姜黃素抗腦缺血再灌注損傷的藥理學(xué)研究進(jìn)展

孫 玉 李 鵬 楊鵬飛

新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，河南省心血管重構(gòu)與藥物干預(yù)國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，新鄉(xiāng)市心血管重構(gòu)干預(yù)與分子靶向治療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新鄉(xiāng)，453003，中國(guó)

姜黃（turmeric）為常用傳統(tǒng)中藥，收載于《中華人民共和國(guó)藥典》，屬姜科姜黃屬植物姜黃的干燥根莖，具有破血行氣、通經(jīng)止痛的功能，傳統(tǒng)中醫(yī)用于胸脅刺痛、閉經(jīng)、癲癇、風(fēng)濕、肩臂疼痛、跌打腫痛。姜黃的活性成分包括揮發(fā)油和姜黃素類物質(zhì)等，其中姜黃素（curcumin）是其主要的生物學(xué)成分。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素有抗炎、抗氧化、抗動(dòng)脈粥樣硬化、降血脂等廣泛的藥理作用［1］。腦卒中具有“發(fā)病率高”、“死亡率高”、“致殘率高”、“復(fù)發(fā)率高”、“經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)高”的典型五高特點(diǎn)，是全球成年人永久性致殘的首要元兇，也是第二大死亡原因，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［2］。腦卒中包括出血性腦卒中和缺血性腦卒中，臨床以缺血性腦卒中更為多見(jiàn)。缺血性腦卒中是由腦部供血不足所引起的急性腦血管病變，表現(xiàn)為患者突然出現(xiàn)的單側(cè)肢體軟癱，意識(shí)喪失甚至?xí)灥沟默F(xiàn)象。在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)患者的血液供應(yīng)，是改善腦卒中患者神經(jīng)系統(tǒng)狀況及預(yù)后情況的主要手段，但多數(shù)情況下，給予及時(shí)的藥物或手術(shù)溶栓灌注治療后，患者原有的神經(jīng)損傷并沒(méi)有恢復(fù)，甚至出現(xiàn)壞死和過(guò)度凋亡現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為腦缺血再灌注損傷［3］，指由于線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、炎癥浸潤(rùn)、谷氨酸毒性、Ca2+超載、程序性細(xì)胞死亡等機(jī)制的損傷作用，神經(jīng)細(xì)胞數(shù)目大量減少，大腦功能出現(xiàn)明顯障礙。腦缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜、臨床表現(xiàn)嚴(yán)重，給患者帶來(lái)巨大的生命威脅和沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，但目前仍缺乏可對(duì)其有明顯緩解作用的藥物。近年來(lái)的研究顯示，姜黃素的抗炎、抗氧化和調(diào)控細(xì)胞程序性死亡的藥理作用可用來(lái)緩解腦缺血再灌注損傷，本文將從腦缺血再灌注損傷的發(fā)病機(jī)制角度，對(duì)姜黃素緩解腦缺血再灌注損傷的藥理作用及機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)綜述，以期為姜黃素治療腦缺血再灌注損傷提供理論依據(jù)。

1 修復(fù)線粒體功能損傷

腦缺血發(fā)生后，ATP 合成不足造成的線粒體功能障礙，是腦缺血再灌注損傷的觸發(fā)因素和重要機(jī)制。線粒體是由雙層膜結(jié)構(gòu)組成的細(xì)胞器，其中線粒體內(nèi)膜含呼吸鏈和氧化還原性酶，可以通過(guò)三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化反應(yīng)分解丙酮酸等供能物質(zhì)，生成大量的ATP，以保證細(xì)胞生理活動(dòng)的穩(wěn)定進(jìn)行，因此被稱為細(xì)胞的能量工廠［4］。但在某些應(yīng)激條件下，線粒體也可生成活性氧（reactive oxygen species，ROS）并釋放氧化酶，從而激活或介導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。腦缺血再灌注后，神經(jīng)細(xì)胞由于長(zhǎng)時(shí)間的缺血，線粒體結(jié)構(gòu)被損傷，引起線粒體外膜通透性增加，促進(jìn)細(xì)胞色素C 等內(nèi)容物向細(xì)胞質(zhì)的釋放，從而誘發(fā)細(xì)胞凋亡。此外線粒體損傷也可導(dǎo)致呼吸鏈斷裂，氧化磷酸化合成ATP 的功能障礙，加速細(xì)胞凋亡的發(fā)生［5］。

