黃芪甲苷對急性缺血性腦卒中神經(jīng)保護作用研究進展?

杜澍金， 高維娟

(河北中醫(yī)學院，河北省心腦血管病中醫(yī)藥防治研究重點實驗室，石家莊 050200)

急性缺血性腦卒中(acute ischemic stroke, AIS)是由于腦組織局部供血動脈血流的突然減少或停止，使得該血管供血區(qū)的腦組織缺血缺氧，進而導致腦梗死灶的形成，及偏癱、失語等神經(jīng)功能缺失的癥狀和體征。AIS病理機制復雜，包括急性期損傷和延遲性損傷。其中延遲性損傷即腦缺血再灌注損傷(cerebral ischemia-reperfusion injury, CIRI)發(fā)生在血液復灌之后，是一個多因素參與的復雜、動態(tài)病理生理過程，包括能量代謝障礙、氧化損傷、炎癥反應、細胞內(nèi)鈣超載、自噬、血腦屏障破壞、細胞凋亡等。目前，AIS的最佳治療方案是時間窗內(nèi)給予血管內(nèi)再通治療[1]，因此卒中后再灌注損傷的發(fā)生不可避免。同時，《2018版中國急性缺血性腦卒中診治指南》[2]強調(diào)卒中后中醫(yī)藥的應用，且隨著中醫(yī)藥多靶點、多功效的深入研究，使得中醫(yī)藥的應用成為腦卒中科研和治療的熱點。

益氣中藥黃芪是中醫(yī)治療缺血性腦血管病的常用藥物，其使用歷史已逾數(shù)千年。黃芪甲苷作為黃芪的質(zhì)量控制標記成分，是其主要有效的成分之一，具有調(diào)節(jié)免疫、抗炎、抗凋亡、神經(jīng)保護、血管重構等多種藥理作用。黃芪甲苷單用或與其他中藥成分和治療手段合用，可通過抑制氧化應激及炎癥反應，改善再灌注后腦組織能量代謝，抑制尼氏小體的減少消失、神經(jīng)細胞凋亡等[3-5]，改善實驗性CIRI動物的神經(jīng)功能缺損，縮小腦梗死體積，還可降低血腦屏障通透性，減輕腦水腫[6，7]和有害代謝產(chǎn)物對神經(jīng)細胞的損傷。本文就黃芪甲苷對AIS后再灌注損傷的保護作用機制進行述評，以期為其在臨床腦卒中患者的應用提供參考依據(jù)和理論支持。

1 改善能量代謝

正常大腦功能的維持需要充足的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的供應，代謝率高，對ATP的需求量大。當缺血性腦卒中發(fā)生時，微環(huán)境缺血缺氧引起組織氧分壓明顯下降，以及過量產(chǎn)生的氧自由基對線粒體的損傷，使ATP合成急劇減少，能量供應不足，出現(xiàn)腦功能障礙。能量代謝障礙是腦缺血再灌注損傷發(fā)生的始動環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，腦組織缺血再灌注1 h后，ATP含量明顯減少，出現(xiàn)能量代謝障礙，而黃芪甲苷可提高缺血再灌注后腦組織ATP含量，表明黃芪甲苷可改善腦缺血再灌注后能量代謝障礙，發(fā)揮腦保護作用[8]。此外，黃芪甲苷還可促進微血管的擴張，提高缺血腦組織半暗帶區(qū)的供血量，減輕缺血區(qū)組織缺血缺氧的程度，促進ATP的合成，改善組織能量代謝。

2 清除氧自由基

缺血再灌注是AIS發(fā)生后的延遲性損傷過程，在此過程中組織生成和清除活性氧失衡可誘發(fā)CIRI[9]。過量氧自由基可導致脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的過氧化，引起細胞損傷、死亡；上調(diào)細胞間黏附分子的表達，導致血腦屏障功能受損；刺激神經(jīng)元過量釋放興奮性氨基酸，導致興奮性氨基酸毒性作用，大量細胞外鈣離子進入細胞，引發(fā)鈣超載最終導致細胞凋亡或壞死。因此，氧自由基引發(fā)的連鎖反應是CIRI發(fā)生發(fā)展的核心環(huán)節(jié)，而提高腦組織的抗氧化能力有助于緩解CIRI。Zhu等的實驗證明，給予大腦中動脈堵塞/再灌注(middle cerebral artery occlusion/reperfusion, MCAO/R)模型小鼠黃芪甲苷預處理可明顯增加腦組織中谷胱甘肽含量[10]。可見，黃芪甲苷具有較強的清除氧自由基的作用，進而抑制CIRI過程的氧化應激反應，減輕腦組織損傷。

