缺血性腦白質病線粒體改變及中醫(yī)藥干預研究進展※

陳明琪 黃世敬

(中國醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院新藥研發(fā)中心，北京 100053)

隨著現代信息技術的發(fā)展和老齡化社會的進展，腦白質病檢出率日益上升。缺血性腦白質病是其常見類型，又稱腦白質病變(WML)、腦白質疏松癥(LA)，現普遍認為其與輕度認知功能障礙、血管性癡呆、血管性抑郁、腦小血管病等病密切相關。缺血性腦白質病的臨床表現主要有情感和認知功能障礙，如焦慮、抑郁、認知功能減退等，以及身體殘障和運動功能低下、感覺障礙、疼痛麻木、尿失禁、睡眠障礙、假性延髓性麻痹(飲水嗆咳、吞咽困難、發(fā)聲困難)等。其發(fā)病率與患者年齡呈正相關，伴隨人口老齡化的加劇，缺血性腦白質病的發(fā)病率呈現較快增長的趨勢，給家庭及社會造成較大的負擔[1]。目前缺血性腦白質病的發(fā)病機制尚不明確，西醫(yī)尚未有明確有效的治療手段，中醫(yī)治療主要以緩解患者臨床癥狀為原則。線粒體通過產生能量參與細胞的生命活動,腦缺血后腦組織缺血缺氧導致線粒體功能障礙,引起細胞凋亡?，F從線粒體數量減少、結構改變及功能障礙和以線粒體為靶標的中醫(yī)藥治療進行綜述如下。

1 線粒體數量減少及中醫(yī)藥治療

線粒體數量減少是各種損傷影響線粒體穩(wěn)態(tài)進而導致線粒體自噬、凋亡最直接的表現形式。線粒體自噬是一種控制線粒體數量的選擇性自噬過程,其對維持細胞正常功能至關重要,且與腦血管疾病密切相關。向菲等[2]對右側大腦中動脈栓塞模型小鼠進行白藜蘆醇(Res)預處理，實驗研究結果表明，Res預處理可以減少腦缺血再灌注小鼠腦梗死體積和神經功能缺損,提高腦組織沉默信息調節(jié)因子1(SIRT1)和線粒體自噬相關蛋白表達,減少細胞色素C(CytC)的釋放,恢復線粒體膜電位(MMP),提高腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)水平。透射電鏡結果顯示,Res減輕了缺血導致的線粒體損傷。

胡躍強等[3]實驗研究發(fā)現，溫肺降濁方(藥物組成：制附子、人參、干姜、大黃、三七、炙甘草)可抑制促凋亡蛋白CytC、B淋巴細胞瘤-2相關x蛋白(Bax)的表達,從而改善大鼠的學習記憶能力。趙欣等[4]研究證實，補陽還五湯通過調節(jié)大鼠腦卒中后皮質缺血區(qū)域自噬，穩(wěn)定線粒體功能，發(fā)揮神經保護作用。Zuo T等[5]對腦缺血再灌注大鼠進行電針針刺治療，主要針刺穴位為百會、命門、足三里，結果發(fā)現電針針刺治療可以增強線粒體呼吸鏈酶活性，減少線粒體損傷，從而抑制神經元凋亡。

