黃酮類化合物抗心腦血管缺血性疾病作用的研究進展

嚴嘯東，郭美麗 （海軍軍醫(yī)大學藥學系生藥學教研室, 上海 200433）

心腦血管疾病是心臟血管和腦血管疾病的統(tǒng)稱，泛指由于高脂血癥、血液黏稠、動脈粥樣硬化、高血壓等所導致的心臟、大腦及全身組織發(fā)生的缺血性或出血性疾病。心腦血管疾病是一種嚴重威脅人類健康的常見病，具有高患病率、高致殘率和高死亡率的特點。這種疾病也對我國人民的健康和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。而在心腦血管疾病中，又以缺血性心臟病和缺血性腦卒中最為常見[1-3]。

黃酮類化合物（flavonoids）是一類廣泛存在于自然界植物中的次生代謝產(chǎn)物。是一種以黃酮(2-苯基色原酮)為母核而衍生的一類黃色色素，其中包括黃酮的同分異構體及其氫化和還原產(chǎn)物[4]。它在植物的生長、發(fā)育、開花、結果以及抗菌防病等方面起著重要的作用。本文將對目前黃酮類化合物抗心腦血管疾病的作用研究進展作一綜述。

1 黃酮類化合物對缺血性心臟病的保護作用

早在1938年，Szent-Gyorgyi等研究發(fā)現(xiàn)來自于檸檬的黃酮類化合物橘皮苷具有強化毛細血管的作用，該項功能將有助于改善心臟微循環(huán)的水平，從而產(chǎn)生保護作用[5]。此后，一項名為Zutphen Elderly Study的流行病學研究探討了膳食類黃酮攝取量與冠心病風險之間的相關性。該研究對65歲至84歲的老年男性黃酮類攝取量進行了統(tǒng)計，結果顯示膳食類黃酮攝取量與冠心病引起的死亡之間呈明顯負相關，同時與心梗發(fā)病率之間也呈弱負相關[6]。在歐洲，荷蘭科學家對黃酮醇類和黃酮類攝入量與冠心病死亡率和中風發(fā)生率之間做了分析，結果顯示攝入量大于30 mg/d者兩種疾病的發(fā)病風險僅為攝入量最低者的三分之一，且該項調查已排除了高膽固醇、高血壓、飲酒、吸煙等心腦血管疾病常見危險因素的影響。而另一項針對飲茶人群的研究表明茶葉中富含的茶葉類黃酮可以很好地預防缺血性心臟病的發(fā)生[7]。這些研究均提示我們黃酮類物質可能發(fā)揮較強的抗氧化作用，從而降低冠心病的發(fā)病率和死亡率。

2 黃酮類化合物對缺血性腦卒中的保護作用

與心肌缺血類似，缺血性腦卒中同樣嚴重威脅人類的生命健康。而與心肌缺血不同的是，損傷部位是人類神經(jīng)行為的中樞—腦組織，因此，臨床表現(xiàn)更為復雜。黃酮類化合物作為一種常見且重要的中藥成分被較多的實驗證明其具有抗缺血性腦卒中的作用。

研究表明從中藥燈盞細辛中提取出來的黃酮類活性成分燈盞花素可以起到抗腦缺血的作用，其作用主要通過改善血液流變學、縮小腦組織梗死面積以及減少腦海馬區(qū)域細胞凋亡數(shù)來實現(xiàn)[8-9]。此外，本課題組從傳統(tǒng)中藥中提取出來的黃酮類活性成分菸花苷，在實驗中被證明同樣具有確切的保護腦缺血損傷的作用。實驗中急性腦缺血的大鼠在注射菸花苷后其生存率較對照組有大幅提升，同時缺血梗死面積顯著縮小[10-11]，在各個時間點對給藥組和對照組進行神經(jīng)行為學評價如mNSS評分、提尾實驗等，發(fā)現(xiàn)注射菸花苷的大鼠其行為學得分逐漸降低，提示神經(jīng)功能逐漸趨向好轉。此外，該實驗還對各組大鼠腦電圖和腦組織含水量進行了測定，結果表明，給予菸花苷治療的大鼠腦電圖消失的時間顯著延長，同時其腦組織含水量顯著降低，改善了腦水腫情況[12]。證實了菸花苷對動物的實驗性腦梗塞及缺血后再灌注引起的組織損傷有明顯的預防和治療作用。

