天麻治疗脑缺血再灌注损伤的研究进展

张光云 童 英 杨丽萍 赵晨勋 罗 苑 徐文立 段小花 陈 普

云南中医药大学/云南省傣医药与彝医药重点实验室，云南 昆明 650500

脑缺血再灌注损伤(Cerebral Ischemia Reperfusion Injury，CIRI)是指脑组织缺血后一定时间恢复血液供应，出现的更加严重的脑机能障碍现象，是在脑缺血基础上发生的病理过程。在这过程中，脑血流中断、血流恢复使脑组织发生一系列快速级联反应，包括能量代谢障碍、兴奋性氨基酸的毒性释放、自由基生成增加、细胞内钙稳态失衡、线粒体功能障碍及细胞凋亡通路被激活等(见图1)，这些因素彼此关联，相互重叠，最终导致缺血区细胞凋亡或坏死，致脑机能发生障碍[1-2]。目前西医治疗CIRI采用的药物主要有钙通道阻滞剂、谷氨酸受体拮抗剂、抗氧化剂、凋亡抑制剂等，因CIRI病理机制复杂，治疗CIRI时并不能实现多靶点治疗，且在用药过程中存在一定的副作用，常不能取得预期治疗效果。因此，越来越多的研究者关注从草药中提取治疗CIRI的天然产品。天麻(GastrodiaelataBlume)作为云南的道地药材，为多年生兰科草本植物，是一味常用而较名贵的彝药；其性味甘、平，归肝经，具有息风止痉、平抑肝阳、祛风通络的功效[3]。现代药理学研究表明天麻具有保护脑神经、抗氧化、抗血小板、抗炎、减少NO、抗细胞凋亡等多种药理作用，可能在CIRI中能发挥安全有效，多靶点的治疗作用，成为解决现代医学在治疗CIRI时遇到难题的最佳选择药物。因此，积极寻找天麻治疗脑缺血再灌注损伤的有效活性成分具有重要的临床意义。

1 天麻提取物

据报道[6-7]，天麻提取物可通过抗氧化，抗炎，抗血小板聚集，调节NO等作用保护CIRI的脑组织，但不同的提取物之间作用机制存在差异。

1.1 天麻乙酸乙酯提取物 有实验已经通过天麻总体提取物和天麻乙酸乙酯提取物在大鼠脑缺血再灌注损伤模型上研究得出，天麻对CIRI具有一定的保护作用，其机制与通过阻滞Ca2+通道，抗氧化，降低iNOS、nNOS活性，减少NO而起保护作用[8-9]。针对天麻抗氧化的活性强弱，研究者还发现只有在加热温度超过60 ℃，pH调整至6～7，避光，避免和富含Cu2+的物质接触时天麻提起物才能保持较高的抗氧化活性[10]；这对发挥天麻的药理作用具有很好的实用价值。此外，血脑屏障(Blood-brain Barrier,BBB)在维持中枢神经系统内环境稳定方面具有重要作用，在再灌注过程中，各种因素导致BBB遭到破坏，引起局部或广泛的通透性增加，导致血管源性脑水肿使脑损伤加重，形成恶性循环，从而引起脑神经继发性损伤，为此血脑屏障破坏是脑缺血引起中枢神经病变重要的标志及死亡的主要危险因素之一[11]。通过使用大鼠脑缺血再灌注损伤(Middle Cerebral Artery Occlusion/Reperfusion, MCAO/R)模型，研究[12]证明天麻提取物对脑缺血再灌注损伤导致的血脑屏障破坏具有一定的保护作用，其可增加血管内皮细胞紧密连接蛋白Occludin，Claudin-1，Claudin-5的表达，促进血管内皮细胞的增殖及激活血管内皮细胞和星型胶质细胞Nrf2通路并增加其下游蛋白BDNF，HO-1，NQO1表达。