2 線粒體結構改變與中醫(yī)藥治療

線粒體是由雙層單位膜套疊形成的封閉性結構，由外至內可劃分為外膜、膜間隙、內膜和基質。其中，線粒體外膜上整齊排列著孔蛋白，允許一些小分子和多肽通過;內膜向內折疊成嵴，對建立驅動ATP合成的電化學梯度有重要意義[6]。機體的能量代謝主要在線粒體中進行，線粒體結構的完整性是進行能量代謝的重要保證。缺血性腦白質病的病理改變與線粒體的超微結構密切相關。Sood A等[7]建立的大腦中動脈閉塞再灌注(MCAO)模型引起的線粒體功能障礙，發(fā)現大鼠的線粒體超微結構改變如嵴的異常與缺失。沈浩[8]探討犀角地黃湯對局灶性腦缺血再灌注大鼠自噬水平的影響，結果表明犀角地黃湯組與模型組相比較,神經細胞核膜的超微結構更加清晰完整,可見細胞內的線粒體輕度腫脹及少數多層的自噬體結構。王婧吉等[9]通過艾灸督脈組穴干預血管性癡呆大鼠的研究中發(fā)現，模型組皮層額葉和海馬CA1區(qū)神經元線粒體明顯擴張,外膜破壞、溶解,嵴排列紊亂或消失,胞質內水腫明顯,糖原顆?；鞠?艾灸組皮層額葉和海馬CA1區(qū)神經元線粒體少數腫大、擴張,粗面內質網少數輕度擴張，糖原顆?？梢姟?/p>

Kislin M等[10]實驗研究證明，神經元線粒體結構的完整性在創(chuàng)傷性和缺血性損傷是可逆的，強調線粒體可作為治療干預的潛在目標。賀平等[11]建立腦缺血再灌注大鼠模型，并行針刺大椎、水溝、百會穴進行干預，取缺血海馬組織電鏡下觀察線粒體超微結構，結果顯示假手術組線粒體結構正常;模型組線粒體腫脹明顯,嵴斷裂,空泡結構明顯;針刺對照點組線粒體腫脹,可見嵴斷裂,少量空泡結構;針刺穴位組線粒體稍腫脹,嵴斷裂及空泡化不明顯。唐偉等[12]采用二血管閉塞法制備腦缺血模型大鼠，治療組予黃精多糖干預，陽性對照組予尼莫地平，在電鏡下觀察大鼠腦組織超微結構變化，結果顯示模型組大鼠大腦皮層、海馬CA1區(qū)神經細胞腫脹,線粒體嵴斷裂,細胞輪廓模糊,細胞核固縮,核膜內陷,鋸齒樣變;黃精多糖組胞漿內細胞器豐富,僅偶見內質網腫脹,毛細血管壁稍有腫脹,偶見少量染色質凝集,高爾基體豐富;陽性對照組電鏡下觀察與黃精多糖組相似,表現為線粒體腫脹輕微,線粒體嵴斷裂更加少見,未見有核膜內陷。江一靜等[13]建立MCAO模型大鼠，針刺組針刺曲池、足三里，透射電鏡觀察大鼠腦組織超微結構的變化，結果顯示模型組神經元細胞結構受破壞,包括細胞膜不完整、細胞核腫脹、內質網減少等,與模型組比較,針刺組大鼠腦組織具有較為完整的細胞膜及細胞核結構,線粒體空泡病變現象亦有明顯改善。研究表明針刺曲池穴及足三里穴可通過神經細胞增殖及結構修復,從而發(fā)揮神經保護作用。

3 線粒體功能障礙及中醫(yī)藥治療

線粒體功能障礙在腦缺血引起的腦細胞能量供應障礙、氧化應激損傷及細胞凋亡中起著關鍵作用[14]。

3.1 線粒體復合物 線粒體呼吸鏈酶位于線粒體內膜上，由NADH-輔酶Q氧化還原酶(復合物Ⅰ)、琥珀酸-Q氧化還原酶(復合物Ⅱ)、Q-細胞色素C氧化還原酶(復合物Ⅲ)、細胞色素C氧化酶(復合物Ⅳ)和ATP合成酶(復合物Ⅴ)組成。它們是呼吸鏈中不可或缺的組成部分，這5種復合體的活性變化關系到線粒體能量代謝的正常產生。韓苗等[15]建立小鼠腦梗死后認知障礙模型,發(fā)現腦梗死后認知障礙組小鼠前額葉皮層ATP含量和線粒體復合物的含量降低。韓寧等[16]采用側腦室注射Aβ25-35的方法制備阿爾茨海默病模型，與正常組相比,模型組ATP水平明顯下降(P<0.05),線粒體呼吸鏈復合物Ⅳ降低(P<0.05)。

