刘美琪，卫东锋，刘振权，张占军
(1. 北京中医药大学中药学院，北京 100029； 2. 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室，北京 100875； 3. 北京师范大学老年脑健康研究中心，北京 100875； 4. 中国中医科学院中医临床基础医学研究所，北京 100700)
随着人口老龄化社会的来临，阿尔茨海默病(alzheimer’ disease，AD)即老年性痴呆的发病率逐年增长，已成为公共卫生领域面临的最大挑战之一。2010年世界卫生组织普查结果显示，全球约3560万人患有AD，预计2050年将达到3倍以上。同年全球应对AD的财务成本超过6000亿美元，医疗负担已超过癌症与心脏病的总和[1]。2015年应对AD的全球财务成本比2010年上升了35%[2]。因此，认知功能障碍防治药物的研发已成为目前国内外生命科学领域关注的热点和难点问题。近年来，中医药在认知障碍相关疾病的防治方面发挥了重要作用，值得进一步深入研究。
灯盏花乙素(Scutellarin，又名野黄芩苷)是菊科短葶飞蓬属灯盏细辛提取物中的主要有效成分，化学名为4′,5,6-三羟基黄酮7-O-β-D-葡萄糖醛酸苷，分子量为462.36，占灯盏花素含量的90%以上[3]。灯盏花乙素具有保护神经细胞、改善微循环、调节血脂等药理作用，临床主要应用于缺血性脑卒中、心肌缺血、高血压等心脑血管疾病，临床疗效较好[4-5]。本文从以下9个方面综述近5年来灯盏花乙素在改善认知功能障碍方面的药理作用及其机制的研究进展。
1 改善认知功能障碍
灯盏花乙素是灯盏花注射液的主要成分。魏娟等[6]使用简易精神状态检查表MMSE评价灯盏花素注射液对脑梗死患者认知功能的影响，结果显示灯盏花素注射液组的量表评分明显优于对照组，脑梗死患者的认知功能得到显着提高。卢烈梅等[7]研究表明，灯盏花素可有效提高急性脑梗死患者神经功能检测量表(NIHSS)的评分和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)的评分。Guo LL等[8-9]采用Morris水迷宫实验,评价灯盏花乙素对淀粉样蛋白诱导的AD大鼠的影响，结果表明灯盏花乙素可明显改善AD大鼠的学习和记忆能力，其作用机制与其能够抑制氧化应激、炎症反应及神经细胞凋亡密切相关。在缺氧导致的认知功能障碍大鼠模型中，灯盏花乙素同样表现出显着的认知改善作用[10]。以上研究结果表明，灯盏花乙素对认知功能障碍具有明显的改善作用。
2 抗Aβ毒性
目前研究普遍认为，AD患者脑组织中由寡聚态β淀粉样蛋白(amyloid beta protein，Aβ)引起的氧化应激和炎症反应可引起神经元进行性损伤甚至丢失，从而导致AD患者的认知功能逐渐恶化[11]。Guo LL等[8]研究表明，灯盏花乙素可缓解Aβ25-35诱导AD大鼠学习和记忆能力的损伤，使AD大鼠脑组织中的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性、单胺氧化酶(monoamine oxidase，MAO)活性、IL-1β、IL-6及TNF-α水平明显降低，并能抑制神经元的凋亡。中药灯盏细辛注射液和灯盏生脉胶囊的主要有效成分均为灯盏花乙素。陈兴泳等[12]研究表明，灯盏生脉胶囊可明显降低肾性高血压模型大鼠海马区升高的Aβ水平。梁红霞[13]研究表明，经灯盏细辛注射液治疗后，急性脑梗死患者血清中的Aβ水平显着低于对照组。以上研究为灯盏花乙素治疗AD和血管性痴呆(vascular dementia，VaD)提供了理论基础。
3 改善能量代谢
脑组织中的能量代谢障碍与认知功能障碍的临床症状密切相关，即使是轻微的脑代谢减少，也会在几秒钟内导致大脑认知功能受损，长期严重的大脑葡萄糖氧化损伤甚至会导致永久性痴呆[14]。Li JH等[15]采用以18F-脱氧葡萄糖为示踪剂的小动物PET成像方法研究灯盏花乙素对大脑中动脉栓塞导致的短暂性脑缺血大鼠的影响，结果表明灯盏花乙素能够明显降低短暂性脑缺血大鼠的神经功能缺损评分，其神经保护作用与增强脑梗死部位组织中的葡萄糖代谢、改善脑组织神经元的能量代谢密切相关。
4 抑制炎症反应
