大豆異黃酮防治阿爾茨海默病作用研究進展

大豆異黃酮防治阿爾茨海默病作用研究進展王龍梓（山東淄博職業(yè)學院護理學院山東淄博255314）[中圖分類號]R742[文獻標識碼]A[文章編號]1005-9202(2014)0--;doi:10.3969/j.issn.1005-9202.2014.01.001[摘要]黃酮類化合物大豆異黃酮（soyisoflavones，SI）具有弱雌激素活性，被稱為植物雌激素。近年研究發(fā)現SI可通過抗氧化作用、抗炎作用等多種機制抑制阿爾茨海默?。ˋlzheimer’sdisease，AD）病理過程。SI及其主要活性成分有望成為防治AD的藥物。本文綜述了近年來SI防治AD的研究進展。[關鍵詞]大豆異黃酮；雌激素；阿爾茨海默??；β淀粉樣蛋白；氧化應激；炎癥反應ResearchprogressofAlzheimer'sdiseasepreventionandtreatmenteffectofsoyisoflavonesWangLong-zi(InstituteofPharmacy,ZiboVocationalCollege,Zibo255314,China)【Abstract】Flavonoidsofsoybeanisoflavones(SI)haveweakestrogenicactivity,calledphytoestrogens.RecentstudiesshowedthatSIcaninhibitthepathologicalmechanismofAlzheimer'sdisease(AD)byantioxidant,anti-inflammatoryeffectandOthermechanisms.SIanditsmainactivecomponentisexpectedtobecomedrugpreventionandtreatmentofAD.ThisarticlereviewedtheresearchprogressofsoyisoflavoneinpreventionandtreatmentofADinrecentyears.【Keywords】Soyisoflavones；estrogen；Alzheimer’sdisease；amyloid-β；oxidativestress；inflammatoryreaction阿爾茨海默?。ˋlzheimer’sdisease，AD）是一種進行性致死性神經退行性疾病。隨著社會人口老齡化的發(fā)展，AD發(fā)病率逐年增加，嚴重威脅人類生命健康。AD主要表現為記憶障礙和認知障礙，主要病理學特征是老年斑（senileplaques，SP）和神經元纖維纏結（neurofibrillarytangles，NFTs）的形成，以及神經元細胞和神經突觸的丟失。SP的主要成分是β淀粉樣蛋白（amyloid-[第一作者]王龍梓（1976-），男，醫(yī)學碩士，山東淄博職業(yè)學院護理學院講師。研究方向：神經藥理學和腦血管藥理學。Tel：（0533）2342139，E-mail：wanglongzi76@163.com.β，Aβ），微管相關蛋白tau蛋白高度磷酸化導致NFTs形成。AD的形成和發(fā)展與Aβ毒性、氧化損傷、炎癥反應等原因導致的神經元細胞變性、凋亡和壞死密切相關[1]。近年來，植物雌激素對AD的影響受到學者的廣泛關注。植物雌激素主要來源于大豆。大豆中的植物雌激素即大豆異黃酮（soyisoflavones，SI），可模擬雌激素激動雌激素受體產生弱的雌激素活性。SI是一種黃酮類化合物，主要活性成分有染料木黃酮（Genistein,GEN），大豆黃素（Daidzein,DAI），黃豆黃素（Glycitein,GLY）等。近年來大量研究顯示SI及其活性成分可通過多種作用機制抑制Aβ毒性、tau蛋白表達和磷酸化以及抑制神經元細胞丟失，從而產生防治AD的作用。筆者綜述了近年來SI防治AD作用及其機制的研究進展。