黄芩苷治疗大脑缺血再灌注损伤的研究现状及展望❋

徐 甜，樊姝宁，邓 楠，马重阳，程发峰，王雪茜，王庆国

(北京中医药大学中医学院，北京 100029)

脑卒中是引起成人残疾和死亡的主要原因之一[1]，因其高发病率、高致残率、高致死率，已成为全球公共卫生领域面临的共同难题[2]。最新数据显示，新发卒中患者中缺血性卒中占比最大(69.6%)，是脑卒中最主要的类型[3]。缺血再灌注损伤是缺血性脑卒中后最重要的病理损伤之一，中药干预缺血再灌注损伤具有一定疗效[4]。

黄芩苷是黄芩的主要活性成分之一，研究表明其具有多种药理活性，如降压、镇静、保肝、利胆、抗菌等[5]。由于血脑屏障的存在，血脑屏障透过性是衡量药物对神经系统疾病潜在治疗作用的重要指标。有数据显示，黄芩苷能快速穿透血脑屏障进入脑脊液[6]，并在纹状体、下丘脑和海马体中大量富集[7]。药理学实验表明，黄芩苷具有抵抗大脑缺血再灌注损伤后兴奋性毒性、细胞凋亡、线粒体损伤、炎症反应等多重药理活性，是一种治疗缺血性脑卒中的潜在化合物[8]。本文旨在综述近年来黄芩苷治疗缺血性脑卒中的国内外文献，为以“黄芩苷”为代表的中药小分子抗缺血性脑卒中的临床治疗与科学研究提供更多的文献参考。

1 黄芩苷的药效学研究

缺血再灌注会直接导致神经细胞损伤，宏观表现为神经功能或认知功能的下降或缺失。体内体外实验均表明，黄芩苷对缺血再灌注后脑损伤具有缓解作用。无论是永久性还是短暂性大脑中动脉栓塞动物模型，黄芩苷均可显著缓解急性期神经功能损伤，降低大脑梗死体积[9-10]，其治疗时间窗或可长达4 h，具有良好的药物开发前景[11]。对黄芩苷抗缺血再灌注损伤的远期疗效观察中发现，损伤21 d后黄芩苷给药组大鼠神经功能明显改善，脑梗死体积明显减少，脑组织病理损害较缺血模型组明显减轻[12]。还有研究发现，黄芩苷干预后短暂性脑缺血大鼠在水迷宫测试中表现较好，大鼠认知功能有较大提升[13]。体外研究发现，黄芩苷及其类似物可以保护缺氧缺糖后神经元细胞PC12的损伤[14]，在原代海马区神经元和SH-SY5Y细胞缺氧模型中，黄芩苷也表现出类似的效果[15]。

2 黄芩苷的药理机制研究

2.1 抑制血脑屏障紊乱

血脑屏障是调控外周循环系统与中枢神经系统之间物质交换和信息交流的重要生理结构，血脑屏障功能对维持神经系统内环境稳态具有重要作用。黄芩苷能够降低缺血再灌注损伤后紊乱的血脑屏障透过率，并抑制大脑血管性水肿程度，下调基质金属蛋白酶9(MMP9)的表达，抑制基质金属蛋白酶系统活化并促进claudin-5和ZO-1的转录与表达[16]。由于脑微血管内皮细胞之间起连接作用的紧密连接复合物，是血脑屏障的重要结构基础之一[17]。这些分子如紧密连接蛋白Occludin、claudin-5、ZO-1、基质金属蛋白酶(MMPs)等，对维持血脑屏障的正常功能具有重要意义。此外，黄芩苷对血脑屏障的药理作用还涉及蛋白质修饰层面，如降低内皮细胞丝氨酸/苏氨酸激酶家族(PKCs)水平，降低缺氧诱导下紧密连接蛋白的磷酸化，抑制这些紧密连接蛋白的降解[18]。

