葛根素的抗炎作用及其對神經(jīng)系統(tǒng)疾病影響的研究進展

吳國慶,李志剛,楊佳一,汪子棟,張 洋,林禹宏

葛根(radix pueraria)是豆科植物葛屬野葛的干燥根,首見于《神農(nóng)本草經(jīng)》,記載其具有主消渴,身大熱,嘔吐,諸痹,起陰氣,解諸毒,主下利的作用,中醫(yī)藥學經(jīng)過千百年的發(fā)展,古代醫(yī)家對葛根的認識遠不止于此,歷代文獻中記載的葛根功效主要包括涼血止血、清熱止嘔、解酒毒醒酒、降逆平喘、清熱解毒、解郁除煩、生肌斂瘡、活血化瘀、通行經(jīng)絡(luò)、緩解腰痛和頸肩痛等。葛根素(puerarin,PR)是葛根的重要提取物之一,是《中華人民共和國藥典》評價中藥葛根飲片質(zhì)量的重要指標,也是葛根發(fā)揮其有效作用的重要成分,近年來葛根素的作用備受關(guān)注,已經(jīng)有大量研究表明其具有抗炎及神經(jīng)系統(tǒng)保護作用。

1 葛根素的抗炎作用

鐵死亡是一種新型的程序性細胞死亡,在膿毒癥引起的肺損傷中起重要作用,有研究建立了脂多糖(LPS) 誘導人肺泡上皮細胞A549形成膿毒癥肺損傷模型,并檢測到模型細胞中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-8、IL-1β濃度顯著增加,研究人員應(yīng)用酶聯(lián)免疫吸附實驗(ELISA)法測定葛根素對LPS誘導的A549細胞炎性細胞因子TNF-α、IL-8、IL-1β的影響,發(fā)現(xiàn)隨著葛根素應(yīng)用濃度的增加,TNF-α、IL-8、IL-1β的表達水平顯著降低[1]。葛根素通過調(diào)節(jié)腎素-血管緊張素系統(tǒng)和核因子-κB(NF-κB)信號通路在火藥煙霧誘導的大鼠急性肺損傷中發(fā)揮抗炎作用,有效降低肺損傷中IL-6、IL-1β、IL-17A和TNF-α的水平[2]。

心肌梗死(myocardial infarction,MI)是由于冠狀動脈阻塞,心肌細胞持續(xù)缺氧缺血,導致心肌細胞壞死的嚴重危害生命健康的疾病[3]。心肌梗死的病理狀態(tài)中存在炎性細胞浸潤[4],有研究表明,葛根素聯(lián)合丹參酮ⅡA阻斷炎性細胞釋放,調(diào)節(jié)炎性細胞因子[IL-1β、IL-6、IL-10和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)]的表達,抑制炎癥早期M1巨噬細胞的表達,增加心肌缺血小鼠M2巨噬細胞的表達。此外,丹參酮ⅡA和葛根素聯(lián)合使用可通過降低Toll樣受體4(TLR4)蛋白表達和促進CCAAT/增強劑結(jié)合蛋白-β蛋白表達來抑制炎癥,以改善心肌梗死的炎癥病理[5-6]。Liu等[7]將40只健康成年Wistar大鼠隨機分為4組:假燒傷組、燒傷組、燒傷+葛根素組、葛根素組,來探究葛根素對燒傷心肌的保護作用,發(fā)現(xiàn)燒傷組血清IL-1β、TNF-α和IL-6水平明顯高于假燒傷組,而燒傷+葛根素組的炎性因子明顯低于燒傷組。

