人參皂苷對缺血性腦卒中神經(jīng)保護機制的研究進展

王懸峰，肖 艷，肖 海

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2018級碩士研究生；2.第一附屬醫(yī)院 a.心內(nèi)科；b.病理科；3.心腦血管疾病防治教育部重點實驗室，江西 贛州 341000)

近年來腦卒中(cerebral stroke)發(fā)病率呈逐年升高的趨勢，其致死、致殘率高，給患者及其家人帶來了沉重的精神和經(jīng)濟負擔(dān)。目前腦卒中已成為我國居民主要致死原因之一，而其中缺血性腦卒中(ischemic stroke，IS)約占80%，是腦卒中最重要的類型[1-3]。人參皂苷是人參的主要活性成分，具有神經(jīng)保護、抗腫瘤以及抗氧化等藥理作用[4]。大量研究表明，人參皂苷對缺血性腦卒中導(dǎo)致的腦神經(jīng)損傷具有保護作用。本文結(jié)合國內(nèi)外最新研究報道，對人參皂苷在缺血性腦卒中可能的神經(jīng)保護機制綜述如下。

1 人參皂苷的概述

《本草綱目》記載人參具有“補五臟，安精神，定魂魄，止驚悸，除邪氣，明目開心益智”的功效。人參皂苷是人參的主要藥用成分，于1962年由日本天然藥物化學(xué)家柴田乘二首次提取，具有降血糖、調(diào)節(jié)免疫力、治療心血管疾病、抗腫瘤等多種生物學(xué)活性。迄今為止，已經(jīng)確定40余種不同的單體結(jié)構(gòu)，而目前國內(nèi)外大部分研究都集中在中、低極性的常見人參皂苷單體及稀有人參皂苷單體，如人參皂苷Rb1、Rb2、Rb3、Rg3等，研究結(jié)果表明人參皂苷具有調(diào)節(jié)多種神經(jīng)功能的藥理作用[5]。

2 人參皂苷對缺血性腦卒中的神經(jīng)保護作用

2.1減輕興奮性毒性作用腦卒中時，腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine 5' -triphosphate，ATP)合成過程受阻致使谷氨酸(Glutamate，Glu)再攝取能力下降，缺血區(qū)域的Glu攝取率降低，引起Glu大量積聚[6]。Glu是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，大量積聚的Glu過度刺激谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)，導(dǎo)致神經(jīng)細胞中Na+、Ca2+積聚，造成細胞內(nèi)鈣超載，滲透壓增高，從而引起細胞過度腫脹、水解，產(chǎn)生興奮性毒性作用，使神經(jīng)細胞裂解死亡[7]。這是缺血性腦卒中導(dǎo)致神經(jīng)細胞產(chǎn)生病理損傷的重要因素之一。體外培養(yǎng)原代海馬神經(jīng)元利用不同濃度的Glu制備興奮性毒性損傷模型，研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷能夠減輕腦卒中神經(jīng)細胞的損傷[8]。WEI S等[9]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb3具有減輕由Glu大量積聚引起的神經(jīng)細胞功能損傷，改善神經(jīng)細胞膜通透性的作用，降低Glu積聚導(dǎo)致的神經(jīng)興奮性毒性作用。而李明陽等[10]研究發(fā)現(xiàn)高劑量人參皂苷組小鼠腦組織中Glu含量比空白對照組高39.83%；且谷氨酰胺酶活力比空白對照組高10.11%。提示過量的人參皂苷可能會引起動物腦內(nèi)谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)紊亂[11]，進而與突觸后膜上的興奮性受體結(jié)合引起神經(jīng)興奮性毒性損傷，導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡，目前對于人參皂苷調(diào)節(jié)Glu在神經(jīng)細胞中積累的雙重作用機制還不甚了解。GUO Y等[12]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rd1可降低細胞內(nèi)Ca2+濃度，抑制突觸前膜神經(jīng)遞質(zhì)釋放，減輕鈣超載引起的興奮性毒性作用，從而降低缺血性腦卒中神經(jīng)細胞損傷。近期研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rd1還可以通過抑制NR2B亞單位Ser1303位點的磷酸化，調(diào)節(jié)NMDAR通道活動，提高神經(jīng)細胞在缺血性腦卒中的存活率[13]。這可能是人參皂苷Rd1起神經(jīng)保護功能的重要通路之一。由上述可知，適量人參皂苷可通過阻止Glu積聚、降低細胞內(nèi)鈣超載、抑制NR2B亞單位Ser1303位點的磷酸化等方式對抗缺血性腦卒中導(dǎo)致的中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性毒性損傷，但過量人參皂苷將導(dǎo)致細胞內(nèi)Glu積聚，加劇興奮性毒性反應(yīng)。

