姜黃素治療脊髓損傷后相關信號通路研究進展

賀世集，高 楓

(1.延安大學醫學院，陜西 延安 716000；2.陜西省延安市人民醫院，陜西 延安 716000)

脊髓損傷(Spinal cord injury，SCI)是一種由脊柱骨折或脫位導致部分脊髓運動、感覺及自主神經功能障礙的一種疾病，常伴有嚴重的并發癥。在美國每年約10000人患有嚴重的脊髓損傷，在中國脊髓損傷導致癱瘓的患者也逐年增多，據估計每年每百萬人中有15～40人發生創傷相關SCI[1]。SCI患者大多數是健康的青壯年，并可能導致終身殘疾，給個人及社會帶來高昂的醫療支出，據統計美國每年在SCI患者要花費10億美元[2]。SCI其產生機制為患者中樞神經系統受到破壞性損傷，患者致死率與致殘率相對較高，臨床表現為大小便失禁、肢體功能癱瘓等，不僅對患者生活質量造成影響，還會嚴重威脅患者生命安全，增加家庭及社會的經濟負擔。SCI一般會表現出兩個階段的病理變化，分別為原發性損傷和繼發性損傷?，F階段針對SCI治療，臨床主要使用的藥物為甲潑尼龍等激素類藥物，雖然可以取得一定治療效果，但是極易產生尿路感染、消化道反應，誘發或加重消化道潰瘍甚至引起消化道出血等不良反應。有研究表明，姜黃素可以明顯提升SCI患者治療效果，降低不良反應的發生。眾多學者對姜黃素修復SCI開展了大量研究，涉及的信號通路有NF-κB、TLR4-TAK1-NF-κB、JAK/STAT、ERS、Wnt/β-catenin、N-甲基-D-天冬氨酸受體-Ca2+誘導型一氧化氮合酶(NOS)以及雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等，對后續研究具有重要的參考價值[3]。

1 姜黃素對SCI的修復反應分析

姜黃素，化學名為1，7-雙[4-羥基-3-甲氧基苯基]-1，6-庚二烯3，5-二酮，是一種從姜黃中分離出的藥物。它的主要特點是難溶于水，易溶于乙醇及二甲基亞砜中。目前已證明姜黃素具有多種藥理作用，包括抗炎、抗癌、抗感染、抗氧化劑和降膽固醇等作用[4]。姜黃素作為姜黃藥材中的多酚類化合物，研究已證實其在腎臟、肌肉、骨骼、胃腸及心血管系統、內分泌系統、神經系統中具有抗氧化和抗炎作用[5]。同時，由于具有分子量小、極性結構等特性，姜黃素能通過血腦屏障進入神經系統而產生作用。唐彪等[6]利用RAW264.7細胞證實姜黃素通過抑制TLR4-MAPK/NF-κB信號通路抑制巨噬細胞向M1型極化并減少炎癥因子腫瘤壞死因子(TNF-α)及白細胞介素-6(IL-6)的表達。袁繼超[7]發現，姜黃素通過減少膠質瘢痕細胞外成分硫酸軟骨素蛋白多糖(CSPG)表達抑制膠質瘢痕形成。同時，姜黃素能降低局部神經組織自由基釋放和脂質過氧化[8]、減少神經細胞凋亡和改善SCI微環境，進而減少由SCI引起的損傷。由此可見，姜黃素已經成為治療SCI的一種潛在藥物。

2 姜黃素修復SCI信號通路研究進展

2.1 抑制神經炎癥反應 研究表明脊髓損傷后局部炎癥因子表達增加，抗炎因子表達降低。炎癥因子是一種小分子物質，主要由機體的免疫和非免疫細胞合成并分泌，調節多種細胞生理功能，主要包括促炎性細胞因子和抗炎性細胞因子兩種類型。其中，促炎性細胞因子有IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-α，抗炎性細胞因子有IL-10等。機體在正常的生理狀態下，脊髓內IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-α等表達水平較低，當機體受到損傷或炎癥刺激后，其表達水平迅速升高，同時也可使炎性細胞如巨噬細胞、粒細胞、單核細胞及T淋巴細胞等轉移至損傷區域并發生活化[9]。姜黃素所具備的極性結構可以進行血腦屏障的有效穿透，而在具體SCI治療中，姜黃素可抑制神經炎癥反應，減緩脊髓損傷，并通過對膠質纖維酸性蛋白(GFAP)的下調達到減少膠質瘢痕的作用。

