姜黄素治疗脊髓损伤后相关信号通路研究进展

贺世集，高 枫

(1.延安大学医学院，陕西 延安 716000；2.陕西省延安市人民医院，陕西 延安 716000)

脊髓损伤(Spinal cord injury，SCI)是一种由脊柱骨折或脱位导致部分脊髓运动、感觉及自主神经功能障碍的一种疾病，常伴有严重的并发症。在美国每年约10000人患有严重的脊髓损伤，在中国脊髓损伤导致瘫痪的患者也逐年增多，据估计每年每百万人中有15～40人发生创伤相关SCI[1]。SCI患者大多数是健康的青壮年，并可能导致终身残疾，给个人及社会带来高昂的医疗支出，据统计美国每年在SCI患者要花费10亿美元[2]。SCI其产生机制为患者中枢神经系统受到破坏性损伤，患者致死率与致残率相对较高，临床表现为大小便失禁、肢体功能瘫痪等，不仅对患者生活质量造成影响，还会严重威胁患者生命安全，增加家庭及社会的经济负担。SCI一般会表现出两个阶段的病理变化，分别为原发性损伤和继发性损伤。现阶段针对SCI治疗，临床主要使用的药物为甲泼尼龙等激素类药物，虽然可以取得一定治疗效果，但是极易产生尿路感染、消化道反应，诱发或加重消化道溃疡甚至引起消化道出血等不良反应。有研究表明，姜黄素可以明显提升SCI患者治疗效果，降低不良反应的发生。众多学者对姜黄素修复SCI开展了大量研究，涉及的信号通路有NF-κB、TLR4-TAK1-NF-κB、JAK/STAT、ERS、Wnt/β-catenin、N-甲基-D-天冬氨酸受体-Ca2+诱导型一氧化氮合酶(NOS)以及雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等，对后续研究具有重要的参考价值[3]。

1 姜黄素对SCI的修复反应分析

姜黄素，化学名为1，7-双[4-羟基-3-甲氧基苯基]-1，6-庚二烯3，5-二酮，是一种从姜黄中分离出的药物。它的主要特点是难溶于水，易溶于乙醇及二甲基亚砜中。目前已证明姜黄素具有多种药理作用，包括抗炎、抗癌、抗感染、抗氧化剂和降胆固醇等作用[4]。姜黄素作为姜黄药材中的多酚类化合物，研究已证实其在肾脏、肌肉、骨骼、胃肠及心血管系统、内分泌系统、神经系统中具有抗氧化和抗炎作用[5]。同时，由于具有分子量小、极性结构等特性，姜黄素能通过血脑屏障进入神经系统而产生作用。唐彪等[6]利用RAW264.7细胞证实姜黄素通过抑制TLR4-MAPK/NF-κB信号通路抑制巨噬细胞向M1型极化并减少炎症因子肿瘤坏死因子(TNF-α)及白细胞介素-6(IL-6)的表达。袁继超[7]发现，姜黄素通过减少胶质瘢痕细胞外成分硫酸软骨素蛋白多糖(CSPG)表达抑制胶质瘢痕形成。同时，姜黄素能降低局部神经组织自由基释放和脂质过氧化[8]、减少神经细胞凋亡和改善SCI微环境，进而减少由SCI引起的损伤。由此可见，姜黄素已经成为治疗SCI的一种潜在药物。

2 姜黄素修复SCI信号通路研究进展

2.1 抑制神经炎症反应 研究表明脊髓损伤后局部炎症因子表达增加，抗炎因子表达降低。炎症因子是一种小分子物质，主要由机体的免疫和非免疫细胞合成并分泌，调节多种细胞生理功能，主要包括促炎性细胞因子和抗炎性细胞因子两种类型。其中，促炎性细胞因子有IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-α，抗炎性细胞因子有IL-10等。机体在正常的生理状态下，脊髓内IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-α等表达水平较低，当机体受到损伤或炎症刺激后，其表达水平迅速升高，同时也可使炎性细胞如巨噬细胞、粒细胞、单核细胞及T淋巴细胞等转移至损伤区域并发生活化[9]。姜黄素所具备的极性结构可以进行血脑屏障的有效穿透，而在具体SCI治疗中，姜黄素可抑制神经炎症反应，减缓脊髓损伤，并通过对胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的下调达到减少胶质瘢痕的作用。

