-
【摘要】白藜芦醇(Resveratrol,RSV)是一种天然多酚,具有抗氧化、抗炎、调节自噬及凋亡、调节内质网应激等多种药理特性,故对多种神经系统疾病具有潜在的治疗价值,如脊髓损伤、创伤性脑损伤、帕金森病和阿尔茨海默病等。RSV的治疗机制在不同疾病中不尽相同,本文通过文献研究法进行归纳梳理,RSV对神经系统的保护作用主要包括以下方面:(1)调节氧化应激水平;(2)抑制炎症反应;(3)激活自噬和减少凋亡;(4)调节内质网应激等。本文旨在总结RSV在治疗神经系统疾病中的分子机制,为神经系统疾病的药物治疗提供新思路。
【关键词】白藜芦醇神经系统疾病神经保护氧化应激炎症反应自噬及凋亡内质网应激
白藜芦醇(Resveratrol,RSV)是一种天然多酚,于1939年首先从大花藜芦中提取出来,随后也陆续在葡萄、蓝莓、百香果等其他植物中被提取出来[1-4]。RSV具有多种生物活性,在既往的研究中,因其具有保护心脏活性的作用而受到人们的广泛关注[5]。在达200多项的临床研究报道中,充分评估了RSV的安全性和有效性及药代动力学特性[6-7]。因此,RSV被广泛应用于药物、膳食补充剂和功能性食品成分等。
在早期的一些研究中,RSV可以通过参与调节多种细胞信号转导途径,对代谢综合征、癌症等诸多疾病的治疗产生积极影响[8-9],但其发挥正向调节作用的确切机制尚未完全阐明。此外,近期研究表明,RSV在各种急慢性神经系统疾病中均可发挥神经保护作用[10-12],如脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)、阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)、帕金森病(Parkinson disease,PD)和创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)等[13-16]。其发挥治疗作用的分子机制与调节氧化应激、炎症、自噬、凋亡及内质网应激等密切相关[17-20]。本文旨在对RSV治疗神经系统疾病的分子机制进行综述,为RSV的临床应用和转化提供参考。
1 RSV治疗神经系统疾病的分子机制
1.1调节内质网应激
内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)是细胞为了应对内质网腔内错误折叠与未折叠蛋白聚集等状况,而激活未折叠蛋白反应、内质网超负荷反应和胱天蛋白酶12介导的凋亡通路等信号通路的一种应激反应。ERS参与控制多方面的反应过程,如它既能诱导葡萄糖调节蛋白等内质网分子伴侣表达而产生保护效应,也能独立地诱导内源性细胞凋亡,最终影响应激细胞的转归(如适应、损伤或凋亡等)[21]。
在鱼藤酮诱导的大鼠PD模型中,经过RSV治疗后可以使大鼠大脑纹状体中ERS标记物:促凋亡转录因子CCAAT、增强子结合蛋白同源蛋白和葡萄糖调节蛋白78水平显著降低,从而改善ERS来发挥神经保护作用。并且RSV还可以通过抑制胱天蛋白酶3活性来抑制随后的下游恶性炎症和凋亡级联反应并阻止神经元损伤[22]。ERS也是AD发病的重要因素,Cheng等[23]利用衣霉素和β-淀粉样蛋白肽(25-35)来诱导人神经母细胞瘤细胞发生ERS,而RSV和维生素D联合治疗发现可降低细胞毒性,并且通过改善ERS及其相关的病理过程(如胰岛素抵抗和tau过度磷酸化)来进一步发挥神经保护作用。
调节ERS已经被认为在神经退行性疾病中具有潜在的治疗效果,RSV可通过调节ERS延缓,甚至阻止神经系统疾病的发展。ERS是多方面的过程,且RSV调节ERS发挥神经保护作用大致是诱导正常水平的ERS来帮助细胞减少未折叠蛋白的数量,从而有助于减少细胞凋亡和组织损伤,促进细胞存活。总之,应进一步地研究两者之间具体的分子机制,以便找到适当的措施来调节ERS。
1.2调节自噬及凋亡
自噬是一种自我降解过程,在清除错误折叠或聚集的蛋白质、受损的细胞器及细胞内病原体方面起着重要作用,而且这种作用在对抗神经系统损伤等各种疾病中尤为重要[24]。细胞凋亡与组织破坏和细胞应激过程密切相关,神经系统受损后细胞凋亡水平大大增加,进而引起感觉和运动障碍[25]。