2.1.1 NF-κB信號通路：在正常生理狀態下，細胞中的NF-κB處于無活性狀態。當患者的脊髓遭到損傷后，自身NF-κB信號通路呈現出過度活化狀態，導致NF-κB大量入核并受到靶基因調控影響而產生炎癥反應。此時患者受到炎癥反應影響形成膠質疤瘢痕與神經元死亡，進而導致神經元功能喪失。與此同時，患者脊髓損傷后自身NF-κB水平呈現出降低狀態[10]。此時應用姜黃素處理可以降低NF-κB水平。同時，姜黃素通過對NF-κB信號通路的抑制實現膠質細胞趨化因子(MCP-1、CXCL10)表達水平的下調，進而抑制到膠質細胞活化，并有效減少巨噬細胞表達數量，從而促使炎癥反應程度降低和膠質瘢痕減少，達到脊髓損傷后治療的目的。

2.1.2 JAK/STAT信號通路：此通路會直接參與細胞生長、分化以及免疫等生物過程，會受到酪氨酸激酶受體(RTK)的調節。RTK經活化后形成二聚體并與酪氨酸激酶(JAK)進行相互作用，使JAK磷酸化呈現出活化狀態。此時，RTK末端會受到JAK的影響出現活化狀態，并與轉錄因子(STAT)進行結合。JAK/STAT信號通路與患者瘢痕形成之間存在密切關聯，通過對STAT3的活性進行抑制，可以達到抑制患者神經炎癥發展的作用[11]。患者脊髓損傷后，其JAK2會在4 d之內呈現出明顯磷酸化狀態。隨著時間的推移，在傷后12 h左右會達到峰值狀態，而后會持續下降。應用姜黃素治療后，患者受損脊髓中的p-STAT、p-JAK表達呈現出降低的狀態，并且嗜中性粒細胞進行聚集，表明使用姜黃素對CSI起到了明顯的保護作用，JAK/STAT信號通路抑制也直接參與其中。

2.2 減少脊髓神經細胞死亡 脊髓損傷后細胞內分泌蛋白質大量破壞。內分泌蛋白質會受到內質網的折疊和處理，而內質網起到維持蛋白質折疊平衡的能力，并促進細胞的功能完整性。若內質網呈現出蛋白質折疊錯誤或者是展開過程中嚴重負荷，會導致內質網應激(ERS)的產生。針對ERS而言，其中主要標志分子包括GRP78、Caspase-12等[12]。而脊髓損傷患者在應用姜黃素治療后，其ERS的GRP78表達呈現出明顯降低的趨勢，這就意味著ERS反應受到姜黃素的影響可以得到減弱，進而對患者脊髓損傷提供保護作用。

2.3 抑制膠質瘢痕形成 SOX9作為SOX基因群的重要一分子，在哺乳動物生理調控中起到關鍵作用。SOX9信號通路會直接參與到人體的生長發育中，并且在膠質瘢痕形成過程中起到決定性的作用，是影響CSPG沉積的關鍵性因子。在通常情況下，α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)標識蛋白不受星形膠質細胞表達，但是基于炎癥因子存在的狀態下，會呈現出α-SMA與GFAP共同表達的狀態，這就意味著膠質細胞在患者脊髓受傷后會進行表型轉變，進而產生膠質瘢痕。而在具體治療期間，應用姜黃素可以直接對SOX9產生影響，干擾SOX9活性，進而減少細胞外基質，控制纖維化的發展[13]。通過對姜黃素的科學應用，對SCI起到抗纖維化、抗炎的雙重作用，實現對SOX9、NF-κB信號通路的調控，進而加快患者受損神經功能的恢復。

