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Neuroprotective effects of Curcumin

姜黄素神经保护作用研究



全 文 :姜黄素神经保护作用研究
李勇,王蓬文
(北京中医药大学 东直门医院 中药药理学实验室,北京 100700)
[摘要] 姜黄一直被用于食品添加剂,并在传统医学中作为中草药广泛应用,其中姜黄素是姜黄中主要的活性成分。近
年来的研究发现,姜黄素可以通过抗氧化、抗炎、抑制蛋白质的聚积等药理作用发挥其较强的神经保护作用。本文以典型的
神经变性病阿尔茨海默病为例,就近年来姜黄素在神经保护作用中的最新研究进展作一综述。
[关键词] 姜黄素;神经保护;神经变性病;阿尔茨海默病
[收稿日期] 20090411
[基金项目] 北京市自然科学基金项目(N7092057);高等学校学科
创新引智基地(111计划)教育部和国家外国专家局项目(B08006)
[通信作者] 王蓬文,Tel:(010)84013195,Fax:01064010817,E
mail:pw_wang@163com
[作者简介] 李勇,硕士,主要从事神经元变性病的发病机制及防
治对策研究
  姜黄在中国和印度的应用有悠久的历史。传统
的中医认为姜黄具有的破血行气、通经止痛的功效,
用于治疗胸胁刺痛、闭经、风湿肩臂疼痛、跌打肿痛。
在传统的印度医学中,姜黄制作糊状用于治疗眼部
感染和烧伤,痤疮等皮肤病[1]。
姜黄素(curcumin)是从姜科姜黄属植物姜黄、
莪术、郁金等的根茎中提取出来的一种脂溶性酚类
色素,目前广泛用于食品的着色和调味。姜黄素与
(demethoxycurcumin,DMC),双去氧基姜黄素(bis
demethoxycurcumin,BDMC)共同组成类姜黄素(cur
cuminoid)[2]。姜黄素的分子式为 C21H20O6,分子量
36837,熔点183℃,在pH25~7呈煌黄色,pH >
7呈红色,分光光度计测量最大吸光度,在甲醇中是
430nm,丙酮中是415~420nm。姜黄素具有抗炎、
抗氧化、抗癌等药理作用,可以改善癌症、糖尿病、代
谢性疾病、自身免疫疾病、动脉粥样硬化、关节炎、中
风、外周神经病、肠炎和脑外伤等多种疾病症状[34]。
近年来研究发现,姜黄素对阿尔茨海默病(Alzherm
er’sdisease,AD)等神经变性病具有很强的神经保
护作用[5]。AD是一种渐进性的神经变性病,临床
表现为记忆丧失、认知缺陷、严重的精神神经症状。
本文以AD为例,综述姜黄素对神经变性病的具体
神经保护作用。
1 抗氧化作用 AD患者脑内的活性氧(Reactive
oxygenspecies,ROS)是Aβ的毒性产物[5],可损伤细
胞,引起细胞主要成分如蛋白质和脂类氧化,最终导
致基因组的不稳定[6]。轻度认知功能障碍(mild
cognitiveimpairment,MCI)被认为是 AD的前驱阶
段,氧化应激在AD发病早期甚至 MCI阶段就明显
增加[78]。姜黄素是自由基清除剂和供氢体[9],被
称为 ROS清道夫[5],能够抑制体内脂质过氧化反
应,阻止DNA的氧化损伤[10],对 AD具有很强的抗
氧化活性。姜黄素的神经保护作用主要是通过刺激
转录因子Nrf2表达[11],抑制 MAP激酶信号和影响
细胞分裂周期对抗氧化的谷氨酸毒性[12],从而阻碍
氧化应激对AD脑的影响。
2 抗炎作用 AD脑内的炎症反应主要以细胞因
子和活性小胶质细胞增加为特征。一些物质如 Aβ
(2535)、IFNγ和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)
可激活小胶质细胞,导致 NO,肿瘤坏死因子α
(tumornecrosisfactor,TNFα),白介素1α(interleu
kin1α,IL1α)和 IL6促炎症反应和细胞毒素调节
者产生,姜黄素可以阻止炎症状态时活性小胶质细
胞介导的神经元损伤[13]。姜黄素也可抑制 LPS、
TNFα引起的星形胶质细胞诱生型一氧化氮合酶
(induciblenitricoxidesynthase,iNOS)表达和NO生
成[14]。通过对 APPswe转基因鼠模型(Tg2576)研
究发现,小剂量(160ppm)和大剂量(5000ppm)的姜
黄素都能明显降低 IL1β和 IL1,而小剂量比大剂
量更能使星行胶质细胞标志物胶质源性纤维酸性蛋
白(glialfibrilaryacidicprotein,GFAP)降低[5,15]。
姜黄素还可抑制 TNF诱导核因子(nuclearfactor
κB,NFκB)活性[16,17],降低 NFκB的表达[18],或者
通过抑制IκBα激酶和AKT阻止NFκB活性[19],从
