老龄化研究  >> Vol. 4 No. 4 (December 2017)

一氧化氮与阿兹海默氏症的治疗
Roles of Nitric Oxide in Treatment of Alzheimer’s Disease

DOI: 10.12677/AR.2017.44008, PDF, HTML, XML, 下载: 852  浏览: 1,966  国家自然科学基金支持

作者: 王家卉, 邵亚兰, 石 静, 江耀飞, 谢小明, 方 婷, 杨树龙:南昌大学基础医学院 生理教研室,江西 南昌;万 函:南昌市卫生学校 外科教研室,江西 南昌;洪芬芳:南昌大学 医学实验教学中心 寄生虫实验室,江西 南昌

关键词: 一氧化氮阿兹海默氏症治疗Nitric Oxide Alzheimer’s Disease Treatment

摘要: 阿尔茨海默症(Alzheimer’s Disease, AD)是一种原发性神经退行性病变,常伴有认知障碍和神经功能障碍。一氧化氮(nitric oxide, NO)是一种重要的传递神经信息的信号分子,对Aβ的生成有重要影响,同时,通过降低神经炎症和氧化氮化及NF-κB通路抑制诱导性一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthetase, iNOS),从而治疗AD。本文就NO影响AD的发病和治疗的相关性最新研究进行综述。
Abstract: Alzheimer’s disease (AD) is a primary neurodegenerative disorder with cognitive impairment and autonomic nervous system dysfunction. Nitric oxide (NO) is a major signaling molecule in neurons which influences the formation of Aβ. In addition, NO reduces neurogenic inflammation, oxidation and nitridation and NF-κB passway to restrain inducible nitric oxide synthetase (iNOS). This paper reviewed NO effects on the development and therapy of AD.

文章引用: 王家卉, 邵亚兰, 石静, 江耀飞, 谢小明, 方婷, 万函, 洪芬芳, 杨树龙. 一氧化氮与阿兹海默氏症的治疗[J]. 老龄化研究, 2017, 4(4): 55-61. https://doi.org/10.12677/AR.2017.44008

1. 引言

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, AD)即老年痴呆症,是一种弥漫性中枢神经退行性疾病。其发病机制尚不完全清楚。现在临床使用的药物和绝大部分处于研究阶段的药物都只能减缓AD发病进程,能完全逆转该疾病进程的药物极为缺乏。一氧化氮(Nitric oxide, NO)是重要的神经系统信号分子,由一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase, NOS)催化生成。在病理条件下,NO经细胞内相关信号通路调节与AD发病相关的β淀粉样蛋白沉积、tau异常磷酸化等特征性病理改变。许多治疗AD的药物可能通过影响NO/NOS有关信号转导通路发挥作用。

2. NO与抗神经炎症治疗

2.1. 中药治疗

2.1.1. 黄酮类化合物抑制iNOS治疗AD

黄酮类化合物被发现有潜在神经保护作用。在可可茶、浆果和柑橘中发现的黄酮类化合物,已被证明是有效防治与年龄有关的认知能力下降和神经退行性疾病的药物。Spencer JPE等 [1] 研究表明黄酮类化合物通过抑制小胶质细胞的活化、相关细胞因子的释放和iNOS的表达,产生抑制神经炎症的作用。乙酰葛根素是一种黄酮类化合物。Meng QH [2] 等用Wister小鼠制作AD动物模型(注入Aβ1-42-injected),海马内注射Aβ1-42 (5 mg/1 ml) 2周后每天腹膜注射乙酰葛根素,连续12天。结果显示Aβ1-42注射后学习和记忆能力降低了,而乙酰葛根素治疗改善了这些缺陷。同时,乙酰葛根素可抑制Aβ1-42诱导的小神经胶质细胞活化,同时伴随小鼠海马中iNOS水平降低。柚皮素 [3] 和橙皮苷 [4] 是在柑橘类水果和西红柿中发现的黄酮类化合物,研究显示这两种黄酮类化合物抑制了NO的释放,iNOS、环氧酶-2 (COX-2)和促炎性细胞因子在小神经胶质细胞中的表达。柚皮素也诱导了细胞因子信号转导抑制因子(suppressors of cytokine signaling, SOCS)-3在小神经胶质细胞中的表达。SOCS-3的表达和柚皮素的抗炎作用受到腺苷一磷酸激活的蛋白激酶α (adenosine monophosphate-activated protein kinase α, AMPKα)和蛋白激酶Cδ (PKCδ)调节。这提示柚皮素通过AMPKα和PKCδ信号通路介导SOCS-3的激活,进而抑制iNOS和COX-2表达,产生抑制神经毒性的作用。亚慢性丹酚酸B (SalB) [5] ,是一种丹参中发现的黄酮类化合物。Lee YW等在鼠侧脑室中注射Aβ25-35,随后每天一次给予SalB连续七天,结果表明SalB的注入可明显改善记忆缺陷(P < 0.05),减少炎症反应时小神经胶质细胞活化和星形胶质细胞聚集,同时伴有iNOS表达显著减少。白藜芦醇,是一种从红葡萄和其它水果坚果中提取的黄酮类化合物。Wight RD等 [6] 的研究结果表明白藜芦醇抑制脂多糖诱导的NO,肿瘤坏死因子α等的产生。白藜芦醇也抑制星形胶质细胞中C反应蛋白(CRP)的产生,它在不同的慢性炎症紊乱中起作用。

