黄芪甲苷对急性缺血性脑卒中神经保护作用研究进展❋

杜澍金， 高维娟

(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，石家庄 050200)

急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke, AIS)是由于脑组织局部供血动脉血流的突然减少或停止，使得该血管供血区的脑组织缺血缺氧，进而导致脑梗死灶的形成，及偏瘫、失语等神经功能缺失的症状和体征。AIS病理机制复杂，包括急性期损伤和延迟性损伤。其中延迟性损伤即脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia-reperfusion injury, CIRI)发生在血液复灌之后，是一个多因素参与的复杂、动态病理生理过程，包括能量代谢障碍、氧化损伤、炎症反应、细胞内钙超载、自噬、血脑屏障破坏、细胞凋亡等。目前，AIS的最佳治疗方案是时间窗内给予血管内再通治疗[1]，因此卒中后再灌注损伤的发生不可避免。同时，《2018版中国急性缺血性脑卒中诊治指南》[2]强调卒中后中医药的应用，且随着中医药多靶点、多功效的深入研究，使得中医药的应用成为脑卒中科研和治疗的热点。

益气中药黄芪是中医治疗缺血性脑血管病的常用药物，其使用历史已逾数千年。黄芪甲苷作为黄芪的质量控制标记成分，是其主要有效的成分之一，具有调节免疫、抗炎、抗凋亡、神经保护、血管重构等多种药理作用。黄芪甲苷单用或与其他中药成分和治疗手段合用，可通过抑制氧化应激及炎症反应，改善再灌注后脑组织能量代谢，抑制尼氏小体的减少消失、神经细胞凋亡等[3-5]，改善实验性CIRI动物的神经功能缺损，缩小脑梗死体积，还可降低血脑屏障通透性，减轻脑水肿[6，7]和有害代谢产物对神经细胞的损伤。本文就黄芪甲苷对AIS后再灌注损伤的保护作用机制进行述评，以期为其在临床脑卒中患者的应用提供参考依据和理论支持。

1 改善能量代谢

正常大脑功能的维持需要充足的氧气和营养物质的供应，代谢率高，对ATP的需求量大。当缺血性脑卒中发生时，微环境缺血缺氧引起组织氧分压明显下降，以及过量产生的氧自由基对线粒体的损伤，使ATP合成急剧减少，能量供应不足，出现脑功能障碍。能量代谢障碍是脑缺血再灌注损伤发生的始动环节。研究发现，脑组织缺血再灌注1 h后，ATP含量明显减少，出现能量代谢障碍，而黄芪甲苷可提高缺血再灌注后脑组织ATP含量，表明黄芪甲苷可改善脑缺血再灌注后能量代谢障碍，发挥脑保护作用[8]。此外，黄芪甲苷还可促进微血管的扩张，提高缺血脑组织半暗带区的供血量，减轻缺血区组织缺血缺氧的程度，促进ATP的合成，改善组织能量代谢。

2 清除氧自由基

缺血再灌注是AIS发生后的延迟性损伤过程，在此过程中组织生成和清除活性氧失衡可诱发CIRI[9]。过量氧自由基可导致脂质、蛋白质和核酸的过氧化，引起细胞损伤、死亡；上调细胞间黏附分子的表达，导致血脑屏障功能受损；刺激神经元过量释放兴奋性氨基酸，导致兴奋性氨基酸毒性作用，大量细胞外钙离子进入细胞，引发钙超载最终导致细胞凋亡或坏死。因此，氧自由基引发的连锁反应是CIRI发生发展的核心环节，而提高脑组织的抗氧化能力有助于缓解CIRI。Zhu等的实验证明，给予大脑中动脉堵塞/再灌注(middle cerebral artery occlusion/reperfusion, MCAO/R)模型小鼠黄芪甲苷预处理可明显增加脑组织中谷胱甘肽含量[10]。可见，黄芪甲苷具有较强的清除氧自由基的作用，进而抑制CIRI过程的氧化应激反应，减轻脑组织损伤。

3 抑制炎症反应

炎症反应是缺血性脑卒中复灌后损伤发生发展的重要病理过程，是造成脑损害的主要因素之一。缺血脑组织可募集大量炎性细胞，进而引起大量的炎性因子的释放。在恢复血液灌注后脑组织炎性反应更为明显，内皮细胞、T淋巴细胞以及胶质细胞等都可合成和分泌各种炎症因子，如白细胞介素-1(Interleukin-1, IL-1)、IL-6、肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor alpha, TNF-α)等，引起脑组织局部炎性反应。此外，脑缺血再灌注时NO分泌的减少，导致其对白细胞黏附和趋化的抑制减弱。这一系列反应将导致血管壁通透性增加、蛋白水解、血脑屏障破坏，并与活性氧自由基互为因果、相互促进，进一步加重脑损伤，而黄芪甲苷可以抑制脑缺血再灌注后炎性介质的释放。研究发现，脑缺血再灌注后脑组织中TNF-α及IL-1β含量明显增多，且其表达水平随缺血时间的延长而增高，而抑制TNF-α、IL-1β、NF-κB的表达可减轻CIRI[11，12]。有关黄芪甲苷抗CIRI的研究证实，黄芪甲苷缓解CIRI的作用机制与抑制NF-κB蛋白磷酸化、NLRP3炎症小体活化以及抑制TLR4信号通路的激活，进而抑制炎性反应有关[11]。

