植物雌激素在脑缺血再灌注损伤中神经保护机制的研究进展*

2019-02-11郭敏敏王勇

四川生理科学杂志 2019年2期

郭敏敏王勇

(广西肿瘤免疫与微环境调控重点实验室，广西桂林 541004)

脑卒中(又称脑中风、脑血管意外)具有“五高”特点(高发病率、高致残率、高死亡率、高复发率、高经济负担)，是我国人口死亡的首要原因。根据《中国脑卒中防治报告(2017)》，我国脑卒中的发病率和患病率都在逐年上升[1]。脑卒中是一种急性脑血管疾病，通常所说的脑卒中是指脑血管突然破裂或阻塞时，脑组织供血、供氧急剧下降而产生的脑损伤。临床上脑卒中可分为缺血性和出血性脑卒中，缺血性脑卒中所占比例大约为70%。因此缺血性脑卒中的治疗和研究在临床上有重要的意义和价值。

溶栓治疗是目前公认最有效的救治缺血性脑卒中的方法，然而溶栓治疗有非常严格的时间窗，如超出时间窗继续进行溶栓治疗，反而会导致脑缺血再灌注损伤(Cerebral ischemia reperfusion injury，CIRI)，使病情加重。目前研究发现缺血再灌注损伤的发生机制主要包括：钙调节失调、内质网应激、炎症、氧化应激、能量代谢紊乱等[2]。

根据临床观察发现，脑卒中有性别差异，即男性较同龄女性发生脑卒中概率高[3]，而且此种“雄性易患”现象也在脑缺血再灌注损伤的动物模型中得到证实[4]。研究表明，脑卒中的此种性别差异与雌激素相关，雌激素有神经保护作用[5]。因此，雌激素替代疗法(Estrogen replacement therapy，ERT)为脑卒中的防治提供了新的思路。然而，传统的雌激素替代疗法在一定程度上也增加了增加乳腺癌、子宫内膜癌、卵巢癌等的发病风险，限制了雌激素在临床上防治脑卒中的应用。，开发不良反应少的类雌激素效应的化合物已成为现代脑卒中药物研究的热点之一。植物雌激素(Phytoestrogen，PE)作为一类天然杂环多酚类化合物，其结构与人体内源性雌二醇相似，进入体内后在不同生理条件下可产生雌激素样作用和抗雌激素样作用。相对内源性雌激素而言，植物雌激素能极大地减少雌激素替代疗法的某些副作用。因此，近年来植物雌激素在脑缺血再灌注损伤中的药理学作用研究受到了人们的广泛关注。本文将对植物雌激素在脑缺血再灌注损伤中相关的神经保护机制的研究进展进行综述。

1 植物雌激素的来源、特性与分类

植物雌激素是一类从植物中提取的具有杂环多酚的生物活性物质，其结构与内源性雌激素雌二醇类似。植物雌激素虽也同雌二醇一样能与体内的雌激素受体(ERα与ERβ)结合，但其活性仅为雌二醇的1/1000～1/10万，相对较低的活性使其在体内不同生理条件下产生不同的作用。当内源性雌激素浓度较高时，植物雌激素竞争性结合雌激素受体后，能降低雌激素的作用，产生抗雌激素作用；而当内源性雌激素浓度较低时，植物雌激素与雌激素受体结合后，能增强雌激素的作用，产生雌激素样作用。此外植物雌激素还具有调整雌激素受体比例、降低雄激素水平、抑制雌激素合成酶等作用[6]。植物雌激素除了具有上述共性外，还具有其它各自的特性。

植物雌激素作为一类能够与雌激素受体结合产生调控作用的化合物，根据其化学结构的不同，主要分为异黄酮类(Isoflavones)、香豆雌酚类(Coumestrol)、木酚素类(Lignans)、二苯乙烯类(Stilbenes)。

异黄酮是以3-苯基苯并二氢吡喃为基本结构的一类植物雌激素，目前已知的异黄酮有12种，其中3种以苷元形式存在，另外9种以葡萄糖苷形式存在。主要有芒柄花黄素(Formononetin)、鹰嘴豆素A(Biochanin A)、葛根素(Puerarin)、毛蕊异黄酮(Calycosin)、染料木素(Genistein)、黄豆苷元(Daidzein)、淫羊藿苷(Icariin)、鸢尾黄酮苷(Tectoridin)等，广泛存在于豆科、苋科、桑科、蝶形花亚科、蔷薇科、鸢尾科等植物中。

