血管性痴呆(vascular dementia,VaD)亦称血管性认知障碍,是一种因脑血管病变导致脑组织损伤而引发的认知功能障碍综合征,严重影响患者的生活质量与身心健康,流行病学统计,VaD约占所有痴呆类疾病的20%,仅次于阿尔茨海默病,且近年来其患病率日趋上升
[1]。目前主要通过胆碱酯酶抑制剂和谷氨酸受体拮抗剂联合非典型抗精神药物治疗VaD,但上述疗法存在一定副作用,中药在VaD的治疗中显示出诸多优势,具有安全疗效显著,不良反应小的特点
[2]。活性氧(reactive oxygen species,ROS)是缺血再灌注过程产生的一类具有高反应活性含氧分子,包括超氧阴离子自由基(O
2-)、过氧化氢(H
2O
2)、羟基自由基(-OH)及脂质过氧化物等
[3]。抗氧化酶是生物体内源性抗氧化防御系统的关键组成部分,通过特异性催化反应维持ROS动态平衡,二者相互作用构成VaD氧化还原状态核心调控网络
[4]。经过整理文献,靶向抗氧化酶可以通过改善氧化应激、抑制炎症反应,保护血脑屏障、调控神经元自噬以及抑制细胞凋亡发挥对VaD的神经保护作用。基于此,本研究系统归纳中药单体及复方靶向调控抗氧化酶治疗VaD的研究进展,以期为开发针对VaD的新型治疗策略提供理论依据。
1 血管性痴呆相关抗氧化酶
1.1 超氧化物歧化酶与血管性痴呆发病的联系
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是一种赤铜素,催化核心具有金属辅因子,是抗氧化途径的第一种酶促抗氧化剂,SOD有三亚型,分别存在于线粒体(Mn含SOD
2)、细胞质(Cu/Zn含SOD
1)和细胞外空间(Cu/Zn含SOD
3)
[5]。细胞内SOD
1和SOD
2主要负责催化O
2-转化为分子氧(O
2)和H
2O
2,位于细胞外基质和液体中的SOD
3保护细胞免受病原体释放的超氧化物的侵害
[6]。O
2-的毒性累积和SOD酶活性的降低是VaD发病的主要原因,GULIAEV S M等
[7]发现在双侧颈总动脉闭塞诱导的VaD大鼠模型中,血浆SOD酶活性与假手术组相比明显降低,大量O
2-攻击细胞膜上的多不饱和脂肪酸,引发脂质过氧化链式反应,最终生成毒性产物丙二醛(malondialdehyde,MDA),恶性加剧神经血管损伤。ASHOK A等
[8]发现,颈总动脉注射封装SOD的纳米颗粒可抑制再灌注导致的氧化损伤,与生理盐水组相比,VaD大鼠学习记忆能力和生存率均有所改善。
1.2 过氧化氢酶与血管性痴呆发病的联系
过氧化氢酶(catalase,CAT)是一种血红素,使用铁卟啉作为其辅助基团,根据序列同源性分为含单功能血红素的CAT、含双功能血红素的CAT和含锰(非血红素)CAT,通过Fe或Mn辅因子将H
2O
2转化为H
2O和O
2[9]。CAT活性降低或表达量减少,无法及时清除的H
2O
2跨膜扩散,通过芬顿反应生成毒性更强的-OH,进一步放大氧化损伤
[10]。EZZAHRA K F等
[11]发现增加血清CAT活性,能使脑组织清除H
2O
2的能力增强,全面改善VaD大鼠的学习和记忆功能。
1.3 谷胱甘肽过氧化物酶与血管性痴呆发病的联系
谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPXs)为系统发育相关酶家族,能有效地将H
2O
2和脂质过氧化物还原为H
2O和脂质醇,是低水平抗氧化途径的第一道防线,避免细胞内H
2O
2或脂质过氧化物浓度积累至毒性阈值
[12]。相比之下CAT更倾向于清除高浓度H
2O
2,而SOD主要针对O
2-,三者形成互补的抗氧化层级
