黃芪甲苷對中樞神經再生的影響研究進展

李冰冰 覃貴川 陳子夜 范有明

2019 年全球疾病負擔（GBD）腦卒中負擔研究顯示，死亡的第二大原因仍是腦卒中[1]。臨床依據癥狀不同將腦卒中劃分為出血性腦卒中和缺血性腦卒中，兩者均會導致受損區腦組織缺氧壞死和神經功能受損。臨床上最為常見的是缺血性腦卒中，占腦卒中的80%～87%[2]。目前，組織纖溶酶原激活物（tPA）溶栓藥物是治療缺血性腦卒中的主要手段。但患者必須在發病4.5 h 內及時治療，才能有效緩解臨床癥狀。tPA 治療會導致顱內出血和神經毒性等不良反應[3-4]，對大腦造成額外損傷。

中醫認為中風發病在于虛和瘀，與患者血、氣關系密切，其中以氣虛、血瘀為主[5]。氣虛、血瘀導致經脈阻滯、血行不暢而發為中風，故益氣活血的方法可使腦局部缺血灶的血供和患側肢體功能改善。補陽還五湯作為益氣活血的代表方，對中風后遺癥有良好的改善作用，針對缺血性中風，有明顯的神經保護作用[6]。黃芪是補陽還五湯中的君藥，具有益氣、養血、利水、固表等功效。黃芪甲苷是中藥黃芪的主要活性成分[7]，是中華人民共和國藥典（2015 版）中黃芪的質量控制標志物。據報道，黃芪主要含有3 種化合物，包括多糖、皂苷和黃酮類化合物。隨著提取分離技術的進步，利用高效液相色譜法（HPLC）和氣相色譜-質譜技術從黃芪中鑒定出40 多種黃芪皂苷成分，已被廣泛應用于各種疾病的治療。

1 中風后中樞神經再生的限制因素

研究發現，中樞神經系統損傷后的環境中存在的抑制因子和成人中樞神經系統神經元再生能力差是神經損傷后軸突生長失敗的主要原因[8]。成人受損的中樞神經無法再生，可導致脊髓損傷或中風患者的永久性殘疾。目前發現中樞神經再生失敗的機制有以下幾種。

少突膠質細胞髓鞘相關抑制分子：神經突生長抑制因子A（Nogo-A）、髓鞘相關糖蛋白（MAG）、少突膠質細胞髓鞘糖蛋白（OMgp）。這些分子與神經細胞膜上的Nogo-66 受體（NgR）結合后，促進NgR 形成NgR 復合體，激活下游信號分子，抑制神經再生[9]。

膠質瘢痕形成：損傷后周圍小膠質細胞活化、增殖和巨噬細胞聚集，與增殖的星形膠質細胞共同形成了膠質受體瘢痕，并釋放一系列軸突生長抑制因子，其中最重要的是硫酸軟骨素蛋白多糖（CSPGs）。CSPGs 通過與其受體PTPσ/LAR 結合，抑制神經再生[10-11]。

損傷后的炎癥反應：小膠質細胞的激活是抑制神經再生機制之一[12]。活化的小膠質細胞釋放促炎因子[如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）]，導致大量炎癥細胞（如中性粒細胞、巨噬細胞等）和細胞因子（如TNF-α、IL-6 等）對局部組織的破壞和免疫細胞的浸潤，從而不利于神經再生。

谷氨酸過度釋放：研究發現腦缺血缺氧后，谷氨酸過度釋放，作用于N-甲基-D 天門冬氨酸（NMDA）受體，使細胞內Ca2+升高，抑制神經再生[13]。

2 神經損傷再生的基本過程

軸突再生是神經損傷后軸突的再生長和后續靶區域神經功能恢復的過程[14]。神經損傷會導致神經元和膠質細胞的凋亡和缺失，使得神經網絡的結構和功能受到嚴重影響。在神經系統中，神經元的再生能力非常有限，而膠質細胞則可以通過增殖和分化來填補損傷區域。神經再生的基本過程包括：軸突斷裂：神經元軸突損傷后，軸突端會形成球狀膨脹，失去生長錐；細胞反應：神經元周圍的膠質細胞會釋放出一系列信號物質，如生長因子、細胞黏附分子等；新生血管形成：損傷后，血管內皮細胞會分泌血管內皮生長因子（VEGF）等生長因子，促進新生血管形成，為神經元提供養分支持；軸突再生：在膠質細胞的支持下，軸突開始再生，并且開始建立新的神經連接。

