黃芪甲苷促內、外源性神經干細胞治療腦缺血損傷的研究進展*

河北中醫學院 河北省心腦血管病中醫藥防治研究重點實驗室

趙小月 孫賀辰 周曉紅(石家莊 050200)

提要 以缺血性中風為首的腦中風(腦缺血)嚴重威脅人類健康，會造成神經元急性壞死并觸發神經元遲發性凋亡。神經干細胞(NSCs)是具有分化為神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞能力又能夠自我更新的細胞。腦缺血時肌體誘導內源性NSCs的增殖和分化，或者移植外源性NSCs，對腦缺血的治療和神經功能的恢復都有積極作用。補氣藥黃芪中主要活性成分黃芪甲苷，具有腦損傷保護和神經保護等多種藥理作用，對內、外源性NSCs的增殖分化有一定的影響，在腦缺血治療上扮演著重要角色。

目前，腦中風成為世界上第二大威脅生命的疾病，也是危害老年人生命健康的最常見疾病之一，以缺血性中風為首。從中醫角度分析，缺血性中風根本原因是氣虛血瘀，氣虛無力帥血，導致血液留滯，血瘀腦脈，形成中風。相關研究表明，補氣藥黃芪中的黃芪甲苷在減少缺血性中風造成的腦損傷上具有一定積極作用[1]，可用于治療腦缺血。近年來，國內外諸多學者致力于使用黃芪甲苷(Astragaloside Ⅳ)影響神經干細胞(NSCs)治療腦缺血，并取得一定成果。現將研究進展綜述如下。

1 黃芪甲苷

1.1 黃芪與黃芪甲苷 《中華人民共和國藥典》[2]規定，正品黃芪為豆科植物蒙古黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.) Hsiao]或膜莢黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.]的干燥根，性甘，味微溫，主歸脾、肺經，有補氣升陽、益衛固表、生肌養血、行滯通痹等功效。現代藥理研究表明，黃芪甲苷常用作黃芪藥材質量監控的指標性成分，具有改善心腦血管功能、抗炎抗病毒、抗腫瘤、調節代謝、調節免疫等多種藥理作用[3]。

1.2 黃芪甲苷對腦缺血的保護作用 中醫認為，缺血性中風的根本病因是氣虛血瘀，益氣活血法是治療缺血性中風的基本原則。清代醫家王清任為此專門創制了補陽還五湯，方中重用黃芪大補元氣，體現著氣旺則血行，祛瘀而不傷正的思想。

現代學者立足于不同角度論述黃芪甲苷對腦缺血具有保護作用。王氏等[4]的實驗結果表明，黃芪甲苷能促進海馬區NSCs增殖并誘導其分化為神經膠質細胞。曲氏等[5]得出黃芪甲苷可以保護腦缺血再灌注后血腦屏障的完整性的結論。也有研究顯示，黃芪甲苷顯著減輕缺血再灌注損傷大鼠的神經功能缺損，抑制神經元凋亡并降低發生腦梗死的可能性[6]。黃氏等[7]的研究表明，黃芪甲苷能抑制炎性因子的生成，盡可能避免腦缺血后腦組織發生繼發性炎癥反應。

從中醫角度分析，補氣藥黃芪益氣固表，可以用于治療以氣虛血瘀為病因的缺血性中風。從現代醫學分析，黃芪甲苷對腦缺血的保護作用體現在誘導NSCs正常分化、保護血腦屏障、抑制神經細胞凋亡、抗自由基、抑制炎癥等方面。簡而言之，無論從中醫領域還是現代醫學領域探討，都能得出黃芪中有效成分黃芪甲苷可以用于缺血性中風的治療這一結論。

2 NSCs對腦缺血的治療作用

Reynolds等人在1992年最先從成年小鼠的紋狀體和海馬中分離出了能夠進行自我更新、繁殖，具有多向分化潛能的細胞群，即NSCs。NSCs是來源于原始胚胎干細胞，廣泛存在于中樞神經系統中，具有自我更新能力，可以多向且定向分化成為成熟的神經元、星形膠質細胞以及少突膠質細胞的一類多能性干細胞[8-9]。