1SI影響AD病理學特征1.1SI調節(jié)Aβ代謝1.1.1SI抑制Aβ生成Aβ為AD的主要病理變化，目前將Aβ作為研究防治AD藥物的主要靶點。Aβ的前體蛋白為淀粉樣前體蛋白(amyloidprecursorprotein，APP)，APP異常代謝使Aβ生成增多，形成SP。β位點剪切酶(BACE)即β分泌酶和γ分泌酶，水解APP，促進Aβ形成[2]。早老素1（presenilin-1，PS-1）是γ分泌酶的催化部位和活性基團。PS-1的病理作用是促進Aβ沉積，損傷線粒體，產生自由基，導致鈣穩(wěn)態(tài)失調，增加tau蛋白磷酸化及釋放調亡因子和提高糖原合成激酶3β(GSK-3β)活性而誘導細胞凋亡[3]，最終導致SP和NFTs的形成。在AD動物模型中，SI可抑制Aβ和D-半乳糖誘導的PS-1表達。方正清等[4]將Aβ25~35注入大鼠單側大腦海馬制備AD大鼠模型。造模3天后給予SI1，3，9mg·kg-1灌胃給藥21天，檢測結果顯示：與對照組大鼠相比，三組SI組AD大鼠學習記憶能力明顯改善，海馬組織PS-1表達明顯降低。HsiehHM等[5]將D-半乳糖連續(xù)給予小鼠50天誘導衰老小鼠模型，在此期間給予SI每周5天。發(fā)現SI明顯抑制D-半乳糖誘導的腦中PS-1和Aβ蛋白的表達，抑制APP裂解，高劑量SI完全逆轉上述指標變化。OkumuraN等體外實驗[6]研究發(fā)現GEN下調PS-1蛋白和基因的表達，這可能與下調淋巴樣細胞中泛素蛋白（ubiquilin）基因的表達有關。上述研究提示SI可通過抑制Aβ的生成產生防治AD的作用。1.1.2SI抑制Aβ沉積HirohataM等[7]的體外實驗研究發(fā)現，SI中的活性成分GLY在生理pH值和溫度下可與不同的Aβ片段如Aβ1-42,Aβ1-40,Aβ1-16和Aβ25-35等相互作用。熒光分析顯示，GLY與Aβ25-35作用發(fā)出的熒光最強。研究者推測GLY通過與Aβ單體、寡聚體和纖維特異結合發(fā)揮抗Aβ沉積的作用。提示SI可抑制Aβ沉積，可作為防治AD的候選藥物。1.1.3SI影響Apo-E4的表達載脂蛋白E（ApoE）可促進Aβ形成，減少Aβ清除,促進tau蛋白高度磷酸化和形成雙股螺旋細絲以及使乙酰膽堿合成減少[8]。蔡標等[9]發(fā)現SI可明顯改善Aβ25~35誘導AD大鼠模型的學習記憶能力，使海馬神經元丟失減少，顯著性降低ApoE4含量。1.2SI抑制tau蛋白磷酸化蔡標等[10，11]采用Aβ25~35海馬注射建立AD大鼠模型，造模3天后給予SI1，3，9mg·kg-1灌胃給藥21天后進行指標檢測，結果顯示：與對照組大鼠相比，SI可明顯改善AD大鼠的學習記憶能力，顯著降低AD大鼠海馬組織PKG的含量、Raf-1的表達、一氧化氮合酶（NOS）和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）活性、NO含量和cGMP水平以及tau蛋白表達。提示SI可通過調節(jié)NO-cGMP信號途徑等抑制NO的神經毒性，通過降低AD大鼠海馬PKG的含量和Raf-1的表達，抑制tau蛋白磷酸化和tau蛋白表達,改善AD大鼠學習記憶能力。體外實驗研究發(fā)現，DAI和GEN作用于人類神經母細胞瘤細胞SH-SY5Y，通過滅活GSK3β和激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶2A(PP2A)明顯降低同型半胱氨酸誘導的微管相關蛋白tau的磷酸化[12]。1.3SI抑制神經元細胞丟失，促進神經元細胞存活1.3.1SI抑制神經元細胞丟失蛋白激酶C（ProteinkinaseC，PKC）途徑被認為是調節(jié)AD中神經元細胞可塑性和存活率的重要分子機制。GEN是SI中最具活性的分子，LuoS等[13]將神經細胞株PC12細胞與GEN共同孵育2小時后然后與Aβ25-35共同孵育24小時后發(fā)現，GEN預處理使Aβ25-35損傷的PC12細胞活力明顯增加，細胞PKC活性也明顯增加，GEN同時降低細胞內鈣離子水平和阻斷細胞內促凋亡蛋白caspase-3活性，而預先應用PKC抑制劑Myr則抑制GEN的神經保護作用。