研究顯示，姜黃素能夠通過(guò)促進(jìn)線粒體融合蛋白2（mitofusin-2，Mfn-2）的表達(dá)，調(diào)控線粒體融合的過(guò)程，以穩(wěn)定線粒體的結(jié)構(gòu)和功能［6］；此外，氧電極法檢測(cè)結(jié)果顯示，姜黃素可以有效降低線粒體的呼吸控制率、呼吸鏈的損傷、線粒體的氧化磷酸化效率［7］；并促進(jìn)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活子-1α（peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α）、線粒體解偶聯(lián)蛋白2（uncoupling proteins 2，UCP2）、線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM）及線粒體轉(zhuǎn)錄因子B（mitochondria transcription factor B，TFBM）的表達(dá)，從而恢復(fù)線粒體功能，改善神經(jīng)系統(tǒng)的損傷［8］。

2 抑制氧化應(yīng)激

線粒體的內(nèi)膜內(nèi)含多種氧化性酶，是氧化磷酸化作用的主要場(chǎng)所，也是應(yīng)激條件下ROS 生成的主要部位，同時(shí)也最易受ROS 的損傷［9］。ROS 是化學(xué)性質(zhì)極為不穩(wěn)定的一類含氧化合物，包括過(guò)氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2），超氧陰離子（superoxide anion，O2-）以及一氧化氮（nitric oxide，NO）等［10］。

腦缺血再灌注后，雖病人的氧氣供應(yīng)恢復(fù)，但線粒體功能障礙依舊存在，生成的e-數(shù)量不足，使再灌注治療中補(bǔ)充的氧氣無(wú)法與足夠的e-作用（即每個(gè)O2可與四個(gè)e-反應(yīng)）直接生成H2O 和大量的ATP，導(dǎo)致中間產(chǎn)物如H2O2及等的生成不斷增多，使體內(nèi)氧自由基的含量不斷增加［11］。其次腦缺血再灌注后，Ca2+在細(xì)胞內(nèi)不斷蓄積，激活Ca2+依賴性蛋白酶，隨后活化的Ca2+依賴性蛋白酶可將黃嘌呤脫氫酶催化為黃嘌呤氧化酶，并誘導(dǎo)次黃嘌呤分解生成尿酸和H2O2，誘發(fā)H2O2在體內(nèi)的蓄積［12］。再次在腦缺血再灌注損傷的早期階段，機(jī)體代償性通過(guò)增加一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）的活性，促進(jìn)L-精氨酸轉(zhuǎn)化為NO，提高NO 的濃度，以舒張血管從而緩解細(xì)胞的缺血缺氧。但隨疾病的發(fā)展進(jìn)程，體內(nèi)NO 的合成不斷增加，最終可引起NO 的蓄積［13］。在以上病理過(guò)程作用下，體內(nèi)的ROS 大量累積造成氧化應(yīng)激反應(yīng)，損傷細(xì)胞膜、溶酶體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的完整性，開(kāi)放線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP），誘導(dǎo)細(xì)胞色素C 的釋放，激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶家族（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase），最終引起細(xì)胞凋亡［14］。眾多研究表明姜黃素可以抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生，其作用機(jī)制可分為抑制活性氧生成和增強(qiáng)機(jī)體對(duì)活性氧的清除作用。

