黃芪甲苷對(duì)中樞神經(jīng)再生的影響研究進(jìn)展

李冰冰 覃貴川 陳子夜 范有明

2019 年全球疾病負(fù)擔(dān)（GBD）腦卒中負(fù)擔(dān)研究顯示，死亡的第二大原因仍是腦卒中[1]。臨床依據(jù)癥狀不同將腦卒中劃分為出血性腦卒中和缺血性腦卒中，兩者均會(huì)導(dǎo)致受損區(qū)腦組織缺氧壞死和神經(jīng)功能受損。臨床上最為常見(jiàn)的是缺血性腦卒中，占腦卒中的80%～87%[2]。目前，組織纖溶酶原激活物（tPA）溶栓藥物是治療缺血性腦卒中的主要手段。但患者必須在發(fā)病4.5 h 內(nèi)及時(shí)治療，才能有效緩解臨床癥狀。tPA 治療會(huì)導(dǎo)致顱內(nèi)出血和神經(jīng)毒性等不良反應(yīng)[3-4]，對(duì)大腦造成額外損傷。

中醫(yī)認(rèn)為中風(fēng)發(fā)病在于虛和瘀，與患者血、氣關(guān)系密切，其中以氣虛、血瘀為主[5]。氣虛、血瘀導(dǎo)致經(jīng)脈阻滯、血行不暢而發(fā)為中風(fēng)，故益氣活血的方法可使腦局部缺血灶的血供和患側(cè)肢體功能改善。補(bǔ)陽(yáng)還五湯作為益氣活血的代表方，對(duì)中風(fēng)后遺癥有良好的改善作用，針對(duì)缺血性中風(fēng)，有明顯的神經(jīng)保護(hù)作用[6]。黃芪是補(bǔ)陽(yáng)還五湯中的君藥，具有益氣、養(yǎng)血、利水、固表等功效。黃芪甲苷是中藥黃芪的主要活性成分[7]，是中華人民共和國(guó)藥典（2015 版）中黃芪的質(zhì)量控制標(biāo)志物。據(jù)報(bào)道，黃芪主要含有3 種化合物，包括多糖、皂苷和黃酮類(lèi)化合物。隨著提取分離技術(shù)的進(jìn)步，利用高效液相色譜法（HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)從黃芪中鑒定出40 多種黃芪皂苷成分，已被廣泛應(yīng)用于各種疾病的治療。

1 中風(fēng)后中樞神經(jīng)再生的限制因素

研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的環(huán)境中存在的抑制因子和成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元再生能力差是神經(jīng)損傷后軸突生長(zhǎng)失敗的主要原因[8]。成人受損的中樞神經(jīng)無(wú)法再生，可導(dǎo)致脊髓損傷或中風(fēng)患者的永久性殘疾。目前發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)再生失敗的機(jī)制有以下幾種。

少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘相關(guān)抑制分子：神經(jīng)突生長(zhǎng)抑制因子A（Nogo-A）、髓鞘相關(guān)糖蛋白（MAG）、少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘糖蛋白（OMgp）。這些分子與神經(jīng)細(xì)胞膜上的Nogo-66 受體（NgR）結(jié)合后，促進(jìn)NgR 形成NgR 復(fù)合體，激活下游信號(hào)分子，抑制神經(jīng)再生[9]。

膠質(zhì)瘢痕形成：損傷后周?chē)∧z質(zhì)細(xì)胞活化、增殖和巨噬細(xì)胞聚集，與增殖的星形膠質(zhì)細(xì)胞共同形成了膠質(zhì)受體瘢痕，并釋放一系列軸突生長(zhǎng)抑制因子，其中最重要的是硫酸軟骨素蛋白多糖（CSPGs）。CSPGs 通過(guò)與其受體PTPσ/LAR 結(jié)合，抑制神經(jīng)再生[10-11]。

損傷后的炎癥反應(yīng)：小膠質(zhì)細(xì)胞的激活是抑制神經(jīng)再生機(jī)制之一[12]。活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放促炎因子[如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）]，導(dǎo)致大量炎癥細(xì)胞（如中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等）和細(xì)胞因子（如TNF-α、IL-6 等）對(duì)局部組織的破壞和免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)，從而不利于神經(jīng)再生。

谷氨酸過(guò)度釋放：研究發(fā)現(xiàn)腦缺血缺氧后，谷氨酸過(guò)度釋放，作用于N-甲基-D 天門(mén)冬氨酸（NMDA）受體，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高，抑制神經(jīng)再生[13]。