單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)介導的腎損傷在組織纖維化發(fā)展過程中出現(xiàn)持續(xù)的細胞死亡和炎性細胞浸潤,葛根素能夠通過調(diào)節(jié)NF-κB p65/信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)通路顯著抑制UUO小鼠腎臟炎性因子IL-1β、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)和IL-6的表達水平,有效抑制UUO小鼠的炎性因子募集[8]。炎癥在急性肝損傷的發(fā)病中起重要作用,研究人員為探究葛根素通過抑制炎癥反應(yīng)緩解肝損傷的作用,使用LPS(0.01 μg/mL,0.10 μg/mL,1.00 μg/mL,10.00 μg/mL,24 h)在L-02細胞中建立了肝損傷模型,結(jié)果顯示,LPS可增強IL-1β、TNF-α和IL-6水平,而葛根素可降低IL-1β、TNF-α和IL-6水平,發(fā)揮護肝作用[9-10]。Yang等[11]給骨關(guān)節(jié)炎(OA)小鼠模型喂食葛根素以評價葛根素在體內(nèi)對骨關(guān)節(jié)炎的治療作用,結(jié)果表明,葛根素能夠抑制IL-1β處理軟骨細胞誘導的炎癥介質(zhì),還可以抑制IL-1β處理的軟骨細胞中的細胞外基質(zhì)(ECM)降解。髖膝關(guān)節(jié)的人工關(guān)節(jié)置換在骨科領(lǐng)域取得了成功,但問題也隨之而來,植入材料的表面會產(chǎn)生磨損顆粒,這些磨損顆粒會激活免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng),這些反應(yīng)導致了破骨細胞的募集和功能的增強,打破了成骨細胞和破骨細胞的平衡,出現(xiàn)骨溶解,從而導致人工關(guān)節(jié)固定不牢,發(fā)生松動的情況,而葛根素能夠抑制破骨細胞的生成,促進成骨細胞產(chǎn)生,還可以抑制炎癥反應(yīng)減輕骨溶解[11]。葛根素在由炎癥參與或?qū)е碌亩嘞到y(tǒng)疾病中發(fā)揮抗炎作用,能夠?qū)NF-α、IL-8、IL-1β、IL-6、IL-17A、IL-10、iNOS和MCP-1等炎性因子起抑制作用,但葛根素的優(yōu)勢不僅僅在于抗炎,而是通過直接或者間接的抗炎參與系統(tǒng)組織損傷的恢復,作用位點十分廣泛。

2 葛根素對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的影響

有研究表明葛根素具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、保肝的作用,對阿爾茨海默病(AD)、帕金森病、腦缺血等神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有良好的治療效果[12]。

2.1 AD 郭珂一等[13]將Aβarc果蠅隨機分為正常對照組、模型組、葛根素干預(yù)組(0.10 mmol/L、0.20 mmol/L、0.24 mmol/L),對果蠅爬管能力及果蠅壽命、果蠅腦組織中淀粉樣蛋白β(Aβ)蛋白表達(ELISA法)及果蠅腦組織中Aβ斑塊面積(免疫熒光法)進行檢測,發(fā)現(xiàn)0.20 mmol/L葛根素處理組果蠅爬管能力最佳,0.20 mmol/L葛根素干預(yù)組果蠅的中位生存期顯著高于AD模型造成壽命縮短的果蠅組,0.20 mmol/L葛根素干預(yù)組果蠅腦組織中Aβ表達水平顯著低于模型組,且腦組織中Aβ斑塊面積占比顯著低于模型組(P<0.05)。馬冬雪等[14]關(guān)于淫羊藿、黃芪、葛根有效組分復方鐵調(diào)素調(diào)控淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)水解關(guān)鍵酶增進AD學習記憶的機制研究發(fā)現(xiàn),通過上調(diào)肝臟鐵調(diào)素基因(HAMP)的表達,促進APP水解關(guān)鍵酶解聚素樣金屬蛋白酶10(ADAM10)和解聚素樣金屬蛋白酶17(ADAM17)的表達,抑制APP β-位點裂解酶-1(BACE1)的表達,從而減少Aβ的生成,能夠治療AD。龐廣福等[15]將80只6月齡SD大鼠采用D-半乳糖聯(lián)合亞硝酸鈉造模的AD大鼠隨機分為對照組、模型組、葛根素治療組和葛根素+烏圓補血口服液治療組,通過測定血清及腦勻漿相關(guān)指標[超氧陰離子自由基、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、乙酰膽堿酯酶(AChE)]發(fā)現(xiàn),與對照組相比,治療組血清和腦勻漿中GSH-Px和SOD活力明顯升高、O2-濃度降低,腦勻漿的AChE活力和MDA含量明顯降低(P<0.01),而且病理改變得到很好的改善,得出了小劑量的葛根素聯(lián)合烏圓補血口服液對阿爾茨海默病的治療有效。Liu等[16]通過計算機方法篩選葛根素對AD的潛在治療作用,并通過Aβ-肽誘導的AD大鼠模型證實,葛根素具有穿透血腦屏障的潛力,在與AChE、環(huán)氧合酶2(COX-2)和Caspase-3的分子對接和動力學模擬中葛根素的作用效果具有高穩(wěn)定性。體內(nèi)實驗表明,葛根素能夠抑制AChE活性,使抗氧化防御物質(zhì)活性恢復至正常水平,降低腦內(nèi)炎性因子和凋亡基因的表達,尤其是下調(diào)COX-2和Caspase-3的表達[16]。硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)的表達在AD神經(jīng)元的發(fā)育過程中增加,且TXNIP與TXNIP-硫氧還蛋白復合物分離,TXNIP-NOD樣受體蛋白3(NLRP3)復合物組裝ASC和pro-Caspase-1形成NLRP3炎性體,從而引發(fā)AD炎癥和細胞凋亡的研究采用CB-dock分子對接探索21種天然類黃酮和酚類是否靶向TXNIP,結(jié)果顯示,葛根素等藥物能夠有效抑制TXNIP,從而減輕AD中樞炎癥,抑制細胞凋亡[17]。然而葛根素改善AD的作用途徑不止于此,有研究使用氯化鋁(AlCl3)破壞健康雄性Wistar大鼠神經(jīng)系統(tǒng),使其產(chǎn)生學習和記憶障礙(這種處理方法被廣泛應(yīng)用于AD等認知障礙性疾病的實驗造模),結(jié)果顯示,黃酮類藥物處理組大鼠相比于AlCl3毒性組在Morris水迷宮實驗?zāi)繕讼笙薜挠斡緯r間和穿越平臺的頻率增加(P<0.05);經(jīng)AlCl3處理后大鼠海馬神經(jīng)元大量凋亡,而經(jīng)過黃酮類藥物作用之后觀察染色的組織切片發(fā)現(xiàn)其幾乎沒有凋亡的神經(jīng)元,有效證明了葛根素等黃酮類藥物能有效改善大腦海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡的病理情況;葛根素組顯著降低了大鼠海馬凋亡相關(guān)基因mRNA、大鼠海馬凋亡相關(guān)蛋白(Bcl-2蛋白)和自噬相關(guān)蛋白(Bax蛋白)的表達[18]。

