神經血管單元在缺血性腦水腫中作用機制和中藥對其治療的研究進展

田方澤，宋文婷，姚明江，徐 立，任鈞國，王 敏，劉建勛

(1. 中國中醫科學院西苑醫院基礎醫學研究所中藥藥理北京市重點實驗室，北京 100019;2. 北京中醫藥大學研究生院，北京 100029)

缺血性腦水腫主要發生在病程急性期，發病快，逐步形成大腦不可恢復性損傷，是急性期致殘、致死的最重要原因[1]。神經血管單元(neurovascular unit，NVU)是由神經元—膠質細胞—血管構成，其概念的提出，使得不同原因導致的神經細胞的損傷被視為大腦所有細胞和基質共同參與的組織損傷反應過程，其作為神經系統的研究熱點，也為缺血性腦水腫的研究帶來了新亮點。對于缺血性腦水腫，一直以來是以腦血管內皮細胞為主要的研究靶細胞，NVU是以整體觀來評估各種細胞在腦水腫發病過程當中的病理變化和及對血腦屏障的影響作用[2]。研究表明，中藥以多途徑、多靶點的特點，在缺血性腦病急性期，同時減輕腦水腫和梗死區的損傷程度，為治療缺血性腦水腫提供了很好的思路和方法。因此了解缺血性腦水腫在NVU水平中的病理生理機制和中藥對其的治療作用是非常重要的。

1 內皮細胞

1.1 內皮細胞與血腦屏障(blood brain barrier，BBB)血管功能障礙幾乎涉及每一個神經病理學中的環節，其中包括神經慢性疾病和急性中風等。其中血液供應的喪失不僅影響神經元，而且影響脈管系統本身，從而導致BBB功能的喪失。

1.1.1內皮細胞的緊密連接(tight junction，TJ) 腦微血管內皮細胞之間的TJ限制了BBB中的水溶性物質從血液到大腦的擴散。在分子水平上，TJ由特異性跨膜蛋白組成，通過輔助細胞質蛋白與基于肌動蛋白的細胞骨架相連(Zona occludens，ZO)系列(ZO-1，ZO-2和ZO-3)，使TJ形成緊密密封，同時保持快速調節能力。Occludin和claudins是TJ的主要跨膜蛋白成分。claudins形成TJ的密封作用，而occludin則作為額外的支持結構。

1.1.2內皮細胞腫脹 雖然受缺血嚴重影響的區域經常表現出內皮細胞的結構性損失，但梗塞區域邊緣區域的缺血血管主要表現出內皮水腫的跡象。這種現象最終導致內皮細胞凋亡并持續造成血管損傷。此外，觀察到缺血影響的血管的改變可能是缺血影響NVU的關鍵特征，并且隨著缺血時間的增加，其具有出血性轉化和腦出血的風險。

有研究表明，缺血誘導早期時間點內，在內皮水腫先于缺血相關的BBB分解，并促進內皮完整性的進一步喪失[3]。在此過程中，血管退化可能最終增加出血性轉化和顱內出血風險。因此缺血影響的NVU(包括內皮功能障礙)被稱為中風研究的重中之重。

1.2 中藥在內皮細胞的導致缺血性腦水腫的治療進展在臨床上，采用西醫溶栓類藥物結合中醫益氣治療方法，比單獨使用西醫療法更能緩解腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)患者的愈后致殘率和腦水腫的損傷。其中注射用丹參多酚酸，主要功能是減輕腦水腫，改善血腦屏障功能。臨床上心腦血管的常用藥血塞通，其主要成分為三七總皂苷。Zhang等[4]對其研究發現血塞通可以改善出血后的腦水腫，加速腦血腫的吸收并且抑制炎癥的級聯反應。

對眾多健脾益氣的方劑研究后發現，加味四君子湯通過對細胞外基質(extracellular matrix，ECM)保護和升高了血腦屏障的緊密連接ZO-1、Claudin-1、Occludin的表達，從而減輕了腦水腫[5]。七葉皂苷是治療外傷性水腫的主要藥物，其主要的作用機制是保護內皮細胞，改善血液循環[6]。聯合七葉皂苷和地塞米松比單獨使用地塞米松，更能減少腦水腫體積，減輕一氧化氮和內皮素-1，ICAM-1，在抗炎、改善內皮功能的基礎上起到減輕水腫的作用[7]。

清熱解毒類藥物中，發現益氣解毒方可以減輕血腦屏障的損傷，減輕腦水腫，改善腦部微循環。平肝熄風類藥物中發現，地龍水提取物能明顯改善CIR后大腦的皮層水腫，降低IL-1β、TNF-α 等炎癥因子和內皮細胞功能[8]。