自噬的调节步骤是个多方面的因素。在大鼠脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)模型中,RSV可以通过增强自噬和减少神经细胞的凋亡发挥相应的神经保护作用。Xiang等[26]发现SCI后大鼠的细胞凋亡水平明显升高,而RSV可以通过激活Wnt/β-catenin信号通路,促进轴突再生,抑制SCI后神经细胞凋亡,从而显著促进SCI大鼠的神经功能恢复。而且在经过RSV治疗的SCI后大鼠体内沉默信息调节因子2相关酶1(silent mating-type information regulation 2 homolog 1,Sirt1)和磷酸腺苷激活的蛋白激酶[adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK]的水平也会相应地提高,其中两者都介导调节自噬,从而抑制神经元凋亡、减少组织损伤并促进运动功能恢复[27]。调节自噬的关键步骤之一就是磷脂酰乙醇胺与微管相关蛋白1轻链3Ⅰ(microtubule-associated protein 1 light 3,LC3Ⅰ)结合形成脂化的LC3-Ⅱ[28]。RSV可以提升TBI后Sirt1的水平,增加损伤后病变部位周围LC3的表达,从而上调损伤部位周围正性调控的星形胶质细胞自噬,降低神经细胞的自噬量而发挥神经保护作用[29]。β-淀粉样蛋白肽(25-35)常被用来诱导AD模型,RSV可以激活TyrRS/PARP1/Sirt1信号通路,介导细胞自噬以减轻因β-淀粉样蛋白肽(25-35)而产生的神经毒性[30]。6-羟多巴胺可诱导大鼠神经细胞发生凋亡,而RSV可以通过激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路来抑制凋亡相关蛋白的启动和功能,保护多巴胺能神经元免受因6-羟多巴胺诱导的凋亡,发挥相应的神经保护作用,延缓PD的进展[31-33]。
自噬是一种自我降解过程,但过度的自噬则会导致细胞自噬性死亡。但总的来说,自噬和凋亡在一定程度上相互制约的。在正常情况下,自噬会起到保护细胞的相关功能,比如清除错误折叠或聚集的蛋白质,老化受损或突变的细胞等。但是,如果自噬对细胞内蛋白质和细胞器造成过度的损伤,导致细胞无法生存,自噬就会转化为凋亡,对机体造成损害。RSV通过调节启动适当的自噬,来降解受损的蛋白质和细胞器从而保护神经元免受毒性损伤。此外还通过调节线粒体稳态发挥神经保护作用,保护细胞器、细胞和生物体免受蛋白质错误折叠障碍的影响。在各种急慢性神经系统疾病的治疗的分子机制中,Sirt1相关的信号通路与自噬的关系密不可分,其可以激活各种途径增加自噬,减少各种原因引起的细胞毒性,减少神经损伤和细胞凋亡,促进神经功能和运动功能的恢复。
1.3抑制炎症反应
炎症是机体对环境变化的做出的适应性反应,可由感染和组织损伤等有害的外部刺激引发。通常情况下,炎症是对机体有益的,是人体的自动的防御反应。但如果刺激太强以至于机体的调节失控,就会对身体造成炎症损伤。
神经炎症是多种神经系统疾病发病的关键控制因素[34-35],小胶质细胞活化是在其发病机制中相对早期的表现,可以诱导许多炎性细胞的产生[36]。Zhang等[37]发现RSV可以减少促炎型小胶质细胞和星形胶质细胞的增生,从而降低小鼠大脑中的炎症因子水平来抑制神经炎症。Toll样受体(TLR)是一种跨膜蛋白,其中TLR4被认为在神经元死亡中起重要作用。TBI后会激活神经炎症级联反应,导致严重的神经元损伤和行为障碍,而TLR4就是该级联反应的重要介质,RSV可以通过抑制TLR4/核转录因子κB(nuclear transcription factor kappa B,NF-κB)信号通路来减少TBI后大鼠的神经元的自噬和炎症反应,从而发挥神经保护作用[38]。SCI可以改变机体肠道微生物群模式和相应的代谢物,进而影响预后。He等[39]发现RSV可以通过调节SCI后小鼠的肠道菌群失调,降低脂多糖结合蛋白的含量,减弱小胶质细胞活化和提高肠道代谢物丁酸的含量,来发挥相对应的抗炎作用,从而促进了小鼠的运动及感觉恢复,增加神经元存活率。同样的,RSV也可以通过激活Sirt1/NF-κB信号通路抑制SCI大鼠体内炎症反应,从而减少其运动神经元丢失和损伤病灶的大小,促进运动功能恢复[40]。Moussa等[41]报告RSV治疗后基质金属蛋白酶9水平显著降低,这表明RSV治疗可能会降低中枢神经系统通透性并限制白细胞和其他炎症因子进入大脑。其中基质金属蛋白酶9在包括神经变性和神经炎症在内的多种脑部疾病中起重要作用[42]。