以上研究表明葛根素在治療AD中表現(xiàn)出了獨特的作用效果,為其成為一種治療AD的新藥物提供了理論和實驗基礎(chǔ)。同為黃酮類物質(zhì)的蘆丁、水飛薊素也表現(xiàn)出治療AD的療效,說明挖掘中草藥中黃酮類活性成分對治療AD具有重要意義。

2.2 帕金森病 神經(jīng)系統(tǒng)疾病是目前全球疾病導致殘疾的主要原因之一,而帕金森病又是神經(jīng)系統(tǒng)疾病中增長最快的,受人口老齡化的影響,預(yù)計到2040年,將達到1 200萬例以上,如果加上其他致病因素,帕金森病病人將達到1 700萬例以上,雖然帕金森病不具有傳染性,但是其大流行趨勢還是引起了科研人員和臨床醫(yī)生的擔憂[19]。那么尋找有效的方法治療現(xiàn)存的病人以及阻止帕金森病大流行具有重要意義。有研究評估了葛根素在體外和體內(nèi)對帕金森病模型的多巴胺(DA)細胞的增殖和分化作用,在體外,不同濃度葛根素處理1周后,β-微管蛋白(TUJ1)、酪氨酸羥化酶(TH)和多巴胺轉(zhuǎn)運體(DAT)蛋白及mRNA表達和多巴胺釋放顯著增加。在體內(nèi),使用細胞替代治療方法,移植葛根素處理的多巴胺產(chǎn)生細胞后,移植后第2周帕金森病癥狀明顯改善;更多的移植細胞存活并沿注射線遷移到更廣泛的區(qū)域;更多的移植細胞增殖并分化為Th細胞;在6周的觀察期間,紋狀體中檢測到更多的多巴胺,而帕金森病多是由多巴胺缺乏所導致的,研究證明葛根素可促進多巴胺神經(jīng)元存活、增殖和分化,有效緩解帕金森病[20]。Singh等[21]發(fā)現(xiàn)葛根素能夠激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)通路,防止1-甲基-4-苯基碘化吡啶誘導的帕金森病模型中多巴胺神經(jīng)元死亡,阻斷p53的積累以及通過p53介導的Puma、Bax和Caspase-3依賴性細胞凋亡防止1-甲基-4-苯基吡啶離子誘導的細胞死亡。

2.3 缺血性腦卒中 缺血性腦卒中已經(jīng)成為全球第二大死亡原因[22],對大腦神經(jīng)元的損害是不可逆轉(zhuǎn)的,近年來,關(guān)于葛根素治療腦缺血性神經(jīng)損傷的報道逐漸增多,葛根素的多種作用(抗氧化應(yīng)激、抗炎、抗神經(jīng)細胞凋亡、調(diào)控自噬等)可從多途徑改善腦缺血導致的認知障礙和神經(jīng)細胞損傷[23]。有研究從PI3K/Akt1/糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)信號通路探索葛根素對腦缺血模型大鼠的運動和認知缺陷以及海馬神經(jīng)元損傷的減輕作用,使用開放和封閉場測試以及Morris水迷宮實驗對大鼠進行行為學檢測,結(jié)果表明葛根素減弱了缺血的影響,從而改善了運動活動和認知行為的缺陷,通過觀察染色后的腦組織切片發(fā)現(xiàn)葛根素預(yù)處理組的皮質(zhì)和海馬組織中的死亡神經(jīng)元細胞數(shù)量顯著減少,且葛根素預(yù)處理顯著增強了Akt1(Ser473)、GSK-3β磷酸化,髓樣細胞白血病-1(MCL-1)積累增加,阻斷凋亡蛋白Caspase-3的活化[24]。黃亞光等[25]將40只雄性SD大鼠隨機分為假手術(shù)組、模型組、50 mg/kg葛根素組、100 mg/kg葛根素組4組,線栓法制備大鼠大腦中動脈栓塞模型,缺血1.5 h再灌注24 h后進行神經(jīng)功能評估和腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)-蘇氨酸蛋白激酶-失調(diào)51樣激酶1(Ulk1)信號通路相關(guān)蛋白檢測,結(jié)果表明葛根素能有效調(diào)控AMPK-mTOR-Ulk1信號通路抑制自噬的過度發(fā)生,從而減輕腦缺血再灌注損傷的發(fā)生。

