劉德英,雷 芳,謝苗瑩,李潔玉,零冬慧,刁麗梅

(1. 廣西中醫(yī)藥大學,廣西 南寧 530001;2. 廣西中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院,廣西 南寧 530023)

癲癇是一種慢性神經系統(tǒng)疾病,其特征是神經元過度或同步活動,并具有持久的癲癇發(fā)作傾向,約影響全球1%的人口[1-2]。國內現有癲癇患者大約九百多萬人,全球平均每天新發(fā)癲癇病例大約6 000例[3]?？拱d癇藥物在臨床上取得一定療效,但仍有30%左右的患者產生耐藥性[4],并且在長期服用后,出現認知障礙、情感障礙或反復發(fā)作等不良反應。因此,有必要開發(fā)不良反應更少、療效更高的新型抗癲癇藥物。草藥提取物是治療癲癇的一種潛在替代方法,一些研究已經證明姜黃素在癲癇治療中的有效性[5]。姜黃素是一種從姜黃中提取的多酚植物化學物質,具有神經保護、抗炎和抗氧化等特性,可對抗多種神經系統(tǒng)疾病,如癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病、多發(fā)性硬化癥等[6-7]。最新研究發(fā)現,姜黃素可以通過多種途徑保護神經細胞、抗細胞凋亡、抑制炎癥反應、抗氧化應激等來發(fā)揮抗癲癇作用[8]。本文從上述角度出發(fā),對有關姜黃素在治療癲癇方面的研究進行論述,為治療癲癇提供新視角。

1 抑制神經細胞凋亡

細胞凋亡與癲癇發(fā)生密切相關。神經元凋亡是癲癇發(fā)作后神經元死亡的主要形式之一[9]。Caspase在細胞凋亡中起著重要作用,Caspase-3是Caspase家族核心成員,其基因過度表達可引起細胞凋亡[10];當細胞受到外界凋亡信息激活時,Caspase-3被剪切后產生cleaved Caspase-3的活性片段,其表達可表示細胞的凋亡情況;此外,Bax和Bcl-2可作為Caspase-3的上游調控基因,協助完成細胞凋亡的調控行為[11]。吳連連等[12]研究發(fā)現,在海仁藻酸誘導的小鼠癲癇急性發(fā)作模型中,癲癇發(fā)作后海馬CA1區(qū)和CA3區(qū)出現明顯的神經元丟失損傷,凋亡細胞數也顯著增加,而姜黃素可以很大程度上改善這種現象;且發(fā)現姜黃素組凋亡蛋白cleaved Caspase-3和Bax蛋白相對表達量顯著低于模型組,抗凋亡蛋白Bcl-2相對表達量顯著高于模型組,該結果提示姜黃素能減少癲癇海馬神經元損傷和凋亡。廖婕等[13]用100mg/kg、50mg/kg和25 mg/kg高、中、低劑量的姜黃素給姜黃素組癲癇小鼠灌胃治療,結果發(fā)現姜黃素能減輕海馬區(qū)神經元凋亡情況,并顯著降低cleaved-Caspase-3蛋白的表達。PI3K/Akt是mTOR主要上游信號通路,是一條經典抗凋亡通,在中樞神經系統(tǒng)中廣泛的表達。PI3K/Akt通路激活可抑制神經元凋亡、抑制神經元的興奮性,并減輕癲癇模型大鼠癲癇發(fā)作程度[14]。王娜等[15]對PI3K、AKt和mTOR調控神經元凋亡進行研究,結果顯示,姜黃素可能通過上調PI3K/AKt/mTOR表達,減少大鼠海馬神經元的凋亡,從而對大鼠神經元發(fā)揮保護作用。已有證據表明,癲癇發(fā)作會導致NMDA受體被激活而導致神經細胞死亡,姜黃素可以通過調節(jié)NMDA受體活性和抑制NMDA受體介導的鈣升高,降低細胞凋亡率,提高細胞存活率,從而減輕NMDA介導的興奮性毒性細胞損傷[16]。另有研究發(fā)現,姜黃素也可通過調控TLR4/NF-κB信號通路來減少細胞凋亡,從而改善癲癇小鼠神經元損傷[17]。如前所述,姜黃素可以從多方面有效的抑制海馬神經細胞凋亡,減少癲癇發(fā)作,這為其成為治療癲癇的有效藥物提供了證據。

