黃芪甲苷生物活性及神經保護作用研究進展*

承德醫學院病理生理學教研室靳曉飛 高維娟(承德 067000)

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黃芪甲苷生物活性及神經保護作用研究進展*

承德醫學院病理生理學教研室
靳曉飛 高維娟△(承德 067000)

黃芪甲苷作為中藥黃芪的有效單體成分，受到越來越多的關注和研究。經檢索國內、外文獻和查閱相關書籍發現，黃芪甲苷具有多種生物活性，其研究范圍涉及肝、心、肺、腎、腦、胃、腸、血管等多個器官與組織，并可通過抑制炎癥反應、氧化應激反應、神經細胞凋亡等途徑，發揮神經保護作用。黃芪甲苷生物作用顯著，應用范圍廣泛，有望開發成為臨床藥物治療多種疾病。

黃芪；黃芪甲苷；生物活性；神經保護；炎癥反應；細胞凋亡；免疫調節

黃芪是臨床常用中藥，收載于歷版《中國藥典》和《中藥學》教材，是豆科草本植物蒙古黃芪或膜莢黃芪的根，味甘，性微溫，歸肺、脾經，具有補氣固表、生肌斂瘡、化瘀消腫的功效，可用于治療全身多個系統疾病。[1-2]黃芪甲苷是黃芪的主要活性成分之一，是黃芪皂苷類的單體成分，常作為檢測黃芪質量優劣的標準，其分子式為C41H68O14，相對分子質量是784.97，化學結構如圖1。大量研究發現，黃芪甲苷具有抗炎、抗病毒、抗凋亡、免疫調節等生物活性，具有重要的神經保護作用。[3-4]筆者對黃芪甲苷的生物活性及神經保護作用予以綜述，為其進一步研究提供參考。

1 黃芪甲苷的生物活性

1.1 抗炎、抗病毒 嚴重的炎癥反應可引起組織損傷，甚至導致器官衰竭。黃芪甲苷可通過抑制炎性因子的釋放，阻斷炎性瀑布的激活，發揮抗炎保護作用。研究發現，黃芪甲苷可明顯減少主動脈血管中炎癥因子TNF-α、IL-1β的表達，保護主動脈血管正常的舒張和收縮功能。肖氏等[5]通過CVB3所致病毒性心肌炎小鼠模型觀察基質金屬蛋白酶抑制因子-1(TIMP-1)和基質金屬蛋白酶-1(MMP-1)的表達，發現黃芪甲苷可顯著升高TIMP-1的水平，降低MMP-1的水平，從而抑制病毒性心肌炎小鼠心肌的纖維化和心肌間質膠原蛋白的降解。黃芪甲苷還可降低血清中乙型肝炎病毒(HBV)DNA的分泌水平，具有顯著的抗乙肝病毒的作用。

圖1 黃芪甲苷的化學結構

1.2 抗凋亡 細胞凋亡是指由體內、體外多種因素觸發，一系列基因調控的細胞自主而有序的死亡過程，是導致很多疾病發病的重要機制。急性心肌梗死(AMI)是冠狀動脈急性或持續性缺氧缺血所引起的心肌壞死，不及時處理可嚴重危及生命。黃芪甲苷可通過抑制內質網應激凋亡途徑相關蛋白表達，降低急性心肌梗死大鼠非梗死區的心肌細胞凋亡率，從而保護心肌。胡氏等[6]通過皮下注射異丙腎上腺素制備了大鼠心衰模型，觀察了黃芪甲苷對心衰大鼠的影響。實驗結果顯示，黃芪甲苷可以升高心衰大鼠心肌細胞線粒體膜電位(MMP)比值，促進端粒酶反轉錄酶(TERT)表達，抑制心肌細胞凋亡，從而保護心肌細胞。黃芪甲苷還可通過降低JNK-3、Caspase3、Bax活性，促進Bcl2蛋白表達，抑制神經細胞凋亡，發揮神經保護作用。[7]

1.3 免疫調節 免疫功能是指肌體對疾病的抵抗能力，免疫功能的紊亂在膿毒癥發生和發展中具有重要作用。高遷移率族蛋白B1(HMGB1)作為內毒素致死效應的重要晚期炎癥介質，在膿毒癥的治療靶點上發揮著關鍵作用。[8]研究發現，黃芪甲苷可以拮抗HMGB1對小鼠調節性T淋巴細胞(Treg)免疫功能的抑制作用，減輕膿毒癥的炎性反應，其作用機制與黃芪甲苷上調CD4+CD25-T淋巴細胞IL-4表達、下調IFN-γ表達有關。[9]另外，黃芪甲苷還可促進小鼠樹突狀細胞分泌 IL-6、IL-12等細胞因子，增強細胞表面多種免疫共刺激因子和MHC分子表達，從而提高細胞免疫功能。

