任志麗,左萍萍
自從1992年Reynolds等從成年小鼠紋狀體中分離出了能在體外不斷分裂增殖、具有多種分化潛能的神經(jīng)干細胞(neural stem cells,NSCs)以來,已經(jīng)過去了二十多年。這一發(fā)現(xiàn)不僅對中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)發(fā)育成熟后不可再生理論提出了挑戰(zhàn),也為CNS損傷修復(fù)及功能重建帶來了希望,成為生命科學(xué)中最具影響力的研究領(lǐng)域之一。隨著對干細胞研究的加深,我國中醫(yī)藥學(xué)者認(rèn)為,干細胞與中醫(yī)基礎(chǔ)理論中的“先天之精”密切相關(guān),是先天之精在細胞層次的存在形式[1],為中醫(yī)藥的現(xiàn)代化研究提供了一個新的結(jié)合點。
對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患,中醫(yī)學(xué)有著獨特的認(rèn)識,并積累了豐富的治療經(jīng)驗。近年,中藥有效成分或方劑與腦內(nèi)NSCs的關(guān)系研究不斷被報道,使人們以新的視角了解到中藥的作用機制,為其臨床應(yīng)用提供了現(xiàn)代理論基礎(chǔ)。本文介紹中藥對神經(jīng)發(fā)生不同階段及內(nèi)環(huán)境的作用,及其對CNS主要幾種疾患的實驗研究結(jié)果,并盡可能結(jié)合祖國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)理論進行闡述。
成年哺乳動物腦內(nèi)神經(jīng)發(fā)生受各種因素的調(diào)節(jié),包括生理因素與病理因素。研究表明,青年鼠的單側(cè)海馬每天約產(chǎn)生200~300個細胞,其中約有100~150個存活,占海馬齒狀回全部神經(jīng)細胞總數(shù)的0.03%,而這個數(shù)目會隨著年齡增加而逐漸減少。NSCs的增殖不僅受內(nèi)在基因調(diào)控,還受所處微環(huán)境的影響。促其增加的因素有豐富環(huán)境、學(xué)習(xí)、運動、能量限制、部分生長因子等;抑制神經(jīng)發(fā)生的因素有阿片類物質(zhì)、衰老、應(yīng)激、腦氧化應(yīng)激損傷、腦組織機械損傷等。
中醫(yī)學(xué)認(rèn)為,神經(jīng)功能缺損通常是腎精不足、腦海空虛,痰瘀互結(jié)所致。因此一些補虛藥或活血化瘀藥可能有利于NSCs的增殖。陳東風(fēng)等觀察補腎中藥龜板對腦缺血損傷模型大鼠的作用,發(fā)現(xiàn)經(jīng)龜板治療7 d后,缺血區(qū)NSCs的標(biāo)記蛋白巢蛋白(nestin)大量表達,提示龜板可以促進腦內(nèi)NSCs的增殖,有助于損傷后神經(jīng)組織的重建[2]。此外,人參皂苷Rg1[3]、川芎嗪[4]、遠志[5]、刺五加[6]、銀杏內(nèi)酯和槲皮素[7]等中藥單味藥或有效成分可明顯增加成年大鼠腦內(nèi)標(biāo)記的干細胞數(shù)目,促進NSCs增殖。一些補益肝腎的方劑如補陽還五湯(黃芪、當(dāng)歸、川芎、赤芍、地龍、紅花、桃紅)[8]、左歸丸(熟地黃、懷山藥、枸杞子、山茱萸、菟絲子、牛膝、鹿角膠、龜板膠)等[9]均可顯著增加nestin陽性細胞的比率,明顯增加缺血大腦海馬NSCs的增殖與存活,從而促進、增強突觸的再建,達到神經(jīng)修復(fù)的目的。
目前中藥促NSCs增殖的詳細機制尚不十分明確,可能與促進腦內(nèi)堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、血管內(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)、血小板衍化生長因子(PDGF)等細胞因子的表達有關(guān),這些因子對NSCs的增殖與分化有重要的影響。
