黄芪甲苷促内、外源性神经干细胞治疗脑缺血损伤的研究进展*

河北中医学院 河北省心脑血管病中医药防治研究重点实验室

赵小月 孙贺辰 周晓红(石家庄 050200)

提要 以缺血性中风为首的脑中风(脑缺血)严重威胁人类健康，会造成神经元急性坏死并触发神经元迟发性凋亡。神经干细胞(NSCs)是具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞能力又能够自我更新的细胞。脑缺血时肌体诱导内源性NSCs的增殖和分化，或者移植外源性NSCs，对脑缺血的治疗和神经功能的恢复都有积极作用。补气药黄芪中主要活性成分黄芪甲苷，具有脑损伤保护和神经保护等多种药理作用，对内、外源性NSCs的增殖分化有一定的影响，在脑缺血治疗上扮演着重要角色。

目前，脑中风成为世界上第二大威胁生命的疾病，也是危害老年人生命健康的最常见疾病之一，以缺血性中风为首。从中医角度分析，缺血性中风根本原因是气虚血瘀，气虚无力帅血，导致血液留滞，血瘀脑脉，形成中风。相关研究表明，补气药黄芪中的黄芪甲苷在减少缺血性中风造成的脑损伤上具有一定积极作用[1]，可用于治疗脑缺血。近年来，国内外诸多学者致力于使用黄芪甲苷(Astragaloside Ⅳ)影响神经干细胞(NSCs)治疗脑缺血，并取得一定成果。现将研究进展综述如下。

1 黄芪甲苷

1.1 黄芪与黄芪甲苷 《中华人民共和国药典》[2]规定，正品黄芪为豆科植物蒙古黄芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.var.mongholicus(Bge.) Hsiao]或膜荚黄芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bge.]的干燥根，性甘，味微温，主归脾、肺经，有补气升阳、益卫固表、生肌养血、行滞通痹等功效。现代药理研究表明，黄芪甲苷常用作黄芪药材质量监控的指标性成分，具有改善心脑血管功能、抗炎抗病毒、抗肿瘤、调节代谢、调节免疫等多种药理作用[3]。

1.2 黄芪甲苷对脑缺血的保护作用 中医认为，缺血性中风的根本病因是气虚血瘀，益气活血法是治疗缺血性中风的基本原则。清代医家王清任为此专门创制了补阳还五汤，方中重用黄芪大补元气，体现着气旺则血行，祛瘀而不伤正的思想。

现代学者立足于不同角度论述黄芪甲苷对脑缺血具有保护作用。王氏等[4]的实验结果表明，黄芪甲苷能促进海马区NSCs增殖并诱导其分化为神经胶质细胞。曲氏等[5]得出黄芪甲苷可以保护脑缺血再灌注后血脑屏障的完整性的结论。也有研究显示，黄芪甲苷显著减轻缺血再灌注损伤大鼠的神经功能缺损，抑制神经元凋亡并降低发生脑梗死的可能性[6]。黄氏等[7]的研究表明，黄芪甲苷能抑制炎性因子的生成，尽可能避免脑缺血后脑组织发生继发性炎症反应。

从中医角度分析，补气药黄芪益气固表，可以用于治疗以气虚血瘀为病因的缺血性中风。从现代医学分析，黄芪甲苷对脑缺血的保护作用体现在诱导NSCs正常分化、保护血脑屏障、抑制神经细胞凋亡、抗自由基、抑制炎症等方面。简而言之，无论从中医领域还是现代医学领域探讨，都能得出黄芪中有效成分黄芪甲苷可以用于缺血性中风的治疗这一结论。

2 NSCs对脑缺血的治疗作用

Reynolds等人在1992年最先从成年小鼠的纹状体和海马中分离出了能够进行自我更新、繁殖，具有多向分化潜能的细胞群，即NSCs。NSCs是来源于原始胚胎干细胞，广泛存在于中枢神经系统中，具有自我更新能力，可以多向且定向分化成为成熟的神经元、星形胶质细胞以及少突胶质细胞的一类多能性干细胞[8-9]。

