葛根素的抗炎作用及其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病影響的研究進(jìn)展

吳國(guó)慶,李志剛,楊佳一,汪子棟,張 洋,林禹宏

葛根(radix pueraria)是豆科植物葛屬野葛的干燥根,首見(jiàn)于《神農(nóng)本草經(jīng)》,記載其具有主消渴,身大熱,嘔吐,諸痹,起陰氣,解諸毒,主下利的作用,中醫(yī)藥學(xué)經(jīng)過(guò)千百年的發(fā)展,古代醫(yī)家對(duì)葛根的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)不止于此,歷代文獻(xiàn)中記載的葛根功效主要包括涼血止血、清熱止嘔、解酒毒醒酒、降逆平喘、清熱解毒、解郁除煩、生肌斂瘡、活血化瘀、通行經(jīng)絡(luò)、緩解腰痛和頸肩痛等。葛根素(puerarin,PR)是葛根的重要提取物之一,是《中華人民共和國(guó)藥典》評(píng)價(jià)中藥葛根飲片質(zhì)量的重要指標(biāo),也是葛根發(fā)揮其有效作用的重要成分,近年來(lái)葛根素的作用備受關(guān)注,已經(jīng)有大量研究表明其具有抗炎及神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用。

1 葛根素的抗炎作用

鐵死亡是一種新型的程序性細(xì)胞死亡,在膿毒癥引起的肺損傷中起重要作用,有研究建立了脂多糖(LPS) 誘導(dǎo)人肺泡上皮細(xì)胞A549形成膿毒癥肺損傷模型,并檢測(cè)到模型細(xì)胞中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)-8、IL-1β濃度顯著增加,研究人員應(yīng)用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)(ELISA)法測(cè)定葛根素對(duì)LPS誘導(dǎo)的A549細(xì)胞炎性細(xì)胞因子TNF-α、IL-8、IL-1β的影響,發(fā)現(xiàn)隨著葛根素應(yīng)用濃度的增加,TNF-α、IL-8、IL-1β的表達(dá)水平顯著降低[1]。葛根素通過(guò)調(diào)節(jié)腎素-血管緊張素系統(tǒng)和核因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路在火藥煙霧誘導(dǎo)的大鼠急性肺損傷中發(fā)揮抗炎作用,有效降低肺損傷中IL-6、IL-1β、IL-17A和TNF-α的水平[2]。

心肌梗死(myocardial infarction,MI)是由于冠狀動(dòng)脈阻塞,心肌細(xì)胞持續(xù)缺氧缺血,導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死的嚴(yán)重危害生命健康的疾病[3]。心肌梗死的病理狀態(tài)中存在炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[4],有研究表明,葛根素聯(lián)合丹參酮ⅡA阻斷炎性細(xì)胞釋放,調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子[IL-1β、IL-6、IL-10和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)]的表達(dá),抑制炎癥早期M1巨噬細(xì)胞的表達(dá),增加心肌缺血小鼠M2巨噬細(xì)胞的表達(dá)。此外,丹參酮ⅡA和葛根素聯(lián)合使用可通過(guò)降低Toll樣受體4(TLR4)蛋白表達(dá)和促進(jìn)CCAAT/增強(qiáng)劑結(jié)合蛋白-β蛋白表達(dá)來(lái)抑制炎癥,以改善心肌梗死的炎癥病理[5-6]。Liu等[7]將40只健康成年Wistar大鼠隨機(jī)分為4組:假燒傷組、燒傷組、燒傷+葛根素組、葛根素組,來(lái)探究葛根素對(duì)燒傷心肌的保護(hù)作用,發(fā)現(xiàn)燒傷組血清IL-1β、TNF-α和IL-6水平明顯高于假燒傷組,而燒傷+葛根素組的炎性因子明顯低于燒傷組。