在研究NSCs的分化調(diào)控機制中,使其向特定的神經(jīng)元分化是神經(jīng)再生研究的關(guān)鍵,而這一調(diào)控機制是極為復(fù)雜的。諸如信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3(STAT3)、堿性螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH)基因家族在調(diào)節(jié)細胞命運和神經(jīng)干/前體細胞分化中是重要的細胞信號分子。
黃芩提取物黃芩苷增加微管相關(guān)蛋白-2(MAP-2)陽性細胞率,減少膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)陽性細胞數(shù),同時下調(diào)p-STAT3和Hes1的表達,而上調(diào)NeuroD1和Mash1的表達,提示黃芩苷促進神經(jīng)元方向分化而抑制膠質(zhì)細胞的產(chǎn)生[10]。
具有活血化瘀作用的三七皂苷明顯促進NSCs增殖和nestin/BrdU的表達,另外也提高海馬NSCs表達Tuj-1、vimentin、nestin mRNA。在氧糖剝奪損傷中,三七皂苷可以顯著增加nestin/BrdU、nestin/vimentin和nestin/Tuj-1陽性細胞的面積密度、光密度和細胞數(shù)目,促進海馬NSCs的增殖和分化,在腦缺血損傷后神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)再生方面有著潛在的治療價值[11]。
Chen等觀察到龜板膽甾醇(+)-Cholesten-3-one能促進多巴胺能特異性標(biāo)志物TH、DAT、多巴胺脫羧酶表達的增加,以及多巴胺分泌的增加,并且通過BMP信號誘導(dǎo)NSCs向多巴胺能神經(jīng)元分化,可能用于治療帕金森病[12]。
靈芝孢子能夠促進大鼠受損傷脊髓中央室管膜細胞增殖,少數(shù)增殖后的細胞能分化成為NSCs、神經(jīng)元樣細胞、少突膠質(zhì)樣細胞和星形膠質(zhì)樣細胞[13]。
當(dāng)前,許多學(xué)者正在尋找能夠誘導(dǎo)NSCs分化和遷移的藥物成分,以期達到修復(fù)受損神經(jīng)細胞的目的。
丹參是一種常用于治療心血管疾病的中草藥,能誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)細胞向神經(jīng)元方向分化,提示丹參不僅對神經(jīng)細胞具有保護作用,還可能通過其他途徑修復(fù)受損的神經(jīng)元。郭國慶等采用Boyden小室觀察細胞遷移的情況,發(fā)現(xiàn)20 mg/L、40 mg/L的丹參素可明顯促進NSC的遷移,80 mg/L時作用最強。而另一種水溶性的丹酚酸在40 mg/L時促遷移作用最強。在小鼠腦室內(nèi)注射上兩種成分2周后,可見側(cè)腦室內(nèi)、外側(cè)nestin陽性細胞明顯增加,在腦皮質(zhì)和尾殼核均可見大量陽性細胞,并有明顯的細胞突起[14]。
中藥促神經(jīng)再生研究顯示了良好的前景,但目前研究的深度和系統(tǒng)性不夠。如系統(tǒng)觀察中藥對整體行為功能與基因組學(xué)的關(guān)系、中樞神經(jīng)再生各個階段相關(guān)基因表達及蛋白質(zhì)的改變等。這里介紹Zhao等對山茱萸環(huán)烯醚萜苷(CIG)的神經(jīng)保護研究[15]。CIG是從中藥山茱萸提取的主要成分,可以改善腦缺血大鼠的神經(jīng)生物學(xué)功能。行大鼠傘-穹窿橫斷術(shù)后,以CIG灌胃給藥(20、60、180 mg/kg),每天1次,連續(xù)4周。