摘要:中医药长期的临床实践证明人参具有抗痴呆、促进学习记忆的作用。而人参皂甙Rg1 已被证实是人参促智抗痴呆作用的主要有效成分。近年来针对人参皂甙Rg1 在促智抗痴呆方面的具体作用环节及作用机理开展了许多的相关研究,证明了其具有多靶点、多环节综合治疗的特点,这些研究为人参皂甙Rg1在临床上更好的运用提供了科学的理论依据。
关键词:人参皂甙Rg1 ;抗痴呆;学习记忆;促智作用
中医学早在《神农本草经》中就有记载人参具有“开心益智”的功效,近年来人参在抗衰老,促进学习记忆方面的作用研究更是受到了人们的广泛关注。人参皂甙Rg1 已被证实是人参促智作用的主要有效成分〔1〕。本文就近年来在这方面的研究综述如下。
1 对学习记忆的行为学影响研究 刘 等〔2〕通过采用开阔实验、斜板实验、爬杆试验、牵引实验,比较27 月龄老年大鼠与青年大鼠之间在新环境的探究活动和协调平衡运动能力方面的差异,以及人参皂甙Rg1 对老年大鼠行为活动的改善作用,观察后得出:给药后老年大鼠方格间穿行次数和直立的次数明显增加,并且活动的范围也有了选择;此外,给药老年大鼠完成行为操作的能力也显著增强。证明了人参皂甙Rg1 可剂量依赖性地改善老年动物衰退的行为活动功能。杨迎〔3〕证实了较长期给予Rgl 可促进小鼠成年后的学习和记忆获得过程,表现为在跳台法实验中动物错误次数减少,在避暗法实验中,动物错误次数减少,错误百分率降低和进入暗室的潜伏期延长。胡圣旺等〔4〕运用Morris 水迷宫观察人参皂甙Rg1 对慢性应激大鼠的空间学习和记忆能力的影响,发现应激组大鼠在第8 、9 天的训练潜伏期明显延长,在第10 天的空间觅向能力训练中,动物在四个象限无目的游动,花费的时间百分比在四个象限中无明显差异。人参皂甙Rg1 低剂量组除第5 个平均训练潜伏期较应激组明显缩短外,其与应激组无显著差异。人参皂甙Rg1 高剂量组的训练潜伏期和空间觅向时间较应激组均明显缩短。王晓英等〔5〕应用Morris 水迷宫同样证明了人参皂甙Rg1 对β2淀粉样蛋白(β2AP) 诱导的记忆能力损害小鼠模型具有显著的记忆改善作用。
2 对不同学习记忆损伤模型影响的研究
211 对特异性病理产物诱导模型的影响
以测定神经元细胞培养上清中的乳酸脱氢酶(LDH) 释放度来检测人参皂甙Rg1 对β2淀粉样蛋白(β2AP) 诱导原代培养海马及皮质神经元损伤的影响,发现经终浓度为01 4μmol/ L 的β2AP 诱导损伤12 h ,神经元细胞培养上清中的LDH 释放度明显升高;人参皂甙Rg1在10μmol/ L , 20μmol/ L 浓度时均能使LDH 的释放度显著减少。表明人参皂甙Rg1 在一定剂量范围内能对抗β2AP 诱导的神经元损伤,表现出对神经元一定程度的保护作用〔6〕。
212 对慢性应激大鼠模型的影响
采用电击足底结合噪音建立慢性应激大鼠模型,给予人参皂甙Rg1 后发现:腹腔注射50 mg/ kg 人参皂甙Rgl 对慢性应激引起的空间学习和记忆能力下降,海马神经元数量减少,海马突触体内游离钙浓度增高有明显保护作用,而注射10 mg/ kg 人参皂甙Rgl 的效果不明显,提示人参皂甙Rgl 对慢性应激性认知障碍有保护作用〔4〕。
213 对缺血再灌注损伤模型的影响