單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)介導(dǎo)的腎損傷在組織纖維化發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)持續(xù)的細(xì)胞死亡和炎性細(xì)胞浸潤(rùn),葛根素能夠通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB p65/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)通路顯著抑制UUO小鼠腎臟炎性因子IL-1β、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)和IL-6的表達(dá)水平,有效抑制UUO小鼠的炎性因子募集[8]。炎癥在急性肝損傷的發(fā)病中起重要作用,研究人員為探究葛根素通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)緩解肝損傷的作用,使用LPS(0.01 μg/mL,0.10 μg/mL,1.00 μg/mL,10.00 μg/mL,24 h)在L-02細(xì)胞中建立了肝損傷模型,結(jié)果顯示,LPS可增強(qiáng)IL-1β、TNF-α和IL-6水平,而葛根素可降低IL-1β、TNF-α和IL-6水平,發(fā)揮護(hù)肝作用[9-10]。Yang等[11]給骨關(guān)節(jié)炎(OA)小鼠模型喂食葛根素以評(píng)價(jià)葛根素在體內(nèi)對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的治療作用,結(jié)果表明,葛根素能夠抑制IL-1β處理軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì),還可以抑制IL-1β處理的軟骨細(xì)胞中的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)降解。髖膝關(guān)節(jié)的人工關(guān)節(jié)置換在骨科領(lǐng)域取得了成功,但問(wèn)題也隨之而來(lái),植入材料的表面會(huì)產(chǎn)生磨損顆粒,這些磨損顆粒會(huì)激活免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng),這些反應(yīng)導(dǎo)致了破骨細(xì)胞的募集和功能的增強(qiáng),打破了成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的平衡,出現(xiàn)骨溶解,從而導(dǎo)致人工關(guān)節(jié)固定不牢,發(fā)生松動(dòng)的情況,而葛根素能夠抑制破骨細(xì)胞的生成,促進(jìn)成骨細(xì)胞產(chǎn)生,還可以抑制炎癥反應(yīng)減輕骨溶解[11]。葛根素在由炎癥參與或?qū)е碌亩嘞到y(tǒng)疾病中發(fā)揮抗炎作用,能夠?qū)NF-α、IL-8、IL-1β、IL-6、IL-17A、IL-10、iNOS和MCP-1等炎性因子起抑制作用,但葛根素的優(yōu)勢(shì)不僅僅在于抗炎,而是通過(guò)直接或者間接的抗炎參與系統(tǒng)組織損傷的恢復(fù),作用位點(diǎn)十分廣泛。

2 葛根素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的影響

有研究表明葛根素具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、保肝的作用,對(duì)阿爾茨海默病(AD)、帕金森病、腦缺血等神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有良好的治療效果[12]。

