中药通过调控自噬信号通路治疗阿尔茨海默症的研究进展

Progress of Traditional Chinese Medicine in the Treatment of Alzheimer’s Disease by Modulating Autophagy Signaling Pathway

摘要: 阿尔茨海默症是大脑中枢神经系统常见的神经退行性疾病，因其发病机制复杂，尚无有效策略可以治疗。自噬是指溶酶体将异常折叠蛋白和衰老或受损细胞器进行降解和清除的过程，具有维持细胞内环境稳态的作用，自噬的功能失调会加速阿尔茨海默症的发展。多项研究发现中药可以通过调节细胞自噬，保护神经元，清除受损线粒体，减少毒性蛋白和淀粉样斑块的积累，有效防治阿尔茨海默症。基于相关研究，对中药通过调控自噬信号通路治疗阿尔茨海默症的研究进展进行综述，为中药治疗阿尔茨海默症提供依据。

Abstract: Alzheimer’s disease is a common neurodegenerative disease of the central nervous system of the brain, and there is no effective strategy to treat it because of its complex pathogenesis. Autophagy is the process by which lysosomes degrade and remove abnormally folded proteins and senescent or damaged organelles, which has the function of maintaining the homeostasis of the intracellular en-vironment, and dysfunction of autophagy will accelerate the development of Alzheimer’s disease. Several studies have found that traditional Chinese medicine can effectively prevent and control Alzheimer’s disease by regulating cellular autophagy, protecting neurons, clearing damaged mito-chondria, and reducing the accumulation of toxic proteins and amyloid plaques. Based on the rele-vant studies, the research progress of traditional Chinese medicine in treating Alzheimer’s disease by regulating autophagy signaling pathway is reviewed to provide a basis for the treatment of Alz-heimer’s disease by traditional Chinese medicine.

1. 引言

阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, AD)是大脑中枢神经系统常见的神经退行性疾病，其以脑组织β-淀粉样蛋白(β-amyloid, Aβ)积聚、tau蛋白磷酸化过度为特征，病理改变包括淀粉样斑块沉积、脑萎缩、神经原纤维缠结等，临床常表现为记忆力下降、认知功能减退、言语表达异常及人格改变等，最终引起行动能力丧失甚至死亡 [1] 。由于人口老龄化加剧，全球大约有5500万人患有AD，85岁以上老年人的发病率为32% [2] 。AD已成为继心脑血管疾病、恶性肿瘤之后老年人的第三大致残致死疾病，危害身体健康的同时，也带给患者巨大的心理压力 [3] 。

自噬(autophagy)是指溶酶体将异常折叠蛋白和衰老或受损细胞器进行降解和清除的过程，具有维持细胞内环境稳态的作用 [4] 。一般情况下，自噬同时参与生成和降解途径并使两者处于动态平衡的状态，维持神经元细胞的稳态 [5] 。在AD的进展过程中，自噬是异常的，功能失调的自噬导致突变的毒性蛋白Aβ和Tau积累，从而增加神经元的死亡 [6] 。因此自噬的功能失调可能会加速Aβ的沉积，导致AD发展。自噬受多个信号通路的调节，如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)通路、同源性磷酸酶张力蛋白诱导激酶1 (phosphatase and tensin homolog induced kinase 1, PINK1)/帕金森蛋白(Parkinson protein, Parkin)通路、核因子κB (Nuclear Factor kappa-B, NF-κB)通路、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPactivated Protein Kinase, AMPK)通路、核因子红样-2相关因子2 (nuclear factor E2-related factor 2, Nrf2)通路等均参与自噬形成到降解的全过程 [7] 。中药通过调控自噬防治阿尔茨海默症的研究未艾方兴，因此，本文对近年来中药通过调控自噬信号通路治疗阿尔茨海默症的研究进展进行综述。

