黄芪甲苷生物活性及神经保护作用研究进展*

承德医学院病理生理学教研室靳晓飞 高维娟(承德 067000)



黄芪甲苷生物活性及神经保护作用研究进展*

承德医学院病理生理学教研室
靳晓飞 高维娟△(承德 067000)

黄芪甲苷作为中药黄芪的有效单体成分，受到越来越多的关注和研究。经检索国内、外文献和查阅相关书籍发现，黄芪甲苷具有多种生物活性，其研究范围涉及肝、心、肺、肾、脑、胃、肠、血管等多个器官与组织，并可通过抑制炎症反应、氧化应激反应、神经细胞凋亡等途径，发挥神经保护作用。黄芪甲苷生物作用显著，应用范围广泛，有望开发成为临床药物治疗多种疾病。

黄芪；黄芪甲苷；生物活性；神经保护；炎症反应；细胞凋亡；免疫调节

黄芪是临床常用中药，收载于历版《中国药典》和《中药学》教材，是豆科草本植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的根，味甘，性微温，归肺、脾经，具有补气固表、生肌敛疮、化瘀消肿的功效，可用于治疗全身多个系统疾病。[1-2]黄芪甲苷是黄芪的主要活性成分之一，是黄芪皂苷类的单体成分，常作为检测黄芪质量优劣的标准，其分子式为C41H68O14，相对分子质量是784.97，化学结构如图1。大量研究发现，黄芪甲苷具有抗炎、抗病毒、抗凋亡、免疫调节等生物活性，具有重要的神经保护作用。[3-4]笔者对黄芪甲苷的生物活性及神经保护作用予以综述，为其进一步研究提供参考。

1 黄芪甲苷的生物活性

1.1 抗炎、抗病毒 严重的炎症反应可引起组织损伤，甚至导致器官衰竭。黄芪甲苷可通过抑制炎性因子的释放，阻断炎性瀑布的激活，发挥抗炎保护作用。研究发现，黄芪甲苷可明显减少主动脉血管中炎症因子TNF-α、IL-1β的表达，保护主动脉血管正常的舒张和收缩功能。肖氏等[5]通过CVB3所致病毒性心肌炎小鼠模型观察基质金属蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)和基质金属蛋白酶-1(MMP-1)的表达，发现黄芪甲苷可显著升高TIMP-1的水平，降低MMP-1的水平，从而抑制病毒性心肌炎小鼠心肌的纤维化和心肌间质胶原蛋白的降解。黄芪甲苷还可降低血清中乙型肝炎病毒(HBV)DNA的分泌水平，具有显著的抗乙肝病毒的作用。

图1 黄芪甲苷的化学结构

1.2 抗凋亡 细胞凋亡是指由体内、体外多种因素触发，一系列基因调控的细胞自主而有序的死亡过程，是导致很多疾病发病的重要机制。急性心肌梗死(AMI)是冠状动脉急性或持续性缺氧缺血所引起的心肌坏死，不及时处理可严重危及生命。黄芪甲苷可通过抑制内质网应激凋亡途径相关蛋白表达，降低急性心肌梗死大鼠非梗死区的心肌细胞凋亡率，从而保护心肌。胡氏等[6]通过皮下注射异丙肾上腺素制备了大鼠心衰模型，观察了黄芪甲苷对心衰大鼠的影响。实验结果显示，黄芪甲苷可以升高心衰大鼠心肌细胞线粒体膜电位(MMP)比值，促进端粒酶反转录酶(TERT)表达，抑制心肌细胞凋亡，从而保护心肌细胞。黄芪甲苷还可通过降低JNK-3、Caspase3、Bax活性，促进Bcl2蛋白表达，抑制神经细胞凋亡，发挥神经保护作用。[7]

1.3 免疫调节 免疫功能是指肌体对疾病的抵抗能力，免疫功能的紊乱在脓毒症发生和发展中具有重要作用。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)作为内毒素致死效应的重要晚期炎症介质，在脓毒症的治疗靶点上发挥着关键作用。[8]研究发现，黄芪甲苷可以拮抗HMGB1对小鼠调节性T淋巴细胞(Treg)免疫功能的抑制作用，减轻脓毒症的炎性反应，其作用机制与黄芪甲苷上调CD4+CD25-T淋巴细胞IL-4表达、下调IFN-γ表达有关。[9]另外，黄芪甲苷还可促进小鼠树突状细胞分泌 IL-6、IL-12等细胞因子，增强细胞表面多种免疫共刺激因子和MHC分子表达，从而提高细胞免疫功能。

