葛根素對腦缺血保護作用及其機制的研究進展

［摘要］ 葛根素是葛根總黃酮的主要單體成分之一，是一種異黃酮類植物雌激素，具有重要的藥理作用，且不良反應小、安全性高。據報道，葛根素具有多種藥理活性，包括抗炎、抗氧化應激、抗凋亡、抗自噬等作用，有益于緩解腦缺血再灌注損傷以及缺血性腦血管疾病的治療。本文主要對近些年來葛根素在腦缺血再灌注損傷中的保護作用機制研究進行綜述，以期為葛根素的進一步研究提供依據和思路。

［關鍵詞］ 葛根素；腦缺血；神經保護；綜述

［中圖分類號］ R285.5;R743.31

［文獻標志碼］ A

［文章編號］ 2096-5532（2023）01-0155-04

doi：10.11712/jms.2096-5532.2023.59.038

［網絡出版］ https：//kns.cnki.net/kcms/detail/37.1517.R.20230308.1035.010.html;2023-03-09 17：01：49

RESEARCH ADVANCES IN THE PROTECTIVE EFFECT OF PUERARIN AGAINST CEREBRAL ISCHEMIA AND ITS MECHANISM

JIN Mingrui， ZHANG Mei

（School of Basic Medicine， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

; ［ABSTRACT］ "Puerarin， one of the main monomer components of total flavonoids in Radix Puerariae， is an isoflavone phytoestrogen with important pharmacological actions， few adverse reactions， and high safety. It has been reported that puerarin has a variety of pharmacological activities， including anti-inflammatory， anti-oxidative stress， anti-apoptosis， and anti-autophagy effects， and may help with the alleviation of cerebral ischemia-reperfusion injury and the treatment of ischemic cerebrovascular diseases. This article reviews the research advances in the mechanism of the protective effect of puerarin against cerebral ischemia/reperfusion injury in recent years， in order to provide a basis and ideas for further research on puerarin.

［KEY WORDS］ "puerarin; brain ischemia; neuroprotection; review

腦缺血是指大腦各部分血液供應不足導致腦組織缺血低氧，進而導致腦組織發生不可逆的損傷，具有高發生率、高致死率和高致殘率的特點，嚴重影響了人類的生命健康。腦缺血是一個寬泛的術語，其相關疾病包括缺血性腦卒中、短暫性腦缺血發作、煙霧病等。其中缺血性腦卒中的特征是大腦某個區域的血液循環突然喪失，導致相應的神經功能喪失，臨床上常用組織性纖溶酶原激活劑（TPA）靜脈給藥進行溶栓。但是當腦缺血持續時間較長時，恢復血流再灌注會加重腦損傷的程度［1］。因此，許多學者將目光移向新型神經保護藥物的開發，以減少腦缺血以及隨后再灌注引起的損傷。葛根素是豆科植物葛根中的一種黃酮苷，一項涉及3 224名缺血性腦卒中參與者的meta分析表明，葛根素注射液治療缺血性腦卒中臨床效果較好，且相對安全［2］。本文對葛根素的抗腦缺血作用及其機制進行綜述，以期為葛根素治療和預防腦缺血相關疾病的基礎和臨床研究提供理論依據。

1 葛根素的臨床抗腦缺血作用

血管狹窄、閉塞所致的腦供血不足會導致相應供血區的腦組織發生不可逆損害改變，腦缺血所致的腦梗死致殘率和致死率極高，在我國已經成為危害人們健康的一大疾病。傳統西醫療法使用阿替普酶等溶栓藥進行治療難以達到預期療效。葛根素作為傳統中藥，具有活血化瘀及下調炎癥反應的作用，可改善腦供血。有臨床研究結果顯示，接受常規抗血小板藥物奧扎格雷聯合葛根素治療后，急性腦梗死病人日常生活活動能力量表（ADL）評分升高，美國國立衛生研究院卒中量表（NIHSS）評分降低，同時血清炎性因子及血小板活化因子水平降低［3］。有相似研究表明，葛根素注射液聯合阿替普酶靜脈溶栓治療能有效改善腦梗死病人的預后［4］。還有臨床研究結果表明，對于腦動脈硬化所致腦缺血的病人，鹽酸氟桂利嗪膠囊聯合葛根素注射液治療能夠改善腦血流動力學和血管內皮功能，從而提高治療效果［5］。以上研究均表明，葛根素注射液聯合臨床常用藥治療腦缺血及其相關疾病有較好的療效，具有一定的臨床推廣價值。

