天麻治療腦缺血再灌注損傷的研究進展

張光云 童 英 楊麗萍 趙晨勛 羅 苑 徐文立 段小花 陳 普

云南中醫藥大學/云南省傣醫藥與彝醫藥重點實驗室，云南 昆明 650500

腦缺血再灌注損傷(Cerebral Ischemia Reperfusion Injury，CIRI)是指腦組織缺血后一定時間恢復血液供應，出現的更加嚴重的腦機能障礙現象，是在腦缺血基礎上發生的病理過程。在這過程中，腦血流中斷、血流恢復使腦組織發生一系列快速級聯反應，包括能量代謝障礙、興奮性氨基酸的毒性釋放、自由基生成增加、細胞內鈣穩態失衡、線粒體功能障礙及細胞凋亡通路被激活等(見圖1)，這些因素彼此關聯，相互重疊，最終導致缺血區細胞凋亡或壞死，致腦機能發生障礙[1-2]。目前西醫治療CIRI采用的藥物主要有鈣通道阻滯劑、谷氨酸受體拮抗劑、抗氧化劑、凋亡抑制劑等，因CIRI病理機制復雜，治療CIRI時并不能實現多靶點治療，且在用藥過程中存在一定的副作用，常不能取得預期治療效果。因此，越來越多的研究者關注從草藥中提取治療CIRI的天然產品。天麻(GastrodiaelataBlume)作為云南的道地藥材，為多年生蘭科草本植物，是一味常用而較名貴的彝藥；其性味甘、平，歸肝經，具有息風止痙、平抑肝陽、祛風通絡的功效[3]。現代藥理學研究表明天麻具有保護腦神經、抗氧化、抗血小板、抗炎、減少NO、抗細胞凋亡等多種藥理作用，可能在CIRI中能發揮安全有效，多靶點的治療作用，成為解決現代醫學在治療CIRI時遇到難題的最佳選擇藥物。因此，積極尋找天麻治療腦缺血再灌注損傷的有效活性成分具有重要的臨床意義。

1 天麻提取物

據報道[6-7]，天麻提取物可通過抗氧化，抗炎，抗血小板聚集，調節NO等作用保護CIRI的腦組織，但不同的提取物之間作用機制存在差異。

1.1 天麻乙酸乙酯提取物 有實驗已經通過天麻總體提取物和天麻乙酸乙酯提取物在大鼠腦缺血再灌注損傷模型上研究得出，天麻對CIRI具有一定的保護作用，其機制與通過阻滯Ca2+通道，抗氧化，降低iNOS、nNOS活性，減少NO而起保護作用[8-9]。針對天麻抗氧化的活性強弱，研究者還發現只有在加熱溫度超過60 ℃，pH調整至6～7，避光，避免和富含Cu2+的物質接觸時天麻提起物才能保持較高的抗氧化活性[10]；這對發揮天麻的藥理作用具有很好的實用價值。此外，血腦屏障(Blood-brain Barrier,BBB)在維持中樞神經系統內環境穩定方面具有重要作用，在再灌注過程中，各種因素導致BBB遭到破壞，引起局部或廣泛的通透性增加，導致血管源性腦水腫使腦損傷加重，形成惡性循環，從而引起腦神經繼發性損傷，為此血腦屏障破壞是腦缺血引起中樞神經病變重要的標志及死亡的主要危險因素之一[11]。通過使用大鼠腦缺血再灌注損傷(Middle Cerebral Artery Occlusion/Reperfusion, MCAO/R)模型，研究[12]證明天麻提取物對腦缺血再灌注損傷導致的血腦屏障破壞具有一定的保護作用，其可增加血管內皮細胞緊密連接蛋白Occludin，Claudin-1，Claudin-5的表達，促進血管內皮細胞的增殖及激活血管內皮細胞和星型膠質細胞Nrf2通路并增加其下游蛋白BDNF，HO-1，NQO1表達。

