天然药物对脑缺血再灌注损伤保护作用的研究进展

张浩楠 杨 辉

1 河北北方学院药学系2016 级临床药学，张家口，075000，中国

2 河北北方学院药学系，张家口，075000，中国

脑血管疾病是当今世界的三大疾病之一，其中缺血性脑血管疾病占80%～85%［1］。缺血性症状包括四肢无力，精神意识异常，面神经麻痹，记忆力衰退，共济失调，言语问题（失语性吞咽困难）或视觉障碍。脑缺血在一定时间后血液供应能够恢复，但因其功能还不能恢复，所以有更加严重的功能障碍现象出现，这种现象被称为脑缺血再灌注损伤（cerebral ischemiareperfusion injury，CIRI）［2］。近些年，一些治疗脑缺血的药物，如抗炎药物、雌激素等应运而生，但并未得到完全满意的治疗效果。天然药物是从植物、动物和微生物中开发出来的药物，种类繁多［3］，毒副作用小，使用安全，而且国际市场对我国天然药物需求很大，从天然药物中筛选活性成分治疗疾病不失为一个研究方向，且前景广阔。为了治疗脑缺血，中国学者在传统药物的基础上，从多种天然药物中分离出治疗脑缺血的有效成分，近些年，我国对该方面的研究发展十分迅速。本文对其发病机制和天然药物活性成分对脑缺血再灌注损伤保护作用的研究进展做一简要综述。

1 CIRI 分子生物学机制

1.1 自由基作用

产生CIRI 的主要机制之一是自由基的作用。氧自由基（reactive oxygen species，ROS）是在酶促转化过程中产生的，例如花生四烯酸到环氧丙烷的环氧化酶依赖性转化以及次黄嘌呤的降解。O2-广泛存在于体内，是引起自由基链反应的环节，然而OH-是最有害的自由基［4］。在脑缺血和灌注过程中，会产生大量的ROS，这会破坏抗氧化剂酶的合成，无法去除过量的自由基并导致脂质过氧化［5］。有大量证据表明，活性氧分子是急性缺血性卒中组织损伤的重要介质。氧自由基会对DNA 造成损伤，影响核基因转录，使血管内皮受损、蛋白质变性、线粒体变性、诱导细胞凋亡、破坏细胞的结构完整性［6］。

1.2 兴奋性氨基酸

兴奋性氨基酸（excitatory amino acid，EAA）的种类很多，在局部脑缺血期间它有很强的神经毒性作用，会引起通道的过度开放，诱导细胞凋亡，使脑组织损伤严重。在脑缺血和再灌注过程中，会因为机体能量代谢不平衡，使神经元去极化，使主要含有谷氨酸和天冬氨酸的兴奋性氨基酸的释放增加，并阻止了再摄取，从而使得EAA 的浓度明显上升［7］。研究发现，兴奋性神经递质，特别是谷氨酸，在细胞外空间积聚导致N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate，NMDA）的过度刺激海藻酸盐和其他神经元上谷氨酸受体，因此Na+、Cl-和Ca2+通过这些受体控制的通道流入，然后这些神经元发生去极化现象，会有更多的钙流入和更多的谷氨酸释放，造成缺血半暗带神经元发生坏死和凋亡［8］。

1.3 细胞内Ca2+超载

研究表明，细胞内钙超载是引起CIRI 的重要原因之一。在脑缺血期间，许多Ca2+依赖性酶被激活，从而使脂质膜的流动性变差。Ca2+在线粒体内的沉积阻碍了ATP 的生成，导致线粒体损伤、脂质、核酸、蛋白质过氧化，使神经细胞凋亡，对Na+/Ca2+蛋白质交换产生阻碍作用，使细胞内Na+和Ca2+的含量增多，K+的含量相对减少。同时Ca2+增高会增加5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）和中性粒细胞（neutrophilicgranulocyte，NE）的释放，使NOS 活化，氧自由基增加等。同时Ca2+增加会释放大量的谷氨酸，EAA 浓度上升，从而使脑神经细胞损伤。过量的Ca2+会激活磷脂酶A 和C，这两种酶可促进膜磷脂分解，然后会释放出大量花生四烯酸（arachidonate，AA），AA 在一些酶的作用下可生成前列腺素、白三烯等对神经细胞有毒性的活性物质，增加细胞通透性和肿胀［9］。