香豆雌酚是以苯并α-吡喃酮为主要结构的顺式邻羟基桂皮酸内酯类化合物，自然界中主要存在于苜蓿属及部分豆类中。主要有补骨脂素(Psoralen)、蛇床子素(Osthole)、拟雌内酯(Coumestrol)、欧前胡素(Imperatorin)、异补骨脂素(Isopsoralen)等，也可根据结构将其分为呋喃香豆素、吡喃香豆素、简单香豆素、异香豆素等。

木酚素是p-羟基苯乙烯单体氧化偶联的一类植物雌激素，有C6-C3基本骨架，大多呈游离状态，也有部分以糖苷形式存在于植物中。其分布主要在马兜铃科、夹竹桃科、爵床科等植物中，根据其结构的聚合状态不同可分为木脂素(Lignan)和新木脂素(Neolignan)两大类。主要包括异落叶松脂素(Isolariciresinol)、开环异落叶松树脂酚(Secoisolariciresinol)、松脂酚(Pinoresinol)、落叶松树脂醇(Lariciresinol)、7-羟基罗汉松脂酚(7-hydroxymatairesinol)、脱水开环异落叶松脂酚(Anhydrosecoisolariciresinol)、梣皮树脂醇(Medioresinol)、丁香脂素(Syringaresinol)、去甲二氢愈创木酸(Nordihydroguaiaretic acid)、和罗汉松脂素(Matairesinol)等。

二苯乙烯类植物雌激素主要有虎杖苷、反式白藜芦醇、白藜芦醇等，其主要以苷或苷元单体、二聚体、多聚体等形式存在于自然界中，存在于寥科、藓类等植物中。

2 植物雌激素在脑缺血再灌注损伤中的神经保护机制

2.1 植物雌激素对脑缺血再灌注损伤中内质网应激的影响

内质网是真核细胞中的一种重要细胞器，在脑缺血再灌注过程中引发的缺氧、酸中毒、ATP耗竭、Ca2+紊乱等代谢异常，可使内质网出现障碍，从而导致未折叠蛋白或错误折叠蛋白在内质网腔内积聚，这种反应即为内质网应激(Endoplasmic reticulum stress，ERS)。当内质网应激产生时，GRP78与内质网上三种跨膜蛋白即IRE-1(Inositol requiring protein 1)、PERK(PKR-like ER kinase)和ATF6(Activating transcription factor 6)解离，促使未折叠或错误折叠蛋白恢复正确构象，同时激活下游的CHOP[7]。

三七皂苷R1(Notoginsenoside R1，NGR1)是一种从三七中提取出来的植物雌激素，其具有多种生物学特性，包括抗氧化、抗炎、抗凋亡和神经保护作用等[8, 9]。Yan Wang等研究发现，在原代神经元的氧糖剥夺模型中，GRP78与PERK/IRE-1结合减弱，而NGR1处理后这种结合力明显增强，说明NGR1可减轻内质网应激，对脑缺血再灌注损伤发挥保护作用[10]。川陈皮黄素(Nobiletin, NOB)是一种从柑橘果皮分离出来的生物类黄酮和多酚化合物，研究证实它参与凋亡、炎症和血管生成等[11-14]。Ziru Li等研究发现，氧糖剥夺的原代神经细胞GRP78和CHOP蛋白水平升高，而NOB处理后降低了这两种蛋白表达水平，说明NOB可以减缓内质网应激，保护受损的神经细胞[15]。因此，植物雌激素可能在脑缺血再灌注损伤中通过减缓内质网应激发挥神经保护作用。

2.2 植物雌激素对脑缺血再灌注损伤中自噬的调节作用

自噬是将自身蛋白质或者细胞器吞噬并包裹形成囊泡，与溶酶体结合并降解，使之重新回收利用的过程。自噬可分为大自噬，小自噬和分子伴侣介导的自噬。自噬分解代谢过程由许多自噬相关蛋白介导，包括LC3(Microtubule-associated protein light chain 3)、Beclin 1和p62(Nucleoporin p62)等。近年来研究发现，脑缺血后的再灌注损伤能引起炎症、氧化应激和内质网应激反应，并可诱导自噬[16].

