中醫藥調控腦缺血MAPK信號通路的研究進展

董曉紅 王悅陽 賀紫薇等

[摘要] 腦缺血常伴發于缺血性卒中、老年性癡呆、血管性癡呆等多種神經系統疾病的進程中，缺血后病理損傷的機制十分復雜，長期腦缺血可引發進行性神經功能和認知功能障礙。目前治療腦缺血的藥物種類有限，并且大多數還處在試驗階段。MAPK信號轉導是真核細胞重要的信號通路，受多種因素的調控，在中樞神經系統中廣泛表達。研究表明，MAPK家族中的ERK1/2、JNk、p38及與之相互作用的Caspase-3、Akt、Nrf2、NF-κB等信號通路參與了腦缺血早期病理生理機制的信號轉導。本文結合這些信號通路及其相關基因和蛋白研究，綜述了中醫藥對腦缺血神經元的保護作用機制，為臨床治療腦缺血提供了理論依據，也為通過MAPK途徑發揮腦保護作用的中藥研發奠定了基礎。

[關鍵詞] 中醫藥;腦缺血;MAPK信號通路;研究進展

[中圖分類號] R743? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）02（a）-0047-05

[Abstract] Cerebral ischemia is often associated with various neurological diseases such as ischemic stroke， Alzheimer disease and vascular dementia. The mechanism of pathological injury after cerebral ischemia is very complicated. Long-term cerebral ischemia can cause progressive neurological dysfunction and cognitive dysfunction. At present， there are limited kinds of drugs for cerebral ischemia， and most of them are still in the experimental stage. MAPK is an important signal pathway in eukaryotic cells， which is regulated by many factors and widely expressed in the central nervous system. Studies have shown that ERK1/2， JNk， p38 of Mark family interacting with the signal pathways like caspase-3， Akt， Nrf2， NF-κB and others are involved in signal transduction of early pathological and physiological mechanisms of cerebral ischemia. Combining these signaling pathways with researches of its related gene and protein， this paper reviews the protective mechanism of Chinese medicine on cerebral ischemic neurons in order to provide a theoretical basis for the clinical treatment of cerebral ischemia and lay the foundation for the development of traditional Chinese medicine which can play the role of brain protection through MAPK.

[Key words] Traditional Chinese medicine; Cerebral ischemia; MAPK signal pathway; Research progress

腦缺血是由多種原因導致的腦供血不足而引起相應神經系統癥狀的疾病，其中慢性腦缺血是一種常見的病理狀態，伴發于缺血性卒中、老年性癡呆、血管性癡呆等多種神經系統疾病的進程中。缺血后病理損傷的機制十分復雜，尤其長期腦缺血可引發持久性或進行性神經功能障礙和認知功能障礙。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是將細胞外刺激信號傳導到細胞內部的重要傳遞者[1]。腦缺血缺氧后，存在于中樞神經系統中的MAPK信號轉導途徑即被活化，對神經元的生存與凋亡起著重要的調控作用[2]。隨著科研方法的進步，中醫藥治療方法在抗腦缺血方面取得了長足的進步[3]，本文綜述了近十年來中醫藥對腦缺血MAPK信號通路的干預作用及療效研究。

1 MAPK信號通路概述

研究顯示中樞神經系統中有MAPK信號傳導通路的廣泛表達，生長因子、神經遞質和神經營養因子等細胞外刺激通過MAPK信號傳導途徑影響神經元突觸傳遞、重構及其形態的分化和存活，從而參與神經系統腦缺血的病理過程。Wu等[4]利用線栓法制作小鼠大腦中動脈阻塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型，發現腦缺血區的c-Jun N-末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38 MAPK、細胞外信號調節蛋白激酶（extracellular signal regulated protein kinase，ERK1/2）活性分別增加，缺血后2 h達到峰值，這種實驗結果提示MAPK參與了腦缺血的信號轉導。當MAPK磷酸化底物（如核轉錄因子和其他蛋白激酶）被激活時，可以調節相關基因的轉錄，從而在細胞惡性轉化和凋亡的病理過程中起著至關重要的作用。其中有5條較為明確的MAPK信號轉導途徑已經在真核細胞中被發現了，即ERK1/2、JNK、p38、ERK3/4和ERK5亞家族，其中前3條是MAPK家族中重要成員[5-6]。