2.2誘導(dǎo)神經(jīng)干細胞分化神經(jīng)干細胞(neural stem celIs，NSCs)具有增殖、分化為神經(jīng)細胞和星形膠質(zhì)細胞的能力。此外，星形膠質(zhì)細胞能夠分泌多種細胞因子，調(diào)控NSCs生長、增殖及定向分化能力，可在一定程度上減輕甚至恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)損傷[14]。因此，促進NSCs的增殖、分化對于降低機體神經(jīng)損傷具有重要意義。張薇等[15]通過使用不同劑量的人參皂苷Rb1、Rg1與NSCs共培養(yǎng)方法，對胎鼠腦皮質(zhì)源性NSCs進行體外培養(yǎng)、鑒定，發(fā)現(xiàn)有效劑量的人參皂苷Rg1、Rb1可在體外誘導(dǎo)NSCs增殖分化為星形膠質(zhì)細胞。萬鳳等[16]將人參皂苷與發(fā)生缺血性腦卒中后的星形膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其可以調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia in-ducible factor-1α，HIF-1α)基因轉(zhuǎn)錄、活化，增強血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)基因表達，改善腦卒中后人體內(nèi)環(huán)境紊亂，進而誘導(dǎo)NSCs增殖、分化。同時還可修復(fù)受損的神經(jīng)細胞，降低神經(jīng)組織損傷，從而改善腦功能。張鳳蘭等[17]體外分離培養(yǎng)小鼠NSCs，研究人參皂苷Rg3對NSCs分化為神經(jīng)細胞和星形膠質(zhì)細胞的影響，在誘導(dǎo)分化3天后，在50 nmol·L-1濃度時人參皂苷Rg3對NSCs分化為神經(jīng)細胞具有明顯促進作用；在250 nmol·L-1濃度時人參皂苷Rg3主要促進其向星形膠質(zhì)細胞方向分化，對神經(jīng)細胞分化方向沒有顯著影響。GAO J等[18]使用四甲基偶氮唑鹽(methylthiazolyl tetrazolium，MTT)實驗發(fā)現(xiàn)0.32 μg·mL-1的人參皂苷Rg1可誘導(dǎo)腦皮質(zhì)NSCs的增殖及神經(jīng)膠質(zhì)細胞定向分化。由此可見，人參皂苷可促進NSCs增殖及分化，降低腦卒中神經(jīng)功能的損害。探索促進NSCs向星形膠質(zhì)細胞及神經(jīng)細胞方向分化的最優(yōu)濃度以及抑制其分化的濃度，將會加深對人參皂苷誘導(dǎo)NSCs分化機制的了解。