3 黃芪甲苷的藥物動力學和毒性

黃芪甲苷為羊毛酯醇形的四環三萜皂苷，水溶性較差。大鼠靜脈給藥后，在心、腦、肺、脾、肝、腎、皮膚、肌肉、胃、卵巢等組織均可檢測到黃芪甲苷[15]，在肝臟、腎臟中含量最高，其次是肺和心。研究發現，黃芪甲苷與血漿蛋白的結合率高達83%，且可以在尿液和糞便中回收50%。在0.75、1.5 和3.0 mg/kg 劑量下，雄性大鼠對黃芪甲苷的消除半衰期分別為98.1、67.2 和71.8 min，雌性大鼠的消除半衰期分別為34.0、66.9 和131.6 min。黃芪甲苷缺乏首關消除，幾乎不經過肝臟代謝。大鼠口服黃芪甲苷的絕對生物利用度為3.66%，比格犬為7.4%，表明口服給藥受到限制。

黃芪甲苷一般不會有明顯的不良反應和毒性。口服劑量10 mg/（kg?d）的黃芪甲苷，對肝腎功能無明顯影響[16-17]。大鼠模型給予0.25～1.0 mg/kg 黃芪甲苷時，未出現母體毒性；在靜脈給藥1.0 mg/kg劑量時，有生殖毒性，表現為幼崽皮毛發育遲緩、睜眼和懸崖回避反射遲緩等。因此，孕婦應謹慎使用黃芪甲苷。

4 黃芪甲苷對中樞神經再生作用的研究

神經系統疾病包括中風、癡呆、癲癇、阿爾茨海默病和帕金森病。其中，中風是全球范圍內最主要的死亡原因。黃芪甲苷具有多種藥理活性，對中樞神經系統、心血管系統、呼吸系統、腎臟、內分泌系統、免疫系統、肝臟疾病和癌癥等均有積極作用。目前已有很多研究探討了黃芪甲苷對中樞神經系統損傷的治療作用，具體可以通過以下途徑促進神經元的再生和修復，改善中樞神經系統功能障礙。

4.1 抗凋亡

中風的發病因素和機制非常復雜，其中凋亡在中風后神經損傷中發揮著重要作用。凋亡蛋白廣泛存在于神經細胞中，Bax 可促進細胞凋亡，Bcl-2 抑制細胞凋亡，其比值對細胞存活起關鍵作用。研究發現，缺血/再灌注或氧-葡萄糖剝奪/再灌注會增加凋亡蛋白的表達，如Bax 和caspase-3 等[18]。Yang 等[19]發現黃芪甲苷通過調節PI3K 和NF-κB 信號通路，激活抗凋亡通路磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt），抑制NF-κB 信號，下調Bax 和典型的凋亡標記caspase-3，減輕了蛛網膜下腔出血所致的神經損傷，促進神經功能恢復。在小鼠置于缺氧循環裝置中，用60 mg/kg 黃芪甲苷飼養4 周，發現黃芪甲苷可以下調calpain-1、caspase-3 的表達，抑制海馬神經元氧化應激和凋亡，減輕缺氧后腦損傷[20]。經100 μM 6-羥基多巴胺（6-OHDA）處理24 h 的SH-SY5Y 細胞中，在給予濃度25～100 μM 的黃芪甲苷后，微管相關蛋白2（MAP2）表達和超氧化物歧化酶（SOD）水平升高，丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）水平減少，結果顯示黃芪甲苷降低了細胞凋亡率和Bax/Bcl-2比值，這可能與激活JAK2/STAT3信號通路，增強細胞活力，抑制細胞的凋亡和氧化應激有關[21]。