研究提示，GEN可通過PKC途徑保護Aβ25-35誘導的對PC12細胞的毒性，增加細胞活力，抑制神經細胞凋亡減少神經細胞丟失。1.3.2SI促進神經元細胞存活神經營養(yǎng)因子在神經元細胞的生存，生長和功能發(fā)揮上起至關重要的作用。星形膠質細胞是腦內主要分泌神經營養(yǎng)因子的細胞。XuSL等[14]將GEN應用于培養(yǎng)的大鼠星形膠質細胞，發(fā)現GEN誘導神經營養(yǎng)因子，如神經生長因子(NGF)，神經膠質源神經營養(yǎng)因子(GDNF)，腦源性神經營養(yǎng)因子(BDNF)的合成和分泌。Trk受體是一個可調節(jié)哺乳動物神經系統突觸強度與可塑性的酪氨酸激酶受體家族，神經營養(yǎng)因子是Trk受體的共同配體，神經營養(yǎng)因子的結合使Trk受體激活最終導致細胞存活。PanM等[15]將17β-雌二醇、GEN或DAI與H19-7/IGF-IR神經細胞系共同培養(yǎng)72小時。發(fā)現20nM至2000nM的17β-雌二醇、GEN、DAI明顯促進海馬神經細胞的存活和增殖，誘導和增加DNA合成的S期細胞的百分率。而且，GEN、DAI明顯增加BDNFmRNA和蛋白的表達，其作用可被選擇性Trk受體抑制劑阻斷。結果提示GEN和DAI增加體外培養(yǎng)神經細胞的活性和增殖能力，這種作用由BDNF-Trk途徑中介。2SI通過抗氧化和雌激素樣作用防治AD活性氧主要由線粒體產生，導致氧化應激，而氧化應激誘導的線粒體損傷與AD相關。此外，線粒體DNA（mtDNA）比其他生物大分子更容易受到氧化損傷，導致嚴重的線粒體功能失常。MaWW等[16]評價了在C6神經膠質細胞中GEN對Aβ25-35誘導的mtDNA的保護作用：C6細胞首先與50μMGEN共同孵育2小時，然后與25μMAβ25-35共同孵育24小時。結果顯示GEN通過多種途徑抑制Aβ誘導的C6細胞的氧化損傷：Aβ25-35誘導的C6細胞線粒體活性氧的增加可被GEN的預處理逆轉；與Aβ組相比，還原型谷胱甘肽（GSH）與氧化型谷胱甘肽（GSSG）的比值在GEN組和GEN+Aβ組均明顯升高；與Aβ組相比，GEN明顯上調C6細胞和其線粒體DNA修復基因OGG1蛋白質和mRNA的表達，增加線粒體錳超氧化物歧化酶（MnSOD）水平。此外，GEN預處理后，C6細胞中8-羥化脫氧鳥苷（8-OHdG）的水平和線粒體DNA的缺失均明顯減小。所有的膽固醇的氧化產物與AD的病變加重密切相關。24-羥基膽固醇促進Aβ在神經血管膜積聚，然后通過增加局部活性氧水平放大Aβ的神經毒性作用。研究發(fā)現，24羥基膽固醇明顯促進Aβ1-42誘導的SK-N-BE和NT-2神經細胞系的細胞凋亡和細胞壞死。將上述神經細胞與GEN共同孵育后，Aβ誘導的死亡和凋亡被抑制，24-羥基膽固醇的過氧化作用同時被抑制[1]。在AD的早期階段主要臨床表現為短時記憶障礙和語言障礙[17]，而SI的主要活性成分GEN可改善短期記憶損傷。BagheriM等[18]發(fā)現大鼠海馬注射Aβ1-40后出現短期記憶損傷，氧化應激標記物丙二醛（MDA）、亞硝酸鹽含量升高、超氧化物歧化酶（SOD）活性降低。應用GEN預處理后，大鼠記憶損傷明顯改善，MDA含量的升高被抑制；而GEN預處理組同時雌激素受體阻斷劑fulvestrant側腦室注射則不出現上述指標的改善。上述研究提示GEN預處理通過雌激素樣途徑和減弱氧化應激的作用改善海馬注射Aβ1-40誘導的大鼠短期記憶損傷。3SI通過抗炎作用防治AD3.1SI調節(jié)炎癥信號通路XiYD等[19]給予Wistar大鼠側腦室微滲透泵注射Aβ1-42，后灌胃給予SI14天，發(fā)現SI可改善Aβ1-42誘導的大鼠認知和記憶的損傷，維持腦Aβ平衡，在神經血管結構中調節(jié)RAGE/LRP-1表達的失常，抑制RAGE相關的NF-κB和炎癥細胞因子活性。