黃芪防治缺血性腦血管病的作用機(jī)制研究進(jìn)展*

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫念霞 高維娟 (石家莊050026)

腦血管病為第二大致死和致殘性疾病，缺血性腦血管病的發(fā)病率占75%～85%，［1］且無特效高效治療藥物，因此缺血性腦血管病的防治是當(dāng)今醫(yī)學(xué)界的重點(diǎn)，把希望寄托在天然藥物的研究上。黃芪藥用歷史久遠(yuǎn)，有利水消腫、行滯通痹等功效。黃芪可通過多種作用防治缺血性腦血管病，以下就其機(jī)制做一綜述。

目前所知，黃芪含有124 種化學(xué)成分，［2］包括多糖類、皂苷類、黃酮類。含有氨基酸25 種，微量元素20 種，維生素4 種，必須脂肪酸2 種等，占黃芪化學(xué)成分的8.43%以上。

1 黃芪防治缺血性腦血管病的作用機(jī)制

黃芪具有減少腦缺血再灌注(I/R)后神經(jīng)元凋亡、降低Ca2+超載、減少活性氧的損傷、減輕炎癥反應(yīng)、促進(jìn)修復(fù)等作用，在抗細(xì)胞損傷和損傷后修復(fù)中發(fā)揮重要作用。腦缺血發(fā)生后4 min 造成神經(jīng)元死亡，第1～2 d 出現(xiàn)腦水腫，中性粒和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。第4 d 星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，出現(xiàn)修復(fù)反應(yīng)。30 d 左右形成蜂窩狀膠質(zhì)瘢痕。大鼠全腦I/R 過程中，早期活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)富集，線粒體漏出的細(xì)胞色素C (Cyt C)增多、凋亡蛋白酶(caspase－3)活化致神經(jīng)元凋亡。［3］缺氧、缺糖、精氨酸血管加壓素可激活血腦屏障(BBB)Na+－K+－Cl－協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體和Na+－H+交換體，Na+和Cl－導(dǎo)致腦水腫。［4］腦I/R 損傷的產(chǎn)生與神經(jīng)元凋亡、鈣超載、自由基增多、炎癥反應(yīng)、腦水腫等有關(guān)，相互影響、互為因果。

1.1 抗神經(jīng)元凋亡 黃芪可以通過多路徑減少神經(jīng)元的凋亡。I/R 發(fā)生早期缺血半暗帶的神經(jīng)元仍然具有代謝活力，其后續(xù)的神經(jīng)元死亡以凋亡為主。大鼠全腦缺血10 min 再灌注后第5 d，海馬CA1 區(qū)發(fā)生廣泛性神經(jīng)元凋亡。［3］受損神經(jīng)元通過線粒體途徑、死亡受體途徑等［5］發(fā)生凋亡，黃芪作用于各凋亡通路中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)減少凋亡的發(fā)生。