姜黃素及其衍生物均能夠通過(guò)抑制黃嘌呤氧化酶的活性［15］，有效減少體內(nèi)H2O2的生成。姜黃素還可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)ROS 的清除作用［16］。首先，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，姜黃素給藥后，大鼠體內(nèi)過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）的活性明顯增強(qiáng)，H2O2的濃度明顯降低［17］。此外，姜黃素也能夠促進(jìn)超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的表達(dá)，使得O2-的濃度顯著下降［18］。最后，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)姜黃素干預(yù)，核轉(zhuǎn)錄因子E2 相關(guān)因子2（nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2）及血紅素氧合酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）的表達(dá)明顯被增強(qiáng)，SOD 和CAT 及谷胱甘肽過(guò)氧化物GSH-Px 等抗氧化酶的活性增強(qiáng)，推測(cè)姜黃素可能通過(guò)激活Nrf2/抗氧化反應(yīng)原件（antioxidant response element，ARE）信號(hào)通路，以促進(jìn)抗氧化酶的表達(dá)，增強(qiáng)機(jī)體清除活性氧的能力，從而有效降低神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的活性氧成分［19］。

3 抑制炎癥反應(yīng)發(fā)生

炎癥作用與腦缺血再灌注損傷的發(fā)展密切相關(guān)，在此過(guò)程中，小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化和白細(xì)胞的滲出為炎癥反應(yīng)發(fā)生的細(xì)胞基礎(chǔ)。腦缺血后增多的ROS 導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)，激活位于細(xì)胞膜表面的損傷相關(guān)分子識(shí)別受體，促進(jìn)炎性介質(zhì)的分泌，誘導(dǎo)腦內(nèi)固有的免疫細(xì)胞（小膠質(zhì)細(xì)胞）活化并分泌腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）和白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）等［20-21］，加速炎性介質(zhì)在體內(nèi)的蓄積；另一方面MMPs 尤其是MMP-9的增加能夠抑制血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密連接蛋白（tight junction proteins，TJPs）的活性，損傷血腦屏障，增加血腦屏障的通透性，促進(jìn)外周的水分、白細(xì)胞及炎癥介質(zhì)進(jìn)入腦細(xì)胞，誘發(fā)腦水腫現(xiàn)象［22］；而IL-1β能夠促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化和反應(yīng)性膠質(zhì)化，活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞不僅可以分泌炎性介質(zhì)，加重神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)炎癥介質(zhì)的蓄積［23］，而且能夠分泌趨化因子及黏附因子，誘導(dǎo)血管內(nèi)的白細(xì)胞黏附聚集并浸潤(rùn)組織細(xì)胞和血腦屏障，加重神經(jīng)細(xì)胞的損傷［24-26］。綜上所述，小膠質(zhì)細(xì)胞活性的增強(qiáng)和炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)推動(dòng)了腦缺血再灌注期間炎癥反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素給藥可以明顯抑制炎癥介質(zhì)的生成，有效保護(hù)血腦屏障并預(yù)防腦水腫的發(fā)生（Fig.1）。

Fig.1 Curcumin plays an anti-inflammatory role by inhibiting glial cell activation and leukocyte infiltration

3.1 調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的活化

姜黃素能夠通過(guò)促進(jìn)miRNA-182（miR-182）的表達(dá)，調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的活化。miR-182 是成人腦中含量非常豐富的micro RNA，在調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞活性方面發(fā)揮著重要作用。miR-182 可靶向抑制鐘樣受體4（tolllike receptor 4，TLR4），以拮抗小膠質(zhì)細(xì)胞的活化［27-28］，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明姜黃素給藥后miR-182 的表達(dá)增加，小膠質(zhì)細(xì)胞活化程度降低，TNF-α，IL-1β 炎癥介質(zhì)和NO、H2O2、谷氨酸（glutamate，Glu）等細(xì)胞毒性物質(zhì)的分泌減少［29］。姜黃素也可以通過(guò)抑制NF-κB 信號(hào)通路，調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的活化以降低炎性介質(zhì)、趨化因子的分泌，緩解白細(xì)胞對(duì)血腦屏障和神經(jīng)細(xì)胞的浸潤(rùn)［30］。