2 中醫藥與腦缺血MAPK信號通路

2.1 ERK1/2信號傳導通路

ERK1/2是MAPK家族的重要成員，主要分布在細胞質中。ERK1/2信號通路在受到氧化應激、缺血和神經遞質等刺激時可被激活，它主要調節轉錄因子被磷酸化的轉錄活性。黃昕等[7]研究表明補陽還五湯通過激活ERK/CREB信號通路，調節了相關基因的轉錄，發揮了類激素作用，促進了腦缺血大鼠海馬DG區神經組織的再生。近年來，主要成分為黃芩苷（Baicalin）的清開靈注射液被廣泛應用于急性腦血管病的臨床治療中，它具有抗炎及抗氧化應激等功效，李嘉瑤等[8]對MCAO模型大鼠采用了免疫組織化學的方法檢測了黃芩苷治療后半暗區的ERK1/2表達，結果顯示黃芩苷通過抑制ERK1/2的表達減少了神經元凋亡和降低了神經功能評分。王巧云等[9]探討了人參皂苷Rg1抗腦缺血損傷大鼠海馬神經元凋亡的作用機制，與模型組相比，人參皂苷Rg1給藥組神經功能缺損評分下降，細胞凋亡率減少，海馬CA1區p-ERK1/2蛋白表達增高，神經元存活率增加。劉琴等[10]對MCAO大鼠采用了針刺配合亞低溫的治療方法，并觀察其對大鼠神經功能、p-ERK1/2及神經細胞凋亡情況的影響，結果顯示以上三項觀察指標所得數值均明顯降低，闡明了中醫針刺結合亞低溫療法可以通過調控ERK1/2信號通路對腦缺血起到較好的治療效果。

2.2 JNK信號傳導通路

JNK可以被細胞外應激信號激活，因此JNK也被稱為應激活化蛋白激酶（stress activated protein kinase，SAPK）。JNK由JNK1、JNK2和JNK3組成，JNK1、JNK2的表達具有廣泛性，JNK3局限于腦。MKK4/7蛋白激酶在被其上游的活化因子細胞內絲/蘇氨酸蛋白激酶MLK3激活后，可以啟動JNK應激信號通路[11]。近年來，大量的實驗證明，JNK通路在介導腦缺血細胞凋亡中起著關鍵的作用[12-13]。李艷等[14]對MCAO/R大鼠采用了經腹腔注入黃芪注射液的干預方法，結果觀察到大鼠海馬區神經元凋亡數量明顯減少，JNK3和JNK3 mRNA表達下降，而動物神經行為功能明顯提高，得出黃芪注射液可以通過抑制JNK3信號通路而減少神經元凋亡的結論。姜黃素（Curcumin）是從姜黃根莖中提取的酚類化合物，色澤穩定，毒性低，武靜茹等[15]通過大鼠腦缺血再灌注前給予腹腔注射姜黃素的實驗發現了海馬神經元凋亡率及JNK的磷酸化水平均降低，認為可能是抑制了JNK信號通路的激活起到了神經保護的作用。何芳等[16]研究結果表明，由三七、梔子、冰片組成的清腦滴丸能通過抑制JNK信號通路，減少腦梗死面積。楊薇等[17]實驗證明由天麻、半夏、膽南星等藥物組成的化痰通絡方可以通過降低內質網應激誘導的細胞凋亡中JNK mRNA的表達水平，降低應激腦神經細胞的不可逆死亡率，從而達到對腦缺血再灌注損傷的治療目的。