1.2 天麻水提物 Caspase是一類酶元，缺血性腦損傷時Caspases家族發揮著重要的作用，它是細胞凋亡過程中的啟動者和執行者，當死亡信號誘導復合物DISC，引起Caspases-8被激活，同時激活下游的Caspases-3、6、9，進而引起細胞凋亡[1]。研究[13]發現，天麻水提物治療MCAO /R模型時，可減少caspase-8蛋白酶的表達，表明天麻水提取物具有減少神經細胞凋亡和保護大腦的作用。神經生長因子可以抑制細胞凋亡、促進細胞增殖和血管生成，是中樞神經系統中最重要的生物活性物質，對促進神經元生長發育、維持神經元存活、參與受損神經元的修復具有重要作用[14]；據報道[15]，天麻水提取物可調控NGF和BDNF等神經營養因子的表達，對H2O2誘導損傷的SH-SY5Y細胞具有保護作用。

1.3 天麻醇提取物 過度釋放谷氨酸及相關興奮性氨基酸可能在神經元損傷的發病機制中起重要作用[16]。研究[17]顯示天麻甲醇提取物醚部分對紅藻氨酸誘導的神經毒性具有保護作用，可延遲海馬CA1區神經行為改變的發生時間，減輕CA1和CA3區域的神經損傷。此外，50%乙醇提取物通過減少神經元一氧化氮合酶、小膠質細胞活化和凋亡，對經紅藻氨酸處理的大鼠的神經元損傷具有保護作用[18]；無論是有機溶劑提取物還是水提物，實驗證明均能通過抑制果蠅和PC12細胞的凋亡和減少氧化應激來降低對淀粉樣蛋白誘導的神經毒性[19]；此外，天麻提取物被證明可促進神經再生，對應激相關蛋白和神經保護基因有顯著抑制作用[20-21]。這些結果有力地表明，天麻可以作為一種有前途的神經保護中草藥。

1.4 天麻多糖 天麻多糖類化合物是天麻中有效成分的重要組成，近年來研究發現天麻多糖類化合物是一種免疫調節劑，其能激活免疫細胞、提高機體的免疫功能，而對正常細胞無毒副作用，且具有抗氧化和修復缺血性腦組織的作用。如：研究[22-24]發現天麻多糖能明顯提高小鼠血清中超氧化物歧化酶(T-SOD)活性，降低血清中過氧化脂質降解產物(MDA)含量；且一定濃度的天麻粗多糖及純化多糖對羥自由基(·OH)、超氧陰離子自由基(O2-·)都有一定的抑制能力；說明天麻多糖具有很強的抗氧化能力，是未來研究天麻活性成分治療CIRI的重要物質基礎。在缺血性腦組織修復上有實驗證實天麻多糖可促進額葉皮質巢蛋白和干細胞因子表達增加，促進神經元修復，從而保護缺血區腦組織[25]；另有實驗觀察到天麻多糖可減輕 Meynert 基底核神經元受損，增加BDNF、SCF及VEGF的蛋白表達，與相關研究結果一致[26]，提示應用天麻多糖可促進腦缺血后神經血管相關因子的表達增高，修復受損神經元，發揮神經保護作用，改善神經功能缺損。

2 天麻單體

天麻具有豐富的化學成分，所報道的近百個化合物中有酚類、多糖類、甾醇、有機酸、氨基酸類及多肽類等，活性成分以酚類和多糖類為主[27-28]。多糖類前文已對其進行闡述，此部分主要集中在天麻的酚性成分在CIRI上的研究。