2. 调控mTOR信号通路

mTOR通路是以复合物mTORC1和mTORC2的形式存在的，控制细胞生长代谢，调节蛋白合成。mTORC1对雷帕霉素敏感，通过磷酸化使自噬起始蛋白UNC-51样激酶1 (UNC-51-like kinase 1, ULK1)、自噬相关蛋白(autophagy-related gene, ATG) 13、ATG14失活，从而阻断自噬小体的形成，是自噬的关键调节剂 [8] [9] 。此外，在mTORC1的另一层调控中，mTORC1通过抑制beclin1来下调ULK1的稳定性，从而抑制自噬的诱导 [10] 。总体来说，抑制mTOR通路可上调自噬水平。

黄丽萍等 [11] 采用网络药理学的研究方法，将阿尔茨海默病的关键靶点与二至丸化合物进行分子对接，发现有35个成分都通过作用于PI3K/AKT/mTOR信号通路诱导自噬，提示其可能是二至丸防治AD的潜在信号通路。谢苗 [12] 的研究发现，AD患者脑中存在大量过度激活的小胶质细胞，改良三甲散可以下调PI3K、p-AKT、Beclin1的表达，上调p62、p-mTOR的表达，提示改良三甲散通过影响PI3K/AKT/mTOR信号通路调节神经炎症和过度自噬，提高对AD神经元细胞的保护。关慧波 [13] 等的研究指出，AD患者体内mTOR信号通路存在异常，地黄饮子可以通过下调4E-BP和p70S6K的mRNA和蛋白的表达，抑制mTOR信号通路，从而起到防治AD的作用。张运辉 [14] 等借助网络药理学方法，发现AD的靶基因与四君子汤作用的靶基因通过mTOR通路介导的自噬相互作用，并通过体外实验证明四君子汤通过下调APP、Caspase-3、Bax、mTOR mRNA的表达，一定程度上能抑制mTOR通路介导的自噬。王晋平等 [15] 研究表明，益肺温阳化浊汤可以降低AD模型大鼠的PI3K、Akt、Beclin1、泛素样微管相关蛋白轻链3 (microtubule associatedprotein light chain 3, LC3)蛋白表达水平，增强mTOR蛋白表达，激活PI3K/Akt-mTOR通路，增强神经细胞自噬作用，增强细胞清除Aβ的能力，减轻Aβ对神经元的毒性作用，从而发挥其改善认知功能的作用。杨洋 [16] 等研究发现在APP/PS1小鼠的大脑中，益智清心方延缓了mTOR的异常磷酸化，通过抑制mTOR信号通路上调Beclin1和LC3II，下调p62蛋白的表达促进自噬，减少淀粉样斑块形成，降低Aβ水平来改善AD。

3. 调控PINK1/Parkin信号通路

线粒体功能障碍直接损伤脑内神经元和突触的结构，是AD的发病机制之一。线粒体自噬是自噬的一种选择性形式，由于饥饿或氧化应激等信号被细胞用来降解功能失调的线粒体，对其进行质量控制，保证线粒体数量及能量代谢维持一个健康的线粒体网络，线粒体裂变提供了一种机制来清除线粒体中受损和功能失调的分子 [17] 。PINK1/Parkin信号通路是线粒体自噬的经典途径，当线粒体损伤时，PINK1在线粒体外膜上积累，形成一个由TOM复合物亚基和PINK1同型二聚体组成的超复合物，促进PINK1的自磷酸化和激活，激活后的PINK1通过其在Ser65残基上的磷酸化导致Parkin的激活 [18] 。而Parkin则连接E2泛素偶联酶和E3泛素连接酶协同作用，放大泛素反应 [19] 。PINK1/Parkin启动了一个正反馈回路，导致受损的线粒体被磷酸化泛素链覆盖，通过线粒体吞噬适配器增强其与泛素链的结合，促进受损线粒体的选择性自噬 [20] 。泛素化的线粒体通过包括p62在内的自噬受体蛋白被自噬体膜识别，在与LC3相互作用下被招募到自噬体中与溶酶体融合形成自噬溶酶体，随后受损的线粒体被降解 [21] [22] [23] 。因此，受损的线粒体最终通过p62与LC3结合，以自噬的途径被降解。

