三七皂苷對神經係統疾病藥理作用機製研究進展
綜述
作者：蘇萍 王蕾 杜仕靜 辛文鋒 張文生
[摘要] 通過綜述三七皂苷，包括三七總皂苷、三七三醇皂苷、三七二醇皂苷、人參皂苷Rg1、人參皂苷Rb1、人參皂苷Re和三七皂苷R1對神經係統疾病（阿爾茨海默病、帕金森病、缺血性腦中風和抑鬱症）的藥理作用，對比分析三七皂苷對神經係統疾病的藥理作用研究熱點及潛在優勢（如類雌激素作用），為進一步的藥理研究提供參考，也為臨床上對神經係統疾病的治療、藥物的研究開發提供新的思路。
[關鍵詞] 三七皂苷；神經係統疾病；雌激素樣活性；藥理機製；研究進展
[收稿日期] 2014-04-19
[基金項目] 國家“重大新藥創製”科技重大專項（2012ZX09103-201）
[通信作者] *張文生，Tel：（010）62200669，E-mail
[作者簡介] 蘇萍，博士研究生，Tel：（010）62200669，E-mail
三七為五加科人參屬植物三七Panax notoginseng （Burk.） F. H. Chen的幹燥根和根莖，具有散瘀止血，消腫定痛的功效，是中國獨有的植物藥。迄今為止已從三七的不同部位分離得到60餘種單體化合物，其主要成分為皂苷類。三七總皂苷（total saponins of P. notoginseng，PNS）主要含人參皂苷Rb1（約30%）、人參皂苷Rg1（約20%）、三七皂苷R1（約5%）和人參皂苷Re（約2.5%），PNS按照其結構可分為2類：二醇皂苷（PDS）和三醇皂苷（PTS）[1]。三七皂苷在神經係統、心腦血管係統、血液係統、免疫係統以及抗炎、抗衰老、抗腫瘤等方麵具有廣泛生理活性[2]。由於人口老齡化日益加劇，阿爾茨海默病、帕金森病及缺血性腦中風等已成為嚴重危害人類健康的神經係統疾病。本文重點就三七皂苷對神經係統疾病的藥理作用進行總結，以期為相關研究者拓展研究思路。
1 三七皂苷對阿爾茨海默病的藥理作用機製
阿爾茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）是以進行性認知功能障礙和記憶損害為特征的原發性中樞神經係統退行性疾病。其發病機製主要有膽堿能學說和β澱粉樣蛋白（β-amyloid peptide，Aβ）學說[3]。對於AD的治療，針對Aβ生成和沉積、鈣拮抗、膽堿能神經係統、Tau蛋白磷酸化等方麵的藥物研發均是研究熱點。
1.1 三七皂苷對Aβ生成和沉積的影響 澱粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）廣泛存在於全身許多組織細胞膜上，是具有膜受體蛋白樣結構的跨膜糖蛋白。正常APP代謝是靠近細胞膜處的α位點被α分泌酶剪切產生可溶性APP，此物質具有細胞營養作用。另外，還有β，γ酶切位點，裂解APP產生Aβ，Aβ主要以Aβ1-40和Aβ1-42 2種形式存在，其中Aβ1-42易寡聚化，且寡聚態的Aβ對神經元有毒性作用。少量聚集的Aβ還可通過細胞外酶降解，其中腦啡肽酶（neprilysin，NEP）和胰島素降解酶（insulin degrading enzyme，IDE）是Aβ酶解過程的重要降解酶[4]。
研究表明，PNS能在轉錄水平下調腦內APP基因的表達[5]，上調ADAM9 mRNA表達，促進APP以α-分泌酶方式進行剪切[6]，並抑製APP以β-分泌酶（Beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1）方式進行剪切，下調腦內BACE1蛋白表達[7]，從而降低Aβ的生成，改善快速老化模型小鼠的學習記憶能力。人參皂苷Rg1可增加ADAM10 mRNA表達水平[8]，促進APP以α-分泌酶方式進行剪切[9]，降低BACE1表達水平，抑製APP以β-分泌酶方式進行剪切[8]，抑製γ-分泌酶活性[10]，從而降低Aβ的生成；另外，Rg1也可通過激活過氧化氫酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor gamma， PPARγ）來上調IDE酶表達[11]，增強AD大鼠模型中Aβ降解能力。