1.1.1 線粒體途徑:黃芪減少caspase－3 和凋亡活化因子 (Apaf－1)的含量及表達(dá)、抑制caspase－3 的活化，抑制其引發(fā)的凋亡。腦I/R 的小鼠經(jīng)染料木黃酮預(yù)處理后，Cyt C 漏出減少，caspase－3 活化受到抑制;［6］經(jīng)芒柄花素處理后的體外培養(yǎng)神經(jīng)元caspase－3 的含量減少;［7］黃芪甲苷也可減少caspase－3 的表達(dá);［8］黃芪注射液能減少海馬CA1 區(qū)caspase－3、Apaf－1 的蛋白含量和轉(zhuǎn)錄水平。［9－10］線粒體是生成大量三磷酸腺苷(ATP)的場(chǎng)所，也是鈣儲(chǔ)存池和調(diào)節(jié)器。缺血、缺氧等導(dǎo)致線粒體釋放凋亡啟動(dòng)因子(如Cyt C)、半胱氨酸天門冬酶－9 前體 (procaspase－9)、Smac/Diablo、細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子入胞質(zhì)，導(dǎo)致:⑴Cyt C、procaspase－9 與Apaf－1 形成凋亡小體，活化caspase－3，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。⑵Smac/Diablo 可抑制活化的caspase－9 與凋亡蛋白抑制物的結(jié)合，解除凋亡抑制，啟動(dòng)caspase－3 和caspase－8 導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)芒柄花素處理后，胞質(zhì)中Bax 的含量減少，Bcl－2 的含量增加;［7］黃芪甲苷可上調(diào)Bcl－2 的表達(dá)，抗凋亡。［8］B 細(xì)胞淋巴瘤/白血病－2 (Bcl－2)基因蛋白家族分兩類，抗凋亡基因和促凋亡基因，代表分別是Bcl－2 和Bax 基因。Bax分布于胞質(zhì)和線粒體外膜上，線粒體外膜上的Bax允許Cyt C 入胞質(zhì)，引起凋亡。Bcl－2 分布在線粒體外膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核周膜，Bcl－2 能封閉Bax 形成孔道的活性，阻止一些小分子物質(zhì)自由通過線粒體外膜，拮抗Bax 的促凋亡作用。線粒體膜上Bcl－2/Bax 的比例調(diào)節(jié)其外膜的通透性和完整性、線粒體功能，比值升高減少Cyt C 等物質(zhì)釋放。［11－12］

1.1.2 受體依賴性途徑:腦I/R 后黃芪中的有效成分可作用于核因子(NF－κB)，減少其含量并抑制其活化，降低其抑制劑的分解。染料木黃酮預(yù)處理可抑制腦實(shí)質(zhì)內(nèi)NF－κB p65 亞基的活化，減少κB α 抑制劑(IκBα)的磷酸化分解。［6］在大鼠腦I/R 后24 h，黃芪甲苷注射液可降低NF－κB 的水平。［13］胞外腫瘤壞死因子(TNF)超家族的死亡配體與細(xì)胞表面的死亡受體特異性結(jié)合后發(fā)生受體依賴性凋亡。配體與受體結(jié)合后死亡誘導(dǎo)信息復(fù)合物形成，半胱氨酸天門冬酶前體(procaspase－8)活化入胞漿，啟動(dòng)caspase－8 級(jí)聯(lián)反應(yīng):⑴caspase3、6、7 激活導(dǎo)致凋亡。⑵激活促凋亡因子Bid，Bid 轉(zhuǎn)移到線粒體，抑制Bcl－xl 功能、增強(qiáng)Bax 功能;Cyt C 入胞漿，進(jìn)入線粒體凋亡通路。其中TNF－Ⅰ、Ⅱ與腫瘤壞死因子受體－Ⅰ結(jié)合后活化腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子－2、核糖體失活蛋白，誘導(dǎo)NF－κB 移位核內(nèi)，導(dǎo)致凋亡。FADD通過caspase 啟動(dòng)凋亡。

1.2 抑制鈣超載 研究證實(shí)，黃芪中的芒柄花素和多糖提取液能抑制胞質(zhì)內(nèi)鈣超載。芒柄花素通過抑制電壓依賴性Ca2+離子通道、抑制細(xì)胞內(nèi)Ca2+向胞質(zhì)釋放。黃芪多糖提取液能降低腦I/R 細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+。［14－15］生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)外鈣穩(wěn)態(tài)主要通過N－甲基－D－天冬氨酸受體、電壓依賴性Ca2+通道、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+通道、線粒體Na+－Ca2+交換體和MTP 孔［16］、Ca2+－ATP 酶和鈣調(diào)蛋白來維持。腦缺血后胞質(zhì)內(nèi)鈣超載主要發(fā)生在再灌注期，ATP 合成減少、受體依賴性Ca2+通道開放、細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的Ca2+釋放、質(zhì)膜氧化通透性和離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能不良［17］均可導(dǎo)致鈣超載。鈣超載導(dǎo)致缺血加重、ATP 生成障礙、細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞、DNA 降解、凋亡小體形成。