RSV在对抗炎症反应这一方面发挥着重要作用,小胶质细胞的活化在炎症的发生发展中占有重要地位,许多研究人员都把研究的重点放在促进或抑制特定的小胶质细胞活化的机制上。其中,比较有趣的是肠道菌群中丁酸似乎影响着小胶质细胞的活化,而RSV影响着丁酸的代谢与组成从而影响着神经炎症的发生发展[39]。RSV也可以通过增强Sirt1的脱乙酰化及降低TLR4的含量来抑制NF-κB这一炎症应答中关键的转录因子来控制炎症反应。此外,RSV可以直接降低相关炎症因子来对抗炎症,同时也会释放例如锌指蛋白A20等抗炎因子来调控炎症反应。对于神经退行性疾病来说,控制炎症反应是比较重要的手段之一,许多研究者就是通过减少和防止广泛而长期的炎症从而保护神经元的存活,延缓了疾病的蔓延。RSV作为一种易获得的天然物质,其抗炎效果令人欣慰,有利于神经系统疾病的恢复。
1.4调控氧化应激
氧化应激(oxidative stress,OS)是体内氧化作用与还原作用失衡的一种状态,其病理过程包括炎性细胞浸润,氧化蛋白酶分泌增加,并产生大量活性氧自由基,如超氧物(O2-)、羟基(OH-)和过氧化氢(H2O2)等。活性氧(reactive oxygen species,ROS)作为OS的重要代谢产物,被认为在神经系统疾病的发生发展中扮演着双重角色,一方面ROS本身具有细胞毒性,可诱发多种神经系统疾病;另一方面ROS参与多种信号传导途径的调节,尤其是在调节细胞增殖、代谢、衰老、程序性死亡等方面发挥重要作用[43-44]。因此,调控神经系统OS动态平衡,对神经系统功能的维持具有重要作用。
OS是SCI后继发性损伤的主要原因之一[45],Kesherwani等[46]发现ROS激活线粒体凋亡途径来诱导SCI大鼠脊髓组织中神经元凋亡,RSV可以通过激活Kelch样ECH相关蛋白1(kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)/核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2,Nrf2)信号通路,促进抗氧化蛋白的表达,稳定线粒体膜电位来维持线粒体功能,减少ROS的蓄积,从而发挥神经保护作用。在大鼠脊髓缺血再灌注模型中,RSV可以减少因再灌注损伤诱导的活性氧氧自由基的产生,显著提高抗氧剂谷胱甘肽(glutathione,GSH)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)的水平,减少OS反应[47]。在PD的发病机制中,淀粉样蛋白聚集体可渗透细胞膜并导致细胞内OS、线粒体功能障碍和内质网应激等一系列损伤[48-49]。OS的特征是ROS的过量产生、大脑黑质致密部中的脂质过氧化、蛋白质氧化和DNA氧化增强,Zhang等[37]发现经过RSV处理的小鼠PD模型中的抗氧化酶SOD和CAT抗氧化水平显著增加,表明RSV对OS的治疗机制可能是部分能提高其抗氧化酶活性的作用。血红素氧合酶-1是血红素催化转化的限速酶,它能将促氧化血红素转化为胆绿素和胆红素,而后两者为已知的抗氧化剂,从而促进组织氧化还原微环境的恢复[50]。一项研究表明,褪黑素+RSV的联合药物治疗可通过调节PI3K/Akt/GSK3b通路来增加AD模型大鼠中原代神经元和星形胶质细胞中血红素氧合酶-1的表达,从而调控OS,发挥神经保护作用[51]。