2.1 天麻素 天麻素是一種酚苷類物質，是天麻的主要生物活性成分。EAA誘導的神經毒性被認為是缺血性腦損傷的主要病理機制。天麻素保護腦免受I/R損傷的藥理作用包括減輕EEA-誘導的神經毒性，發揮抗氧化、抗炎、抗凋亡活性，抑制星形膠質細胞活化[29-30]。①神經保護作用：有研究[31]通過建立原代培養皮層神經元的體外腦I/R模型，發現當與天麻素孵育時，神經元在相同的兩種模擬環境下受到的損傷較小，表明天麻素可以保護神經元免受I/R的損傷。在體內研究中，無論是手術前還是手術后，天麻素都被報道可以改善神經功能，減少大腦中動脈阻塞引起的腦缺血/再灌注大鼠腦梗死體積和水腫體積[32]；甚至在再灌注7天后天麻素仍具有神經保護作用[33]，提示天麻素可發揮較為持久的神經保護。②抑制興奮毒性作用：體外研究[34]中評價了天麻素對體外培養的神經元缺氧/葡萄糖剝奪(Oxygen/Glucose Deprivation, OGD)或葡萄糖損傷的影響，結果表明，天麻素治療能明顯抑制OGD和葡萄糖損傷誘導的神經元細胞死亡，還發現天麻素可緩解OGD誘導的胞外谷氨酸 (Glutamic Acid, Glu)增加和Ca2+超載；此外，研究[35]還發現天麻素具有通過Nrf2/HO-1信號通路的新機制保護HT-22細胞免受谷氨酸誘導鐵中毒的作用。在體內實驗中，通過使用MCAO I/R大鼠模型觀察天麻素對四種氨基酸的影響，包括兩種EEAs、Glu和天冬氨酸(Asp)以及兩種IAAs、GABA和牛磺酸(Tau)。結果發現缺血可引起缺血區四種氨基酸水平的意外升高，術前天麻素預處理可明顯抑制缺血過程中四種氨基酸水平的升高；此外，天麻素處理可降低模型大鼠缺血后Glu與GABA的比值[32，36]。結果表明，天麻素能明顯抑制腦內氨基酸特別是EEAs的釋放，從而調節I/R過程中EEAs和IAAs的失衡。③抗氧化和抗炎：氧化應激和炎癥是I/ R誘導的腦損傷的重要因素，在I/R的過程中，會產生大量的ROS，導致氧化應激，引發炎癥因子如TNF-a、IL-1p的表達[33]。天麻素在體內能改善腦缺血區抗氧化和抗炎活性。在MCAO I/R大鼠模型中，天麻素能夠逆轉MDA含量升高和TNF-a、IL-1p表達增強[33,37]、COX-2和iNOS[38]，以及增加I/R腦中HO-1、SODI的SOD活性和表達[33]。此外，天麻素還顯著增加了Akt磷酸化和Nrf2表達，提示Akt/Nrf2通路的激活可能在天麻素的藥理作用中起關鍵作用[33]；以上結果表明天麻素具有抗氧化、抗炎作用。④抗細胞凋亡：細胞凋亡是指由基因控制、自主有序的細胞死亡，在CIRI中，受多種途徑的調控，最終導致細胞的不可逆性損傷[39]。在MCAO大鼠模型中，研究者驗證天麻素能夠增加抗凋亡蛋白Bcl 2的表達，抑制促凋亡蛋白Bax[32,37]和caspase 3 酶的表達[40]。⑤抑制星形膠質細胞活化：星形膠質細胞在缺血性腦損傷的許多方面具有多種重要的功能。缺血狀態下，星形膠質細胞中iNOS的表達升高，導致NO的過量產生，引起神經毒性活動[1]。Hu等[41]報道在體外模擬I/R環境下，膠質細胞中GFAP的表達、LDH的釋放和NOS的表達均增加，而天麻素可以反轉上述更改；結果表明，天麻素能保護星形膠質細胞免受I/R損傷，抑制NOS表達，進一步降低NO誘導的神經毒性。YUE等[42]研究結果表明，天麻素在LPS激活的小膠質細胞中具有抑制促炎細胞因子增殖和產生的重要作用；在體外，天麻素可抑制小膠質細胞的增殖，其機制涉及其對Wnt/B-catenin信號通路的抑制。另外有研究認為天麻素可能主要是通過抑制RAS (AT2和SIRT3除外)的表達以及在激活的小膠質細胞中生成TNF-a等促炎性介質來發揮對腦缺血再灌注損傷的作用[43]。為此，通過使用天麻素來降低和抑制小膠質細胞引起的相關免疫反應，將是一種潛在的、有益的治療策略，可改善涉及小膠質細胞激活的神經損傷。