脑组织中的炎症反应与认知功能障碍密切相关，抑制脑组织中的炎症反应是改善患者认知功能的有效途径之一[16]。在AD进展过程中，中枢神经系统中的IL-1α和IL-2含量无明显变化，而 IL-1β、IL-6及TNF-α含量逐渐升高[17]。郭莉莉等[8, 18]研究表明，Aβ致使大鼠大脑皮层中NF-κB p65、IL-1、IL-6及TNF的含量显着升高，灯盏花乙素则可使这些过度表达的炎症介质含量恢复到接近正常水平。Wang WJ等[19]研究表明，缺血性脑损伤大鼠模型的血管紧张素转换酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)活性和含量显着增加，灯盏花乙素可在mRNA和蛋白质水平上降低ACE的含量，进而减少血管紧张素II(angiotensin II，AngII)的形成，并能抑制AngII/AT1R(AngII1型受体)途径介导的促炎因子，如TNF-α、IL-1β和IL-6的产生，保护大脑免受缺血引起的损伤，发挥神经保护作用。
脑损伤后活化的小胶质细胞可以清除细胞碎片和入侵的病原体，释放神经营养因子，而慢性活化的小胶质细胞则可通过释放过量的炎症因子导致神经元死亡[20]。在AD病程中，慢性活化的小胶质细胞能够影响周围中枢神经系统中的细胞，加重Tau蛋白的病理过程，引起神经变性和神经元丢失，导致认知功能障碍[16]。YuanY等[21]研究表明，灯盏花乙素可明显缓解缺血脑组织中小胶质细胞介导的神经炎症反应。Chen XY等[22]研究表明，灯盏花乙素能够明显减少活化的小胶质细胞数量，并能明显抑制Toll样受体4(Toll-like receptors4，TLR4)、NF-κB p65及炎性因子的表达。目前依达拉奉广泛应用于治疗急性缺血性脑卒中，已被证实可明显改善患者的神经学评分，抵抗活化的小胶质细胞毒性，显着减小脑梗死面积，并减少活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的生成。YuanY等[23]的体外实验表明，灯盏花乙素可明显抑制细菌脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)诱导的BV-2细胞中的炎性细胞因子，诱导型一氧化氮合成酶(Inducible nitric oxides synthase，iNOS)、NO及ROS的表达。在体内实验中，依达拉奉和灯盏花乙素均可显着减小脑梗死组织面积，且灯盏花乙素在实验剂量范围内的疗效优于依达拉奉。
5 抗氧化反应
在认知功能障碍的防治研究中，许多天然化合物已被证明具有不同程度的抗氧化活性，进而发挥神经保护作用，灯盏花乙素就是其中之一[24]。Guo LL等[8]研究表明，灯盏花乙素能够明显抑制Aβ25-35诱导的AD大鼠脑内SOD活性降低及MAO活性升高，从而改善AD大鼠的认知功能。张娜娜[25]研究表明，灯盏花乙素在过氧化氢诱导的PC12细胞衰老模型中，能够通过增强端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase，TERT)的活性和抑制细胞周期，调控相关蛋白P53、P27和P21的表达，明显减轻PC12细胞模型的衰老损伤，而过氧化氢诱导PC12神经细胞衰老的机制与TERT活性降低及P53、P27和P21表达增强有关。利凡斯的明是一种被FDA批准治疗AD的乙酰胆碱酯酶(acetyl cholinesterase，AChE)和丁酰胆碱酯酶(butyryl cholinesterase，BuChE)抑制剂。然而，在临床试验中，它仅有助于认知的轻度改善。Sang等[26]研究合成了一系列“灯盏花乙素-利凡斯的明”衍生物，其中化合物15c是一种选择性的生物金属螯合剂，可穿透血脑屏障，显着抑制AChE和BuChE活性，增强胆碱乙酰转移酶(choline acetyltransferase，ChAT)的活性，具有较好的抗氧化活性，对H2O2诱导的神经细胞损伤具有显着保护作用，是用于AD治疗的潜在药物。
6 活化星形胶质细胞
Fang M等[27]研究表明，灯盏花乙素能够明显提高大脑中动脉闭塞大鼠模型的神经功能评分，减小大脑皮质的梗死体积，其作用机制与诱导星形胶质细胞活化、增生，增强星形胶质细胞中BDNF、NT-3、IGF-1、MAP-2和PSD-95(参与神经细胞增殖、分化和神经保护的各种蛋白质)的表达，调节神经元轴突生长、突触可塑性及神经传导密切相关。Chai L等[28]研究表明，灯盏花乙素可通过调节磷酸化环磷酸腺苷反应蛋白结合元件(p-Cyclic AMP response element-binding protein，p-CREB)和蛋白激酶B(protein kinase B，pAkt)的表达，促进星形胶质细胞中神经营养因子(neurotrophin factor，NTF)的产生和释放，拮抗低氧诱导的细胞毒性，保护星形胶质细胞，进而发挥中枢神经系统保护作用。
