黄芪促进中枢神经系统再生与修复的研究进展

张 力(综述),杨石照,张 辉(审校)

(1.西安医学院解剖教研室,西安 710021； 2.河北北方学院,河北 张家口 075000)

中医药学对神经功能缺损疾病的治疗有较深刻的认识。神经再生已成为当前国际神经科学和脑科学研究的热点,同时也成为中医药现代化发展的一个切入点。近年来的研究表明,中药不仅可以保护神经细胞,提高神经元抵抗损伤的能力[1],还可以促进神经干细胞(neural stem cell,NSC)增殖及定向分化,形成功能性神经元,达到治疗神经功能缺损疾病的目的[2]。了解中药的作用机制,有助于为中药的临床应用拓展思路。

1 黄芪的有效成分及作用

《中国药典》中收载蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根作为药用黄芪正品。中国黄芪属特有植物——淡紫花黄芪可当做膜荚黄芪使用。常见的药用黄芪及制品多为蒙古黄芪。其注射液是经提取后制成的灭菌水溶液。目前对黄芪药材及含君药黄芪的中成药均以黄芪皂苷Ⅳ(黄芪甲苷)作为质量评价指标[3]。药理研究表明,黄芪注射液中不同化学成分具有不同的药理活性,主要有3种:黄芪皂苷、黄芪酮、黄芪多糖[4]。此外,有研究发现一些中药配伍黄芪可提高机体对创伤的修复能力,增加损伤部位血供,有利于神经再生和修复[5]。

黄芪作为祖国医学常用的中药材之一,其药用历史悠久。《神农本草经》记载其有“补气固表,利尿,拔毒排脓,敛疮生肌”之功效,被尊为“疮家圣药”。现代药理研究报道黄芪作为重要的益气药,有免疫调节、抗菌、利尿、强心等多方面药理作用[6]。中医认为肾精不足、脑髓空虚而致神经功能缺损,在中医益气活血理念的指导下,补益中药可能有利于NSC的增殖分化；同时神经再生过程又要受所处微环境的影响[7],经过内在基因调控,使脑内特定区域的NSC增殖(损伤原位增殖或异位增殖),在趋化因子或特定信号的作用下向损伤部位迁移并分化[5,8-9],最终整合到原有的神经回路。正常条件下分化的神经细胞大部分会死亡。这是机体神经系统不能很好修复的一个重要原因。而近来研究发现,中药黄芪中提取的单体或有效成分对功能性神经再生和神经系统具有较好的保护作用。

1.1黄芪总苷心脑血管方面的药理作用 黄芪总苷在脑缺血/再灌注损伤后可抑制脂质过氧化反应,提高抗氧化酶活性；抑制Na+，K+-ATP酶和一氧化氮合酶活性，使一氧化氮含量和兴奋性氨基酸的水平降低。Lv等[10]研究发现25 mg/kg和50 mg/kg黄芪甲苷Ⅳ可显著降低血糖、三酰甘油和胰岛素水平,并且抑制mRNA和蛋白质的表达。同时抑制糖尿病大鼠肝糖原磷酸化酶和葡萄糖-6-磷酸酶的活性。黄芪甲苷Ⅳ在糖尿病大鼠中有降低血糖的作用。这种作用可以被解释为在一定程度上抑制了肝糖原磷酸化酶和葡萄糖-6-磷酸酶的活性。Yuan等[11]研究黄芪甲苷Ⅳ发现，干扰细胞周期可抑制高糖所诱导的血管平滑肌细胞增殖,促进凋亡,对其表型调节进行校正,提示其可以阻止糖尿病患者病态的血管重构过程。另有实验表明，在缺氧缺血所致新生儿脑损伤时,黄芪总苷对受损的未成熟脑海马部位有明显的神经保护功能[12]。

1.2黄芪总黄酮的抗氧化作用 黄芪总黄酮有效的抗氧化活性能够改善动脉粥样硬化。在动物实验中显示总黄酮能明显地降低总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平,增加高密度脂蛋白胆固醇水平,减少大动脉脂纹面积，还发现其有清除超氧化物及氧自由基的作用,随着浓度的增高这种作用增强[13]。体内实验研究也显示其在缺血/再灌注模型中有效抑制了氧自由基[13]。另有研究表明，黄芪总黄酮和毛蕊异黄酮不能诱导K562细胞凋亡,但能够增加G0/G1期细胞数量。用两者治疗后可降低K562细胞中细胞周期蛋白D1的水平[14]。