1.4 神经细胞凋亡

细胞凋亡是通过外部信号或通过线粒体信号传导在内部引发的［10］。这是负责细胞生理性缺失的机制，并且似乎是有编程的。脑缺血后，线粒体会受到影响，发生损伤，线粒体膜通透性转换孔开放，同时，促凋亡因子释放。在细胞凋亡过程中，caspases-3 是最关键的一种凋亡蛋白酶。它会通过一系列反应，使细胞骨架被降解。凋亡也是一个耗能的过程，因此再灌注可以通过恢复细胞能量来增强凋亡，通过靶向凋亡途径，可以保护各种类型的细胞免受局部缺血诱导的细胞死亡，并防止多种损伤诱导途径下游的细胞死亡。神经细胞的缺血还会使其他各种信号传导途径被激活，最终导致了细胞的死亡［11］。

1.5 血脑屏障

血脑屏障（blood brain barrier，BBB）是通过与紧密连接的复合体连接而构成的大脑微血管内皮细胞，对于控制周围循环与中枢神经系统（central nervous system，CNS）之间的物质交换至关重要，并保持CNS组织的稳态和适当功能［12］。血脑屏障可调节离子平衡，促进离子平衡。微量营养素和宏观营养素的运输，并保护薄壁组织免受血流中潜在的有毒物质的侵害。血脑屏障的解剖底物是大脑内皮，除了这种物理屏障外，大脑内皮还具有代谢屏障，能够代谢药物和营养物质。此外，血脑屏障开放在缺血性损伤中的作用和模式也需要进一步评估。BBB 的破坏使血液成分渗漏到脑实质中。由于渗透作用，高分子量分子的渗入随后是水的渗入，并导致血管性水肿，可能导致颅内高压引起继发性损伤。另外，红血球的外渗导致梗塞区域的出血性转化［13］。

1.6 炎症反应

脑缺血再灌注早期，发生以小胶质细胞的活化，白细胞浸润为标志的局部缺血事件，这会进一步的引发急性的炎症反应［14］。缺血性损伤会触发脑实质内的炎症级联反应，产生恶性循环，然后通过各种其他的机制进一步加剧组织损伤。在闭塞的几分钟内，促炎基因会产生大量炎症介质，同时会有信号通路参与炎症信息的转导。一般炎性介质有血小板激活因子，肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白介素细胞-6（interleukin cells-6，IL-6），白介素细胞-10（interleukin cells-10，IL-10）［15］。当黏附分子在血管内皮起作用后，嗜中性粒细胞从血液迁移到脑实质，然后是巨噬细胞和单核细胞。中性粒细胞引起的微血管阻塞（无再流现象）会加剧缺血程度，而活化的炎性细胞和受损的神经元产生的毒性介质（细胞因子、一氧化氮、超氧化物和前列腺素）会加剧组织损伤［16］。

2 对脑缺血再灌注有保护作用的天然药物

2.1 生物碱类

生物碱是一类含氮的碱性的化合物，他们的构造中多含有氮杂环，种类丰富，绝大部分存在于植物体内，比如川芎中的川芎嗪、黄连中的小檗碱、苦参中的氧化苦参碱、麻黄中的麻黄生物碱等。

