中药治疗缺血性脑卒中铁死亡机制的研究进展

廖钟玲,林秀苗,王洁琼,周哲屹

脑卒中是我国常见的死亡原因,也是世界范围内第二大死因,分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中,其中缺血性脑卒中约占62.4%[1-2]。缺血性脑卒中具有高发病率、高致残率、高复发率、高死亡率等特点,给家庭和社会造成巨大的压力。溶栓、取栓是临床治疗缺血性脑卒中的有效方法,由于溶栓、取栓具有严格的时间窗限制,多数病人无法及时进行有效的治疗,从而导致肢体功能不全,严重影响病人的生活质量。因此,探讨缺血性脑卒中的发病机制和新的治疗手段具有重要意义。铁死亡与缺血性脑卒中密切相关,中药及其活性成分可减轻缺血性脑卒中病人神经细胞损伤,并可一定程度减轻铁死亡,为缺血性脑卒中的治疗提供新的切入点。综述中药治疗缺血性脑卒中铁死亡作用机制的研究进展,以期为治疗缺血性脑卒中铁死亡提供依据。

1 铁死亡的概述

铁死亡是由铁依赖性脂质氢过氧化物积累驱动的调节性细胞死亡形式,在2012年被首次提出,是一种非凋亡程序性细胞死亡过程。病理情况下,Fe2+在细胞内聚集,发生哈伯-韦斯反应(Haber-Weiss)与芬顿(Fenton)反应,产生大量氧化自由基(ROS),并与细胞膜上的多不饱和脂肪酸(PUFA)发生一系列过氧化反应,形成脂质过氧化物,破坏细胞膜结构,最终导致细胞铁死亡[3]。有研究表明,铁死亡与哺乳动物的正常生理环境和病理疾病有关,主要包括部分退行性疾病、缺血再灌注损伤及癌症等[4]。铁死亡的诱导和调控主要与以下物质有关:铁超负荷、谷胱甘肽(GSH)耗竭、谷胱甘肽过氧化物酶4(Gpx4)失活、脂质过氧化、胱氨酸/谷氨酸反向转运体(cystine/glutamate antiporter,System Xc-)受损、核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)、长链脂酰辅酶A合成酶(acyl-CoA synthetase long chain family,ACSL)4、线粒体代谢等。这些物质部分形成正反馈循环,将细胞推向死亡,当停止其中任何一部分将停止铁死亡共同依赖事件,抑制铁死亡发生[5-6]。

2 铁死亡与缺血性脑卒中

铁对脑组织的动态平衡有双重作用:一方面,在三磷酸腺苷(ATP)生成过程中发挥着重要作用,然而,大脑对铁依赖的氧化应激十分敏感。发生缺血性脑卒中后,线粒体不能产生足够的电子,大量游离基形成,增加细胞膜上的离子通透性,并产生大量“催化性”的铁,在无氧糖酵解过程中,还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸大量生成,使三价铁离子转化为二价铁离子;缺血期和再灌注期的铁离子迁移产生更多自由基,引起脂质过氧化及神经细胞的死亡,从而加剧脑缺血的损害[7]。铁死亡作为脑组织损伤期间病理性细胞死亡的重要机制,有研究发现,铁抑制剂具有改善神经功能损伤的作用[8]。有研究显示,缺血再灌注可增加大脑皮层和海马中铁调素表达,敲除铁调素可逆转小鼠缺血性大脑中铁蛋白的增加[9]。因此,铁超载与脑缺血有密切关系,抑制铁死亡可减轻缺血性脑卒中损伤,表明铁死亡可能参与脑卒中的损害,可能成为干预脑卒中的重要靶点。

脑卒中后过氧化物增加是主要的生理病理机制,脂质过氧化与氧化应激通过损伤细胞膜,使神经元损伤和细胞膜发生崩解,影响脑卒中后侧支循环的建立[10],谷胱甘肽过氧化物酶可减弱脂质过氧化,减少氧自由基的生成,减轻脑损伤[11]。脑缺血病人血清谷胱甘肽过氧化物酶水平低于健康人,其含量与病情严重程度成反比[12]。降低脂质过氧化物的累积,增加谷胱甘肽过氧化物酶,可抑制细胞铁死亡,保护脑缺血后神经元受损。在铁死亡过程中,与Gpx4密切相关,上调Gpx4表达可防止铁死亡[13]。

System Xc-是一种氨基酸反向转运蛋白,是大脑中谷氨酸的主要来源,谷氨酸含量对System Xc-的功能有一定的影响,细胞外高浓度的谷氨酸可抑制System Xc-,从而诱导铁死亡;另一方面,从胱氨酸还原的半胱氨酸是GSH合成的限速底物,小分子(如铁诱导的细胞死亡激活剂erastin)通过阻断System Xc-介导的胱氨酸的输入,引起GSH及后续的铁消耗依赖的脂类过氧化,从而导致铁死亡发生[14]。