2 抑制炎癥反應

腦部炎癥是癲癇形成及發(fā)作的一個重要機制,癲癇發(fā)作觸發(fā)促炎細胞因子的釋放,并激活免疫反應,進一步增加神經元的興奮性,降低癲癇閾值,誘導血腦屏障破壞,促進癲癇發(fā)生,由此可見,癲癇和炎癥間存在相互作用[18]。白細胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子(TNF)-α作為典型的炎癥介質,在癲癇持續(xù)狀態(tài)(SE)和其他急性腦損傷后癲癇的發(fā)生中起關鍵作用[19]。有研究表明,SE大鼠海馬區(qū)受到了IL-1β、TNF-α炎癥因子的影響,而姜黃素可以抑制這兩種炎癥因子的表達,減輕繼發(fā)性炎癥對腦的損傷,改善了癲癇發(fā)生相關的病理改變[20]。環(huán)氧酶-2(COX-2)和5-脂氧合酶(5-LOX)是免疫炎癥反應的關鍵調節(jié)因子,可在癲癇發(fā)病過程中產生前列腺素、血栓素、白三烯等代謝產物,這些代謝產物一方面可以誘發(fā)局部炎癥反應,加重神經元缺血缺氧性損傷;另一方面誘發(fā)癲癇的反復發(fā)作及促進癲癇誘導的神經元死亡[21]。林青等[22]研究表明,經過給造模成功的癲癇大鼠腹腔注射姜黃素(100 mg/kg,300 mg/kg)后發(fā)現,姜黃素可以抑制COX-2和5-LOX表達,且跟姜黃素劑量有關,姜黃素高劑量組神經元損傷比姜黃素低劑量組輕。核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體,在癲癇炎癥反應中發(fā)揮重要作用,NLRP3炎性小體可通過Caspase-1依賴的方式把成熟的、功能性的IL-1β加工和釋放[23]。He等[24]在KA致癇大鼠的海馬區(qū)組織中提取總蛋白,進行蛋白質印跡分析,結果觀察到KA組IL-1β、NLRP3和活性Caspase-1表達水平顯著上調,給予姜黃素100 mg/kg灌胃后1周后進行癲癇大鼠誘導的KA+姜黃素組,海馬區(qū)IL-1β、NLRP3和裂解Caspase-1的蛋白表達明顯受到抑制,海馬神經元丟失減少。同樣,吳連連等[25]研究也發(fā)現姜黃素可以通過調節(jié)NLRP3/Caspase-1/IL-1β通路抑制海馬炎性反應來減輕小鼠癲癇發(fā)作Racine分級評分,延長發(fā)作潛伏期。

長時間的癲癇發(fā)作可以激活小膠質細胞和星形膠質細胞,這些細胞可以釋放各種炎癥分子,使神經元過度興奮、神經細胞死亡和癲癇發(fā)生[26]。活化的星形膠質細胞是炎癥反應的誘因之一,會致癲癇的持續(xù)發(fā)作。Kaur等[27]研究表明,姜黃素可以抑制星形膠質細胞和小膠質細胞的活化、抑制GFAP(膠質纖維酸性蛋白,星形細胞激活的生物標記物)和Iba-1(小膠質細胞的激活標志物)蛋白和mRNA的過度表達,表明姜黃素可以有效抑制神經膠質細胞的激活。S100B主要分布于中樞神經膠質細胞中。研究發(fā)現,癲癇患者外周血中S100B水平顯著升高,S100B可以作為癲癇的生物標志物[28]。林青等[29]用氯化鋰-匹羅卡品誘導大鼠癲癇持續(xù)狀態(tài)(SE),予姜黃素300 mg/kg腹腔注射,結果顯示姜黃素降低了匹羅卡品致癇大鼠海馬神經元S100B蛋白表達,抑制了星形膠質細胞的異常活化。姜黃素還被證明通過減少小膠質細胞產生的活性氧(ROS)和細胞因子來保護神經元免受炎癥和神經元損傷[30]。

上述研究均表明姜黃素對于炎癥反應有抑制作用,可以作為一種潛在的抗癲癇藥物,雖然其在人體內是否具有同樣的效果有待進一步研究,但姜黃素的抗癲癇作用為治療癲癇提供了一種新的途徑。