[13]。GPXs与VaD的发生发展密切相关,临床常通过监测其活性与含量变化,为VaD的病情监测和诊疗效果提供一定的参考。AHMED M等
[13]发现GPXs在VaD患者中升高水平与对持续氧化应激(oxidative Stress,OS)的代偿反应一致,且尽管健康状况有所改善,但GPXs增加预示着VaD患者的认知记忆能力较差。EBRAHIM L K等
[14]发现临界点≤122 μ·mL
-1的GPXs、临界点≤39.1 mm·L
-1的总抗氧化能力、临界点>95 nmol·mL
-1的MDA对识别VaD患者具有较好的诊断价值。
2 抗氧化酶在血管性痴呆中的作用机制
2.1 改善氧化应激
OS是指ROS的产生与抗氧化系统消除之间的不平衡,由于脑组织具有高耗氧性和低水平抗氧化清除酶的特征,因此OS的剧增是VaD发病的关键因素
[15]。其核心诱因是脑血管病变相关的再灌注不足靶向呼吸链电子传递形成的线粒体损伤ROS增多恶性循环,以及三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)耗竭导致的抗氧化酶的能量供应缺乏共同构成OS失衡。ROS主要在呼吸链的电子传递中产生,受再灌注不足的影响,呼吸链复合体Ⅰ、Ⅲ因缺乏作为电子受体的O
2,导致大量电子泄漏并与残留O
2结合生成ROS
[16]。同时RAIMONDI V等
[17]发现蓄积在线粒体基质的ROS积累至超过抗氧化耐受阈值时,巨量ROS可通过直接氧化呼吸链复合物和间接破坏线粒体脱氧核糖核酸影响其表达转录,最终形成线粒体损伤ROS增多恶循环。ATP是抗氧化酶的唯一能量底物,持续再灌注不足条件下,葡萄糖耗竭以及糖酵解关键酶的氧化失活会使ATP产生减少
[18]。经过整理文献,靶向抗氧化通过抑制糖酵解关键酶、呼吸链复合物线的失活可以为VaD的治疗提供一定参考。HE Z等
[19]发现增加SOD活性能明显抑制线粒体呼吸链复合体Ⅰ、Ⅲ的氧化失活,并通过改善呼吸链电子传递的功能发挥神经保护作用。ZHAO Y等
[20]发现上调SOD水平能明显改善慢性脑低灌注模型中大脑皮层和海马的线粒体损伤,并通过抑制糖酵解关键酶的氧化失活增加ATP产生。失活态抗氧化酶还可以通过自身的氧化修饰基团与kelch样ECH相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)相互作用,增强抗氧化酶转录。研究发现,GPX4在清除脂质过氧化物过程中,其硒代半胱氨酸可被氧化为硒酸(selenic acid,H₂SeO₄),而SeOH又能通过氧化修饰Keap1上的敏感半胱氨酸残基以解偶联的方式解除对核因子红细胞2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)抑制,最后Nrf2易位到核抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE)上,上调抗氧化酶的表达,形成抗氧化正反馈
[12]。综上,抗氧化酶除了通过调控糖酵解关键酶和线粒体呼吸链复合物的氧化失活从源头上抑制ROS的合成外,失活态抗氧化酶基团还可以通过促进Nrf2核移位增强合成酶的转录来改善OS。
2.2 抑制炎症反应
炎症反应是机体对抗持续脑低灌注损伤的预防机制,ROS堆积会导致炎症反应过度激活,表现为小胶质细胞的激持续活引起炎症细胞因子、趋化因子等炎症介质的水平显著升高,加重神经损伤