2.4 Wnt/β-catenin信號通路 該通路中的關鍵分子為LRP、Frizzled及β-catenin。在通常情況下，β-catenin信號通路有著至關重要的作用，可以在緩解神經發育疼痛、神經病理性疼痛的同時進行胚胎發育的促進[14]。患者脊髓損傷后，自身β-catenin信號通路會處于被激活的狀態，這就使得β-catenin、LRP-6的蛋白水平出現明顯變化[15-16]。而通過應用姜黃素處理后，其Wnt3a、mRNA、LRP-5的水平會得到明顯增強。與此同時，β-catenin在通過姜黃素處理后，其蛋白表達會明顯上調[17]，從而使受損的脊髓得到更好的保護。

2.5 活化AMPK/UCP2信號通路 脊髓損傷后可抑制絲裂原活化蛋白激酶(AMPK)信號通路。目前有研究[18]發現，通過激活老年性大鼠腦動脈和培養的內皮細胞氧化應激并加入姜黃素干預能明顯增加腦動脈和內皮細胞內AMPK的磷酸化，上調線粒體內的UCP2，減少活性氧(ROS)的產生，降低氧化應激反應并促進機體行動恢復。

2.6 多通路聯合效應 SCI微環境具備一定的復雜性，脊髓損傷后會激活機體中多個通路，且多信號通路聯合作用。姜黃素已被證實具有多靶點、多效應的特點，因此脊髓損傷后姜黃素在機體內能同時進行NF-κB、SOX9等信號通道的調節和控制，進而激活多通路效應，降低細胞膠質瘢痕成分的表達，促進脊髓損傷的恢復。

2.7 細胞移植治療 近年來，細胞移植治療也是脊髓損傷治療的研究熱點。細胞主要有神經干細胞(NSC)、充質干細胞(MSC)、嗅鞘細胞(OEC)等。其主要作用機制是新細胞可以替代受損的細胞，重新分泌神經營養因子，修復脊髓中的血管等，促進脊髓神經功能的恢復[19]。Nagoshi等[20]將NSC移植于大鼠脊髓損傷處發現有神經元細胞產生，促進了脊髓的功能恢復。Luo等[21]將NSC和OEC移植后可以減輕大鼠脊髓損傷造成的神經病理性疼痛。Sato等[22]將NSC移植入大鼠脊髓損傷部位發現可有效地促進其神經功能恢復。Salehi-Pourmehr等[23]證實了移植骨髓間充質干細胞(BM-MSC)可以改善脊髓損傷后膀胱功能障礙。Barnett等[24]將胚胎OEC植入損傷患者的脊髓內，結果顯示能有效提高患者左肘屈肌的運動功能。Wang等[25]也證明NSC移植能促進大鼠脊髓損傷后腦源性神經營養因子的表達。Zhang等[26]證明OEC不僅可以分泌腦源性神經營養因子(BDNF)、神經生長因子(NGF)、神經營養素3(NT3)等神經營養因子，還能表達層粘連蛋白、纖粘連蛋白等，這些物質都可促進軸突的修復和再生。

3 結 語

目前SCI的治療方法較多。傳統治療手段可使SCI患者神經功能得到部分改善，但并不能使脊髓神經功能完全恢復。通過機制研究發現繼發性損傷的發生、發展是我們目前及未來所要解決的問題。以后的研究重點是如何對這些通路加以干擾，抑制促炎因子的表達，提高抗炎因子的表達，盡量減少脊髓的繼發性損傷。目前在動物實驗中，細胞移植治療和基因治療已取得突破性的進展，有很好的研究前景。繼發性SCI具有更加復雜的病理生理變化，是多種級聯反應共同導致的結果。姜黃素藥物在SCI患者治療中表現出多效應、多靶點、多通路的特點，通過對信號通路的影響和修復來達到治療效果。因此，針對SCI使用姜黃素治療，可以起到促進患者脊髓功能的恢復、提高預后效果的作用，具有良好發展前景。但是姜黃素使用中仍存在代謝快、低吸收的弊端，需加大對其衍生物或上下游替代物的研究，需注重對相關衍生藥物或者是促進姜黃素代謝利用率藥物的尋找。所以，對于繼發性SCI引起的一系列組織病理改變，可通過研究姜黃素對于SCI后相關蛋白和基因的作用靶點進一步明確姜黃素作用SCI后的詳細信號通路及作用機制。我們可以考慮采用動物實驗進行姜黃素聯合細胞移植等聯合治療，利用藥物的協同作用提高生物利用度，從而為進一步提高SCI的治療效果提供科學依據。