3 黃酮類化合物對缺血性心臟病及缺血性腦卒中的保護作用的機制研究

研究發(fā)現(xiàn)，缺血性心臟病和缺血性腦卒中的病理機制類似，可以歸納為氧化性損傷、鈣超載、炎癥反應、細胞凋亡及血小板凝集、自噬等。這幾種因素之間相互作用，相互影響，形成多個復雜的調控網(wǎng)絡，從而造成一系列病理級聯(lián)反應。而黃酮類化合物可以通過對上述各因素的抑制作用來保護損傷的心肌組織和腦組織。

3.1 抗氧化

現(xiàn)代醫(yī)學研究表明，在心肌缺血發(fā)生時，人體內(nèi)會產(chǎn)生較多的氧自由基，同時機體清除氧自由基的能力下降，使得堆積的氧自由基在心肌細胞中發(fā)生過氧化反應，從而破壞心肌細胞的結構和功能，導致心肌缺血進一步加重[13]。研究發(fā)現(xiàn)，超氧化物酶（SOD）作為生物體內(nèi)清除自由基的首要物質，可減弱氧自由基對細胞造成的損傷，同時還具有修復受損細胞的功能，其活性高低可反映機體清除自由基能力的大小[14]；丙二醛（MDA）則作為脂質過氧化物反應的產(chǎn)物，常被用于評價機體氧化應激損傷的嚴重程度[15]；一氧化氮（NO）是我們熟知的生物體內(nèi)反應極強的自由基，在機體發(fā)生心肌缺血時，該物質在血清中的水平明顯下降。實驗表明，葡萄籽中富含的原花色素可以有效地清除自由基，從而穩(wěn)定心肌細胞膜，對心肌產(chǎn)生保護作用[16-17]。另一項研究以異丙腎上腺素作為誘導的急性心肌缺血大鼠為模型，探索了布渣葉總黃酮對心肌缺血的作用，結果顯示，布渣葉總黃酮可明顯降低大鼠血清中乳酸脫氫酶（LDH）、肌酸激酶（CK）以及心肌組織中MDA的含量，同時心肌組織中SOD和NO的活性也得到提高[18]。揭示了黃酮類化合物通過抗氧化作用來產(chǎn)生保護心肌組織的作用。

近年來，氧化應激學說同樣也在腦缺血性疾病中被廣泛研究。該機制不僅可以直接造成細胞破壞，使腦細胞壞死，還可以通過介導線粒體途徑，神經(jīng)細胞膜結構以及DNA修復酶和轉錄因子等間接地導致腦細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，注射天然黃酮類化合物木犀草素的腦缺血大鼠SOD、過氧化氫酶（CAT）活性相較于對照組明顯提升，而MDA的含量則顯著降低，該結果提示我們木犀草素可以加強機體清除氧自由基的能力，從而產(chǎn)生腦保護作用[19]。而在另一項體外研究中，中藥黃芩中的黃酮類化合物黃芩苷可以抑制外源性和內(nèi)源性過氧亞硝基陰離子誘導的神經(jīng)毒性作用，保護人源神經(jīng)母細胞瘤細胞（SH-SY5Y）神經(jīng)細胞系[20]。同時，從傳統(tǒng)中藥紅花中提取出來的黃酮類成分菸花苷，也在此前的實驗中被證實可以顯著降低腦組織中MDA的含量，提高SOD活性[12]。以上結果表明，黃酮類化合物發(fā)揮抗心肌缺血及腦缺血的作用與提高機體抗氧化應激的能力有密切的關系。

3.2 抑制炎癥反應

炎癥反應廣泛地存在于各種疾病的病理機制中，其主要通過致炎因子和炎性介質來介導一系列的鏈式反應。當炎癥反應發(fā)生在缺血的心肌細胞時，會進一步加劇細胞的缺血和缺氧[21]。在炎癥反應中，具有代表性的重要炎癥因子有白介素家族，如IL-1β、IL-6以及腫瘤壞死因子(TNF-α)等，這些炎癥因子多出現(xiàn)在炎癥反應通路的下游，直接影響并加劇炎癥反應的發(fā)生和發(fā)展。而另一種重要的轉錄因子Kappa-B（NF-κB），作為一種氧化還原敏感因子在炎癥反應中同樣扮演了重要的角色，其介導的一系列炎癥因子如上述的白介素家族、趨化因子、炎性小體等在心肌細胞缺血損傷中起到重要的作用[22-24]。以往的研究表明，香青蘭總黃酮可以抑制心肌缺血大鼠心肌組織中的炎癥因子白介素IL-1、IL-6和TNF-α的水平，使炎癥因子減少釋放，從而降低心肌組織中中性粒細胞的浸潤，以達到保護心肌的作用[25]。另一項研究也發(fā)現(xiàn)，銀杏黃酮同樣可以抑制心肌組織中中性粒細胞的浸潤，其作用主要通過下調NF-κB和細胞間黏附因子-1（ICAM-1）的表達來實現(xiàn)[26]。

