中醫(yī)藥調(diào)控細(xì)胞焦亡干預(yù)腦出血

趙承啟,鄒偉

1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150040; 2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江 哈爾濱 150040

腦出血是一種致死率和致殘率均較高的急性腦血管疾病,其主要病因是高血壓合并腦動(dòng)脈硬化引起非外傷性腦實(shí)質(zhì)內(nèi)出血,約占腦卒中患者的20%～30%[1-4]。隨著我國(guó)人口老齡化程度的日益加劇,腦出血的發(fā)病率正在逐年攀升。當(dāng)前,積極控制腦出血的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程、相關(guān)危險(xiǎn)因素以及改善繼發(fā)性缺血缺氧狀態(tài)是腦出血防治研究的主要方向。腦出血發(fā)病初期,伴隨大量的神經(jīng)細(xì)胞死亡,這是導(dǎo)致該病死亡率和致殘率雙高的主要原因。因此,調(diào)控腦出血后的神經(jīng)細(xì)胞死亡有助于減輕腦組織損傷、改善患者神經(jīng)功能缺損和預(yù)后。近年來(lái),細(xì)胞焦亡這一促炎性的程序性細(xì)胞死亡方式在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注,已有研究顯示,它與腦出血后的神經(jīng)損傷及功能障礙有著密切聯(lián)系[5-7]。此外,也有大量研究表明,中醫(yī)藥能夠通過(guò)調(diào)控焦亡關(guān)鍵介導(dǎo)因子的表達(dá)抑制神經(jīng)細(xì)胞焦亡,進(jìn)而治療腦出血。因此,深入研究中醫(yī)藥、細(xì)胞焦亡與腦出血之間的相互作用,對(duì)于腦出血的臨床診斷和預(yù)后具有重要意義。本文將聚焦細(xì)胞焦亡,深入探討其發(fā)生機(jī)制與腦出血的關(guān)系,以及中醫(yī)藥在調(diào)控焦亡干預(yù)腦出血方面的研究進(jìn)展。

1 細(xì)胞焦亡概述

細(xì)胞焦亡是一種由炎癥小體、半胱氨酸蛋白酶caspases及Gasdermin蛋白家族共同介導(dǎo)的促炎性、程序性細(xì)胞死亡方式,其顯著特征在于細(xì)胞膜會(huì)不斷形成孔隙,大量炎性因子經(jīng)孔隙釋放,進(jìn)而引起炎癥反應(yīng),最終導(dǎo)致細(xì)胞走向死亡[8]。雖然“細(xì)胞焦亡(Pyroptosis)”這一概念在2001年被首次提出[9],但相關(guān)研究最早可以追溯至1986年[10]。盡管細(xì)胞焦亡與凋亡在某些特征上存在相似之處,如caspases依賴(lài)性、細(xì)胞核濃縮和DNA損傷等[11],但兩者之間也存在明顯的差異。首先,細(xì)胞發(fā)生焦亡過(guò)程中,細(xì)胞核保持完整,細(xì)胞膜不斷形成孔隙,致使細(xì)胞液持續(xù)滲入膜內(nèi),直至發(fā)生破裂,而細(xì)胞凋亡恰恰相反[12]。其次,凋亡主要由caspase-3/caspase-6/caspase-7/caspase-8介導(dǎo),焦亡則主要由caspase-1/caspase-4/caspase-5/caspase-11介導(dǎo),而caspase-3/caspase-8僅參與焦亡的非經(jīng)典途徑[13-15]。此外,焦亡具有促炎性質(zhì),而凋亡具有抗炎性[16]。近期研究發(fā)現(xiàn),Gasdermin D(GSDMD)是caspases激活焦亡的炎性通用底物,而caspases可以特異性地切割GSDMD氨基末端(GSDMD-N)和羧基末端(GSDMD-C)結(jié)構(gòu)域之間的連接,最終導(dǎo)致由GSDMD-N結(jié)構(gòu)域觸發(fā)的細(xì)胞焦亡[17]。除了caspases和GSDMD外,炎癥小體在誘發(fā)細(xì)胞焦亡過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用。炎癥小體的組裝始于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)模式識(shí)別受體(PRRs)識(shí)別入侵病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)或損傷相關(guān)的分子模式(DAMPs)[18]。被激活的PRRs會(huì)與前體半胱氨酸天冬氨酸酶-1(pro-caspase-1)以及含有半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(ASC)共同形成炎癥小體[19]。目前已知參與形成炎癥小體的PRRs主要有NLRP1、NLRP3、NLRC4、pyrin和AIM2等[20-21]。其中,NLRP3炎癥小體是目前研究的熱點(diǎn),它不僅促使caspase-1活化,還能刺激促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18的分泌,進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞焦亡[22]?，F(xiàn)有研究表明,NLRP3炎癥小體的激活涉及多種復(fù)雜的機(jī)制和過(guò)程,其中包括溶酶體損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體功能障礙和活性氧的產(chǎn)生以及自噬等。此外,離子通量的變化,如K+外排、Ca2+動(dòng)員和Na流入等也被證實(shí)與NLRP3炎癥小體的激活有關(guān)[23-26]。