2 星形膠質細胞

細胞毒性水腫是一種缺血性腦水腫前病變過程，其中細胞由于滲透物(主要是Na+和Cl-)的流入而膨脹，并且水從間隙流入細胞內隔室。該過程發生在中樞神經系統(central nervous system,CNS)損傷后的細胞類型中，并且在星形膠質細胞中特別突出。所以研究腦水腫中星形膠質細胞的作用尤為關鍵[9]。

2.1 星形膠質細胞與血腦屏障最新的研究證據表明，在不同發病階段，星形膠質細胞衍生因子對于BBB破壞和恢復都大為關鍵。

2.1.1星形膠質細胞對BBB的破壞作用

(1) 血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factors，VEGFs)：盡管VEGF在CNS中的各種類型的細胞中產生，但在反應性星形膠質細胞中觀察到VEGF參與了BBB破壞。有研究報道了小鼠腦損傷后星形膠質細胞中VEGF-A表達的增加，并且使用抗體阻斷VEGF-A減輕了BBB的破壞[10]。在患有腦損傷，包括腦外傷和缺血性中風的病人中，觀察到VEGF水平的增加與其病情的嚴重程度有很大的關系。(2) 基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)：MMP具有降解內皮TJ相關蛋白和ECM分子的功能。許淑紅等[11]發現MMP-9的過表達導致Claudin-5和Occludin的降解，導致內皮屏障破壞，在腦缺血/灌注的實驗動物中，MMP誘導的TJ相關蛋白的減少導致BBB破壞。其中BBB損害會進一步加劇惡化并出現腦內出血。(3) 谷氨酸(glutamate，GLT)：由于腦損傷后星形膠質細胞釋放過量的谷氨酸，星形膠質細胞衍生的谷氨酸必須通過激活內皮谷氨酸受體參與BBB破壞。過量的谷氨酸通過激活N-甲基-D-天冬氨酸受體改變的血管通透性， 在大鼠永久性局灶性腦缺血后，阻斷此受體減弱BBB破壞。Andras等[12]研究表明，調整谷氨酸的含量可降低腦內皮細胞中Occludin蛋白的水平。

2.1.2星形膠質細胞衍生因子對BBB的保護

(1) 血管生成素-1(angiopoietin-1，ANG-1)：一系列研究發現ANG-1對BBB功能具有保護作用。ANG-1的過表達減少血腦屏障滲漏，同時在局灶性栓塞腦缺血的動物模型中，外源性ANG-1可以抑制BBB損傷[13]。 (2) Sonic hedgehog重組蛋白(SHH)：SHH對減少BBB破壞的有益作用也已得到證實。重組SHH的使用減少了永久性缺血模型大鼠的BBB滲漏。此外，Alvarez等[14]研究顯示星形膠質細胞分泌的SHH通過內皮細胞hedgehog通路促進BBB形成和完整性。(3) 神經膠質衍生的神經營養因子(glial derived neurotrophic factor，GDNF)：先前報道GDNF可以促進血管生成，增加Claudin-5表達和加強腦血管內皮細胞的屏障功能。Xiao等[15]也證實了GDNF對Occludin和ZO-1的上調。這些結果意味著GDNF通過增加內皮細胞中的TJ相關蛋白而對BBB破壞發揮保護作用。

2.2 星形膠質細胞腫脹細胞毒性水腫(細胞腫脹)發生在CNS損傷后的所有細胞類型中，并且在星形膠質細胞中特別突出。同時，細胞毒性水腫的產生了導致血管源性水腫的發生與惡化。

2.2.1星形膠質細胞與水通道蛋白4(aquaporin 4，AQP4) 有研究表明，體外AQP4敲除的星形膠質細胞表現出較慢的水腫脹程度， 而AQP4的過度表達導致更快的腫脹，AQP4可能在介導星形膠質細胞體積的動態變化中起作用[16]。同時，在誘導星形膠質細胞腫脹后，AQP4表達的增加與星形膠質細胞體積隨時間的增加呈正相關。

2.2.2瞬時受體電位香草酸4(transient receptor potential vanilloid 4，TRPV4) TRPV4在星形膠質細胞膜上表達最高，特別是在星形膠質細胞末端。TRPV4信號通道對多個物理刺激比較敏感，包括溫度和壓力/細胞腫脹。激活的TRPV4通道導致Ca2+流入，隨后水通過AQP4通道流動，導致細胞體積減少。因此，提出通過TRPV4通道的星形膠質細胞腫脹誘導的Ca2+流入作為細胞體積減少的觸發因子[17]。

2.3 中藥對于星形膠質細胞導致缺血性腦水腫的治療進展活血化瘀類藥物中，有研究表明，七葉皂苷不僅能改善內皮環境，同時也能抑制MMP-9和AQP4的表達，從而降低血管基底膜的分解，增加血腦屏障的通透性，發揮了中藥多途徑多靶點的特點[7]。三七總皂苷對緩解腦水腫方面也做出了貢獻，三七總皂苷能改善由凝血酶和炎性反應兩方面導致的出血性腦水腫，同時，三七總皂苷可以降低星形膠質細胞的活化，減輕腦水腫的損害，發揮保護神經的作用[18]。在新清開靈注射液的研究中發現，在腦出血72 h后，新清開靈組大鼠腦含水量明顯低于模型組，有可能是通過減輕MMP9，提高SOD活性，降低炎性反應相關[19]。