3.2 緩解血腦屏障的損傷

姜黃素同樣能夠緩解血腦屏障的損傷，減輕神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥性反應(yīng)。在大鼠動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，姜黃素不僅可以抑制海馬區(qū)MMP-9、細(xì)胞黏附因子-1（intercellular cell adhesion molecule1，ICAM-1）、水 通道蛋白-4（aquapporin-4，AQP-4）及血管間黏附因子-1（vascular cell adhesion molcule-1，VCAM-1）等多種蛋白的分泌，還可以有效上調(diào)緊密連接蛋白TJPs 的表達(dá)，從而顯著降低血腦屏障的通透性，抑制外周淋巴細(xì)胞對(duì)組織的浸潤(rùn)，保護(hù)血腦屏障的完整性［31-33］。

4 降低谷氨基酸毒性

興奮性氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)（excitatory amino acids，EAA）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)主要的興奮性突觸傳遞遞質(zhì)，包括Glu 和天冬氨酸，其中Glu 在哺乳動(dòng)物腦內(nèi)有更為廣泛的表達(dá)，也是腦缺血發(fā)生時(shí)引起神經(jīng)元損傷的關(guān)鍵因素［34］，Glu 在體內(nèi)主要由突觸前膜釋放，經(jīng)突觸間隙作用于突觸后膜。當(dāng)突觸間隙內(nèi)的Glu 出現(xiàn)少量蓄積時(shí)，突觸前膜及突觸旁星形膠質(zhì)細(xì)胞可對(duì)其進(jìn)行重?cái)z取，并借助谷氨酰胺合成酶（glutamine synthesize，GS）作用將谷氨酸代謝為谷氨酰胺，重新轉(zhuǎn)入神經(jīng)元細(xì)胞，以此形成神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的谷氨酰胺循環(huán)。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Glu 的重?cái)z取依賴于其膜表面的興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（excitatory amino acid transporters，EAAT）的活性。研究顯示，EAAT 是機(jī)體調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)興奮性氨基酸濃度的主要方式，負(fù)責(zé)90%的谷氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)，且EAAT 的功能障礙尤其是以EAAT2 活性的降低與谷氨酸毒性反應(yīng)的發(fā)生有著密不可分的聯(lián)系［35-37］。另外，EAAT 是Na+/K+依賴性神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體，即星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)重?cái)z取Glu 維持Glu 穩(wěn)定的功能，依賴于細(xì)胞內(nèi)外的Na+/K+濃度梯度［38］。研究發(fā)現(xiàn)腦缺血再灌注后，神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)ATP 合成不足，Na+/K+-ATP功能障礙，細(xì)胞內(nèi)外Na+濃度梯度降低。此外，在缺血再灌注后增加的氧自由基和炎癥因子同樣對(duì)于EAAT的活性也造成了明顯的抑制作用［39］，導(dǎo)致Glu 大量積聚于突觸間隙，從而誘發(fā)Glu 毒性作用，并激活Ca2+高度敏感性的Glu 離子型受體N-甲基-D-天門冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR），引 起Ca2+的大量?jī)?nèi)流，加速鈣超載現(xiàn)象的發(fā)生［40］，進(jìn)一步降低線粒體的膜電勢(shì)差，引起線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔mPTP的開(kāi)放，最終啟動(dòng)線粒體凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘發(fā)神經(jīng)細(xì)胞凋亡［41］。

以往的研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以通過(guò)緩解EAAT 的損傷，修復(fù)機(jī)體對(duì)Glu 的重?cái)z取能力，以阻止興奮性氨基酸毒性的發(fā)生。其作用機(jī)制可總結(jié)為以下兩點(diǎn)：一方面姜黃素可以降低TNF-α的分泌［42］，并呈劑量依賴性地提高Na+/K+-ATP 酶活性，并因此明顯增強(qiáng)EAAT 的活性［43］，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)Glu 重?cái)z取能力。另一方面，姜黃素也可以提高突觸前膜和星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）的活性，促進(jìn)被重?cái)z取后Glu 向谷氨酰胺的轉(zhuǎn)化，加快機(jī)體對(duì)Glu 的降解速度［44］。

