中藥提取物調(diào)控脊髓損傷后血-脊髓屏障機(jī)制研究進(jìn)展

趙志恒 ，趙曼霖 ，王越 ，徐家淳 ，周震 ，李巖

1.天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，天津 300250； 2.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 301617；3.天津市公安醫(yī)院，天津 300042

脊髓損傷是一種嚴(yán)重的創(chuàng)傷性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，具有致殘率高、并發(fā)癥多、預(yù)后差的特點(diǎn)[1]。近年來，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)于脊髓損傷的規(guī)范化治療已取得一定進(jìn)展，但仍有諸多問題亟待解決[2]。脊髓損傷引起的血-脊髓屏障（blood-spinal cord barrier，BSCB）破壞，在其繼發(fā)性損傷的病理過程中發(fā)揮重要作用。基于督脈-脊髓-BSCB與脊髓損傷的中醫(yī)認(rèn)識(shí)，“督脈生病治督脈”，疏通督脈是中醫(yī)治療脊髓損傷的主要策略[3-5]。目前中藥基于“通督”治療脊髓損傷的方法以活血、消腫、清熱、益氣為主，但相關(guān)機(jī)制尚未完全闡明。本文整理近年來脊髓損傷后BSCB的損傷機(jī)制及中藥提取物調(diào)控策略，為中醫(yī)藥治療脊髓損傷相關(guān)研究提供思路。

1 血-脊髓屏障與脊髓損傷

BSCB是神經(jīng)血管單元的重要組成，主要由相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）及周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和基膜等組成。ECs損傷是脊髓損傷后BSCB功能障礙的關(guān)鍵因素[6]，ECs間還有由緊密連接和黏附連接組成的連接復(fù)合物，ZO-1、Occludin和Claudin-5是BSCB中重要的緊密連接蛋白，緊密連接蛋白含量降低是脊髓損傷后BSCB通透性破壞的特殊表現(xiàn)。此外，星形膠質(zhì)細(xì)胞和微血管ECs中磷酸化表皮生長(zhǎng)因子受體增加，可誘導(dǎo)表皮生長(zhǎng)因子受體、p38和核因子（NF）-κB的活化，導(dǎo)致炎癥損傷的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、環(huán)氧化酶-2（COX-2）和白細(xì)胞介素（IL）-1β增加，并降低ZO-1、Occludin表達(dá)，引起B(yǎng)SCB破壞[7]。周細(xì)胞具有調(diào)節(jié)BSCB通透性和毛細(xì)血管血流、維持血管系統(tǒng)、清除有害分子及調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。脊髓損傷后，周細(xì)胞參與局部血管收縮，導(dǎo)致脊髓組織缺血、缺氧；同時(shí)還參與脊髓損傷后纖維瘢痕組織的形成及炎性反應(yīng)過程，從而對(duì)脊髓軸突再生及神經(jīng)功能恢復(fù)產(chǎn)生重要影響[8]。

BSCB作為特殊的物理屏障，能控制血液和脊髓間的物質(zhì)交換，阻斷外來分子進(jìn)入并維持脊髓實(shí)質(zhì)的穩(wěn)態(tài)。其自身結(jié)構(gòu)損傷可致脊髓組織出現(xiàn)水腫、缺血、缺氧等現(xiàn)象，加速細(xì)胞死亡，在脊髓損傷后繼發(fā)性損傷的病理過程中發(fā)揮重要作用。因此，靶向修復(fù)BSCB是減少脊髓損傷后繼發(fā)性損傷的主要策略。

2 中藥提取物對(duì)脊髓損傷后血-脊髓屏障破壞調(diào)控機(jī)制

脊髓損傷屬中醫(yī)學(xué)“痿證”“體惰”等范疇，《靈樞·寒熱病》有“若有所墮墜，四肢懈惰不收，名曰體惰”。機(jī)械性損傷作用于脊柱，導(dǎo)致以脊髓神經(jīng)血管為解剖基礎(chǔ)的督脈受損，“人有所墮墜，惡血留內(nèi)”（《靈樞·邪氣藏府病形》），“傷損腰痛，脊痛之癥，或因墜墮，或因打撲，瘀血留于太陽(yáng)經(jīng)中所致”（《醫(yī)宗金鑒》）。瘀血阻滯督脈，督脈氣機(jī)不利，經(jīng)氣痹阻、營(yíng)養(yǎng)失運(yùn)，則出現(xiàn)脊髓水腫、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞死亡等繼發(fā)性損傷；經(jīng)脈失養(yǎng)、筋骨失用，則見運(yùn)動(dòng)和感覺功能障礙，表現(xiàn)為雙下肢痿軟無力、肢體麻木、二便失司等。因此，改善脊髓損傷、修復(fù)BSCB受損的主要治療策略，當(dāng)以“通督”為要。中藥可通過減輕水腫、抗炎、抗凋亡等機(jī)制，發(fā)揮對(duì)脊髓損傷后BSCB受損的修復(fù)作用。

