芳香开窍中药对中枢神经系统疾病的治疗作用研究进展

侯锡鸿，张佩林，王斯娴，李艺，李萍

（中国药科大学天然药物活性组分与药效国家重点实验室，江苏 南京 210009）

芳香开窍中药，包括麝香、冰片、石菖蒲、苏合香和安息香等，其气芳香，善于走窜，主要功效为通关开窍和回苏醒神，是治疗中枢神经系统（central nervous system，CNS）疾病的常用中药[1]。这类中药主要含挥发油成分，如麝香中的麝香酮（1）、冰片中的龙脑（2）、石菖蒲中的α-细辛醚（3）和β-细辛醚（4）、苏合香和安息香中的芳香族和萜类化合物如肉桂酸（5）和苯甲酸（6）[2-3]。药理研究发现这类中药和以这类中药为主的中成药通过调节血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）通透性、抑制炎性反应、抗Ca2+超载所致神经毒性、抗氧化应激损伤、调节中枢神经递质及其受体和抗凋亡等作用机制保护CNS。本文通过对芳香开窍中药麝香、冰片、石菖蒲、苏合香、安息香及以该类中药为主的安宫牛黄丸、麝香保心丸和苏合香丸等对缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）、阿尔茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）、抑郁症、癫痫和帕金森病（Parkinson′s disease，PD）的药理作用进行综述，以期为该类药物治疗CNS疾病的进一步深入研究和临床应用提供参考。

1 抗缺血性脑卒中

IS病理机制复杂，涉及脑急性期损伤和缺血再灌注损伤（cerebral ischemia/reperfusion injury，CIRI），是一个多因素且复杂的动态病理过程，BBB破坏、细胞内钙超载、炎性反应、氧化应激和细胞凋亡等均是其致病的危险因素[4]。

1.1 调节血脑屏障通透性

BBB是CNS的功能性屏障，对其稳态具有重要的调节作用，脑缺血及CIRI会增大BBB的通透性，引起脑水肿和脑实质破坏[5]。改善BBB功能障碍是防治脑缺血或CIRI的有效手段，石菖蒲水煎剂可以抑制大脑中动脉闭塞再灌注（temporary occlusion of middle cerebral artery，tMCAO）大鼠的BBB通透性，进而减轻CIRI[6]。冰片也可以通过抑制颈总动脉夹闭法复制的CIRI大鼠BBB的病理性开放从而减轻CIRI[7]。闭合小环蛋白-1（zona occludens protein 1，ZO-1）和Claudin-5蛋白是参与BBB紧密连接的重要蛋白，安息香和冰片能通过诱导Claudin-5表达减轻永久性大脑中动脉闭塞（permanent middle cerebral artery occlusion，pMCAO）大鼠的BBB损伤[8-9]。芳香开窍方剂安宫牛黄丸可以降低tMCAO大鼠脑梗死灶部位基质金属蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）和水通道蛋白4的mRNA的表达，保护BBB屏障功能从而减轻脑水肿[10]；安宫牛黄丸还能抑制tMCAO大鼠脑组织中氧化和硝化应激介导的MMP-2和MMP-9激活，并恢复损伤大鼠脑组织ZO-1和Claudin-5的表达，在CIRI损伤中保持BBB完整性[11]。

1.2 促进血管生成和改善脑微循环

新的血管生成与神经干细胞（neural stem cells，NSC）的轴突生长、增殖、迁移和成熟有关，这有助于IS的神经功能恢复[12]。在pMCAO大鼠模型和氧糖剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）诱导的脑微血管内皮细胞（brain microvascular endothelium cells，BMEC）模型中，苏合香、安息香和冰片[8,13-14]分别上调血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表达，并降低血管内皮生长因子受体1（vascular endothelial growth factor receptor 1，VEGFR1）水平[15]，促进缺血区脑微血管生成，改善局部微循环。安息香还通过调节血管紧张素转换酶-血管生成素-1（angiogenin-1，ANG-1）-VEGF信号通路促进血管生成，发挥对IS的保护作用[16]。安息香还能通过升高pMCAO大鼠血管生物活性物质内皮细胞激活受体酪氨酸激酶受体-2、ANG-1和转化生长因子β1来恢复神经功能，改善脑损伤[17]。苏合香可显著增加tMCAO大鼠缺血脑组织中血小板-内皮细胞黏附分子和突触小泡的蛋白表达量，促进脑缺血后神经血管重塑[18]。

