黃芩苷抗神經(jīng)元損傷作用機(jī)制的研究

秦少坤，平 鑫，蘆 曄，張少丹，裴 林*

（1.河北大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071051；2.河北省中醫(yī)藥科學(xué)院，河北 石家莊 050031；3.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，河北 石家莊 050073）

腦卒中、癲癇和抑郁都屬于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，在發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)功能損傷，可能出現(xiàn)學(xué)習(xí)記憶功能障礙，伴隨情感行為異常的表現(xiàn)。缺血性腦卒中是腦卒中的主要發(fā)病形式，具有較高的死亡率。目前溶栓是治療缺血性腦卒中的主要方法［1］，但缺血再灌注存在加重腦損傷的不足［2］。癲癇在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的發(fā)病率僅次于腦卒中，嚴(yán)重降低患者的生活質(zhì)量。一線抗癲癇藥物（AEDs）在癲癇發(fā)作的治療中占有重要地位，但長(zhǎng)期使用容易降低臨床療效，或引起認(rèn)知障礙和情緒障礙［3］。抑郁主要表現(xiàn)為情緒低落、快感缺失、易怒、失眠等，嚴(yán)重者存在自殺傾向。目前藥物治療雖有較好療效，但存在不良反應(yīng)多的缺點(diǎn)。研發(fā)能夠保護(hù)神經(jīng)元的安全、有效的藥物對(duì)于治療缺血性腦卒中、癲癇和抑郁極具意義。

黃芩Scutellaria baicalensis Georgi是唇形科植物黃芩的干燥根塊，最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血、安胎的功效，在中國(guó)已有數(shù)千年的臨床應(yīng)用歷史，是中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中不可或缺的一味重要藥品。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷是黃芩的主要活性成分［4］，具有抗炎、抗凋亡、抗氧化、保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞等藥理作用［5］。黃芩苷可能在多種疾病中發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的功能，但目前缺少有關(guān)方面的綜述報(bào)道。本文探討了黃芩苷在上述疾病治療中通過(guò)各種途徑保護(hù)神經(jīng)元的作用及其可能的作用機(jī)制。

1 黃芩苷對(duì)缺血性腦卒中、癲癇和抑郁的干預(yù)和治療作用

1.1 黃芩苷對(duì)缺血性腦卒中的干預(yù)和治療作用 黃芩苷對(duì)缺血性腦卒中干預(yù)治療作用研究的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物涉及雄性SD大鼠、雄性Wistar 大鼠以及成年雄性蒙古沙鼠［6-8］。經(jīng)典的造模方法為大腦中動(dòng)脈阻塞法，通過(guò)暴露右側(cè)頸總動(dòng)脈、頸外動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈。利用縫合線或止血鉗阻斷右側(cè)大腦中動(dòng)脈的起源以誘導(dǎo)大腦缺血［7-8］。急性缺血性腦卒中治療手段溶栓的治療時(shí)間窗短［9］，且缺血再灌注易引起一系列炎癥反應(yīng)加重腦?。?0］。在Morris 水迷宮測(cè)試中，腦卒中模型動(dòng)物尋找平臺(tái)的時(shí)間明顯長(zhǎng)于對(duì)照組，在平臺(tái)象限停留時(shí)間少于對(duì)照組［2］。黃芩苷的干預(yù)或治療能夠提高缺血性腦卒中的療效［11］，增加其學(xué)習(xí)記憶能力［2］，縮小神經(jīng)功能缺損評(píng)分和梗死面積，減少缺血或缺血再灌注引起的神經(jīng)元損傷［8］。黃芩苷聯(lián)合治療能夠保護(hù)血腦屏障缺損，減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡數(shù)量［11］。

