黃芩苷治療大腦缺血再灌注損傷的研究現(xiàn)狀及展望?

徐 甜，樊姝寧，鄧 楠，馬重陽，程發(fā)峰，王雪茜，王慶國

(北京中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院，北京 100029)

腦卒中是引起成人殘疾和死亡的主要原因之一[1]，因其高發(fā)病率、高致殘率、高致死率，已成為全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域面臨的共同難題[2]。最新數(shù)據(jù)顯示，新發(fā)卒中患者中缺血性卒中占比最大(69.6%)，是腦卒中最主要的類型[3]。缺血再灌注損傷是缺血性腦卒中后最重要的病理損傷之一，中藥干預缺血再灌注損傷具有一定療效[4]。

黃芩苷是黃芩的主要活性成分之一，研究表明其具有多種藥理活性，如降壓、鎮(zhèn)靜、保肝、利膽、抗菌等[5]。由于血腦屏障的存在，血腦屏障透過性是衡量藥物對神經(jīng)系統(tǒng)疾病潛在治療作用的重要指標。有數(shù)據(jù)顯示，黃芩苷能快速穿透血腦屏障進入腦脊液[6]，并在紋狀體、下丘腦和海馬體中大量富集[7]。藥理學實驗表明，黃芩苷具有抵抗大腦缺血再灌注損傷后興奮性毒性、細胞凋亡、線粒體損傷、炎癥反應等多重藥理活性，是一種治療缺血性腦卒中的潛在化合物[8]。本文旨在綜述近年來黃芩苷治療缺血性腦卒中的國內(nèi)外文獻，為以“黃芩苷”為代表的中藥小分子抗缺血性腦卒中的臨床治療與科學研究提供更多的文獻參考。

1 黃芩苷的藥效學研究

缺血再灌注會直接導致神經(jīng)細胞損傷，宏觀表現(xiàn)為神經(jīng)功能或認知功能的下降或缺失。體內(nèi)體外實驗均表明，黃芩苷對缺血再灌注后腦損傷具有緩解作用。無論是永久性還是短暫性大腦中動脈栓塞動物模型，黃芩苷均可顯著緩解急性期神經(jīng)功能損傷，降低大腦梗死體積[9-10]，其治療時間窗或可長達4 h，具有良好的藥物開發(fā)前景[11]。對黃芩苷抗缺血再灌注損傷的遠期療效觀察中發(fā)現(xiàn)，損傷21 d后黃芩苷給藥組大鼠神經(jīng)功能明顯改善，腦梗死體積明顯減少，腦組織病理損害較缺血模型組明顯減輕[12]。還有研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷干預后短暫性腦缺血大鼠在水迷宮測試中表現(xiàn)較好，大鼠認知功能有較大提升[13]。體外研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷及其類似物可以保護缺氧缺糖后神經(jīng)元細胞PC12的損傷[14]，在原代海馬區(qū)神經(jīng)元和SH-SY5Y細胞缺氧模型中，黃芩苷也表現(xiàn)出類似的效果[15]。

2 黃芩苷的藥理機制研究

2.1 抑制血腦屏障紊亂

血腦屏障是調(diào)控外周循環(huán)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間物質(zhì)交換和信息交流的重要生理結(jié)構(gòu)，血腦屏障功能對維持神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要作用。黃芩苷能夠降低缺血再灌注損傷后紊亂的血腦屏障透過率，并抑制大腦血管性水腫程度，下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)的表達，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶系統(tǒng)活化并促進claudin-5和ZO-1的轉(zhuǎn)錄與表達[16]。由于腦微血管內(nèi)皮細胞之間起連接作用的緊密連接復合物，是血腦屏障的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之一[17]。這些分子如緊密連接蛋白Occludin、claudin-5、ZO-1、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)等，對維持血腦屏障的正常功能具有重要意義。此外，黃芩苷對血腦屏障的藥理作用還涉及蛋白質(zhì)修飾層面，如降低內(nèi)皮細胞絲氨酸/蘇氨酸激酶家族(PKCs)水平，降低缺氧誘導下緊密連接蛋白的磷酸化，抑制這些緊密連接蛋白的降解[18]。

