黄芪防治缺血性脑血管病的作用机制研究进展*

河北化工医药职业技术学院 孙念霞 高维娟 (石家庄050026)

脑血管病为第二大致死和致残性疾病，缺血性脑血管病的发病率占75%～85%，［1］且无特效高效治疗药物，因此缺血性脑血管病的防治是当今医学界的重点，把希望寄托在天然药物的研究上。黄芪药用历史久远，有利水消肿、行滞通痹等功效。黄芪可通过多种作用防治缺血性脑血管病，以下就其机制做一综述。

目前所知，黄芪含有124 种化学成分，［2］包括多糖类、皂苷类、黄酮类。含有氨基酸25 种，微量元素20 种，维生素4 种，必须脂肪酸2 种等，占黄芪化学成分的8.43%以上。

1 黄芪防治缺血性脑血管病的作用机制

黄芪具有减少脑缺血再灌注(I/R)后神经元凋亡、降低Ca2+超载、减少活性氧的损伤、减轻炎症反应、促进修复等作用，在抗细胞损伤和损伤后修复中发挥重要作用。脑缺血发生后4 min 造成神经元死亡，第1～2 d 出现脑水肿，中性粒和巨噬细胞浸润。第4 d 星形胶质细胞增生，出现修复反应。30 d 左右形成蜂窝状胶质瘢痕。大鼠全脑I/R 过程中，早期活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)富集，线粒体漏出的细胞色素C (Cyt C)增多、凋亡蛋白酶(caspase－3)活化致神经元凋亡。［3］缺氧、缺糖、精氨酸血管加压素可激活血脑屏障(BBB)Na+－K+－Cl－协同转运体和Na+－H+交换体，Na+和Cl－导致脑水肿。［4］脑I/R 损伤的产生与神经元凋亡、钙超载、自由基增多、炎症反应、脑水肿等有关，相互影响、互为因果。

1.1 抗神经元凋亡 黄芪可以通过多路径减少神经元的凋亡。I/R 发生早期缺血半暗带的神经元仍然具有代谢活力，其后续的神经元死亡以凋亡为主。大鼠全脑缺血10 min 再灌注后第5 d，海马CA1 区发生广泛性神经元凋亡。［3］受损神经元通过线粒体途径、死亡受体途径等［5］发生凋亡，黄芪作用于各凋亡通路中的关键环节减少凋亡的发生。

1.1.1 线粒体途径:黄芪减少caspase－3 和凋亡活化因子 (Apaf－1)的含量及表达、抑制caspase－3 的活化，抑制其引发的凋亡。脑I/R 的小鼠经染料木黄酮预处理后，Cyt C 漏出减少，caspase－3 活化受到抑制;［6］经芒柄花素处理后的体外培养神经元caspase－3 的含量减少;［7］黄芪甲苷也可减少caspase－3 的表达;［8］黄芪注射液能减少海马CA1 区caspase－3、Apaf－1 的蛋白含量和转录水平。［9－10］线粒体是生成大量三磷酸腺苷(ATP)的场所，也是钙储存池和调节器。缺血、缺氧等导致线粒体释放凋亡启动因子(如Cyt C)、半胱氨酸天门冬酶－9 前体 (procaspase－9)、Smac/Diablo、细胞凋亡诱导因子入胞质，导致:⑴Cyt C、procaspase－9 与Apaf－1 形成凋亡小体，活化caspase－3，导致神经元凋亡。⑵Smac/Diablo 可抑制活化的caspase－9 与凋亡蛋白抑制物的结合，解除凋亡抑制，启动caspase－3 和caspase－8 导致细胞凋亡。

神经细胞经芒柄花素处理后，胞质中Bax 的含量减少，Bcl－2 的含量增加;［7］黄芪甲苷可上调Bcl－2 的表达，抗凋亡。［8］B 细胞淋巴瘤/白血病－2 (Bcl－2)基因蛋白家族分两类，抗凋亡基因和促凋亡基因，代表分别是Bcl－2 和Bax 基因。Bax分布于胞质和线粒体外膜上，线粒体外膜上的Bax允许Cyt C 入胞质，引起凋亡。Bcl－2 分布在线粒体外膜、内质网和核周膜，Bcl－2 能封闭Bax 形成孔道的活性，阻止一些小分子物质自由通过线粒体外膜，拮抗Bax 的促凋亡作用。线粒体膜上Bcl－2/Bax 的比例调节其外膜的通透性和完整性、线粒体功能，比值升高减少Cyt C 等物质释放。［11－12］

