张海静 赵春晖 张文生



·综述·

小檗碱治疗阿尔茨海默病研究进展

张海静 赵春晖 张文生

阿尔茨海默病(Alzhermer’disease，AD)是一种以学习、记忆和认知功能障碍为主要表现的中枢神经系统退行性疾病。AD作为一种异质性的疾病，其致病机理复杂。小檗碱是一种常见的异喹啉类季铵生物碱，作为一种多靶点作用的药物对AD的病理具有一定的改善作用。包括改善认知能力、减少β淀粉样蛋白(β-amyloid，Aβ)产生、抑制Tau蛋白的过度磷酸化、抗炎、抗氧化、调节中枢神经递质代谢等。本文总结近年来小檗碱治疗AD的有关研究成果，以期为小檗碱防治AD提供借鉴。

小檗碱； 阿尔茨海默病； β-淀粉样蛋白； 神经保护； 糖脂代谢

小檗碱(berberine,BBR,MW 336.37)又称黄连素，为异喹啉类季铵生物碱，主要见于毛茛科黄连CoptischinensisFranch干燥的根茎中。小檗碱临床应用广泛:最早用于治疗痢疾和由细菌感染引起的消化道疾病；随后发现小檗碱除具有抗炎作用外，还有降血糖、降血脂、抗肿瘤和抗血栓等多种药理活性。近几年有研究发现小檗碱对改善AD也有良好的作用[1]，并且证实小檗碱能够透过血脑屏障在相关脑区发挥神经保护的作用[2-3]。本文拟对近年来小檗碱改善AD的相关文献进行总结，系统阐述小檗碱抗AD作用及分子机制，为进一步深入研究提供思路。

1 小檗碱对认知功能的影响

阿尔茨海默病(Alzhermer’disease，AD)是以认知功能障碍为主要临床表现的神经退行性疾病。认知功能是指脑加工、储存和提取信息的能力，其生物学基础是脑中神经元的连接和信息传递。研究发现小檗碱在三种不同的AD动物模型中均能够改善认知水平和行为能力。3月龄TgCRND8已有明显的Aβ沉积和认知能力障碍现象。从2月龄开始给予小檗碱(25 mg/kg和100 mg/kg)灌胃治疗4个月后，发现模型小鼠在隐蔽平台和探索试验中显著提高空间记忆能力[4]；在海马注射寡聚态Aβ1-40(5 μg)致痴呆的大鼠模型中，小檗碱(50 mg/kg)灌胃治疗14天后，明显缩短痴呆大鼠在Morris水迷宫中寻找平台的时间，证实其空间学习和记忆能力得到提高[5]；麦芽酚铝(25 mmol/L,100 μL)注射兔脑室内引起脑损伤的模型中，小檗碱(50 mg/kg)灌胃治疗2周后，可对其海马退化，体态异常、共济失调和震颤等行为紊乱起到一定的保护作用[6]。

2 小檗碱改善AD的病理及机制

2.1 对Aβ的作用

老年斑是AD的主要病理特征，其核心成分β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)是由定位于膜结构上的β-淀粉样前体蛋白(β-amyloid precursor protein,APP)经β-分泌酶(beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme1,BACE1)和γ-分泌酶(γ-secretase)切割形成的含有40～43个氨基酸残基的多肽，主要包括Aβ1-40和Aβ1-42两种。研究证实小檗碱能改变APP的代谢过程，减少Aβ的生成[7]。在稳转APP695瑞典型突变的HEK293细胞中，Zhu等[8]证实小檗碱通过激活Erk1/2信号通路抑制BACE1的表达，进而减少Aβ40/42的产生。Durairajan等[4]以N2a-SwedAPP695(小鼠神经母细胞瘤细胞稳定表达人的瑞典突变型APP)为细胞模型，发现小檗碱通过影响PI3K/Akt信号通路磷酸化糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase-3, GSK3)，磷酸化的GSK3能够剂量和时间依赖性的抑制APP的磷酸化水平，进而影响APP的剪切，减少Aβ的生成。另外，胰岛素降解酶(insulin degrading enzyme, IDE)是降解和清除Aβ的关键酶，上调IDE的表达可促进Aβ的降解。通过立体定位向大鼠两侧海马注射寡聚态的Aβ1-40后，小檗碱(50 mg/kg)灌胃治疗14天，检测大鼠海马区IDE的mRNA和蛋白表达水平，发现小檗碱可上调IDE的表达，增强Aβ的清除[9]。而Durairajan等[4]在对TgCRND8转基因小鼠大脑的研究中发现，小檗碱对Aβ降解酶脑啡肽酶和IDE的表达水平并无显著影响。因此，小檗碱是否通过上调IDE的表达而促进Aβ的降解，还有待进一步研究。 2.2 对Tau的作用