提示SI保護AD機制可能與調節(jié)血管Aβ運輸和血管炎癥反應有關。劉長安等[20]研究顯示，SI可顯著降低Aβ25~35誘導的AD大鼠模型海馬RAGE蛋白、IL-6、含量、Caspase-3活性及ERK1/2蛋白磷酸化水平。提示SI通過下調海馬組織RAGE介導的炎癥信號通路，減弱炎癥反應，從而降低Aβ的神經毒性，抑制海馬神經元凋亡，產生防治AD的作用。3.2SI抑制小膠質細胞活化炎癥反應與AD密切相關，而AD的主要炎癥反應由神經膠質細胞產生。GEN、DAI可抑制AD中小膠質細胞活化誘導的炎癥反應。JantaratnotaiN等[21]研究發(fā)現GEN、DAI對NO的表達至少產生部分抑制作用：GEN、DAI的預處理可抑制脂多糖（LPS）誘導的HAPI大鼠小膠質細胞系NO的產生，抑制iNOS的mRNA和蛋白質表達，控制iNOS表達的轉錄因子包括干擾素調節(jié)因子1和磷酸化STAT1的下調。研究同時發(fā)現，GEN、DAI預處理LPS活化的HAPI細胞也可使單核細胞趨化蛋白1和IL-6mRNA，以及與多種神經功能失常相關的細胞因子和炎性趨化因子下調。Toll樣受體和NF-κB中介的信號通路在炎癥反應過程中發(fā)揮關鍵的調節(jié)作用。ZhouX等[22]將小膠質細胞先和GEN一起孵育2小時，再和25μMAβ25-35一起孵育24小時，發(fā)現GEN減弱Aβ25-35誘導的細胞毒性和炎癥損傷。同時，GEN顯著逆轉Aβ25-35誘導的TLR4和NF-κB表達的增加，抑制DNA的聚合和NF-κB的轉錄激活。提示GEN能抑制Aβ25-35導致的炎癥反應，這可能與調節(jié)TLR4/NF-κB炎癥反應信號通路有關。3.3SI與星形膠質細胞AD最早期的病理改變是星形膠質細胞在Aβ沉積部位聚集。BagheriM等[23]發(fā)現GEN預先給予大鼠1小時可減輕Aβ1-40誘導的AD大鼠模型認知和記憶缺損，緩解星形膠質細胞由于海馬注射Aβ1-40后誘導的擴布，提示SI可通過抗炎作用緩解Aβ誘導的AD大鼠模型腦組織病理變化。LiuMH等[24]將LPS和Aβ作用于培養(yǎng)的星形膠質細胞，星形膠質細胞活力明顯降低，上調IL-1,IL-6,TNF-αmRNA等炎性介質。DAI預處理1小時可增加星形膠質細胞數量，恢復星形膠質細胞活力，抑制Aβ或LPS誘導的IL-1,IL-6,TNF-αmRNA的表達。VallesSL等[25]將體外培養(yǎng)星形膠質細胞應用GEN預治療48小時，然后用5μMAβ治療24小時。發(fā)現Aβ誘導炎癥介質產生，例如環(huán)氧酶2(COX-2)，誘導型NOS，IL-1β和TNF-α等，這種作用可被過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）的作用所拮抗。研究應用GEN對上述Aβ誘導損傷的培養(yǎng)星形膠質細胞進行預治療后發(fā)現，上述炎性介質的產生減少，同時PPAR-γ表達的增加。結果提示，GEN抑制了Aβ誘導的星形膠質細胞損傷導致的炎癥反應，這種抗炎作用可被PPARs中介和活化。4SI通過擬膽堿作用防治AD蔡標等[26]發(fā)現SI治療可改善AD大鼠模型的學習記憶能力，增加海馬組織乙酰膽堿（Ach）、膽堿乙酰轉移酶（ChAT）和乙酰膽堿酯酶（AchE）的表達。提示SI可通過增強海馬組織乙酰膽堿的代謝防治AD。為了找到多靶點有效治療AD的化合物，ShiDH等[27]將GEN進行結構改造，合成了7位氧化修飾的GEN的衍生物GS-14，發(fā)現體外應用0.17μM濃度的GS-14選擇性的抑制乙酰膽堿酯酶，對丁酰膽堿酯酶幾乎無抑制作用；通過人乳腺癌細胞MCF-7增殖實驗闡明了GS-14的雌激素樣活性，且對ERβ選擇性高；應用濃度1nMGS-14產生對Aβ誘導的SH-SY5Y細胞損傷的保護作用。