2 葛根素抗腦缺血的作用機制

2.1 抗炎

腦缺血會引發顯著的炎癥反應，包括腦內小膠質細胞和巨噬細胞的激活以及促炎細胞因子的上調。因此，抗炎可能是治療缺血再灌注腦損傷的一種可行的潛在策略。有動物實驗研究表明，在大鼠大腦中動脈阻塞模型中，葛根素可能是通過抑制Toll樣受體4（TLR4）介導的和髓樣分化因子88（MyD88）依賴性的信號通路抑制核因子kappa B（NF-κB）的活化，進而降低促炎因子基因的表達；葛根素還可通過下調早期生長反應因子1（Egr-1）及激活AMPK通路抑制炎性反應，從而減少腦梗死面積，改善大鼠術后神經功能，起到保護作用［6-8］。此外，葛根素還可以通過激活JAK2/STAT3通路，增加磷酸化STAT3的表達，與NF-κB競爭結合膽堿能抗炎途徑中的DNA，降低NF-κB基因的表達，從而部分調節炎癥反應［9］。最近，伍忠根等［10］應用散峰度成像技術進一步證實，葛根素可通過降低JAK的磷酸化水平抑制下游炎癥反應。

此外，還有很多研究提出葛根素可與許多藥物配伍使用發揮抗炎作用。LING等［11］的研究證實，葛根素與丹參中的主要活性成分丹酚酸B配伍，能協同抑制TLR4和MyD88蛋白表達，從而降低炎癥分子基因的表達，達到抑制炎癥的效果，并提出7∶10的比例是它們的最佳組合。劉釗等［12］的研究表明，葛根素和梔子苷、川芎嗪合理配伍，能有效抑制炎癥因子的釋放，起到抗炎、促進腦部血流恢復的作用，三者的最佳配伍比為4∶3∶1。上述研究提示，葛根素臨床應用前景廣泛，具有較大的開發潛能。

2.2 抗氧化應激

氧化應激被認為是腦缺血引起腦組織損傷的重要因素［13］。葛根素可提高腦內超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低線粒體丙二醛（MDA）含量，從而降低自由基含量，減弱其對腦組織造成的損傷［14］。鄭王巧等［15］的實驗進一步證明了以上結論，并提出葛根素可能是通過抑制線粒體氧自由基的產生，恢復ATP酶活性，對缺血再灌注損傷發揮保護作用。此外，氧化應激還通過激活基質金屬蛋白酶（MMP，特別是MMP-9）和損傷內皮細胞增加血-腦脊液屏障的通透性［16］，而葛根素可以通過下調MMP-9的表達發揮抗氧化應激作用［17］。尚遠宏［18］使用梓葛凍干粉（由梓醇和葛根素組成）進行動物實驗，進一步驗證了葛根素的上述作用。以上研究結果提示，葛根素作為一種異黃酮類化合物，具有緩解氧化應激、保護受損腦組織的作用。

2.3 抑制細胞凋亡和自噬

研究證實，PI3K/Akt信號通路是參與細胞增殖調控的重要通路之一，Akt在PI3K調控下通過多種途徑調控細胞的凋亡，主要途徑包括：①調節Bcl-2家族成員的活性，通過抑制磷酸化Bad、增加游離的Bcl-2發揮抗凋亡作用；②通過磷酸化叉頭蛋白O1FKHR，抑制促凋亡基因的轉錄，抗細胞凋亡；③促進環磷腺苷效應元件結合蛋白（CREB）的表達；④增強Mdm2 轉錄因子的活性，促進p53的失活，負調控細胞凋亡；⑤直接抑制caspase-9磷酸化而使其失活，抑制細胞凋亡；⑥通過抑制糖原合成酶激酶 3（GSK-3）活性抑制細胞凋亡，同時加快糖酵解的速度，使ATP的生成增加，抑制細胞凋亡；⑦抑制線粒體釋放細胞色素C、凋亡誘導因子，抑制凋亡［19-21］。見圖1。

已知缺血低氧以及缺血再灌注后產生的大量自由基可以下調抗凋亡蛋白 Bcl-2的水平，上調凋亡相關基因Bax、Bim、caspase-3等的表達，激活caspase通路發生級聯反應，加速細胞凋亡。相關研究表明，葛根素一方面可以通過上調Bcl-2的水平，降低 Beclin1的表達和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的比例，抑制自噬及凋亡；另一方面，葛根素可通過調節凋亡相關因子、腦源性神經營養因子（BDNF）、PI3K/Akt信號通路和MAPK/ERK信號通路等減少腦缺血損傷星形膠質細胞的凋亡［22-23］。同時，葛根素還可以增加尼氏小體和膠質纖絲酸性蛋白質（GFAP）陽性的細胞數目，上調BDNF和X染色體連鎖凋亡抑制蛋白質（XIAP）的表達［24］。此外，葛根素和辛醇配伍使用可通過激活ERK和PI3K/Akt/mTOR途徑，上調低氧誘導因子1α（HIF-1α）表達，下調細胞凋亡水平［25］。