3 抑制炎癥反應

炎癥反應是缺血性腦卒中復灌后損傷發(fā)生發(fā)展的重要病理過程，是造成腦損害的主要因素之一。缺血腦組織可募集大量炎性細胞，進而引起大量的炎性因子的釋放。在恢復血液灌注后腦組織炎性反應更為明顯，內(nèi)皮細胞、T淋巴細胞以及膠質(zhì)細胞等都可合成和分泌各種炎癥因子，如白細胞介素-1(Interleukin-1, IL-1)、IL-6、腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor alpha, TNF-α)等，引起腦組織局部炎性反應。此外，腦缺血再灌注時NO分泌的減少，導致其對白細胞黏附和趨化的抑制減弱。這一系列反應將導致血管壁通透性增加、蛋白水解、血腦屏障破壞，并與活性氧自由基互為因果、相互促進，進一步加重腦損傷，而黃芪甲苷可以抑制腦缺血再灌注后炎性介質(zhì)的釋放。研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血再灌注后腦組織中TNF-α及IL-1β含量明顯增多，且其表達水平隨缺血時間的延長而增高，而抑制TNF-α、IL-1β、NF-κB的表達可減輕CIRI[11，12]。有關黃芪甲苷抗CIRI的研究證實，黃芪甲苷緩解CIRI的作用機制與抑制NF-κB蛋白磷酸化、NLRP3炎癥小體活化以及抑制TLR4信號通路的激活，進而抑制炎性反應有關[11]。

4 緩解細胞內(nèi)鈣超載

鈣超載的發(fā)生與細胞外鈣離子內(nèi)流和細胞內(nèi)鈣庫(線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/肌漿網(wǎng))釋放鈣離子有關。缺血性腦卒中發(fā)生時，由于缺血缺氧及大量活性氧的損傷，線粒體功能減退，無氧酵解增多，ATP產(chǎn)生減少，使鈣泵功能減退，不能將細胞內(nèi)鈣離子外排，同時引起線粒體內(nèi)儲存的鈣離子釋放入胞質(zhì)，使細胞內(nèi)鈣離子濃度增高，影響鈣離子相關酶活性并出現(xiàn)信號傳導障礙，引起細胞凋亡。細胞內(nèi)鈣超載是導致神經(jīng)元損傷和死亡的共同最后通路。而應用藥物減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和線粒體損傷，可有效減輕缺血再灌注損傷。實驗證明，鈣超載在小鼠CIRI中起重要作用，可通過多種途徑誘導再灌注后細胞凋亡，抑制鈣超載可減輕缺血再灌注損傷。同時有研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注損傷誘導的細胞內(nèi)鈣超載與鈣敏感受體的激活密切相關。由此可見，通過抑制缺血再灌注后鈣敏感受體的表達，可緩解細胞內(nèi)鈣超載，進而緩解缺血再灌注損傷。Zhen等發(fā)現(xiàn)，鈣敏感受體在小鼠CIRI中起重要作用，可通過JNK/p38 MAPK途徑誘導再灌注后神經(jīng)細胞凋亡，抑制鈣超載，減輕缺血再灌注損傷[13]。且有關黃芪甲苷對神經(jīng)元內(nèi)鈣離子分泌和離子通道的研究發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷可降低同步自發(fā)的鈣離子流變化幅度，抑制自發(fā)性興奮性神經(jīng)突觸傳遞活動，減輕神經(jīng)元細胞內(nèi)鈣超載[10]。由此可見，在CIRI中黃芪甲苷也可通過緩解細胞內(nèi)鈣超載減輕缺血再灌注誘導的腦組織損傷。