2.1 改善脊髓水腫

脊髓損傷導(dǎo)致血管源性脊髓水腫，“血不利則為水”，津血同源，脊髓損傷導(dǎo)致局部血行不暢，進(jìn)而造成因血致水，出現(xiàn)脊髓水腫。《血證論》有“瘀血化水，亦是血瘀而兼水也”。水腫區(qū)域包括損傷中心及相鄰節(jié)段，與水腫形成和細(xì)胞損傷相關(guān)的脊髓神經(jīng)元iNOS顯著上調(diào)[9]。水通道蛋白-4（AQP-4）是脊髓中的跨膜蛋白之一，與BSCB和脊髓水腫的發(fā)展密切相關(guān)[10]。脊髓損傷后BSCB被破壞，脊髓損傷加重，AQP-4、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）、轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1（MALAT1）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）表達(dá)升高，研究顯示，下調(diào)脊髓損傷后恢復(fù)期AQP-4蛋白水平，可降低BSCB通透性，二者共同減少脊髓損傷后脊髓含水量，減輕脊髓水腫[11-12]。

單味中藥調(diào)控脊髓損傷后脊髓水腫相關(guān)研究主要集中于具有活血化瘀的藥物。丹參“善治血分，去滯生新，調(diào)經(jīng)順脈之藥也”（《本草匯言》），可活血祛瘀、調(diào)經(jīng)止痛。丹參酮ⅡA磺酸鈉（STS）是丹參中的二萜類奎寧色素，可影響微循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn)，STS能降低BSCB通透性，緩解組織水腫和出血，與抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）活化、防止緊密連接和黏附連接丟失有關(guān)[13]。此外，STS還可改善體外脊髓內(nèi)皮細(xì)胞功能，減少氧葡萄糖剝奪后的炎癥介質(zhì)[14]。STS可緩解脊髓損傷模型組織病理學(xué)損傷，增加ZO-1，改善BSCB通透性，恢復(fù)神經(jīng)功能，其機(jī)制與Notch信號(hào)通路有關(guān)[14]。

2.2 減輕炎癥反應(yīng)

中性粒細(xì)胞是脊髓損傷后急性早期侵入脊髓較豐富的免疫細(xì)胞類型。中性粒細(xì)胞中的脾Syk信號(hào)傳導(dǎo)加劇長(zhǎng)期神經(jīng)功能缺損，影響脊髓損傷后的長(zhǎng)期功能恢復(fù)[15]。浸潤(rùn)的中性粒細(xì)胞產(chǎn)生中性粒細(xì)胞細(xì)胞外陷阱（NET），促進(jìn)神經(jīng)炎癥和BSCB破壞，加重脊髓損傷后的脊髓水腫和神經(jīng)元凋亡。此外，研究發(fā)現(xiàn)，NET可通過提高受損脊髓中瞬時(shí)受體電位香草醛亞型4水平，加劇脊髓損傷[16]。而與介導(dǎo)中性粒細(xì)胞外滲各步驟的內(nèi)皮細(xì)胞配體共定位，可拮抗中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)至脊髓，通過調(diào)節(jié)局部和全身神經(jīng)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)脊髓損傷后的短期和長(zhǎng)期作用[17]。脊髓損傷引起的神經(jīng)炎癥反應(yīng)可導(dǎo)致MMPs、細(xì)胞因子和趨化因子、活性氧和其他蛋白水解酶在病變部位釋放。研究表明，上述炎性因素通過介導(dǎo)NF-κB途徑降低脊髓損傷后BSCB通透性，進(jìn)而加劇神經(jīng)功能長(zhǎng)期缺損[18-19]。因此，脊髓損傷早期減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)有助于脊髓損傷后神經(jīng)功能恢復(fù)。

黃芪性溫、味甘，具補(bǔ)氣固表、斂瘡生肌等功效，有多種生物活性。黃芪甲苷Ⅳ（AST）是黃芪中具有調(diào)節(jié)免疫、抗炎等作用的有效活性成分。研究發(fā)現(xiàn)，AST能改善脊髓損傷后的功能恢復(fù)，其機(jī)制主要為下調(diào)MMP9表達(dá)，減弱BSCB破壞，減少嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，緩解神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡[20]。具相似作用的中藥提取物還有原兒茶酸（PCA）和沒食子酸（GA）。天然酚類化合物PCA是多種中藥如無梗五加、葒草、苦味葉下珠的活性成分，具有廣泛的藥理活性，如抗氧化、抗炎、神經(jīng)保護(hù)等，還可通過下調(diào)磺脲受體1-瞬時(shí)受體電位M4，抑制BSCB破壞，減少TNF-α、IL-1β、COX-2、iNOS及趨化因子表達(dá)[21]。GA是多酚類有機(jī)化合物，廣泛存在于掌葉大黃、大葉桉、山茱萸等中藥基源植物中，明代《醫(yī)學(xué)入門》記載用發(fā)酵法從五倍子中制取沒食子酸過程：“五倍子粗粉，并礬，曲和勻，如作酒曲樣，如瓷器遮不見風(fēng)，候生白取出”。GA可通過抑制Jmjd3活化實(shí)現(xiàn)對(duì)脊髓損傷的保護(hù)作用[22]。

