中医药调控脑缺血MAPK信号通路的研究进展

董晓红 王悦阳 贺紫薇等

[摘要] 脑缺血常伴发于缺血性卒中、老年性痴呆、血管性痴呆等多种神经系统疾病的进程中，缺血后病理损伤的机制十分复杂，长期脑缺血可引发进行性神经功能和认知功能障碍。目前治疗脑缺血的药物种类有限，并且大多数还处在试验阶段。MAPK信号转导是真核细胞重要的信号通路，受多种因素的调控，在中枢神经系统中广泛表达。研究表明，MAPK家族中的ERK1/2、JNk、p38及与之相互作用的Caspase-3、Akt、Nrf2、NF-κB等信号通路参与了脑缺血早期病理生理机制的信号转导。本文结合这些信号通路及其相关基因和蛋白研究，综述了中医药对脑缺血神经元的保护作用机制，为临床治疗脑缺血提供了理论依据，也为通过MAPK途径发挥脑保护作用的中药研发奠定了基础。

[关键词] 中医药;脑缺血;MAPK信号通路;研究进展

[中图分类号] R743          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）02（a）-0047-05

[Abstract] Cerebral ischemia is often associated with various neurological diseases such as ischemic stroke， Alzheimer disease and vascular dementia. The mechanism of pathological injury after cerebral ischemia is very complicated. Long-term cerebral ischemia can cause progressive neurological dysfunction and cognitive dysfunction. At present， there are limited kinds of drugs for cerebral ischemia， and most of them are still in the experimental stage. MAPK is an important signal pathway in eukaryotic cells， which is regulated by many factors and widely expressed in the central nervous system. Studies have shown that ERK1/2， JNk， p38 of Mark family interacting with the signal pathways like caspase-3， Akt， Nrf2， NF-κB and others are involved in signal transduction of early pathological and physiological mechanisms of cerebral ischemia. Combining these signaling pathways with researches of its related gene and protein， this paper reviews the protective mechanism of Chinese medicine on cerebral ischemic neurons in order to provide a theoretical basis for the clinical treatment of cerebral ischemia and lay the foundation for the development of traditional Chinese medicine which can play the role of brain protection through MAPK.

[Key words] Traditional Chinese medicine; Cerebral ischemia; MAPK signal pathway; Research progress

腦缺血是由多种原因导致的脑供血不足而引起相应神经系统症状的疾病，其中慢性脑缺血是一种常见的病理状态，伴发于缺血性卒中、老年性痴呆、血管性痴呆等多种神经系统疾病的进程中。缺血后病理损伤的机制十分复杂，尤其长期脑缺血可引发持久性或进行性神经功能障碍和认知功能障碍。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是将细胞外刺激信号传导到细胞内部的重要传递者[1]。脑缺血缺氧后，存在于中枢神经系统中的MAPK信号转导途径即被活化，对神经元的生存与凋亡起着重要的调控作用[2]。随着科研方法的进步，中医药治疗方法在抗脑缺血方面取得了长足的进步[3]，本文综述了近十年来中医药对脑缺血MAPK信号通路的干预作用及疗效研究。

1 MAPK信号通路概述

研究显示中枢神经系统中有MAPK信号传导通路的广泛表达，生长因子、神经递质和神经营养因子等细胞外刺激通过MAPK信号传导途径影响神经元突触传递、重构及其形态的分化和存活，从而参与神经系统脑缺血的病理过程。Wu等[4]利用线栓法制作小鼠大脑中动脉阻塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型，发现脑缺血区的c-Jun N-末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38 MAPK、细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular signal regulated protein kinase，ERK1/2）活性分别增加，缺血后2 h达到峰值，这种实验结果提示MAPK参与了脑缺血的信号转导。当MAPK磷酸化底物（如核转录因子和其他蛋白激酶）被激活时，可以调节相关基因的转录，从而在细胞恶性转化和凋亡的病理过程中起着至关重要的作用。其中有5条较为明确的MAPK信号转导途径已经在真核细胞中被发现了，即ERK1/2、JNK、p38、ERK3/4和ERK5亚家族，其中前3条是MAPK家族中重要成员[5-6]。

2 中医药与脑缺血MAPK信号通路

2.1 ERK1/2信号传导通路

ERK1/2是MAPK家族的重要成員，主要分布在细胞质中。ERK1/2信号通路在受到氧化应激、缺血和神经递质等刺激时可被激活，它主要调节转录因子被磷酸化的转录活性。黄昕等[7]研究表明补阳还五汤通过激活ERK/CREB信号通路，调节了相关基因的转录，发挥了类激素作用，促进了脑缺血大鼠海马DG区神经组织的再生。近年来，主要成分为黄芩苷（Baicalin）的清开灵注射液被广泛应用于急性脑血管病的临床治疗中，它具有抗炎及抗氧化应激等功效，李嘉瑶等[8]对MCAO模型大鼠采用了免疫组织化学的方法检测了黄芩苷治疗后半暗区的ERK1/2表达，结果显示黄芩苷通过抑制ERK1/2的表达减少了神经元凋亡和降低了神经功能评分。王巧云等[9]探讨了人参皂苷Rg1抗脑缺血损伤大鼠海马神经元凋亡的作用机制，与模型组相比，人参皂苷Rg1给药组神经功能缺损评分下降，细胞凋亡率减少，海马CA1区p-ERK1/2蛋白表达增高，神经元存活率增加。刘琴等[10]对MCAO大鼠采用了针刺配合亚低温的治疗方法，并观察其对大鼠神经功能、p-ERK1/2及神经细胞凋亡情况的影响，结果显示以上三项观察指标所得数值均明显降低，阐明了中医针刺结合亚低温疗法可以通过调控ERK1/2信号通路对脑缺血起到较好的治疗效果。