2.2 抗興奮性毒性

興奮性毒性是缺血再灌注損傷的關(guān)鍵病理機制。缺血再灌注發(fā)生后，神經(jīng)元或星形膠質(zhì)細胞均可大量釋放興奮性神經(jīng)遞質(zhì)天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)，導致漸進性神經(jīng)損傷[19]。以谷氨酸為例，細胞外高水平的谷氨酸導致細胞內(nèi)Ca2+超載，從而造成興奮性毒性。Ca2+/calmodulin(CaM)依賴性蛋白激酶II(CaMKII)在介導急性興奮毒性損傷后導致細胞死亡的一些生化事件中發(fā)揮關(guān)鍵作用[20]。目前研究顯示，黃芩苷抗興奮性毒性作用可能基于以下3個途徑：一是甘氨酸、氨基乙磺酸和γ-氨基丁酸(GABA)可以抑制性神經(jīng)遞質(zhì)(IAA)，可以抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì)(EAA)引起的神經(jīng)細胞大量活動[21]。研究表明，黃芩苷可顯著降低大鼠腦組織內(nèi)甘氨酸的含量，升高GABA含量[22]，從而抵抗EAA誘導的興奮性毒性；二是黃芩苷能夠通過激活CaMKII磷酸化，逆轉(zhuǎn)興奮性氨基酸誘導細胞內(nèi)Ca2+水平的升高，并抑制血腦屏障的損傷[15]；三是神經(jīng)元中N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDARs)能夠引起Ca2+內(nèi)流，促進caspase-3活性的增加，誘導細胞凋亡[36]，黃芩苷能夠顯著下調(diào)興奮性氨基酸受體，如NMDARs的表達[15]。因此，黃芩苷對大腦缺血再灌注損傷的抑制作用可能與作用于興奮性毒性信號通路的上下游多個靶標有關(guān)。

2.3 抗氧化應激

缺血再灌注損傷后，細胞內(nèi)會產(chǎn)生包括活性氧和活性氮在內(nèi)的自由基，誘導細胞啟動死亡進程。目前藥物研究發(fā)現(xiàn)，一些以氧化應激為靶點的自由基清除劑和抗氧化劑均具有緩解大腦缺血再灌注損傷的藥理活性[23]。黃芩苷是天然黃酮類化合物，該類化合物被廣泛證實具有直接清除活性氧自由基的生物活性[24]。除了直接清除自由基的化學特征外，黃芩苷也被證實能夠通過提高一些抗氧化酶的表達水平和活性，如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)、黃嘌呤氧化酶(XOD)等，顯著抑制缺血模型腦內(nèi)活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)水平[25]。體外過氧化氫誘導的原代神經(jīng)元損傷氧化應激模型顯示，黃芩苷能夠顯著提高細胞活力，降低乳酸脫氫酶LDH滲漏，增強SOD活力[18]。核因子E2相關(guān)因子2(Nrf 2)是細胞內(nèi)抗氧化應激和維持氧化還原平衡的重要信號。通過促進抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄，如醌氧化還原酶1(NQO1)和血紅素加氧酶1(HO1)，發(fā)揮強大的抗氧化作用[26]。黃芩苷能夠激活Nrf 2進入細胞核內(nèi)，進而促進NQO1和HO1的表達，抑制氧化應激損傷并發(fā)揮神經(jīng)保護作用[27]。實際上，細胞內(nèi)高水平的ROS會繼續(xù)損傷線粒體功能，誘導線粒體途徑凋亡和自噬[28]。還有研究表明，黃芩苷抑制發(fā)動蛋白相關(guān)蛋白1(Drp-1)的表達，促進線粒體融合蛋白2(MFN2)的表達，減少線粒體的分裂。單磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMPK)能調(diào)節(jié)ROS的生成，敲除AMPKα1顯著抑制黃芩苷的抗腦缺血作用，因此黃芩苷的藥理作用可能與調(diào)控AMPK的激活有關(guān)[29]。

2.4 抑制細胞凋亡

缺血再灌注損傷可以通過多條途徑誘導細胞凋亡，包括外源性途徑和內(nèi)源性途徑。內(nèi)源性途徑多與半胱氨酸依賴性蛋白酶(caspase)的激活，線粒體外膜釋放細胞色素C等凋亡相關(guān)蛋白的激活有關(guān)，外源性途徑多與配體-受體相互作用信號的啟動有關(guān)，誘導caspase蛋白直接激活[30]。體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，黃芩苷能夠顯著抑制全腦缺血再灌注大鼠模型海馬區(qū)神經(jīng)元的凋亡水平，降低環(huán)氧化酶(COX2)的水平[31]。體外研究也表明，黃芩苷處理能抑制PC12缺血再灌注損傷后細胞凋亡水平，該過程可能與調(diào)控線粒體功能有關(guān)[29]。黃芩苷還能夠抑制局灶性缺血再灌注模型神經(jīng)細胞凋亡水平，促進抗凋亡蛋白髓性白血病細胞分化蛋白1(MCL1)和B細胞淋巴瘤2(BCL2)的轉(zhuǎn)錄和表達，其具體機制可能與心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子- A (MRTF-A)水平升高有關(guān)[32]。除了上述凋亡相關(guān)蛋白外，200 mg/kg黃芩苷干預還能顯著增加缺血沙鼠腦中的細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)活化，降低c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38的活化[33]，這表明黃芩苷能夠通過影響絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信號通路發(fā)揮抗凋亡作用。還有研究認為，黃芩苷的抗凋亡作用可能涉及細胞核外的遺傳信息調(diào)控過程，如下調(diào)microRNA-192-5p等[34]。與腦缺血研究不同，黃芩苷在腫瘤藥理學研究中被發(fā)現(xiàn)，可以促進多種腫瘤細胞的凋亡過程并發(fā)揮抗癌作用[35-36]，且多數(shù)實驗研究黃芩苷給藥劑量較為類似。因此，黃芩苷在凋亡方面具有雙向調(diào)節(jié)作用，可能與疾病所處的病理狀態(tài)有關(guān)。