與此類似，在機體發(fā)生缺血性腦卒中的時候，各類炎癥因子依然扮演了重要的角色。研究發(fā)現(xiàn)，燈盞細辛在治療腦梗死時可以顯著降低TNF-α、IL-6的含量，從而減輕炎癥反應[27]。在另一項對黃酮類化合物山奈酚的研究中發(fā)現(xiàn)，其抗炎作用已在細胞層面得到了證實。它可降低促炎因子的產(chǎn)生和mRNA表達，如胸腺基質淋巴細胞生成素（TSLP）、IL-8等[28]，此外，在以PC12細胞作為研究對象的體外實驗中，人們發(fā)現(xiàn)加入山奈酚處理后，該組細胞的炎性相關蛋白環(huán)氧化酶（COX2），誘導型一氧化氮合酶（iNOS）以及核因子NF-κB水平明顯下調，且細胞活力隨著的山奈酚的濃度增加而逐步增長；進一步的檢測發(fā)現(xiàn)，對照組的磷酸化P38絲裂原活化蛋白激酶（P38-MAPK）表達升高，而山奈酚組表達降低，而當加入P38-MAPK抑制劑后發(fā)現(xiàn)對照組的炎性相關蛋白水平降低[29]，該結果提示我們黃酮類化合物山奈酚可以通過抑制P38-MAPK信號通路來對抗機體病理性炎癥反應[30]，進而產(chǎn)生腦細胞保護作用。由此可見，黃酮類化合物主要通過影響炎癥因子的表達和釋放來發(fā)揮抗炎的作用。

3.3 抑制細胞凋亡

細胞凋亡又稱為程序性細胞死亡，是機體為了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，通過基因控制的細胞自主而有序的死亡，涉及了一系列的基因激活、表達以及調控作用，與各種信號通路、免疫應答以及上述提到的炎癥反應有著密不可分的聯(lián)系。細胞凋亡是心肌缺血再灌注損傷的重要病理機制之一。目前與細胞凋亡相關的基因有Bcl-2家族，Caspase家族等，相關通路有NF-κB信號通路、絲裂原活化蛋白激酶MAPK信號通路、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信號通路等。這些基因同時參與了細胞凋亡的誘發(fā)和抑制。在一項研究中發(fā)現(xiàn)，我國瑤族傳統(tǒng)草藥成分銅鉆總黃酮可以明顯降低已形成心肌缺血再灌注損傷的大鼠心肌組織中Bax蛋白的表達，該蛋白可以促進細胞凋亡，同時實驗還發(fā)現(xiàn)銅鉆總黃酮還可以升高抗凋亡的Bcl-2蛋白的表達，從而抑制細胞凋亡，避免心肌缺血再灌注損傷的進一步加重[31]。在另一項研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)來源于印度崖豆的黃酮類化合物不僅可以降低Bax蛋白的表達，升高Bcl-2蛋白的表達，還可以提升心肌組織中結構氮氧化合成酶（cNOS）的活性，同時抑制誘生型一氧化氮合酶（iNOS）活性，從而顯著改善心肌缺血再灌注大鼠的心肌組織病理學形態(tài)，其實驗組的心肌細胞形態(tài)、結構和排列較之對照組更為完整和規(guī)律[32]。同時在MAPK信號通路中c-Jun氨基末端激酶（JNK）和P38蛋白激酶可促進細胞的凋亡。研究發(fā)現(xiàn)玫瑰中黃酮類化合物可顯著下調大鼠心肌組織中磷酸化JNK和P38的表達，從而抑制心肌細胞的凋亡[33]。而另一條重要的信號轉導通路PI3K/AKT在細胞的增殖、凋亡、代謝中也發(fā)揮了重要的生物學作用，其可抑制細胞凋亡的進程[34]。其中活化的AKT進入細胞質與細胞核后，可以調節(jié)Caspase家族中Caspase-3的表達，同時還可以調節(jié)內(nèi)皮型一氧化氮（eNOS）以及抗凋亡因子Bcl-2和促凋亡因子Bax的表達[35-36]。實驗發(fā)現(xiàn)，玉郎傘查爾酮可以激活PI3K/AKT信號通路，抑制大鼠心肌細胞的凋亡，從而產(chǎn)生抗心肌缺血的作用[37]。此外，有研究表明黃芩莖葉總黃酮可以降低發(fā)生心肌缺血再灌注損傷的大鼠心肌細胞的凋亡率，其作用可能與降低Caspase-3基因mRNA和蛋白表達有關[38-39]。