2 細(xì)胞焦亡與腦出血的關(guān)系

當(dāng)腦出血發(fā)生后,血液穿過(guò)破碎的血腦屏障(blood brain barrier,BBB)進(jìn)入腦組織或裂縫,導(dǎo)致占位效應(yīng),不僅顱內(nèi)壓會(huì)升高,腦血流量也會(huì)隨之減少,影響腦組織正常的血、氧供應(yīng)[27-29]。腦組織隨著ATP的缺乏和血液毒性物質(zhì)的增加引發(fā)一系列的病理生理變化,包括去極化、興奮性毒性、細(xì)胞水腫、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激和繼發(fā)性BBB破壞等[30-33],其中炎癥反應(yīng)在腦出血后繼發(fā)性腦損傷中起著關(guān)鍵作用,主要體現(xiàn)在駐留小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、血腫周?chē)准?xì)胞和巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn),以及這些細(xì)胞釋放的促炎介質(zhì)的聚集[34-35]。細(xì)胞焦亡參與了腦出血后的神經(jīng)炎癥反應(yīng),其發(fā)生機(jī)制源于腦出血后先天免疫和炎癥反應(yīng)的激活。隨著腦組織損傷的加重,大量腦細(xì)胞死亡,死亡細(xì)胞釋放DAMPs,激活先天免疫,炎癥小體以及caspases隨之激活,誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡的發(fā)生,從而進(jìn)一步加劇炎癥損傷,引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[36]。

現(xiàn)有研究表明,NLRP3、caspase-1和IL-1β表達(dá)水平在腦出血后3 h顯著升高,并在12 h左右達(dá)到峰值,而將NLRP3敲低處理后,caspase-1和IL-1β表達(dá)水平明顯降低,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的神經(jīng)行為功能得到改善,腦水腫和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)也相應(yīng)減少[37]。Gu等[38]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,Didymin可通過(guò)上調(diào)Rkip的表達(dá)和下調(diào)NLRP3、caspase-1、GSDMD等焦亡分子的表達(dá),減少小膠質(zhì)細(xì)胞活化和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn),抑制由ASC/caspase-1/GSDMD信號(hào)通路介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡,改善腦出血后的神經(jīng)功能障礙,減輕腦水腫和BBB破壞。

上述研究顯示,細(xì)胞焦亡在腦出血的發(fā)生與發(fā)展中起到重要作用,其介導(dǎo)因子可能是治療腦出血的潛在靶點(diǎn)。

3 中醫(yī)藥調(diào)控腦出血后細(xì)胞焦亡研究現(xiàn)狀

中醫(yī)藥治療腦出血不僅能在急性期改善患者神經(jīng)功能缺損癥狀,還能在恢復(fù)期減少相應(yīng)并發(fā)癥,促進(jìn)病情恢復(fù),改善預(yù)后?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明,中醫(yī)藥能夠多途徑、多層次、多靶點(diǎn)防治腦出血,具有減輕腦水腫、降低顱內(nèi)壓、促進(jìn)血腫吸收、抑制神經(jīng)細(xì)胞死亡、促進(jìn)神經(jīng)和血管再生、改善腦循環(huán)、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)含量、抑制炎性反應(yīng)、激活自噬以及減輕氧化應(yīng)激等作用[39-45]。近年來(lái),中醫(yī)藥調(diào)控腦出血后細(xì)胞焦亡的機(jī)制研究日益增多,研究者們運(yùn)用各種中醫(yī)藥療法靶向調(diào)控焦亡關(guān)鍵介導(dǎo)因子,有效抑制了神經(jīng)細(xì)胞焦亡的發(fā)生發(fā)展,為中醫(yī)藥調(diào)控焦亡防治腦出血奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3.1 中藥提取物穿心蓮內(nèi)酯是穿心蓮的核心有效成分,具有良好的抗炎、抗氧化活性,臨床上對(duì)腦梗死、神經(jīng)退行性病變、腦膜炎等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有積極的治療作用[46-48]。Li等[49]研究發(fā)現(xiàn),穿心蓮內(nèi)酯通過(guò)抑制NLRP3炎性小體的組裝,降低腦出血后IL-1β和乳酸脫氫酶水平以及小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡,有效地減少了體內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的死亡和炎癥反應(yīng),減輕了神經(jīng)行為障礙和腦水腫,改善了腦出血誘導(dǎo)的繼發(fā)性腦損傷。異甘草素是甘草中的黃酮類(lèi)化合物,具有抗腫瘤、抗氧化、清自由基等作用[50-51]。Zeng等[52]研究發(fā)現(xiàn),異甘草素能夠有效地阻斷中性粒細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞在損傷腦組織中的滲透,起到減輕腦出血后早期腦損傷的作用,其作用機(jī)制與異甘草素通過(guò)促進(jìn)Nrf2抗氧化途徑抑制NF-κB介導(dǎo)的NLRP3炎癥體激活有關(guān)。