3 抗氧化應激

氧化應激定義為自由基的過度產生,可以顯著改變細胞功能,這些化合物的過度產生與癲癇誘導的神經元死亡有關。一氧化氮(NO)是一種在大腦中發(fā)揮多方面作用的自由基團,多項研究表明,將NO直接注入大鼠的大腦皮質會導致驚厥發(fā)作[31]。NO生成的增強可能為導致癲癇發(fā)作的一種啟動機制[32]。研究顯示,匹羅卡品處理的大鼠海馬區(qū)NO水平顯著增加,口服姜黃素可使匹羅卡品處理后升高的NO水平恢復到對照水平,這可能是由于姜黃素抑制一氧化氮合酶的表達及其清除產生的NO[33]。Sumanont等[34]發(fā)現,姜黃素可以保護KA誘導的神經細胞死亡與其清除NO活性和抗氧化活性有關。當自由基的產生增加或機體防御機制減弱時,它們會攻擊生物膜的多不飽和部位,導致脂質過氧化,從而導致細胞功能障礙,其中丙二醛(MDA)水平的升高是脂質過氧化的標志;谷胱甘肽(GSH)是一種內源性抗氧化劑,可轉化為氧化形式,這種氧化形式的谷胱甘肽能與自由基反應,防止產生有毒的羥基自由基[35]。研究發(fā)現,PTZ點燃可使大鼠腦內MDA含量升高,GSH含量降低,口服姜黃素不僅可降低大鼠大腦和小腦中MDA的含量,提高過氧化氫酶和谷胱甘肽轉移酶的水平,還能顯著延長肌陣攣、陣攣發(fā)作和全身強直-陣攣發(fā)作的潛伏期,改善發(fā)作評分,減少肌陣攣發(fā)作次數[36]。Ahmad[37]用姜黃素預處理SD大鼠后給予鋰-匹羅卡品進行SE誘導,結果顯示姜黃素通過抑制TBARS(脂質過氧化水平)的增加,減輕GSH耗竭來減輕氧化應激水平。Agarwal等[38]研究也表明PTZ點燃引起的MDA水平的升高和GSH水平下降均被姜黃素顯著抑制,可顯著減緩小鼠點燃的進程。Kiasalari等[39]測定姜黃素灌胃的癲癇大鼠癲癇發(fā)作活動度和氧化應激相關指標,結果發(fā)現姜黃素可顯著降低海馬區(qū)組織中MDA、亞硝酸鹽和硝酸鹽的水平,從而減輕氧化應激負荷,保護海馬神經元免受氧化損傷,且降低了苔蘚纖維發(fā)芽和減輕了嚴重的癲癇持續(xù)狀態(tài)。DU等[40]用30,100,300 mg/kg姜黃素治療匹羅卡品致癇大鼠后發(fā)現,100 mg/kg和300 mg/kg劑量的姜黃素可顯著提高小鼠的驚厥閾值,同時可逆轉匹羅卡品致癇大鼠一氧化氮合酶、乳酸脫氫酶、GSH和超氧化物歧化酶的變化。研究發(fā)現,姜黃素清除自由基的能力可能歸功于給氫酚基,姜黃素含有兩個親電的α、β不飽和羰基,可以與GSH等親核化合物反應,生成姜黃素的谷胱甘肽產物[41]。此外,姜黃素在體內通過激活谷氨酰半胱氨酸連接酶(GCL)活性誘導細胞內GSH合成。這些結果顯示了姜黃素能夠有效地平衡氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng),減少氧化應激產物堆積,從而保護神經元,減輕癲癇發(fā)作。

4 調節(jié)離子通道

離子通道是完整的膜蛋白,在神經元興奮和神經元存活中起著至關重要的作用。在神經元的興奮或電信號的傳導中,各種通道蛋白促進了離子在膜上的移動,離子通道中的任何一種失調都可能導致包括癲癇在內的各種神經疾病[42]。谷氨酸介導的細胞損傷在癲癇中是眾所周知的,它導致電壓調節(jié)鈣通道(VGCC)的異常開放,這會導致神經元過度興奮和神經元死亡[43]。姜黃素被證明可通過抑制突觸前電壓門控鈣通道來抑制突觸體內谷氨酸的釋放[44],并且還可以調節(jié)谷氨酸轉運體-1(GLT-1),這對于維持低的細胞外谷氨酸濃度是非常重要的,也是防止谷氨酸在突觸上的興奮作用所必需的[45]。電壓門控Ca2+通道在癲癇發(fā)作過程中起著關鍵作用。電壓門控鈣通道有多種,如由Cav1.1-Cav1.4組成的L型鈣通道,由Cav2.1-Cav2.3組成的P/Q型鈣通道,這些都與癲癇的發(fā)生有關。研究發(fā)現,P/Q型鈣通道α1亞單位(CACNA1A)和GABAA受體δ亞單位(GABRD)蛋白與癲癇發(fā)生密切,CACNA1A是一種突觸前通道蛋白,通過與SNARE蛋白相互作用發(fā)揮鈣轉運功能;相反,GABRD表達在神經元的突觸后膜上[46-47]。Kumar等[48]在注射FeCl3誘導創(chuàng)傷后癲癇后立即給予姜黃素飲食治療4周,結果發(fā)現姜黃素治療的第28天,姜黃素誘導的大鼠CACNA1A的表達比同期癲癇對照組的高出近一倍,GABRD的表達增加了約4.5倍,說明姜黃素減弱了癲癇相關的CACNA1A和GABRD這兩種通道蛋白的下調。Kumar等[49]研究表明,在鐵誘導的癲癇中,鈉通道Nav1.1的表達上調,姜黃素可下調皮質Nav1.1的表達來達到抗癲癇作用。這些結果提示調節(jié)離子通道同樣是姜黃素發(fā)揮抗癲癇的作用機制之一。