2.1.1 川芎嗪

有研究发现川芎中有20 多种生物碱单体，川芎嗪是其中一种且是川芎中最重要的活性成分之一。李鹏飞等［17］对SD 大鼠进行腹膜内注射川芎嗪的剂量为20 mg·kg-1·d-1，建立大脑中动脉闭塞模型（middle cerebral artery occlusion，MCAO）。研究结果表明脑缺血再灌注后核因子-κB（nuclear factor -κB，NF-κB）被激活，炎症反应被降低，从而CIRI 被减轻。刘静芳［18］采用MCAO 模型研究了川芎嗪对脑缺血再灌注损伤保护，造模24 小时后发现，血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性升高，新陈代谢产生的有害物质被大量清除，同时丙二醛（malonaldehyde，MDA）和血栓素B2（thromboxane B2，TXB2）含量降低，脑梗死体积显著降低。LUO X 等［19］研究对脑缺血保护的机制，发现川芎嗪可以减少钙离子的含量，caspases-3 的相关蛋白含量降低。同时，发现其还有很强的抗氧化活性。赵玉等［20］研究表明，川芎嗪同时可以降低丙二醛和高迁移率族蛋白B1（high mobility group proteins B1，HMGB1）表达，因此脑细胞损伤的程度降低。还有研究表明川芎嗪可以通过抗TNF-α、白介素细胞-1β（interleukin cells-1β，IL-1β）水平降低炎症反应。

2.1.2 苦参碱

苦参碱是从豆科植物苦参中提取出来的生物碱［21］。有研究表明，苦参碱可以通过减少内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）通路减少脑梗死体积，其中主要是通过降低caspase-12 通路的激活。刘莹等［22］通过短暂MCAO 分时间段检测缺血周围区TWEAK 和NF-κB 表达的变化，结果其表达显著降低，同时也表明苦参碱对脑损伤起保护作用。

2.2 黄酮类

黄酮类化合物都具有2-苯基色原酮的结构，大多数植物体内都含有黄酮类物质，且大部分有很高的药用价值，比如黄芩中的野黄芩苷，陈皮中的陈皮苷，银杏中的银杏叶提取物，黄蜀葵提取物，葛根素等。

2.2.1 野黄芩苷

野黄芩苷，别名高黄芩苷，是从黄芩中分离提取的一种黄酮类物质［23］。苗红星等［24］在局灶性脑缺血模型中研究了野黄芩苷对caspase-3 通路的影响。经研究发现其不仅可以降低caspase-3 蛋白表达，也会对凋亡蛋白产生抑制作用，较好的保护神经细胞。王震雨等［25］利用结扎法造模后，应用不同浓度野黄芩苷给药研究后认为野黄芩苷是通过促进了新血管的生成减轻脑缺血损伤的。朱爱萍等［26］通过栓线栓塞willis 的方法制备MCAO 模型，研究发现野黄芩苷组可以降低TXA2含量、血浆纤溶酶原激活抑制剂（plasminogen activator inhibitor，PAI）活性和凝血酶含量，提高一氧化氮（nitric oxide，NO）的含量来保护脑缺血。

2.2.2 银杏叶提取物

银杏叶提取物主要含黄酮类，是从银杏叶中分离出来的［27］。杨翠娥等［28］研究结果表明了用银杏叶提取物处理后谷胱甘肽（glutathione peroxidase，GSH）和过氧化氢酶（catalase，CAT）水平均提高，可以有效改善神经元变形程度。认为银杏叶提取物的作用机制是激活NF-κB 信号通路，提高机体抗脂质过氧化反应，进而抑制脑损伤加重。韩望等［29］研究银杏黄酮和银杏内酯配比对局灶性脑缺血影响，表明他们能通过拮抗PAF的功能减少脑梗塞率，维持脑缺血状态下神经细胞的正常功能。

2.2.3 黄蜀葵提取物

黄蜀葵提取物是从锦葵科植物黄蜀葵中提取的，主要成分为黄酮类，具有抗自由基、消炎止痛、抗氧化等药理活性。曹建文等［30］研究认为黄蜀葵提取物对脑缺血再灌注保护机制与提高SOD1、SOD2 蛋白水平有关，在减少和清除自由基过程中发挥着重要作用。