1.1.2 受体依赖性途径:脑I/R 后黄芪中的有效成分可作用于核因子(NF－κB)，减少其含量并抑制其活化，降低其抑制剂的分解。染料木黄酮预处理可抑制脑实质内NF－κB p65 亚基的活化，减少κB α 抑制剂(IκBα)的磷酸化分解。［6］在大鼠脑I/R 后24 h，黄芪甲苷注射液可降低NF－κB 的水平。［13］胞外肿瘤坏死因子(TNF)超家族的死亡配体与细胞表面的死亡受体特异性结合后发生受体依赖性凋亡。配体与受体结合后死亡诱导信息复合物形成，半胱氨酸天门冬酶前体(procaspase－8)活化入胞浆，启动caspase－8 级联反应:⑴caspase3、6、7 激活导致凋亡。⑵激活促凋亡因子Bid，Bid 转移到线粒体，抑制Bcl－xl 功能、增强Bax 功能;Cyt C 入胞浆，进入线粒体凋亡通路。其中TNF－Ⅰ、Ⅱ与肿瘤坏死因子受体－Ⅰ结合后活化肿瘤坏死因子受体相关因子－2、核糖体失活蛋白，诱导NF－κB 移位核内，导致凋亡。FADD通过caspase 启动凋亡。

1.2 抑制钙超载 研究证实，黄芪中的芒柄花素和多糖提取液能抑制胞质内钙超载。芒柄花素通过抑制电压依赖性Ca2+离子通道、抑制细胞内Ca2+向胞质释放。黄芪多糖提取液能降低脑I/R 细胞内游离Ca2+。［14－15］生理状态下，细胞内外钙稳态主要通过N－甲基－D－天冬氨酸受体、电压依赖性Ca2+通道、内质网Ca2+通道、线粒体Na+－Ca2+交换体和MTP 孔［16］、Ca2+－ATP 酶和钙调蛋白来维持。脑缺血后胞质内钙超载主要发生在再灌注期，ATP 合成减少、受体依赖性Ca2+通道开放、细胞内储存的Ca2+释放、质膜氧化通透性和离子转运功能不良［17］均可导致钙超载。钙超载导致缺血加重、ATP 生成障碍、细胞结构破坏、DNA 降解、凋亡小体形成。

1.3 抗自由基 黄芪黄酮类中的多种化学成分及黄芪甲苷均有抗自由基的作用。如染料木黄酮和毛蕊异黄酮均可降ROS 和MDA 的含量;增强酶的抗氧化活性，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx )等。［6，18］除上述作用外，黄芪甲苷还可逆转大鼠I/R 引起的葡萄糖低代谢，减少一氧化氮的含量，抑制一氧化氮合酶(NOS)活性等。［19］脑缺血时神经元中环氧化酶和诱生型一氧化氮合成酶等含量增高，胶质细胞活化产生活性氧。多种酶类如还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶、线粒体酶等导致自由基及氧化应激水平增加。过量的自由基的作用于质膜中的不饱和脂肪酸、蛋白质，破坏DNA 结构，导致钙超载。［6］

1.4 抑制炎症反应 黄芪甲苷具有抗炎作用。在大鼠I/R 后24 h，黄芪甲苷注射液抑制脑组织α－肿瘤坏死因子和白细胞介素－1β (IL－1β)的生成，减少CD11b/CD18+中性粒细胞百分比，减少细胞间黏附蛋白－1 的表达、髓过氧化物酶的浓度，降低NF－κB 的水平。［13］I/R 可激活血管内皮细胞、血小板和免疫细胞释放大量的细胞因子，如NO、IL－1β、IL－8、TNF－α 等，炎细胞趋化到缺血部位，小胶质细胞、星形胶质细胞和T 细胞活化及分泌RANTES/CCL5 蛋白，质膜通透性增加，导致Cyt C 释放入胞浆、NF－κB p65 易位胞核［20］等。

1.5 损伤后修复 黄芪促进受损血管和神经元的修复再生。黄芪甲苷预处理改善脑缺血大鼠的神经学行为，CA1 区血管内皮生长因子(VEGF)含量增加。脑I/R 后的修复过程包括血管、神经、突触和轴突的生长和再生。局灶性脑I/R 后血管内皮生长因子受体2 (VEGFR－2)、脑源性神经营养因子(BDNF)在缺血半暗带和对侧侧脑室、海马、纹状体等部位的神经元、胶质细胞及血管内皮细胞均有表达。VEGF 结合VEGFR－2 后刺激内皮细胞增生、入侵、迁移、存活等。