黃芩素是一種提取于黃芩根的黃酮類(lèi)化合物,具有抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡、保護(hù)血腦屏障、減輕腦水腫的作用,對(duì)改善腦卒中的預(yù)后有一定的積極作用[53-55]。Chen等[56]研究發(fā)現(xiàn),黃芩素可通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體在腦出血中的高表達(dá)來(lái)緩解腦出血后的腦損傷。毛蕊花苷存在于多種藥用植物中,具有抗氧化、抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用[57]。Zhou等[58]研究發(fā)現(xiàn),毛蕊花苷可以減輕腦出血引起的急性炎癥損傷,改善神經(jīng)功能,增加神經(jīng)元的細(xì)胞存活率,其機(jī)制是靶向抑制NLRP3炎癥小體和激活小膠質(zhì)細(xì)胞。水飛薊素是從中藥水飛薊中提取得到的黃酮類(lèi)化合物,具有抗氧化、清除自由基和調(diào)節(jié)脂糖代謝等功能[59]。Yuan等[60]研究發(fā)現(xiàn),水飛薊素不僅可以通過(guò)抑制NF-κB-p65水平和NLRP3/caspase-1/IL-1β表達(dá)下調(diào)炎癥反應(yīng),還能通過(guò)上調(diào)腦出血損傷后的Nrf-2/HO-1信號(hào)傳導(dǎo)充當(dāng)神經(jīng)保護(hù)化合物,進(jìn)而發(fā)揮減輕腦出血后繼發(fā)性腦損傷的作用。

以上研究表明,中藥提取物能夠通過(guò)靶向調(diào)控焦亡介導(dǎo)因子或相關(guān)通路發(fā)揮腦保護(hù)作用,表明焦亡介導(dǎo)因子是中藥治療腦出血的潛在作用靶點(diǎn)。

3.2 中藥復(fù)方中藥復(fù)方通過(guò)調(diào)控焦亡相關(guān)介導(dǎo)因子對(duì)腦出血也有明確的保護(hù)作用。安腦平?jīng)_方是治療腦出血的經(jīng)驗(yàn)方,具有鎮(zhèn)肝潛陽(yáng)、平?jīng)_降逆、寧血安腦的功效,臨床療效顯著[61]。左玲敏[62]研究發(fā)現(xiàn),安腦平?jīng)_方能改善腦出血大鼠神經(jīng)功能缺損癥狀,減輕腦水腫,其發(fā)揮腦保護(hù)作用的機(jī)理可能是下調(diào)P2X7R、caspase-1的表達(dá),抑制NLRP3炎性小體合成,降低血清促炎因子IL-1β、IL-18水平,進(jìn)而減輕腦出血后炎癥反應(yīng)。腦出血方是根據(jù)國(guó)醫(yī)大師任繼學(xué)教授提出的“以破血化瘀法促進(jìn)血腫吸收”治療策略所創(chuàng)立的,具有破血化瘀、豁痰開(kāi)竅、泄熱醒神的功效,臨床療效確切[63-64]。楊子奇[65]研究發(fā)現(xiàn),腦出血方可以改善腦出血大鼠的神經(jīng)功能缺損,緩解腦出血大鼠腦水腫及炎癥反應(yīng),其中以高劑量組效果最為明顯。另有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,腦出血方通過(guò)抑制腦出血大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥小體的生成,下調(diào)腦組織IL-1β、NLRP3、ASC、caspase-1的表達(dá),減少了神經(jīng)炎性反應(yīng),進(jìn)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

研究表明,上述平肝潛陽(yáng)、活血化瘀或豁痰開(kāi)竅等中藥復(fù)方均可通過(guò)調(diào)控細(xì)胞焦亡關(guān)鍵介導(dǎo)因子抑制細(xì)胞焦亡及神經(jīng)炎癥反應(yīng),減輕腦出血后的腦損傷,說(shuō)明焦亡介導(dǎo)因子是中藥復(fù)方干預(yù)腦出血的重要作用靶點(diǎn)。