1.2 黃芩苷對(duì)癲癇的干預(yù)和治療作用 黃芩苷對(duì)癲癇的干預(yù)治療作用研究的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物主要有雄性SD 大鼠、雄性ICR小鼠［12-13］。癲癇的造模方法有2 種，分別是化學(xué)點(diǎn)燃和電點(diǎn)燃［14］，目前關(guān)于黃芩苷抗癲癇實(shí)驗(yàn)研究動(dòng)物模型主要是化學(xué)點(diǎn)燃所誘導(dǎo)，將海人酸或匹羅卡品等化學(xué)試劑通過(guò)腦室注入或腹腔注射等注入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)以誘導(dǎo)癲癇模型［12-13，15］。癲癇模型海馬氧化應(yīng)激水平升高［4］，HE 染色示海馬CA1、CA3 區(qū)存在結(jié)構(gòu)異常，細(xì)胞排列紊亂、深染，神經(jīng)元腫脹的現(xiàn)象［15］。在水迷宮測(cè)試中模型組逃避潛伏期明顯延長(zhǎng)［12］，說(shuō)明癲癇模型認(rèn)知功能受損。黃芩苷干預(yù)或治療能夠改善海馬組織的病理形態(tài)［15］，減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡［16］。縮短水迷宮實(shí)驗(yàn)中的逃避潛伏期，提高學(xué)習(xí)能力［12］。在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，黃芩苷聯(lián)合丙戊酸鈉治療癲癇的總有效率（不再發(fā)作或發(fā)作減少50%以上的占比）高于丙戊酸鈉單獨(dú)使用［17］。

1.3 黃芩苷對(duì)抑郁的干預(yù)和治療作用 黃芩苷對(duì)抑郁的干預(yù)治療作用研究的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物包括雄性ICR 小鼠、雄性SD大鼠、C57BL/6 小鼠和雄性Wistar 大鼠［18-21］。黃芩苷對(duì)抑郁干預(yù)作用的實(shí)驗(yàn)研究主要采用慢性輕度應(yīng)激［21］、慢性不可預(yù)見性應(yīng)激［22］、以及皮質(zhì)酮［23］和嗅球切除［20］等造模方法。抑郁模型存在體質(zhì)量下降［24］，糖水偏愛度降低［18］的現(xiàn)象。在曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，抑郁模型組中央?yún)^(qū)穿格數(shù)及總路程減少［22］。高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)中，模型組在開放臂的停留時(shí)間明顯少于對(duì)照組［20］。在強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)和懸尾實(shí)驗(yàn)中，抑郁模型組的靜止時(shí)間明顯長(zhǎng)于對(duì)照組［22］。研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷能夠逆轉(zhuǎn)抑郁樣動(dòng)物體質(zhì)量下降［24］，緩解動(dòng)物抑郁樣模型的抑郁行為，增加蔗糖消耗量［18］和曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中的穿格數(shù)量以及運(yùn)動(dòng)能力［22］，延長(zhǎng)高架十字迷宮中開放臂的時(shí)間［20］，縮短模型動(dòng)物在強(qiáng)迫游泳試驗(yàn)和懸尾試驗(yàn)中的靜止時(shí)間［22］。

2 黃芩苷在缺血性腦卒中、癲癇和抑郁中保護(hù)神經(jīng)元的機(jī)制

2.1 黃芩苷的抗炎作用 炎癥是機(jī)體對(duì)刺激的一種防御反應(yīng)，是神經(jīng)細(xì)胞損傷的主要病理機(jī)制，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展中占據(jù)重要地位。

2.1.1 黃芩苷在缺血性腦卒中的抗炎作用機(jī)制 炎癥與腦缺血再灌注損傷關(guān)系密切［25］。在缺血性腦卒中中，黃芩苷主要通過(guò)環(huán)氧合酶（COX-2）和核因子（Nuclear Factor κ B，NF-κB）及其通路發(fā)揮抗炎、保護(hù)神經(jīng)元的作用。

Cheng 等［2］發(fā)現(xiàn)，腦卒中模型中COX-2 和caspase-3 的表達(dá)明顯高于對(duì)照組，而黃芩苷治療下調(diào)了COX-2 和caspase-3 的表達(dá)。COX-2 是炎癥反應(yīng)的重要生物標(biāo)志物以及神經(jīng)元死亡的關(guān)鍵酶。caspase-3 在細(xì)胞凋亡中起著不可替代的作用，能夠引起細(xì)胞凋亡。因此黃芩苷可能通過(guò)下調(diào)COX-2 和caspase-3 的表達(dá)以抑制炎癥發(fā)展，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞；Tu 等［6］發(fā)現(xiàn)腦卒中模型中TLR2/4 和NF-κB 的表達(dá)高于正常對(duì)照動(dòng)物，黃芩苷治療降低了TLR2/4 和NF-κB 的表達(dá)。Xue 等［7］也發(fā)現(xiàn)，腦卒中模型動(dòng)物皮質(zhì)NF-κB 表達(dá)水平和含量顯著升高，黃芩苷可以減少NF-κB 表達(dá)水平和含量。NF-κB 在調(diào)節(jié)對(duì)感染的免疫應(yīng)答中起關(guān)鍵作用，參與機(jī)體炎癥反應(yīng)［26］。p65 是NF-κB 的重要亞基，在賴氨酸310 位點(diǎn)的乙?；杉せ頝F-κB 信號(hào)［27］。Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）是機(jī)體應(yīng)對(duì)感染性疾病的第一重防線，參與炎癥反應(yīng)過(guò)程［28］。TLR2/4 是其主要家族成員，與缺血性腦卒中、腦損傷等相關(guān)的腦部炎癥關(guān)系密切［28-30］，可以影響NF-κB p65 的去乙?；剑?］，進(jìn)而介導(dǎo)炎癥的發(fā)生發(fā)展。因此黃芩苷可能通過(guò)抑制TLR2/4 并減少NF-κB 的表達(dá)，降低可溶性一氧化氮合酶（iNOS）和COX-2 的表達(dá)水平和活性發(fā)揮抗炎、保護(hù)神經(jīng)元的作用。綜上，黃芩苷可能通過(guò)COX-2 或TLR2/4 作用于NF-κB，在腦卒中模型中發(fā)揮抗炎、保護(hù)神經(jīng)元的作用。