[21]。经过整理文献,靶向抗氧化酶的活性与表达主要通过抑制核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)核转位、调控小胶质细胞表型转换和抑制环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX2)活性抑制炎症反应加剧,对VaD的防治具有重要意义。NF-κB是促炎反应核心转录因子,静息时与κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor Kappa B,IκB)结合定位于胞质,ROS可通过氧化修饰IκB激酶(IκB kinase,IKK)的半胱氨酸残基,推动其磷酸化降解IκB,解除对NF-κB的胞质束缚,最后游离的NF-κB核转位启动促炎因子的转录
[22]。QIU Y等
[23]发现,在VaD模型小鼠脑内注射GPX4模拟肽能减少IKK的氧化激活,并显著降低NF-κB核转位水平,减少促炎因子释放,发挥神经保护作用。小胶质细胞分为促炎(M1)和抗炎(M2)表型,研究
[24]发现,过量ROS可通过激活干扰素调节因子5(interferon regulatory factor 5,IRF5)的酪氨酸残基,使其磷酸化后核转位,并结合至M1标志基因的启动子区域,促进小胶质细胞向M1型极化。CHEN J等
[25]发现上调GPX4的表达能通过降低IRF5的活化抑制小胶质细胞的M1极化,减缓神经炎症,改善VaD的认知功能和海马神经元丢失。COX-2是一种诱导炎症激活的合成酶,可催化生成介导炎症反应的促炎介质,研究
[26]发现,ROS可直接氧化激活位于COX-2活性中心的酪氨酸残基,进而提高其催化花生四烯酸生成前列腺素的效率。ORELLANA-URZÚA S等
[27]发现,SOD
2能通过抑制COX-2氧化激活形成活性自由基,显著降低前列腺素生成的效率,有效阻断炎症加剧,促进对缺血性卒中的神经保护作用。
2.3 保护血脑屏障
血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)是由脑微血管内皮细胞(brain microvascular endothelial cells,BMECs)、紧密连接( tight junction,TJ)、星形胶质细胞终足、周细胞及基底膜组成的半透性屏障,ROS的堆积会使外周有害物质进入脑实质,破坏BBB完整性
[28]。经过整理文献,抗氧化酶主要通过保护BMECs功能、维持TJ完整性保护BBB。BMECs是BBB的物理屏障核心,其表面富含高表达转运体,具有维持必需物质的选择性转运功能,研究
[29]发现,过量ROS可直接氧化修饰BMECs表面的选择性转运体跨膜蛋白酪氨酸残基,最终导致脑内葡萄糖、氨基酸跨屏障转运减少,最终影响BBB的营养供应。ORRICO F等
[30]发现在高浓度OS条件下,GPX4会快速从胞质溶胶移动到膜表面,并通过抑制选择性转运体跨膜蛋白的氧化失活维持其介导的必需物质主动转运,保证脑组织的营养供应。TJ是BMECs间的密封装置,由密封蛋白(occludin)、闭合蛋白(claudins)、闭合小环蛋白(ZO-1/2/3)组成,基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase 9,MMP9)是TJ蛋白的特异性降解酶,ROS可通过氧化MMP9前肽区半胱氨酸残基使其发生自催化切割形成成熟酶,而成熟MMP9又通过其催化结构域特异性识别occludin和claudin5的肽键序列,实现直接水解,最终导致TJ结构解体
[31]。SUZUKI T等
[32]发现ROS还能直接氧化胞质连接蛋白ZO-1结构域的半胱氨酸和蛋氨酸残基,使其与claudin5的结合发生特异性解离,进而破坏TJ的整体连接,最终形成结构松散。靶向抗氧化酶通过抑制TJ跨膜蛋白降解和TJ胞质连接蛋白氧化失用,全方位维持TJ的完整性。KIM Y等