上述結果顯示，GS-14可選擇性抑制乙酰膽堿酯酶活性，選擇性激動ERβ和神經細胞保護作用，有望成為一種多靶點治療AD的藥物。5SI的安全性和應用前景5.1SI誘導癲癇發(fā)作WestmarkCJ等[28]制備易發(fā)生癲癇發(fā)作的過表達APP和Aβ的小鼠模型。每天給予兩種模型小鼠飼養(yǎng)含有750mg·kg-1DAI或GEN的飲食3天后，DAI治療組而不是GEN組出現小鼠癲癇發(fā)作。單獨的體外實驗研究顯示，DAI明顯增加體外培養(yǎng)野生型神經元細胞樹突狀AβPP表達。結果提示DAI而不是GEN有誘導嚙齒類動物模型癲癇發(fā)作的作用，這對研究SI應用的安全性有重要意義。5.2SI防治AD的應用前景大量研究已顯示SI的主要活性成分GEN、DAI、GLY以及GEN的衍生物GS-14等具有多靶點多機制防治AD的作用。SI應用安全性高，但其安全性仍需進一步研究。對SI防治AD及其作用機制的深入研究可以將SI或其衍生物開發(fā)為安全有效防治AD的藥物，也可以以SI為工具，進一步探索AD的病理生理機制。6參考文獻GambaP，LeonarduzziG，TamagnoE，etal．Interactionbetween24-hydroxycholesterol，oxidativestress，andamyloid-βinamplifyingneuronaldamageinAlzheimer'sdisease:threepartnersincrime[J].AgingCell，2011;10(3)：403-417.MarambaudP，ShioiJ，SerbanG，etal．Apresenilin-1/gamma-secretasecleavagereleasestheE-cadherinintracellulardomainandregulatesdisassemblyofadherensjunctions[J]．EmboJ，2002;21(8)：1948-1956．LiJ，XuM，ZhouH，etal．Alzheimerprescilinsinthenuclearmembrane,interphasekinetochores,andcentrosomessuggestaruleinchromosomesegregation[J]．Cell，1997;90(5)：917-927．方正清，劉長安，汪遠金，等．大豆異黃酮對AD大鼠海馬PS-1表達的影響[J]．食品科學，2011;32（7）：312-314．HsiehHM，WuWM，HuML．SoyisoflavonesattenuateoxidativestressandimproveparametersrelatedtoagingandAlzheimer'sdiseaseinC57BL/6JmicetreatedwithD-galactose[J]．FoodChemToxicol，2009;47(3)：625-632．OkumuraN，YoshidaH，NishimuraY，etal．Genisteindownregulatespresenilin-1andubiquilin-1expression[J]．MolMedRep，2012;5(2)：559-561．HirohataM，OnoK，TakasakiJ，etal．Anti-amyloidogeniceffectsofsoybeanisoflavonesinvitro:FluorescencespectroscopydemonstratingdirectbindingtoAβmonomers,oligomersandfibrils[J]．BiochimBiophysActa，2012;1822(8)：1316-1324．DodartJC，MarrRA．GenedeliveryofhumanapolipoproteinEaltersbrainAβburdeninamousemodelofAlzheimer'sdisease[J]．