此外，白藜蘆醇（RES）作為一種非類黃酮多酚化合物，具有抗炎和抗凋亡等作用。天然RES主要以虎杖苷的形式存在于虎杖中，虎杖具有祛風(fēng)利濕、散瘀定痛功效，“主風(fēng)在骨節(jié)間及血瘀”（《本草拾遺》）。RES在脊髓損傷的治療中可減少神經(jīng)元凋亡和抑制氧化應(yīng)激引起的炎癥。研究發(fā)現(xiàn)，RES可通過靶向載體PMMSN降低脊髓損傷后脊髓組織中活性氧和丙二醛含量，增加超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性，降低脊髓組織中炎癥因子（TNF-α、IL-1β、IL-6）和凋亡因子Cleaved-Caspase-3表達(dá)[23]。

2.3 減少細(xì)胞死亡

自噬參與脊髓損傷后BSCB完整性的維持，過度激活自噬可阻止脊髓損傷后BSCB功能恢復(fù)。通過PI3K/Akt/FOXO1/KLF4途徑抑制自噬活化有利于改善脊髓損傷后BSCB，恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能[24]。研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白（NLRP）3、ASC、裂解X連鎖凋亡抑制蛋白、Caspase-1、Caspase-11、IL-1β及IL-18表達(dá)顯著升高，NLRP1、NLRP3炎癥小體參與脊髓損傷炎癥反應(yīng)[25-26]。抑制NLRP1、NLRP3炎癥小體活化，可改善脊髓損傷后運(yùn)動(dòng)功能，減輕脊髓損傷后BSCB破壞[27]。此外，降低炎癥反應(yīng)中IL-1β表達(dá)，發(fā)揮對(duì)BSCB的保護(hù)作用與激動(dòng)α2腎上腺素受體、下調(diào)促細(xì)胞凋亡Caspase-3表達(dá)有關(guān)[28

]。

齊墩果酸（OA）為三萜類化合物，存在于多種化濕藥與利濕藥，如茯苓、車前子、廣藿香、木通、香加皮和虎杖中[29]，具有抗氧化、抗炎和抗凋亡活性。研究發(fā)現(xiàn)，OA通過降低Caspase-3表達(dá)減少受損脊髓組織的細(xì)胞凋亡，還可減輕脊髓損傷的促炎反應(yīng)，通過抑制p38和JNK調(diào)節(jié)的細(xì)胞凋亡和炎癥改善脊髓損傷[30]。黃芩苷是從黃芩中分離的天然活性成分，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有神經(jīng)保護(hù)作用[31]。黃芩苷可抑制凋亡相關(guān)蛋白Bax、Bcl-2、NF-κB表達(dá)，并磷酸化PI3K和Akt，降低脊髓損傷后BSCB通透性，通過激活PI3K/Akt信號(hào)通路，挽救緊密連接蛋白丟失，減少神經(jīng)元凋亡[32]。

BSCB破壞還與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡直接相關(guān)，通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和減少脊髓損傷后的線粒體損傷可保護(hù)BSCB的完整性。大豆苷是從葛根中提取出的活性成分，廣藿香醇（PA）是從廣藿香中分離出的天然三環(huán)倍半萜烯，二者均可下調(diào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白水平，減輕炎癥對(duì)BSCB的持續(xù)破壞，促進(jìn)脊髓損傷后功能恢復(fù)。大豆苷可顯著提高緊密連接和黏附連接蛋白表達(dá)[33]；PA可通過減少ECs凋亡，降低BSCB通透性，進(jìn)而改善脊髓損傷后神經(jīng)功能障礙[34]。

3 小結(jié)

脊髓損傷是具有致殘性和破壞性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，由于脊髓可塑性較差，神經(jīng)元再生能力有限，脊髓損傷后的神經(jīng)再生修復(fù)極其微弱。既往研究多關(guān)注脊髓損傷后神經(jīng)功能的修復(fù)，目前尚無有效的治療手段可完全恢復(fù)脊髓損傷后喪失的神經(jīng)功能。BSCB主導(dǎo)調(diào)控微循環(huán)與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，保持BSCB的完整性可促進(jìn)脊髓損傷后脊髓修復(fù)和神經(jīng)功能改善。

基于督脈-脊髓-BSCB與脊髓損傷的中醫(yī)認(rèn)識(shí)，疏通督脈是中醫(yī)治療脊髓損傷的主要策略[35]，中藥治療脊髓損傷以活血、消腫、清熱、益氣為主。目前研究重點(diǎn)關(guān)注脊髓損傷后神經(jīng)元的凋亡和自噬、炎癥反應(yīng)等，通過改善BSCB通透性減輕脊髓繼發(fā)性損傷的研究相對(duì)較少。本文梳理相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，中藥提取物在改善脊髓水腫、減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)、減少神經(jīng)元凋亡等方面具一定優(yōu)勢(shì)。BSCB主導(dǎo)調(diào)控脊髓微循環(huán)與內(nèi)環(huán)境問題，為神經(jīng)血管單元的交互作用提供必要條件，深入探究BSCB在脊髓損傷中神經(jīng)血管單元的作用，可更好地闡釋中藥改善脊髓損傷后神經(jīng)功能的作用機(jī)制。