在拮抗寡聚態Aβ神經毒性上，Rg1預培養能減輕Aβ25-35所致神經元細胞毒性，並從抑製線粒體凋亡通路[12]、抗蛋白質酪氨酸硝化[13]等途徑來保護神經元細胞。另外，Rg1也可通過下調HIF-1α啟動的蛋白質酪氨酸硝基化、抑製線粒體凋亡級聯反應，來拮抗Aβ25-35所致內皮細胞凋亡[14]。Rb1可抑製ROS的產生、增加Bcl-2/Bax和抑製caspase-3活性來抵抗Aβ所致的細胞損傷[15]。Rb1也可通過PI3K/Akt/GSK-3β信號通路來減少Aβ1-42的神經毒性[16]。
1.2 三七皂苷對鈣超載的影響 神經細胞鈣超載可影響神經可塑性並導致認知功能降低。在含有神經元纖維纏結的神經細胞和來源於AD病人的成纖維細胞，均見到鈣的堆積。在AD病程中，β-澱粉樣蛋白能加重衰老過程中出現的鈣超負荷，神經元受到刺激時更易受損傷[17]。人參皂苷Rb1是一種鈣通道阻滯劑，它通過選擇性地作用於L-型電壓門控的鈣通道，影響鈣通道的失活過程，即通過加速通道向失活態的轉化抑製通道的活性從而抑製了Aβ25-35誘導的電壓門控的鈣通道電流，而對Aβ25-35誘導的細胞內鈣的釋放沒有影響[18]。因而，Rb1通過阻斷L-型電壓門控鈣通道而減少因鈣內流所致的神經細胞損傷和死亡，可能是其減輕Aβ25-35誘導的海馬神經元鈣超載的分子機製。
1.3 三七皂苷對膽堿能神經係統的影響 乙酰膽堿（acetylcholine， Ach）是中樞膽堿能係統中重要的神經遞質之一，其主要功能是維持意識清醒，促進學習和記憶改善。Ach由乙酰膽堿轉移酶（choline acetyltransferase， ChAT）合成，乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase， AChE）分解，ChAT和AChE共同維持Ach平衡，若ChAT和AchE活性異常，就會引起Ach代謝失調，導致中樞膽堿能神經係統的生化改變。
三七總皂苷對老年性癡呆大鼠動物模型大腦膽堿能神經元具有較強的保護作用，通過改善和修複受損神經元而提高細胞存活的數量和質量、提高ChAT的含量和活性，從而保護和改善中樞膽堿能係統的功能，發揮抗老化、抗癡呆的作用[19]。三七皂苷Rg1可降低腦組織AChE活性及改善單胺類神經係統功能、降低腦組織中脂質過氧化物及脂褐質等的含量來發揮促智作用[20]。Rg1和Rb1能增加海馬區Ach水平，但是Rg1抑製AchE活性，而Rb1對AchE活性無影響；Rg1和Rb1都可抑製東莨菪堿誘導的5-羥色胺（5-hydroxytrptamine，5-HT）的減少，這些數據證明Rg1和Rb1都對提高記憶力有效，但2種皂苷可能是通過不同機製發揮益智作用[21]。
1.4 三七皂苷對Tau蛋白磷酸化的影響 Tau蛋白為一種微管相關蛋白，其過度磷酸化在AD的發病過程中起著關鍵作用。PNS可在轉錄水平上調SAMP8腦內syp基因的表達，但沒有顯著影響Tau基因的表達[22]，由於Tau蛋白磷酸化的機製複雜， PNS對Tau蛋白最終表達和高度磷酸化有待進一步研究。Tau蛋白過度磷酸化與糖原合酶激酶-3（glycogen synthase kinase-3，GSK-3）等脯蛋白指導的蛋白激酶磷酸化有關，同時也與PP2A等磷酸酶去磷酸化活性相關。研究發現人參皂苷Rb1可通過調控p-GSK3和PP2A水平來阻止Tau蛋白磷酸化從而對鋁所致神經毒性起保護作用[23]。
1.5 三七皂苷的類雌激素作用 流行病學研究表明，雌激素可延緩或降低AD的發病，是AD的保護因素[24]。人參皂苷Rg1具有雌激素活性，可激活人血小板中MAPK/ERK信號通路來調控APP代謝，阻止AD發生[9]。同時研究發現人參皂苷Rg1和17-β-雌二醇均可明顯改善D-半乳糖去卵巢AD大鼠的空間認知和記憶能力[8]，進而證明Rg1可具有類雌激素作用。另外，Rg1發揮與雌激素受體α（estrogen receptor α，ERα）和糖皮質激素受體（glucocorticoid receptor，GR）相關2種互補的信號通路，從而減輕Aβ25-35所致原代神經元凋亡過程[13]。
2 三七皂苷對腦缺血損傷的藥理作用機製