5 抑制細胞凋亡

正常大鼠腦組織中無神經(jīng)元凋亡，急性腦卒中發(fā)生后，在腦組織缺血核心區(qū)神經(jīng)細胞由于血流中斷引起的能量耗竭及大量氧自由基損傷而發(fā)生不可逆性壞死。在梗死核心區(qū)周邊的缺血半暗帶區(qū)內(nèi)，神經(jīng)細胞由于側支循環(huán)少量血液供應的存在，以遲發(fā)性神經(jīng)元死亡即細胞凋亡為主，神經(jīng)元凋亡的多少決定著梗死面積的大小，也決定著患者神經(jīng)功能缺損的嚴重程度和預后的好壞。在恢復缺血區(qū)血液灌注后，氧化損傷、炎癥反應、細胞內(nèi)鈣超載以及毒性氨基酸作用等均可通過不同途徑誘導細胞凋亡。細胞凋亡是缺血性腦卒中后再灌注損傷階段的主要病理機制之一。大量研究表明，黃芪甲苷可通過抑制細胞凋亡緩解CIRI，其機制與促進自噬、上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2的表達水平，下調(diào)促凋亡蛋白BAX和Caspase-3的表達水平有關[14]。大量研究證明，黃芪甲苷可通過多種途徑發(fā)揮抑制CIRI誘導的細胞凋亡作用。

6 保護血腦屏障

血腦屏障由血管內(nèi)皮細胞及內(nèi)皮間連接與星形膠質(zhì)細胞以及細胞外基質(zhì)等共同構成，可使腦組織免受循環(huán)中有害物質(zhì)的損害，對維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能具有重要意義。血腦屏障結構和功能障礙及其導致的腦水腫及炎細胞浸潤，是腦卒中、腦外傷和神經(jīng)退行性病變等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的共同病理特征，也預示著臨床預后不良。緊密連接對血腦屏障結構和功能的完整性至關重要。Li和曲友直等[7,15]發(fā)現(xiàn)，黃芪甲苷可通過上調(diào)膜相關蛋白occludin及其附屬蛋白ZO-1蛋白的表達水平，以及抑制基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-9及水通道蛋白AQP-4的表達，維護血腦屏障結構的完整性，抑制再灌注后血腦屏障通透性的增高，減輕CIRI導致的腦水腫。黃芪甲苷還可通過減少氧化應激、維持線粒體膜電位、改善線粒體功能等來抑制MCAO/R模型小鼠腦微血管內(nèi)皮細胞損傷和凋亡，進而維持血腦屏障的穩(wěn)定性[16]。

7 小結

CIRI是一個多因素參與的復雜病理生理過程，多在缺血性腦卒中患者經(jīng)溶栓或血管內(nèi)介入治療后出現(xiàn)，嚴重影響卒中患者的預后。因此，研究腦缺血再灌注損傷的發(fā)生機制及中醫(yī)藥神經(jīng)保護類藥物，將極大地改善腦卒中患者后期的生活質(zhì)量。

綜前所述，黃芪甲苷可以通過改善能量代謝，清除氧自由基，拮抗氧化作用，抑制炎癥反應，緩解細胞內(nèi)鈣超載，減輕線粒體損傷，抑制細胞凋亡及保護血腦屏障等作用，進而干預CIRI的發(fā)生發(fā)展過程，減輕CIRI所致的腦功能障礙。可見，黃芪甲苷對抗CIRI的作用具有多靶點、多療效的特點，為黃芪甲苷在臨床應用于腦卒中治療提供客觀的實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。但是目前關于黃芪甲苷抑制CIRI的作用機制研究仍有不足之處，值得進一步探索。

多數(shù)腦卒中及腦缺血再灌注損傷的研究，以青年大鼠大腦中動脈堵塞為基礎。但由于腦卒中的發(fā)生多見于有高血壓、高血糖、高血脂等基礎疾病的患者，雖有年輕化趨勢，但仍以高齡患者多見，且高血壓等基礎疾病會降低藥物的神經(jīng)保護作用。因此，目前常用的MCAO/R動物模型并不能充分模擬臨床腦卒中患者的機體狀況。為避免實驗研究與臨床實踐的差距，應優(yōu)化動物模型。在充分模擬臨床疾病的基礎上，研究黃芪甲苷及其與其他中藥成分配伍對腦缺血再灌注所致神經(jīng)損傷的保護作用，并深入研究其相關信號通路。