[33]发现SOD可以阻断MMP9的激活信号,降低occludin、claudin5的降解作用,并通过维持TJ蛋白总量有效滤过外周有害物质的进入,全面改善神经元损伤。LEE J M等
[34]发现增加SOD、GPX4的表达能维持基底层ZO-1结构域保持正常构象,并增加BMECs的表达,维持BBB的完整性。
2.4 调控神经元自噬
自噬是指将自身的细胞器和大分子前体转运到溶酶体进行降解的代谢过程,但ROS堆积引发的过度自噬或自噬流受阻会使正常自噬会陷入两种异常状态,加重神经损伤
[35]。经过整理文献,抗氧化酶主要通过维持雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)活性、调控线粒体自噬和修复自噬体溶酶体融合受阻途径调控神经元的自噬。mTOR作为自噬负调控因子,其活性受上游抑制因子腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)的调控。研究
[36]发现,大量ROS可通过氧化AMPK的半胱氨酸残基使其活化,而激活后AMPK会导致mTOR的构象解体,从而解除mTOR对自噬起始复合物的抑制作用,促进自噬过度激活。LU Y等
[37]发现SOD2可抑制AMPK的过度激活,恢复mTOR对自噬的负调控,避免自噬失控,显著改善VaD大鼠的学习和记忆缺陷以及神经元损伤。线粒体自噬是指细胞通过自噬机制识别并清除受损线粒体的过程,而帕金蛋白(Parkin)和PTEN诱导激酶1(PTEN-induced putative kinase 1,PINK1)是介导受损线粒体的泛素化标记的自噬核心受体。研究发现,过量ROS可导致PINK1大量积累并持续激活Parkin,最终泛素化标记大量正常线粒体蛋白,导致自噬过度
[38]。祁桂芳等
[39]发现上调GPX4、SOD的表达能显著降低治疗组大鼠海马PINK1、Parkin、自噬标志物LC3的表达,与模型组相比大鼠海马神经元中含有丰富的线粒体,线粒体形态结构趋于完整,嵴清晰,从而改善VaD大鼠学习记忆能力。溶酶体相关膜蛋白2(lysosomal-associated membrane protein 2,LAMP2)是维持自噬体、溶酶体融合的分子桥梁,具有介导自噬体与溶酶体的特异性融合的功能,ROS可直接氧化LAMP2的半胱氨酸和蛋氨酸残基导致LAMP2降解,最终引发引发自噬体无法与溶酶体融合并阻断自噬流的进行
[40]。HUANG J等
[41]发现GPX4可通过减少ROS对溶酶体膜成分的损伤,上调LAMP2和溶酶体关键水解酶的表达,促进自噬体溶酶体融合,确保海马神经元受损线粒体和错误蛋白被有效清除。
2.5 抑制细胞凋亡
细胞凋亡是机体为维持内环境稳定,由基因控制的细胞程序性死亡,ROS堆积会触发神经元和血管内皮细胞凋亡,是认知功能衰退的直接原因
[42]。经过整理文献,靶向抗氧化酶主要内在线粒体途径、外在死亡受体(Fas)途径途径发挥抗凋亡作用。内源性凋亡的核心是线粒体膜电位的下降,ROS可破坏线粒体通透性转换孔,导致胞质大量氢离子内流,引起线粒体膜电位崩溃和基质肿胀,最后膨胀的线粒体撑破外膜使基质中的细胞色素C释放到胞质,并与凋亡蛋白酶激活因子-1结合形成凋亡体,共同促进半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶9(caspase-9)激活半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶3(caspase-3),诱导神经元凋亡
