阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD) 是老年神经退行性疾病中发病率最高的疾病。据国际阿尔茨海默病协会(ADI) 发布的报告显示[1], 到2018年9月, 全球的痴呆症患者约有5 000万名, 且每3秒就会增加一名。根据2020年我国第7次全国人口普查显示, 我国60岁及以上人口数为26 402万, 占全国总人口数的18.70% (其中, 65岁及以上人口为19 064万人, 占13.50%)。与2010年相比, 60岁及以上人口的比重上升了5.44%[2]。随着我国社会人口结构老龄化的加剧, AD等衰老相关疾病已经成为我国面临的重要公共卫生和社会问题。而目前针对AD的脑内病理特征, 如β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein, Aβ) 和Tau蛋白沉积, 已有多种药物尝试, 但至今所有临床试验药物均未能治愈AD。我国在中草药的临床应用和基础研究中, 积累了大量的临床经验和药效学资料, 在认知能力改善的临床诊疗、中药应用方面也有长期积累。且已有研究证实, 许多中药单分子都具有明确的认知改善效应。因此, 基于中药在改善认知功能方面的长期临床实践和研究, 深入挖掘中药分子在衰老相关认知功能障碍中发挥作用的有效成分及其机制, 对于研发有效改善衰老和防治AD的新药具有重要的意义。
1 AD的发病机制1.1 老年痴呆的主要类型目前在临床上, 主要将老年痴呆分为AD、血管性痴呆以及混合型痴呆。其中, AD的发病率最高。该病是涉及中枢与外周多因素引发的以认知损伤为主要表现的综合征, 它的主要特征是Aβ沉积、神经元纤维缠结和认知功能损害等。AD患者的临床表现主要为渐进性发病, 最终发展为全面的认知功能衰退。
1.2 AD发病的主要假说目前, 针对AD的发病机制已有广泛的研究, 其中Aβ淀粉样蛋白假说、Tau蛋白假说、氧化应激假说、神经炎症假说等占主导地位, 除此之外, 糖原合成激酶3 (glycogen synthase kinase-3, GSK-3) 假说、线粒体功能障碍等假说也被逐步提出。
1.2.1 Aβ淀粉样蛋白假说淀粉前体蛋白(amyloid precursor protein, APP) 是一种在神经元突触中集中存在的膜内在蛋白, 可以被β-分泌酶或γ-分泌酶切割生成Aβ, 并以单体、二聚体和高级低聚物等多种形式存在于脑内, 其中Aβ40与Aβ42最为常见, 而Aβ42具有极强的形成淀粉样斑块的能力。细胞内中性内肽酶等Aβ降解酶水平的降低会导致Aβ过表达, 进而在脑内累积并引起老年斑的形成和沉积, 同时伴有炎症反应、小胶质细胞活化、星形胶质细胞增生等复杂的级联事件, 最终引起患者的神经元受损和认知功能障碍[3, 4]。
1.2.2 Tau蛋白假说微管是维持细胞完整性的重要因素之一, 而Tau蛋白在维持微管的稳定性中起着重要作用。
研究发现, Tau蛋白具有84个磷酸化位点, 正常情况下, Tau蛋白的磷酸化和去磷酸化处于动态平衡; 病理条件下, Tau蛋白将会过度磷酸化, 从而无法被微管蛋白识别, 破坏微管的稳定性, 在细胞内积累并导致肿瘤坏死因子-α (tumor necrosis factor-α, TNF-α) 等炎性因子的过度产生, 引起脑细胞的炎症反应和神经损伤。同时, 过度产生的炎性介质还会激活一系列激酶, 这些激酶又将进一步引起Tau蛋白的磷酸化和螺旋聚集, 在AD患者的脑内形成神经元纤维缠结, 导致其神经损伤及认知功能障碍[5, 6]。
1.2.3 氧化应激假说AD早期, Aβ可能进入线粒体以增加自由基的产生, 引起细胞内氧化和抗氧化作用失衡, 氧化作用增强, 进而降低超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD) 等激酶活性, 产生丙二醛(malondialdehyde, MDA) 等大量过氧化物, 导致DNA损伤, 造成细胞衰老, 抗氧化酶活性降低, 且由于神经细胞的耗氧量更高, 更易受到自由基的破坏。此外, 在死亡的AD患者的脑组织中也发现, 线粒体膜上存在与电子传输链的破坏有关的Aβ和APP, 这与AD的发生密切相关[7]。
1.2.4 胆碱能假说乙酰胆碱(acetylcholine, ACh) 是大脑中的一种神经递质, 在学习、记忆和认知功能的神经调节中起着重要作用, 其合成主要由胆乙酰转移酶(choline acetyltransferase, ChAT) 负责。有研究指出, AD患者的大脑中ChAT含量偏低。
胆碱能假说指出, 胆碱能神经元在AD早期受损, 致使参与前脑ACh合成的胆碱能功能丧失, 神经信号的传递受阻, 进而导致记忆能力下降及认知功能障碍[8]。目前开发的胆碱酯酶抑制剂只能在一定程度上缓解认知功能障碍, 不能完全阻止AD病理进程, 并且只有在AD晚期以较高的剂量使用才具有优势, 同时还需要控制药量以减轻不良反应。因此, 优化治疗策略, 开发新颖的治疗方法是防治AD的重中之重。