5 其 他

最新證據表明,細胞死亡的新機制包括自噬、吞噬、壞死性下垂和下垂,可能都是癲癇發(fā)生的原因[50-51]。研究發(fā)現,在鋰-匹羅卡品誘導的SE,壞死性下垂被激活,加劇了海馬神經細胞凋亡后的神經細胞死亡。自噬起著管家的作用,維持神經細胞的動態(tài)平衡。在SE后早期(約4 h),自噬被激活為海馬神經元的一種自我保護機制,以對抗細胞凋亡和壞死性下垂,兩者之間存在動態(tài)平衡。然而,隨著病情繼續(xù)惡化,自噬和壞死性下垂之間的平衡最終被打破,海馬神經元的自我保護功能崩潰,導致自噬減少[52]。Wang等[52]在SE誘導前分別給予姜黃素灌胃,發(fā)現姜黃素可以通過抑制壞死性下垂的MLKL和RIP-1蛋白的表達,增加自噬的Beclin-1和Lc3蛋白表達水平來保護SE后大鼠海馬神經元損傷。

線粒體是參與一些重要代謝活動的主要細胞器,已觀察到線粒體功能障礙在各種神經退行性疾病的發(fā)病機制中發(fā)揮關鍵作用。研究表明,線粒體功能缺陷可能是顳葉癲癇發(fā)作發(fā)病機制的基礎[53],PTZ處理的大鼠觀察到了包括線粒體腫脹在內的嚴重退行性損傷[54];同樣的,在顳葉癲癇(TLE)患者中也發(fā)現了線粒體功能缺陷以及線粒體超微結構的異常[55],這些結果表明,腦線粒體活性的異常與癲癇誘發(fā)的變化有關。Kaur等[56]觀察了大腦皮質和海馬區(qū)線粒體的超微結構變化,結果發(fā)現動物經PTZ處理后,線粒體膜完整性破壞,線粒體脊扭曲,兩區(qū)基質密度降低,向PTZ動物補充姜黃素能夠逆轉檢測到的結構異常。

腦葡萄糖低代謝被認為是SE后靜止期癲癇發(fā)生的早期標志,Slowing等[57]采用鋰-匹羅卡品誘導大鼠SE模型,在SE發(fā)生前14 d、SE誘導當天和隨后的2 d內給SD大鼠灌胃姜黃素口服200/300 mg/(kg·d),結果發(fā)現姜黃素治療完全防止了葡萄糖低代謝,同時還顯著減少了SE引起的體重損失、神經變性和神經炎癥。

除了癲癇本身會導致認知障礙外,抗癲癇藥物也被證明會導致癲癇患者的認知障礙[58]。Choudhary等[59]研究發(fā)現,姜黃素可能通過調節(jié)中樞單胺能,抑制亞硝化應激和乙酰膽堿酯酶活性來減輕點燃動物的癲癇發(fā)作嚴重程度、抑郁樣行為和記憶障礙。Mehla[60]采用高架迷宮和被動回避實驗評估大鼠認知功能障礙,結果發(fā)現,與單獨使用PTZ的大鼠相比,服用姜黃素的大鼠在被動回避范式中的保留潛伏期顯著延長,在高架+迷宮中的保留傳遞潛伏期顯著縮短,說明預先給予姜黃素可改善點燃大鼠的認知功能。

這些結果提示姜黃素可以從多方面發(fā)揮抗癲癇的作用,因此,需要進一步闡明姜黃素的作用及其分子機制,有望其在臨床治療癲癇發(fā)揮重要作用。

6 小 結

最近的臨床前研究表明,姜黃素對癲癇及其相關疾病有用,暫時未見明顯不良反應[61]。姜黃素具有良好的抗驚厥作用,但由于其較差的水溶性和較低的生物利用度,其臨床應用一直受到限制[62]。此外,姜黃素由肝臟代謝,并通過腎臟排泄,因此較少的姜黃素可以到達大腦。為了克服這一問題,不同的方法被研究出來,如將姜黃素包裹在納米粒、脂質體和聚合物結合物等物質中以提高姜黃素生物利用度。與西藥相比,傳統(tǒng)中藥具有良好的安全性,并且不良反應較少,適用于更多的患者。姜黃素的抗癲癇作用已在多種慢性癲癇模型中得到證實,其療效也得到了肯定,在癲癇疾病中的作用機制研究也越來也深入。因此,作為治療癲癇疾病十分有潛力的一種藥物,姜黃素的作用及其分子機制仍需繼續(xù)研究。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。