采用Morris水迷宮和避暗實驗進行記憶能力的評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)記憶損傷明顯改善。免疫組化結(jié)果顯示海馬神經(jīng)元的丟失減輕。模型組大鼠海馬區(qū)神經(jīng)生長因子(NGF)及其受體TrkA、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、突觸素(SYP)和Bcl-2的表達下降,細胞色素C(Cyt C)和Bax的表達升高。而TrkB和生長相關(guān)蛋白43(GAP-43)的表達沒有改變。給予CIG治療后可以明顯提高NGF、TrkA、BDNF、SYP、GAP-43和Bcl-2的表達并降低Cyt C和Bax水平。提示CIG可以有效對抗傘-穹窿橫斷術(shù)導(dǎo)致的認(rèn)知功能障礙,其機制可能與提供一個有益的腦修復(fù)環(huán)境進而促進神經(jīng)元存活有關(guān)。
臺灣學(xué)者利用整體神經(jīng)功能性研究和基因組學(xué)技術(shù)探討補陽還五湯對缺血性腦卒中小鼠的神經(jīng)保護作用[16]。補陽還五湯是一首著名方劑,幾個世紀(jì)以來在傳統(tǒng)中醫(yī)藥臨床中被常常用來治療腦卒中后導(dǎo)致的殘疾,但其神經(jīng)保護機制仍不清楚。他們采用ICR雄性小鼠,通過大腦中動脈阻塞再灌注損傷造成急性缺血性腦卒中。采用補陽還五湯0.5、1.0 mg/kg缺血后2 h灌胃給藥,每天2次,聯(lián)合重組組織型纖溶酶原激活劑(rt-PA)10 mg/kg靜脈注射、NMDA受體拮抗劑MK-801 0.2 mg/kg腹腔注射進行治療。發(fā)現(xiàn)補陽還五湯可以保護小鼠對抗腦卒中損傷,延長生存期,其機制包括上調(diào)神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)基因,下調(diào)炎癥、凋亡、血管發(fā)生和血液凝固等相關(guān)基因。補陽還五湯治療后這些基因的變化是有益的。
隨著NSCs的發(fā)現(xiàn),以往有關(guān)治療腦卒中的實驗研究已從關(guān)注其神經(jīng)保護機制而轉(zhuǎn)向內(nèi)源性神經(jīng)功能重建與修復(fù)方面。中醫(yī)藥療法能對缺血后腦內(nèi)內(nèi)源性NSCs激發(fā)給予一定的誘導(dǎo),顯示出治療潛能,成為當(dāng)前腦缺血治療的研究熱點。
人參常被用于腦卒中和慢性消耗性疾病的治療,人參皂苷是其主要的有效成分,但治療機制沒有完全明了。鄭國慶等觀察大鼠行永久性大腦中動脈阻塞術(shù)前3 d腹腔注射人參總皂苷25 mg/kg·d,第14天與模型組比較,治療組大鼠獲得較高的神經(jīng)功能評分,并且BrdU+/NeuN+細胞數(shù)在損傷側(cè)側(cè)腦室下區(qū)和缺血區(qū)域顯著增加,與神經(jīng)功能評分呈明顯相關(guān)[17]。川芎嗪對上述模型,通過減小梗死體積、減少神經(jīng)元丟失和水腫而起到保護腦的作用。川芎嗪不僅可以增加側(cè)腦室下區(qū)BrdU+細胞數(shù),而且刺激細胞分化。治療后皮層和齒狀回的神經(jīng)型一氧化氮合酶(nNOS)表達下降。提示川芎嗪可以減輕缺血性腦損傷,促進細胞增殖和分化,可能與降低nNOS的表達有關(guān)[4]。
黃芩苷在體外可以促進神經(jīng)干/前體細胞向神經(jīng)元分化。莊等利用短暫性腦缺血造模7 d后,給予黃芩苷3周,發(fā)現(xiàn)黃芩苷可以增加海馬區(qū)新生細胞的數(shù)量;BrdU/NeuN雙染實驗表明,黃芩苷可以促進缺血后神經(jīng)元的生成;Morris水迷宮實驗顯示黃芩苷可以改善認(rèn)知障礙,提示其臨床上可以作為腦修復(fù)的候選藥物[18]。他們還發(fā)現(xiàn)丹酚酸B以劑量、時間依賴性的方式顯著促進和維持了神經(jīng)干/前體細胞的自我更新和促增殖作用,并且可以改善腦卒中后大鼠的認(rèn)知障礙[19]。