2.3 p38信號傳導通路

p38是MAPK中的一種亞型，在大鼠腦缺血損傷區p38的表達和活性明顯增加，下游轉錄因子在其作用下而被磷酸化，從而促進炎性因子的增加，導致腦缺血時神經元的死亡。而抑制p38通路的活性可以降低大鼠腦缺血再灌注損傷的概率[18]。樂爾脈是中醫的復方制劑，它由當歸和莪術等組成，用于腦栓塞的治療，王勝春等[19]采用MCAO大鼠探討p38與炎癥誘導腦缺血損傷的關系，結果表明樂爾脈能減輕腦水腫和梗死面積，減輕炎癥級聯反應引起的血腦屏障損傷，而且抑制炎性因子與抑制p38信號通路激活有關。阿魏酸鈉（SF）是阿魏酸的鈉鹽，是當歸、川芎這兩味活血化瘀中藥共有的有效單體成分，李子廣等[20]探討了SF對腦缺血再灌注損傷的保護機制，缺血再灌注組在不同濃度下加入SF，檢測p38的表達和細胞凋亡情況，結果顯示SF可通過抑制p38磷酸化從而減少神經元凋亡。Gong等[21]研究表明，甘草素（GL）抑制了從大腦皮層到血清的高遷移性組蛋白B1（HMGB1）的釋放，說明了p38信號通路與炎癥和氧化應激相關分子的表達下降有關。劉飛來[22]實驗結果表明，腦缺血通過活化p38通路誘導增加炎性因子的釋放，如TNF-α、IL-1β，導致大鼠局灶性腦缺血再灌注后海馬神經元損傷，造成大鼠學習和記憶障礙，通過電針與針刺百會和神庭兩穴可以抑制海馬區p38通路的表達，改善大鼠缺血性腦卒中后認知功能障礙。此外，在腦缺血再灌注中化濁解毒活血通絡方、千金藤素也被證明可以通過抑制p38通路達到抗氧化和抗凋亡的效果。

3 中醫藥與腦缺血MAPK相關信號通路的研究

腦缺氧和缺血后，MAPK、PI3-K/Akt、NF-κB及JAK-STAT等負責調控細胞生存和凋亡的信號轉導通路即會被激活。不同的傳導通路在不同時間被激活，相同信號轉導通路位于不同腦區激活的時間也可以不相同，不同的信號轉導通路之間又可以相互影響，它們共同參與構建了調控神經細胞存活和死亡的轉導通路網絡[23]。

3.1 MAPK信號轉導通路和Caspase-3、Akt

Caspase-3被認為是半胱氨酸蛋白酶（Caspase）家族中的關鍵蛋白酶，被多種細胞凋亡刺激因子激活，Caspase-3是蛋白酶級聯反應細胞凋亡的重要途徑。Akt是神經生長因子誘導中樞神經細胞生存的關鍵介質。Shimoke等[24]證明了MAPK路徑與Caspase-3和Akt路徑相互作用，抑制神經元及膠質細胞中的ERK的活性，則可激活依賴Caspase活化的p38，如果抑制Caspase的上游信號通路PI3-K/Akt則可阻斷上述過程對p38的激活，該研究還報道了在小腦顆粒細胞中阻斷PI3-K的激活，則Akt的激活也被抑制，但卻會促進JNK的激活。另一方面，如果激活PI3-K/Akt通路則會抑制JNK的激活。李令建等[25]證明了電針對MCAO大鼠的神經保護作用，電針的作用機制可能是增強Akt和PI3-K的表達，激活PI3-K/Akt信號轉導通路，增加Bcl-2的表達，降低Bax蛋白的表達。徐愉林等[26]探討了補陽還五湯（BYHWT）的藥物療效和作用機制，結果顯示BYHWT 給藥組神經功能缺損評分、腦梗死體積比和Akt、p38 MAPK蛋白表達水平均較模型組明顯降低，證明了BYHWT對大鼠的神經保護作用與調控Akt和p38 MAPK信號通路有關。田軍彪等[27]運用化濁解毒活血通絡方對MCAO大鼠進行干預，得出結論化濁解毒活血通絡方通過作用于p38 MAPK信號通路，下調Caspase-3的表達抑制腦細胞的凋亡，達到了神經保護的作用。