5 抑制鈣超載

在腦缺血再灌注過(guò)程中，鈣超載的發(fā)生是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果。首先，腦細(xì)胞缺血可以增加活性氧的生成，使膜結(jié)構(gòu)的完整性被損傷，生物膜中的糖萼層分離，最終引起生物膜通透性增加，誘發(fā)胞外Ca2+的內(nèi)流運(yùn)動(dòng)［45］；其次，腦缺血再灌注后，線粒體無(wú)氧酵解反應(yīng)增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)丙酮酸的含量增多，機(jī)體H+-Na+交換被抑制，Na+-Ca2+交換被激活，進(jìn)一步加劇胞外Ca2+的內(nèi)流運(yùn)動(dòng)［46］；再次，在Glu 的毒性作用下，膜Ca2+通道處于持續(xù)開(kāi)放狀態(tài)［47-48］，此外，腦缺血再灌注會(huì)引起ATP合成不足并誘發(fā)鈣泵功能障礙，使得細(xì)胞排出Ca2+的能力下降，導(dǎo)致Ca2+在細(xì)胞內(nèi)不斷蓄積。綜上所述，在腦缺血再灌注期間，Ca2+的內(nèi)流增加且細(xì)胞排除Ca2+的能力障礙，最終引起鈣超載［49］。胞質(zhì)內(nèi)增多的Ca2+一方面激活磷脂酶、黃嘌呤氧化酶、Ca2+依賴性降解酶的活性，損傷蛋白質(zhì)及細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能損傷［50］；另一方面在線粒體內(nèi)形成磷酸沉積造成線粒體功能障礙進(jìn)一步降低ATP 的合成；同時(shí)增多的Ca2+還可以與親環(huán)素D 結(jié)合后誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)化孔mPTP 開(kāi)放，引起細(xì)胞色素C 等促凋亡物質(zhì)的釋放，最終誘發(fā)或加速細(xì)胞凋亡［51］。

藥理學(xué)研究顯示，姜黃素可以抑制腦缺血再灌注損傷過(guò)程中鈣超載的發(fā)生，其機(jī)制為姜黃素不僅可以抑制Ca2+的內(nèi)流，而且可以促進(jìn)胞漿Ca2+的排出［52］。姜黃素不僅能夠呈濃度依賴性地使電壓依賴型通道的失活曲線向超極化方向移動(dòng)，抑制高電壓門控通道電流［53］；還可以降低G 蛋白偶聯(lián)受體活性從而抑制受體操縱型Ca2+通道的開(kāi)放［54］。同時(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，姜黃素可以降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面的1，4，5-三磷酸肌醇受體（inositol 1，4，5-trisphosphate receptor，IP3R）蛋白的活性，抑制其對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+通道開(kāi)放的促進(jìn)作用，以上實(shí)驗(yàn)研究表明姜黃素可以經(jīng)過(guò)多種途徑顯著降低胞漿內(nèi)的Ca2+［55-56］。同時(shí)姜黃素也可以通過(guò)提高Ca2+-ATP酶的活性，增強(qiáng)ATP 依賴性鈣泵的功能，促進(jìn)機(jī)體對(duì)Ca2+的清除作用［57］。

6 調(diào)控程序性細(xì)胞死亡

神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)存在多種程序性細(xì)胞死亡過(guò)程，此過(guò)程由基因調(diào)控，對(duì)維持神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)有著重要作用，其形式包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞焦亡、細(xì)胞自噬等［58］，姜黃素對(duì)于神經(jīng)元程序性死亡的調(diào)控機(jī)制如Fig.2 所示。