1.3黄芪多糖具有免疫调节作用 黄芪多糖一方面可直接作用于免疫细胞,另一方面可通过神经-内分泌-免疫系统网络间的相互调节而发挥作用。黄芪多糖对机体免疫系统具有较广泛的调节作用,如增强腹腔巨噬细胞、B淋巴细胞和自然杀伤细胞的活性；促进白细胞介素2、肿瘤坏死因子及干扰素等免疫因子的产生；促进T淋巴细胞的增强转化,从而全面提高机体的免疫防御及免疫监视功能,增强机体抵抗外界不良因素侵害的能力。新的研究发现，黄芪多糖通过上调胆固醇7α羟化酶和低密度脂蛋白受体基因表达来降低体内的胆固醇[15]。另有研究通过抑制CD4+CD25highT细胞的负向免疫调节,降低烧伤败血症发生率[16]。蒙古黄芪多糖可通过抑制p38信号途径,而抑制脂多糖诱导的肿瘤坏死因子α和白细胞介素8基因表达,在脂多糖诱导损伤的肠上皮细胞中,肿瘤坏死因子α和白细胞介素8的mRNA水平显著高于对照组[17]。黄芪多糖的线粒体保护和抗衰老活性研究发现在BALB/c鼠体内黄芪多糖可增强超氧化物歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶和抗羟基自由基活性。通过清除活性氧类来保护线粒体,抑制线粒体通透性转换,增加抗氧化酶活性,因此其有促进健康的作用[18]。曾发现黄芪多糖能调控海马部分神经递质和c-fos mRNA表达,颜玲等[19]发现黄芪多糖能显著减少脑缺血/再灌注大鼠脑皮质细胞凋亡。可见黄芪多糖有调节免疫和延缓衰老等作用。

2 黄芪促进中枢神经系统再生与修复作用

2.1黄芪对机体的保护作用 黄芪可提高机体对创伤的修复能力,增加损伤部位血供,促进再生。研究显示，黄芪的肾保护作用可能抑制成肌纤维化细胞活化,蒙古黄芪通过调节肝细胞生长因子和转化生长因子β改善单侧输尿管梗阻大鼠肾纤维化,结果显示作用与氯沙坦相似,黄芪通过降低转化生长因子β1和α平滑肌蛋白的表达来减轻肾损伤，并且减少纤连蛋白和胶原蛋白I的沉积[20]。黄芪注射液通过降低病变免疫器官的肿瘤坏死因子α水平,抑制Bax的表达和脾脏、胸腺的凋亡,对于梗阻性黄疸大鼠的免疫组织起保护作用[21]。

2.2黄芪对中枢神经系统有较好的保护作用 中药单体或有效成分对神经元具有较好的保护作用。应用中药及其有效成分对 NSC进行干预,可以调节NSC的基因表达,诱导其定向分化。NSC的增殖分化由细胞内外多种因素协调控制、相互影响。微环境中胞外基质的各种成分通过调节黏着性和迁移能力,以及结合在胞外基质上的各种生长因子和细胞因子的作用来影响NSC的增殖分化。已有研究报道银杏内酯B不仅能促进NSC向神经元分化,还可促进分化细胞的成熟[2]。离体实验研究表明,人参皂苷单体对NSC及神经元均有不同程度的保护作用,能明显提高缺血神经元的活力和NSC的存活率[1]。