2.2 巴利森苷類 巴利森苷類是天麻的活性成分之一，其結構式是由天麻素和檸檬酸組成，巴利森苷類成分穩定性不是很好，在一定條件下與天麻素之間可能存在轉化；有研究[44]報道其進入體內主要是通過不斷的降解為不同的巴利森苷和檸檬酸，并在途中不斷釋放天麻素以發揮藥理作用。藥代動力學文獻報道，巴利森苷類可能作為前藥在體內釋放天麻素，不斷維持天麻素在體內的血藥濃度，與單獨給于天麻素相比，巴利森苷的半衰期延長，因天麻素在體內的半衰期為6 h，因此巴利森苷類有待成為未來延長天麻素在體內發揮藥效的物質基礎[45]。此外，研究[46-49]顯示巴利森苷類對學習記憶、精神分裂和帕金森等精神疾病也表現出較好的療效；另有研究認為巴利森苷C可能是一種治療神經退行性疾病的有效化合物，因其可以保護N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA受體)[50]，表明巴利森苷具有促進神經修復進而起到保護神經的作用。

2.3 4-甲氧基芐醇 4-甲氧基芐醇(4-MA)為天麻的主要活性成分，在正常大鼠和MCAO I/R組大鼠中都能很容易地越過血腦屏障(血腦屏障是血液和神經元之間的物理屏障，在CIRI中，BBB的破壞是一個關鍵事件，將進一步導致血管源性水腫和繼發性腦損傷)，并且在MCAO I/R后能在腦組織和腦脊液中停留很長一段時間；有研究表明，4-MA可改善腦組織的神經功能評分和腦梗死體積，降低腦組織中伊文思藍(EB)濃度[51]；進一步研究[52-53]發現，該化合物具有明顯的抑制血小板聚集、放松血管平滑肌和抑制炎癥的作用。神經血管單位(NVU) 在維持腦微環境中起著重要的作用，可促進神經細胞的存活和神經系統的全面恢復，從而可能降低死亡率；研究發現4-MA可通過改善NVUs微環境而發揮抗缺血性腦卒中藥物的作用，其神經保護作用有助于抑制NVUs的抗氧化和抗凋亡活性[54]。

2.4 4-羥基芐醇 4-羥基芐醇(4-HBA)是天麻中主要的酚類成分之一，對中樞和外周神經疾病有良好的治療作用。研究[55]給予4-HBA預處理MCAO I/R大鼠模型，發現被4-HBA處理過的模型腦梗死體積明顯減少，神經學評估明顯改善，且增加了Bcl-2的表達，抑制了caspase-3的活化，最終抑制了細胞凋亡，提示4-HBA能改善大鼠短暫局灶性腦缺血所致的缺血性損傷，其神經保護作用可能與凋亡途徑的減弱有關。

3 小結

腦缺血再灌注損傷的病理機制十分復雜，目前多認為其發病機制涉及到能量衰竭、氧自由基增多、炎性物質的產生和神經損傷等；天麻治療CIRI的研究多從不同的病理機制進行干預細胞的凋亡途徑，可發揮多靶點干預細胞凋亡途徑的作用，有助于克服西醫在治療CIRI上的缺陷，充分發揮民族藥的優勢。天麻的化學成分豐富，從已有研究的實驗結果可看出，天麻的活性成分在治療CIRI上能發揮巨大的實用價值，但目前在CIRI上的研究還較少，如何進一步挖掘天麻在治療CIRI上的有效成分？天麻有效成分之間是否具有相互協同作用？如何最大程度的發揮天麻在治療CIRI上的療效？均是下一步值得深入研究的內容。