細胞凋亡同時也是缺血性腦卒中發(fā)生發(fā)展的一個重要病理機制。臨床研究發(fā)現(xiàn)，認知障礙是缺血性腦卒中發(fā)病后的一項重要并發(fā)癥，它嚴重影響患者的預后和生活質量。因此，大腦中負責學習記憶和認知的海馬區(qū)成為了科學家們重點關注的對象。其中CA1區(qū)的神經(jīng)元對腦缺血缺氧較為敏感，容易受到損傷，而CA3區(qū)及DG區(qū)的神經(jīng)元則相對耐受[40]。尼氏體是神經(jīng)元胞體和樹突內(nèi)的嗜堿性顆?；蛐“邏K，由游離的核糖體和粗面內(nèi)質網(wǎng)構成，對缺血變化非常敏銳[41]。課題組在對黃酮類化合物菸花苷的一項研究中發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注的大鼠海馬區(qū)神經(jīng)元大小不一，胞質不規(guī)則淡染，胞核皺縮變形，部分細胞脫失明顯，CA1區(qū)錐體細胞和DG區(qū)的顆粒細胞排列松散，CA3區(qū)錐體細胞排列散亂，表明大鼠發(fā)生急性腦缺血再灌注損傷后神經(jīng)細胞受損嚴重，與之相比，使用菸花苷處理的MCAO大鼠神經(jīng)元雖也出現(xiàn)了細胞淡染，大小不均，部分胞體腫脹，CA1區(qū)及DG區(qū)排列稍顯混亂，但整體的形態(tài)接近正常，病理損傷明顯減輕。同時，在尼氏體方面，模型組整體淡染，皮層的尼氏體大大減少，海馬區(qū)尼氏體極少，表明造模后神經(jīng)元功能受到損傷。與模型組相比，菸花苷組皮層尼氏體數(shù)目更多，個體更大，染色較均勻，海馬區(qū)尼氏體雖多為顆粒狀，個體稍小，但數(shù)目明顯增多，說明神經(jīng)元蛋白合成有所增加，較為活躍[42]。因此，我們可以得出結論，菸花苷通過促進神經(jīng)元蛋白的合成，抑制神經(jīng)細胞的凋亡，保持神經(jīng)元的活性來提高機體抗腦缺血的功能。同樣，黃芩苷在用于腦缺血動物模型時，也可以明顯改善實驗動物的認識記憶能力[43]，還通過下調促凋亡基因Bax的表達，下調Bax/Bcl-2的比值，降低COX-2的表達來抑制神經(jīng)細胞凋亡[44]。以上研究表明，黃酮類化合物通過抑制細胞凋亡來進一步保護心腦組織免受缺血再灌注的損傷。

3.4 抑制鈣超載

研究發(fā)現(xiàn)，當心肌發(fā)生缺血時，心肌細胞線粒體中Na+/K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性下降，使線粒體對鈣離子的攝入減少，同時包漿內(nèi)的鈉離子含量升高，造成Na+-Ca2+交換增加，從而發(fā)生鈣超載 ，加重心肌缺血的臨床癥狀[45]。研究發(fā)現(xiàn)，玉郎傘黃酮能夠提高心肌組織中的Na+/K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性，減輕細胞內(nèi)鈣離子超載的程度，改善缺血再灌注造成的心肌損傷[46]；從傳統(tǒng)中藥香青蘭中提取的香青蘭總黃酮也可以提高心肌組織中的ATP酶含量，保持線粒體的活性和結構完整性，使其功能得到發(fā)揮，從而抑制鈣超載的發(fā)生[47]。