1.4 促进细胞增殖 细胞进行分裂和再生的过程称为细胞增殖，细胞通过增殖可将遗传信息传递给下一代，从而保持了物种的延续和数量的增多，细胞增殖异常可导致多种疾病。黄芪甲苷常用于治疗骨质疏松症，它不仅能够诱导骨髓间质干细胞分化为软骨细胞，还可促进骨髓基质细胞和软骨细胞增殖。[10]神经干细胞形成神经球的能力常用来衡量神经干细胞的增殖能力，黄芪甲苷可明显增加大鼠胚胎神经球的形成，同时上调细胞增殖相关基因cyclinD1、Hes1、Hes5表达，从而促进神经干细胞增殖。黄芪甲苷还可以促进成骨细胞、淋巴细胞、血管内皮细胞、小肠上皮细胞、皮肤成纤维细胞等细胞的增殖和分化。

1.5 调控血糖 糖尿病是一种以高血糖为主要特征的代谢性疾病，且糖尿病患者长期高血糖可导致肾、眼、血管、神经、心脏等各种组织慢性损害和功能障碍。葡萄糖-6-磷酸酶 ( G6Pase)和肝葡萄糖原磷酸化酶 ( GP)对于血糖的控制起着重要作用，常作为降低血糖水平的治疗靶点。研究发现，黄芪甲苷可通过抑制G6Pase和GP mRNA的表达，降低2型糖尿病小鼠血糖和甘油三酯水平。[11]黄芪甲苷还可以降低实验性糖尿病大鼠空腹血糖水平以及血清总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDL-C)、谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST))、乳酸脱氢酶(LDH)、丙二醛(MDA)水平，升高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、高密度脂蛋白(HDL-C)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、总抗氧化能力(T-AOC)水平，提示黄芪甲苷具有降血糖、降血脂和抗氧化损伤作用。[12]

1.6 减缓衰老 阿尔茨海默病又称老年性痴呆，多发于65岁以上人群，严重影响着老年人的生活质量。张氏等[14]应用APP/PS1双转基因(表达突变人β-淀粉样前体蛋白和突变早老蛋白l)小鼠模型观察黄芪甲苷对老年痴呆性小鼠体内β-分泌酶代谢物APP、CTFS、SAPP表达的影响，结果发现黄芪甲苷可明显降低APP、CTFS、SAPP的表达水平，减少老年斑数量，改善神经功能障碍。另外，黄芪甲苷还可通过抑制大鼠海马神经元游离Ca2+升高，减轻神经元凋亡，改善糖皮质激素诱导的老前期大鼠记忆损伤。

1.7 抑制癌症 应用传统中药或中药提取物治疗癌症受到越来越多的关注，中药提取物或中药单体含有抑制肿瘤生长的活性成分，其与化疗药联合使用可收到良好的的治疗效果。[14-15]MMP2是基质金属蛋白酶(MMPs)家族的重要成员，它可破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，在肿瘤细胞侵袭和转移过程中发挥着关键性作用。[16]研究发现，黄芪甲苷可以抑制卵巢癌MMP2以及Bcl-2、miR21 基因的表达，增强miR200a和miR15a基因表达，发挥抗癌作用。[17]肺癌已成为全世界发病率和致死率最高的恶性肿瘤，严重危害着人类健康。黄芪甲苷可以显著抑制人肺癌细胞系A549细胞的侵袭、转移和增殖，其作用机制与通过降低自噬相关蛋白LC3和P62表达，抑制细胞自噬发生有关。[18]

2 黄芪甲苷的神经保护作用

黄芪甲苷具有重要的神经保护作用，尤其对脑缺血后再灌注引起的损伤具有明显改善作用。

甲基苯丙胺是一种苯丙胺类中枢兴奋剂，滥用甲基苯丙胺可引起哺乳动物大脑损伤，出现神经毒性反应。黄芪甲苷可通过抑制脑组织海马区Caspase3表达，减少NO和MDA 含量，提高Bcl2表达和SOD活力，减轻甲基苯丙胺依赖性大鼠脑组织损伤。血脑屏障控制着大脑组织与血液循环系统之间的物质交换，在稳定脑组织内环境方面具有重要作用，其破坏可引起血管源性水肿，是导致脑缺血后脑组织发生水肿的重要病理基础。[19-21]研究发现，黄芪甲苷可以减少大鼠脑缺血后脑组织含水量和伊文氏蓝含量，抑制IL-1β生成，并上调咬合蛋白Occludin表达，下调基质金属蛋白MMP-9表达，保护血脑屏障，发挥神经保护作用。[22]