3.3 針灸針灸治療腦出血及其相關(guān)后遺癥療效確切,大量研究表明,針刺干預(yù)腦出血的機(jī)制與抑制腦組織中炎性蛋白表達(dá)進(jìn)而減輕炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。在這些研究中,也包括探討針刺如何通過(guò)調(diào)控焦亡相關(guān)炎性因子防治腦出血的研究[66-70]。

劉昊等[71]研究表明,針刺“百會(huì)”透“曲鬢”穴能減少腦出血大鼠腦組織中小膠質(zhì)細(xì)胞激活、細(xì)胞壞死及炎性細(xì)胞浸潤(rùn),相較于模型組和非穴位組,針刺組的NLRP3、IL-1β、IL-18蛋白表達(dá)水平更低,證明針刺“百會(huì)”透“曲鬢”可通過(guò)下調(diào)NLRP3、IL-1β 及IL-18的表達(dá)抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)進(jìn)而改善大鼠神經(jīng)功能。許文婷等[72]研究發(fā)現(xiàn),不同頻率(2 Hz、15 Hz和50 Hz)電針刺激腦出血大鼠的百會(huì)、水溝、雙側(cè)內(nèi)關(guān)穴均能夠改善腦出血區(qū)域的神經(jīng)細(xì)胞形態(tài),且電針各組腦出血大鼠的神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分較模型組均顯著降低,其中以50 Hz高頻率電針組的治療效果最佳。除此之外,該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)不同頻率的電針干預(yù)后,各組腦出血大鼠的血腫腦組織中焦亡相關(guān)因子NLRP3、caspase-1、IL-1β及 IL-18 的含量均明顯低于模型組。而且,這些因子的含量變化趨勢(shì)與電針頻率的增加呈負(fù)相關(guān),提示不同頻率的電針刺激會(huì)對(duì)針刺治療腦出血大鼠的療效產(chǎn)生影響,且50 Hz高頻率電針能更好地改善腦出血大鼠預(yù)后,其作用機(jī)制可能與調(diào)控腦出血大鼠血腫腦組織中介導(dǎo)焦亡的NLRP3信號(hào)通路有關(guān)。

以上研究表明,針刺和電針療法均能通過(guò)調(diào)控焦亡相關(guān)介導(dǎo)因子抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng),進(jìn)而改善腦出血預(yù)后,這為針刺治療腦出血提供了新的理論依據(jù),同時(shí)也能說(shuō)明,焦亡相關(guān)介導(dǎo)因子是針刺/電針療法治療腦出血的潛在作用靶點(diǎn)。

4 總結(jié)與展望

綜上所述,近年中醫(yī)藥調(diào)控細(xì)胞焦亡干預(yù)腦出血的研究取得了一定的進(jìn)展,大量研究證據(jù)顯示,細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵介導(dǎo)因子是中醫(yī)藥治療腦出血的潛在作用靶點(diǎn)。中藥、針灸等中醫(yī)藥治療手段通過(guò)調(diào)控NLRP3、caspase-1、ASC、IL-1β及IL-18等蛋白的表達(dá),有效抑制焦亡的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程及神經(jīng)炎癥反應(yīng),減輕了腦出血后的腦損傷,為中醫(yī)藥治療腦出血提供了新的科學(xué)依據(jù)。但目前的研究仍存在以下不足:(1)上述研究大多局限于動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)層面,缺乏相關(guān)的臨床機(jī)制研究;(2)在目前中醫(yī)藥調(diào)控焦亡治療腦出血的研究中,以NLRP3和caspase-1為研究重點(diǎn),對(duì)NLRP1、NLRC4以及GSDMD等焦亡相關(guān)分子機(jī)制的研究仍然較少,有待后續(xù)研究進(jìn)一步完善;(3)中藥復(fù)方成分復(fù)雜,針刺作用路徑廣泛,無(wú)論是復(fù)方還是針刺治療都可能觸發(fā)多條信號(hào)通路[73],上述治療能取得良效究竟是通過(guò)抑制單一靶點(diǎn)/通路還是多靶點(diǎn)/通路,亦或是同時(shí)作用于不同信號(hào)通路引起相互竄擾從而抑制細(xì)胞焦亡的?目前尚不明確,有待后續(xù)開(kāi)展系統(tǒng)研究加以闡明?？偟膩?lái)說(shuō),中醫(yī)藥防治腦出血具有非常重大的意義,未來(lái)亟需借助新興技術(shù)開(kāi)展多學(xué)科交叉融合,不斷探索中醫(yī)藥防治腦出血的作用機(jī)制,為防治腦出血的新藥及新技術(shù)的研發(fā)提供更堅(jiān)實(shí)的理論支撐。