1.2.5 神经炎症假说越来越多的证据表明, 慢性小胶质细胞增生引起的神经炎症是诱发AD的重要原因。AD患者大脑中的淀粉样斑块与多种炎症相关蛋白和活化的小胶质细胞簇相互作用, 引发了脑内的神经炎症, 导致脑组织周围促炎因子的过表达, 进而损害神经元并危害大脑功能。同时, 胶质细胞产生的一氧化氮合酶等物质也会加重机体的氧化应激, 诱导神经炎症的发生。此外, 已有研究发现, 在AD患者和动物模型中, 中枢和外周的白介素-6 (interleukin-6, IL-6) 水平都有显著升高, 且Aβ斑块附近的升高尤为明显[9]。
1.2.6 GSK-3假说GSK-3是一种脯氨酸定向的丝氨酸/苏氨酸激酶, 有α和β两种亚型。两种亚型都在微管的结合中发挥重要作用。其中, GSK-3β在细胞活动中具有重要作用, 有研究发现它不仅能增强Tau蛋白的活性, 使其过度磷酸化, 还有可能促进Aβ的沉积和老年斑的形成。目前, GSK-3已成为多种神经退行性疾病治疗的关键靶点[10]。
1.2.7 线粒体功能障碍线粒体是产生能量的主要场所, 大脑中含有大量的线粒体以满足巨大的能量需求。当线粒体受损时, 能量代谢会产生障碍, 大脑的功能极易受到影响, 引起AD相关病理改变; 此外, 当线粒体内Aβ积累时, 线粒体膜电位异常, 通透性增加, 导致神经细胞凋亡, 进而引发AD患者神经元丢失和认知功能障碍; 同时, 线粒体功能受损还会导致自由基的积累, 加剧脑内氧化应激反应[7]。
1.2.8 肠道菌群失调有研究表明, 肠道菌群多样性的改变可能引发神经炎症、Aβ聚集、Tau蛋白病变等病理改变。短链脂肪酸等肠道细菌代谢产物具有保护神经, 改善学习记忆的功能, 当其缺乏时会加重AD[11]; 而肠道菌群失调时, 促炎菌增加, 促炎产物脂多糖和Aβ等大量生成, 都可能诱发脑内炎症。同时, 益生菌的减少会导致大脑活动水平下降, 加剧认知功能的衰退[12, 13]。因此, 肠道菌群的失调与AD的发生有密切联系。
1.3 中医对老年痴呆的认识1.3.1 中医学中老年痴呆的类型在中医学中, 有学者将老年痴呆分为5种病证: 肾虚髓亏证、心脾两虚证、心肝阴虚证、痰浊阻窍证以及气滞血瘀证[14]。其中, 肾虚髓亏是指患者肾气不足, 骨髓亏损, 运动能力下降, 思维活动能力衰退; 心脾两虚是指患者心血和脾脏虚弱, 进而出现疲乏无力、失眠腹胀、心悸等病症; 心肝阴虚表现为心烦不宁、肝气郁结、多梦盗汗等症状; 痰浊阻窍是指由于脏器功能失调, 经络阻塞而导致的神经呆滞、头昏胸闷、舌苔白腻等病症; 气滞血瘀则是说患者体内肝气阻滞, 血液淤堵, 表现为气阻胸闷, 咳喘心悸, 舌唇暗紫等。
1.3.2 中医学中AD的病因中医学认为AD发病的根本原因是肾虚[15]。肾精化生脑髓, 脑髓是人类记忆、思维和精神的物质基础。随着年龄的增长, 人体内肾气亏损, 肾精不足, 导致髓海干涸, 精神失常, 进而表现为记忆能力下降和认知功能障碍等痴呆症状, 同时伴有疲乏头晕、腰膝酸软、排泄失衡等病症。
痰浊、瘀血是AD发病的重要原因[15]。老年人因肾气亏虚、肝脏功能减退导致体内津液积聚成痰, 血液堵塞成淤。内生痰浊和血瘀则会使脑络不通, 精神失调, 元神蒙蔽, 进而表现为迟钝健忘、言语不畅和眩晕痴呆等症状。肾精亏虚在不同的病理阶段产生痰浊、血瘀, 而痰浊血瘀又会影响气血运行, 导致肾气亏损更甚, 两者之间形成恶性循环。
综上, 中医学认为AD是一种本虚标实的疾病, 肾虚为根本, 加之痰浊血瘀共同导致患者认知障碍, 精神失调等痴呆症状。
2 改善AD相关认知功能的中药及有效分子2.1 中药经典方中药经典方通常由多种中药材组成, 含有大量的活性成分, 可对疾病进行多靶点、全方位的治疗。目前, 诸多中医经典药方已被证实对认知障碍及AD具有明确疗效, 其相关改善机制也进行了初步探索, 如表 1[16-22]所示。
表1(Table 1) Table 1 Classic prescription of traditional Chinese medicine improves aging related cognitive impairment Classic prescription of traditional Chinese medicineMain componentMechanism of traditional Chinese medicineMolecular mechanismAction targetYangxue Peiben Jiannao RecipeAstragalus membranaceus, Chinese Foxglove, Lycium