能障碍及神经元退行性变，是AD患者脑内神经元变性和死亡的主要原因，成为近年来主要的治疗靶点之一［15－17］。槲皮素可以减少由Aβ导致的ROS堆积、抑制c-Jun氨基末端激酶(JNK)和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的活性，减少细胞凋亡［18］。文献［9］证实，槲皮素可以抑制Aβ(25－35)介导的脂质过氧化，恢复大鼠海马神经元GSH还原酶活性。An-sariMA等［19］亦发现，在体外培养的神经元中低剂量(5、10μmol)的槲皮素可以显著降低加入Aβ蛋白质细胞的羰基化蛋白质、3-硝基酪氨酸以及蛋白连接人嗜中性细胞弹性蛋白酶的含量，但是高剂量(20、40μmol)反而会增加这3种物质的含量，提示小剂量的槲皮素更有利于抗氧化，而高剂量的槲皮素可能具有神经毒性。同时低剂量的槲皮素也有利于保持神经元的活力，抑制Aβ对细胞的促凋亡作用。HouY等［20］将一种银杏提取物，即由槲皮素(4.8%)、山奈酚(3.9%)和异鼠李素(0.7%)组成的黄酮类复合物用于体外培养的Tg小鼠海马神经元，发现该复合物在浓度为50mg/mL时可以明显降低低分子量及中等分子量的Aβ，并进一步行动物实验，用黄酮类复合物喂养小鼠4个月后进行免疫组化，发现Aβ较对照组明显降低。该实验还发现，槲皮素同时具有促脑源性神经营养因子(BDNF)分泌的作用，并呈剂量依赖关系;另一方面其可以通过激活为N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA)促进环腺苷酸应答元件结合蛋白磷酸化。

2.2调节钙稳态，减少兴奋性损伤

兴奋性神经毒性参与许多ND的发病，正常状态下作为第二信使的钙离子，在兴奋毒性损伤时含量异常增高，导致细胞结构和功能代谢的不可逆损伤，促进了兴奋毒性的发展。钙超载导致线粒体去极化、降低神经营养因子含量、催化一氧化氮合酶(NOS)导致NO过度生成，最终导致细胞损伤［21］。WuSN等［22］在2003年即证实槲皮素可以下调神经元内钙离子水平，调节钙稳态，但该作用与环腺苷酸(cAMP)及三磷酸肌醇(IP3)水平无关，考虑其有独特的作用途径。近年来对其作用机制有了进一步的研究。JungWY等［23］通过动物实验证实，口服槲皮素可以改善小鼠记忆功能，进一步研究发现，口服槲皮素(40mg/kg)的小鼠海马趾组织中钙调蛋白激酶Ⅱ(pCaMKⅡ)、磷酸化蛋白激酶B以及磷酸化环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(pCREB)的表达均下调，推测其可能为抑制细胞钙超载，保护海马细胞的途径之一。PandeyAK等［24］发现槲皮素可以通过调节酸敏感离子通道(ASIC1a)，减轻因缺血缺氧导致内环境pH下降引起的钙内流，同时减少了钙相关蛋白酶激活导致的膜收缩蛋白产物(SBDP)的产生。LeeBH等［25］研究发现槲皮素可以通过减少α9α10烟碱乙酰胆碱能受体表达，抑制乙酰胆碱受体通路的钙内流而减低细胞内钙离子水平，该作用与乙酰胆碱浓度无关，但是当细胞外钙离子浓度下降后槲皮素的作用明显减弱，提示槲皮素介导的钙离子水平下降与钙离子细胞外浓度密切相关。