1.4 促進細胞增殖 細胞進行分裂和再生的過程稱為細胞增殖，細胞通過增殖可將遺傳信息傳遞給下一代，從而保持了物種的延續和數量的增多，細胞增殖異常可導致多種疾病。黃芪甲苷常用于治療骨質疏松癥，它不僅能夠誘導骨髓間質干細胞分化為軟骨細胞，還可促進骨髓基質細胞和軟骨細胞增殖。[10]神經干細胞形成神經球的能力常用來衡量神經干細胞的增殖能力，黃芪甲苷可明顯增加大鼠胚胎神經球的形成，同時上調細胞增殖相關基因cyclinD1、Hes1、Hes5表達，從而促進神經干細胞增殖。黃芪甲苷還可以促進成骨細胞、淋巴細胞、血管內皮細胞、小腸上皮細胞、皮膚成纖維細胞等細胞的增殖和分化。

1.5 調控血糖 糖尿病是一種以高血糖為主要特征的代謝性疾病，且糖尿病患者長期高血糖可導致腎、眼、血管、神經、心臟等各種組織慢性損害和功能障礙。葡萄糖-6-磷酸酶 ( G6Pase)和肝葡萄糖原磷酸化酶 ( GP)對于血糖的控制起著重要作用，常作為降低血糖水平的治療靶點。研究發現，黃芪甲苷可通過抑制G6Pase和GP mRNA的表達，降低2型糖尿病小鼠血糖和甘油三酯水平。[11]黃芪甲苷還可以降低實驗性糖尿病大鼠空腹血糖水平以及血清總膽固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDL-C)、谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST))、乳酸脫氫酶(LDH)、丙二醛(MDA)水平，升高超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、高密度脂蛋白(HDL-C)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、總抗氧化能力(T-AOC)水平，提示黃芪甲苷具有降血糖、降血脂和抗氧化損傷作用。[12]

1.6 減緩衰老 阿爾茨海默病又稱老年性癡呆，多發于65歲以上人群，嚴重影響著老年人的生活質量。張氏等[14]應用APP/PS1雙轉基因(表達突變人β-淀粉樣前體蛋白和突變早老蛋白l)小鼠模型觀察黃芪甲苷對老年癡呆性小鼠體內β-分泌酶代謝物APP、CTFS、SAPP表達的影響，結果發現黃芪甲苷可明顯降低APP、CTFS、SAPP的表達水平，減少老年斑數量，改善神經功能障礙。另外，黃芪甲苷還可通過抑制大鼠海馬神經元游離Ca2+升高，減輕神經元凋亡，改善糖皮質激素誘導的老前期大鼠記憶損傷。

1.7 抑制癌癥 應用傳統中藥或中藥提取物治療癌癥受到越來越多的關注，中藥提取物或中藥單體含有抑制腫瘤生長的活性成分，其與化療藥聯合使用可收到良好的的治療效果。[14-15]MMP2是基質金屬蛋白酶(MMPs)家族的重要成員，它可破壞腫瘤細胞侵襲的組織學屏障，在腫瘤細胞侵襲和轉移過程中發揮著關鍵性作用。[16]研究發現，黃芪甲苷可以抑制卵巢癌MMP2以及Bcl-2、miR21 基因的表達，增強miR200a和miR15a基因表達，發揮抗癌作用。[17]肺癌已成為全世界發病率和致死率最高的惡性腫瘤，嚴重危害著人類健康。黃芪甲苷可以顯著抑制人肺癌細胞系A549細胞的侵襲、轉移和增殖，其作用機制與通過降低自噬相關蛋白LC3和P62表達，抑制細胞自噬發生有關。[18]

2 黃芪甲苷的神經保護作用

黃芪甲苷具有重要的神經保護作用，尤其對腦缺血后再灌注引起的損傷具有明顯改善作用。

甲基苯丙胺是一種苯丙胺類中樞興奮劑，濫用甲基苯丙胺可引起哺乳動物大腦損傷，出現神經毒性反應。黃芪甲苷可通過抑制腦組織海馬區Caspase3表達，減少NO和MDA 含量，提高Bcl2表達和SOD活力，減輕甲基苯丙胺依賴性大鼠腦組織損傷。血腦屏障控制著大腦組織與血液循環系統之間的物質交換，在穩定腦組織內環境方面具有重要作用，其破壞可引起血管源性水腫，是導致腦缺血后腦組織發生水腫的重要病理基礎。[19-21]研究發現，黃芪甲苷可以減少大鼠腦缺血后腦組織含水量和伊文氏藍含量，抑制IL-1β生成，并上調咬合蛋白Occludin表達，下調基質金屬蛋白MMP-9表達，保護血腦屏障，發揮神經保護作用。[22]