1.2 天麻水提物 Caspase是一类酶元，缺血性脑损伤时Caspases家族发挥着重要的作用，它是细胞凋亡过程中的启动者和执行者，当死亡信号诱导复合物DISC，引起Caspases-8被激活，同时激活下游的Caspases-3、6、9，进而引起细胞凋亡[1]。研究[13]发现，天麻水提物治疗MCAO /R模型时，可减少caspase-8蛋白酶的表达，表明天麻水提取物具有减少神经细胞凋亡和保护大脑的作用。神经生长因子可以抑制细胞凋亡、促进细胞增殖和血管生成，是中枢神经系统中最重要的生物活性物质，对促进神经元生长发育、维持神经元存活、参与受损神经元的修复具有重要作用[14]；据报道[15]，天麻水提取物可调控NGF和BDNF等神经营养因子的表达，对H2O2诱导损伤的SH-SY5Y细胞具有保护作用。

1.3 天麻醇提取物 过度释放谷氨酸及相关兴奋性氨基酸可能在神经元损伤的发病机制中起重要作用[16]。研究[17]显示天麻甲醇提取物醚部分对红藻氨酸诱导的神经毒性具有保护作用，可延迟海马CA1区神经行为改变的发生时间，减轻CA1和CA3区域的神经损伤。此外，50%乙醇提取物通过减少神经元一氧化氮合酶、小胶质细胞活化和凋亡，对经红藻氨酸处理的大鼠的神经元损伤具有保护作用[18]；无论是有机溶剂提取物还是水提物，实验证明均能通过抑制果蝇和PC12细胞的凋亡和减少氧化应激来降低对淀粉样蛋白诱导的神经毒性[19]；此外，天麻提取物被证明可促进神经再生，对应激相关蛋白和神经保护基因有显著抑制作用[20-21]。这些结果有力地表明，天麻可以作为一种有前途的神经保护中草药。

1.4 天麻多糖 天麻多糖类化合物是天麻中有效成分的重要组成，近年来研究发现天麻多糖类化合物是一种免疫调节剂，其能激活免疫细胞、提高机体的免疫功能，而对正常细胞无毒副作用，且具有抗氧化和修复缺血性脑组织的作用。如：研究[22-24]发现天麻多糖能明显提高小鼠血清中超氧化物歧化酶(T-SOD)活性，降低血清中过氧化脂质降解产物(MDA)含量；且一定浓度的天麻粗多糖及纯化多糖对羟自由基(·OH)、超氧阴离子自由基(O2-·)都有一定的抑制能力；说明天麻多糖具有很强的抗氧化能力，是未来研究天麻活性成分治疗CIRI的重要物质基础。在缺血性脑组织修复上有实验证实天麻多糖可促进额叶皮质巢蛋白和干细胞因子表达增加，促进神经元修复，从而保护缺血区脑组织[25]；另有实验观察到天麻多糖可减轻 Meynert 基底核神经元受损，增加BDNF、SCF及VEGF的蛋白表达，与相关研究结果一致[26]，提示应用天麻多糖可促进脑缺血后神经血管相关因子的表达增高，修复受损神经元，发挥神经保护作用，改善神经功能缺损。

2 天麻单体

天麻具有丰富的化学成分，所报道的近百个化合物中有酚类、多糖类、甾醇、有机酸、氨基酸类及多肽类等，活性成分以酚类和多糖类为主[27-28]。多糖类前文已对其进行阐述，此部分主要集中在天麻的酚性成分在CIRI上的研究。