杨苗等 [24] 研究发现，当归芍药散能通过上调AD大鼠脑内PINK1、Parkin的表达，激活LC3-p62自噬流，调控PINK1/Parkin介导的线粒体自噬加快受损的线粒体的清除，发挥神经保护作用。陆晓华等 [25] 研究发现，细叶远志皂苷可通过激活PINK1/Parkin信号通路来诱导APP/PS1小鼠脑组织线粒体的自噬，促进自噬体与溶酶体的融合，提高自噬水平，增强清除受损线粒体的能力。林珍梅 [26] 研究发现，三七总皂苷能通过调控线粒体自噬的PINK1下游通路，尤其是影响Parkin蛋白参与的线粒体自噬方式，调节神经细胞线粒体自噬稳态，产生治疗AD的效果。邱文乔 [27] 研究发现，延龄草皂苷可通过提高LC3II、PINK1、Parkin的表达，激活PINK1/Parkin通路诱导的线粒体自噬，促进神经元中Aβ、Tau等AD致病蛋白的清除。

4. 调控NF-κB信号通路

NF-κB是一种转录因子，除了调节细胞存活、凋亡和炎症激活外，还参与了自噬的调控 [28] 。核因子κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB, IκB)被蛋白酶水解后，形成NF-κB二聚体进入细胞核激活转录。研究发现 [29] ，下调内源性ATG5可增加NF-κB P65磷酸化和NF-κB的转录活性，而过表达的ATG5减弱了NF-κB的信号传导，表明提高自噬水平可抑制NF-κB的促炎作用。另一方面，NF-κB也可以通过增加自噬抑制因子c-Jun氨基末端激酶1 (c-Jun N-terminal Kinase1, JNK1)的表达降解自噬底物，从而抑制自噬 [30] 。

李明成等 [31] 研究发现，黑逍遥散可通过抑制NOX2/ROS/NF-κB信号通路，降低Aβ表达，缓解神经炎症损伤，提高AD小鼠的学习记忆能力。黄丽萍等 [32] 研究发现，二精丸可通过抑制TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路，下调NF-κB P65、p-NF-κB P65、IκBα、p-IκBα蛋白表达，抑制NF-κB核转位，减少海马Aβ沉积和p-Tau表达，发挥抑制神经炎症作用，改善AD大鼠的学习记忆能力。夏青 [33] 研究发现，补脑扶神方能减少AD模型大鼠NF-κB蛋白表达水平，抑制炎性反应过程，保护神经元。贺则凡 [34] 研究发现，加味不忘散可下调APP/PS1转基因小鼠海马组织中NF-κB p65及肿瘤坏死因子-α (tumour necrosis factor-α, TNF-α)表达，抑制促炎因子的释放来保护神经元。刘继平 [35] 等研究发现，七福饮可通过抑制AGEs/RAGE/NF-κB通路的激活，降低模型大鼠海马内炎症反应发挥拮抗AD的作用。刘学凤等 [36] 研究发现，改良三甲散能下调AD模型细胞上清液中NF-κB和JNK的表达，抑制NF-κB信号通路，对受损细胞起到保护作用。

5. 调控AMPK信号通路

AMPK以异源三聚体的形式存在，是真核细胞中广泛表达的调节细胞能量的关键分子 [37] 。当各种原因导致细胞内腺嘌呤核苷三磷酸(Adenosine triphosphate, ATP)含量降低时，AMPK被激活，通过产生并抑制消耗ATP的合成代谢途径来恢复能量稳态，在细胞生长、自噬、凋亡等过程中发挥重要作用，是自噬的激活剂之一 [38] [39] 。ULK1是自噬的关键启动因子，其活性主要受AMPK基因的组合调控。AMPK活化后，通过与磷酸化的ULK1结合形成AMPK/ULK1复合物，促进下游通路的激活。有研究发现 [40] ，ULK1通过磷酸化AMPK的三个亚基(AMPK-α，β和γ)，为AMPK活性提供潜在的负反馈。新的研究表明 [41] ，AMPK参与了Aβ水平的调控，靶向AMPK活化的新型合成化合物被鉴定为有希望促进Aβ清除的先导分子。