2.1.1 NF-κB信号通路：在正常生理状态下，细胞中的NF-κB处于无活性状态。当患者的脊髓遭到损伤后，自身NF-κB信号通路呈现出过度活化状态，导致NF-κB大量入核并受到靶基因调控影响而产生炎症反应。此时患者受到炎症反应影响形成胶质疤瘢痕与神经元死亡，进而导致神经元功能丧失。与此同时，患者脊髓损伤后自身NF-κB水平呈现出降低状态[10]。此时应用姜黄素处理可以降低NF-κB水平。同时，姜黄素通过对NF-κB信号通路的抑制实现胶质细胞趋化因子(MCP-1、CXCL10)表达水平的下调，进而抑制到胶质细胞活化，并有效减少巨噬细胞表达数量，从而促使炎症反应程度降低和胶质瘢痕减少，达到脊髓损伤后治疗的目的。

2.1.2 JAK/STAT信号通路：此通路会直接参与细胞生长、分化以及免疫等生物过程，会受到酪氨酸激酶受体(RTK)的调节。RTK经活化后形成二聚体并与酪氨酸激酶(JAK)进行相互作用，使JAK磷酸化呈现出活化状态。此时，RTK末端会受到JAK的影响出现活化状态，并与转录因子(STAT)进行结合。JAK/STAT信号通路与患者瘢痕形成之间存在密切关联，通过对STAT3的活性进行抑制，可以达到抑制患者神经炎症发展的作用[11]。患者脊髓损伤后，其JAK2会在4 d之内呈现出明显磷酸化状态。随着时间的推移，在伤后12 h左右会达到峰值状态，而后会持续下降。应用姜黄素治疗后，患者受损脊髓中的p-STAT、p-JAK表达呈现出降低的状态，并且嗜中性粒细胞进行聚集，表明使用姜黄素对CSI起到了明显的保护作用，JAK/STAT信号通路抑制也直接参与其中。

2.2 减少脊髓神经细胞死亡 脊髓损伤后细胞内分泌蛋白质大量破坏。内分泌蛋白质会受到内质网的折叠和处理，而内质网起到维持蛋白质折叠平衡的能力，并促进细胞的功能完整性。若内质网呈现出蛋白质折叠错误或者是展开过程中严重负荷，会导致内质网应激(ERS)的产生。针对ERS而言，其中主要标志分子包括GRP78、Caspase-12等[12]。而脊髓损伤患者在应用姜黄素治疗后，其ERS的GRP78表达呈现出明显降低的趋势，这就意味着ERS反应受到姜黄素的影响可以得到减弱，进而对患者脊髓损伤提供保护作用。

2.3 抑制胶质瘢痕形成 SOX9作为SOX基因群的重要一分子，在哺乳动物生理调控中起到关键作用。SOX9信号通路会直接参与到人体的生长发育中，并且在胶质瘢痕形成过程中起到决定性的作用，是影响CSPG沉积的关键性因子。在通常情况下，α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)标识蛋白不受星形胶质细胞表达，但是基于炎症因子存在的状态下，会呈现出α-SMA与GFAP共同表达的状态，这就意味着胶质细胞在患者脊髓受伤后会进行表型转变，进而产生胶质瘢痕。而在具体治疗期间，应用姜黄素可以直接对SOX9产生影响，干扰SOX9活性，进而减少细胞外基质，控制纤维化的发展[13]。通过对姜黄素的科学应用，对SCI起到抗纤维化、抗炎的双重作用，实现对SOX9、NF-κB信号通路的调控，进而加快患者受损神经功能的恢复。

2.4 Wnt/β-catenin信号通路 该通路中的关键分子为LRP、Frizzled及β-catenin。在通常情况下，β-catenin信号通路有着至关重要的作用，可以在缓解神经发育疼痛、神经病理性疼痛的同时进行胚胎发育的促进[14]。患者脊髓损伤后，自身β-catenin信号通路会处于被激活的状态，这就使得β-catenin、LRP-6的蛋白水平出现明显变化[15-16]。而通过应用姜黄素处理后，其Wnt3a、mRNA、LRP-5的水平会得到明显增强。与此同时，β-catenin在通过姜黄素处理后，其蛋白表达会明显上调[17]，从而使受损的脊髓得到更好的保护。