謝守嬪等[17]建立血管性癡呆(VD)模型大鼠，采用比色法檢測大鼠海馬組織及大腦皮層其他部位線粒體復合物的活性及ATP的含量。結果顯示,與假手術組比較，模型組大鼠海馬組織線粒體復合物Ⅰ～Ⅴ的活性及ATP含量均明顯降低(P<0.05)；與模型組比較,歸芪聰志湯(藥物組成：黃芪、當歸、川芎、石菖蒲、苦參、地龍)中劑量組大鼠海馬組織線粒體復合物Ⅰ～Ⅴ的活性及ATP含量明顯升高。李兆東[18]研究發(fā)現，人參皂苷Re可有效抑制乳酸脫氫酶(LDH)釋放、DNA斷裂及突觸退化,促進對線粒體復合物Ⅳ和丙酮酸脫氫酶A(PDH-A1)的表達,抑制過氧化氫(H2O2)的釋放，研究證實人參皂苷Re可通過改善海馬神經元的線粒體損傷,改善大鼠的認知能力。Wallace D C等[19]發(fā)現，紫檀芪可以提高線粒體復合物Ⅰ、Ⅳ活性和線粒體CytC水平,減少線粒體活性氧產物和降低胞漿CytC水平，減輕線粒體氧化應激損傷和細胞死亡,從而發(fā)揮腦保護作用。

3.2 線粒體DNA(mtDNA) mtDNA是線粒體中的遺傳物質,是在細胞線粒體內發(fā)現的脫氧核糖核酸特殊形態(tài),一個線粒體中一般有多個DNA分子。雖然疾病癥狀是多變的，但是大腦這類耗能較多的器官通常會受到影響。mtDNA損傷能夠誘導線粒體功能障礙，從而進一步加重缺血再灌注損傷。Yang Y等[20]實驗研究結果表明，mtDNA發(fā)生突變概率較nDNA高出10～20倍，且突變后更易引起細胞功能障礙。

宋菲等[21]研究發(fā)現，五苓散可能通過激活受體γ輔激活因子1α及下游通路,促進mtDNA的生物合成,增強缺血缺氧腦組織的能量供應,改善腦梗死小鼠腦水腫程度,發(fā)揮腦保護作用。吳瓊等[22]證實參知健腦方(人參、知母、赤芍)可以抑制DNA氧化損傷,增強腦線粒體細胞色素氧化酶(COX)的活性,保護線粒體發(fā)揮神經保護作用,從而進一步改善認知功能障礙大鼠學習記憶能力。

3.3 活性氧產生過多 活性氧(ROS)是體內一類氧的單電子還原產物,是電子在未能傳遞到末端氧化酶之前漏出呼吸鏈并消耗大約2%的氧生成的，包括超氧陰離子(O2-)、H2O2、羥自由基(-OH)及一氧化氮等。郭鵬等[23]采用永久性結扎雙側頸總動脈建立大鼠VD模型，與假手術組比較,模型組逃避潛伏期明顯延長,穿越平臺次數明顯降低,海馬組織神經元損傷明顯,ROS含量明顯升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性、膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子(GDNF)表達明顯降低(P<0.05)。