孙梦捷等 [42] 研究发现，地黄饮子可以下调AMPK的磷酸化水平，上调ULK1的磷酸化水平和Beclin-1、LC3-II/LC3-I蛋白表达，调节AD小鼠体内的能量代谢异常，促进脑组织能量稳态恢复，改善自噬障碍，提高神经细胞自噬水平。杨苗等 [43] 研究发现，当归芍药散能通过激活AMPK/SIRT1/PGC-1α信号通路抑制线粒体裂变，促进线粒体融合，改善AD大鼠脑内能量供应来防治AD。田梦杰等 [44] 利用网络药理学发现，大补元煎可通过AMPK信号通路拮抗AD，并通过APP/PS1小鼠验证了大补元煎能上调小鼠海马p-AMPKα-Thr172、SIRT1蛋白表达，激活AMPK/SIRT1信号通路来抑制AD的神经炎症，改善神经元丢失。

6. 调控Nrf2信号通路

除上述通路外，Nrf2信号通路也参与了自噬相关基因的调控，包括ULK1、ATG7和ATG5 [45] 。Nrf2是一种核转录因子，对细胞的自噬、氧化和凋亡均有调节作用 [46] 。激活后的Nrf2从KELCH样ECH关联蛋白1 (KELCH-like ECH-associated protein 1, Keap1)中分离，从细胞质转移到细胞核，在细胞核内协调一系列抗氧化反应元件依赖的基因 [47] 。Keap1是靶向Nrf2的泛素连接酶复合物的适配器，p62的转录受到Nrf2正调控，分离的Keap1与LC3-II和p62相互作用，促进自噬小体的形成，缓解Nrf2的抑制 [48] 。

赵芬 [49] 研究发现，补脑扶神方能通过调节Nrf2信号通路，抑制氧化应激反应，保护AD大鼠海马神经元细胞。李琳等 [50] 研究发现，地骨皮提取物通过调控Nrf2下调Keap1蛋白的表达，减轻细胞凋亡和炎性损伤，改善高血糖AD小鼠的认知功能。新的研究发现 [51] ，阿里红多糖通过激活Nrf2/ARE信号通路，下调Keap1蛋白及mRNA的表达，激活Nrf2，修复AD模型大鼠的脑组织损伤，改善记忆障碍。肖芝 [52] 研究发现，中药复方益智健脑颗粒能上调Nrf2的表达，改善Aβ代谢，实现其对AD的治疗。

7. 结语与展望

AD的病因病机复杂多样，中药可多通路、多靶点干预AD，在AD的治疗中具有独特优势，大量研究表明中药可以通过调控自噬相关信号通路防治阿尔茨海默症，主要包括调控mTOR信号通路、PINK1/Parkin信号通路、NF-κB信号通路、AMPK信号通路和Nrf2信号通路，通过增强自噬水平达到延缓认知功能衰退的作用。但在基础研究和临床探索方面，均存在一些尚未解决的重要问题。

首先，自噬是一个从形成到降解的过程，单纯检测几个蛋白的论据是不充分的，从多个阶段检测多个指标来验证完整的自噬途径是研究其在疾病中发挥作用的关键。其次，当前使用的促自噬药物不仅能激活自噬，还可能干扰其他细胞功能，引发不良反应，长期或过度激活的自噬甚至会导致细胞死亡。因此，发掘一种能有效激活自噬，但长期使用也是安全的药物是非常有必要的。此外，在临床探索方面，中药调控自噬治疗AD的临床研究较少，需要开展更多临床试验研究提供参考数据。

总之，中药调控自噬信号通路的治疗方案为防治阿尔茨海默症提供了新思路，但这一研究领域还在继续发展。在我们能够充分利用自噬调节剂的治疗潜力之前，还有许多问题需要解决。相信今后会有更多有关中药调控自噬信号通路的作用机制得到揭示，为防治阿尔茨海默症提供更为可靠的理论依据。

基金项目

国家自然科学基金项目(82060831)。

参考文献

NOTES

^*通讯作者。