培养的小鼠胎鼠大脑皮层神经细胞缺血/ 再灌注损伤后,细胞出现明显损伤性变化,神经细胞活性降低,电镜观察显示神经细胞呈变性至坏死等不同程度的损伤,死亡率明显升高,培养上清液中乳酸脱氢酶(LDH) 释放量增加,而细胞匀浆中超氧化物歧化酶(SOD) 含量明显减少,丙二醛(MDA) 生成显著增多。人参皂甙Rg1 60μmo1/ L 能抑制缺血/ 再灌注引起的损伤性改变,培养上清液中LDH 释放减少,而细胞匀浆中SOD 含量明显增加,MDA 生成显著降低,提示人参皂甙Rg1 对神经细胞有明显的抗缺血效应〔7〕。
214 对神经细胞毒损伤模型的影响
以培养14天的神经细胞为研究对象,观察谷氨酸( Glu) 对大鼠海马神经元的毒性作用。结果发现神经细胞经Glu 500pmol/ L 处理后,细胞的折光度下降、LDH 释放率明显增加、细胞的死亡率也明显升高,表明该浓度下的Glu对培养的大鼠海马神经元有较大的毒性作用。以此为对照,将不同浓度的人参皂甙Rg1 与神经细胞共同培养13 天后,再加Glu 进行处理,结果人参皂甙Rg1 对LDH 释放百分率无明显影响,但可使细胞死亡率明显降低,表现出对神经细胞的保护作用〔8〕。
215 对全脑缺血模型鼠的影响
对全脑缺血沙土鼠的研究显示长期给予人参皂甙Rg1 可以显著提高海马区新生功能细胞的存活率,保护CA1 区神经元细胞免受缺血性损害;同时明显改善全脑缺血对沙土鼠被动回避记忆能力造成的损伤,并提高动物的空间学习记忆能力。其机制可能与促进海马区神经再生功能以及保护CA1 区神经元有关〔9〕。
3 对形态学影响的研究
311 对小鼠脑重及脑皮层厚度的影响
人参皂甙在促进幼年动物身体发育的同时促进脑神经发育,通过测定小鼠脑重及脑皮层厚度,表明人参皂甙Rg 1可增加小鼠的脑重及脑皮层厚度〔3〕。
312 对海马神经细胞的影响
运用突触定量技术,发现较长期给予不同浓度的人参皂甙Rg1 ,可使发育期幼鼠海马CA3 区锥体细胞上层的突触数目明显增加〔3〕。Timm 染色显示海马CA3 苔藓纤维明显出芽增加〔10〕。用大鼠海马神经细胞原代培养的实验模型,观察人参皂甙Rg1 对原代培养的大鼠海马神经细胞生长的影响,发现人参皂甙Rg1 可明显延长培养神经细胞的存活时间、降低神经细胞的死亡率〔8〕。
313 对神经细胞膜流动性的影响
研究发现,胎鼠与新生鼠(出生3 天) 间、青年鼠(3 月龄) 与成年鼠(9 月龄) 间膜流动性差异无显著性。青年鼠和成年鼠膜流动性明显低于新生鼠,老年鼠(27 月龄) 膜流动性明显低于青年鼠和成年鼠。提示,膜流动性的变化可作为脑老化的一个指征。人参皂甙Rg1 对老年鼠神经细胞膜流动性影响的实验表明:人参皂甙Rgl 可显著增加老年鼠膜流动性。证明了人参皂甙Rgl 可通过改善神经细胞膜流动性而发挥脑细胞保护作用〔11〕。
4 对促进学习记忆作用中枢机制影响的研究
411 对胆碱能系统的影响
以往的研究证明老年性痴呆患者表现出基底节、前脑中胆碱能神经元退行性变,海马、新皮层中的胆碱能神经出现老年斑,单个纤维损伤及神经纤维缠结,皮层、脑脊液中乙酰胆碱酯酶活性下降。有研究〔12〕认为,人参皂甙Rgl 可增加胆碱能系统中乙酰胆碱的合成和释放,增强脑突触受体对胆碱的提取,同时提高M 型胆碱受体的密度。Yamaguchi 等〔13〕发现,给东莨菪碱所致认知功能损害的大鼠重复腹腔注射人参皂甙Rgl 可提高大鼠的反应正确率和中隔胆碱乙酰转移酶(choline acetyl t rans2ferase , ChAT) 的活性并发生作用,但斜索、尾状核和海马的ChAT 的活性却无变化。