2.1.2 黃芩苷在抑郁中的抗炎作用機(jī)制 炎癥在抑郁癥的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中占據(jù)重要地位［31］。抑郁癥中炎癥的發(fā)生發(fā)展主要與NF-κB 有關(guān)。黃芩苷可以直接或間接調(diào)控NF-κB相關(guān)通路，抑制炎癥發(fā)生發(fā)展，進(jìn)而減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用。

Yu 等［24］在抑郁模型中發(fā)現(xiàn)，海馬和下丘腦沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，SIRT1）水平明顯低于正常組，而p65 乙?；矫黠@高于正常組。黃芩苷治療后海馬和下丘腦SIRT1 表達(dá)明顯升高，p65 乙酰化水平顯著降低。SIRT1 是一種保守的脫乙酰酶，在炎癥反應(yīng)中同樣扮演重要角色。SIRT1 通過(guò)降低NF-κB p65 乙?；阶钄郚F-κB 的激活［32］，從而阻斷NF-κB 激活Bax、抑制bcl-2 的途徑。因此，黃芩苷可能作用于SIRT1-NF-κB 信號(hào)通路［24］，通過(guò)增加抑郁模型SIRT1 的表達(dá)水平，在賴氨酸310 位點(diǎn)抑制p65 乙?；?，阻斷p65 激活NF-κB 信號(hào)，抑制Bax 并激活bcl-2，進(jìn)而阻止炎癥發(fā)生，減少抑郁動(dòng)物模型神經(jīng)細(xì)胞凋亡；研究［23］發(fā)現(xiàn)，抑郁模型動(dòng)物GSK3β的磷酸化水平低于空白對(duì)照組，同時(shí)NF-κB 和炎癥小體NLRP3 表達(dá)水平增加。黃芩苷治療后抑郁模型GSK3β 的磷酸化水平升高，NF-κB 和NLRP3 的表達(dá)減少。糖原合成酶激酶-3（GSK3）是一種非常保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶。GSK-3β 是GSK3 的一種亞型，可以調(diào)控糖原合成酶（GS）的活性，與凋亡關(guān)系密切［33］。GSK3 與抑郁關(guān)系密切［34］，GSK3 抑制劑具有抗抑郁作用［35］。NLRP3 炎癥小體是炎癥反應(yīng)的核心。因此，黃芩苷可能作用于GSK3β-NF-κBNLRP3 信號(hào)通路［23］，通過(guò)上調(diào)GSK3β 的磷酸化水平，抑制NF-κB 的活化，進(jìn)而阻斷NF-κB 介導(dǎo)的炎癥凋亡通路?；蛘邷p少NLRP3 的表達(dá)，抑制炎癥發(fā)生發(fā)展，減少抑郁動(dòng)物模型神經(jīng)細(xì)胞凋亡。綜上，黃芩苷可能通過(guò)SIRT1 或GSK3β 作用于NF-κB，在抑郁模型中發(fā)揮抗炎、保護(hù)神經(jīng)元的作用。

2.2 黃芩苷的抗凋亡作用 細(xì)胞凋亡（apoptosis）指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡。異常的細(xì)胞凋亡是多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病神經(jīng)損傷的主要途徑。