2.1 天麻素 天麻素是一种酚苷类物质，是天麻的主要生物活性成分。EAA诱导的神经毒性被认为是缺血性脑损伤的主要病理机制。天麻素保护脑免受I/R损伤的药理作用包括减轻EEA-诱导的神经毒性，发挥抗氧化、抗炎、抗凋亡活性，抑制星形胶质细胞活化[29-30]。①神经保护作用：有研究[31]通过建立原代培养皮层神经元的体外脑I/R模型，发现当与天麻素孵育时，神经元在相同的两种模拟环境下受到的损伤较小，表明天麻素可以保护神经元免受I/R的损伤。在体内研究中，无论是手术前还是手术后，天麻素都被报道可以改善神经功能，减少大脑中动脉阻塞引起的脑缺血/再灌注大鼠脑梗死体积和水肿体积[32]；甚至在再灌注7天后天麻素仍具有神经保护作用[33]，提示天麻素可发挥较为持久的神经保护。②抑制兴奋毒性作用：体外研究[34]中评价了天麻素对体外培养的神经元缺氧/葡萄糖剥夺(Oxygen/Glucose Deprivation, OGD)或葡萄糖损伤的影响，结果表明，天麻素治疗能明显抑制OGD和葡萄糖损伤诱导的神经元细胞死亡，还发现天麻素可缓解OGD诱导的胞外谷氨酸 (Glutamic Acid, Glu)增加和Ca2+超载；此外，研究[35]还发现天麻素具有通过Nrf2/HO-1信号通路的新机制保护HT-22细胞免受谷氨酸诱导铁中毒的作用。在体内实验中，通过使用MCAO I/R大鼠模型观察天麻素对四种氨基酸的影响，包括两种EEAs、Glu和天冬氨酸(Asp)以及两种IAAs、GABA和牛磺酸(Tau)。结果发现缺血可引起缺血区四种氨基酸水平的意外升高，术前天麻素预处理可明显抑制缺血过程中四种氨基酸水平的升高；此外，天麻素处理可降低模型大鼠缺血后Glu与GABA的比值[32，36]。结果表明，天麻素能明显抑制脑内氨基酸特别是EEAs的释放，从而调节I/R过程中EEAs和IAAs的失衡。③抗氧化和抗炎：氧化应激和炎症是I/ R诱导的脑损伤的重要因素，在I/R的过程中，会产生大量的ROS，导致氧化应激，引发炎症因子如TNF-a、IL-1p的表达[33]。天麻素在体内能改善脑缺血区抗氧化和抗炎活性。在MCAO I/R大鼠模型中，天麻素能够逆转MDA含量升高和TNF-a、IL-1p表达增强[33,37]、COX-2和iNOS[38]，以及增加I/R脑中HO-1、SODI的SOD活性和表达[33]。此外，天麻素还显著增加了Akt磷酸化和Nrf2表达，提示Akt/Nrf2通路的激活可能在天麻素的药理作用中起关键作用[33]；以上结果表明天麻素具有抗氧化、抗炎作用。④抗细胞凋亡：细胞凋亡是指由基因控制、自主有序的细胞死亡，在CIRI中，受多种途径的调控，最终导致细胞的不可逆性损伤[39]。在MCAO大鼠模型中，研究者验证天麻素能够增加抗凋亡蛋白Bcl 2的表达，抑制促凋亡蛋白Bax[32,37]和caspase 3 酶的表达[40]。⑤抑制星形胶质细胞活化：星形胶质细胞在缺血性脑损伤的许多方面具有多种重要的功能。缺血状态下，星形胶质细胞中iNOS的表达升高，导致NO的过量产生，引起神经毒性活动[1]。Hu等[41]报道在体外模拟I/R环境下，胶质细胞中GFAP的表达、LDH的释放和NOS的表达均增加，而天麻素可以反转上述更改；结果表明，天麻素能保护星形胶质细胞免受I/R损伤，抑制NOS表达，进一步降低NO诱导的神经毒性。YUE等[42]研究结果表明，天麻素在LPS激活的小胶质细胞中具有抑制促炎细胞因子增殖和产生的重要作用；在体外，天麻素可抑制小胶质细胞的增殖，其机制涉及其对Wnt/B-catenin信号通路的抑制。另外有研究认为天麻素可能主要是通过抑制RAS (AT2和SIRT3除外)的表达以及在激活的小胶质细胞中生成TNF-a等促炎性介质来发挥对脑缺血再灌注损伤的作用[43]。为此，通过使用天麻素来降低和抑制小胶质细胞引起的相关免疫反应，将是一种潜在的、有益的治疗策略，可改善涉及小胶质细胞激活的神经损伤。