[43]。SHI D等
[44]发现过表达的SOD
2能改善线粒体膜电位的丧失,并使海马区细胞色素C释放减少40%,caspase-3活性降低35%,神经元凋亡率显著下降。SATHYAMOORTHY Y等
[45]发现增强SOD活性能减少细胞色素C的释放,并抑制促凋亡蛋白Bax的表达,在VaD大鼠中发挥神经保护作用。Fas途径是VaD中凋亡激活的重要方式,高水平ROS可上调细胞膜Fas的表达,进而增加与配体(FasL)结合机会,并通过促进半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶8(caspase-8)形成死亡诱导信号复合物进而激活caspase-3,形成caspase-3级联反应介导细胞凋亡
[46]。ZHONG G等
[47]发现SOD可使Fas在细胞膜上的表达量降低,并减少配体结合,显著抑制caspase-3介导的细胞凋亡,改善VaD大鼠的空间学习记忆能力。朱渝等
[48]发现增加GPX4活性能明显降低血清可溶性Fas及其FasL的水平,并通过减少细胞凋亡显著改善VaD患者的认知功能、神经功能恢复及日常生活活动能力。
3 中药调控抗氧化酶防治血管性痴呆研究进展
3.1 中药单体
3.1.1 黄酮类
野黄芩苷是黄芩中的主要活性成分,XIAO Y等
[49]发现其可有效增加海马组织中SOD、CAT表达水平,并通过促进小胶质细胞极化修饰为抗炎表型抑制促炎细胞因子的释放,显著改善VaD大鼠的学习记忆功能。槲皮素是一种食物源性的黄酮类化合物,SHARMA P等
[50]发现其能增加海马SOD、CAT水平,并通过抑制线粒体酶复合物(I、II和IV)的氧化失活缓解OS,逆转VaD大鼠学习执行功能障碍。
3.1.2 提取物
女贞内酯一般指从中药女贞子中提取出的七环内酯化合物,PENG D等
[51]发现其能增加血清SOD、CAT、GPXs活性,显著缓解神经元OS损伤,降低MDA水平,全面改善VaD大鼠的认知功能。桑寄生水提物是桑寄生科植物桑寄生的干燥带叶茎枝提取得到的水溶性成分,具有安胎、补肝肾之效,闫容舸等
[52]发现桑寄生水提物灌胃能增加海马SOD的水平,并通过降低MDA含量抑制OS,全面改善VaD大鼠的学习记忆能力。丹参酮IIA是一种从丹参中提取的活性二萜醌,WANG L等
[53]发现冰片改性丹参酮IIA纳米颗粒的鼻脑递送能增加血清SOD活性,并通过降低MDA含量缓解神经元OS,显著改善VaD大鼠的脑神经学评分。
3.1.3 萜类
胡黄连苷II是胡黄连中的环烯醚萜类化合物,宋征宇等
[54]发现其能增加海马组织中SOD、CAT水平,并通过抑制海马组织MDA水平显著降低VaD大鼠大鼠胼胝体内髓鞘结构和海马组织CA1区OS,改善学习记忆能力。莫诺苷是山茱萸中的环烯醚萜类化合物,赵秀茹等
[55]发现其能提高血清SOD含量,并通过抑制海马caspase-9、caspase-3的表达降低脑组织细胞凋亡率,调控线粒体凋亡通路蛋白表达,显著改善VaD大鼠记忆能力。
3.1.4 多糖类
沙棘多糖为沙棘的重要活性物质,具有抗氧化及抗炎等多种功效。刘松等
[56]发现其能增加海马SOD、CAT、GPXs水平,并通过降低caspase-3 mRNA和MDA的表达发挥抗凋亡及抑制OS作用,改善VaD大鼠学习记忆能力。黄芪多糖是黄芪的主要活性成分之一,张娟利等
[57]发现其能增加海马SOD含量,并通过降低MDA水平和caspase-3的相对表达来减轻OS,抑制海马组织神经元细胞凋亡,全面改善VaD大鼠的学习记忆能力。
3.1.5 酚类
姜黄素是姜黄中的多酚类化合物,YANG X等