2.1.2. 其他中药抑制NO或iNOS治疗AD

酸枣仁皂甙A (JuA) [7] ,从酸枣仁提取物(SZS)中分离出来的化合物。Liu Z等评估连续5天脑室内注射JuA (0.02和0.2 mg/kg)对脑室内注射Aβ1-42造成的意识损伤的作用,发现JuA极大缓解了学习和记忆损伤,抑制了NO的活性。JuA也改善了AD鼠海马中发生的神经元胞体偏心分散和膨胀。

某些从植物中提取出的生物碱也有抗炎作用。例如甜菜碱 [8] ,其对活化的小神经胶质细胞中的NO的合成的作用在24小时后是剂量依赖的,用更高剂量的甜菜碱处理的小胶质细胞会释放更少量的NO,并且对小神经胶质细胞没有毒性作用。它也是控制神经紊乱的有效治疗成分。SCM-198 [9] ,是一种从益母草中提取的生物碱。Hong ZY等在小胶质细胞–神经元共培养试验和斯普拉格-道利(SD)鼠的海马内注射Aβ(1-40)诱导出小神经胶质细胞的过度激活,并评估SCM-198在其中的保护作用。实验表明SCM-198极大加强了海马内注射Aβ(1-40)鼠12天后的认知表现,减少海马中小神经胶质细胞的过度激活和细胞因子NO、TNF-α、IL-1β等的表达。SCM-198有极大的抗神经炎症作用并在AD的治疗中有潜在的价值。

其他中药如:黄柏(CHD) [10] 、蚕沙(BE) [11] 、人参皂甙Rg5 [12] 、香椿叶 [13] 、金合欢素 [14] 、文冠果壳苷 [15] 等,研究发现也有相似作用。即可以抑制由Aβ或LPS诱导的记忆缺陷和神经元缺失及活化的小神经胶质细胞中NO、iNOS、COX-2等促炎性细胞因子的生成。

2.2. 西药治疗

利拉鲁肽具有抗神经炎症的作用。Parthsarathy V等 [16] 将大鼠大脑暴露于6 Gy (X线)诱发慢性炎症反应,注射利拉鲁肽结果显示其抑制了iNOS的表达及小神经胶质细胞和星形胶质细胞的活化。FLZ [17] 是一种自然番荔枝酰胺的新合成衍生物。研究显示鼠脑室注射LPS后,FLZ使得海马中记忆缺失得到改善,并减轻神经损伤和神经元丢失。FLZ的神经保护作用是由于抑制了LPS诱导的神经炎症,减少肿瘤坏死因子-α,白介素-1β和NO的生成并减少环氧酶-2和iNOS的表达。这些结果显示FLZ可能是AD的一种有效治疗药物。金化合物金诺芬 [18] 具有抗神经炎症的活性。金诺芬在0.1~1 μM的浓度范围内是无毒的,并且这个浓度的金诺芬可以极大减少细胞毒性分泌物。金诺芬抑制单核细胞分泌肿瘤坏死因子和NO。它对SH-SY5Y神经细胞有直接的神经保护作用。