2.3抗氧化作用缺血性腦卒中使神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的氧化因子與抗氧化因子間的動態(tài)平衡失調(diào)，發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，進而引起神經(jīng)細胞損傷，最終導(dǎo)致腦神經(jīng)功能障礙[19]。當(dāng)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)時，體內(nèi)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidases，GSH-Px)和還原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)等抗氧化酶水平受抑制，而腦神經(jīng)細胞中的不飽和脂肪酸對氧化應(yīng)激反應(yīng)十分敏感，更易造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害。目前有研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1可提高細胞內(nèi)SOD、GSH-Px和GSH的量來提升抗氧化能力從而降低活性氧(Reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生和線粒體膜去極化[20]。實驗發(fā)現(xiàn)在缺血性腦卒中大鼠模型中，人參皂苷可減小腦組織梗死范圍，提高其抗氧化能力，但具體的作用機制目前尚不清楚[21]。人參皂苷Rg1還可通過抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信號通路的傳導(dǎo)，增加GSH的濃度及SOD活力，利用其抗氧化作用，進而改善神經(jīng)細胞功能[22]。同時人參皂苷對氧自由基引起的脂質(zhì)過氧化具有拮抗作用，可降低神經(jīng)細胞膜的裂解，減輕外源性自由基對神經(jīng)細胞的破壞。吳露等[23]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1可以激活核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)/血紅素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)信號傳導(dǎo)通路，降低胞漿Nrf2蛋白含量，提升胞核Nrf2蛋白含量，改善下游抗氧化蛋白HO-1功能，減少神經(jīng)細胞死亡[24]。任德啟等[25-26]研究發(fā)現(xiàn)缺血性腦卒中能夠抑制星形膠質(zhì)細胞增殖，并促進其凋亡，而人參皂苷可以抑制缺血性腦卒中星形膠質(zhì)細胞ROS、Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl2-Associated X protein，Bax)含量增加，使B-細胞淋巴瘤因子(B-cell lymphoma factor，Bcl-2)、細胞周期素D1(Cyclin D1)表達降低，從而對星形膠質(zhì)細胞起一定的保護作用。WANG M 等[27]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1可通過上調(diào)SOD和內(nèi)皮源性一氧化氮合酶(endothelial-nitric oxide synthase，eNOS)表達來抑制游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)誘導(dǎo)的ROS和一氧化氮(nitric oxide，NO)生成減少，從而發(fā)揮抗氧化作用。但目前的研究大多僅集中在分子和細胞水平上證明人參皂苷在缺血性腦卒中具有抗氧化作用。

2.4抑制神經(jīng)炎癥作用缺血性腦卒中導(dǎo)致機體血流停滯、血管內(nèi)白細胞活化，以及缺血區(qū)域血管內(nèi)皮和腦實質(zhì)釋放促炎介質(zhì)引發(fā)炎癥反應(yīng)，加重組織的損傷[28]。炎性細胞釋放的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)、NO等細胞毒性劑，是ROS的獨立來源[29]。這些分子加劇了腦細胞的損傷，并導(dǎo)致細胞外基質(zhì)和血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)的破壞，使血液和其他潛在的神經(jīng)毒性血清物質(zhì)進入腦部，導(dǎo)致腦水腫和出血性轉(zhuǎn)化[30]。腦缺血產(chǎn)生內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，也會激活相應(yīng)的受體促進炎癥因子[腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(Interleukin，IL)1、IL-6]的表達，引起病理性炎癥[31-33]。而缺血性腦卒中引發(fā)的炎癥級聯(lián)反應(yīng)將會進一步發(fā)展導(dǎo)致全身免疫反應(yīng)。通過動物實驗發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1能夠較好的抑制急性炎癥進展，緩解炎性腫脹與炎性滲出[34]。HOU J等[35]用人參皂苷Rg3或Rh2預(yù)處理三甲基錫(trimethyhin chloride，TMT)誘導(dǎo)的小鼠神經(jīng)元死亡模型，不僅減少了神經(jīng)細胞死亡，而且有效地降低了星形膠質(zhì)細胞炎性細胞因子[IL-1α/β、IL-6、TNF-α和單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemotaxis protein-1，MCP-1)等]的分泌。且這一保護機制可能是Rg3或Rh2通過選擇性上調(diào)磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidyl inositol 3 kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和抑制細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)活化來實現(xiàn)的。YANG Y等[36]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1處理的大鼠HO-1活性有所增加，而過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor-γ，PPARγ)/HO-1信號傳導(dǎo)被證明在介導(dǎo)細胞凋亡和炎癥中起關(guān)鍵作用。因此，PPARγ/ HO-1信號傳導(dǎo)通路可能是人參皂苷Rg1在缺血性腦卒中的一個重要的治療靶點。目前人參皂苷Rg1、Rg3、Rh2均有報道可減輕神經(jīng)炎癥作用，可通過選擇性上調(diào)PI3K/Akt和抑制ERK活化以及活化HO-1來實現(xiàn)，但其具體作用機制還需進一步的研究。