2 神經(jīng)損傷再生的基本過(guò)程

軸突再生是神經(jīng)損傷后軸突的再生長(zhǎng)和后續(xù)靶區(qū)域神經(jīng)功能恢復(fù)的過(guò)程[14]。神經(jīng)損傷會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡和缺失，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能受到嚴(yán)重影響。在神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元的再生能力非常有限，而膠質(zhì)細(xì)胞則可以通過(guò)增殖和分化來(lái)填補(bǔ)損傷區(qū)域。神經(jīng)再生的基本過(guò)程包括：軸突斷裂：神經(jīng)元軸突損傷后，軸突端會(huì)形成球狀膨脹，失去生長(zhǎng)錐；細(xì)胞反應(yīng)：神經(jīng)元周?chē)哪z質(zhì)細(xì)胞會(huì)釋放出一系列信號(hào)物質(zhì)，如生長(zhǎng)因子、細(xì)胞黏附分子等；新生血管形成：損傷后，血管內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）等生長(zhǎng)因子，促進(jìn)新生血管形成，為神經(jīng)元提供養(yǎng)分支持；軸突再生：在膠質(zhì)細(xì)胞的支持下，軸突開(kāi)始再生，并且開(kāi)始建立新的神經(jīng)連接。

3 黃芪甲苷的藥物動(dòng)力學(xué)和毒性

黃芪甲苷為羊毛酯醇形的四環(huán)三萜皂苷，水溶性較差。大鼠靜脈給藥后，在心、腦、肺、脾、肝、腎、皮膚、肌肉、胃、卵巢等組織均可檢測(cè)到黃芪甲苷[15]，在肝臟、腎臟中含量最高，其次是肺和心。研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷與血漿蛋白的結(jié)合率高達(dá)83%，且可以在尿液和糞便中回收50%。在0.75、1.5 和3.0 mg/kg 劑量下，雄性大鼠對(duì)黃芪甲苷的消除半衰期分別為98.1、67.2 和71.8 min，雌性大鼠的消除半衰期分別為34.0、66.9 和131.6 min。黃芪甲苷缺乏首關(guān)消除，幾乎不經(jīng)過(guò)肝臟代謝。大鼠口服黃芪甲苷的絕對(duì)生物利用度為3.66%，比格犬為7.4%，表明口服給藥受到限制。

黃芪甲苷一般不會(huì)有明顯的不良反應(yīng)和毒性?？诜┝?0 mg/（kg?d）的黃芪甲苷，對(duì)肝腎功能無(wú)明顯影響[16-17]。大鼠模型給予0.25～1.0 mg/kg 黃芪甲苷時(shí)，未出現(xiàn)母體毒性；在靜脈給藥1.0 mg/kg劑量時(shí)，有生殖毒性，表現(xiàn)為幼崽皮毛發(fā)育遲緩、睜眼和懸崖回避反射遲緩等。因此，孕婦應(yīng)謹(jǐn)慎使用黃芪甲苷。

4 黃芪甲苷對(duì)中樞神經(jīng)再生作用的研究

神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括中風(fēng)、癡呆、癲癇、阿爾茨海默病和帕金森病。其中，中風(fēng)是全球范圍內(nèi)最主要的死亡原因。黃芪甲苷具有多種藥理活性，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、腎臟、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟疾病和癌癥等均有積極作用。目前已有很多研究探討了黃芪甲苷對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的治療作用，具體可以通過(guò)以下途徑促進(jìn)神經(jīng)元的再生和修復(fù)，改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。

4.1 抗凋亡

中風(fēng)的發(fā)病因素和機(jī)制非常復(fù)雜，其中凋亡在中風(fēng)后神經(jīng)損傷中發(fā)揮著重要作用。凋亡蛋白廣泛存在于神經(jīng)細(xì)胞中，Bax 可促進(jìn)細(xì)胞凋亡，Bcl-2 抑制細(xì)胞凋亡，其比值對(duì)細(xì)胞存活起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，缺血/再灌注或氧-葡萄糖剝奪/再灌注會(huì)增加凋亡蛋白的表達(dá)，如Bax 和caspase-3 等[18]。Yang 等[19]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K 和NF-κB 信號(hào)通路，激活抗凋亡通路磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt），抑制NF-κB 信號(hào)，下調(diào)Bax 和典型的凋亡標(biāo)記caspase-3，減輕了蛛網(wǎng)膜下腔出血所致的神經(jīng)損傷，促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。在小鼠置于缺氧循環(huán)裝置中，用60 mg/kg 黃芪甲苷飼養(yǎng)4 周，發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷可以下調(diào)calpain-1、caspase-3 的表達(dá)，抑制海馬神經(jīng)元氧化應(yīng)激和凋亡，減輕缺氧后腦損傷[20]。經(jīng)100 μM 6-羥基多巴胺（6-OHDA）處理24 h 的SH-SY5Y 細(xì)胞中，在給予濃度25～100 μM 的黃芪甲苷后，微管相關(guān)蛋白2（MAP2）表達(dá)和超氧化物歧化酶（SOD）水平升高，丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）水平減少，結(jié)果顯示黃芪甲苷降低了細(xì)胞凋亡率和Bax/Bcl-2比值，這可能與激活JAK2/STAT3信號(hào)通路，增強(qiáng)細(xì)胞活力，抑制細(xì)胞的凋亡和氧化應(yīng)激有關(guān)[21]。