RSV可以直接降低组织中OS及其有毒副产物的水平,提高抗氧化酶如GSH、SOD和CAT的抗氧化水平来保护神经细胞。同时可以通过增加转录因子如Nrf2的激活来保护线粒体的功能,从而调节OS来发挥神经保护作用。RSV同时也可以提高血红素氧合酶-1的水平,间接发挥神经保护的作用。由此可见,无论是通过直接作用还是间接作用,RSV都可以使体内的氧化作用与还原作用保持到一种动态平衡的状态,从而降低OS给机体所带来的损害,是有一种有效的抗氧化剂。
2小结与展望
综上所述,RSV在神经系统疾病中发挥治疗效果的不同分子机制,重点关注其在调控氧化应激、抑制炎症反应、调节自噬及凋亡及内质网应激等方面的作用。由于RSV治疗神经系统疾病的多样性,所以在治疗各种急慢性神经系统疾病的方面仍具有巨大的潜力。RSV作为一种神经保护剂虽然已被广泛研究,但是其具体发挥治疗神经系统疾病的机制还有待进一步探讨,新的研究通过不同的分子机制也将不断证明RSV发挥神经保护作用的重要性。
OS在神经系统疾病的发生发展中扮演着重要的角色。RSV在治疗神经系统疾病的机制中发挥抗氧化性能方面的表现出色,通过查找相关文献,发现将RSV作为抗氧化剂来治疗神经系统疾病的研究较少。所以认为未来的研究方向可以充分发挥RSV抗氧化性能的方面,它不仅可以直接降低ROS所带来的有毒副产物,提高抗氧化酶的活性,还可以通过激活相关抗氧化通路从而对抗ROS。Sirt1信号通路在对抗氧化应激方面有着非常重要的作用,并且已经着手开始研究Sirt1信号通路与OS之间进一步的分子机制,以求揭示RSV的巨大潜力,减少ROS对神经系统的损伤,改善患者的生活质量。
参考文献
[1]BURNS J,YOKOTA T,ASHIHARA H,et al.Plant foods and herbal sources of resveratrol[J].J Agric Food Chem,2002,50(11):3337-3340.
[2]SALES J M,RESURRECCION A V.Resveratrol in peanuts[J].Crit Rev Food Sci Nutr,2014,54(6):734-770.
[3]PIOTROWSKA H,KUCINSKA M,MURIAS M.Biologicalactivity of piceatannol:leaving the shadow of resveratrol[J].Mutat Res,2012,750(1):60-82.
[4]MEI Y Z,LIU R X,WANG D P,et al.Biocatalysis and biotransformation of resveratrol in microorganisms[J].Biotechnol Lett,2015,37(1):9-18.
[5]WU J M,HSIEH T C.Resveratrol:a cardioprotective substance[J].Ann N Y Acad Sci,2011,1215:16-21.
[6]XU M,NI Y,ZHOU Y,et al.Pharmacokinetics and tolerability of Rufinamide following single and multiple oral doses and effect of food on pharmacokinetics in healthy Chinese subjects[J].Eur J Drug Metab Pharmacokinet,2016,41(5):541-548.
[7]TAN Q Y,LI H D,ZHU R H,et al.Tolerability and pharmacokinetics of ranolazine following single and multiple sustained-release doses in Chinese healthy adult volunteers:a randomized,open-label,Latin square design,phaseⅠstudy[J].Am J Cardiovasc Drugs,2013,13(1):17-25.