槲皮素增加大鼠I/R 后脑组织BDNF、酪氨酸激酶受体B (TrkB)、磷酸化的蛋白激酶B (PKB /p－Akt)的含量，通过BDNF－TrkB－PI3K/Akt 信号通路促进神经元生存。［13］BDNF 可诱导神经元树突和轴突出芽、生长，增加突触终末密度，增强突触重构。BDNF 与TrkB 结合后阻止神经元变性、死亡，调节神经元突触重塑和学习记忆过程。Akt/PKB 是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，作用于丝/苏氨酸残基，介导蛋白质－脂质和(或)蛋白质的相互作用，是公认的营养因子促细胞存活通路。［1］

大鼠脑I/R 后14 d，黄芪总苷提高BDNF 和TrkB 的表达，抑制神经营养素受体p75 (p75NTR)的表达。［21］p75NTR 是神经生长因子(NGF)的低亲和力受体。p75 与NGF 结合导致NF－κB 激活和神经鞘磷脂水解，结合BDNF 等不能激活NF－κB，但引起神经鞘磷脂水解能力更强。p75 还能增强TNF 诱导的凋亡。

鼠李素促进NGF 诱导的神经轴突生长，与NGF 合用促进神经细胞PC12 神经丝蛋白的生成。［22］NGF 可促进轴突再生。神经丝蛋白是构成神经轴突中间丝的蛋白质，提供弹性易于伸展和防止断裂。

大鼠脑I/R 后14 d，黄芪甲苷口服液治疗可上调NGF 和TrkA 的表达，［19］TrkA 与NGF 结合后自身磷酸化，调节细胞的生长与分化。

黄芪甲苷抑制脑I/R 后半暗带胶质细胞线膜上苯二氮卓类受体，抑制缺血半暗带的重塑。［23］黄芪总苷改善乙酰胆碱酯酶(AchE)含量，［24］促进神经元发育和神经再生。神经元、星形胶质细胞、小角质细胞、血管内皮细胞、血管周细胞、基底膜和细胞外基质组成神经血管单元，它强调细胞与细胞之间、细胞与基质之间的相互作用和动态平衡，［25］为缺血性脑血管病的修复治疗提供新思路。

1.6 其他 槲皮素抑制鼠脑再灌注48 h 后微血管基质金属蛋白酶(MMPs)的活化，选择性抑制MMP－9 的升高，［26］MMPs 活化后裂解基质和质膜中的各种胶原酶和弹性蛋白酶。黄芪甲苷逆转大鼠脑I/R 导致的紧密复合体中闭锁蛋白和闭锁小带的减少，降低BBB 通透性。［27］

脑I/R 后，黄芪多糖降低脑组织、血清中的谷氨酸和天门冬氨酸的含量，提高海马乙酰胆碱、去甲肾上腺素和五羟色胺含量，促进细胞癌基因c－fos 转录(c－fos 基因的表达能增强人脑的学习记忆能力)，减少海马CAl 半暗带细胞死亡数量，保护大鼠脑组织。［14－15］

2 小结与展望

黄芪防治I/R 损伤的机制涉及抗神经元凋亡、抑制钙超载、抗自由基、抗炎症反应、促进神经元和微血管的再生等病理生理过程，如调控caspase－3、Apaf－1、Cyt C、NF－κB 等因子减少细胞凋亡，抑制Ca2+通道降低胞质钙超载，减少ROS、MDA、NO 的生成和调控NOS、GPx 的活性抗氧化损伤，抑制α－肿瘤坏死因子和IL－1β 的产生，调节VEGF、BDNF、NGF 等促进修复，抑制MMPs活化降低BBB 通透性等，在I/R 的坏死期和恢复期发挥防治作用，展现了黄芪作为天然药物具有多靶点、多层次药效的优势和特色。

从上述研究来看，化学单体作用机制研究占绝大部分，各单体之间是否有相互作用?是协同作用、拮抗作用还是允许作用?黄芪三大类物质哪类物质起主要作用?那种组合发挥防治I/R 最佳效果?相信通过进一步研究可以找出答案，为临床高效特效防治缺血性脑血管病和黄芪新药开发奠定基础，为缺血性脑血管病患者带来新的希望。

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