炎癥反應參與了腦缺血誘導的再灌注損傷，并且扮演著十分關鍵的角色。腦缺血再灌注損傷可引起大量炎性細胞或炎性因子的聚集和釋放，破壞血腦屏障，加重腦組織水腫和神經功能缺失。NF-κB 作為早期轉錄因子，參與炎癥基因激活和調控，在腦缺血再灌注損傷所引起的炎癥反應中發揮著非常重要的作用。[23]黃芪甲苷可以通過抑制腦缺血再灌注小鼠IκB蛋白磷酸化，減少NF-κB 核轉位(抑制胞核NF-κB蛋白表達，促進胞質NF-κB蛋白表達)，減少炎癥因子TNF-α、IL-1β、ICAM-1的生成，抑制MPO活性，從而減輕腦缺血再灌注損傷所引起的繼發性炎癥反應發揮保護作用。

氧化應激是體內氧化作用與抗氧化作用失衡，氧自由基代謝發生障礙，自由基生成過多，無法得到及時清除，引起肌體組織或細胞出現氧化損傷。[24]氧化應激是腦缺血再灌注引起繼發性損傷的重要機制之一，自由基過多產生和釋放是導致神經細胞凋亡或壞死的關鍵。因此，及時清除氧自由基、提高腦組織抗氧化能力是治療腦缺血再灌注損傷的重要方法。黃芪甲苷可以通過激活Nrf2/HO-1(即核轉錄因子E2相關因子2 /血紅素加氧酶1)信號通路，促進Nrf2的合成和核轉位，上調下游抗氧化基因HO-1的表達，從而抑制MDA和NO的生成，增加SOD活性、GSH含量和AOC能力，提高腦組織的抗氧化能力，減輕腦缺血再灌注損傷。[25]

腦組織中ATP、葡萄糖糖元、磷酸肌酸等在腦缺血短時間內可急劇減少，引起腦組織能量代謝障礙，且長時間缺血可造成嚴重的不可逆性腦損傷。因此，在腦缺血早期及時恢復腦血流量，增加腦組織對能量物質的利用，改善能量代謝障礙，對于治療缺血性腦血管病具有重要意義。研究發現，黃芪甲苷可以增加腦缺血再灌注小鼠腦組織ATP、ADP和AMP的含量，上調葡萄糖轉運蛋白3(GLUT3)的表達，提高神經組織對葡萄糖的利用率，改善缺血腦組織的能量代謝障礙，增強腦組織對缺血和缺氧的耐受能力，對抗腦缺血再灌注損傷。[2，26]

黃芪甲苷可通過多種途徑抑制神經細胞凋亡，減輕腦缺血缺氧性損傷。血管內皮生長因子(VEGF)、血管內皮生長因子受體2(VEGFR2)和神經營養因子(BDNF)在促進缺血腦組織血管生成和重塑、提高神經元存活、刺激神經干細胞增殖等方面具有重要作用。[27-29]黃芪甲苷可以通過上調腦缺血再灌注大鼠VEGF、VEGFR2和BDNF的表達，抑制神經細胞凋亡，促進神經再生和受損神經修復，改善神經功能障礙，抑制腦缺血再灌注損傷。[30]同時，黃芪甲苷還可通過下調苯二氮卓受體(PBRs)、Caspase3 、Caspase12 表達，抑制JNK1/2磷酸化，升高葡萄糖調節蛋白78(GRP78)表達等線粒體途徑或內質網途徑抑制神經細胞發生凋亡，發揮神經保護作用。

3 小結與展望

綜上所述，黃芪甲苷具有抗炎、抗病毒、抗凋亡、免疫調節、促進細胞增殖、調控血糖、減緩衰老、抑制癌癥等生物活性，并可通過保護血腦屏障，改善能量代謝，抑制炎癥反應、氧化應激反應及神經細胞凋亡，發揮神經保護作用。黃芪甲苷生物活性的不斷挖掘和證實，為將其開發成為臨床藥物奠定了理論基礎，為進一步明確中藥黃芪的具體藥理作用提供了可靠依據。同時，筆者發現，黃芪甲苷的大量研究主要集中在黃芪甲苷的直接生物作用，而其在體內的具體代謝過程如何？其次級代謝產物有哪些？是否同樣具有重要的生物學作用？尚缺乏研究。相信隨著對黃芪甲苷、黃芪以及傳統中藥研究的不斷深入，這些疑問都可以找到答案，祖國中醫中藥事業也一定會逐漸走向標準化、系統化和國際化，為人類健康做出巨大貢獻。

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(2017-04-01 收稿)

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*河北省應用基礎研究計劃重點項目：No.16967756D；河北省普通高校高層次人才科學研究計劃項目：No.GCC2014031；河北省博士學位點科研能力建設項目：No.169677128D；河北省研究生創新資助項目：No.冀學位[2016]3號

高維娟，女，醫學博士，教授，博士研究生導師。

R285.5

A

1007-5615(2017)03-0054-04

△河北中醫學院 河北省心腦血管病中醫藥防治重點實驗室(石家莊 050200)