4.2 抗炎

研究表明干預小膠質細胞使其從促炎M1 表型到抗炎M2 表型的極化可以作為治療中風的潛在手段[22]。Chen 等[23]的研究發現，黃芪甲苷可通過下調海馬組織中ROS、TNF-α、白細胞介素-1β（IL-1β）和IL-6 水平，抑制小膠質細胞活化，改善寡聚體Aβ（oAβ）誘導的認知障礙、神經炎癥和神經元損傷。同時鄭心甜等[24]發現黃芪甲苷可通過降低小膠質細胞M1中CD86/誘導型一氧化氮合酶（iNOS）、TNF-α、IL-1β 的mRNA 表達，增加M2 中CD206、精氨酸酶-1（Arg-1）、類幾丁質酶3 樣分子1/2（YM1/2）、IL-10的mRNA 表達，抑制炎癥，促進小膠質細胞從促炎M1 表型到抗炎M2 表型的極化，發揮保護神經作用。在C57BL/6 小鼠缺血模型中，經黃芪甲苷處理后的小鼠IL-17 表達降低，且具有較多正常形態的海馬神經元和樹突棘密度增加，結果表明黃芪甲苷可通過調節Wnt 信號通路，下調IL-17 表達，促進大腦重塑和修復[25]。

4.3 調控自噬

生理上，自噬體的雙膜囊泡可吞噬功能障礙的細胞器和錯誤折疊的蛋白質，并將其轉移到溶酶體進行降解，從而維持細胞內穩態。現代研究發現，缺乏自噬會導致大腦和小腦皮質中的神經元大量損失，引起神經系統疾病。Xia 等[26]發現黃芪甲苷可通過降低衰老相關β-半乳糖苷酶活性和衰老標記物p16 的表達，升高核纖層蛋白B1 表達，減少PD 小鼠模型中多巴胺神經元的丟失和行為缺陷，同時減少黑質致密層中衰老星形膠質細胞的積累，促進線粒體自噬，使受損線粒體的積累和線粒體活性氧的產生減少，從而抑制星形膠質細胞衰老，預防神經變性。在氧糖剝奪/富氧富糖PC12 細胞模型上，黃芪甲苷可以增加Beclin1 表達，提高SOD 活性，降低MDA 水平，增加自噬，發揮神經保護作用[27]。

4.4 促血管生成

VEGF 是神經血管單元中重要的保護屏障。神經損傷后VEGF 表達增加可以減少神經元凋亡，改善受損區血管微循環，促進膠質細胞增殖，發揮神經保護作用。實驗表明黃芪甲苷通過增加miRNA-210的表達和誘導HIF-VEGF-Notch 信號通路的激活來抑制靶基因的表達，減少梗死面積，促進細胞增殖和血管形成，對缺血性腦損傷提供保護[28]。在大鼠腦缺血再灌注（CIR）模型中，給予大鼠10 mg/kg的黃芪甲苷灌胃，發現VEGF、神經元核抗原（NeuN）表達增加，皮質區細胞和微血管損傷顯著減少。李艷玲等[29]發現黃芪甲苷用于腦缺血骨髓間充質干細胞移植后可通過改善腦缺血后微環境，促進血管新生和大鼠神經功能恢復。

綜上所述，黃芪甲苷的保護作用涉及很多方面，不僅可通過多種分子機制促進神經元的再生和修復，如調節PI3K/Akt 信號通路、Wnt/β-catenin 信號通路、PPARγ/BDNF 信號通路，而且還可通過抗凋亡、抗炎、促自噬、促血管生成等途徑減輕神經損傷，促進神經修復與再生，為黃芪甲苷促進中樞神經再生的臨床應用提供了大量證據。此外，黃芪口服生物利用度較低，限制了臨床給藥方式和治療效果，而黃芪甲苷及其衍生物作為高純度植物單體，可以發揮中藥多靶點效應，提高中風患者的治療效果。然而這些研究仍處于實驗室研究階段，有待于進一步了解黃芪甲苷在中樞神經再生中的分子作用機制。