腦缺血是由于血栓或栓子阻塞腦內動脈從而閉塞血管，腦動脈的血流短暫或持久減少，引起腦組織缺血缺氧、神經元受損等病理生理變化的一系列臨床癥狀和體征[10]。神經細胞對缺血缺氧耐受力較差，腦缺血后，神經細胞受損，會出現癱瘓、偏癱、失語等多種嚴重的神經損傷癥狀。

2.1 內源性NSCs對腦缺血的作用 腦缺血時，腦內以海馬齒狀回顆粒下層(SGZ)與側腦室下區(SVZ)這兩部位為主的NSCs被激活，會出現增殖、遷移以及分化的現象。相關研究表明，腦缺血后，存在于SVZ的NSCs增生，遷移至缺血損傷的紋狀體，分化為神經元，新生神經元部分替代壞死神經元，從而修復神經功能[11]。存在于SGZ的NSCs被激活后原位增殖，大多數增殖的NSCs可以分化成神經元，隨后，增殖的NSCs會遷移至顆粒細胞層，進而分化為神經元和神經膠質細胞，新的神經元可以參與海馬神經元的再生[12-13]。內源性NSCs的增殖、遷移和分化會受到例如炎癥、凋亡、低糖、神經營養因子、興奮性氨基酸等多種因素的影響，還與肌體年齡等方面有關。

綜上所述，腦缺血后，內源性NSCs在腦缺血的修復和功能重建中發揮著積極作用，但也有研究表明，NSCs和新生神經元的數量非常有限，相關調節因子也存在不足。因此，僅僅依靠在腦缺血損傷后激活內源性NSCs實現自我修復是不可能的。如果想達到治療腦缺血的目的，還需給予外源性調節因子以促進內源性NSCs活化，或移植外源性NSCs以增加NSCs數量。

2.2 外源性NSCs對腦缺血的作用 腦缺血損傷后，內源性NSCs數量有限且自身修復過程緩慢，因此可以將外源性NSCs移植到患者或實驗動物腦內，使其向神經系統病變部位趨行、聚集、存活、增殖、分化，以促進腦缺血后神經系統功能的恢復[8]。目前被用于腦缺血損傷治療研究的NSCs的獲得途徑有多種，例如骨髓細胞、胚腦干細胞，胚腦干細胞用于治療時常存在社會學及倫理學的問題。目前研究較多的是移植骨髓間充質干細胞(BMSCs)。趙氏等[14]的實驗結果顯示，移植的NSCs對腦缺血大鼠的神經功能起到了積極、持續、穩定的恢復作用，隨著時間的延長，移植的NSCs逐漸向周圍組織遷移、分化，與宿主組織融合；移植的NSCs也可能參與到血管生成過程中。在劉氏等[8]的研究中可以發現，移植組大鼠的腦梗死體積和神經細胞凋亡數明顯低于其他組，表明外源性NSCs對腦缺血大鼠的神經具有保護作用，能夠促進其神經功能的恢復。

近年來，基因組學的深入研究，NSCs的生存環境逐漸改善，納米技術磁共振成像的應用，使得移植外源性NSCs治療腦缺血逐漸被認可[15]。但是就目前來說，腦內環境復雜且移植技術不成熟，不同時間窗NSCs定向植入大鼠局灶性腦缺血區的增殖遷移和分化途徑、對大鼠神經功能缺損和梗死面積改善的影響以及可能存在的差異需要進一步考證；NSCs定向移植后大鼠安全性及致瘤性也有待進一步清晰。