Xu等用藏藥甘青青蘭提取物DME(含52%總黃酮)30 mg/kg連續(xù)灌胃7 d,假手術(shù)組和永久性局灶性腦缺血大鼠額皮質(zhì)BDNF mRNA及蛋白表達水平增加,缺血大鼠海馬也有同樣的增加。DME增加缺血性大鼠額皮質(zhì)和海馬神經(jīng)營養(yǎng)因子3(NT-3)mRNA與蛋白表達,而對假手術(shù)大鼠無效;另外,DME還可以降低假手術(shù)、缺血大鼠海馬區(qū)的丙二醛(MDA)含量,增加額皮質(zhì)和海馬區(qū)的內(nèi)源性抗氧化活性,如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)。DME還促進腦缺血后的神經(jīng)行為恢復(fù)。這些結(jié)果表明DME通過抗氧化和促進神經(jīng)營養(yǎng)因子的合成保護腦免受缺血性損傷[20]。
唐巍分別觀察了益氣活血代表方腦絡(luò)欣通和補腎生髓方左歸丸對腦缺血大鼠NSCs增殖、分化的效應(yīng),發(fā)現(xiàn)兩藥作用均與神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達有關(guān),前者以BDNF表達上調(diào)為主,后者以bFGF表達上調(diào)為著[21]。
地黃梓醇為熟地的提取物。前期研究證實它并非膽堿酯酶抑制劑(AchEI),但可以改善整體動物和離體細胞實驗中記憶能力的下降。Xia等采用β淀粉樣蛋白(Aβ)聯(lián)合谷氨酸受體激動劑導(dǎo)致動物記憶力下降,將地黃梓醇與AchEI藥多奈哌齊的作用機制進行比較。發(fā)現(xiàn)多奈哌齊和地黃梓醇組在灌胃治療2~3個月后,學(xué)習(xí)和記憶能力提高。在特定的劑量范圍內(nèi),多奈哌齊僅部分提高M受體密度和膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)活性,但仍然低于正常對照組,但是地黃梓醇可以使得這兩參數(shù)恢復(fù)到正常水平。另外地黃梓醇可提高腦內(nèi)以及體外Aβ25-35損傷實驗中的BDNF水平。由于BDNF是神經(jīng)退行性疾病中一個重要的內(nèi)源性保護因子,所以認(rèn)為地黃梓醇在Aβ聯(lián)合谷氨酸受體激動劑誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性疾病中是一個潛在的活性藥物[22]。
姜黃素是從姜科植物中提取的一種相對質(zhì)量小的酚類物質(zhì),研究發(fā)現(xiàn),它具有抗氧化、抗炎、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)保護作用,包括可以提高人類的認(rèn)知功能。Dong等探討了姜黃素的神經(jīng)保護作用機制[23]。老年大鼠在食用6周和12周含姜黃素的飼料后(平均3 mg/d),其行為在運動能力評價試驗如曠場、轉(zhuǎn)桿實驗中均有改善,且海馬區(qū)齒狀回BrdU+細胞數(shù)明顯增殖。另外,外顯子芯片分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)姜黃素涉及神經(jīng)傳遞、神經(jīng)發(fā)育、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)相互作用系統(tǒng),表明姜黃素可能通過作用于生長和可塑性不同的基因,促進神經(jīng)發(fā)生和提高認(rèn)知。