Li H等[24]采用雙側頸總動脈閉塞(BCCAO)的方法建立VD大鼠模型，模型大鼠可見海馬線粒體功能受損，ROS過度產生以及學習和記憶障礙。但經過針灸治療，可見針刺組海馬線粒體呼吸復合酶(復合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ)的活性明顯增加，海馬ROS的產生減少。王佳等[25]建立MCAO模型,觀察模型組大鼠腦組織ROS水平、線粒體膜電位和ATP酶活性。結果顯示，與假手術組相比,模型組大鼠腦組織ROS、細胞質中凋亡誘導因子(AIF)和CytC的表達明顯增加,而半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)、Caspase-9和B淋巴細胞瘤-2基因(Bcl-2)表達及線粒體膜電位、ATP酶的活性明顯降低；與模型組相比，蛇床子素組ROS、細胞質中AIF和CytC的表達明顯減少，而線粒體膜電位和ATP酶的活性明顯增加。研究表明，蛇床子素預處理可能通過抑制線粒體介導的凋亡信號，從而減輕腦缺血再灌注損傷。Cheng Z等[26]研究顯示，人參皂苷可以減少腦組織ROS含量，抑制氯化鈷(CoCl2)誘導的PC12細胞損傷模型中的細胞凋亡并增加線粒體膜電位，此外還可以減少缺血再灌注大鼠的腦梗死體積和腦神經功能障礙。杜肖等[27]探討小續(xù)命湯有效成分組對腦缺血再灌注大鼠早期腦線粒體的保護作用，研究結果證實小續(xù)命湯的有效成分能夠顯著改善腦缺血再灌注大鼠線粒體的呼吸功能，提高線粒體琥珀酸脫氫酶的活性，降低線粒體ROS的含量，提高線粒體膜電位，促進腦組織ATP的合成。

3.4 鈣超載 線粒體鈣超載可引起線粒體內氧化磷酸化過程障礙，線粒體膜電位降低，組織ATP含量下降，胞漿內磷脂酶、蛋白酶等激活，可導致并促進細胞的不可逆性損害。于文剛等[28]采用Pulsinelli四血管阻斷法制備全腦缺血模型，并于缺血后1 h分別給予大鼠腹腔內注射0.9%氯化鈉注射液和磷酸肌酸鈉4 mg/g,再灌注24 h后斷頭取腦,與磷酸肌酸鈉組相比，生理鹽水組大鼠腦組織線粒體中Ca2+含量升高，ATP含量降低。陳小麗等[29]采用阻斷大腦右側中動脈的方法制備缺血性腦損傷大鼠模型，較假手術組，模型組大鼠ATP含量顯著降低，游離Ca2+濃度顯著升高(P<0.05)。

袁蓉等[30]研究發(fā)現，采用銀杏酮酯(EGb50)干預缺氧/復氧(H/R)損傷后人神經母細胞瘤(SH-SY5Y)模型,線粒體膜電位顯著升高,胞內Ca2+濃度顯著降低,視神經萎縮相關蛋白1(Opa1)表達升高,動力相關蛋白1(Drp1)表達降低。研究提示,EGb50對H/R損傷的SH-SY5Y細胞線粒體功能有明顯的保護作用,可減輕細胞能量代謝紊亂,改善線粒體功能,其作用機制可能與調節(jié)線粒體的融合、分裂有關,該實驗為EGb50治療缺血性腦血管病提供了數據支持。Li S等[31]研究發(fā)現，胡黃連苷Ⅱ通過抑制缺血再灌注大鼠損傷后的線粒體通透性轉換孔(mPTP)滲透性和核酸內切酶G(Endo G)釋放來發(fā)揮神經保護作用。

4 結語

缺血性腦白質病在中醫(yī)古代文獻中沒有明確的病名，根據其癥狀和臨床表現，可將其歸屬于中醫(yī)學“郁病”“健忘”“癡呆”“虛勞”等疾病范疇內。目前中醫(yī)治療以補腎填精益髓和化痰活血通絡為最主要和最常用的治療原則。缺血性腦白質病的具體發(fā)病機制尚未完全闡明，目前認為各種原因引起的腦缺血缺氧可導致其發(fā)生。當前西醫(yī)沒有明確的治療方法，主要以改善腦代謝藥物、5-羥色胺再攝取抑制劑等藥物治療為主。當前的中醫(yī)藥治療缺血性腦白質病以線粒體為靶標，多通路進行治療，但多集中于臨床認知功能改變與神經保護作用方面，缺少對該疾病的病理改變研究。未來可以以此為研究方向。