2.3抑制炎性介质表达，保护神经元

炎症反应可以产生大量炎性细胞因子、自由基等，损伤神经元，成为很多ND的病因之一。槲皮素可以通过抑制炎性介质表达以及减少神经元外周细胞炎性介质的释放以抑制神经元的凋亡。ZhangZJ等［6］在动物实验中发现槲皮素可以下调斑马鱼神经元炎症基因的过度表达，如IL-1β、TNF-α和环氧化酶2(COX-2)等。LuJ等［5］也发现，口服槲皮素可以通过减少老年小鼠NF-κB、P56的核转移从而抑制多种促炎性介质如IL-1β、IL-6和TNF-α等的表达而减少大脑细胞的凋亡。槲皮素除直接作用于神经元，还可通过调节神经胶质细胞的炎症介质表达以达到保护神经元的作用。SharmaV等［26］发现，在星形胶质细胞中，槲皮素一方面通过其抗氧化应激效应减少IL-1β诱导的ROS，提高体外培养的超氧化物歧化酶(SOD)及硫氧还原蛋白1(Trx1)的表达;另一方面显著减少IL-6、IL-8、干扰素诱生蛋白(IP-10)以及单核细胞化学吸引蛋白质1(MCP-1)的产生，从而减少同一培养基中神经元的凋亡。神经小胶质细胞的激活与炎症反应是导致PD的主要原因之一。有研究发现，槲皮素也可以作用于小胶质细胞，抑制因脂多糖刺激导致的IL-1β、TNF-α的过度表达，从而减少神经元的凋亡［27］。

2.4调节突触的发生和传导

突触的丢失与传导速度下降与多种ND的发生、发展相关，故而增加突触和神经的发生成为治疗ND的靶点。很多研究报道槲皮素可以增加突触再生及突触传导，但其机制尚未明确。HuP等［28］对铅诱导损伤的成年大鼠齿状回细胞进行研究，发现槲皮素组突触的输入输出函数、成对脉冲反应、兴奋性突触后电位(EPSP)以及群峰电位均较对照组提高，减轻了由铅导致的突触可塑性受损，对于认知缺陷具有一定的治疗作用。TchantchouF等［29］发现槲皮素可以显著促进海马神经元增殖，增加突触再生，促进CREB的磷酸盐化，提高pCREB和BDNF水平。另一方面，槲皮素还可能通过抑制α-氨基羟甲基恶唑丙酸(AMPA)受体表达，减少谷氨酸介导的内向电流，从而减少谷氨酸对于突触的兴奋性损伤。但槲皮素本身并不表现这种作用，只有与谷氨酸同时作用于细胞时才会出现［30］。半胱氨酸串联蛋白(CSPα)是一种具有抗神经退行性变的突触小泡蛋白，是保守J蛋白家族的一员，XuF等［31］在体外实验中发现槲皮素可以促进CSPα蛋白二聚体的形成，并存在浓度依赖性，有助于突触的重塑与传递。但该实验并未发现槲皮素可以直接促进突触重塑和传导，考虑可能与其他旁路途径作用相关。

3小结与展望

综上，槲皮素的作用机制是多方面、多层次、多靶点的，对多种ND如脑缺血、AD、PD等均具有一定的防治作用。槲皮素作为安全有效的天然抗氧化剂，充分发挥其抗氧化作用，可清除自由基，抑制氧化应激酶类，保护线粒体，抑制兴奋性毒性损伤，保护神经元。此外，槲皮素还通过调解钙稳态、抑制炎性介质表达和聚集以及调节突触发生和传导等作用阻止神经退行性变的进一步发生发展。这些作用均表明槲皮素在治疗神经系统疾病方面有着光明的前景，为神经系统疾病药物的开发提供新的思路和策略。但是目前对于槲皮素的研究尚存在以下问题:(1)关于槲皮素对ND的防治研究尚处于实验阶段，临床研究较少，对于槲皮素作用于人体的安全有效剂量尚缺乏统一的观点，而且临床疗效的判定易受到治疗过程中诸多因素的干扰。因此，如何进一步确定槲皮素的临床价值及其有效浓度，尚须加以探索和研究;(2)槲皮素保护神经元作用机制复杂，诸多干预途径相互交叉重叠，但现在的研究大多集中于对槲皮素抗氧化应激作用机制的探讨，而对于槲皮素其他作用途径，如调节钙稳态、增加突触的发生和传导等方面，仅观察到了实验现象，对于具体的信号通路或药理机制尚缺乏深入研究;(3)研究多围绕于AD、PD以及缺血缺氧所致脑损伤等中枢系统神经病变，而对于其他神经系统的退行性疾病如视网膜退行性病变、周围神经退行性病变等疾病研究较少，还有待进一步开发利用。