2.1 AD 郭珂一等[13]將Aβarc果蠅隨機(jī)分為正常對(duì)照組、模型組、葛根素干預(yù)組(0.10 mmol/L、0.20 mmol/L、0.24 mmol/L),對(duì)果蠅爬管能力及果蠅壽命、果蠅腦組織中淀粉樣蛋白β(Aβ)蛋白表達(dá)(ELISA法)及果蠅腦組織中Aβ斑塊面積(免疫熒光法)進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)0.20 mmol/L葛根素處理組果蠅爬管能力最佳,0.20 mmol/L葛根素干預(yù)組果蠅的中位生存期顯著高于AD模型造成壽命縮短的果蠅組,0.20 mmol/L葛根素干預(yù)組果蠅腦組織中Aβ表達(dá)水平顯著低于模型組,且腦組織中Aβ斑塊面積占比顯著低于模型組(P<0.05)。馬冬雪等[14]關(guān)于淫羊藿、黃芪、葛根有效組分復(fù)方鐵調(diào)素調(diào)控淀粉樣蛋白前體蛋白(APP)水解關(guān)鍵酶增進(jìn)AD學(xué)習(xí)記憶的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)上調(diào)肝臟鐵調(diào)素基因(HAMP)的表達(dá),促進(jìn)APP水解關(guān)鍵酶解聚素樣金屬蛋白酶10(ADAM10)和解聚素樣金屬蛋白酶17(ADAM17)的表達(dá),抑制APP β-位點(diǎn)裂解酶-1(BACE1)的表達(dá),從而減少Aβ的生成,能夠治療AD。龐廣福等[15]將80只6月齡SD大鼠采用D-半乳糖聯(lián)合亞硝酸鈉造模的AD大鼠隨機(jī)分為對(duì)照組、模型組、葛根素治療組和葛根素+烏圓補(bǔ)血口服液治療組,通過(guò)測(cè)定血清及腦勻漿相關(guān)指標(biāo)[超氧陰離子自由基、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、乙酰膽堿酯酶(AChE)]發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,治療組血清和腦勻漿中GSH-Px和SOD活力明顯升高、O2-濃度降低,腦勻漿的AChE活力和MDA含量明顯降低(P<0.01),而且病理改變得到很好的改善,得出了小劑量的葛根素聯(lián)合烏圓補(bǔ)血口服液對(duì)阿爾茨海默病的治療有效。Liu等[16]通過(guò)計(jì)算機(jī)方法篩選葛根素對(duì)AD的潛在治療作用,并通過(guò)Aβ-肽誘導(dǎo)的AD大鼠模型證實(shí),葛根素具有穿透血腦屏障的潛力,在與AChE、環(huán)氧合酶2(COX-2)和Caspase-3的分子對(duì)接和動(dòng)力學(xué)模擬中葛根素的作用效果具有高穩(wěn)定性。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,葛根素能夠抑制AChE活性,使抗氧化防御物質(zhì)活性恢復(fù)至正常水平,降低腦內(nèi)炎性因子和凋亡基因的表達(dá),尤其是下調(diào)COX-2和Caspase-3的表達(dá)[16]。硫氧還蛋白相互作用蛋白(TXNIP)的表達(dá)在AD神經(jīng)元的發(fā)育過(guò)程中增加,且TXNIP與TXNIP-硫氧還蛋白復(fù)合物分離,TXNIP-NOD樣受體蛋白3(NLRP3)復(fù)合物組裝ASC和pro-Caspase-1形成NLRP3炎性體,從而引發(fā)AD炎癥和細(xì)胞凋亡的研究采用CB-dock分子對(duì)接探索21種天然類黃酮和酚類是否靶向TXNIP,結(jié)果顯示,葛根素等藥物能夠有效抑制TXNIP,從而減輕AD中樞炎癥,抑制細(xì)胞凋亡[17]。然而葛根素改善AD的作用途徑不止于此,有研究使用氯化鋁(AlCl3)破壞健康雄性Wistar大鼠神經(jīng)系統(tǒng),使其產(chǎn)生學(xué)習(xí)和記憶障礙(這種處理方法被廣泛應(yīng)用于AD等認(rèn)知障礙性疾病的實(shí)驗(yàn)造模),結(jié)果顯示,黃酮類藥物處理組大鼠相比于AlCl3毒性組在Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)象限的游泳時(shí)間和穿越平臺(tái)的頻率增加(P<0.05);經(jīng)AlCl3處理后大鼠海馬神經(jīng)元大量凋亡,而經(jīng)過(guò)黃酮類藥物作用之后觀察染色的組織切片發(fā)現(xiàn)其幾乎沒(méi)有凋亡的神經(jīng)元,有效證明了葛根素等黃酮類藥物能有效改善大腦海馬區(qū)神經(jīng)元凋亡的病理情況;葛根素組顯著降低了大鼠海馬凋亡相關(guān)基因mRNA、大鼠海馬凋亡相關(guān)蛋白(Bcl-2蛋白)和自噬相關(guān)蛋白(Bax蛋白)的表達(dá)[18]。

以上研究表明葛根素在治療AD中表現(xiàn)出了獨(dú)特的作用效果,為其成為一種治療AD的新藥物提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。同為黃酮類物質(zhì)的蘆丁、水飛薊素也表現(xiàn)出治療AD的療效,說(shuō)明挖掘中草藥中黃酮類活性成分對(duì)治療AD具有重要意義。