3.5 抗血小板聚集

在正常的生理狀態(tài)下，血栓素花生四烯酸（TXA2）與環(huán)前列腺素（PGI2）處于一種相對平衡的狀態(tài)。而在心肌受到缺血再灌注損傷后，該平衡即被打破。此時，心肌內(nèi)皮細胞受損，導致PGI2合成減少而TXA2作用增強，進一步引起血小板大量聚集，從而加重心肌缺血的程度。研究表明，黃酮類化合物可以發(fā)揮抗血小板聚集的作用。如從黃頂茜草中分離出的硫酸黃酮能夠阻斷TXA2受體而發(fā)揮抗血小板凝集的作用[48]。同樣的，白桂蘆葦中的黃酮類化合物也可以抑制血小板的聚集，從而起到保護心肌的作用[49]。上述現(xiàn)象的發(fā)生機制可能與黃酮類化合物抑制環(huán)氧合酶，提高血小板環(huán)磷酸腺苷（cAMP）合成，阻斷TXA2受體，提高PGI2水平有著直接的聯(lián)系。

3.6 自噬通路

自噬是近幾年科學界的一個研究熱點，其因開啟細胞循環(huán)自身物質的新紀元而備受全世界的關注[50-52]。自噬根據(jù)發(fā)生過程分為三類：巨自噬，微自噬，分子伴侶介導的自噬。目前研究一般集中于巨自噬，其一般過程為：自噬前體的形成，自噬前體延長包裹底物形成自噬小體，自噬小體與溶酶體融合形成自噬溶酶體最終降解[53-55]。在腦卒中的發(fā)生過程中，自噬起到了關鍵的保護作用。課題組在MCAO大鼠模型中發(fā)現(xiàn)菸花苷可以增加大鼠腦缺血再灌注后缺血半暗帶的自噬小體數(shù)目，增強LC3的表達，提高活性形式 LC3-II 在LC3表達中所占的比例，增強參與吞噬泡形成的重要相關蛋白BECN1 蛋白的表達，降低參與自噬溶酶體降解的重要蛋白 SQSTM1 蛋白的表達，降低自噬相關通路雷帕霉素靶蛋白依賴性途徑中關鍵蛋白 phosphomTOR 的表達，上調 BECN1、Atg7 mRNA 的表達，下調SQSTM1mRNA的表達。由此可知，菸花苷對大鼠腦缺血再灌注后缺血半暗帶的自噬水平有促進作用。同時在體外，在人源神經(jīng)母細胞瘤細胞（SH-SY5Y）細胞株上建立模擬體內(nèi)缺血再灌注的缺復氧模型，結果顯示，菸花苷同樣可以增加SHSY5Y細胞內(nèi)自噬小體的生成，增加LC3的表達，提高自噬體膜標志性蛋白LC3-II表達含量，增強BECN1蛋白的表達，降低SQSTM1蛋白的表達，增強促進細胞內(nèi)自噬流的進程[42,56]。由此可知，黃酮類化合物菸花苷可通過自噬來發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

4 小結和展望

黃酮類化合物作為一種常見的天然化合物，存在于自然界的許多植物以及傳統(tǒng)中藥中。隨著科學技術的進步，人們發(fā)現(xiàn)這類化合物具有諸多的生物活性，而其強大的藥理作用也屢見報道。如降低血管的脆性，改善血管的通透性、降低血脂和膽固醇，防治老年高血壓、腦溢血、冠心病、心絞痛、擴張冠狀血管，增加冠脈流量等。在這些藥理作用中，其抗心腦缺血的作用對于臨床上治療和預防相關疾病顯得尤為重要。在上文中，我們列舉了許多不同種類的黃酮類化合物在心腦血管疾病中的作用，這些活性成分有的可以直接通過改善血管通透性、縮小梗死組織面積來保護心腦血管組織，有的則通過分子信號通路來產(chǎn)生保護作用。隨著研究的推進，它們的作用機制也進一步地得到闡釋?？梢钥隙ǖ氖?，黃酮類化合物能夠為人類治療和預防心腦血管疾病提供新的治療思路。當然目前很多實驗僅涉及到分子機制中的某個環(huán)節(jié)，而對于完整的調控過程，精準的作用靶點還有待研究發(fā)現(xiàn)。只有通過這一系列系統(tǒng)科學的研究，才能夠更好地為心腦血管疾病的治療提供理論依據(jù)，從而進一步在臨床得到廣泛的應用。