ProcNatlAcadSciUSA，2005;102(4)：1211-1216．蔡標，申國明，汪遠金，等．大豆異黃酮對AD大鼠海馬Apo-E4的影響[J]．遼寧中醫(yī)藥大學學報，2011;13（7）：117-119.蔡標，彭代銀，汪遠金，等．大豆異黃酮對阿爾茨海默病大鼠海馬PKG和Raf-1的影響[J].食品科學，2012;33（23）：314-317.蔡標，彭代銀，汪遠金，等．大豆異黃酮對AD大鼠海馬NO-cGMP信號轉導系統的影響[J].中國中藥雜志，2011;36（2）：220-223.ParkYJ，JangY，KwonYH．Protectiveeffectofisoflavonesagainsthomocysteine-mediatedneuronaldegenerationinSH-SY5Ycells[J].AminoAcids，2010;39(3)：785-794.LuoS，LanT，LiaoW，etal．GenisteininhibitsAβ25-35-inducedneurotoxicityinPC12cellsviaPKCsignalingpathway[J].NeurochemRes，2012;37(12)：2787-2794.XuSL，BiCW，ChoiRC，etal．Flavonoidsinducethesynthesisandsecretionofneurotrophicfactorsinculturedratastrocytes：asignalingresponsemediatedbyestrogenreceptor[J].EvidBasedComplementAlternatMed，2013;2013：127075.PanM，HanH，ZhongC，etal．EffectsofgenisteinanddaidzeinonhippocampusneuronalcellproliferationandBDNFexpressioninH19-7neuralcellline[J].JNutrHealthAging，2012;16(4)：389-394.MaWW，HouCC，ZhouX，etal．Genisteinalleviatesthemitochondria-targetedDNAdamageinducedbyβ-amyloidpeptides25-35inC6gliomacells[J].NeurochemRes，2013;38(7)：1315-1323.GauthierS，CummingsJ，BallardC,etal．ManagementofbehavioralproblemsinAlzheimer’sdisease[J].Int.Psychogeriatr，2010;22：346–372.BagheriM，JoghataeiMT，MohseniS，etal．Genisteinameliorateslearningandmemorydeficitsinamyloidβ(1-40)ratmodelofAlzheimer'sdisease[J].NeurobiolLearnMem，2011;95(3)：270-276.XiYD，LiXY，DingJ，etal．SoyisoflavonealleviatesAβ1-42-inducedimpairmentoflearningandmemoryabilitythroughtheregulationofRAGE/LRP-1inneuronalandvasculartissue[J].CurrNeurovascRes，2013;10(2)：144-156.劉長安，汪遠金，那莎，等.大豆異黃酮對阿爾茨海默病大鼠海馬RAGE介導的信號轉導通路的影響[J].中國中西醫(yī)結合雜志，2012;32（6）：797-800.Jantaratnota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