有研究显示,Nrf2可调控众多脑铁相关蛋白的代谢活动,在脑铁代谢中发挥主要作用,可促进脑铁摄入和脑铁储存,减少神经细胞线粒体内游离铁含量,调控脑铁运出,抑制神经细胞铁死亡引起的过氧化等[15]。

有研究显示,在半胱氨酸缺失引起的铁细胞凋亡中,线粒体是一个重要的参与因素,而半胱氨酸缺乏引起线粒体膜电位的超极化和过氧化脂质的累积,因此通过抑制三羧酸线粒体循环和电子转移链,可缓解线粒体的电位过偏,从而减少脂质过氧化物累积,避免铁死亡[16]。在神经系统中,线粒体功能紊乱是一种重要的生物化学特性。Cui等[17]研究发现,脂酰辅酶A合成酶4(ACSL4)在早期缺血性脑卒中被抑制,且抑制ACSL4可保护小鼠免受脑缺血损伤的影响,ACSL4过表达可加剧缺血性脑损伤,表明ACSL4是神经元死亡新调节剂,干预ACSL4表达可能为缺血性脑卒中提供潜在的治疗靶点。

因此,缺血性脑卒中后,通过干预减少铁超负荷,减轻GSH耗竭和上调Gpx4表达水平,减少脂质过氧化及System Xc-受损,抑制NRF2、ACSL4及线粒体代谢因子表达能减轻铁死亡,可能为缺血性脑卒中提供潜在的治疗靶点。

3 铁死亡与中医的关系

缺血性脑卒中在中医学称为中风,总病机归因为风、火、痰、瘀、虚,贯穿临床辨证施治过程。毒邪具有酷烈、依附、秽浊、从化等性质特点,可在风、火、痰、瘀、虚等病理产物基础上化生,损害形体。因此,从中医毒邪方面来说,中风发病病因为毒邪损伤脑络。素体本虚,受风、火、痰、瘀诸邪影响,使毒邪产生,上窜脑髓,毒邪致使脑之络脉受损,使脑络不通,血瘀气滞,损伤脑髓,灵机失用,从而产生口角歪斜、言语欠利、半身不遂等症状,甚者意识不清,则发中风[18]。因此,缺血性脑卒中脑损伤的过程体现了毒邪损伤脑络的发病机制,痰湿、瘀血、火热等病理产物过盛或互相蕴结逐渐形成热毒、痰毒、瘀毒,致病能力增强[19]。现代医学研究表明,脑卒中后产生大量的氧自由基和代谢产物,这些物质通过多种途径破坏内皮细胞、神经元等,进一步损伤神经功能。现代医学中的微生物毒素、钙超载、炎性因子、活性氧自由基、血管活性物质释放、兴奋性氨基酸神经毒性、呼吸或代谢性酸中毒等均属于中医学“毒邪”的范畴[20]。铁死亡是由于体内铁代谢异常及大量的脂类过氧化产物积累,从而引起细胞的死亡。缺血性脑卒中后脑组织首先发生缺血缺氧,到氧化应激反应的发生,再到细胞内过量Fe2+产生和脂质过氧化,最后发生神经细胞铁死亡。从中医“毒邪”学说角度可理解中风的发病过程,与现代医学对缺血性脑卒中后细胞铁死亡的认识基本一致。

中医治疗中风针对“毒邪”治疗有较深远的历史,较多中医文献中有关于“解毒类”的药物用于中风的治疗,《金匮要略》在中风的治疗中有菊花、黄芩、大黄等解毒药的记载,如侯氏黑散。叶天士治疗中风时常用菊花、连翘、黄连、地黄、玄参等长于清热解毒的药物。现代医家发现,治疗中风病方中加用清热解毒的药物,常收到良好的效果。王永炎院士曾提出中风后产生痰、热、瘀等毒邪产物,使形体败坏并损伤脑络,在中风治疗中须重视毒邪的作用,而在辨证论治时,充分考虑到毒邪的致病因素,采取“解毒”治法,疗效有一定的提高;中风辨证体系中引入毒邪的概念,将火、痰、瘀这3种致病因素上升为火毒、痰毒、瘀毒,并贯穿于中风早期和恢复期的各个环节,有助于进一步阐释中风的发病及预后,提高临床医师对中风的认知,改善临床疗效[19]。

4 中药对缺血性脑卒中铁死亡的影响

4.1 中药活性成分 丹参具有祛瘀、生新、活血、调经等作用,为妇科用药,其主要活性成分是丹参酮、相关研究显示,丹参酮ⅡA对大鼠海马细胞的铁代谢有一定的影响,其作用机制是通过抑制海马细胞过氧化脂质和铁含量,进而抑制铁死亡[21]。丹参酮Ⅰ可阻断Gpx4蛋白表达,减少铁死亡,提示丹参酮可影响铁死亡,一定程度减轻脑卒中后脑缺血损伤[22]。