chinense Miller, etc.Remove blood stasis, promote essence and Qi, and restore organ functionAlleviate the apoptosis of hippocampal CA1 neurons and decrease the level of GFAP protein in AD rats[16]GFAP protein and Aβ depositionModified Dioscorea PillDioscorea oppositifolia L., Fallopia multiflora Harald., Angelica sinensis, Chinese Foxglove, Paeonia lactiflora Pall., etc.Filling brain marrow, nourishing blood and ventilation, tonifying kidney and Qi, opening orifices and benefiting intelligenceReduce neuroinflammation and neuronal apoptosis in AD rats[17]TNF-α, caspase-3 proteinYifei Wenyang Huazhuo DecoctionAconitum carmichaeli Debx, Epimedium brevicornu Maxim., ginseng, etc.Enhance lung function and nourish Yang QiActivate PI3K/Akt-mTOR pathway in AD rats and enhance the ability of cells to eliminate Aβ deposition[18]PI3K/Akt-mTOR pathwayXiao Chai Hu Hua TangRadix Bupleuri, Scutellaria baicalensis georgi, ginseng, etc.Tonifying the kidney and body fluid, regulating Qi and nourishing bloodProtecte damaged neurons in AD mice[19]p38MAPK/ NF-κB pathwayGood Forgetting RecipeDipsacales, Cistanche deserticola Ma, Polygala tenuifolia Willd., Wolfiporia cocos, etc.Tonifying kidney essence, filling brain marrow, resolving phlegm and removing blood stasisUpregulate the protein levels of PKA/GSK3β/Tau and PKA/CREB pathway in SAMP8 mice, thereby reducing the level of p-Tau[20]PKA/GSK3β/Tau and PKA/CREB pathwayErzhi PillLigustrum lucidum, Eclipta prostrata (L.) L., etc.Benefit the kidney and protect the liverAlleviate mitochondrial oxidative stress, reduce inflammatory damage and prevent apoptosis in SAMP8 mice[21]ACO2, PGK1, Cyt-C, etc.Yizhi Jiannao GranuleAstragalus membranaceus, Coptis chinensis Franch., Panax quiquefolium L., etc.Replenish Qi and intelligence, regulate Qi and blood, and calm the mindDecrease Tau protein phosphorylation and NFT in the brain of AD mice[22]p-Tau protein and NFT Table 1 Classic prescription of traditional Chinese medicine improves aging related cognitive impairment养血培本健脑方由熟地、黄芪、板桥党参、枸杞子等多种中药组成。该方针对“本虚”进行治疗, 通过祛除血瘀、升发精气、恢复脏器功能以达到对认知能力的改善作用。王雨等[16]的研究发现, 该方能显著改善Aβ25-35注射的SD大鼠学习认知障碍, 降低大鼠脑内胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP) 水平, 减少海马CA1区神经细胞的凋亡, 推测其可能是通过抑制星形胶质细胞的增生, 进而减轻神经元的损伤和凋亡, 发挥对AD大鼠认知功能障碍的治疗作用。