炎症反应参与了脑缺血诱导的再灌注损伤，并且扮演着十分关键的角色。脑缺血再灌注损伤可引起大量炎性细胞或炎性因子的聚集和释放，破坏血脑屏障，加重脑组织水肿和神经功能缺失。NF-κB 作为早期转录因子，参与炎症基因激活和调控，在脑缺血再灌注损伤所引起的炎症反应中发挥着非常重要的作用。[23]黄芪甲苷可以通过抑制脑缺血再灌注小鼠IκB蛋白磷酸化，减少NF-κB 核转位(抑制胞核NF-κB蛋白表达，促进胞质NF-κB蛋白表达)，减少炎症因子TNF-α、IL-1β、ICAM-1的生成，抑制MPO活性，从而减轻脑缺血再灌注损伤所引起的继发性炎症反应发挥保护作用。

氧化应激是体内氧化作用与抗氧化作用失衡，氧自由基代谢发生障碍，自由基生成过多，无法得到及时清除，引起肌体组织或细胞出现氧化损伤。[24]氧化应激是脑缺血再灌注引起继发性损伤的重要机制之一，自由基过多产生和释放是导致神经细胞凋亡或坏死的关键。因此，及时清除氧自由基、提高脑组织抗氧化能力是治疗脑缺血再灌注损伤的重要方法。黄芪甲苷可以通过激活Nrf2/HO-1(即核转录因子E2相关因子2 /血红素加氧酶1)信号通路，促进Nrf2的合成和核转位，上调下游抗氧化基因HO-1的表达，从而抑制MDA和NO的生成，增加SOD活性、GSH含量和AOC能力，提高脑组织的抗氧化能力，减轻脑缺血再灌注损伤。[25]

脑组织中ATP、葡萄糖糖元、磷酸肌酸等在脑缺血短时间内可急剧减少，引起脑组织能量代谢障碍，且长时间缺血可造成严重的不可逆性脑损伤。因此，在脑缺血早期及时恢复脑血流量，增加脑组织对能量物质的利用，改善能量代谢障碍，对于治疗缺血性脑血管病具有重要意义。研究发现，黄芪甲苷可以增加脑缺血再灌注小鼠脑组织ATP、ADP和AMP的含量，上调葡萄糖转运蛋白3(GLUT3)的表达，提高神经组织对葡萄糖的利用率，改善缺血脑组织的能量代谢障碍，增强脑组织对缺血和缺氧的耐受能力，对抗脑缺血再灌注损伤。[2，26]

黄芪甲苷可通过多种途径抑制神经细胞凋亡，减轻脑缺血缺氧性损伤。血管内皮生长因子(VEGF)、血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)和神经营养因子(BDNF)在促进缺血脑组织血管生成和重塑、提高神经元存活、刺激神经干细胞增殖等方面具有重要作用。[27-29]黄芪甲苷可以通过上调脑缺血再灌注大鼠VEGF、VEGFR2和BDNF的表达，抑制神经细胞凋亡，促进神经再生和受损神经修复，改善神经功能障碍，抑制脑缺血再灌注损伤。[30]同时，黄芪甲苷还可通过下调苯二氮卓受体(PBRs)、Caspase3 、Caspase12 表达，抑制JNK1/2磷酸化，升高葡萄糖调节蛋白78(GRP78)表达等线粒体途径或内质网途径抑制神经细胞发生凋亡，发挥神经保护作用。

3 小结与展望

综上所述，黄芪甲苷具有抗炎、抗病毒、抗凋亡、免疫调节、促进细胞增殖、调控血糖、减缓衰老、抑制癌症等生物活性，并可通过保护血脑屏障，改善能量代谢，抑制炎症反应、氧化应激反应及神经细胞凋亡，发挥神经保护作用。黄芪甲苷生物活性的不断挖掘和证实，为将其开发成为临床药物奠定了理论基础，为进一步明确中药黄芪的具体药理作用提供了可靠依据。同时，笔者发现，黄芪甲苷的大量研究主要集中在黄芪甲苷的直接生物作用，而其在体内的具体代谢过程如何？其次级代谢产物有哪些？是否同样具有重要的生物学作用？尚缺乏研究。相信随着对黄芪甲苷、黄芪以及传统中药研究的不断深入，这些疑问都可以找到答案，祖国中医中药事业也一定会逐渐走向标准化、系统化和国际化，为人类健康做出巨大贡献。

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(2017-04-01 收稿)

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*河北省应用基础研究计划重点项目：No.16967756D；河北省普通高校高层次人才科学研究计划项目：No.GCC2014031；河北省博士学位点科研能力建设项目：No.169677128D；河北省研究生创新资助项目：No.冀学位[2016]3号

高维娟，女，医学博士，教授，博士研究生导师。

R285.5

A

1007-5615(2017)03-0054-04

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