2.2 帕金森病 神經(jīng)系統(tǒng)疾病是目前全球疾病導(dǎo)致殘疾的主要原因之一,而帕金森病又是神經(jīng)系統(tǒng)疾病中增長(zhǎng)最快的,受人口老齡化的影響,預(yù)計(jì)到2040年,將達(dá)到1 200萬(wàn)例以上,如果加上其他致病因素,帕金森病病人將達(dá)到1 700萬(wàn)例以上,雖然帕金森病不具有傳染性,但是其大流行趨勢(shì)還是引起了科研人員和臨床醫(yī)生的擔(dān)憂[19]。那么尋找有效的方法治療現(xiàn)存的病人以及阻止帕金森病大流行具有重要意義。有研究評(píng)估了葛根素在體外和體內(nèi)對(duì)帕金森病模型的多巴胺(DA)細(xì)胞的增殖和分化作用,在體外,不同濃度葛根素處理1周后,β-微管蛋白(TUJ1)、酪氨酸羥化酶(TH)和多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體(DAT)蛋白及mRNA表達(dá)和多巴胺釋放顯著增加。在體內(nèi),使用細(xì)胞替代治療方法,移植葛根素處理的多巴胺產(chǎn)生細(xì)胞后,移植后第2周帕金森病癥狀明顯改善;更多的移植細(xì)胞存活并沿注射線遷移到更廣泛的區(qū)域;更多的移植細(xì)胞增殖并分化為Th細(xì)胞;在6周的觀察期間,紋狀體中檢測(cè)到更多的多巴胺,而帕金森病多是由多巴胺缺乏所導(dǎo)致的,研究證明葛根素可促進(jìn)多巴胺神經(jīng)元存活、增殖和分化,有效緩解帕金森病[20]。Singh等[21]發(fā)現(xiàn)葛根素能夠激活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)通路,防止1-甲基-4-苯基碘化吡啶誘導(dǎo)的帕金森病模型中多巴胺神經(jīng)元死亡,阻斷p53的積累以及通過(guò)p53介導(dǎo)的Puma、Bax和Caspase-3依賴性細(xì)胞凋亡防止1-甲基-4-苯基吡啶離子誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

2.3 缺血性腦卒中 缺血性腦卒中已經(jīng)成為全球第二大死亡原因[22],對(duì)大腦神經(jīng)元的損害是不可逆轉(zhuǎn)的,近年來(lái),關(guān)于葛根素治療腦缺血性神經(jīng)損傷的報(bào)道逐漸增多,葛根素的多種作用(抗氧化應(yīng)激、抗炎、抗神經(jīng)細(xì)胞凋亡、調(diào)控自噬等)可從多途徑改善腦缺血導(dǎo)致的認(rèn)知障礙和神經(jīng)細(xì)胞損傷[23]。有研究從PI3K/Akt1/糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)信號(hào)通路探索葛根素對(duì)腦缺血模型大鼠的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知缺陷以及海馬神經(jīng)元損傷的減輕作用,使用開(kāi)放和封閉場(chǎng)測(cè)試以及Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)對(duì)大鼠進(jìn)行行為學(xué)檢測(cè),結(jié)果表明葛根素減弱了缺血的影響,從而改善了運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和認(rèn)知行為的缺陷,通過(guò)觀察染色后的腦組織切片發(fā)現(xiàn)葛根素預(yù)處理組的皮質(zhì)和海馬組織中的死亡神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量顯著減少,且葛根素預(yù)處理顯著增強(qiáng)了Akt1(Ser473)、GSK-3β磷酸化,髓樣細(xì)胞白血病-1(MCL-1)積累增加,阻斷凋亡蛋白Caspase-3的活化[24]。黃亞光等[25]將40只雄性SD大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、模型組、50 mg/kg葛根素組、100 mg/kg葛根素組4組,線栓法制備大鼠大腦中動(dòng)脈栓塞模型,缺血1.5 h再灌注24 h后進(jìn)行神經(jīng)功能評(píng)估和腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)-蘇氨酸蛋白激酶-失調(diào)51樣激酶1(Ulk1)信號(hào)通路相關(guān)蛋白檢測(cè),結(jié)果表明葛根素能有效調(diào)控AMPK-mTOR-Ulk1信號(hào)通路抑制自噬的過(guò)度發(fā)生,從而減輕腦缺血再灌注損傷的發(fā)生。