2.2 抗兴奋性毒性

兴奋性毒性是缺血再灌注损伤的关键病理机制。缺血再灌注发生后，神经元或星形胶质细胞均可大量释放兴奋性神经递质天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)，导致渐进性神经损伤[19]。以谷氨酸为例，细胞外高水平的谷氨酸导致细胞内Ca2+超载，从而造成兴奋性毒性。Ca2+/calmodulin(CaM)依赖性蛋白激酶II(CaMKII)在介导急性兴奋毒性损伤后导致细胞死亡的一些生化事件中发挥关键作用[20]。目前研究显示，黄芩苷抗兴奋性毒性作用可能基于以下3个途径：一是甘氨酸、氨基乙磺酸和γ-氨基丁酸(GABA)可以抑制性神经递质(IAA)，可以抑制兴奋性神经递质(EAA)引起的神经细胞大量活动[21]。研究表明，黄芩苷可显著降低大鼠脑组织内甘氨酸的含量，升高GABA含量[22]，从而抵抗EAA诱导的兴奋性毒性；二是黄芩苷能够通过激活CaMKII磷酸化，逆转兴奋性氨基酸诱导细胞内Ca2+水平的升高，并抑制血脑屏障的损伤[15]；三是神经元中N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDARs)能够引起Ca2+内流，促进caspase-3活性的增加，诱导细胞凋亡[36]，黄芩苷能够显著下调兴奋性氨基酸受体，如NMDARs的表达[15]。因此，黄芩苷对大脑缺血再灌注损伤的抑制作用可能与作用于兴奋性毒性信号通路的上下游多个靶标有关。

2.3 抗氧化应激

缺血再灌注损伤后，细胞内会产生包括活性氧和活性氮在内的自由基，诱导细胞启动死亡进程。目前药物研究发现，一些以氧化应激为靶点的自由基清除剂和抗氧化剂均具有缓解大脑缺血再灌注损伤的药理活性[23]。黄芩苷是天然黄酮类化合物，该类化合物被广泛证实具有直接清除活性氧自由基的生物活性[24]。除了直接清除自由基的化学特征外，黄芩苷也被证实能够通过提高一些抗氧化酶的表达水平和活性，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、黄嘌呤氧化酶(XOD)等，显著抑制缺血模型脑内活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)水平[25]。体外过氧化氢诱导的原代神经元损伤氧化应激模型显示，黄芩苷能够显著提高细胞活力，降低乳酸脱氢酶LDH渗漏，增强SOD活力[18]。核因子E2相关因子2(Nrf 2)是细胞内抗氧化应激和维持氧化还原平衡的重要信号。通过促进抗氧化酶的转录，如醌氧化还原酶1(NQO1)和血红素加氧酶1(HO1)，发挥强大的抗氧化作用[26]。黄芩苷能够激活Nrf 2进入细胞核内，进而促进NQO1和HO1的表达，抑制氧化应激损伤并发挥神经保护作用[27]。实际上，细胞内高水平的ROS会继续损伤线粒体功能，诱导线粒体途径凋亡和自噬[28]。还有研究表明，黄芩苷抑制发动蛋白相关蛋白1(Drp-1)的表达，促进线粒体融合蛋白2(MFN2)的表达，减少线粒体的分裂。单磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMPK)能调节ROS的生成，敲除AMPKα1显著抑制黄芩苷的抗脑缺血作用，因此黄芩苷的药理作用可能与调控AMPK的激活有关[29]。