[58]发现其能增加血清SOD、GPXs水平,并通过降低MDA水平和NF-κB核转位,抑制OS降低炎症因子的表达,显著改善VaD大鼠神经功能缺损。白藜芦醇是一种天然多酚类化合物,WANG K J等
[59]发现其能增加血清SOD、CAT水平,并通过显著降低ROS的产生和细胞凋亡相关蛋白的表达,发挥对VaD大鼠海马神经元的保护作用。
3.1.6 皂苷类
黄芪甲苷是黄芪中的三萜皂苷类化合物。ZHANG G L等
[60]发现其能升高海马CA1区SOD、GPXs和CAT活性,改善VaD大鼠海马CA1区的氧化损伤,并可逆转空间学习损伤和记忆功能障碍。三七皂苷是三七主要活性成分,毛成远等
[61]发现其能升高海马组织SOD活性,并通过减少海马组织中促炎因子和caspase-3的表达抑制神经元凋亡,改善海马组织炎症,从而提高VaD大鼠认知功能。
3.2 中药复方
3.2.1 活血化瘀剂
龙生蛭胶囊由黄芪、水蛭、当归、桃仁、红花、川芎、赤芍、地龙等组成,具有行气活血,逐瘀通络之效。孙晓丽等
[62]发现其能上调大鼠血清SOD、GPXs水平,明显降低MDA水平,通过减缓OS改善VaD大鼠的认知功能。脉络宁口服液是由牛膝、玄参、石斛、金银花组成的中药制剂,具有补阴祛热、活血化瘀之效。王改芳等
[63]发现其能上调血清SOD水平,降低MDA含量,有效抑制内质网应激,抵抗OS改善VaD患者的学习记忆能力。
3.2.2 补益剂
健脾填精方由党参、山药、茯苓、熟地黄、山茱萸组成,具有健脾益气,补肾填精之效。王志伟等
[64]发现其能升高VaD大鼠血清SOD、GPXs水平,降低海马OS程度。当归补血汤由黄芪、当归按5:1剂量组成,具有补气生血之效。樊秦等
[65]发现其能提高SOD、GPXs活性,降低MDA水平,改善VaD大鼠学习记忆能力。复元胶囊是由熟地黄、制首乌、黄芪、太子参、山药、茯苓、山茱萸、牡丹皮、泽泻等组成的中药制剂,具有滋补肝肾,益气养血之效。王华等
[66]发现其能上调血清SOD水平,并通过降低caspase-12、MMP-9水平显著改善轻中度VaD患者的学习记忆能力。
3.2.3 开窍剂
参麻益智方由人参、升麻配伍化瘀开窍类药物组成,具有抗炎、抗氧化作用。SUN C等
[67]发现其能增加血清SOD、GPXs活性,降低MDA含量,改善线粒体结构和能量代谢,并通过降低MDA水平缓解VaD。丹龙醒脑方由丹参、地龙配伍开窍醒神、化痰益智类药物组成,具有开窍醒神、补肾通络之功。杨梦琳等
[68]发现其能通过激活Nrf2/Keap1信号通路增加血清SOD的水平,明显降低MDA水平,减轻OS,修复海马组织的病理形态学损伤,改善VaD大鼠学习记忆能力。
3.2.4 其他
黄连解毒汤由黄芩、黄连、黄柏、栀子组成,具有通泄三焦火毒之效。冯小霞等
[69]发现其能升高血清GPXs、SOD表达水平,降低MDA含量,改善VaD小鼠脑OS及激越攻击行为。灯盏生脉胶囊是由灯盏细辛、人参、五味子、麦冬等组成的中药制剂,具有固脱开窍,益气养阴之功。阙彬福等
[70]发现其能上调血清GPXs水平,减少脑梗死后VaD患者OS损伤,改善脑血流,缓解神经元损伤,促进认知功能和病情恢复。
4 小结
通过整理相关文献发现,靶向抗氧化酶可以通过改善OS、抑制炎症反应,保护BBB、调控神经元自噬以及抑制细胞凋亡发挥对VaD的神经保护作用,然而中药作为治疗VaD的一种确切干预方式,其临床应用进展一直缺乏系统的总结,本文分别以中药单体、复方为切入点展开综述,归纳了黄酮类、提取物、萜类、多糖类、酚类、皂苷类、化瘀剂、开窍剂、补益剂等治疗VaD的临床应用进展。
哈尔滨市科技计划自筹经费项目(2022ZCZJNS070)