中药对中枢神经再生及神经功能重建具有促进作用,可以对神经功能重建的多个环节起到不同程度的作用,如调节脑损伤后内源性神经生长因子的表达,并促进NSC增殖、迁移以及诱导其定向分化,这些促进均有助于神经功能的恢复。中药不仅可以诱导内源性NSC生成,也可以促进外源性移植NSC的增殖和诱导其分化。新的研究表明，蒙古黄芪提取物有促进小鼠轴突成熟并预防记忆损失的作用,发现具有萎缩神经突的神经元仍然可以再生,因此即使当大脑的一部分发生神经元死亡时仍可能存在一些再生的潜能，该研究在探讨严重损伤后能够促进神经元再生和神经轴突重建药物作用时,观察了蒙古黄芪提取物对用淀粉样多肽Aβ(25-35)造成认知缺陷小鼠的作用，发现对于精神失常治疗，蒙古黄芪可作为重要的候选药研究，主要的活性成分可能不是所知道的黄芪皂苷[22]。韦云飞等[23]研究提示，黄芪注射液在促进NSC增殖的同时,亦促进其向神经胶质细胞及神经元分化,发现黄芪注射液能促进夹闭大脑中动脉的Wistar大鼠脑组织巢蛋白表达,并促进NSC分化为神经元和神经胶质细胞,且以神经胶质细胞为主，其实验结果还提示虽然在缺血病理条件刺激下NSC具有增强多向分化的能力,但各时间点黄芪组与对照组比较在巢蛋白阳性的细胞中胶质原纤维酸性蛋白阳性细胞显著多于微管相关蛋白2阳性细胞；说明缺血条件下被激活的NSC绝大部分分化为神经胶质。这与以往的研究结果一致[24-25]。Liu等[26]观察到单味黄芪红花注射液对NSC分化有促进作用。这些可能与神经胶质细胞以及损伤后的反应性胶质细胞作用特点有关,特别是反应性神经胶质细胞在缺血损伤修复中不仅分泌大量的神经营养因子和基质蛋白，还促进NSC分化和支持营养神经元,在神经元发育及修复过程中起着重要的作用[27]。

3 展 望

中药黄芪对中枢神经再生及功能重建具有促进作用,可以在多个环节对神经功能重建发挥作用,广泛用于治疗缺血性脑血管病,除能改善病变组织及其周围微环境外,还具有促进损伤区域NSC的增殖分化作用。目前中药应用于功能性神经再生与修复的研究仍处于初级阶段,黄芪促进神经功能的修复与重建的研究,有助于了解中药治疗神经功能损伤疾病的作用机制。探索关于中药如何调控与神经再生修复相关的内源性神经营养因子,如何促进定向分化,促进轴突的再生与修复,并维持对新生神经元的存活和功能重建的有利微环境,仍是今后需要重点解决的问题。

[1] 石永江,罗雪,王永红,等.人参皂甙Rgl和Rbl对培养大鼠室管膜前下区神经干细胞谷氨酸兴奋毒性的保护作用及其与TAT3表达的关系[J].国际脑血管病杂志,2007,15(3):172-176.

[2] 王永红,罗雪,石永江,等.银杏内酯 B 对神经干细胞分化的影响及其机制研究[J].中国康复理论与实,2007,13(8):701-703.

[3] Xiao WL,Motley TJ,Unachukwu UJ,etal.Chemical and genetic assessment of variability in commercial Radix Astragali(Astragalus spp.) by ion trap LC-MS and nuclear ribosomal DNA barcoding sequence analyses[J].J Agric Food Chem,2011,59(5):1548-1556.

[4] 姚美村,齐莹,毕开顺,等.黄芪药效物质基础研究[J].中国野生植物资源,2000,19(2):33-36.

[5] Lee ST,Chu K,Park JE,etal.Intravenous administration of human neural stem cells induces functional recovery in Huntington′s disease rat model[J].Neurosci Res,2005,52(3):243-249.

[6] 宋纯清,郑志仁,刘涤,等.膜荚黄芪中的异黄酮化合物[J].植物学报,1997,39(8):764-76.

[7] Shi Y,Sun G,Zhao C,etal.Neural stem cell self-renewal[J].Crit Rev Oncol Hematol,2008,65(1):43-53.

[8] Chu K,Kim M,Jeong SW,etal.Human neural stem cells can migrate,differentiate,and integrate after intravenous transplantation in adult rats with transient forebrain ischemia[J].Neurosci Lett,2003,343(2):129-133.

[9] 张力,张辉,孙黎,等.神经干细胞在创伤性脑损伤灶周边的成活和迁移[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(36):6715-6719.