神经纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)是AD发病过程中另一个典型病理变化。NFTs主要由双股螺旋纤维(paired helical filament,PHF)Tau蛋白的过度磷酸化所致。AD患者脑内Tau蛋白磷酸化程度高出常人3～4倍，其机制与多种蛋白激酶(GSK3、Cdk5、MAPK、 PKA、CaMKⅡ)和磷酸酶(PP-2A、PP-1、PP-5、PP-2B)代谢失衡有关[10]。过度磷酸化的Tau蛋白降低马达蛋白在微管上的吸附力和神经细胞轴突的运输能力，导致神经元功能损伤。小檗碱可恢复由花萼海绵诱癌素(Calyculin A,CA)引起的GSK3β(Ser9和Y216)磷酸化异常和PP2A活性降低，促使去磷酸化的Tau(Tau1)蛋白表达上调，磷酸化的Tau(pS396、pS404、pT205、pT231)蛋白表达下调[11]，其作用机制与小檗碱影响PI3K/Akt信号通路、抑制GSK3活性，从多个位点降低Tau蛋白(Ser202、Ser396、Ser404、Thr205、Thr231)的磷酸化水平有关[4]。进一步研究发现小檗碱通过降低神经细丝(neurofilaments,NFs)的磷酸化水平和提高NFs的轴突运输速率对Calyculin A引起的轴突病变起到保护作用[12]。因此，小檗碱通过降低Tau蛋白的磷酸化水平，发挥防治AD的作用。

2.3 抗炎症的作用

炎症反应贯穿AD的整个发病过程。Aβ淀粉样肽和细胞外聚集的Aβ斑块可诱导小胶质细胞激活，产生白介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF-α)及趋化因子，从而促进炎症反应和神经细胞变性。研究证实小檗碱可通过抑制炎症反应来防治AD。小檗碱灌胃治疗TgCRND8转基因小鼠后会显著降低小胶质细胞和星形胶质细胞增生[4]。小檗碱拮抗Aβ25-35引起的SH-SY5Y细胞炎症损伤,其保护机制可能与抑制其炎症因子TNF-α及其Ⅰ型受体的表达有关[13]。进一步研究发现小檗碱通过影响MAPK和Akt信号通路，降低I-кB磷酸化水平，减少NF-кB入核，从而减少炎症因子IL-6、单核细胞趋化因子1、COX-2和诱导型NO合酶的表达[14]。

2.4 抗氧化应激的作用

AD的发病基础与氧化应激密切相关。氧化应激是指体内氧化与抗氧化作用失衡，产生大量的氧化中间产物，其中活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)是引起蛋白质和脂质氧化损伤的重要因素。研究发现小檗碱可清除NO和过氧硝酸盐(ONOO-)，其中NO和超氧化物阴离子自由基反应产生的过氧硝酸盐与Aβ的形成和聚集有关[15]。另外研究证实小檗碱能够抑制磺基同型半胱氨酸和Calyculin A导致的氧化应激，降低ROS和丙二醛的含量，提高谷胱甘肽的含量和超氧化物岐化酶的酶活性[11,16]。

3 小檗碱对中枢神经递质的影响

AD患者脑内伴有多种神经递质紊乱，其中以乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)的缺失最为突出。ACh是中枢胆碱能神经系统中与学习和记忆密切相关的神经递质。胆碱酯酶(cholinesterase,ChE)依其催化底物的特异性分为乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)和丁酰胆碱酯酶(butyrylcholinesterase,BuChE)，胆碱酯酶催化乙酰胆碱的水解反应，其活性增高会导致乙酰胆碱丢失，认知功能障碍程度与ACh降低水平呈正向关系，目前治疗AD的药物主要为AChE抑制剂[17]。研究表明小檗碱对AChE有抑制作用，在0.44 μmol/L[18]、0.58 μmol/L[19]和0.37 μmol/L[20]浓度是即表现出抑制效果。进一步通过等温滴定量热法和荧光光谱实验发现，在AChE上存在一个小檗碱的独立结合位点，其结合会使AChE蛋白的构象发生轻微的变化，从而影响酶活性[21]。目前一些研究表明，通过对小檗碱的结构进行改造，合成一系列衍生物，可获得更好的抑制效果[22-23]。另外，小檗碱对BuChE也有抑制作用(IC50=3.44 μmol/L或18.2 μmol/L)，但效果不如对AChE明显[18, 20]。

学习记忆的过程不仅与中枢胆碱能神经系统相关，与单胺类神经递质去甲肾上腺素(noradrenaline,NE)、多巴胺(dopamine,DA)和5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)也密切相关。在AD患者脑内常伴有NE、DA和5-HT的减少。单胺氧化酶(monoamine oxidase,MAO)主要存在于细胞内线粒体外膜上，是细胞内参与胺类物质代谢的主要酶类，分为A、B两型，其代谢底物各有不同。在脑内，MAO-A主要存在于肾上腺素能神经元内，而MAO-B主要存在于5-羟色胺能神经元和神经胶质细胞中，两种类型的酶对DA都有代谢作用。研究证实小檗碱对MAO-A和MAO-B均有抑制作用，且IC50的值分别是126 μmol/L[24]和98.2 μmol/L[25-26]，据此推测小檗碱可作为MAO抑制剂，成为治疗AD的另一个作用靶点。另外，Yu等[27]研究发现黄连解毒汤及其主要成分小檗碱在体外通过抑制吲哚胺-2,3-双加氧酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)的活性，一方面抑制色氨酸的犬尿氨酸分解途径，减少兴奋性毒素喹啉酸(quinolinic acid,QUIN)的产生，另一方面保证足够的色氨酸进入5-HT途径，产生5-HT来达到治疗AD的目的。