毛蕊异黄酮是从黄芪中提取的一种植物雌激素，Yong Wang等研究发现，脑缺血再灌注大鼠脑组织中p62的水平降低，而毛蕊异黄酮处理后促进了p62的表达[17]。姜黄素是从姜科、天南星科等植物的根茎中提取的一种植物雌激素，其具有抗炎、抗氧化及治疗耐药结核病等作用[18, 19]。Lifa Huang等在研究中发现，姜黄素可通过PI3K/Akt/mTOR通路下调LC3-II/LC3-I，抑制缺血再灌注模型大鼠自噬的激活，发挥神经保护作用[20]。因此，植物雌激素可能在脑缺血再灌注损伤中通过调节自噬来发挥神经保护作用。

2.3 植物雌激素对脑缺血再灌注损伤中氧化应激的作用

氧化应激是体内因氧化与抗氧化作用失衡，产生过多的活性氧(Reactive oxygen species，ROS)，进一步引发机体损伤的过程。脑是一个耗氧量和需氧量极高的器官，产生的氧自由基也较多，易受氧自由基的攻击，因此脑组织对氧化应激反应较为敏感。异槲皮素是一种从青藤，柿子等植物中提取的植物雌激素，因其具有抗炎、抗凋亡和抗氧化等作用，被尝试应用于某些神经系统疾病[21]。Yunyi Dai等研究发现，在脑缺血再灌注的动物模型中，异槲皮素可通过抑制Nrf2介导的氧化应激过程，减弱脑损伤[22]。因此，植物雌激素可能在脑缺血再灌注损伤中通过减缓氧化应激发挥神经保护作用。

2.4 植物雌激素对脑缺血再灌注损伤中炎症反应的影响

脑缺血再灌注损伤过程中，缺血灶内炎症细胞激活后产生大量炎性因子，形成一种相互增强、相互促进的级联反应，并可通过炎症信号通路使脑组织由缺血性损伤向炎症性损伤转变。因此炎症与脑卒中后的继发性损伤机制密切相关[23]。鹰嘴豆素A是一种天然的甲氧基化异黄酮。Wenbo Wang等研究发现，在脑缺血再灌注的动物模型中，TNF-α，IL-1β等炎性因子水平升高，而鹰嘴豆素A处理后降低这些炎性因子水平，同时抑制了缺血再灌注过程中p38 MAPK信号通路的激活，说明鹰嘴豆素A可能通过抑制炎症反应发挥神经保护作用[24]。

2.5 植物雌激素在脑缺血再灌注损伤中的其他保护作用机制

脑缺血再灌注损伤中神经细胞的凋亡过程包括内质网应激途径、死亡受体途径和线粒体途径，凋亡相关蛋白有Caspase蛋白家族、Bcl-2蛋白家族、TNF家族、细胞色素C、p53、TNFR-1等，Bax/Bcl-2比率的变化能直接影响受损神经细胞的存活和凋亡。有研究表明芒柄花黄素在大鼠脑缺血再灌注损伤中能降低Bax/Bcl-2值从而减少凋亡，产生神经保护作用[25]。染料木黄酮能通过降低线粒体内ROS水平、阻止细胞色素C释放、降低Caspase-3的活性从而抑制凋亡，产生神经保护效应[26]。在脑缺血再灌注中基质金属蛋白酶-9 (matrix metalloproteinase-9，MMP-9)大量增加，不仅直接造成脑损伤，也能损伤血脑屏障。植物雌激素白藜芦醇能通过抑制MMP-9的表达产生神经保护作用[27]。miRNA家族是一类小的单链非编码RNA，在体内通过RNA聚合酶和核糖核酸酶加工形成，作为miRNA家族中的成员miR-375，其在体内参与多种病理生理调节，包括细胞周期的调节、细胞增殖及凋亡的调控、胰岛素的分泌等[28]。有研究发现毛蕊异黄酮能通过调节miR-375与RASD1的表达，对大鼠脑缺血再灌注损伤发挥神经保护作用[29]。