脑缺血是由于血栓或栓子阻塞脑内动脉从而闭塞血管，脑动脉的血流短暂或持久减少，引起脑组织缺血缺氧、神经元受损等病理生理变化的一系列临床症状和体征[10]。神经细胞对缺血缺氧耐受力较差，脑缺血后，神经细胞受损，会出现瘫痪、偏瘫、失语等多种严重的神经损伤症状。

2.1 内源性NSCs对脑缺血的作用 脑缺血时，脑内以海马齿状回颗粒下层(SGZ)与侧脑室下区(SVZ)这两部位为主的NSCs被激活，会出现增殖、迁移以及分化的现象。相关研究表明，脑缺血后，存在于SVZ的NSCs增生，迁移至缺血损伤的纹状体，分化为神经元，新生神经元部分替代坏死神经元，从而修复神经功能[11]。存在于SGZ的NSCs被激活后原位增殖，大多数增殖的NSCs可以分化成神经元，随后，增殖的NSCs会迁移至颗粒细胞层，进而分化为神经元和神经胶质细胞，新的神经元可以参与海马神经元的再生[12-13]。内源性NSCs的增殖、迁移和分化会受到例如炎症、凋亡、低糖、神经营养因子、兴奋性氨基酸等多种因素的影响，还与肌体年龄等方面有关。

综上所述，脑缺血后，内源性NSCs在脑缺血的修复和功能重建中发挥着积极作用，但也有研究表明，NSCs和新生神经元的数量非常有限，相关调节因子也存在不足。因此，仅仅依靠在脑缺血损伤后激活内源性NSCs实现自我修复是不可能的。如果想达到治疗脑缺血的目的，还需给予外源性调节因子以促进内源性NSCs活化，或移植外源性NSCs以增加NSCs数量。

2.2 外源性NSCs对脑缺血的作用 脑缺血损伤后，内源性NSCs数量有限且自身修复过程缓慢，因此可以将外源性NSCs移植到患者或实验动物脑内，使其向神经系统病变部位趋行、聚集、存活、增殖、分化，以促进脑缺血后神经系统功能的恢复[8]。目前被用于脑缺血损伤治疗研究的NSCs的获得途径有多种，例如骨髓细胞、胚脑干细胞，胚脑干细胞用于治疗时常存在社会学及伦理学的问题。目前研究较多的是移植骨髓间充质干细胞(BMSCs)。赵氏等[14]的实验结果显示，移植的NSCs对脑缺血大鼠的神经功能起到了积极、持续、稳定的恢复作用，随着时间的延长，移植的NSCs逐渐向周围组织迁移、分化，与宿主组织融合；移植的NSCs也可能参与到血管生成过程中。在刘氏等[8]的研究中可以发现，移植组大鼠的脑梗死体积和神经细胞凋亡数明显低于其他组，表明外源性NSCs对脑缺血大鼠的神经具有保护作用，能够促进其神经功能的恢复。

近年来，基因组学的深入研究，NSCs的生存环境逐渐改善，纳米技术磁共振成像的应用，使得移植外源性NSCs治疗脑缺血逐渐被认可[15]。但是就目前来说，脑内环境复杂且移植技术不成熟，不同时间窗NSCs定向植入大鼠局灶性脑缺血区的增殖迁移和分化途径、对大鼠神经功能缺损和梗死面积改善的影响以及可能存在的差异需要进一步考证；NSCs定向移植后大鼠安全性及致瘤性也有待进一步清晰。