[8]GONG L,GUO S,ZOU Z.Resveratrol ameliorates metabolic disorders and insulin resistance in high-fat diet-fed mice[J].Life Sci,2020,242:117212.
[9]VERDURA S,CUYAS E,CORTADA E,et al.Resveratrol targets PD-L1 glycosylation and dimerization to enhance antitumor T-cell immunity[J].Aging(Albany NY),2020,12(1):8-34.
[10]XU B P,YAO M,LI Z J,et al.Neurological recovery and antioxidant effects of resveratrol in rats with spinal cord injury:a meta-analysis[J].Neural RegenRes,2020,15(3):482-490.
[11]LOPEZ M S,DEMPSEY R J,VEMUGANTI R.Resveratrol neuroprotection in stroke and traumatic CNS injury[J].Neurochem Int,2015,89:75-82.
[12]COYOY-SALGADO A,SEGURA-URIBE J J,GUERRA-ARAIZA C,et al.The importance of natural antioxidants in the treatment of spinal cord injury in animal models:an overview[J].Oxid Med Cell Longev,2019,2019:3642491.
[13]JIAO F,GONG Z.The beneficial roles of SIRT 1 in neuroinflammation-related diseases[J].Oxidative Medicine and Cellular Longevity,2020,2020:1-19.
[14]ZHAO X,WANG J,HU S,et al.Neuroprotective effect of resveratrol on rotenone-treated C57BL/6 mice[J].Neuroreport,2017,28(9):498-505.
[15]LIU S,LI Y,YI F,et al.Resveratrol oligomers from Paeonia suffruticosa protect mice against cognitive dysfunction by regulating cholinergic,antioxidant and anti-inflammatory pathways[J].J Ethnopharmacol,2020,260:112983.
[16]FENG Y,JU Y,YAN Z,et al.Resveratrol attenuates autophagy and inflammation after traumatic brain injury by activation of PI3K/Akt/mTOR pathway in rats[J].Folia Neuropathol,2022,60(2):153-164.
[17]THAPA K,KHAN H,SINGH T G,et al.Traumatic braininjury:mechanistic insight on pathophysiology and potential therapeutic targets[J].J Mol Neurosci,2021,71(9):1725-1742.
[18]FAN Y,LI Y,HUANG S,et al.Resveratrol-primed exosomes strongly promote the recovery of motor function in SCI rats by activating autophagy and inhibiting apoptosis via the PI3K signaling pathway[J].Neurosci Lett,2020,736:135262.
[19]YANG A,BAGIT A,MACPHERSON R.Resveratrol,metabolic dysregulation,and Alzheimer's disease:considerations for neurogenerative disease[J].IntJ Mol Sci,2021,22(9):4628.
[20]YU H,YAMASHITA T,HU X,et al.Protective and anti-oxidative effects of curcumin and resveratrol on Aβ-oligomer-induced damage in the SH-SY5Y cell line[J].J Neurol Sci,2022,441:120356.
[21]LAM M,MARSTERS S A,ASHKENAZI A,et al.Misfolded proteins bind and activate death receptor 5 to trigger apoptosis during unresolved endoplasmic reticulum stress[J/OL].Elife,2020,9:e52291.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31904339/.
[22]GABALLAH H H,ZAKARIA S S,ELBATSH M M,et al.Modulatory effects of resveratrolon endoplasmic reticulum stress-associated apoptosis and oxido-inflammatory markers in a rat model of rotenone-induced Parkinson's disease[J].Chem Biol Interact,2016,251:10-16.
[23]CHENG J,XIA X,RUI Y,et al.The combination of 1α,25dihydroxyvitaminD3 with resveratrol improves neuronal degeneration by regulating endoplasmic reticulum stress,insulin signaling and inhibiting tau hyperphosphorylation in SH-SY5Y cells[J].Food Chem Toxicol,2016,93:32-40.
[24]FINKBEINER S.The autophagy lysosomal pathway and neurodegeneration[J/OL].Cold Spring Harb Perspect Biol,2020,12(3):a033993.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30936119/.