3. NO与抗氧化氮化治疗

3.1. 中药治疗

3.1.1. 荞麦及其所含物质抑制NO治疗AD病

苦荞(TB)或普通荞麦(CB)是一种植物。Choi JY等 [18] 的实验中,在ICR鼠脑中注射Aβ(25-35)建立体内AD鼠模型,结果表明口服苦荞或普通荞麦的甲醇提取液可以提高鼠注射Aβ(25-35)后的认知与记忆能力,其脂质过氧化和NO水平都有所下降,并且TB提取液的作用要比CB提取液作用更强。荞麦中含有一种黄酮类化合物,即芦丁(其他植物中也含有)。研究发现芦丁不仅减轻了Aβ诱导的鼠大脑、肝脏和肾脏中NO的产生和脂质的过氧化反应,还降低了AβO水平,减少了小神经胶质细胞和星形胶质细胞的增生。Wang SW等的研究中发现芦丁减少ROS、NO等的合成,降低iNOS的活性,增加谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽的比例,加强超氧化歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和细胞因子的活性。芦丁针对多种致病因子的作用证明它可能用于AD的治疗 [19] [20] 。

3.1.2. 其他中药抑制NO治疗AD病

阿魏酸(FA)、红景天苷、原苏木素-(PTA)、连翘酯苷、阿克替甙可以减少NO生成,具有抗氧化作用。对于FA [21] ,虽然临床前实验已经有很多,但只有很少应用于人类。并且大多数都是食物所含的FA,因此还需进一步研究。Zhang J等的研究中,红景天苷(50和75 mg/kg p.o.)可以减少海马内注射Aβ1-40鼠的iNOS表达和记忆衰退 [22] 。另外,原苏木素-(PTA) [23] 通过抑制LPS刺激的BV-2小胶质细胞中NADPH氧化酶和iNOS活性来抑制ROS和NO的产生,从而达到抗氧化和硝化的作用。在连翘酯苷的研究中,Wang HM [24] 等给年老的(8个月) SAMP8鼠(SAMP8,年龄依赖的神经退化疾病的模型)口服连翘酯苷(60, 120和240 mg/kg)45天,结果显示它能提高小鼠的学习和记忆能力,并能显著降低NO的水平,增加总超氧化物歧化酶(T-SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性及谷氨酸盐(GLU)和乙酰胆碱(Ach)水平。Peng XM [25] 等的研究结果显示阿克替甙的应用使AD鼠记忆减退的潜伏期缩短了。海马中的神经元和丹尼尔小体在用更高剂量(60和120 mg/kg/天)的阿克替甙治疗后极大增加了。NO的量在用120 mg/kg/天的阿克替甙治疗后相对AD模型组减少了。

3.2. 西药治疗

3.2.1. 富含脯氨酸的多肽复合物抑制NO治疗AD病

富含脯氨酸的多肽复合物(PRP)和它的组成成分九肽(NP)拥有免疫调节的特性。Zabłocka A [26] 等研究表明PRP和NP抑制ROS和NO的过度产生从而改善氧化应激。PRP或NP对谷胱甘肽还原酶(GSSGR)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)有作用但不影响氧化氢酶的活性(GSHPx和GSSGR有抗氧化防护作用)。另外,初乳肽(CLN) [27] (一种富含脯氨酸的多肽复合物(PRP)),最初是在绵羊初乳中分离出来的,被认为是一种免疫调节物质,被证明在鼠科动物的成熟和分化以及体液和细胞免疫应答中具有重要作用。CLN对细胞因子(IFN, TNF-alpha, IL-6, IL-10)具有调节作用,并且能抑制ROS和NO的过度产生。PRP可以防止Aβ的聚合以及聚合体的破坏,另外,它还可以促进神经突触的生长,抑制细胞不受控制的活化,减少4-HNE调节的细胞损伤,调节细胞的氧化还原和细胞的增殖分化。

3.2.2. 聚戊烯醇抑制NO治疗AD病

Wang C [28] 等评估聚戊烯醇对D-半乳糖诱导鼠意识损伤作用。实验结果显示聚戊烯醇治疗2周后极大改善模型鼠的认知表现和氧化防御能力,其学习和记忆能力提高。另外,高和中水平的聚戊烯醇显著增加谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px),超氧化物歧化酶(SOD)活力;而NO、NOS的水平降低。研究得出聚戊烯醇可以通过增强氧化防御,影响Aβ相关酶生成与异化来改善记忆及认知障碍,这表明聚戊烯醇代表了一种新的可以治疗老年痴呆症的药物。