3 黄芪甲苷对NSCs的影响

3.1 黄芪甲苷对内源性NSCs的影响 黄芪甲苷可以通过干预内源性NSCs增殖、迁移、分化的影响因素来促进内源性NSCs治疗脑缺血损伤。作为内源性NSCs增殖、分化和存活的影响因素之一的神经生长因子，能够修复损伤的神经元、促进NSCs分化、保护新生神经元。孙氏等[16]的实验结果表明，中、高剂量黄芪甲苷能够明显上调脑源性神经营养因子、血管内皮生长因子(VEGF)和VEGF受体2表达，诱导内皮祖细胞增殖和迁移，抑制神经细胞的凋亡，刺激缺血组织中神经和血管再生，促进恢复原有神经细胞功能，从而改善大鼠的神经行为功能。王氏等[4]的研究结果显示，低剂量黄芪甲苷可显著上调神经生长因子mRNA表达，从而促进海马区NSCs的增殖与分化。

炎症、凋亡和低糖造成了脑缺血后脑组织损伤，但是同时也可以在一定程度上促进NSCs的增殖。靳氏等[17]的研究表明，黄芪甲苷可以降低炎症因子的表达，抑制炎症反应，从而减轻大鼠脑缺血再灌注损伤，改善神经细胞超微结构。黄氏等[7]得出黄芪甲苷可以改善脑缺血后脑组织能量代谢的结论，黄芪甲苷通过提高葡萄糖转运蛋白3的基因表达，改善脑缺血时脑内低糖环境以对抗脑缺血再灌注损伤。

血脑屏障在稳定脑内环境方面起着重要作用，血脑屏障被破坏会导致血管源性脑水肿。曲氏等[5]发现，黄芪甲苷通过显著下调缺血再灌注后脑组织基质金属蛋白酶-9(MMP-9)蛋白的高表达，抑制脑缺血再灌注后脑组织中IL-1β含量，保护血脑屏障，从而达到保护神经的目的。

综合以上实验分析，充分表明黄芪甲苷通过上调神经生长因子表达、抑制炎症反应、抑制细胞凋亡、改善低糖环境、保护血脑屏障等措施，在内源性NSCs增殖、迁移、分化的过程中发挥促进作用，进而提高脑缺血治疗效果。但黄芪甲苷是否对缺血大鼠海马神经再生修复存在作用还需进一步的实验证明。

3.2 黄芪甲苷对外源性NSCs的影响 通常用NSCs形成神经球的能力来衡量NSCs的增殖能力[17]，在钟氏等[18]研究中发现，黄芪甲苷能够上调细胞周期蛋白D1、Hes1、Hes5的基因表达，明显增加神经球生成数，进而促进胚胎NSCs体外增殖。李氏等[19]发现，黄芪甲苷可以上调β-catenin蛋白和mRNA表达，下调Notch-1蛋白和mRNA表达，促进BMSCs分化为神经细胞。也有相关研究显示，黄芪甲苷能有效激活表皮生长因子介导的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路，促进短暂性脑缺血脑中NSCs增殖和神经发生以改善脑缺血大鼠的神经功能修复[20]。

综合以上充分表明，黄芪甲苷可以从多种途径影响外源性NSCs的增殖与分化，促进外源性NSCs治疗脑缺血损伤。但是黄芪甲苷是否在NSCs定向移植后不同时间窗存在再生修复作用还需进一步研究。

4 展望

综合以上的阐述，黄芪甲苷可以通过多种方式促进内、外源性NSCs增殖、分化来治疗缺血性脑损伤。笔者认为，如果将2种方式结合在一起使用，利用黄芪甲苷诱导外源性NSCs增殖、分化，并促进内源性NSCs带药效原位增殖、携药效迁移和分化，定会对脑缺血的治疗产生积极作用。中医药在治疗疾病上具有多途径、多靶点、多效应的特点，且中医治疗中风已有上千年的历史，从古至今，诸多中医大家积累了丰富的临床经验与诊疗思路，这也为利用黄芪治疗缺血性中风也就是脑缺血提供了帮助。补气药黄芪可以通过促进内、外源性NSCs的增殖、迁移和分化来治疗脑缺血，笔者认为，这也为我们提供一个大胆的猜测：其他补气药也可以影响内、外源性NSCs的增殖、迁移和分化。今后，加强对补气药促进内、外源性NSCs增殖分化的研究，有望为脑缺血的治疗带来新的思路和方法，也可以进一步促进中医药的开发利用。