腦缺血是由於腦血流供應障礙引起缺血和缺氧而導致局限性腦組織性壞死或腦軟化的疾病[25]。若腦缺血不完全阻斷半小時後，又恢複正常，則會引發缺血-再灌注損傷。腦缺血的治療主要是對神經元的保護作用，減少梗死麵積，減少神經元的遲發性死亡。血栓通（三七總皂苷製劑）可減輕腦組織的缺血再灌注損傷，改善神經功能缺失[26]。體外實驗發現，PNS能促進體外缺糖缺氧損傷的海馬神經幹細胞的增殖和分化，具有促神經形成和神經再生的潛能[27]。三七通舒膠囊（三七三醇皂苷製劑）有改善微循環及減少繼發缺血再灌注損傷的作用，對神經細胞有保護作用，並可促進神經係統功能恢複，改善預後，減少致殘率[28]。三七二醇皂苷對大鼠缺血再灌注損傷有保護作用，可減少梗死體積，減輕缺血性神經損傷，HSP70表達上調可能是其保護腦缺血耐受的分子機製之一[29]。人參皂苷Rg1對缺血再灌注大鼠的保護作用與抑製海馬神經元凋亡，調節p-JNK及p-ERK1/2表達水平有關[30]。Rb1對缺血再灌注大鼠有神經保護作用，其效果優於依達拉奉，但保護機製不同於依達拉奉（Rb1可有效減少IL-1，TNF-α，增加BDNF；而依達拉奉更有效於增加GAP-43表達水平）並且Rb1的預防效果高於神經損傷修複能力[31]。另外，Rb1可抑製腦缺血再灌注後的局部炎症反應[32]。體外實驗發現，Rb1能抵抗糖氧剝離對SH-SY5Y的細胞凋亡，其機製與保護線粒體功能和抑製AIF和細胞色素c釋放有關[33]。在體內外實驗中均發現三七皂苷R1對腦缺血再灌注有保護作用，其機製與通過激活雌激素受體（estrogen receptor，ER）相關的Akt/Nrf2通路來抑製NADPH氧化酶活性和線粒體去功能化相關[34]。人參皂苷Re體外抗氧化能力微弱，但對血清剝奪損傷的神經細胞具有較強的保護作用[35]。
3 三七皂苷對帕金森病的藥理作用機製
帕金森病（Parkinson′s disease，PD）是一種進行性神經係統退行性疾病，主要源於中腦黑質致密部多巴胺神經元退行性變導致的多巴胺與乙酰膽堿平衡失調。Rg1對6-羥基多巴胺所致帕金森大鼠模型的黑質紋狀體損傷的多巴胺能神經元有保護作用，其機製可能與胰島素樣生長因子受體（insulin-like growth factor receptor，IGF-IR）信號通路相關[36]。人參皂苷Re對1-甲基-4-苯基 1，2，3，6 四氫吡啶（1-methy-4-phenyl 1， 2， 3， 6 tetrahydropyridine， MPTP）誘致帕金森病小鼠黑質多巴胺能神經元具有明顯的保護作用，其作用可能與改變GABA能神經元以及PPD mRNA表達水平，從而調節PD中直接回路和間接回路的興奮-抑製平衡有關[37]。三七來源的人參三醇皂苷具有增強抗氧化活性、神經營養作用及抑製炎症反應和線粒體介導的凋亡等多方麵藥理特性，從而抑製MPTP誘導的帕金森小鼠神經毒性[38]。另外，Rb1可通過ER受體來激活ERK1/2和Akt，並抑製SAPK/JNK和p38途徑來抑製1-甲基-4-苯基吡啶（1-methyl-4 phenylpyridinium， MPP+）誘導的PC12細胞凋亡[39]。
4 三七皂苷對抑鬱症的藥理作用機製
單胺假說認為抑鬱症是大腦中去甲腎上腺素（noradrenaline，NE）和5-羥色胺（5-hydroxytrptamine，5-HT）功能不足引起的。三七總皂苷通過增加中樞神經係統中5-HT和NE表達，影響多巴胺合成或分解來發揮抗抑鬱樣作用[40]。並且三七葉總皂苷[41]、人參皂苷Rb1[42]、Rb3[43]均通過調控腦中單胺類神經遞質來實現抗抑鬱的作用。另外，人參皂苷Rg1可通過激活神經營養因子信號途徑和促進海馬神經生成來實現抗抑鬱作用[44]。突觸丟失以及突觸超微結構的改變也被認為是抑鬱發病機製之一，而人參皂苷Rg1能改善大鼠額前皮質區突觸超微結構，從而明顯改善慢性應激大鼠的抑鬱行為[45]。
5 三七皂苷的其他神經保護作用機製研究
5.1 作用於NMDA受體 興奮性氨基酸受體是哺乳動物中樞神經係統中主要的興奮性神經遞質受體，它是介導穀氨酸及其他相關內源性酸性氨基酸興奮作用的跨膜蛋白。穀氨酸受體可分為離子型和代謝型2類。離子型受體可進一步分為N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受體和非NMDA受體。NMDA受體可調節神經元的存活，樹突，軸突結構發育和突觸可塑性，神經元回路的形成以及學習記憶活動，對生物發育過程極為重要。NMDA受體活性調節的失衡可能是神經退行性疾病（AD，PD等）及缺血性腦損傷等許多中樞神經係統疾病發病的基礎[46]。三七皂苷R1可選擇性作用於NMDA受體的NR1/NR2B亞型而競爭性抑製穀氨酸所導致神經元細胞內鈣超載，從而實現對小鼠神經元細胞的保護作用[47]。