Fig.2 Curcumin protects neurons by inhibiting programmed cell death

6.1 對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的過(guò)度凋亡的抑制作用

腦缺血后，細(xì)胞處于強(qiáng)應(yīng)激狀態(tài)，體內(nèi)凋亡相關(guān)因子和蛋白的表達(dá)被激活，細(xì)胞膜間連接消失，胞質(zhì)內(nèi)線粒體嵴增多并表現(xiàn)出膨脹空泡化，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體脫落，網(wǎng)腔膨脹，細(xì)胞骨架紊亂，細(xì)胞核內(nèi)DNA 斷裂、染色質(zhì)聚集形成新月?tīng)罱Y(jié)構(gòu)，隨后細(xì)胞核裂解，形成凋亡小體。同時(shí)凋亡小體膜內(nèi)的磷脂酰絲氨酸外翻，因此當(dāng)?shù)蛲鲂◇w形成脫落后能夠及時(shí)被吞噬細(xì)胞識(shí)別吞噬，從而避免誘發(fā)炎癥反應(yīng)［59］。腦缺血再灌注后，由于谷氨酸毒性反應(yīng)、炎癥損傷、鈣超載等的刺激作用，從而誘發(fā)神經(jīng)細(xì)胞的過(guò)度的凋亡反應(yīng)，造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重的功能障礙［60］。

姜黃素可以通過(guò)降低凋亡相關(guān)基因及蛋白的表達(dá)、促進(jìn)損傷DNA 的修復(fù)，緩解腦缺血再灌注后過(guò)度的細(xì)胞凋亡現(xiàn)象。首先，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示姜黃素給藥可以增強(qiáng)Bcl-2 蛋白的表達(dá)并抑制Bax 蛋白的活性，恢復(fù)線粒體孔道周圍的電勢(shì)差，從而顯著降低細(xì)胞色素C 的釋放［61］；此外，姜黃素也可以有效降低凋亡蛋白活化因子-1（apoptosis protease-activating factor 1，Apaf-1）的 表達(dá)［62］，降低JNK（c-Jun N-terminal kinase）通路的活性，直接減少Caspase-3 的合成和分泌［63］。同時(shí)，姜黃素能夠增加凋亡抑制因子P53 基因的表達(dá)，以修復(fù)受損的DNA［64］。綜上所述，姜黃素可以有效調(diào)控腦缺血再灌注后的過(guò)度細(xì)胞凋亡，從而緩解再灌注后的腦功能障礙。

6.2 對(duì)細(xì)胞焦亡的拮抗作用

炎癥小體是核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）參與組裝的一種復(fù)合物，NLRP3 可廣泛表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)各細(xì)胞間，能特異識(shí)別細(xì)胞的損傷及免疫信號(hào)，對(duì)于調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的免疫反應(yīng)有重要作用［65］。在腦缺血再灌注后，機(jī)體受到損傷相關(guān)分子模式的刺激，NLRP3 被激活，隨后通過(guò)招募Caspase-1，誘導(dǎo)其切割焦亡蛋白GSDMD，引發(fā)細(xì)胞焦亡反應(yīng)，造成細(xì)胞腫脹裂解死亡，并釋放細(xì)胞內(nèi)容物并誘發(fā)劇烈的炎癥反應(yīng)［66-67］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，姜黃素給藥后腦缺血再灌注大鼠體內(nèi)Caspase-1、NLRP3、IL-18 的表達(dá)明顯減少［68］，這表明姜黃素可以通過(guò)抑制細(xì)胞焦亡發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)元作用。

6.3 對(duì)細(xì)胞自噬的促進(jìn)作用

自噬是機(jī)體為保護(hù)自身內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)而出現(xiàn)的自我消化過(guò)程，即細(xì)胞在自身溶酶體的作用下降解細(xì)胞內(nèi)有害的大分子物質(zhì)及損傷的細(xì)胞器的過(guò)程［69］。有研究表明在卒中的早期（缺血再灌注的72 h 內(nèi)），自噬的發(fā)生可以降解損傷的線粒體，減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生并緩解細(xì)胞損傷［70］：腦缺血時(shí)，轉(zhuǎn)錄因子NF-f2 的表達(dá)增加，激活小膠質(zhì)細(xì)胞，并增加IL-6 和TNF-α等炎癥介質(zhì)的分泌，機(jī)體代償性啟動(dòng)自噬反應(yīng)以降低炎癥損傷［71］，此外腦細(xì)胞缺血后也可以激活腺苷酸環(huán)化酶激活酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）-雷帕霉素靶點(diǎn)蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）通路，誘發(fā)自噬反應(yīng)以緩解神經(jīng)系統(tǒng)的損傷［72］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，姜黃素可以促進(jìn)細(xì)胞自我保護(hù)性的自噬反應(yīng)。PI3K/絲氨酸激酶（serine/threonine kinase，Akt）-mTOR 是調(diào)控自噬反應(yīng)的經(jīng)典通路，PI3K 的活化可以促進(jìn)自噬小體的生成［73-74］，大鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)姜黃素給藥后PI3K/Akt 磷酸化水平明顯增高，自噬因子LC-3、Beclin-1 的表達(dá)增加，證明姜黃素可以通過(guò)PI3K/Akt 通路促進(jìn)自噬反應(yīng)的發(fā)生［75-76］；此外，姜黃素給藥也可將絲裂酶原蛋白激酶激酶（mitogen activated protein kinase，AMPK）活化為磷酸化的絲裂酶原蛋白激酶p-AMPK 表達(dá)［77］，p-AMPK 隨后可以直接磷酸化mTOR 表達(dá)的必需物質(zhì)（tuberous sclerosis complex，TSC1）和TSC2，使有抑制自噬作用的mTORC1 復(fù)合物失活，從而促進(jìn)自噬的發(fā)生［78］。