2.5維持線粒體穩(wěn)定作用細胞內(nèi)的線粒體是能量代謝的主要場所，而大腦中的神經(jīng)細胞是體內(nèi)能量代謝十分旺盛的細胞之一，缺血性腦卒中時，線粒體的損傷將直接導(dǎo)致神經(jīng)細胞能量代謝功能障礙，繼而引起細胞死亡。人參皂苷改善細胞線粒體功能可能是其保護缺血性腦卒中神經(jīng)系統(tǒng)功能的機制之一。通過對大鼠進行的線粒體Ca2+負荷動力學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，大鼠海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)細胞在腦缺血情況下，隨著線粒體Ca2+的積聚，氧化自由基的產(chǎn)生也隨之增多[37]。而線粒體對于Ca2+的通透性增大，使細胞跨膜電位梯度紊亂且ATP產(chǎn)生減少。線粒體通透性改變使對存在其內(nèi)的多種促凋亡蛋白的通透性也隨之發(fā)生改變[38]。實驗結(jié)果顯示缺血性腦卒中早期核轉(zhuǎn)錄因子及谷草轉(zhuǎn)氨酶釋放增加。在腦組織局部缺血條件下，亦可觀測到細胞色素C從線粒體到細胞質(zhì)的再分布。氧化應(yīng)激還可以損傷線粒體功能，在缺氧條件下，線粒體編碼的環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)亞基Ⅰ、Ⅱ及細胞核編碼的亞基Ⅳ、Ⅴb的mRNA出現(xiàn)相應(yīng)的表達下調(diào)，這可能與線粒體轉(zhuǎn)錄因子A的減少有關(guān)。程斌等[39]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1干預(yù)可促使缺血性腦卒中大鼠COX、SOD活性增高，丙二醛(malondialdehyde，MDA)生成減少，且這種變化趨勢在干預(yù)劑量小于40 mg·kg-1時呈劑量依賴性，當(dāng)藥物濃度大于40 mg·kg-1時，這種變化趨勢將不再明顯。人參皂苷可通過提高線粒體呼吸鏈酶、SOD、GSH-Px、鉀鈉離子ATP酶(Na+/K+-ATPase，NKA)和鈣離子ATP酶(Ca2+-ATPase)活性，降低MDA含量，進而穩(wěn)定細胞內(nèi)的能量代謝[40]。研究證實，人參皂苷Rg1可以穩(wěn)定線粒體跨膜電位，抑制線粒體細胞色素C向細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移和拮抗半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)激活，保護線粒體功能，降低神經(jīng)系統(tǒng)損傷[41]，對缺血性腦卒中發(fā)揮保護作用。

3 展 望

目前，國內(nèi)外對人參皂苷的神經(jīng)保護作用機制的報道主要集中在降低神經(jīng)細胞興奮性毒性作用、誘導(dǎo)神經(jīng)干細胞分化、抗氧化和抑制神經(jīng)炎癥、維持線粒體穩(wěn)定等方面，這些與缺血性腦卒中的病變息息相關(guān)。但是也應(yīng)該清楚地認識到人參皂苷對缺血性腦卒中神經(jīng)保護作用機制的研究還不夠深入，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從分子水平探索人參皂苷的神經(jīng)保護作用機制將會成為新的熱點，為人參皂苷在臨床上的應(yīng)用提供理論依據(jù)和帶來新的突破。