2.2.1 黃芩苷在腦卒中中的抗凋亡作用機(jī)制 神經(jīng)元凋亡是缺血性腦卒中再灌注損傷中一種常見形式。有研究［8］發(fā)現(xiàn)腦卒中模型中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）表達(dá)減少，caspase-3 表達(dá)增加，出現(xiàn)細(xì)胞凋亡。而黃芩苷治療可以上調(diào)BDNF 的表達(dá)，減少caspase-3 表達(dá)，降低細(xì)胞凋亡數(shù)量。BDNF 和caspase-3 是腦缺血的兩個(gè)關(guān)鍵因子，在缺血引起的神經(jīng)元死亡中起關(guān)鍵作用。BDNF 能促進(jìn)神經(jīng)元存活和突觸可塑性［36］，預(yù)防短暫性腦缺血后的細(xì)胞損傷［37］。半胱氨酸蛋白酶家族caspases 在細(xì)胞凋亡過(guò)程中起關(guān)鍵作用，細(xì)胞外刺激能夠誘導(dǎo)啟動(dòng)死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物（the death-inducing signaling complex，DISC），激活啟動(dòng)子caspase-8，進(jìn)而激活效應(yīng)子caspase-3，從而啟動(dòng)凋亡程序；細(xì)胞內(nèi)刺激使細(xì)胞線粒體外膜的通透性增加，線粒體釋放細(xì)胞色素C 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與Apaf-1 結(jié)合成為凋亡小體，從而激活啟動(dòng)子caspase-9，為caspase-3 水解蛋白提供成熟條件，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［38-39］，caspase-3 是凋亡的執(zhí)行者［40］。綜上，黃芩苷可能通過(guò)上調(diào)BDNF 的含量促進(jìn)神經(jīng)元存活和突觸可塑性以及抑制caspase-3 的表達(dá)兩種途徑發(fā)揮抗凋亡以保護(hù)神經(jīng)元的作用。

2.2.2 黃芩苷在癲癇中的抗凋亡作用機(jī)制 凋亡與癲癇關(guān)系密切。癲癇模型中［13］，X 染色體連鎖凋亡抑制蛋白（Xlinked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）在最初的時(shí)間（12 h）內(nèi)持續(xù)增多，隨后逐漸減少，24 h 后低于初始水平；黃芩苷治療能夠使海馬相關(guān)區(qū)域XIAP 的表達(dá)在6、12、24 h 持續(xù)增加，并可明顯減少caspases-3 在CA1、CA3區(qū)的表達(dá)。XIAP 是凋亡抑制因子家族（IAPs）影響細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵分子，XIAP 通過(guò)NF-κB 或直接與caspases 家族的效應(yīng)子結(jié)合［41］減少細(xì)胞凋亡。因此，黃芩苷可能通過(guò)增加XIAP 表達(dá)以及減少caspases-3 表達(dá)2 個(gè)途徑在癲癇模型中發(fā)揮抗凋亡以保護(hù)神經(jīng)元的作用；研究［15］發(fā)現(xiàn)，癲癇持續(xù)狀態(tài)的ICR 雄性小鼠海馬中，Bcl-2 mRNA 表達(dá)無(wú)明顯變化，Bax、caspase-3 mRNA 的表達(dá)與空白對(duì)照組相比明顯增多。黃芩苷能夠上調(diào)癲癇小鼠海馬區(qū)Bcl-2 mRNA，減少BaxmRNA 及caspase-3 mRNA 的表達(dá)。Bcl-2 蛋白家族可以調(diào)控線粒體外膜的通透性，在細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［42］。Bcl-2 和Bax 是bcl-2 蛋白家族中作用相反的兩個(gè)調(diào)控因子［43］：Bax 是重要的促凋亡因子，能夠附著在線粒體上，直接誘導(dǎo)細(xì)胞色素C 穿過(guò)線粒體膜，激活caspase-9和caspase-3，促使細(xì)胞凋亡發(fā)生［44］；Bcl-2 通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)氧化還原水平，抑制線粒體細(xì)胞色素C 易位［16］，與Bax結(jié)合［45］等途徑抑制細(xì)胞凋亡。因此，黃芩苷通過(guò)上調(diào)bcl-2，抑制Bax 阻斷凋亡途徑，發(fā)揮抗凋亡及保護(hù)神經(jīng)元的作用。綜上，黃芩苷通過(guò)IAPs 家族［46］和Bcl-2 家族［47］調(diào)節(jié)caspases 家族，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，發(fā)揮保護(hù)癲癇動(dòng)物神經(jīng)元的作用。