2.5 活化AMPK/UCP2信号通路 脊髓损伤后可抑制丝裂原活化蛋白激酶(AMPK)信号通路。目前有研究[18]发现，通过激活老年性大鼠脑动脉和培养的内皮细胞氧化应激并加入姜黄素干预能明显增加脑动脉和内皮细胞内AMPK的磷酸化，上调线粒体内的UCP2，减少活性氧(ROS)的产生，降低氧化应激反应并促进机体行动恢复。

2.6 多通路联合效应 SCI微环境具备一定的复杂性，脊髓损伤后会激活机体中多个通路，且多信号通路联合作用。姜黄素已被证实具有多靶点、多效应的特点，因此脊髓损伤后姜黄素在机体内能同时进行NF-κB、SOX9等信号通道的调节和控制，进而激活多通路效应，降低细胞胶质瘢痕成分的表达，促进脊髓损伤的恢复。

2.7 细胞移植治疗 近年来，细胞移植治疗也是脊髓损伤治疗的研究热点。细胞主要有神经干细胞(NSC)、充质干细胞(MSC)、嗅鞘细胞(OEC)等。其主要作用机制是新细胞可以替代受损的细胞，重新分泌神经营养因子，修复脊髓中的血管等，促进脊髓神经功能的恢复[19]。Nagoshi等[20]将NSC移植于大鼠脊髓损伤处发现有神经元细胞产生，促进了脊髓的功能恢复。Luo等[21]将NSC和OEC移植后可以减轻大鼠脊髓损伤造成的神经病理性疼痛。Sato等[22]将NSC移植入大鼠脊髓损伤部位发现可有效地促进其神经功能恢复。Salehi-Pourmehr等[23]证实了移植骨髓间充质干细胞(BM-MSC)可以改善脊髓损伤后膀胱功能障碍。Barnett等[24]将胚胎OEC植入损伤患者的脊髓内，结果显示能有效提高患者左肘屈肌的运动功能。Wang等[25]也证明NSC移植能促进大鼠脊髓损伤后脑源性神经营养因子的表达。Zhang等[26]证明OEC不仅可以分泌脑源性神经营养因子(BDNF)、神经生长因子(NGF)、神经营养素3(NT3)等神经营养因子，还能表达层粘连蛋白、纤粘连蛋白等，这些物质都可促进轴突的修复和再生。

3 结 语

目前SCI的治疗方法较多。传统治疗手段可使SCI患者神经功能得到部分改善，但并不能使脊髓神经功能完全恢复。通过机制研究发现继发性损伤的发生、发展是我们目前及未来所要解决的问题。以后的研究重点是如何对这些通路加以干扰，抑制促炎因子的表达，提高抗炎因子的表达，尽量减少脊髓的继发性损伤。目前在动物实验中，细胞移植治疗和基因治疗已取得突破性的进展，有很好的研究前景。继发性SCI具有更加复杂的病理生理变化，是多种级联反应共同导致的结果。姜黄素药物在SCI患者治疗中表现出多效应、多靶点、多通路的特点，通过对信号通路的影响和修复来达到治疗效果。因此，针对SCI使用姜黄素治疗，可以起到促进患者脊髓功能的恢复、提高预后效果的作用，具有良好发展前景。但是姜黄素使用中仍存在代谢快、低吸收的弊端，需加大对其衍生物或上下游替代物的研究，需注重对相关衍生药物或者是促进姜黄素代谢利用率药物的寻找。所以，对于继发性SCI引起的一系列组织病理改变，可通过研究姜黄素对于SCI后相关蛋白和基因的作用靶点进一步明确姜黄素作用SCI后的详细信号通路及作用机制。我们可以考虑采用动物实验进行姜黄素联合细胞移植等联合治疗，利用药物的协同作用提高生物利用度，从而为进一步提高SCI的治疗效果提供科学依据。