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毛柳甙对缺血性卒中保护作用机制的研究进展

毛柳甙是红景天根茎中的重要药理成分,具有抗衰老、防辐射、抗肿瘤、心血管保护、调节免疫等广泛的药理活性。研究显示,毛柳甙具有神经保护作用,有望用于缺血性卒中的治疗。笔者就毛柳甙对缺血性卒中的神经保护作用机制进行综述。

 

1.毛柳甙理化性质及药代动力学

 

毛柳甙又称红景天苷,其分子式为C14H20O7,分子量为300.3,室温下呈无色、透明针状结晶,溶于水、乙醇、正丁醇,微溶于丙酮、乙醚,在酶或酸的作用下,可水解1分子的葡萄糖和1分子的苷元。毛柳甙口服吸收能力较差,大鼠口服给药的生物利用度为32.1%。有研究显示,给予大鼠静脉注射毛柳甙15min后,测得毛柳甙在肝脏和脂肪中的含量较高,在脾和脑组织中的含量较低,在给药后120min仍可在肝脏、脂肪中检测到高浓度的毛柳甙;在脑组织中毛柳甙仅在给药5min时能检测出极低的含量,之后就无法检测到。毛柳甙主要以原形经肾脏清除,其次经肝脏清除。在不同的实验对象、给药途径以及给药剂量情况下,毛柳甙在体内的药代动力学有所不同,不同研究测得毛柳甙半衰期存在一定差异,但多在0.5~1.0h。

 

2.毛柳甙对缺血性卒中的保护作用

 

毛柳甙能够有效减少动物脑组织缺血后的脑梗死体积和神经功能损伤评分。在大鼠大脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)造模前,连续7d给予毛柳甙口服治疗,剂量为12mg/kg,最后1次给药在MCAO前30min,通过大鼠尾静脉给药,剂量为10mg/kg,可见MCAO大鼠脑梗死体积明显减小,神经功能整体评分得到改善。在大鼠MCAO前,连续6d静脉注射毛柳甙,剂量为50mg/kg,发现其可明显减轻MCAO大鼠脑梗死体积,明显减轻脑缺血-再灌注损伤。以上研究提示毛柳甙预处理可延长脑缺血的治疗时间窗,可能对脑缺血治疗有益。

 

临床研究显示,红景天注射液对于缺血性卒中具有一定的保护作用,由于毛柳甙是红景天的重要药理成分,因此,毛柳甙对缺血性卒中可能具有一定的保护作用,但仍需进一步临床研究证实。

 

3.毛柳甙对缺血性卒中的神经保护作用机制

 

3.1抑制炎性相关基因表达

 

炎性反应在缺血性卒中脑损伤病理机制中起重要作用。DNA芯片显示,毛柳甙抑制一系列与炎性相关的基因,如CD44、CD14、C1s、Ccr5和A2m。CD44是一种细胞表面跨膜糖蛋白分子,参与淋巴细胞的激活和炎性细胞因子的产生,大鼠脑缺血后,小胶质细胞、巨噬细胞和微血管中产生大量CD44,促进了炎性反应,并且CD44基因敲除小鼠在MCAO术后脑损伤明显轻于正常小鼠。CD14也是毛柳甙抑制炎性反应相关的基因,其主要在中枢神经系统小胶质细胞内表达,在中枢神经系统疾病中可增强炎性反应。

 

毛柳甙可有效抑制炎性反应,减轻促炎因子的分泌,如白细胞介素6、白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α。在大鼠MCAO前,连续7d腹腔注射毛柳甙,剂量为24mg/kg,其可明显抑制再灌注24h肿瘤坏死因子αmRNA的表达。用脂多糖活化小胶质细胞株BV2细胞以刺激其产生促炎因子,30min后分别加入剂量为1、10、50mg/L的毛柳甙培养,显示毛柳甙明显抑制小胶质细胞中肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β、白细胞介素6的产生。缺氧刺激SH-SY5Y细胞,复氧同时给予SH-SY5Y细胞不同浓度的毛柳甙治疗,显示毛柳甙能够明显抑制缺氧/复氧损伤造成的炎性相关受体相互作用蛋白140及炎性转录因子蛋白家族核因子κB水平上调,抑制炎性相关受体相互作用蛋白140介导的炎性反应。此外,在大鼠MCAO术前30min给予20、40mg/kg毛柳甙口服治疗,显示毛柳甙可明显抑制脑组织中炎性相关受体相互作用蛋白140和核因子кB的蛋白表达水平。

 

3.2减轻氧化应激反应

 

毛柳甙干预氧化还原反应,调控多种转录因子的DNA结合活性,明显抑制DNA损伤修复过程中的限速酶———无嘌呤嘧啶核酸内切酶下降的水平,使下降的时间延迟,减轻神经细胞损害。脑缺血-再灌注诱发氧自由基ROS引起的氧化性DNA损伤,损伤的DNA如果不及时修复,可继发凋亡,毛柳甙可通过清除氧自由基及调控相关基因抑制脑缺血-再灌注后该内切酶的下降,该内切酶具有碱基切除修复功能。毛柳甙可明显提高自由基清除剂的活性,如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽转移酶,并且明显降低氧化应激标志物丙二醛的水平。毛柳甙明显提高核转录因子红细胞系相关因子2和血红素加氧酶1的蛋白水平,血红素加氧酶1是核转录因子红细胞系相关因子2调节途径中最重要的下游酶之一,血红素加氧酶1mRNA表达是核转录因子红细胞系相关因子2途径活化的指示剂。

 

毛柳甙明显提高血红素加氧酶1mRNA表达,据此推测毛柳甙通过激活内源性核转录因子红细胞系相关因子2途径发挥抗氧化作用。此外,毛柳甙能够上调谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶的表达,二者分别作为体内两类氧化还原调节系统———谷胱甘肽系统和硫氧还蛋白系统中重要的酶,在清除ROS、调节机体氧化还原状态、抵抗氧化损伤和信号转导方面起着重要作用。

 

3.3抑制神经细胞坏死和凋亡

 

过氧化氢能够明显降低皮质神经细胞抗凋亡因子BCL-2升高促凋亡因子BAX,而毛柳甙能够明显减轻过氧化氢造成的氧化损伤,调节神经细胞抗凋亡-促凋亡平衡,抑制线粒体跨膜电位的下降,减轻PC12细胞凋亡及坏死。毛柳甙能够明显抑制过氧化氢引起的PC12细胞染色质浓缩和细胞核固缩,明显减少细胞凋亡,毛柳甙能拮抗过氧化氢引起的PC12细胞中Caspase-3mRNA表达的上调和蛋白活性的增强,且作用存在剂量效应关系。此外,毛柳甙可能是通过激活细胞外信号调节激酶1/2信号通路发挥抗凋亡作用。大鼠低压低氧前1h,腹腔注射毛柳甙,剂量为60mg/kg,发现其可明显减少海马DG区细胞凋亡,低压低氧可明显降低Ras同源基因家族成员A(Ras homolog gene family member A,RhoA)的表达,RhoA是小分子G蛋白家族的成员,对细胞的生长、增殖、凋亡起重要作用。

 

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated proteinkinase,MAPK)家族成员细胞外调节蛋白激酶和c-Jun氨基末端激酶位于RhoA的下游,RhoA活化后可以激活其下游的细胞外调节蛋白激酶和c-Jun氨基末端激酶发生磷酸化,调控细胞的生存、发育等各个进程,在暴露于低压、低氧后,细胞外调节蛋白激酶和c-Jun氨基末端激酶位的磷酸化明显降低,而给予毛柳甙后两者水平可明显提高。据此推测毛柳甙可能通过激活RhoA-MAPK信号通路减轻低氧低压引起的大鼠海马神经细胞的细胞凋亡,从而发挥神经保护作用。

 

PC12细胞给予1-甲基-4-苯基吡啶离子(1-methy-4-phenylpy-ridinim,MPP+)会引起一氧化氮、诱导型一氧化氮合酶和神经型一氧化氮合酶的产生,损害线粒体膜,引起细胞内钙离子累积,诱导神经细胞凋亡。毛柳甙明显抑制MPP+诱导的一氧化氮增加,同时抑制MPP+诱导的一氧化氮合酶和神经型一氧化氮合酶的过表达,抑制细胞内自由钙离子的累积,减轻线粒体跨膜电位的崩溃。而一氧化氮合酶抑制剂可以部分抵消MPP+诱导的细胞凋亡,据此推测毛柳甙通过一氧化氮途径抑制细胞凋亡。

 

毛柳甙抑制MPP+诱导的PC12细胞染色质浓缩和乳酸脱氢酶释放,增强PC12细胞中蛋白激酶B磷酸化,从而进一步激活或抑制其下游靶蛋白,进而发挥调节细胞增殖、分化、迁移、葡萄糖代谢等作用,磷脂酰肌3-激酶/蛋白激酶B信号通路活化抑制神经细胞凋亡。据此推测毛柳甙可能通过磷脂酰肌3-激酶/蛋白激酶B途径抑制神经细胞的凋亡。

 

3.4降低血-脑屏障通透性

 

毛柳甙可减轻缺血-再灌注对血-脑屏障结构和功能完整性造成的损伤,降低血-脑屏障通透性,减轻水肿。在大鼠MCAO前30min分别给予20、40mg/kg毛柳甙口服,结果显示,毛柳甙均能明显减轻MCAO引起的脑水肿。在大鼠MCAO前,连续7d经大鼠尾静脉注射毛柳甙,剂量为24mg/kg,结果显示,毛柳甙可明显降低脑匀浆伊文思蓝含量。

 

3.5促进神经细胞再生

 

毛柳甙调节若干与突触重塑相关基因的转录,如毛柳甙可通过参与早期生长反应基因(early growth response genes,Egr)和即刻早期基因(immediate early genes,Arc)表达来促进神经再生,毛柳甙增强Egr1、Egr2、Egr4和Arc的表达,研究证实这些基因与神经细胞突触重塑有关,其中Arc是突触重塑的主要调节者,具有维持长时程增强效应和巩固长期记忆的作用,并且与突触的活性高度相关,而且能够被Egr1或Egr3诱导产生。在大鼠MCAO后,给予大鼠尾静脉注射毛柳甙,剂量为1mg/kg,显示在MCAO后不同时间点,毛柳甙均可增加神经生长相关蛋白的表达。由此提示,毛柳甙能促进缺血-再灌注后轴突的出芽和突触的重组,使突触发生和修复出现的更早,易化神经可塑性。

 

3.6抗动脉粥样硬化,改善脑血管内皮功能,促进红细胞生成

 

毛柳甙能够有效降低低密度脂蛋白受体缺陷小鼠动脉粥样硬化斑块的形成,调节血脂,激活内皮型一氧化氮合酶,提高一磷酸腺苷/三磷酸腺苷比率,促进一氧化氮产生,激活腺苷酸活化蛋白激酶/蛋白激酶B/内皮型一氧化氮合酶/一氧化氮信号通路发挥改善血管内皮的作用。此外,毛柳甙能够促进促红素刺激幼红细胞分化为成熟红细胞,改善缺血性卒中后大脑缺血、缺氧状态。

 

4.展望

 

毛柳甙可能是一种极具临床应用前景的神经保护剂。毛柳甙治疗缺血性卒中的作用机制是多方面的,但目前对机制的研究不够深入,仍未能找到其直接作用的靶点。缺血性卒中的病理机制复杂,其病理过程涉及多环节损伤机制的相互作用。因此,今后的研究应着眼于毛柳甙对不同环节的作用机制及其之间的联系,寻找最佳治疗时间窗,为毛柳甙作为神经保护药物治疗缺血性卒中的提供参考依据。

 

来源:中国脑血管病杂志2017年4月18日第14卷第4期

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