4 小檗碱对糖、脂代谢的影响

研究表明糖、脂代谢紊乱与AD的发生发展有明确的相关性。临床研究证实小檗碱具有调节血糖、血脂的作用。因此，通过调节糖、脂代谢及其相关信号通路是小檗碱防治AD的另一种可能途径。

4.1 小檗碱对糖代谢的影响

葡萄糖是中枢神经系统的主要能量来源，胰岛素是糖代谢和能量代谢的主要调控者。在死亡AD患者的脑组织中胰岛素信号通路相关分子，包括胰岛素、胰岛素样生长因子、胰岛素受体、胰岛素受体底物的表达较正常人明显降低。脑组织中葡萄糖利用率降低和能量代谢不足与AD的发生发展密切相关。因此，Steen提出了AD为“Ⅲ型糖尿病”的假说来说明AD的发病机制[28]。二甲双胍和胰岛素鼻内用药均能使糖尿病患者罹患AD的风险显著降低[29-30]。小檗碱通过调节AMPK和PI3K/Akt信号通路不仅有降糖的功效，还能促进胰岛β细胞分泌胰岛素，调节葡萄糖的吸收、转运和利用，增加胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗[31-35]。因此，推测小檗碱可通过调节血糖及其信号通路，防治AD的发生发展。

4.2 小檗碱对脂代谢的影响

流行病学研究表明高胆固醇血症与AD发病密切相关，认为胆固醇在Aβ的形成中扮演重要的角色，降低胆固醇的药物具有治疗AD的潜在作用[36-38]。小檗碱一方面降低高脂血症患者血清总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇的浓度[39]，影响脂质代谢相关基因过氧化物酶体增殖物激活受体α和肉碱棕榈酰基转移酶IA 的表达[40]；另一方面，小檗碱是AMPKα亚基Thr172磷酸化的强诱导因子，通过激活AMPK使胆固醇和脂肪酸合成的关键酶羟甲基戊二酸单酰CoA还原酶和乙酰CoA羧化酶磷酸化并失活，从而抑制胆固醇和脂肪合成[32]；另外，小檗碱通过激活信号调节激酶Erk提高低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor, LDLR)mRNA的稳定性，增加LDLR的合成，降低胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇水平[39]。临床研究证实，他汀类药物具有防治AD发生、发展的作用[41]，小檗碱是否通过调节血脂代谢，防治AD的发生发展，值得深入研究。

5 结语

AD作为一种异质性疾病，其发病机理十分复杂。小檗碱具有改善认知能力、减少Aβ产生、抑制Tau蛋白的过度磷酸化、抗炎、抗氧化、抑制ChE及MAO活性等作用。研究涉及多个方面，但都缺乏深入研究。值得一提的是小檗碱通过调节糖、脂代谢，防治AD的发生、发展将是小檗碱一个新的研究方向。

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(本文编辑： 禹佳)

Research progress of berberine in treatment of Alzheimer’s disease

ZHANGHaijing，ZHAOChunhui，ZHANGWensheng.

BeijingAreaMajorLaboratoryofProtectionandUtilizationofTraditionalChineseMedicine,BeijingNormalUniversity,100088Beijing,China

Correspondinganthor：ZHANGWensheng，E-mail:zws@bnu.edu.cn

Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disease of the central nervous system characterized by learning, memory and cognition deficit. AD is a heterogeneous disease, the pathogenesis is complex. Berberine is a common isoquinoline alkaloid, and as a multi-target therapeutic drug, it has the effect of improvement on AD. The functions of berberine include improving cognitive functioning, reducing Aβ level, reducing hyperphosphorylated Tau protein level,, anti-inflammatory, anti-oxidative stress, regulation of the neurotransmitter metabolism and so on. The recent research achievements of berberine in the treatment of AD are summarized in order to provide reference for the prevention and treatment of berberine in AD.

Berberine; Alzheimer’s disease; Amyloid β-protein; Neuroprotection; Glucolipid metabolism

国家自然科学基金(81274118)；科技部“重大新药创制”科技重大专项(2012ZX09103-201)；中央高校基本科研业务费(2015KJJCA05)

100088 北京师范大学中药资源保护与利用北京市重点实验室[张海静(博士生)、赵春晖、张文生]；教育部天然药物工程研究中心[张海静(博士生)、赵春晖、张文生]；北京师范大学资源学院[张海静(博士生)、赵春晖、张文生]

张海静(1988- )，女，2014级在读博士研究生。研究方向：神经退行性疾病分子机制及神经药理学。E-mail：haijingzhang88@163.com

张文生(1966- )，博士，教授，博士生导师。研究方向：中药神经药理及中药成分次生代谢。E-mail：zws@bnu.edu.cn

R749.1+6

A

10.3969/j.issn.1674-1749.2017.06.038

2016-12-10)