7 促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)

研究表明，姜黃素可以從多方面促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)功能的恢復(fù)，主要表現(xiàn)為：調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的活性、促進(jìn)多能干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞的分化、有效穩(wěn)定神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)壞境。

7.1 抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化

星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)量最多的細(xì)胞，約占總數(shù)的50%［79］，其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的恢復(fù)有著雙面作用，一方面星形膠質(zhì)細(xì)胞既可以儲(chǔ)備糖原，為缺血缺氧的神經(jīng)元提供能量、釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，促進(jìn)神經(jīng)元再生和修復(fù)［80-82］，另一方面，星形膠質(zhì)細(xì)胞受到刺激因素影響后，活化為反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞，并在病灶邊界聚集分泌膠質(zhì)瘢痕，缺血早期膠質(zhì)瘢痕可以隔離損傷組織，保護(hù)正常細(xì)胞；但后期過(guò)度活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞使瘢痕面積逐步擴(kuò)大，影響新生的神經(jīng)元細(xì)胞進(jìn)入損傷組織區(qū)域、進(jìn)一步限制缺血區(qū)的能量供應(yīng)，阻礙神經(jīng)功能的修復(fù)［83-84］。近有實(shí)驗(yàn)證明，姜黃素可通過(guò)下調(diào)酪氨酸激酶（janus kinases，JAK）/signal transducers and activator of transcription（STAT3）信號(hào)通路調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活性，抑制膠質(zhì)瘢痕的生成，促進(jìn)神經(jīng)功能的恢復(fù)［85］。

7.2 促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖分化

神經(jīng)干細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的有自我更新和增殖能力的母細(xì)胞［86］，具有分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的潛能，而多能干細(xì)胞是存在于體細(xì)胞內(nèi)的有著與胚胎干細(xì)胞相似的多向分化和自我更新功能的細(xì)胞［87］。有文獻(xiàn)研究指出姜黃素可以激活Notch 通路促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖，并抑制神經(jīng)干細(xì)胞向小膠質(zhì)細(xì)胞分化［88］，還可以通過(guò)cAMP-PKA-CREB 信號(hào)通路促進(jìn)多能干細(xì)胞向神經(jīng)干細(xì)胞的分化［89］。同時(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠通過(guò)激活蛋白激酶A（protein kinase A，PKA），促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）的釋放［90］，從而促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)。

7.3 穩(wěn)定細(xì)胞骨架，維護(hù)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境

姜黃素給藥可以通過(guò)增加載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）的分泌，阻止tau 蛋白的去磷酸化，促進(jìn)tau蛋白與細(xì)胞微管相結(jié)合穩(wěn)定細(xì)胞骨架，從而促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞的生長(zhǎng)［91-92］。