花椒又称为蜀椒,为芸香科植物,在《长沙药解》中提到“蜀椒辛温下行……祛诸风麻痹不仁,主瘫痪语言不遂,利腰膝,强筋力,活血脉,通九窍,利周身”,具有治疗中风之功效。相关研究发现,花椒中的异丁基胺类物质可抑制铁死亡,在erastin诱导的小鼠海马神经元细胞中具有一定的保护作用,表明花椒对大鼠海马神经元的保护作用可能通过抑制铁死亡的作用机制实现的[23]。

天麻具有息风止痉、平肝潜阳之功效,常用于治疗中风。李中梓在《雷公炮制药性解》提到天麻可“祛诸风麻痹不仁,主瘫痪语言不遂,利腰膝,强筋力,活血脉,通九窍,利周身”,表明天麻具有活血脉、祛瘀功效。天麻素是天麻的一种成分,在神经退行性疾病中具有较强的抗氧化活性,天麻素增加了Nrf2的核转位,上调了谷氨酸处理后相关蛋白的表达,同时降低了谷氨酸诱导的铁死亡,表明天麻素通过Nrf2相关信号通路的机制保护相关细胞免受谷氨酸诱导的铁死亡[24]。

黄芩具有清热燥湿、泻火解毒之功效,其主要成分是黄芩素。有研究显示,黄芩素上调了黑素细胞中的Gpx4使其免受铁死亡,表明黄芩具有上调Gpx4减轻铁死亡的作用[25]。Xie等[26]研究显示,黄芩素是一种天然的铁死亡抑制剂,可有效抑制胰腺癌细胞中麦角菌素引起的铁离子凋亡,具有抑制铁死亡的作用,抑制erastin对Gpx4的降解,从而使细胞避免被细胞膜内的脂质过氧化。因此推测,脑卒中后黄芩可上调Gpx4,减轻铁死亡,发挥神经保护作用。

银杏叶具有活血通脉之功效,银杏内酯B是银杏叶提取物的主要成分。有研究显示,在Nrf2干扰后,银杏内酯B处理可增加Nrf2表达,且银杏内酯B对脂质积累和氧化应激引起的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)铁死亡具有作用[26]。说明银杏内酯B通过激活Nrf2通路发挥抑制铁死亡作用。

高良姜性热,可下气温中,其主要成分是高良姜素。高良姜素治疗降低了接受心肌缺血再灌注(I/R)的沙鼠大脑中脂质过氧化物水平,减少细胞死亡的数量,增加Gpx4的表达,高良姜素处理的沙鼠中铁死亡标志物表达降低,表明高良姜素通过增强Gpx4表达抑制铁死亡,并减少神经元细胞死亡[27]。

4.2 中药复方 二陈汤出自宋代《太平惠民和剂局方》,是治痰的基础方,一身之痰,无所不治;桃红四物汤出自《医宗金鉴》,具有养血活血之功效。相关研究表明,二陈汤合桃红四物汤可改善脑缺血小鼠的氧化应激反应,降低p53 mRNA表达,提高重肽铁蛋白1表达,升高铁含量,进而引起芬顿反应,产生氧化损害[28]。说明二陈汤合桃红四物汤对急性缺血性脑卒中的作用机制与调节p53/SALC7A11介导的氧化损伤和铁死亡有关。

补阳还五汤出自《医林改错》,主治中风气虚血瘀证。有研究显示,补阳还五汤对大脑中动脉栓塞大鼠海马Gpx4的铁死亡标志物具有调控作用,磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信号通路具有诱导自噬、减轻氧化应激、抗脂质过氧化等作用,活化PI3K-Akt信号转导途径可减少铁产生,PI3K-Akt在其所进行的模块化分析中发挥着重要的调控作用[29]。表明补阳还五汤经铁死亡途径参与的PI3K-Akt信号转导通路在缺血性脑卒中治疗过程中发挥着重要作用。

5 小 结

近年来,铁死亡逐渐成为研究热点,并取得一定进展,但铁死亡的具体机制尚未明确,铁死亡参与缺血性脑卒中的研究处于探索阶段。铁作为一种有效的氧化还原循环金属,可一定程度维持脑内稳态平衡,但铁过载可催化有害自由基的产生,尤其是在中枢神经系统中,扮演着“双刃剑”的角色。进一步探讨铁死亡的作用机制,对深入阐述铁死亡与缺血性脑卒中的关系及探索治疗缺血性脑卒中的新方法具有重要意义。中医药治疗缺血性脑卒中在临床方面上得到认可,目前中医药关于铁死亡的治疗研究处于探索阶段,中医药对铁死亡有不同的影响,其作用机制尚未明确。随着研究的深入,在中医学的指导下,可能发现更多抑制铁死亡的中药活性物质及复方制剂等,中药影响铁死亡在缺血性脑卒中相关作用机制及临床有广泛的应用前景。