2.2.4 葛根素

葛根素是从葛根中分离提取的异黄酮类物质。王明娟等［31］采用MCAO 模型法，经过再灌注48 h 后给予大鼠葛根素发现，葛根素可以明显降低NO 的含量，使其通过血脑屏障的量减少，从而减轻对脑细胞的毒性作用。薛强等［32］对雄性SD 大鼠进行短暂的MCAO，待其苏醒后，采用mNSS 将大鼠进行分组。给予大鼠不同剂量葛根素连续7 天，用TTC 染色记录大脑梗死面积。用TUNEL+Ⅷ抗体免疫荧光法染色后分析细胞凋亡水平。Bcl-2 和caspase-3 在皮质中的表达已通过Western blotting 分析确定。再灌注后24 h，观察到TUNEL 阳性染色细胞的数量显着增加，而两种剂量的葛根素均显着抑制caspase-3 的表达和激活，并上调Bcl-2 的表达。这些作用提示葛根素可减轻短暂性局灶性脑缺血后神经细胞凋亡，并调节与凋亡相关的蛋白质表达，这可能部分归因于葛根素对脑缺血的保护作用。

2.3 皂苷类

皂苷是一类糖苷，是苷类结构中较复杂的物质。多存在于陆地上的高等植物中，比如三七皂苷，人参皂苷，七叶皂苷，柴胡皂苷等。有些皂苷生物活性非常高，有镇静、解热、抗癌等作用。

2.3.1 三七总皂苷

人参、三七、西洋参同是五加科人参属中的名贵中草药，现代研究表明，皂苷类化合物是这三味中草药中的主要有效成分，有研究人员对其三者中总皂苷含量进行检测分析，发现总皂苷在三七中的含量相对较高［33］。李才应等［34］通过科学实验研究发现三七皂苷在一定条件下对小鼠脑缺血再灌注损伤后造成的空间记忆能力下降起到一定的改善作用。为此，李才应等进行了更加深入的科学实验，探讨得出三七皂苷的作用机制可能与实验小鼠海马区的Bcl-2、Bax 表达水平得到改善有必然的联系。丁小明等［35］通过大量的实验研究发现，三七总皂苷能够促进白介素-10 的生成，使转化生长因子β1 的表达上调，对脑缺血起保护作用。臧妍妍等［36］研究表明三七总皂苷可降低与血脑屏障相关的血管内皮生长因子含量。

2.3.2 人参皂苷

众所周知，人参自古以来就是我国的一味名贵中草药，随着科技的发展，它的有效化学成分也已经十分明确。蛋白质、多糖及皂苷类物质等都是人参中的成分。其中，人参皂苷是最主要的活性化学物质。石智珍等［37］研究了人参皂苷对细胞凋亡的影响，观察到苏木精-伊红和TUNEL 阳性染色细胞的数量显着增加，实验还研究了其通过调节HIF-1α-VEGF 通路对脑缺血的影响。Chen 等［38］采用小鼠MCAO 模型研究发现人参皂苷Rb1 可以抑制血脑屏障的破坏，增加紧密连接蛋白的表达，达到大鼠大脑免受急性缺血性损伤的目的。赵莹等［39］研究观察西洋参叶20S-原人参二醇皂苷（panax quinquefolium zos-protopanaxdiolsaponins，PQDS）对大鼠脑缺血再灌注损伤后炎症的影响，发现NF-κB 通路的激活可被人参皂苷抑制，从而改善脑组织的环境，抑制炎症因子的产生。

2.4 蒽醌类

蒽醌属于醌类的化合物，蒽醌类存在于高等植物，也存在于一些低等植物中，许多该类物质都有一定的生理活性，比如丹参酮，大黄蒽醌苷等。

2.4.1 丹参酮ⅡA

丹参酮ⅡA 是从丹参中提取的主要有效的活性成分［40］。赵丽萍等［41］经实验研究发现丹参酮ⅡA 可提高SOD 活性，降低MDA 含量，减轻自由基损伤，从而发挥抗氧化作用。实验结果还表明丹参酮可显着抑制caspase-3 的表达和激活，并上调Bcl-2 的表达。这些作用提示其可调节与凋亡相关的蛋白质表达，这可能部分归因于丹参酮对脑缺血的保护作用。ZHU 等［42］经过一系列研究证明丹参酮ⅡA 可阻碍大鼠缺血再灌注后NF-κBp65 的表达，调节相关的凋亡蛋白，从而细胞凋亡被延缓，改善脑周围的环境，从而达到治疗缺血性脑卒的作用。王媛媛等［43］认为丹参酮可通过抑制炎症因子表达，抑制氧化应激，抑制细胞凋亡来保护脑缺血。