2.4 其他神經(jīng)系統(tǒng)損傷 非動(dòng)脈炎性前部缺血性視神經(jīng)病變(NAION)是老年人中最常見(jiàn)的急性視神經(jīng)病變形式,NAION是以急性、無(wú)痛、視力喪失、視盤腫脹導(dǎo)致視盤萎縮為主要臨床癥狀[26],然而對(duì)于NAION并沒(méi)有十分有效的治療方法,因諸多研究表明葛根具有抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用,所以研究人員使用前部缺血性視神經(jīng)病變(rAION)大鼠模型,觀察葛根素對(duì)rAION大鼠的作用,為NAION的治療尋找有效的治療方法,研究結(jié)果顯示,葛根素可減少rAION急性期的視乳頭水腫,葛根素抑制了巨噬細(xì)胞到視神經(jīng)組織中浸潤(rùn),此外降低了促炎細(xì)胞因子的表達(dá)并誘導(dǎo)了抗炎細(xì)胞因子的表達(dá),以及在 rAION模型中維持Akt1活化并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β(C/EBPβ)表達(dá)[27]。有研究使用高脂飲食(HFD)慢性不可預(yù)見(jiàn)性溫和應(yīng)激(CUMS)誘導(dǎo)的抑郁樣大鼠模型探討葛根素抗抑郁的作用機(jī)制,與HFD/CUMS組相比,辛伐他汀+氟西汀或葛根素治療拮抗了海馬組織和血漿中IL-6、TNF-α和IL-10的異常蛋白表達(dá)(P<0.05),與HFD/CUMS組相比,接受氟西汀、辛伐他汀、辛伐他汀+氟西汀或葛根素(30 mg/kg、60 mg/kg和120 mg/kg)治療的大鼠TLR4陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)減少至70.35%、37.78%、30.36%、65.20%、29.64%和 17.02%(P<0.01)。且辛伐他汀、辛伐他汀+氟西汀或葛根素(30 mg/kg、60 mg/kg和120 mg/kg)組大鼠海馬區(qū)的 TLR4 水平顯著降低(P<0.05),葛根素還可以改善海馬組織中的異常脂質(zhì)代謝,說(shuō)明葛根可通過(guò)修復(fù)TLR4誘導(dǎo)的炎癥損傷和磷脂代謝紊亂來(lái)緩解高脂飲食和慢性不可預(yù)測(cè)的輕度壓力引起的抑郁樣行為[28]。

蛛網(wǎng)膜下腔出血導(dǎo)致許多腦功能障礙,研究團(tuán)隊(duì)基于以往葛根素保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)的相關(guān)研究試圖探索葛根素對(duì)蛛網(wǎng)膜下腔出血神經(jīng)損傷的恢復(fù)作用,葛根素可有效緩解腦水腫,減輕了小鼠的神經(jīng)功能缺損,減少了血腦屏障(BBB)的破壞;蛋白免疫印跡測(cè)定發(fā)現(xiàn)葛根素可逆轉(zhuǎn)Bcl-2/Bax表達(dá)比例并保護(hù)SOD2活性,減輕蛛網(wǎng)膜下腔出血小鼠的神經(jīng)功能缺損[29]。

3 小 結(jié)

隨著研究的不斷深入,葛根素的藥理作用逐漸被了解,葛根素作用于多系統(tǒng)疾病發(fā)揮抗炎作用從而改善其因TNF、IL等增加所導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的相關(guān)損傷。在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中葛根素既能夠治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病又能夠治療外周神經(jīng)系統(tǒng)疾病[30],表現(xiàn)出抑制神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)、調(diào)控多個(gè)神經(jīng)損傷通路、減輕凋亡因子表達(dá)、調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的表達(dá)等功效。值得注意的是,同樣作為黃酮類的中草藥成分蘆丁、水飛薊素,以及同屬多酚類物質(zhì)的黃芩素、白藜蘆醇、木犀草素、姜黃素等都具有神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)作用,這為拓寬中藥的功效以及將中藥主要有效成分作為疾病治療的潛在藥物提供了研究基礎(chǔ)和思路。

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