1.3 抗自由基 黃芪黃酮類中的多種化學(xué)成分及黃芪甲苷均有抗自由基的作用。如染料木黃酮和毛蕊異黃酮均可降ROS 和MDA 的含量;增強(qiáng)酶的抗氧化活性，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx )等。［6，18］除上述作用外，黃芪甲苷還可逆轉(zhuǎn)大鼠I/R 引起的葡萄糖低代謝，減少一氧化氮的含量，抑制一氧化氮合酶(NOS)活性等。［19］腦缺血時(shí)神經(jīng)元中環(huán)氧化酶和誘生型一氧化氮合成酶等含量增高，膠質(zhì)細(xì)胞活化產(chǎn)生活性氧。多種酶類如還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、線粒體酶等導(dǎo)致自由基及氧化應(yīng)激水平增加。過量的自由基的作用于質(zhì)膜中的不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)，破壞DNA 結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鈣超載。［6］

1.4 抑制炎癥反應(yīng) 黃芪甲苷具有抗炎作用。在大鼠I/R 后24 h，黃芪甲苷注射液抑制腦組織α－腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素－1β (IL－1β)的生成，減少CD11b/CD18+中性粒細(xì)胞百分比，減少細(xì)胞間黏附蛋白－1 的表達(dá)、髓過氧化物酶的濃度，降低NF－κB 的水平。［13］I/R 可激活血管內(nèi)皮細(xì)胞、血小板和免疫細(xì)胞釋放大量的細(xì)胞因子，如NO、IL－1β、IL－8、TNF－α 等，炎細(xì)胞趨化到缺血部位，小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和T 細(xì)胞活化及分泌RANTES/CCL5 蛋白，質(zhì)膜通透性增加，導(dǎo)致Cyt C 釋放入胞漿、NF－κB p65 易位胞核［20］等。

1.5 損傷后修復(fù) 黃芪促進(jìn)受損血管和神經(jīng)元的修復(fù)再生。黃芪甲苷預(yù)處理改善腦缺血大鼠的神經(jīng)學(xué)行為，CA1 區(qū)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)含量增加。腦I/R 后的修復(fù)過程包括血管、神經(jīng)、突觸和軸突的生長(zhǎng)和再生。局灶性腦I/R 后血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2 (VEGFR－2)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)在缺血半暗帶和對(duì)側(cè)側(cè)腦室、海馬、紋狀體等部位的神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞均有表達(dá)。VEGF 結(jié)合VEGFR－2 后刺激內(nèi)皮細(xì)胞增生、入侵、遷移、存活等。

槲皮素增加大鼠I/R 后腦組織BDNF、酪氨酸激酶受體B (TrkB)、磷酸化的蛋白激酶B (PKB /p－Akt)的含量，通過BDNF－TrkB－PI3K/Akt 信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)元生存。［13］BDNF 可誘導(dǎo)神經(jīng)元樹突和軸突出芽、生長(zhǎng)，增加突觸終末密度，增強(qiáng)突觸重構(gòu)。BDNF 與TrkB 結(jié)合后阻止神經(jīng)元變性、死亡，調(diào)節(jié)神經(jīng)元突觸重塑和學(xué)習(xí)記憶過程。Akt/PKB 是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，作用于絲/蘇氨酸殘基，介導(dǎo)蛋白質(zhì)－脂質(zhì)和(或)蛋白質(zhì)的相互作用，是公認(rèn)的營(yíng)養(yǎng)因子促細(xì)胞存活通路。［1］

大鼠腦I/R 后14 d，黃芪總苷提高BDNF 和TrkB 的表達(dá)，抑制神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素受體p75 (p75NTR)的表達(dá)。［21］p75NTR 是神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)的低親和力受體。p75 與NGF 結(jié)合導(dǎo)致NF－κB 激活和神經(jīng)鞘磷脂水解，結(jié)合BDNF 等不能激活NF－κB，但引起神經(jīng)鞘磷脂水解能力更強(qiáng)。p75 還能增強(qiáng)TNF 誘導(dǎo)的凋亡。