412 对多巴胺系统的影响
已知多巴胺(DA) 系统与锥体外系运动的控制、脑垂体激素的分泌、边缘系统精神活动的调节有关,中脑大脑皮层DA 系统主要参与认知功能。Chen XC 等〔14〕研究发现人参皂甙Rgl预处理,在DA 诱导的PC12 细胞凋亡过程中,bcl22 蛋白和mRNA 表达较单纯DA 处理组增高,而bax 蛋白和mRNA 表达则有所减低。人参皂甙Rg1 预处理对帕金森(PD) 模型鼠黑质神经元有明显的保护作用,进一步研究表明其作用机制可能是通过清除细胞内活性氧(ROS) ,阻断JN K 细胞调亡通路激活,调节bcl22 、Bax 蛋白表达水平起作用〔15〕。
413 对NO 系统的影响
NO 具有第二信使和神经递质的性能,参与突触传递、长时程增强(L TP) 和长时程抑制(L TD) 的形成、调节脑血流量等多种生理功能,同时在一定条件下又能对神经细胞产生毒性作用。研究显示:成年鼠(9 月龄) 与青年鼠(3 月龄) NO含量及NOS 活性无显著性差异。老年鼠(27 月龄) 脑皮层NO 含量明显高于青年鼠和成年鼠,NOS 活性也明显增高。老年鼠给予人参皂甙Rg1 后可显著减少大脑皮层NO 含量和降低NOS 活性。提示NO 与衰老关系密切,人参皂甙Rg1 的抗衰老作用与其对NOS活性的抑制有关〔16〕。
414 对钙平衡系统的影响
钙自体平衡失调学说是近年提出的解释老年性痴呆病因的新假说。该学说认为随着年龄的增长,机体逐渐出现钙自体平衡失调。研究发现人参皂甙Rg1 可明显抑制50 mmol/ LKCl 诱导的大鼠海马突触体内钙离子浓度升高的效应,并增加海马突触体膜上Na + , K+2ATP 酶的活性,但对Ca2 + , Mg2 +2ATP 酶和钙调蛋白活性无明显影响。实验结果提示,人参皂甙Rg1 降低突触体内Ca2 +浓度的机制之一在于提高了Na + , K+2ATP 酶活性,导致Na + / Ca2 + 交换增加。其对抗谷氨酸介导的神经毒性作用,实验证明机制也在于选择性抑制大剂量谷氨酸引起的钙离子浓度异常升高〔1〕。
415 对长时程增强效应的影响
L TP 及L TD是形成记忆的基础,以雄性健康Wistar 大鼠离体海马脑片为实验对象,从神经细胞水平观察人参皂甙Rg1对海马脑片细胞电生理变化的影响。发现人参皂甙Rg1 显著提高海马脑片细胞外电生理PS 波幅,能够促进海马脑片长时程增强效应的形成与巩固〔17〕。通过记录麻醉大鼠海马齿状回颗粒细胞群体峰电位发现人参皂甙Rg1 (10 nmol / L ,100nmol / L) 可提高麻醉大鼠的基础突触传递,诱导海马齿状回突触传递L TP 并提高高频刺激所诱导的L TP。对基础突触传递无明显影响〔18〕。研究〔10〕还显示人参皂甙Rg1 可显著降低诱发PS 的阈值,提高清醒自由活动大鼠的突触传递效能,诱导L TP 形成,停药3 天后,L TP 仍可维持。同时齿状回颗粒细胞层及齿状回门区突触生长相关因子GAP243 表达显著增加。
416 对细胞凋亡基因的影响