2.5 抗炎癥反應

腦缺血后，腦內(nèi)的炎癥反應是造成神經(jīng)損傷的重要原因之一[37]。越來越多的證據(jù)表明，黃芩苷抗腦缺血作用可能與抑制炎癥反應有關(guān)。黃芩苷及其類似物可以抑制TLR2/TLR4受體的表達和下游信號的激活，抑制NF-κB的激活，減少環(huán)氧酶2(COX2)、腫瘤壞死因子(TNF)、白介素6(IL6)、白介素1β(IL-1β)、誘導型一氧化氮合酶(iNOS)等促炎因子的表達[38]。此外最近研究表明，細胞內(nèi)的NOD樣受體(NLRs)也是與缺血性腦卒中密切相關(guān)的重要模式識別受體之一，該分子家族能夠激活NF-κB通路和MAPK通路誘導下游炎癥反應[39]。值得注意的是，NOD2在BV2小膠質(zhì)細胞、PC12神經(jīng)元細胞和原代神經(jīng)元細胞缺氧再灌注處理后均有較高的表達水平，即細胞內(nèi)的NOD樣受體(NLRs)不僅可以在小膠質(zhì)細胞中被激活，而且可以在神經(jīng)元中被激活[40]。黃芩苷不僅可以抑制缺血損傷后BV2小膠質(zhì)細胞系中NOD2蛋白的表達，還可影響原代神經(jīng)元及神經(jīng)元細胞系PC12中NOD2的激活[41]。因此，黃芩苷的抗炎作用可能調(diào)控與神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞等多種神經(jīng)血管單元的組成細胞分泌的炎性分子有關(guān)。

3 小結(jié)與展望

黃芩的藥用價值最早記載于《神農(nóng)本草經(jīng)》：“主諸熱黃疸，腸澼泄痢，逐水，下血閉，惡瘡疽蝕火瘍”，在臨床上用于多種內(nèi)外科疾病的治療。黃芩苷作為黃芩的主要活性成分之一，其抗腦卒中的作用受到研究者的廣泛關(guān)注。黃芩苷能夠作用于缺血性腦卒中后的多個病理環(huán)節(jié)，如神經(jīng)功能損傷、血腦屏障破壞、氧化應激、細胞凋亡、興奮性毒性、炎癥反應等。此外，黃芩苷還具有明顯的多靶點效應，能夠?qū)Χ鄺l生物信號通路上的重要蛋白表達水平和激活狀態(tài)進行調(diào)節(jié)。實際上，黃芩苷的直接作用靶點并未得到充分討論，相關(guān)靶點在復雜生物分子網(wǎng)絡(luò)中的作用也并未詳細闡釋。近年來，生物信息學、網(wǎng)絡(luò)藥理學和生物數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，給天然多靶點小分子藥物的藥理研究帶來了新的契機。通過對藥物差異表達和直接作用靶點的分析，傳統(tǒng)藥物的新型藥理作用和潛在機制被逐漸了解和發(fā)現(xiàn)。我們認為，從分子網(wǎng)絡(luò)復雜性的角度研究黃芩苷抗腦卒中的潛在藥理機制，從而明確直接和間接作用靶點，發(fā)掘潛在的信號通路，是認識和理解黃芩苷藥理作用的有效途徑。此外，以黃芩苷為先導化合物進行化學結(jié)構(gòu)修飾，或引入新型納米量級載藥系統(tǒng)輔助促進黃芩苷進入血腦屏障發(fā)揮藥效，對設(shè)計和研發(fā)更有效的抗缺血再灌注損傷類藥物意義重大。