2.2 巴利森苷类 巴利森苷类是天麻的活性成分之一，其结构式是由天麻素和柠檬酸组成，巴利森苷类成分稳定性不是很好，在一定条件下与天麻素之间可能存在转化；有研究[44]报道其进入体内主要是通过不断的降解为不同的巴利森苷和柠檬酸，并在途中不断释放天麻素以发挥药理作用。药代动力学文献报道，巴利森苷类可能作为前药在体内释放天麻素，不断维持天麻素在体内的血药浓度，与单独给于天麻素相比，巴利森苷的半衰期延长，因天麻素在体内的半衰期为6 h，因此巴利森苷类有待成为未来延长天麻素在体内发挥药效的物质基础[45]。此外，研究[46-49]显示巴利森苷类对学习记忆、精神分裂和帕金森等精神疾病也表现出较好的疗效；另有研究认为巴利森苷C可能是一种治疗神经退行性疾病的有效化合物，因其可以保护N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA受体)[50]，表明巴利森苷具有促进神经修复进而起到保护神经的作用。

2.3 4-甲氧基苄醇 4-甲氧基苄醇(4-MA)为天麻的主要活性成分，在正常大鼠和MCAO I/R组大鼠中都能很容易地越过血脑屏障(血脑屏障是血液和神经元之间的物理屏障，在CIRI中，BBB的破坏是一个关键事件，将进一步导致血管源性水肿和继发性脑损伤)，并且在MCAO I/R后能在脑组织和脑脊液中停留很长一段时间；有研究表明，4-MA可改善脑组织的神经功能评分和脑梗死体积，降低脑组织中伊文思蓝(EB)浓度[51]；进一步研究[52-53]发现，该化合物具有明显的抑制血小板聚集、放松血管平滑肌和抑制炎症的作用。神经血管单位(NVU) 在维持脑微环境中起着重要的作用，可促进神经细胞的存活和神经系统的全面恢复，从而可能降低死亡率；研究发现4-MA可通过改善NVUs微环境而发挥抗缺血性脑卒中药物的作用，其神经保护作用有助于抑制NVUs的抗氧化和抗凋亡活性[54]。

2.4 4-羟基苄醇 4-羟基苄醇(4-HBA)是天麻中主要的酚类成分之一，对中枢和外周神经疾病有良好的治疗作用。研究[55]给予4-HBA预处理MCAO I/R大鼠模型，发现被4-HBA处理过的模型脑梗死体积明显减少，神经学评估明显改善，且增加了Bcl-2的表达，抑制了caspase-3的活化，最终抑制了细胞凋亡，提示4-HBA能改善大鼠短暂局灶性脑缺血所致的缺血性损伤，其神经保护作用可能与凋亡途径的减弱有关。

3 小结

脑缺血再灌注损伤的病理机制十分复杂，目前多认为其发病机制涉及到能量衰竭、氧自由基增多、炎性物质的产生和神经损伤等；天麻治疗CIRI的研究多从不同的病理机制进行干预细胞的凋亡途径，可发挥多靶点干预细胞凋亡途径的作用，有助于克服西医在治疗CIRI上的缺陷，充分发挥民族药的优势。天麻的化学成分丰富，从已有研究的实验结果可看出，天麻的活性成分在治疗CIRI上能发挥巨大的实用价值，但目前在CIRI上的研究还较少，如何进一步挖掘天麻在治疗CIRI上的有效成分？天麻有效成分之间是否具有相互协同作用？如何最大程度的发挥天麻在治疗CIRI上的疗效？均是下一步值得深入研究的内容。