有文献〔19〕报道人参皂甙Rg1 可以保护神经细胞DNA 免于断裂,具有抗凋亡作用。Rg1 10 μmol/ L 抑制凋亡作用最强。c2fos 基因的表达和Fos 蛋白的生物合成对于易化学习记忆过程至关重要〔20〕。在给大鼠连续腹腔注射人参皂甙Rg1 5 天之后,观察到人参皂甙Rg1 能明显促进c2fos 基因的表达,使大鼠海马细胞内c2fos mRNA 和Fos 蛋白的水平显著提高。有研究观察了人参皂甙Rg1 对青、老年大鼠海马细胞水平的影响,结果发现老年大鼠的海马组织中cAMP、cGMP 水平均明显降低,但人参皂甙Rg1 在连续给药5 天后,能选择性增加大鼠海马组织cAMP 的含量,使cAMP/ cGMP 的比值明显增加,提示人参皂甙Rg1 促进青、老年鼠海马组织c2fos 基因的表达的机理之一在于提高了该组织中cAMP 的水平。cAMP 依赖的磷酸二酯酶(cAMP2PDE) 在调控细胞内cAMP 水平方面起着决定性作用,但该酶的活性随着年龄的增长而明显增加。相关研究也观察到,老龄大鼠海马组织中的cAMP2PDE 的活性明显高于青年鼠,但人参皂甙Rg1 在连续给药5 天后,可明显抑制青、老年鼠的cAMP2PDE 活性。离体实验证明其IC50分别为(5611 ±8134) μmo1/ L 和(361 7 ±6157) μmo1/ L 。体外实验还证明,人参皂甙Rg1 对cAMP2PDE 的抑制作用是可逆的,并呈反竞争性抑制。值得注意的是, 人参皂甙Rg1 对cAMP2PDE ,cAMP 水平、c2 fos 基因的表达所表现出来的量效关系十分相似,提示人参皂甙Rg1 通过抑制大鼠海马组织的cAMP2PDE 而减少对cAMP 的水解,导致cAMP 水平升高;而后者则促进了c2fos 基因的表达,产生多种生物学效应〔21〕。
417 对细胞信号通路的影响
细胞凋亡的信号传导通路有多条,其中CDK是一组调节细胞周期运行及速率的蛋白激酶,当CDK 与细胞周期蛋白结合后,并经磷酸化/ 脱磷酸化修饰后具有活性。CDK参与调节细胞凋亡是通过影响细胞周期运行的速率而进行。其中CDK4 在细胞的周期调控中起着重要的作用,活化的CDK4 能使pRB 磷酸化,从而在G1/ S 限制点调节细胞周期。有研究显示人参皂甙Rg1 可通过抑制CDK42pRB2E2Fl 信号传导通路及Caspase23 的激活,减少Ab1240 诱导的大鼠皮层神经元凋亡〔22〕。另有研究显示人参皂甙Rgl 可能通过激活端粒酶活性和减少端粒长度缩短而发挥其抗t2BHP 诱导的W1238 细胞衰老作用〔23〕。
综上所述,人参皂甙Rg1 对学习记忆的促进作用已被动物实验及离体细胞培养实验所证实,并从促进神经递质释放,减轻兴奋性毒性,增强第二信使活性,促进突触可塑性,提高受体密度及分子生物学等角度对其促进学习记忆的机理进行了广泛的研究探讨,这些研究所取得的结果为人参皂甙Rg1 在临床上更好的运用提供了科学的理论依据。但是,有关人参皂甙Rg1 对蛋白组学功能方面的研究未见报道,随着人类基因组学与蛋白组学的发展,新的科研技术与方法的应用,人参皂甙Rg1 作用的多基因相关性、蛋白组学定位,以及其它药理作用靶点将会在未来的研究工作中得到更进一步的阐明。
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