2.3 黃芩苷的抗氧化應(yīng)激作用 氧化應(yīng)激（Oxidative Stress，OS）是體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的狀態(tài)，是一種不可逆神經(jīng)元損傷的指標(biāo)［48］。氧化應(yīng)激與多種腦部疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［49］。

2.3.1 黃芩苷在缺血性腦卒中中抗氧化應(yīng)激作用機(jī)制 缺血性腦卒中與氧化應(yīng)激關(guān)系密切，研究發(fā)現(xiàn)，缺血性腦卒中模型動(dòng)物丙二醛（MDA）含量增加，超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱 甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽（GSH）活性降低。黃芩苷能逆轉(zhuǎn)腦缺血再灌注模型MDA含量的增加，增加SOD、GSH 和GSH-Px 活性［8］。SOD、GSH-Px 和GSH 均具有抗氧化作用，在生理?xiàng)l件下可以清除活性氧（ROS）。其中GSH 是細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)中最重要的物質(zhì)之一［50］。ROS 的增加是缺血性損傷加重神經(jīng)元死亡的重要因素［51］。生理環(huán)境下，少量ROS 在許多生理過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用［52］，能夠被SOD、GSH-Px 等內(nèi)源性抗氧化酶和GSH 等低分子量抗氧化劑快速清除。缺血損傷過(guò)程中ROS 的過(guò)度增加不僅破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)還會(huì)影響線粒體功能，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。因此，黃芩苷可能通過(guò)減少M(fèi)DA 表達(dá)，增加SOD、GSH 和GSH-Px 的活性發(fā)揮抗氧化作用以保護(hù)神經(jīng)元。

2.3.2 黃芩苷在癲癇中抗氧化應(yīng)激作用機(jī)制 氧化應(yīng)激與癲癇的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)［53-54］。研究發(fā)現(xiàn)［4］，癲癇動(dòng)物模型中亞硝酸鹽和MDA 水平顯著增加，GSH 水平明顯減少。癲癇引起ROS 的過(guò)量產(chǎn)生，導(dǎo)致細(xì)胞死亡和神經(jīng)退化。黃芩苷能減少癲癇動(dòng)物模型中亞硝酸鹽和MDA 水平，增加GSH 水平。因此，黃芩苷可能通過(guò)下調(diào)亞硝酸鹽和MDA水平，上調(diào)GSH 水平，清除ROS，避免細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞及線粒體功能異常，從而避免細(xì)胞凋亡，發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用。

3 思考與展望

黃芩苷作為黃芩的主要有效成分，在臨床中主要用于各種炎癥的治療。近期越來(lái)越多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證明黃芩苷可以通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥、抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)以及阻斷凋亡途徑等方式在腦卒中、抑郁、癲癇等中樞系統(tǒng)疾病中發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的功能。黃芩苷可以通過(guò)多種途徑發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元的作用說(shuō)明中藥藥理作用或者說(shuō)中藥有效成分的藥理作用的發(fā)揮是多靶點(diǎn)、多通路的，啟示我們對(duì)于中藥及其有效成分的研究不能局限于某一種疾病或某一個(gè)作用靶點(diǎn)，更要關(guān)注它們之間的聯(lián)系。

但是由于目前黃芩苷在各種實(shí)驗(yàn)中的純度及用量各異，因此還需要在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中明確劑量與療效的確切關(guān)系，完善相關(guān)毒理與藥效研究，以期為臨床劑量的確定提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐；由于腦卒中、抑郁和癲癇發(fā)病機(jī)制不同，造模方法各異，因此黃芩苷在相關(guān)腦病中保護(hù)神經(jīng)元的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究證明，以明確其治療范圍，為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。另外，有研究發(fā)現(xiàn)炎癥因子是癲癇發(fā)作過(guò)程中關(guān)鍵因素［55］，但目前還未發(fā)現(xiàn)關(guān)于黃芩苷在動(dòng)物癲癇模型中抗炎作用的報(bào)道。且非常缺少黃芩苷在臨床上治療相關(guān)疾病的文獻(xiàn)報(bào)道。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)充分利用先進(jìn)的分析技術(shù)及科學(xué)手段，建立相關(guān)動(dòng)物模型，深入系統(tǒng)的研究黃芩苷保護(hù)神經(jīng)元的作用，為黃芩苷的臨床應(yīng)用提供科學(xué)、有效的數(shù)據(jù)支撐。