2.2 JNK信号传导通路

JNK可以被细胞外应激信号激活，因此JNK也被称为应激活化蛋白激酶（stress activated protein kinase，SAPK）。JNK由JNK1、JNK2和JNK3组成，JNK1、JNK2的表达具有广泛性，JNK3局限于脑。MKK4/7蛋白激酶在被其上游的活化因子细胞内丝/苏氨酸蛋白激酶MLK3激活后，可以启动JNK应激信号通路[11]。近年来，大量的实验证明，JNK通路在介导脑缺血细胞凋亡中起着关键的作用[12-13]。李艳等[14]对MCAO/R大鼠采用了经腹腔注入黄芪注射液的干预方法，结果观察到大鼠海马区神经元凋亡数量明显减少，JNK3和JNK3 mRNA表达下降，而动物神经行为功能明显提高，得出黄芪注射液可以通过抑制JNK3信号通路而减少神经元凋亡的结论。姜黄素（Curcumin）是从姜黄根茎中提取的酚类化合物，色泽稳定，毒性低，武静茹等[15]通过大鼠脑缺血再灌注前给予腹腔注射姜黄素的实验发现了海马神经元凋亡率及JNK的磷酸化水平均降低，认为可能是抑制了JNK信号通路的激活起到了神经保护的作用。何芳等[16]研究结果表明，由三七、栀子、冰片组成的清脑滴丸能通过抑制JNK信号通路，减少脑梗死面积。杨薇等[17]实验证明由天麻、半夏、胆南星等药物组成的化痰通络方可以通过降低内质网应激诱导的细胞凋亡中JNK mRNA的表达水平，降低应激脑神经细胞的不可逆死亡率，从而达到对脑缺血再灌注损伤的治疗目的。

2.3 p38信号传导通路

p38是MAPK中的一种亚型，在大鼠脑缺血损伤区p38的表达和活性明显增加，下游转录因子在其作用下而被磷酸化，从而促进炎性因子的增加，导致脑缺血时神经元的死亡。而抑制p38通路的活性可以降低大鼠脑缺血再灌注损伤的概率[18]。乐尔脉是中医的复方制剂，它由当归和莪术等组成，用于脑栓塞的治疗，王胜春等[19]采用MCAO大鼠探讨p38与炎症诱导脑缺血损伤的关系，结果表明乐尔脉能减轻脑水肿和梗死面积，减轻炎症级联反应引起的血脑屏障损伤，而且抑制炎性因子与抑制p38信号通路激活有关。阿魏酸钠（SF）是阿魏酸的钠盐，是当归、川芎这两味活血化瘀中药共有的有效单体成分，李子广等[20]探讨了SF对脑缺血再灌注损伤的保护机制，缺血再灌注组在不同浓度下加入SF，检测p38的表达和细胞凋亡情况，结果显示SF可通过抑制p38磷酸化从而减少神经元凋亡。Gong等[21]研究表明，甘草素（GL）抑制了从大脑皮层到血清的高迁移性组蛋白B1（HMGB1）的释放，说明了p38信号通路与炎症和氧化应激相关分子的表达下降有关。刘飞来[22]实验结果表明，脑缺血通过活化p38通路诱导增加炎性因子的释放，如TNF-α、IL-1β，导致大鼠局灶性脑缺血再灌注后海马神经元损伤，造成大鼠学习和记忆障碍，通过电针与针刺百会和神庭两穴可以抑制海马区p38通路的表达，改善大鼠缺血性脑卒中后认知功能障碍。此外，在脑缺血再灌注中化浊解毒活血通络方、千金藤素也被证明可以通过抑制p38通路达到抗氧化和抗凋亡的效果。

3 中医药与脑缺血MAPK相关信号通路的研究

脑缺氧和缺血后，MAPK、PI3-K/Akt、NF-κB及JAK-STAT等负责调控细胞生存和凋亡的信号转导通路即会被激活。不同的传导通路在不同时间被激活，相同信号转导通路位于不同脑区激活的时间也可以不相同，不同的信号转导通路之间又可以相互影响，它们共同参与构建了调控神经细胞存活和死亡的转导通路网络[23]。