3.2 MAPK-Nrf2信號通路的研究

核因子相關因子（Nrf2）是控制機體或細胞對抗異物和氧化損傷的一個關鍵因子。Nrf2途徑是重要的內源性抗氧化途徑，當人體或細胞受到活性氧、親電物質或上游信號通路（如激酶通路等）的刺激時，Nrf2被激活并從細胞質結合蛋白（Kelch-like ECH-associated protein-1，keap1）中分離進入細胞核，激活目標基因的轉錄[28]。張宇等[29]認為Nrf2-keap1是一種重要的抗氧化信號轉導通路，Nrf2-keap1信號通路在腦缺血病理過程中可能是通過激活下游血紅素氧合酶-1（HO-1）的表達從而發揮其抗氧化應激、抗凋亡、抗炎癥等作用。于洋等[30]研究發現具有補腎止渴、益氣生津功效的五味子提取物（Fructus Schisandrae extracts，FSE）可顯著轉導Nrf2的核移位，負性調節Keap1蛋白的表達，并通過Nrf2信號途徑誘導P-糖蛋白（P-gp）、HO-1的轉錄。FSE激活Nrf2信號通路的機制可能與ERK、p38磷酸化Nrf2，促進Nrf2入核增加有關。

3.3 MAPK與炎癥傳導通路NF-κB的關系

NF-κB是早期核轉錄因子，NF-κB p65為NF-κB轉錄家族的重要成員，在炎性反應中發揮著核心作用。在正常生理條件下，NF-κB是以無活性形式存在于細胞質中，當受到其他外部抗原刺激后可以被激活并轉移到核內，調節下游炎性因子的表達。MAPK轉導途徑在炎癥介質的調節中承擔重要角色作用，它主要包括JNK、ERK1/2和p38介導的3個途徑。激活p38、ERK1/2、JNK均可激活NF-κB，造成核轉位，促進炎性反應[31-32]。淫羊藿是我國傳統的補益藥物，它的主要有效成分是淫羊藿總黃酮（TFE），具有調節神經系統功能、抗炎及延緩衰老的功效，宋來新等[33]研究結果表明，TFE可降低自然衰老組MAPK的磷酸化水平，降低胞核NF-κB p65蛋白及其下游炎性因子IL-1β、TNF-α和COX-2等的表達。Hu等[34]研究發現瓜蔞桂枝湯治療MCAO大鼠可以通過抑制NF-κB的激活和MAPK磷酸化，從而減少NO、PGE2的產生及COX-2的表達，證明了瓜蔞桂枝湯是一種潛在的治療腦缺血的藥物。芍藥苷（paeoniflorin，PF）是中國傳統中藥白芍的主要成分，研究證實PF具有防治腦缺血損傷的作用，Guo等[35]研究發現，PF 可以抑制JNK和p38 MAPK的激活，增強ERK的激活，并可以通過抑制MAPK/NF-κB介導的腦組織炎性反應，對腦缺血的大鼠產生神經保護作用。

本文從MAPK信號通路角度闡明了單味藥、復方及針刺等中醫治療方法通過多途徑、多環節、多靶點治療腦缺血的作用機制，為腦缺血的臨床治療提供了理論依據。目前，大多數研究仍處于實驗階段。與系統連貫、多種機制綜合研究相比，大多數實驗還處于零散的、單一機制的研究。單味中藥及有效成分的研究多于中藥復方，不利于中藥協同作用的發揮，這在今后的研究中值得反思和重視。

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（收稿日期：2018-05-13? 本文編輯：張瑜杰）