2.4.2 大黄蒽醌苷

大黄的有效成分为蒽醌苷，蔡友德等［44］人认为大黄可通过增加抗氧化酶活性，清除自由基，抑制神经细胞凋亡等途径发挥脑保护作用。虞夏晖等［45］通过实验研究证明，大黄蒽醌苷可以抑制大肠杆菌等肠道菌群，而肠道菌群不仅会导致内毒素大量产生，导致合成NO的含量增多，还易引发炎症反应。因此，大黄素可通过抑制细胞凋亡和抑制炎症反应达到对脑缺血的保护作用。

2.5 多糖类

2.5.1 当归多糖

当归多糖（angelica polysaccharides，APS）是一种水溶性极好的活性多糖，是当归的主要生物学活性物质。李晶晶等［46］使用改良后的线栓法构建MCAO 模型，研究发现当归多糖可以上调Bcl-2 蛋白水平，同时下调Bax 和Cyto C 蛋白水平，促进脑组织血管的生成，减少脑梗死体积。闫安等［47］通过大量的临床数据发现脑缺血再灌注损伤发生时都伴有明显的炎症反应，对此，闫安等通过实验研究发现当归多糖可以使TLR-4和NF-κBp65 蛋白表达明显降低，即组织炎症水平被降低，同时细胞凋亡被抑制。

2.5.2 枸杞多糖

枸杞多糖（lycium barbarum polysaccharide，LBP）是从枸杞中提取的一种水溶性多糖，是枸杞最重要的活性成分［48］。葛建彬等［49］研究发现LBP 能抑制NF-κB 的激活，抑制炎症因子的生成，显著降低缺血再灌后TNF-α，IL-6 和IL-1β的生成，进一步减少氧自由基的生成，减少脑梗死体积，从而减轻脑组织的病理损伤及缺血带来的神经功能障碍。鱼洋［50］建立了原代海马神经元OGD/R 损伤模型，研究认为LBP 可有效减轻海马神经元OGD/R 损伤，诱导自噬性神经元细胞死亡，具有神经保护作用。

3 小结

由上述国内研究的天然药物中的活性成分及其治疗现状来看，天然药物对于保护和预防脑缺血已有一定的成果且潜力巨大。近年来，有许多关于天然药物对脑缺血再灌注保护作用的临床报道，天然药物的应用使疾病的治疗更加灵活，提高了患者的生活质量，更好的解决了患者的病痛，提高疗效［51］。毫无疑问，天然药物在治疗脑缺血方面发挥着异常重要的作用，我国研究者通过不同的病理生理机制，从天然药物中获取其活性成分，例如川芎嗪、野黄芩苷、丹参酮IIA 和人参皂苷Rb1 等可以保护免受缺血性脑损伤。另外，天麻中的天麻素、地黄中的梓醇、当归中的丁基苯酞、黄芪中的黄芪甲苷和等诸多天然药物的活性成分对脑缺血疾病的治疗起到了非常重要的作用［52-55］。这充分说明了从天然药物中提取的化合物具有保护脑缺血的广阔前景。发现本文所述化合物的作用无疑是有益的成就，但是目前还有一些天然药物活性成分的作用靶点不是很明确，有待进一步的研究［56］。

脑缺血是一种多因素造成的疾病，缺血性损伤的多种机制和药物研究相互促进。在中医和西医的理论基础上，通过强大的科学研究，相信在天然药物对脑缺血再灌注损伤保护方面会有新的突破和进展。