[10] Lv L,Wu SY,Wang GF,etal.Effect of astragaloside Ⅳ on hepatic glucose-regulating enzymes in diabetic mice induced by a high-fat diet and streptozotocin[J].Phytother Res,2010,24(2):219-224.

[11] Yuan W,Zhang Y,Ge Y,etal.Astragaloside Ⅳ inhibits proliferation and promotes apoptosis in rat vascular smooth muscle cells under high glucose concentration in vitro[J].Planta Med,2008,74(10):1259-1264.

[12] 贾瑞喆,蒋犁,乔立兴,等.黄芪对新生鼠乏氧缺血脑损伤海马区神经保护作用的研究[J].中国中药杂志,2003,28(12):1174-1177.

[13] Wang DQ,Zhuang Y,Tian YP,etal.Study of the effects of total flavonoids of Astragalus on atherosclerosis formation and potential mechanisms[J].Oxid Med Cell Longev,2012,2012:282383.

[14] Zhang DQ,Zhuang Y,Pan JC,etal.Investigation of effects and mechanisms of total flavonoids of Astragalus and calycosin on human erythroleukemia cells[J].Oxid Med Cell Longev,2012,2012:209843.

[15] Cheng YJ,Tang K,Wu SH,etal.Astragalus polysaccharides lowers plasma cholesterol through mechanisms distinct from statins[J].PLoS One,2011,6(11):e27437.

[16] Liu QY,Yao YM,Yu Y,etal.Astragalus polysaccharides attenuate postburn sepsis via inhibiting negative immunoregulation of CD4+CD25highT cells[J].PLoS One,2011,6(6):e19811.

[17] Yuan Y,Sun M,Li KS.Astragalus mongholicus polysaccharide inhibits lipopolysaccharide-induced production of TNF-α and interleukin-8[J].World J Gastroenterol,2009,15(29):3676-3680.

[18] Li XT,Zhang YK,Kuang HX,etal.Mitochondrial protection and anti-aging activity of Astragalus polysaccharides and their potential mechanism[J].Int J Mol Sci,2012,13(2):1747-1761.

[19] 颜玲,黄德彬,刘锦红,等.黄芪多糖对局部缺血/再灌注所致大鼠大脑皮层c-fos和Bcl-2表达的影响[J].中国药理学通报,2012,28(12):1769-1771.

[20] Zuo C,Xie XS,Qiu HY,etal.Astragalus mongholicus ameliorates renal fibrosis by modulating HGF and TGF-β in rats with unilateral ureteral obstruction[J].J Zhejiang Univ Sci B,2009,10(5):380-390.

[21] Zhang RP,Zhang XP,Ruan YF,etal.Protective effect of Radix Astragali injection on immune organs of rats with obstructive jaundice and its mechanism[J].World J Gastroenterol,2009,15(23):2862-2869.

[22] Tohda C,Tamura T,Matsuyama S,etal.Promotion of axonal maturation and prevention of memory loss in mice by extracts of Astragalus mongholicus[J].Br J Pharmacol,2006,149(5):532-541.

[23] 韦云飞,赵伟佳,郝永楠,等.黄芪注射液对缺血后脑组织神经干细胞增殖和分化的影响[J].临床神经病学杂志,2012,25(3):192-195.

[24] 尹清,刘宏亮,汪琴,等.rTMS 促进大鼠局灶性脑缺血海马内源性神经干细胞分化的研究[J].中华神经外科疾病研究杂志,2010,9(1):49-53.

[25] Li L,Harms KM,Ventura PB,etal.Focal cerebral ischemia induces a multilineage cytogenic response from adult subventricular zone that is predominantly gliogenic[J].Glia,2010,58(13):1610-1619.

[26] Liu JJ,Yao ZX,Qin ML,etal.Effect of simple astragali,flos carthami,salvia miltiorrhiza injection on differentiation of neural stem cell[J].Acta Acad Med Milit Tertiae,2006,28(14):1470-1472.

[27] Lepore AC,Neuhuber B,Connors TM,etal.Long-tem fate of Neural precursors cells following transplantation into developing and adult CNS[J].Neuroscience,2006,142(1):287-304.