3.3. 非药物治疗

Manukhina EB等 [29] 通过注射一种神经毒素Aβ-淀粉样肽片段来构造鼠AD模型,并对其进行适应性低氧(AH)治疗。模型鼠治疗十五天后,其结果表明:AH可以彻底地预防Aβ诱导的大脑中NO的超量产生,通过硝酸盐和亚硝酸盐的组织水平测定出来,并且发生病理改变和坏死的神经元在鼠的大脑皮层中消失了。因此,适应性低氧治疗有效地抑制了氧化和氮化应激,从而使实验性AD鼠避免发生神经退化和认知障碍。Goryacheva AV等 [29] 在间歇性低氧实验(HIA)中发现与AIH组小鼠相比,未适应小鼠大脑中的神经元数目明显减少。注射Aβ可以显著提高NOx和各型的NOS,AIH抑制了这些物质的增加。NO的过度表达与皮质和海马中3-硝基酪氨酸的增加有关,AIH没有显著影响组织中的3-硝基酪氨酸,但明显抑制了其在注射Aβ后的增加。

4. NO与NF-κB旁路

4.1. 酚类化合物治疗AD

三百草酮 [30] 是一种在植物中发现的多酚类化合物,属于木酚素家族,可以通过核因子-Κb (NF-κB)信号通路来调节炎症因子的表达。研究表明三百草酮(1, 5, 和10 μM)通过抑制星形胶质细胞和小胶质细胞中ROS和NO的生成及iNOS和COX-2的表达极大减少了LPS诱导的炎症应答。它也通过抑制β-分泌酶及其活性抑制淀粉状蛋白的生成。三白草酮抑制NF-κB淀粉样蛋白和STAT3 (调节炎症和淀粉样蛋白生成的关键转录因子) 的生成,其通过阻断BV-2小神经胶质细胞和星形胶质细胞中NF-κB和STAT3的磷酸化完成的,并且是浓度依赖的。研究表明三白草酮通过抑制STAT3介导的NF-κB活性抑制神经炎症和淀粉样蛋白的生成,因此可用于神经炎症性疾病的治疗。

姜黄色素 [31] ,从印度香料姜黄中提取的一种多元酚,是一种潜在的治疗慢性炎症疾病的药物。Nahar PP等研究了固体脂质姜黄素粒子(SLCPs)在脂多糖(LPS)刺激的小鼠巨噬细胞中的抗炎作用。SLCPs疗法在10到50 μg/mL浓度范围内极大减少了NO、前列腺素E2 (PGE2)等水平,并且还发现SLCPs极大抑制了巨噬细胞中NF-κB的转录活性。这说明,SLCPs通过抑制NF-κB的激活极大减少了LPS诱导的促炎症因子NO、IL-6等。

4.2. 其他药物治疗AD

多奈哌齐 [32] 是一种可逆的非竞争性胆碱酯酶抑制剂通过抑制乙酰胆碱酯酶增加乙酰胆碱水平,从而作为众所周知的抗痴呆药物。研究显示多奈哌齐极大减少了小神经胶质细胞中炎症因子(前列腺素E2,IL-1β,肿瘤坏死因子-α,NO)的释放和Aβ诱导的iNOS、环氧合酶-2 (COX-2)和核因子-κ (NF-κB)的翻译。在鼠海马中注射AβO后,多奈哌齐极大抑制了小神经胶质细胞和星形胶质细胞生成。另外,行为测试显示多奈哌齐(2 mg/kg/day, 5 days, p.o.)极大改善了Aβ诱导的记忆损伤。研究表明其主要通过阻断MAPK和NF-κB信号抑制AβO诱导的小神经胶质细胞活化,改善了神经退化和记忆损伤。

另外,Jiang P [33] 等研究显示注射丹参酮ⅡA的AD模型大鼠的学习和记忆能力明显高于对照组,明显抑制iNOS、基质金属蛋白酶‑2 (MMP-2)和核转录因子-κBp65 (NF-κBp65)的转录和翻译,且iNOS和MMP-2与NF-κBp65呈正相关,支持丹参酮ⅡA通过NF-κB旁路抑制iNOS和MMP-2的假说。

5. 小结

AD的发病机制复杂,现有药物多是针对某一靶点,疗效不大理想。NO在AD的多种发病机制中发挥重要作用,可作为AD治疗的靶点之一。中西药抗神经炎症、与抗氧化氮化以及有关NF-κB旁路有关治疗AD机制中均涉及对NO/NOS作用。但由于NO与AD的关系复杂多变,进一步加强研究NO与AD之间的相关性显得很有必要。

基金项目

国家自然科学基金项目(批准号: 81660751, 81660151, 81260504);江西省重点研发计划项目(批准号: 20161BBG70067)和江西省自然科学基金项目(批准号: 20171BAB205085)。

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