4.2 抗炎

研究表明干預(yù)小膠質(zhì)細(xì)胞使其從促炎M1 表型到抗炎M2 表型的極化可以作為治療中風(fēng)的潛在手段[22]。Chen 等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷可通過(guò)下調(diào)海馬組織中ROS、TNF-α、白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）和IL-6 水平，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，改善寡聚體Aβ（oAβ）誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙、神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元損傷。同時(shí)鄭心甜等[24]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷可通過(guò)降低小膠質(zhì)細(xì)胞M1中CD86/誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、TNF-α、IL-1β 的mRNA 表達(dá)，增加M2 中CD206、精氨酸酶-1（Arg-1）、類(lèi)幾丁質(zhì)酶3 樣分子1/2（YM1/2）、IL-10的mRNA 表達(dá)，抑制炎癥，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞從促炎M1 表型到抗炎M2 表型的極化，發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)作用。在C57BL/6 小鼠缺血模型中，經(jīng)黃芪甲苷處理后的小鼠IL-17 表達(dá)降低，且具有較多正常形態(tài)的海馬神經(jīng)元和樹(shù)突棘密度增加，結(jié)果表明黃芪甲苷可通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt 信號(hào)通路，下調(diào)IL-17 表達(dá)，促進(jìn)大腦重塑和修復(fù)[25]。

4.3 調(diào)控自噬

生理上，自噬體的雙膜囊泡可吞噬功能障礙的細(xì)胞器和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)移到溶酶體進(jìn)行降解，從而維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，缺乏自噬會(huì)導(dǎo)致大腦和小腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元大量損失，引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病。Xia 等[26]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷可通過(guò)降低衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶活性和衰老標(biāo)記物p16 的表達(dá)，升高核纖層蛋白B1 表達(dá)，減少PD 小鼠模型中多巴胺神經(jīng)元的丟失和行為缺陷，同時(shí)減少黑質(zhì)致密層中衰老星形膠質(zhì)細(xì)胞的積累，促進(jìn)線粒體自噬，使受損線粒體的積累和線粒體活性氧的產(chǎn)生減少，從而抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞衰老，預(yù)防神經(jīng)變性。在氧糖剝奪/富氧富糖PC12 細(xì)胞模型上，黃芪甲苷可以增加Beclin1 表達(dá)，提高SOD 活性，降低MDA 水平，增加自噬，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[27]。

4.4 促血管生成

VEGF 是神經(jīng)血管單元中重要的保護(hù)屏障。神經(jīng)損傷后VEGF 表達(dá)增加可以減少神經(jīng)元凋亡，改善受損區(qū)血管微循環(huán)，促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞增殖，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)表明黃芪甲苷通過(guò)增加miRNA-210的表達(dá)和誘導(dǎo)HIF-VEGF-Notch 信號(hào)通路的激活來(lái)抑制靶基因的表達(dá)，減少梗死面積，促進(jìn)細(xì)胞增殖和血管形成，對(duì)缺血性腦損傷提供保護(hù)[28]。在大鼠腦缺血再灌注（CIR）模型中，給予大鼠10 mg/kg的黃芪甲苷灌胃，發(fā)現(xiàn)VEGF、神經(jīng)元核抗原（NeuN）表達(dá)增加，皮質(zhì)區(qū)細(xì)胞和微血管損傷顯著減少。李艷玲等[29]發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷用于腦缺血骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植后可通過(guò)改善腦缺血后微環(huán)境，促進(jìn)血管新生和大鼠神經(jīng)功能恢復(fù)。

綜上所述，黃芪甲苷的保護(hù)作用涉及很多方面，不僅可通過(guò)多種分子機(jī)制促進(jìn)神經(jīng)元的再生和修復(fù)，如調(diào)節(jié)PI3K/Akt 信號(hào)通路、Wnt/β-catenin 信號(hào)通路、PPARγ/BDNF 信號(hào)通路，而且還可通過(guò)抗凋亡、抗炎、促自噬、促血管生成等途徑減輕神經(jīng)損傷，促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)與再生，為黃芪甲苷促進(jìn)中樞神經(jīng)再生的臨床應(yīng)用提供了大量證據(jù)。此外，黃芪口服生物利用度較低，限制了臨床給藥方式和治療效果，而黃芪甲苷及其衍生物作為高純度植物單體，可以發(fā)揮中藥多靶點(diǎn)效應(yīng)，提高中風(fēng)患者的治療效果。然而這些研究仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，有待于進(jìn)一步了解黃芪甲苷在中樞神經(jīng)再生中的分子作用機(jī)制。