3.1 MAPK信号转导通路和Caspase-3、Akt

Caspase-3被认为是半胱氨酸蛋白酶（Caspase）家族中的关键蛋白酶，被多种细胞凋亡刺激因子激活，Caspase-3是蛋白酶级联反应细胞凋亡的重要途径。Akt是神经生长因子诱导中枢神经细胞生存的关键介质。Shimoke等[24]证明了MAPK路径与Caspase-3和Akt路径相互作用，抑制神经元及胶质细胞中的ERK的活性，则可激活依赖Caspase活化的p38，如果抑制Caspase的上游信号通路PI3-K/Akt则可阻断上述过程对p38的激活，该研究还报道了在小脑颗粒细胞中阻断PI3-K的激活，则Akt的激活也被抑制，但却会促进JNK的激活。另一方面，如果激活PI3-K/Akt通路则会抑制JNK的激活。李令建等[25]证明了电针对MCAO大鼠的神经保护作用，电针的作用机制可能是增强Akt和PI3-K的表达，激活PI3-K/Akt信号转导通路，增加Bcl-2的表达，降低Bax蛋白的表达。徐愉林等[26]探讨了补阳还五汤（BYHWT）的药物疗效和作用机制，结果显示BYHWT 给药组神经功能缺损评分、脑梗死体积比和Akt、p38 MAPK蛋白表达水平均较模型组明显降低，证明了BYHWT对大鼠的神经保护作用与调控Akt和p38 MAPK信号通路有关。田军彪等[27]运用化浊解毒活血通络方对MCAO大鼠进行干预，得出结论化浊解毒活血通络方通过作用于p38 MAPK信号通路，下调Caspase-3的表达抑制脑细胞的凋亡，达到了神经保护的作用。

3.2 MAPK-Nrf2信号通路的研究

核因子相关因子（Nrf2）是控制机体或细胞对抗异物和氧化损伤的一个关键因子。Nrf2途径是重要的内源性抗氧化途径，当人体或细胞受到活性氧、亲电物质或上游信号通路（如激酶通路等）的刺激时，Nrf2被激活并从细胞质结合蛋白（Kelch-like ECH-associated protein-1，keap1）中分离进入细胞核，激活目标基因的转录[28]。张宇等[29]认为Nrf2-keap1是一种重要的抗氧化信号转导通路，Nrf2-keap1信号通路在脑缺血病理过程中可能是通过激活下游血红素氧合酶-1（HO-1）的表达从而发挥其抗氧化应激、抗凋亡、抗炎症等作用。于洋等[30]研究发现具有补肾止渴、益气生津功效的五味子提取物（Fructus Schisandrae extracts，FSE）可显著转导Nrf2的核移位，负性调节Keap1蛋白的表达，并通过Nrf2信号途径诱导P-糖蛋白（P-gp）、HO-1的转录。FSE激活Nrf2信号通路的机制可能与ERK、p38磷酸化Nrf2，促进Nrf2入核增加有关。

3.3 MAPK与炎症传导通路NF-κB的关系

NF-κB是早期核转录因子，NF-κB p65为NF-κB转录家族的重要成员，在炎性反应中发挥着核心作用。在正常生理条件下，NF-κB是以无活性形式存在于细胞质中，当受到其他外部抗原刺激后可以被激活并转移到核内，调节下游炎性因子的表达。MAPK转导途径在炎症介质的调节中承担重要角色作用，它主要包括JNK、ERK1/2和p38介导的3个途径。激活p38、ERK1/2、JNK均可激活NF-κB，造成核转位，促进炎性反应[31-32]。淫羊藿是我国传统的补益药物，它的主要有效成分是淫羊藿总黄酮（TFE），具有调节神经系统功能、抗炎及延缓衰老的功效，宋来新等[33]研究结果表明，TFE可降低自然衰老组MAPK的磷酸化水平，降低胞核NF-κB p65蛋白及其下游炎性因子IL-1β、TNF-α和COX-2等的表达。Hu等[34]研究发现瓜蒌桂枝汤治疗MCAO大鼠可以通过抑制NF-κB的激活和MAPK磷酸化，从而减少NO、PGE2的产生及COX-2的表达，证明了瓜蒌桂枝汤是一种潜在的治疗脑缺血的药物。芍药苷（paeoniflorin，PF）是中国传统中药白芍的主要成分，研究证实PF具有防治脑缺血损伤的作用，Guo等[35]研究发现，PF 可以抑制JNK和p38 MAPK的激活，增强ERK的激活，并可以通过抑制MAPK/NF-κB介导的脑组织炎性反应，对脑缺血的大鼠产生神经保护作用。

本文从MAPK信号通路角度阐明了单味药、复方及针刺等中医治疗方法通过多途径、多环节、多靶点治疗脑缺血的作用机制，为脑缺血的临床治疗提供了理论依据。目前，大多数研究仍处于实验阶段。与系统连贯、多种机制综合研究相比，大多数实验还处于零散的、单一机制的研究。单味中药及有效成分的研究多于中药复方，不利于中药协同作用的发挥，这在今后的研究中值得反思和重视。

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（收稿日期：2018-05-13  本文编辑：张瑜杰）