銀杏葉提取物EGb761在臨床上用于治療AD。前期研究發(fā)現(xiàn),它可以體外抑制Aβ的寡聚化,保護神經(jīng)元免受Aβ毒性,提高AD模型(Tg2576)小鼠的認(rèn)知能力。Tchantchou等采用復(fù)合轉(zhuǎn)基因小鼠模型TgAPP/PS1,觀察EGb761對神經(jīng)發(fā)生和環(huán)腺苷酸應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(CREB)的影響[24]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)EGb761明顯促進青年(6月齡)和衰老(22月齡)TgAPP/PS1小鼠海馬區(qū)細胞增殖,劑量依賴性增加神經(jīng)前體細胞(NPC)的數(shù)量(體外)。另外可以減輕小鼠海馬區(qū)Aβ的寡聚化和恢復(fù)CREB磷酸化。這些結(jié)果表明,EGb761可以促進神經(jīng)發(fā)生,并通過CREB激活介導(dǎo),這一現(xiàn)象有益于AD的預(yù)防和治療。
新疆草花提取物(GHE)是一種產(chǎn)于新疆的有促智作用的民間藥物。本課題組前期采用Morris水迷宮和避暗實驗研究發(fā)現(xiàn),GHE能明顯改善腦內(nèi)注射Aβ[25]或鵝膏蕈氨酸(IBO)[26]致癡呆大鼠模型的學(xué)習(xí)記憶障礙。其作用機制與降低腦內(nèi)CAT和升高GSH-PX抗氧化活性,抑制核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB激活,降低Bax/Bcl-2比例和caspase-3的表達,減少細胞凋亡相關(guān)。此外,GHE還能提高Ca2+-ATP酶活性,升高腦內(nèi)鈣結(jié)合蛋白-D28的含量。在抗炎方面,內(nèi)源性腦內(nèi)白細胞介素(IL)-1RA/IL-1β比值明顯增加也是其重要機制之一。近來,劉雁勇等進一步觀察GHE對衰老大鼠的作用,發(fā)現(xiàn)口服給藥35、70和140 mg/kg治療后,大鼠腦海馬CA1區(qū)神經(jīng)元特異性核蛋白NeuN、增殖細胞核抗原(PCNA)和NPC都有顯著增加[27]。這表明GHE通過對神經(jīng)微環(huán)境的改善促進了神經(jīng)發(fā)生,GHE可以成為延緩衰老相關(guān)認(rèn)知障礙或治療AD的有效藥物。
Yang等觀察復(fù)智散對快速老化小鼠SAMP-8腦內(nèi)NSCs的作用[28]。復(fù)智散是由人參、黃芩、石菖蒲和甘草組成的中藥復(fù)方制劑,被用于治療老年性癡呆16年以上,但其機制尚不清楚。他們采用衰老小鼠模型,觀察復(fù)智散水溶性提取物對其認(rèn)知功能的影響及其藥理學(xué)依據(jù)。結(jié)果顯示復(fù)智散提高SAMP-8小鼠的認(rèn)知能力。復(fù)智散2.4、4.8 g/kg促進海馬區(qū)的神經(jīng)發(fā)生和BrdU+細胞的長時間存活而不影響B(tài)rdU+神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的比例。另外復(fù)智散也可以增加8月齡SAMP-8小鼠側(cè)腦室下區(qū)BrdU+細胞數(shù)。表明復(fù)智散通過促進NPC的增殖而上調(diào)神經(jīng)發(fā)生,延長海馬齒狀回新生細胞的存活時間。因此可用于老年癡呆尤其是AD的治療。
帕金森病是一種慢性神經(jīng)退行性運動障礙疾病,以黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元減少為主要特征。延緩或逆轉(zhuǎn)神經(jīng)退行性過程的治療手段受到越來越多的重視。Sun等發(fā)現(xiàn)玄參苷,一種源于傳統(tǒng)中醫(yī)藥玄參的環(huán)烯醚萜類化合物,可以保護多巴胺能神經(jīng)元免受MPTP/MPP+的神經(jīng)毒性作用,其保護作用可以被吡唑并嘧啶1(PP1)和GDNF抗體所抵消[29]。它通過增加膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)的表達而減輕MPTP/MPP+誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元損傷和運動障礙。
