中医药对脑缺血再灌注损伤后血脑屏障保护作用机制的研究进展

李宝龙，黄家鹏，王娇娇，段婷婷，高彤，周忠光

(黑龙江中医药大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

缺血性脑卒中是老年人常见疾病，该疾病的高发病率、高死亡率以及高致残率特点使其成为全球关注的健康难题[1]，脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI)是脑缺血一定时间恢复血液供应后，其功能不但未能恢复，反而出现了更严重的脑机能障碍。CIRI是一个复杂而迅速的级联反应过程，其发生机制主要与兴奋性氨基酸毒性、细胞内钙超载、自由基损伤、炎症反应、细胞凋亡和血-脑脊液屏障的破坏等有关[2-3]。CIRI的程度与血脑屏障的形态和结构的改变密切相关[4]。血脑屏障(Blood-brain barrier BBB)是脑内部一个复杂的结构，由脑内皮细胞、星形胶质细胞终足和周细胞组成。星形胶质细胞足突、脑血管内皮细胞和基底膜组成[5]。BBB可以控制血液和脑组织间的物质交换，允许营养物质通过，防止有害物质侵入，保护中枢神经系统内环境的稳定。保护BBB，减轻CIRI的危害已成为目前中医药对缺血性脑病保护作用的研究热点之一，综合近年来的相关实验研究其可能作用机制有以下几方面。

1 抑制水通道蛋白-4(AQP-4)的表达

水通道蛋白-4(Aaquaporin-4，AQP-4)在大脑组织中表达丰富，在保护神经功能方面有着重要的作用。AQP-4主要分布于中枢神经系统的胶质细胞和室管膜上皮细胞，是脑内胶质细胞的基因标志物。CIRI后，AQP-4表达增加导致BBB损伤，形成血管源性脑水肿[6-7]。抑制AQP-4的表达，可减轻保护BBB损害，防止BBB通透性增加。李敏等[8]采用线栓法制备CIRI模型(缺血2 h，再灌注24 h)，以栀子苷、黄芪苷为治疗药物，再灌注前30 min给予腹腔注射给药，再灌注24 h后断头取脑，结果发现黄芪苷配伍栀子苷配伍能明显降低脑含水量、Na+，K+-ATP酶活力等，抑制了AQP-4蛋白的表达，降低了BBB的通透性，达到了对脑损伤的保护。卞炜等[9]采用线栓法复制大鼠CIRI模型，以电针针刺百会穴及四关穴为治疗方法，脑缺血再灌注后1 h进行，刺激时间为20 min，每天1次，结果发现电针治疗组的细胞核、核糖体、内质网、溶酶体等超微结构清晰，内皮细胞紧密连接结构整齐、基底膜完整、血管管腔大。研究发现电针治疗组在CIRI后BBB的AQP-4的表达得到抑制，从而减轻脑水肿。陈红兵等[10]线栓法复制大鼠CIRI模型，以胡黄连苷为治疗药物，缺血后2 h腹腔注射给药，结果发现胡黄连苷能使大鼠的神经功能评分下降、脑梗死体积缩小，AQP-4的表达水平明显降低。

2 抑制基质金属蛋白酶MMP-9的活性

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)对BBB产生重要的影响。MMPs是导致BBB破坏因素之一，其中与CIRI后BBB损害关系最密切的是MMP-9。MMP-9可对细胞外基质起降解作用，其对基底膜和内皮细胞间的紧密连接破坏导致BBB破坏[11-12]。张雯等[13]采用线栓法建立CIRI模型，以罗布麻提取物为治疗药物，造模前灌胃给药7 d，结果发现罗布麻提取物改善了CIRI的神经功能损害，脑梗死面积显著减少，BBB结构改变的程度减低，基质金属蛋白酶MMP-9的表达明显下调。徐士新等[14]采用线栓法制备大鼠CIRI模型，将大鼠分为以三七总皂苷作为治疗药物。造模成功后尾静脉注射给药，结果发现三七总皂苷组的伊文思蓝(Evans Blue，EB)染色试验，EB含量降低，降低了BBB的通透性，基质金属蛋白酶MMP-9的表达也明显得到抑制。通过抑制金属蛋白酶MMP-9的活性达到减轻脑水肿的表现，可能通过对保护基底膜的完整性起到一定作用。曲直友等[15]采用线栓法制备CIRI模型，以黄芪甲苷为治疗药物，脑缺血1.5 h再灌注24 h后即刻腹腔注射黄芪甲苷，结果发现黄芪甲苷组的EB含量减低，下调MMP-9蛋白的表达，降低了BBB的通透性，阻止脑缺血病程的发展。