2.4 抑制细胞凋亡

缺血再灌注损伤可以通过多条途径诱导细胞凋亡，包括外源性途径和内源性途径。内源性途径多与半胱氨酸依赖性蛋白酶(caspase)的激活，线粒体外膜释放细胞色素C等凋亡相关蛋白的激活有关，外源性途径多与配体-受体相互作用信号的启动有关，诱导caspase蛋白直接激活[30]。体内实验发现，黄芩苷能够显著抑制全脑缺血再灌注大鼠模型海马区神经元的凋亡水平，降低环氧化酶(COX2)的水平[31]。体外研究也表明，黄芩苷处理能抑制PC12缺血再灌注损伤后细胞凋亡水平，该过程可能与调控线粒体功能有关[29]。黄芩苷还能够抑制局灶性缺血再灌注模型神经细胞凋亡水平，促进抗凋亡蛋白髓性白血病细胞分化蛋白1(MCL1)和B细胞淋巴瘤2(BCL2)的转录和表达，其具体机制可能与心肌素相关转录因子- A (MRTF-A)水平升高有关[32]。除了上述凋亡相关蛋白外，200 mg/kg黄芩苷干预还能显著增加缺血沙鼠脑中的细胞外调节蛋白激酶(ERK)活化，降低c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38的活化[33]，这表明黄芩苷能够通过影响丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号通路发挥抗凋亡作用。还有研究认为，黄芩苷的抗凋亡作用可能涉及细胞核外的遗传信息调控过程，如下调microRNA-192-5p等[34]。与脑缺血研究不同，黄芩苷在肿瘤药理学研究中被发现，可以促进多种肿瘤细胞的凋亡过程并发挥抗癌作用[35-36]，且多数实验研究黄芩苷给药剂量较为类似。因此，黄芩苷在凋亡方面具有双向调节作用，可能与疾病所处的病理状态有关。

2.5 抗炎症反应

脑缺血后，脑内的炎症反应是造成神经损伤的重要原因之一[37]。越来越多的证据表明，黄芩苷抗脑缺血作用可能与抑制炎症反应有关。黄芩苷及其类似物可以抑制TLR2/TLR4受体的表达和下游信号的激活，抑制NF-κB的激活，减少环氧酶2(COX2)、肿瘤坏死因子(TNF)、白介素6(IL6)、白介素1β(IL-1β)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)等促炎因子的表达[38]。此外最近研究表明，细胞内的NOD样受体(NLRs)也是与缺血性脑卒中密切相关的重要模式识别受体之一，该分子家族能够激活NF-κB通路和MAPK通路诱导下游炎症反应[39]。值得注意的是，NOD2在BV2小胶质细胞、PC12神经元细胞和原代神经元细胞缺氧再灌注处理后均有较高的表达水平，即细胞内的NOD样受体(NLRs)不仅可以在小胶质细胞中被激活，而且可以在神经元中被激活[40]。黄芩苷不仅可以抑制缺血损伤后BV2小胶质细胞系中NOD2蛋白的表达，还可影响原代神经元及神经元细胞系PC12中NOD2的激活[41]。因此，黄芩苷的抗炎作用可能调控与神经元、小胶质细胞等多种神经血管单元的组成细胞分泌的炎性分子有关。

3 小结与展望

黄芩的药用价值最早记载于《神农本草经》：“主诸热黄疸，肠澼泄痢，逐水，下血闭，恶疮疽蚀火疡”，在临床上用于多种内外科疾病的治疗。黄芩苷作为黄芩的主要活性成分之一，其抗脑卒中的作用受到研究者的广泛关注。黄芩苷能够作用于缺血性脑卒中后的多个病理环节，如神经功能损伤、血脑屏障破坏、氧化应激、细胞凋亡、兴奋性毒性、炎症反应等。此外，黄芩苷还具有明显的多靶点效应，能够对多条生物信号通路上的重要蛋白表达水平和激活状态进行调节。实际上，黄芩苷的直接作用靶点并未得到充分讨论，相关靶点在复杂生物分子网络中的作用也并未详细阐释。近年来，生物信息学、网络药理学和生物数据挖掘技术的发展，给天然多靶点小分子药物的药理研究带来了新的契机。通过对药物差异表达和直接作用靶点的分析，传统药物的新型药理作用和潜在机制被逐渐了解和发现。我们认为，从分子网络复杂性的角度研究黄芩苷抗脑卒中的潜在药理机制，从而明确直接和间接作用靶点，发掘潜在的信号通路，是认识和理解黄芩苷药理作用的有效途径。此外，以黄芩苷为先导化合物进行化学结构修饰，或引入新型纳米量级载药系统辅助促进黄芩苷进入血脑屏障发挥药效，对设计和研发更有效的抗缺血再灌注损伤类药物意义重大。