2.4 其他神經(jīng)系統(tǒng)損傷 非動脈炎性前部缺血性視神經(jīng)病變(NAION)是老年人中最常見的急性視神經(jīng)病變形式,NAION是以急性、無痛、視力喪失、視盤腫脹導致視盤萎縮為主要臨床癥狀[26],然而對于NAION并沒有十分有效的治療方法,因諸多研究表明葛根具有抗炎和神經(jīng)保護作用,所以研究人員使用前部缺血性視神經(jīng)病變(rAION)大鼠模型,觀察葛根素對rAION大鼠的作用,為NAION的治療尋找有效的治療方法,研究結(jié)果顯示,葛根素可減少rAION急性期的視乳頭水腫,葛根素抑制了巨噬細胞到視神經(jīng)組織中浸潤,此外降低了促炎細胞因子的表達并誘導了抗炎細胞因子的表達,以及在 rAION模型中維持Akt1活化并誘導轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強子結(jié)合蛋白β(C/EBPβ)表達[27]。有研究使用高脂飲食(HFD)慢性不可預(yù)見性溫和應(yīng)激(CUMS)誘導的抑郁樣大鼠模型探討葛根素抗抑郁的作用機制,與HFD/CUMS組相比,辛伐他汀+氟西汀或葛根素治療拮抗了海馬組織和血漿中IL-6、TNF-α和IL-10的異常蛋白表達(P<0.05),與HFD/CUMS組相比,接受氟西汀、辛伐他汀、辛伐他汀+氟西汀或葛根素(30 mg/kg、60 mg/kg和120 mg/kg)治療的大鼠TLR4陽性細胞數(shù)減少至70.35%、37.78%、30.36%、65.20%、29.64%和 17.02%(P<0.01)。且辛伐他汀、辛伐他汀+氟西汀或葛根素(30 mg/kg、60 mg/kg和120 mg/kg)組大鼠海馬區(qū)的 TLR4 水平顯著降低(P<0.05),葛根素還可以改善海馬組織中的異常脂質(zhì)代謝,說明葛根可通過修復TLR4誘導的炎癥損傷和磷脂代謝紊亂來緩解高脂飲食和慢性不可預(yù)測的輕度壓力引起的抑郁樣行為[28]。

蛛網(wǎng)膜下腔出血導致許多腦功能障礙,研究團隊基于以往葛根素保護神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)研究試圖探索葛根素對蛛網(wǎng)膜下腔出血神經(jīng)損傷的恢復作用,葛根素可有效緩解腦水腫,減輕了小鼠的神經(jīng)功能缺損,減少了血腦屏障(BBB)的破壞;蛋白免疫印跡測定發(fā)現(xiàn)葛根素可逆轉(zhuǎn)Bcl-2/Bax表達比例并保護SOD2活性,減輕蛛網(wǎng)膜下腔出血小鼠的神經(jīng)功能缺損[29]。

3 小 結(jié)

隨著研究的不斷深入,葛根素的藥理作用逐漸被了解,葛根素作用于多系統(tǒng)疾病發(fā)揮抗炎作用從而改善其因TNF、IL等增加所導致的炎癥反應(yīng)介導的相關(guān)損傷。在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中葛根素既能夠治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病又能夠治療外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病[30],表現(xiàn)出抑制神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)、調(diào)控多個神經(jīng)損傷通路、減輕凋亡因子表達、調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的表達等功效。值得注意的是,同樣作為黃酮類的中草藥成分蘆丁、水飛薊素,以及同屬多酚類物質(zhì)的黃芩素、白藜蘆醇、木犀草素、姜黃素等都具有神經(jīng)系統(tǒng)保護作用,這為拓寬中藥的功效以及將中藥主要有效成分作為疾病治療的潛在藥物提供了研究基礎(chǔ)和思路。

: