黃芩苷抗神經元損傷作用機制的研究

秦少坤，平 鑫，蘆 曄，張少丹，裴 林*

（1.河北大學中醫學院，河北 保定 071051；2.河北省中醫藥科學院，河北 石家莊 050031；3.河北醫科大學第二醫院，河北 石家莊 050073）

腦卒中、癲癇和抑郁都屬于中樞神經系統疾病，在發生發展的過程中均會出現神經功能損傷，可能出現學習記憶功能障礙，伴隨情感行為異常的表現。缺血性腦卒中是腦卒中的主要發病形式，具有較高的死亡率。目前溶栓是治療缺血性腦卒中的主要方法［1］，但缺血再灌注存在加重腦損傷的不足［2］。癲癇在神經系統疾病中的發病率僅次于腦卒中，嚴重降低患者的生活質量。一線抗癲癇藥物（AEDs）在癲癇發作的治療中占有重要地位，但長期使用容易降低臨床療效，或引起認知障礙和情緒障礙［3］。抑郁主要表現為情緒低落、快感缺失、易怒、失眠等，嚴重者存在自殺傾向。目前藥物治療雖有較好療效，但存在不良反應多的缺點。研發能夠保護神經元的安全、有效的藥物對于治療缺血性腦卒中、癲癇和抑郁極具意義。

黃芩Scutellaria baicalensis Georgi是唇形科植物黃芩的干燥根塊，最早記載于《神農本草經》，具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血、安胎的功效，在中國已有數千年的臨床應用歷史，是中國傳統醫學中不可或缺的一味重要藥品?，F代研究發現黃芩苷是黃芩的主要活性成分［4］，具有抗炎、抗凋亡、抗氧化、保護神經細胞等藥理作用［5］。黃芩苷可能在多種疾病中發揮保護神經元的功能，但目前缺少有關方面的綜述報道。本文探討了黃芩苷在上述疾病治療中通過各種途徑保護神經元的作用及其可能的作用機制。

1 黃芩苷對缺血性腦卒中、癲癇和抑郁的干預和治療作用

1.1 黃芩苷對缺血性腦卒中的干預和治療作用 黃芩苷對缺血性腦卒中干預治療作用研究的實驗動物涉及雄性SD大鼠、雄性Wistar 大鼠以及成年雄性蒙古沙鼠［6-8］。經典的造模方法為大腦中動脈阻塞法，通過暴露右側頸總動脈、頸外動脈和頸內動脈。利用縫合線或止血鉗阻斷右側大腦中動脈的起源以誘導大腦缺血［7-8］。急性缺血性腦卒中治療手段溶栓的治療時間窗短［9］，且缺血再灌注易引起一系列炎癥反應加重腦?。?0］。在Morris 水迷宮測試中，腦卒中模型動物尋找平臺的時間明顯長于對照組，在平臺象限停留時間少于對照組［2］。黃芩苷的干預或治療能夠提高缺血性腦卒中的療效［11］，增加其學習記憶能力［2］，縮小神經功能缺損評分和梗死面積，減少缺血或缺血再灌注引起的神經元損傷［8］。黃芩苷聯合治療能夠保護血腦屏障缺損，減少實驗動物死亡數量［11］。

1.2 黃芩苷對癲癇的干預和治療作用 黃芩苷對癲癇的干預治療作用研究的實驗動物主要有雄性SD 大鼠、雄性ICR小鼠［12-13］。癲癇的造模方法有2 種，分別是化學點燃和電點燃［14］，目前關于黃芩苷抗癲癇實驗研究動物模型主要是化學點燃所誘導，將海人酸或匹羅卡品等化學試劑通過腦室注入或腹腔注射等注入實驗動物體內以誘導癲癇模型［12-13，15］。癲癇模型海馬氧化應激水平升高［4］，HE 染色示海馬CA1、CA3 區存在結構異常，細胞排列紊亂、深染，神經元腫脹的現象［15］。在水迷宮測試中模型組逃避潛伏期明顯延長［12］，說明癲癇模型認知功能受損。黃芩苷干預或治療能夠改善海馬組織的病理形態［15］，減少神經細胞凋亡［16］?？s短水迷宮實驗中的逃避潛伏期，提高學習能力［12］。在臨床研究中發現，黃芩苷聯合丙戊酸鈉治療癲癇的總有效率（不再發作或發作減少50%以上的占比）高于丙戊酸鈉單獨使用［17］。

1.3 黃芩苷對抑郁的干預和治療作用 黃芩苷對抑郁的干預治療作用研究的實驗動物包括雄性ICR 小鼠、雄性SD大鼠、C57BL/6 小鼠和雄性Wistar 大鼠［18-21］。黃芩苷對抑郁干預作用的實驗研究主要采用慢性輕度應激［21］、慢性不可預見性應激［22］、以及皮質酮［23］和嗅球切除［20］等造模方法。抑郁模型存在體質量下降［24］，糖水偏愛度降低［18］的現象。在曠場實驗中，抑郁模型組中央區穿格數及總路程減少［22］。高架十字迷宮實驗中，模型組在開放臂的停留時間明顯少于對照組［20］。在強迫游泳實驗和懸尾實驗中，抑郁模型組的靜止時間明顯長于對照組［22］。研究發現，黃芩苷能夠逆轉抑郁樣動物體質量下降［24］，緩解動物抑郁樣模型的抑郁行為，增加蔗糖消耗量［18］和曠場實驗中的穿格數量以及運動能力［22］，延長高架十字迷宮中開放臂的時間［20］，縮短模型動物在強迫游泳試驗和懸尾試驗中的靜止時間［22］。

2 黃芩苷在缺血性腦卒中、癲癇和抑郁中保護神經元的機制

2.1 黃芩苷的抗炎作用 炎癥是機體對刺激的一種防御反應，是神經細胞損傷的主要病理機制，在中樞神經系統疾病的發生發展中占據重要地位。

2.1.1 黃芩苷在缺血性腦卒中的抗炎作用機制 炎癥與腦缺血再灌注損傷關系密切［25］。在缺血性腦卒中中，黃芩苷主要通過環氧合酶（COX-2）和核因子（Nuclear Factor κ B，NF-κB）及其通路發揮抗炎、保護神經元的作用。

Cheng 等［2］發現，腦卒中模型中COX-2 和caspase-3 的表達明顯高于對照組，而黃芩苷治療下調了COX-2 和caspase-3 的表達。COX-2 是炎癥反應的重要生物標志物以及神經元死亡的關鍵酶。caspase-3 在細胞凋亡中起著不可替代的作用，能夠引起細胞凋亡。因此黃芩苷可能通過下調COX-2 和caspase-3 的表達以抑制炎癥發展，保護神經細胞；Tu 等［6］發現腦卒中模型中TLR2/4 和NF-κB 的表達高于正常對照動物，黃芩苷治療降低了TLR2/4 和NF-κB 的表達。Xue 等［7］也發現，腦卒中模型動物皮質NF-κB 表達水平和含量顯著升高，黃芩苷可以減少NF-κB 表達水平和含量。NF-κB 在調節對感染的免疫應答中起關鍵作用，參與機體炎癥反應［26］。p65 是NF-κB 的重要亞基，在賴氨酸310 位點的乙?；杉せ頝F-κB 信號［27］。Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）是機體應對感染性疾病的第一重防線，參與炎癥反應過程［28］。TLR2/4 是其主要家族成員，與缺血性腦卒中、腦損傷等相關的腦部炎癥關系密切［28-30］，可以影響NF-κB p65 的去乙?；剑?］，進而介導炎癥的發生發展。因此黃芩苷可能通過抑制TLR2/4 并減少NF-κB 的表達，降低可溶性一氧化氮合酶（iNOS）和COX-2 的表達水平和活性發揮抗炎、保護神經元的作用。綜上，黃芩苷可能通過COX-2 或TLR2/4 作用于NF-κB，在腦卒中模型中發揮抗炎、保護神經元的作用。

2.1.2 黃芩苷在抑郁中的抗炎作用機制 炎癥在抑郁癥的發生發展過程中占據重要地位［31］。抑郁癥中炎癥的發生發展主要與NF-κB 有關。黃芩苷可以直接或間接調控NF-κB相關通路，抑制炎癥發生發展，進而減少神經細胞凋亡的發生，發揮保護神經元的作用。

Yu 等［24］在抑郁模型中發現，海馬和下丘腦沉默信息調節因子1（silent information regulator 1，SIRT1）水平明顯低于正常組，而p65 乙?；矫黠@高于正常組。黃芩苷治療后海馬和下丘腦SIRT1 表達明顯升高，p65 乙?；斤@著降低。SIRT1 是一種保守的脫乙酰酶，在炎癥反應中同樣扮演重要角色。SIRT1 通過降低NF-κB p65 乙?；阶钄郚F-κB 的激活［32］，從而阻斷NF-κB 激活Bax、抑制bcl-2 的途徑。因此，黃芩苷可能作用于SIRT1-NF-κB 信號通路［24］，通過增加抑郁模型SIRT1 的表達水平，在賴氨酸310 位點抑制p65 乙?；?，阻斷p65 激活NF-κB 信號，抑制Bax 并激活bcl-2，進而阻止炎癥發生，減少抑郁動物模型神經細胞凋亡；研究［23］發現，抑郁模型動物GSK3β的磷酸化水平低于空白對照組，同時NF-κB 和炎癥小體NLRP3 表達水平增加。黃芩苷治療后抑郁模型GSK3β 的磷酸化水平升高，NF-κB 和NLRP3 的表達減少。糖原合成酶激酶-3（GSK3）是一種非常保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶。GSK-3β 是GSK3 的一種亞型，可以調控糖原合成酶（GS）的活性，與凋亡關系密切［33］。GSK3 與抑郁關系密切［34］，GSK3 抑制劑具有抗抑郁作用［35］。NLRP3 炎癥小體是炎癥反應的核心。因此，黃芩苷可能作用于GSK3β-NF-κBNLRP3 信號通路［23］，通過上調GSK3β 的磷酸化水平，抑制NF-κB 的活化，進而阻斷NF-κB 介導的炎癥凋亡通路?；蛘邷p少NLRP3 的表達，抑制炎癥發生發展，減少抑郁動物模型神經細胞凋亡。綜上，黃芩苷可能通過SIRT1 或GSK3β 作用于NF-κB，在抑郁模型中發揮抗炎、保護神經元的作用。

2.2 黃芩苷的抗凋亡作用 細胞凋亡（apoptosis）指為維持內環境穩定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡。異常的細胞凋亡是多種中樞神經系統疾病神經損傷的主要途徑。

2.2.1 黃芩苷在腦卒中中的抗凋亡作用機制 神經元凋亡是缺血性腦卒中再灌注損傷中一種常見形式。有研究［8］發現腦卒中模型中腦源性神經營養因子（BDNF）表達減少，caspase-3 表達增加，出現細胞凋亡。而黃芩苷治療可以上調BDNF 的表達，減少caspase-3 表達，降低細胞凋亡數量。BDNF 和caspase-3 是腦缺血的兩個關鍵因子，在缺血引起的神經元死亡中起關鍵作用。BDNF 能促進神經元存活和突觸可塑性［36］，預防短暫性腦缺血后的細胞損傷［37］。半胱氨酸蛋白酶家族caspases 在細胞凋亡過程中起關鍵作用，細胞外刺激能夠誘導啟動死亡誘導信號復合物（the death-inducing signaling complex，DISC），激活啟動子caspase-8，進而激活效應子caspase-3，從而啟動凋亡程序；細胞內刺激使細胞線粒體外膜的通透性增加，線粒體釋放細胞色素C 進入細胞質與Apaf-1 結合成為凋亡小體，從而激活啟動子caspase-9，為caspase-3 水解蛋白提供成熟條件，誘導細胞凋亡［38-39］，caspase-3 是凋亡的執行者［40］。綜上，黃芩苷可能通過上調BDNF 的含量促進神經元存活和突觸可塑性以及抑制caspase-3 的表達兩種途徑發揮抗凋亡以保護神經元的作用。

2.2.2 黃芩苷在癲癇中的抗凋亡作用機制 凋亡與癲癇關系密切。癲癇模型中［13］，X 染色體連鎖凋亡抑制蛋白（Xlinked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）在最初的時間（12 h）內持續增多，隨后逐漸減少，24 h 后低于初始水平；黃芩苷治療能夠使海馬相關區域XIAP 的表達在6、12、24 h 持續增加，并可明顯減少caspases-3 在CA1、CA3區的表達。XIAP 是凋亡抑制因子家族（IAPs）影響細胞凋亡的關鍵分子，XIAP 通過NF-κB 或直接與caspases 家族的效應子結合［41］減少細胞凋亡。因此，黃芩苷可能通過增加XIAP 表達以及減少caspases-3 表達2 個途徑在癲癇模型中發揮抗凋亡以保護神經元的作用；研究［15］發現，癲癇持續狀態的ICR 雄性小鼠海馬中，Bcl-2 mRNA 表達無明顯變化，Bax、caspase-3 mRNA 的表達與空白對照組相比明顯增多。黃芩苷能夠上調癲癇小鼠海馬區Bcl-2 mRNA，減少BaxmRNA 及caspase-3 mRNA 的表達。Bcl-2 蛋白家族可以調控線粒體外膜的通透性，在細胞凋亡過程中發揮著關鍵作用［42］。Bcl-2 和Bax 是bcl-2 蛋白家族中作用相反的兩個調控因子［43］：Bax 是重要的促凋亡因子，能夠附著在線粒體上，直接誘導細胞色素C 穿過線粒體膜，激活caspase-9和caspase-3，促使細胞凋亡發生［44］；Bcl-2 通過改變細胞內氧化還原水平，抑制線粒體細胞色素C 易位［16］，與Bax結合［45］等途徑抑制細胞凋亡。因此，黃芩苷通過上調bcl-2，抑制Bax 阻斷凋亡途徑，發揮抗凋亡及保護神經元的作用。綜上，黃芩苷通過IAPs 家族［46］和Bcl-2 家族［47］調節caspases 家族，介導細胞凋亡，發揮保護癲癇動物神經元的作用。

2.3 黃芩苷的抗氧化應激作用 氧化應激（Oxidative Stress，OS）是體內氧化與抗氧化作用失衡的狀態，是一種不可逆神經元損傷的指標［48］。氧化應激與多種腦部疾病發生發展密切相關［49］。

2.3.1 黃芩苷在缺血性腦卒中中抗氧化應激作用機制 缺血性腦卒中與氧化應激關系密切，研究發現，缺血性腦卒中模型動物丙二醛（MDA）含量增加，超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱 甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽（GSH）活性降低。黃芩苷能逆轉腦缺血再灌注模型MDA含量的增加，增加SOD、GSH 和GSH-Px 活性［8］。SOD、GSH-Px 和GSH 均具有抗氧化作用，在生理條件下可以清除活性氧（ROS）。其中GSH 是細胞抗氧化防御系統中最重要的物質之一［50］。ROS 的增加是缺血性損傷加重神經元死亡的重要因素［51］。生理環境下，少量ROS 在許多生理過程中起著至關重要的作用［52］，能夠被SOD、GSH-Px 等內源性抗氧化酶和GSH 等低分子量抗氧化劑快速清除。缺血損傷過程中ROS 的過度增加不僅破壞細胞結構還會影響線粒體功能，導致細胞凋亡。因此，黃芩苷可能通過減少MDA 表達，增加SOD、GSH 和GSH-Px 的活性發揮抗氧化作用以保護神經元。

2.3.2 黃芩苷在癲癇中抗氧化應激作用機制 氧化應激與癲癇的發病機制密切相關［53-54］。研究發現［4］，癲癇動物模型中亞硝酸鹽和MDA 水平顯著增加，GSH 水平明顯減少。癲癇引起ROS 的過量產生，導致細胞死亡和神經退化。黃芩苷能減少癲癇動物模型中亞硝酸鹽和MDA 水平，增加GSH 水平。因此，黃芩苷可能通過下調亞硝酸鹽和MDA水平，上調GSH 水平，清除ROS，避免細胞結構的破壞及線粒體功能異常，從而避免細胞凋亡，發揮保護神經元的作用。

3 思考與展望

黃芩苷作為黃芩的主要有效成分，在臨床中主要用于各種炎癥的治療。近期越來越多的動物實驗研究證明黃芩苷可以通過調節炎癥、抑制氧化應激反應以及阻斷凋亡途徑等方式在腦卒中、抑郁、癲癇等中樞系統疾病中發揮保護神經元的功能。黃芩苷可以通過多種途徑發揮保護神經元的作用說明中藥藥理作用或者說中藥有效成分的藥理作用的發揮是多靶點、多通路的，啟示我們對于中藥及其有效成分的研究不能局限于某一種疾病或某一個作用靶點，更要關注它們之間的聯系。

但是由于目前黃芩苷在各種實驗中的純度及用量各異，因此還需要在動物實驗研究中明確劑量與療效的確切關系，完善相關毒理與藥效研究，以期為臨床劑量的確定提供科學的數據支撐；由于腦卒中、抑郁和癲癇發病機制不同，造模方法各異，因此黃芩苷在相關腦病中保護神經元的作用機制還有待于進一步研究證明，以明確其治療范圍，為臨床應用提供理論依據。另外，有研究發現炎癥因子是癲癇發作過程中關鍵因素［55］，但目前還未發現關于黃芩苷在動物癲癇模型中抗炎作用的報道。且非常缺少黃芩苷在臨床上治療相關疾病的文獻報道。因此，相關研究人員應充分利用先進的分析技術及科學手段，建立相關動物模型，深入系統的研究黃芩苷保護神經元的作用，為黃芩苷的臨床應用提供科學、有效的數據支撐。