8 保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞

血管功能是保證人體組織細(xì)胞正常的血液供應(yīng)的必備條件，正常生理?xiàng)l件下，血管內(nèi)皮細(xì)胞可分泌內(nèi)源性的血管物質(zhì)，以維持血管的彈性及完整性，保證組織細(xì)胞的血液供應(yīng)［93］。腦缺血再灌注后，ROS、炎癥因子等細(xì)胞毒性物質(zhì)均可以損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，造成血管舒張功能明顯障礙，加劇細(xì)胞內(nèi)缺血缺氧。臨床調(diào)查數(shù)據(jù)也顯示，血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷程度與腦缺血再灌注損傷發(fā)展的嚴(yán)重水平也存在明顯相關(guān)性，此外及時(shí)修復(fù)損傷的血管內(nèi)皮細(xì)胞也被認(rèn)為是恢復(fù)血腦屏障功能的重要途徑，對(duì)于減輕腦缺血再灌注損傷有著積極作用［94］。

研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素對(duì)血管內(nèi)皮有明顯的保護(hù)作用，其作用機(jī)制有：促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的再生、緩解血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。有文獻(xiàn)指出姜黃素能夠通過(guò)增加音猬因子（sonic hedgehog，Shh）的表達(dá)，增強(qiáng)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子及血管生成素的活性，從而促進(jìn)血管的再生［95］。同時(shí)也有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，姜黃素可以抑制氧糖剝奪條件下絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）-p38-核因子-κB（nuclear factor-κB，NFκB）通路，以降低其誘發(fā)的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而減輕微小血管內(nèi)皮細(xì)胞受到的炎癥損傷［96］。

9 展望

姜黃素來(lái)源于傳統(tǒng)中藥植物姜黃的根莖，有來(lái)源廣、成本低、副作用小的優(yōu)點(diǎn)，目前臨床上已被應(yīng)用于口腔義齒炎癥和皮膚疾病的治療，并取得理想的治療效果［97-98］。根據(jù)臨床前期的藥理學(xué)研究結(jié)果顯示，姜黃素有抗炎、抗氧化、抗凋亡等多種作用，對(duì)抑制腦缺血再灌注后的缺血周圍區(qū)細(xì)胞凋亡、保護(hù)和修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)的功能有著顯著作用（Fig.3），因此對(duì)姜黃素對(duì)缺血再灌注損傷的保護(hù)機(jī)制進(jìn)行綜述，希望以此為姜黃素的機(jī)制探討和研發(fā)提供基礎(chǔ)性理論支持。

Fig.3 Pharmacological mechanism of curcumin in protecting cerebral ischemia-reperfusion injury

但是，藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究顯示姜黃素應(yīng)用一定的局限性。一方面神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)姜黃素的吸收存在明顯障礙，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)注射給藥姜黃素1 小時(shí)后，僅0.5%的給藥量姜黃素可以定位于腦干、紋狀體和海馬［99］，另一方面姜黃素的水溶性較差，半衰期較短，在體內(nèi)極易被代謝［100］。在以上因素的綜合作用下，姜黃素的生物利用度明顯被降低。

近年來(lái)經(jīng)過(guò)對(duì)姜黃素新劑型的開(kāi)發(fā)，可能部分解決以上問(wèn)題。研究顯示，對(duì)比傳統(tǒng)口服姜黃素，經(jīng)鼻給藥納米包裝的姜黃素可以有效提高其吸收率［101］；這意味著對(duì)姜黃素劑型上的創(chuàng)新可以有效提高姜黃素的生物利用度，但調(diào)查顯示使用過(guò)程中的實(shí)際裝載量會(huì)很大程度上影響納米姜黃素的穩(wěn)定性：沉淀組中，隨載藥量的增加而明顯升高，納米乳的穩(wěn)定性明顯下降；晶型比例明顯增加［102］。這意味著將姜黃素開(kāi)發(fā)成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物還有很長(zhǎng)的道路要走。此外，目前對(duì)于姜黃素在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療上的研究仍停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)層面，缺乏人體試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，因此，使用多中心、大樣本量的臨床隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證姜黃素在腦缺血再灌注損傷治療過(guò)程中的作用，進(jìn)一步確認(rèn)其藥效，并深入探討其藥理作用機(jī)制是醫(yī)藥學(xué)工作者下一步工作的重點(diǎn)。