利水滲濕類藥物中，五苓散作為傷寒名方，廣泛用于各類水液代謝障礙的疾病中，其中減輕腦水腫可能是通過減少AQP4，同時提高Na+-K+-ATP酶的活性而發揮作用[20]。番瀉苷A作為SHH的抑制劑和斑蝥素以及鈣離子的拮抗劑聯合使用能降低星形膠質細胞膠質纖維酸性蛋白的張力，從而通過降低星形膠質細胞體積腫脹來治療腦水腫[21]。

3 小膠質細胞

3.1 小膠質細胞對缺血性水腫的影響在急性卒中期間，小膠質細胞激活炎癥級聯反應引發細胞凋亡，在局部缺血或出血的幾分鐘到幾小時內破壞血管和內皮組織[2]。

經典的Wnt /β-連環蛋白信號傳導是BBB的關鍵調節因子，對于穩定腦內皮細胞緊密連接至關重要[22]。其作用的發揮可能是通過激活核內缺氧誘導因子-1α(hypoxia induciblefactor-1α，HIF-1α)，調控VEGF的表達，從而改善BBB的穩定性。

TREK-1是新發現的雙孔結構域的鉀通道成員，其有助于泄漏K+電流并調節神經元興奮性。有研究表明，TREK-1缺乏與體內ICH后的BBB功能障礙有關，其機制可能是由鈣調蛋白上調介導的。

3.2 中藥對小膠質細胞導致缺血性水腫的研究進展近年來，中藥通過抑制小膠質細胞在缺血性水腫損傷中發揮了積極的作用。白術內酯可以抑制缺血性小鼠腦水腫，恢復腦血流量，在原發性小膠質細胞中抑制炎性因子和JAK2/STAT3通路的表達，其作用和AG490(JAK2抑制劑)相似。其次，丹皮酚對亞急性/慢性腦缺血具有保護作用，在造模后72 h可抑制腦水腫和小膠質細胞的活化和星形膠質細胞的增殖[23]。在青藤堿的研究中發現，其能減輕大腦中動脈阻塞腦梗死和腦水腫，其可能是通過AMPK途徑抑制NLRP3炎性小體而發揮作用的[24]。梔子苷和人參皂苷Rg1尾靜脈注射可以改善中動脈閉塞大鼠24 h腦水腫體積和CD11b的表達，同時可以抑制氧糖剝奪誘導下BV2小鼠小膠質細胞miR-155-5p的表達。

4 周細胞

周細胞有助于BBB在成年大腦發育中的形成和維持，同時有助于中風后內皮細胞的存活和BBB保護。在暴露于缺氧條件下的內皮細胞/周細胞共培養模型中，周細胞增強了屏障功能并保護內皮單層免于缺氧損傷。已顯示周細胞在局灶性腦缺血或全腦缺血后2h內從腦微血管中脫離[25]。這種脫離表明周細胞與內皮細胞相互作用和細胞間接觸也被破壞，導致BBB分解。

此外，周細胞衍生的基質金屬蛋白酶MMP-2、3和9，可導致緊密連接的結構和功能丟失。因此，周細胞和周細胞衍生因子的分離通過跨細胞促進BBB破壞并加速中風惡化。

國內外暫時都未有周細胞對內皮細胞和BBB影響的研究，且還未有針對周細胞來緩解缺血性水腫的中、西藥物，這一空白可能將會在以后的研究中得以填補。

5 總結

在缺血性腦水腫發病的進展中，內皮細胞、星形膠質細胞、小膠質細胞、腦周細胞，主要在炎癥反應、BBB的損傷和保護、谷氨酸毒性、離子通道和水通道蛋白中發揮主要的作用。因為腦水腫發病原因的復雜性，病程過程不是單一因素，而是多因素、多細胞參與了缺血性腦水腫的病程發展，所以治療缺血性腦水腫的藥物應從整體觀著手，結合NUV特點，多靶點、多細胞共同調節。

現在對于缺血性腦水腫的藥物研究也出現了很多亮點，發現了一系列中藥復方和單體對其有明顯的療效，主要依據中醫理論“益氣健脾”和“活血清熱”等。 但是也存在一系列問題：(1)在治療急性中風中藥治療中，很少有目的明確的降低缺血性腦水腫的治療藥物，降低腦水腫不能作為核心的研究目的，只是作為中藥評價的標準之一。(2)中藥復方在急性期給藥的劑型局限性，復方藥物給藥方式的優化，尤其是注射劑的提純和優化方面，需要做到突破。