Fang M等[29]研究表明，灯盏花乙素在活化的小胶质细胞中能够明显降低TNF-α、IL-1β，iNOS和NO等炎症因子的表达，在反应性星形胶质细胞中则能够明显增强这些炎症因子的表达。越来越多的研究表明，促炎因子的最终含量决定它们发挥神经毒性或神经保护作用，一些炎症因子具有神经保护作用，如TNF-α保护神经元免受氧化和缺血性损伤，IL-1β可促进神经元的存活，iNOS衍生的NO可作为创伤性脑损伤中的内源性抗氧化剂发挥神经保护作用[30]。而灯盏花乙素可增强TNF-α、IL-1β和iNOS的表达，在特定条件下具有神经保护作用。源自活化的星形胶质细胞中的TNF-α，IL-1β和iNOS可能是有益的，这与活化的小胶质细胞中这些因子的细胞毒性正好相反。
7 调节神经递质与神经信息传递
Li Q等[31]研究表明，灯盏花乙素可通过增强内皮型一氧化氮合酶(eNOS)、磷酸化细胞外调节激酶5 (p-Erk5)及Kruppel样因子2(KLF2)的表达水平，激活Erk5-KLF2-eNOS信号通路，从而缓解脑血管痉挛，改善蛛网膜下腔出血大鼠模型的神经功能缺损。灯盏花乙素羟基较多，其亲水性较大，一般的给药形式难以使其透过血脑屏障[32]。口服灯盏花乙素主要以其水解产物黄芩苷的形式被吸收。
8 促进神经细胞增殖分化
Wang WW等[10]研究表明，灯盏花乙素可通过促进神经干细胞(neural stem cells，NSCs)的增殖和神经元分化来减轻小鼠缺氧模型的认知功能障碍，其作用机制一是通过提高MAPK信号通路中的胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)的磷酸化水平，促进NSCs增殖；二是通过上调活化型碱性/螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)因子和下调抑制型bHLH因子，诱导NSCs分化为神经元。少突胶质细胞能够传输神经元和轴突的营养和代谢，并具有神经修复功能，在中枢神经系统中具有重要作用。
9 抑制细胞凋亡
王琳等[33]研究表明，灯盏花乙素可明显抑制新生大鼠缺氧缺血模型海马CA1区p38 MAPK的表达，显着减少神经元的凋亡，从而发挥脑保护作用。以上研究可为灯盏花乙素在抑制神经元凋亡和保护认知能力方面提供实验依据。
10 结语与展望
认知功能障碍包括轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)和痴呆，痴呆的主要类型包括AD、VaD、额颞叶痴呆及路易体痴呆等。认知功能障碍的病理特征一般包括Aβ寡聚体、Tau蛋白过度磷酸化、Aβ斑块沉积、脑组织能量代谢紊乱、脑神经细胞过度凋亡坏死、炎症反应、氧化因子损伤等。目前，尽管有些药物已被证实能够明显提高患者的学习记忆能力，改善认知功能障碍，但其临床效果及安全性仍有待于进一步提高。除了一些Ach 抑制剂如盐酸多奈哌齐片(安理申)、氢溴酸加兰他敏片，非竞争性N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂如美金刚等在临床中广泛用于治疗认知功能障碍相关疾病，其他绝大多数药物研发仍难以通过Ⅲ期临床试验。因此，寻找高效低毒的认知损伤改善药物仍是医学工作者目前较为紧迫的任务之一。
中药在此方面具有巨大潜力，包括灯盏细辛在内的许多传统中药在改善认知功能障碍相关疾病中具有一定优势，值得进一步深入研究。目前研究表明，灯盏细辛的主要成分灯盏花乙素在治疗认知功能障碍方面具有良好的药理作用和研发前景，其作用机制包括减轻Aβ毒性、改善脑组织能量代谢、抑制炎症反应、调节中枢胆碱能系统、清除自由基、抗氧化、活化星形胶质细胞、调节神经递质含量与神经信息传递、促进神经细胞增殖分化、抑制神经细胞凋亡等。虽然灯盏花乙素在临床中早已被广泛应用于治疗心脑血管疾病，但目前关于其治疗认知功能障碍的作用及其机制研究尚处于初步阶段。尤其在细胞和分子水平方面仍有待于进一步研究，深入探讨其作用机制，将为中药灯盏细辛在神经退行性疾病中的临床应用提供科学依据和理论支持。