鼠李素促進(jìn)NGF 誘導(dǎo)的神經(jīng)軸突生長(zhǎng)，與NGF 合用促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞PC12 神經(jīng)絲蛋白的生成。［22］NGF 可促進(jìn)軸突再生。神經(jīng)絲蛋白是構(gòu)成神經(jīng)軸突中間絲的蛋白質(zhì)，提供彈性易于伸展和防止斷裂。

大鼠腦I/R 后14 d，黃芪甲苷口服液治療可上調(diào)NGF 和TrkA 的表達(dá)，［19］TrkA 與NGF 結(jié)合后自身磷酸化，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)與分化。

黃芪甲苷抑制腦I/R 后半暗帶膠質(zhì)細(xì)胞線膜上苯二氮卓類受體，抑制缺血半暗帶的重塑。［23］黃芪總苷改善乙酰膽堿酯酶(AchE)含量，［24］促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)育和神經(jīng)再生。神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小角質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管周細(xì)胞、基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)組成神經(jīng)血管單元，它強(qiáng)調(diào)細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與基質(zhì)之間的相互作用和動(dòng)態(tài)平衡，［25］為缺血性腦血管病的修復(fù)治療提供新思路。

1.6 其他 槲皮素抑制鼠腦再灌注48 h 后微血管基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的活化，選擇性抑制MMP－9 的升高，［26］MMPs 活化后裂解基質(zhì)和質(zhì)膜中的各種膠原酶和彈性蛋白酶。黃芪甲苷逆轉(zhuǎn)大鼠腦I/R 導(dǎo)致的緊密復(fù)合體中閉鎖蛋白和閉鎖小帶的減少，降低BBB 通透性。［27］

腦I/R 后，黃芪多糖降低腦組織、血清中的谷氨酸和天門冬氨酸的含量，提高海馬乙酰膽堿、去甲腎上腺素和五羥色胺含量，促進(jìn)細(xì)胞癌基因c－fos 轉(zhuǎn)錄(c－fos 基因的表達(dá)能增強(qiáng)人腦的學(xué)習(xí)記憶能力)，減少海馬CAl 半暗帶細(xì)胞死亡數(shù)量，保護(hù)大鼠腦組織。［14－15］

2 小結(jié)與展望

黃芪防治I/R 損傷的機(jī)制涉及抗神經(jīng)元凋亡、抑制鈣超載、抗自由基、抗炎癥反應(yīng)、促進(jìn)神經(jīng)元和微血管的再生等病理生理過程，如調(diào)控caspase－3、Apaf－1、Cyt C、NF－κB 等因子減少細(xì)胞凋亡，抑制Ca2+通道降低胞質(zhì)鈣超載，減少ROS、MDA、NO 的生成和調(diào)控NOS、GPx 的活性抗氧化損傷，抑制α－腫瘤壞死因子和IL－1β 的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)VEGF、BDNF、NGF 等促進(jìn)修復(fù)，抑制MMPs活化降低BBB 通透性等，在I/R 的壞死期和恢復(fù)期發(fā)揮防治作用，展現(xiàn)了黃芪作為天然藥物具有多靶點(diǎn)、多層次藥效的優(yōu)勢(shì)和特色。

從上述研究來看，化學(xué)單體作用機(jī)制研究占絕大部分，各單體之間是否有相互作用?是協(xié)同作用、拮抗作用還是允許作用?黃芪三大類物質(zhì)哪類物質(zhì)起主要作用?那種組合發(fā)揮防治I/R 最佳效果?相信通過進(jìn)一步研究可以找出答案，為臨床高效特效防治缺血性腦血管病和黃芪新藥開發(fā)奠定基礎(chǔ)，為缺血性腦血管病患者帶來新的希望。

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