[25]ZHONG Z X,FENG S S,CHEN S Z,et al.Inhibition of MSK1 promotes inflammation and Apoptosis and inhibits functional recovery after spinal cord injury[J].J Mol Neurosci,2019,68(2):191-203.
[26]XIANG Z,ZHANG S,YAO X,et al.Resveratrol promotes axonal regeneration after spinal cord injury through activating Wnt/β-catenin signaling pathway[J].Aging(Albany NY),2021,13(20):23603-23619.
[27]ZHAO H,CHEN S,GAO K,et al.Resveratrol protects against spinal cord injury by activating autophagy and inhibiting apoptosis mediated by the SIRT1/AMPK signaling pathway[J].Neuroscience,2017,348:241-251.
[28]KABEYA Y,MIZUSHIMA N,UENO T,et al.LC3,a mammalian homologue of yeast Apg8p,is localized in autophagosome membranes after processing[J].EMBO J,2000,19(21):5720-5728.
[29]ZHANG Z,LI D,XU L,et al.Sirt1 improves functional recovery by regulating autophagy of astrocyte and neuron after brain injury[J].Brain Res Bull,2019,150:42-49.
[30]DENG H,MI M T.Resveratrol attenuates Aβ25-35 caused neurotoxicity by inducing autophagy through the TyrRS-PARP1-SIRT1 signaling pathway[J].Neurochem Res,2016,41(9):2367-2379.
[31]YANG L,WANG H,LIU L,et al.The role of Insulin/IGF-1/PI3K/Akt/GSK3βsignaling in Parkinson's disease dementia[J].Front Neurosci,2018,12:73.
[32]DING G,ZHAO J,JIANG D.Allicin inhibits oxidative stress-induced mitochondrial dysfunction and apoptosis by promoting PI3K/AKT and CREB/ERK signaling in osteoblast cells[J].Exp Ther Med,2016,11(6):2553-2560.
[33]HUANG N,ZHANG Y,CHEN M,et al.Resveratrol delays 6-hydroxydopamine-induced apoptosis by activating the PI3K/Akt signaling pathway[J].Exp Gerontol,2019,124:110653.
[34]WANG J,SONG Y,CHEN Z,et al.Connection between systemic inflammation and neuroinflammation underlies neuroprotective mechanism of several phytochemicals in neurodegenerative diseases[J].Oxid Med Cell Longev,2018,2018:1972714.
[35]SUBEDI L,GAIRE B P,PARVEEN A,et al.Nitric oxide as a target for phytochemicals in anti-neuroinflammatory prevention therapy[J].IntJ Mol Sci,2021,22(9):4771.
[36]MONASOR L S,MÜLLER S A,COLOMBO A V,et al.Fibrillar Aβtriggers microglial proteome alterations and dysfunction in Alzheimer mouse models[J/OL].Elife,2020,9:e54083.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32510331/.
[37]ZHANG L F,YU X L,JI M,et al.Resveratrol alleviates motor and cognitive deficits and neuropathology in the A53Tα-synuclein mouse model of Parkinson's disease[J].Food Funct,2018,9(12):6414-6426.
[38]FENG Y,CUI Y,GAO J L,et al.Resveratrol attenuates neuronal autophagy and inflammatory injury by inhibiting the TLR4/NF-κB signaling pathway in experimental traumatic brain injury[J].IntJ Mol Med,2016,37(4):921-930.
[39]HE N,SHEN G,JIN X,et al.Resveratrol suppresses microglial activation and promotes functional recovery of traumatic spinal cord via improving intestinal microbiota[J].Pharmacol Res,2022,183:106377.
[40]ZHAO H,MEI X,YANG D,et al.Resveratrol inhibits inflammation after spinal cord injury via SIRT-1/NF-κB signaling pathway[J].Neurosci Lett,2021,762:136151.
[41]MOUSSA C,HEBRON M,HUANG X,et al.Resveratrol regulates neuro-inflammation and induces adaptive immunity in Alzheimer's disease[J].J Neuroinflammation,2017,14(1):1.
后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 |
-
<< 上一篇
下一篇:没有了!