3 上调紧密连接蛋白ZO-1、occludin的表达

紧密连接(Tight junction，TJ)与血脑屏障的功能密切相关。TJ是维持BBB结构与功能的重要基础，ZO-1是膜相关鸟苷酸激酶家族的成员，主要表达在内皮周围，是TJ正常构象重要的调节器，ZO-1表达水平的高低与BBB的通透性密切相关[16]，occludin蛋白是构成TJ的重要跨膜蛋白，对其组成和维持屏障功能起到了重要作用[17]。脑组织微血管紧密连接蛋白ZO-1、occludin等的损害，增加了BBB的通透性，导致脑水肿和脑出血，使脑缺血后脑组织病理及神经功能损害增加。上调紧密连接蛋白的表达成为保护CIRI后BBB的关键之一[18-20]。金竹青等[21]，采用线栓法制作小鼠CIRI模型，以电针针刺百会穴进行治疗，结果发现电针治疗明显减轻脑组织肿胀程度，降低BBB通透性，紧密连接蛋白ZO-1水平明显增加。可能是通过电针刺激使得紧密连接蛋白ZO-1水平增高达到BBB的保护。李希等[4]，采用线栓法制造CIRI模型，以化浊活血汤为治疗药物，造模成功后24 h后给药，结果显示化浊活血汤组的神经功能缺损程度减轻，HE染色结果显示中药组缺血坏死区域减少，紧密连接蛋白ZO-1的表达量有所增加。CIRI属于中风证范畴，其病机为“浊凝闭阻清窍，瘀毒损伤脑络”，采用“化浊解毒，活血通络”的方法，对紧密连接蛋白ZO-1的表达量进行调控从而达到保护BBB的作用。孙晓伟[22]等，采用线栓法制作CIRI模型，对大鼠的百会穴透刺曲鬓，结果显示进行头穴针刺的大鼠神经功能明显改善， ZO-1蛋白的表达明显增加。研究表明通过上调ZO-1蛋白的表达对缺血后的BBB起到了保护作用。杨涛等[23]采用结线栓法复制CIRI模型，以补肾祛痰活血汤为治疗药物，灌胃给药3 d后进行手术，结果发现治疗组的脑组织含水量较少，HE染色结果显示坏死细胞较少，提高occludin和ZO-1的表达水平，减少脑组织损伤，保护CIRI后的BBB。

4 调节炎症因子

炎症因子在神经系统疾病中起到关键的作用。在缺氧情况下星形胶质细胞会释放出炎症介质，CIRI后脑组织内会渗入血液系统的成分，导致血源性水肿[24]。继而导致内皮细胞的IL-1β、TNF-α、ICAM-1、MCP-1等的基因表达上调，紧密连接分裂、BBB破坏[25-26]。张楠等[27]采用结扎双侧颈动脉建立CIRI模型，以三七、人参配伍作为治疗药物，术前灌胃给药14 d。结果显示配伍组的脑梗死比例和脑含水量与模型组比较明显降低，EB含量较少，IL-1β、TNF-α的表达水平明显降低，IL-10含量明显增高。IL-1β可以触发炎症和免疫反应，增加白细胞浸润，促进内皮细胞粘附，促使NOS生成，产生自由基和诱导兴奋性氨基酸，破坏BBB。邵欣然等[28]采用结扎左侧颈外动脉法复制大鼠CIRI模型，以冰片作为保护药物，术前给药7 d。结果显示冰片给药组神经功能评分较低，EB实验检测BBB通透性较低，并且TNF-α的水平降低。TNF-α参与机体的炎性反应和免疫应答，使BBB的通透性增加，冰片通过降低TNF-α的表达而减轻ICRI对BBB的破坏。赵莹[29]等采用线栓法复制大鼠CIRI模型，以西洋参叶作为治疗药物，腹腔注射3 d，缺血2 h，再灌注24 h，结果显示大鼠神经功能评分明显降低，TTC染色显示脑梗死体积减小，EB实验测定BBB的损伤程度减弱， IL-1β、IL-6、TNF-α的表达水平明显得到抑制。说明西洋参叶对BBB进行保护可能与抑制炎症因子的产生相关。

5 其他可能机制

除以上可能机制外，研究发现脑缺血再灌注损伤后血脑屏障的破坏仍有其他的可能机制。血管内皮细胞生长因子包括VEGF-A、促血管生成素Ang-1等，VEGF-A可以增强微血管通透性，使BBB的通透性增高，从而导致CIRI进一步加重[30]。Ang-1通过PI3K/Akt信号通路抑制内皮细胞的凋亡，保护BBB，降低BBB通透性[31]。林咸明等[32]采用线栓法建立大鼠CIRI模型，以电针针刺百会、水沟穴位进行治疗，术前电针针刺预处理15 d，结果显示电针预处理组神经功能评分降低，大鼠脑梗死体积较少，水肿情况减轻，并且VEGF-A的表达得到抑制。说明通过多环节调节VEGF，对BBB进行保护。基底膜是内皮细胞与星形胶质细胞之间的复杂的结构，主要由纤维连接蛋白(FN)、层黏连蛋白(LN)、IV型胶原蛋白(Col-IV)等细胞外基质(ECM)构成。纤维连接蛋白是基底膜的重要成分，与IV胶原蛋白结合，将基底膜与周围组织以及细胞外间质项链[33]。于学平等[34]采用线栓法制作大鼠CIRI模型，对大鼠进行针刺治疗，在灌注后2h后从百会进针透刺曲鬓捻转5 min，留针30 min，结果表明治疗组的脑梗死体积较小，脑含水量较低，基底膜的超微结构无明显改变，并且FN表达相对含量增加。说明通过针刺治疗FN含量增加，减轻了CIRI后引起的BBB基底膜降解并减轻了BBB的破坏和脑损伤的加重。

6 小结

阻断大脑中动脉的大鼠CIRI模型中，由于氧压的变化、紧密连接蛋白的重新分布，中性粒细胞的浸润造成BBB通透性增大。研究表明，具有“芳香开窍”“补气泻火”“平肝镇惊，安神益智”“化浊解毒，活血通窍”等功效的多种中药及中医特有的针刺治疗，可通过不同途径对CIRI后BBB起到保护作用。中药的多成分、多靶点的作用，在治疗ICRI中存在多种可能机制。随着相关研究的不断深入，将为今后开展中医药防治CIRI提供新的研究靶点，为探索中医药治疗作用的物质基础提供思路和方法。