眾所周知，AMPK能夠促進自噬，而mTOR抑制自噬。葛根素可能通過激活APMK/mTOR/ULK1信號通路，降低AMPK和ULK1 Ser317的磷酸化，從而解除激活的AMPK對mTOR的抑制作用，使mTOR水平上調，而mTOR通過磷酸化ULK1 Ser757并破壞ULK1和AMPK之間的相互作用來防止ULK1活化，減輕自噬［26-27］。有相關研究表明，葛根素在神經元間的分布比在星形膠質細胞間的分布更廣，保留時間更長；葛根素對腦缺血損傷的神經保護作用是通過減弱缺血誘導的神經元自噬實現的，而不是通過減弱星形膠質細胞的自噬［28-29］。最近LIU等［30］的研究也發現，經葛根素處理后的K562/ADR（耐阿霉素）細胞表現出Akt和JNK磷酸化水平的降低，因此推斷葛根素可以通過Akt途徑誘導細胞自噬。對于自噬激活在腦缺血中是有益還是有害仍有爭議，但大多數學者認為調節自噬水平是腦卒中的潛在治療靶點。

2.4 擴張腦血管及改善血流

葛根素可以擴張血管、降低血液黏稠度，改善微循環。有臨床研究結果顯示，葛根素治療可以提高病人血漿中一氧化氮（NO）、內皮素-1（ET-1）、前列環素（PGI2）、血栓素B2（TXB2）、6-酮-前列腺素1α水平，升高大腦中動脈平均血流速度，改善腦灌注［31］。還有研究顯示，葛根素具有β腎上腺素能受體阻滯作用，能夠對抗垂體后葉素引起的動脈血管痙攣［25］。葛根素與辛醇配伍使用，可上調HIF-1α表達，進而促進tip細胞形成和內皮祖細胞歸巢，從而促進大鼠腦缺血后新血管的生成。葛根素還可抑制血小板聚集，增加PGI2合成，降低血栓素A2（TXA2）水平，從而降低TXA2/PGI2比值［31-32］。葛根素具有封閉CD18、CD11a抗原作用，可抑制白細胞表面黏附因子蛋白表達［32］。綜上所述，葛根素可通過擴張血管、抑制血小板聚集、降低血液黏稠度、抑制白細胞表面黏附因子表達等途徑改善腦灌注和微循環［32-33］。

2.5 發揮植物類雌激素樣作用

有研究表明，葛根素可能作為一種植物類雌激素，通過與雌激素受體結合和CaMKⅡ依賴性途徑刺激PI3K/Akt和AMPK活化，進而激活內皮型一氧化氮合酶，促進NO的生成，擴張血管；葛根素還能抑制腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導的NF-κB的活化，從而抑制炎癥［34-35］。已知髓樣細胞白血病-1（Mcl-1） 是一種屬于bcl-2家族的抗凋亡蛋白，經葛根素-雌激素受體途徑激活的Akt可以通過磷酸化GSK-3β，上調Mcl-1蛋白表達水平，阻斷caspase-3激活，從而促進大鼠海馬細胞存活。

2.6 增強低氧誘導的miR-214的表達

miR-214與神經組織的發育和再生有關，最近有研究證實，miR-214在腦缺血再灌注損傷的發病機制中起著關鍵作用，可能會成為潛在的治療靶點［36］。已知低氧會誘導miR-214的表達，改善細胞的代謝活動，而葛根素可以通過調節微小RNA（miRNA）來調節特定基因的表達［37-38］。WANG等［39］的研究表明，葛根素預處理后的細胞內miR-214的水平增高，低氧誘導的細胞凋亡減輕，提示葛根素的這種保護作用可能與其激活下游的PI3K/Akt和MEK/ERK信號通路有關。

3 臨床應用葛根素的不同給藥途徑

葛根素應用于臨床已經獲得了滿意的效果，然而，由于葛根素滲透度較差，導致傳統口服給藥生物利用度低。一些相關研究對葛根素的不同給藥途徑進行了探索。與口服給藥相比，經鼻至腦（NBDD）給藥可以提高葛根素的生物利用度和藥物靶向效率，因為NBDD給藥避開了血-腦脊液屏障，且避免了經胃腸的吸收以及肝臟的首過消除。有研究表明，葛根素聯用滲透促進劑，如薄荷醇，可以增加其在Calu-3細胞中的吸收［40-41］。且環氧樹脂改性水性聚氨酯（PUE）加載的微乳液可以延長葛根素在鼻腔內的停留時間，提高葛根素的滲透率［42］。近些年來有人提出了一個新的理論，腦缺血的治療應該針對整個功能單元即神經血管單元（NVU，由微血管、星形膠質細胞、神經元、細胞外基質和其他類型的膠質細胞組成）。有研究表明，地黃的主要活性成分辛醇和葛根素配伍能夠通過增強有利因素和減少氧化應激、炎癥、血-腦脊液屏障損傷來保護NVU的3種主要類型的細胞［43］。

4 小結及展望

目前，有關葛根素的動物實驗和臨床研究取得了重大成果，其作用機制主要包括抗炎、抗氧化應激、抗凋亡和自噬、擴張腦血管和改善血流、植物類雌激素樣作用等。然而，有關腦缺血中自噬激活的利弊和葛根素擴張血管的機制等目前還不夠明確，有待進一步的實驗研究。探索葛根素與其他中藥的配伍使用以及配伍比例有助于挖掘其更多的藥理作用及作用機制，從而使葛根素更好地應用于臨床。

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（本文編輯 馬偉平）