3 黃芪甲苷對NSCs的影響

3.1 黃芪甲苷對內源性NSCs的影響 黃芪甲苷可以通過干預內源性NSCs增殖、遷移、分化的影響因素來促進內源性NSCs治療腦缺血損傷。作為內源性NSCs增殖、分化和存活的影響因素之一的神經生長因子，能夠修復損傷的神經元、促進NSCs分化、保護新生神經元。孫氏等[16]的實驗結果表明，中、高劑量黃芪甲苷能夠明顯上調腦源性神經營養因子、血管內皮生長因子(VEGF)和VEGF受體2表達，誘導內皮祖細胞增殖和遷移，抑制神經細胞的凋亡，刺激缺血組織中神經和血管再生，促進恢復原有神經細胞功能，從而改善大鼠的神經行為功能。王氏等[4]的研究結果顯示，低劑量黃芪甲苷可顯著上調神經生長因子mRNA表達，從而促進海馬區NSCs的增殖與分化。

炎癥、凋亡和低糖造成了腦缺血后腦組織損傷，但是同時也可以在一定程度上促進NSCs的增殖。靳氏等[17]的研究表明，黃芪甲苷可以降低炎癥因子的表達，抑制炎癥反應，從而減輕大鼠腦缺血再灌注損傷，改善神經細胞超微結構。黃氏等[7]得出黃芪甲苷可以改善腦缺血后腦組織能量代謝的結論，黃芪甲苷通過提高葡萄糖轉運蛋白3的基因表達，改善腦缺血時腦內低糖環境以對抗腦缺血再灌注損傷。

血腦屏障在穩定腦內環境方面起著重要作用，血腦屏障被破壞會導致血管源性腦水腫。曲氏等[5]發現，黃芪甲苷通過顯著下調缺血再灌注后腦組織基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)蛋白的高表達，抑制腦缺血再灌注后腦組織中IL-1β含量，保護血腦屏障，從而達到保護神經的目的。

綜合以上實驗分析，充分表明黃芪甲苷通過上調神經生長因子表達、抑制炎癥反應、抑制細胞凋亡、改善低糖環境、保護血腦屏障等措施，在內源性NSCs增殖、遷移、分化的過程中發揮促進作用，進而提高腦缺血治療效果。但黃芪甲苷是否對缺血大鼠海馬神經再生修復存在作用還需進一步的實驗證明。

3.2 黃芪甲苷對外源性NSCs的影響 通常用NSCs形成神經球的能力來衡量NSCs的增殖能力[17]，在鐘氏等[18]研究中發現，黃芪甲苷能夠上調細胞周期蛋白D1、Hes1、Hes5的基因表達，明顯增加神經球生成數，進而促進胚胎NSCs體外增殖。李氏等[19]發現，黃芪甲苷可以上調β-catenin蛋白和mRNA表達，下調Notch-1蛋白和mRNA表達，促進BMSCs分化為神經細胞。也有相關研究顯示，黃芪甲苷能有效激活表皮生長因子介導的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路，促進短暫性腦缺血腦中NSCs增殖和神經發生以改善腦缺血大鼠的神經功能修復[20]。

綜合以上充分表明，黃芪甲苷可以從多種途徑影響外源性NSCs的增殖與分化，促進外源性NSCs治療腦缺血損傷。但是黃芪甲苷是否在NSCs定向移植后不同時間窗存在再生修復作用還需進一步研究。

4 展望

綜合以上的闡述，黃芪甲苷可以通過多種方式促進內、外源性NSCs增殖、分化來治療缺血性腦損傷。筆者認為，如果將2種方式結合在一起使用，利用黃芪甲苷誘導外源性NSCs增殖、分化，并促進內源性NSCs帶藥效原位增殖、攜藥效遷移和分化，定會對腦缺血的治療產生積極作用。中醫藥在治療疾病上具有多途徑、多靶點、多效應的特點，且中醫治療中風已有上千年的歷史，從古至今，諸多中醫大家積累了豐富的臨床經驗與診療思路，這也為利用黃芪治療缺血性中風也就是腦缺血提供了幫助。補氣藥黃芪可以通過促進內、外源性NSCs的增殖、遷移和分化來治療腦缺血，筆者認為，這也為我們提供一個大膽的猜測：其他補氣藥也可以影響內、外源性NSCs的增殖、遷移和分化。今后，加強對補氣藥促進內、外源性NSCs增殖分化的研究，有望為腦缺血的治療帶來新的思路和方法，也可以進一步促進中醫藥的開發利用。