關(guān)于龜板膽甾醇(+)-Cholesten-3-one能促進NSCs向多巴胺能神經(jīng)元有效分化,可對帕金森病起保護作用[12]。
一般而言,抗抑郁藥在服藥幾周后才發(fā)揮作用。多個世紀(jì)以來,中國用附子治療精神障礙疾患。Yan等發(fā)現(xiàn),源于附子的一種新的水溶性多糖——附子多糖,可以增加成年小鼠齒狀回新生細胞的數(shù)量,而且大多數(shù)隨后分化為新神經(jīng)元。附子多糖可減少強迫游泳實驗中小鼠的不動時間,縮短“新奇飲食抑制實驗”中的潛伏期。另外附子多糖給藥14 d可以逆轉(zhuǎn)慢性挫敗性應(yīng)激實驗中的回避行為和海馬區(qū)神經(jīng)發(fā)生的抑制。而常用抗抑郁藥丙咪嗪在連續(xù)灌胃4周后才能逆轉(zhuǎn)回避行為。最后,急性給予附子多糖對額葉皮質(zhì)單胺水平?jīng)]有影響,反而增加海馬區(qū)BDNF水平。在慢性社會性挫敗性模型試驗中,附子多糖的抗抑郁作用和細胞增殖的增加可以完全被TrkB抑制劑K252a所抵消,表明附子多糖的神經(jīng)發(fā)生和抗抑郁效應(yīng)涉及BDNF信號通路[30]。附子多糖可以作為潛在的快速起效的抗抑郁藥。
人參皂苷Rg1是人參提取物中主要的生物活性成分,它低毒,有著廣泛的神經(jīng)保護作用。Jiang等報道,Rg1在慢性輕度應(yīng)激(CMS)抑郁模型小鼠中的作用[31]。結(jié)果顯示,人參皂苷Rg1在小鼠強迫游泳和懸尾實驗中顯示了抗抑郁效應(yīng),而沒有影響其自發(fā)活動。Rg1可上調(diào)模型小鼠海馬區(qū)BDNF信號通路,下調(diào)血清皮質(zhì)酮的含量。另外Rg1能夠逆轉(zhuǎn)CMS導(dǎo)致的樹突棘密度減少和海馬區(qū)神經(jīng)發(fā)生。但是對單胺類系統(tǒng)沒有明顯作用。該結(jié)果證明Rg1通過激活海馬的BDNF信號通路和神經(jīng)發(fā)生而產(chǎn)生抗抑郁作用。
烏靈菌為炭角菌科真菌里柄炭角的菌株,具有補腎健腦、養(yǎng)心安神之功效。李德強等觀察烏靈膠囊對慢性不可預(yù)見性溫和刺激(CMS)抑郁模型大鼠的影響[32]。經(jīng)烏靈膠囊治療后,CMS大鼠的抑郁行為得到改善,異常的海馬區(qū)神經(jīng)再生恢復(fù)。機制可能與增加連接蛋白connexin-43表達有關(guān),它主要位于星形膠質(zhì)細胞,在細胞增殖的各種發(fā)育階段包括神經(jīng)元遷移、軸突延伸、樹突形態(tài)發(fā)生、突觸成熟方面起著重要作用。
綜上所述,已有大量實驗顯示,單味中藥、中藥提取物及中藥復(fù)方通過改善機體內(nèi)環(huán)境、促進神經(jīng)再生、修復(fù)神經(jīng)損傷,發(fā)揮了有效作用。需要強調(diào)的是,傳統(tǒng)中醫(yī)的指導(dǎo)思想強調(diào)整體調(diào)節(jié)與辨證論治。
本文選擇的中藥,其效果首先表現(xiàn)為動物病理模型的行為學(xué)改善,并有細胞水平的機制探討。黃芪苷、槲皮素、人參皂苷、梓醇、白果內(nèi)酯、環(huán)烯醚萜苷、玄參苷等成分都是從經(jīng)過上千年臨床觀察被證明有效的中藥里提取分離的,無論它們透過血腦屏障的能力如何,均顯示了神經(jīng)保護作用。因此本文列舉的中藥成分的促神經(jīng)再生效果更具有重要的科學(xué)意義和臨床價值。
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