加减薯蓣丸中含有山药、制首乌、熟地、白芍和当归等多种补肾益气、通瘀祛病的中药, 并通过诸药并用以达到充盈脑髓、养血通气、开窍益智的目的。谢文婷等[17]利用侧脑室注射Aβ1-42的SD大鼠建立AD模型, 通过实验发现, 与模型组相比, 加减薯蓣丸治疗组大鼠海马中TNF-α、半胱氨酸蛋白酶-3 (cysteinyl aspartate specific proteinase-3, caspase-3) 蛋白和mRNA的水平都显著降低, 指出该药可能是通过减轻神经炎症, 减少神经细胞凋亡, 进而改善认知障碍。
受《内经》的启发, 王晋平等[23]提出了通过增强肺部功能和滋补阳气, 改善老年痴呆患者认知功能障碍的益肺温阳化浊汤, 该药方中含有制附子、淫羊藿、生晒参等多种药材。通过实验发现, 益肺温阳化浊汤可以显著提高Aβ1-40诱导的SD大鼠的学习认知能力, 降低大鼠脑内磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)、蛋白激酶B (protein kinase B, Akt)、重组人自噬效应蛋白(beclin 1, BECN1) 等蛋白含量, 增强哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR) 蛋白的表达, 通过激活PI3K/Akt-mTOR通路, 提高细胞清除Aβ沉积的能力, 进而减轻Aβ的毒害作用[18]。
小柴胡化汤由柴胡、黄芩和人参等药材组成, 是补肾益津、调气养血的代表药方。陈靖等[19]以该方为基础, 化裁后应用于Aβ1-42诱导的SPF小鼠建立的AD模型以探究其对学习记忆能力的改善作用。通过研究发现小柴胡化裁方治疗组的AD小鼠脑内IL-6等炎性因子、p-p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK) 和核因子-κB (nuclear factor-κB, NF-κB) 含量显著降低, 提示该方可能作用于p38MAPK/NF-κB通路, 进而下调AD小鼠炎症相关蛋白的水平, 减轻Aβ的毒害作用, 发挥保护受损神经元, 提高其学习记忆能力的效能。
好忘方是《备急千金要方》中记载的由续断、肉苁蓉、远志、茯苓等中药材组成的经典方剂, 该方剂通过补肾精、填脑髓、化痰祛瘀以达到治疗痴呆的目的。通过利用SAMP8快速老化痴呆模型小鼠对好忘方作用的分子机制进行研究, 郭小燕等[20]发现好忘方可以上调P8小鼠体内PKA (protein kinase A)/GSK3β/Tau和PKA/CREB (cAMP-response element binding protein) 通路的蛋白水平, 从而减少p-Tau的水平, 改善小鼠的认知功能障碍。
二至丸是由女贞子和旱莲草等药材制成的复方药剂, 具有益肾、保护肝脏的功效。梁梅亭等[21]探索了二至丸对SAMP8小鼠的治疗作用。实验结果表明该药能显著改善P8小鼠的认知障碍, 且与模型组相比, 中浓度治疗组和SAMR1组相同的差异蛋白有20个, 如线粒体顺乌头酸酶(mitochondrial aconitase, m-aconitase, ACO2)、磷酸甘油酸激酶1 (phosphoglycerate kinase 1, PGK1)、细胞色素C (cytochrome C, Cyt-C) 等, 说明二至丸对AD的作用机制涉及多条通路, 其中包括减轻线粒体氧化应激、降低机体炎症损伤和阻止细胞凋亡等。
益智健脑颗粒中的主要成分有黄芪、黄连和西洋参, 该药具有补气益智、调养气血、安神的作用。利用SAMP8模型鼠, 蒋美艳等[22]观察了应用益智健脑颗粒后小鼠海马中有意义的差异蛋白, 实验结果表明该药物可以通过降低小鼠脑内p-Tau水平, 减少神经纤维缠结等对AD小鼠发挥治疗作用。
中药典方大多针对AD模型鼠脑内Aβ的沉积及Tau蛋白的过磷酸化发挥作用, 减轻由其所致的神经炎症及过度氧化应激, 进而达到提高认知功能的目的。除上述经典药方外, 还有一些方剂, 如地黄饮子、还脑益聪方等, 也可能具有一定的认知改善作用[24, 25]。
2.2 中药中的功效分子及作用机制中药方剂是由多种药材按一定比例配制而成, 诸多学者利用AD动物模型对上述典方中的黄芩、黄连、人参、柴胡等药材进行实验与研究, 探索其有效成分及分子机制。