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而通过抗炎起到神经保护作用。
3 抑制Aβ聚积作用 姜黄素的抗氧化和抗炎作
用,主要通过阻止AD脑内形成老年斑的Aβ42寡聚
体的生成来降低 Aβ42的毒性[20]。姜黄素抑制 Aβ
聚积和毒性作用主要通过以下几种途径:①直接与
Aβ结合:通过多光谱显微镜(multiphotonmicrosco
py,MPM)研究发现,姜黄素能够跨过血脑屏障直接
结合到老年斑和大脑皮质血管淀粉样病理改变上,
具有很强的抑制聚积和纤维化功效,并可清除和降
低已有的老年斑水平[10,2122];②与金属离子结合:
AD患者脑内Aβ有大量的金属离子存在,如Fe2+和
Cu2+。金属离子是自由基产生的主要催化剂,可以
在DNA和蛋白质水平导致细胞损伤[20]。而姜黄素
可以作为金属螯合剂与 Aβ上的金属离子结合,降
低淀粉样沉积[9];③降低 APP和 BACE1:APP和 β
位点APP切割酶 1(βsiteAPPcleavageenzyme1,
BACE1)过度表达,导致 Aβ生成增加,在 AD发病
中起着关键作用。Cu2+和 Mn2+能增加嗜铬细胞瘤
(pheochromocytoma,PC12)细胞 APP和 BACE1表
达,姜黄素可以通过阻止这些金属离子的效应降低
APP和 BACE1过度表达[23]降低 Aβ生成;④激活
HO1:神经元内血红素加氧酶1(Hemeoxygenase1,
HO1)的激活对于抗应激和细胞死亡起到很强的保
护作用。姜黄素可以激活星形胶质细胞和神经元内
的HO1表达,机制可能是通过转录因子 Nrf2激活
对神经元氧化应激进行细胞保护[2425]。而Heme易
与Aβ结合形成 AβHeme复合物过氧化酶(peroxi
dase),Heme竞争掉 Aβ的 Zn2+和 Cu2+,与 Aβ结
合,阻止Aβ聚积[26]。
4 抗凋亡作用 AD患者神经元的树突棘与
轴突丢失导致认知缺陷,Aβ级联学说认为Aβ毒性
导致了突触及神经元功能障碍,甚至丢失。姜黄素
可逆转树突嵴的结构改变,包括树突异常弯曲及树
突大小[21],亦能够保护 PC12细胞对抗 Aβ通过氧
化损伤,细胞内钙内流,tau高度磷酸化诱导的神经
毒性[27]。对AlCl3和D半乳糖(Dgalactose)诱导的
细胞凋亡研究发现,姜黄素主要通过增强抗凋亡蛋
白Bcl2水平,降低促凋亡蛋白 Bax活性[15],降低
caspase3表达[28]抑制凋亡。
5 改善胰岛素信号通路  研究发现 AD早期
突触可塑性改变、相关的记忆障碍及晚期严重的神
经变性、痴呆,可能是与 Aβ寡聚体(Aβderiveddif
fusibleligands,ADDLs)作用于特殊的神经元信号转
导途径有关[29]。AD脑内存在着胰岛素和胰岛素生
长样因子(insulinlikegrowthfactor,IGF)基因表达
和信号严重损害[30],海马神经元可塑性与 IGF1有
密切关系[31],胰岛素可以减轻脑内 ADDLs导致的
突出损害为胰岛素信号途径提供了依据[32],脑内胰
岛素信号系统紊乱可能导致了痴呆。姜黄素可减少
神经元死亡,升高IGF1水平[33],IGF1通过相续的
Ras,Raf,MEK,和MAPK胞外信号调节蛋白激酶1/
2(extracelularsignalregulatedproteinkinase1and
2,Erk1/2)活性激活有丝分裂原(细胞分裂剂)激活
蛋白(mitogenactivatedproteinkinase,MAPK),
MAPK可调节 APP的加工过程,从而促进 sAPPα
的分泌[34],并能明显降低胰岛素抵抗水平[35],因
此,姜黄素有可能是通过改善受损的胰岛素/胰岛素
生长样因子途径进而改善神经变性病的认知功能的
损害。
6 结语
姜黄素通过抗氧化,抗炎,抑制蛋白聚积,抗细
胞凋亡,改善脑内胰岛素信号途径等对神经变性病
进行神经保护。姜黄素的作用方式具有多途径、多
靶点的特点,在对神经变性病某一个发病途径起作
用的同时,也会对其他途径产生影响,而神经变性病
又具有病理改变广泛特点,因此,姜黄素在神经变性
病治疗中,对神经保护具有独特优势。然而,神经变
性病的发病机制至今尚不清楚,姜黄素对神经保护
作用的具体作用靶点和途径还有待于进一步探讨。
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[Keywords] Curcumin;Neuroprotectiveefects;Neurodegenerativedisease;Alzheimer'sdisease
[责任编辑 吕冬梅]
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