4 缓解细胞内钙超载

钙超载的发生与细胞外钙离子内流和细胞内钙库(线粒体和内质网/肌浆网)释放钙离子有关。缺血性脑卒中发生时，由于缺血缺氧及大量活性氧的损伤，线粒体功能减退，无氧酵解增多，ATP产生减少，使钙泵功能减退，不能将细胞内钙离子外排，同时引起线粒体内储存的钙离子释放入胞质，使细胞内钙离子浓度增高，影响钙离子相关酶活性并出现信号传导障碍，引起细胞凋亡。细胞内钙超载是导致神经元损伤和死亡的共同最后通路。而应用药物减轻内质网应激和线粒体损伤，可有效减轻缺血再灌注损伤。实验证明，钙超载在小鼠CIRI中起重要作用，可通过多种途径诱导再灌注后细胞凋亡，抑制钙超载可减轻缺血再灌注损伤。同时有研究发现，心肌缺血再灌注损伤诱导的细胞内钙超载与钙敏感受体的激活密切相关。由此可见，通过抑制缺血再灌注后钙敏感受体的表达，可缓解细胞内钙超载，进而缓解缺血再灌注损伤。Zhen等发现，钙敏感受体在小鼠CIRI中起重要作用，可通过JNK/p38 MAPK途径诱导再灌注后神经细胞凋亡，抑制钙超载，减轻缺血再灌注损伤[13]。且有关黄芪甲苷对神经元内钙离子分泌和离子通道的研究发现，黄芪甲苷可降低同步自发的钙离子流变化幅度，抑制自发性兴奋性神经突触传递活动，减轻神经元细胞内钙超载[10]。由此可见，在CIRI中黄芪甲苷也可通过缓解细胞内钙超载减轻缺血再灌注诱导的脑组织损伤。

5 抑制细胞凋亡

正常大鼠脑组织中无神经元凋亡，急性脑卒中发生后，在脑组织缺血核心区神经细胞由于血流中断引起的能量耗竭及大量氧自由基损伤而发生不可逆性坏死。在梗死核心区周边的缺血半暗带区内，神经细胞由于侧支循环少量血液供应的存在，以迟发性神经元死亡即细胞凋亡为主，神经元凋亡的多少决定着梗死面积的大小，也决定着患者神经功能缺损的严重程度和预后的好坏。在恢复缺血区血液灌注后，氧化损伤、炎症反应、细胞内钙超载以及毒性氨基酸作用等均可通过不同途径诱导细胞凋亡。细胞凋亡是缺血性脑卒中后再灌注损伤阶段的主要病理机制之一。大量研究表明，黄芪甲苷可通过抑制细胞凋亡缓解CIRI，其机制与促进自噬、上调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达水平，下调促凋亡蛋白BAX和Caspase-3的表达水平有关[14]。大量研究证明，黄芪甲苷可通过多种途径发挥抑制CIRI诱导的细胞凋亡作用。

6 保护血脑屏障

血脑屏障由血管内皮细胞及内皮间连接与星形胶质细胞以及细胞外基质等共同构成，可使脑组织免受循环中有害物质的损害，对维持内环境的稳定和中枢神经系统功能具有重要意义。血脑屏障结构和功能障碍及其导致的脑水肿及炎细胞浸润，是脑卒中、脑外伤和神经退行性病变等神经系统疾病的共同病理特征，也预示着临床预后不良。紧密连接对血脑屏障结构和功能的完整性至关重要。Li和曲友直等[7,15]发现，黄芪甲苷可通过上调膜相关蛋白occludin及其附属蛋白ZO-1蛋白的表达水平，以及抑制基质金属蛋白酶MMP-9及水通道蛋白AQP-4的表达，维护血脑屏障结构的完整性，抑制再灌注后血脑屏障通透性的增高，减轻CIRI导致的脑水肿。黄芪甲苷还可通过减少氧化应激、维持线粒体膜电位、改善线粒体功能等来抑制MCAO/R模型小鼠脑微血管内皮细胞损伤和凋亡，进而维持血脑屏障的稳定性[16]。

7 小结

CIRI是一个多因素参与的复杂病理生理过程，多在缺血性脑卒中患者经溶栓或血管内介入治疗后出现，严重影响卒中患者的预后。因此，研究脑缺血再灌注损伤的发生机制及中医药神经保护类药物，将极大地改善脑卒中患者后期的生活质量。

综前所述，黄芪甲苷可以通过改善能量代谢，清除氧自由基，拮抗氧化作用，抑制炎症反应，缓解细胞内钙超载，减轻线粒体损伤，抑制细胞凋亡及保护血脑屏障等作用，进而干预CIRI的发生发展过程，减轻CIRI所致的脑功能障碍。可见，黄芪甲苷对抗CIRI的作用具有多靶点、多疗效的特点，为黄芪甲苷在临床应用于脑卒中治疗提供客观的实验数据和理论依据。但是目前关于黄芪甲苷抑制CIRI的作用机制研究仍有不足之处，值得进一步探索。

多数脑卒中及脑缺血再灌注损伤的研究，以青年大鼠大脑中动脉堵塞为基础。但由于脑卒中的发生多见于有高血压、高血糖、高血脂等基础疾病的患者，虽有年轻化趋势，但仍以高龄患者多见，且高血压等基础疾病会降低药物的神经保护作用。因此，目前常用的MCAO/R动物模型并不能充分模拟临床脑卒中患者的机体状况。为避免实验研究与临床实践的差距，应优化动物模型。在充分模拟临床疾病的基础上，研究黄芪甲苷及其与其他中药成分配伍对脑缺血再灌注所致神经损伤的保护作用，并深入研究其相关信号通路。