1.3 抑制炎性反应

脑缺血发生后，小胶质细胞活化并促进白介素-1β （interleukin-1β，IL-1β）和IL-6等促炎因子释放，诱导炎症级联反应[19]。苏合香、安息香和冰片能降低pMCAO大鼠血清中肿瘤坏死因子α （tumor necrosis factor-α，TNF-α）含量，进而减缓脑缺血损伤[8,13-14]。苏合香还能抑制IL-6和IL-1β释放，减少血管细胞黏附分子1和细胞间黏附因子1的表达，抑制核因子κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）的激活，从而改善OGD/复氧刺激的星形胶质细胞损伤[20]。龙脑也能降低全脑缺血-再灌注（global cerebral ischemia reperfusion，GCIR）大鼠大脑皮层及海马组织中IL-1β和IL-6表达，发挥脑保护作用[21]。安宫牛黄丸能抑制tMCAO大鼠脑组织内炎性因子TNF-α、IL-1β和诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）mRNA的表达，改善大鼠CIRI[22]。

1.4 抗氧化应激损伤

冰片、苏合香挥发油、石菖蒲的主要成分β-细辛醚和麝香主要成分麝香酮均能提高急性不完全性CIRI大鼠血清中谷胱甘肽过氧化物酶活性，发挥抗CIRI的作用；冰片和苏合香还能提高血清中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，而麝香和苏合香能降低血清中丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量[23]。此外，龙脑还可以提高OGD损伤的BMEC中过氧化氢酶（catalase，CAT）的活性[15]。

1.5 减少细胞内钙超载

脑缺血发生后，细胞外Ca2+内流及细胞内线粒体和内质网或肌浆网大量释放Ca2+引起细胞内钙超载[24]。龙脑能显著降低内皮细胞中OGD引起的Ca2+超载[15]，并显著降低GCIR大鼠缺血侧脑组织、下丘脑、纹状体、皮质和海马中Ca2+含量[25-26]。麝香酮也可以有效下调tMCAO大鼠脑组织中Pannexin 1蛋白表达，减弱Ca2+内流，发挥神经保护作用[27]。

1.6 抗神经元凋亡

安息香[9]、龙脑[15]、β-细辛醚、麝香酮和苏合香挥发油[23]通过上调B细胞淋巴瘤因子-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）和下调Bcl-2-样蛋白4（Bcl-2-like protein 4，Bax）表达，降低Bax/Bcl-2比值，抑制中枢神经元凋亡，保护pMCAO大鼠、急性不完全性CIRI大鼠及OGD损伤的BMEC，发挥脑保护作用。安息香还通过抑制pMCAO大鼠缺血侧脑组织中半胱天冬氨酸蛋白酶-3（cysteinyl aspartate specific proteinase-3，caspase-3）的表达保护神经血管单位[9]。龙脑能显著减少GCIR大鼠神经元凋亡数量和凋亡指数，下调皮质、海马、下丘脑和纹状体中p53和caspase-3的蛋白表达[21]。

1.7 其他

神经祖细胞（neural progenitor cells，NPC）和NSC是自我更新的多能细胞，在大脑中增殖分化产生神经元和胶质细胞[28]。石菖蒲主要成分α-细辛醚通过活化β-catenin、cyclin D1和磷酸化的细胞外信号调节激酶（phosphorylated extracellular signalregulated kinase，p-ERK）促进NPC增殖和神经元分化，恢复tMCAO小鼠神经功能[29]。麝香酮通过激活磷脂酰肌醇激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）信号通路增强NSC的增殖和分化，促进tMCAO大鼠脑缺血损伤的恢复[30]。β-细辛醚通过抑制tMCAO大鼠脑-肠轴中胆囊收缩素表达，抑制下丘脑-垂体-肾上腺轴的亢进，改善脑梗死[31]。

2 抗阿尔茨海默病

AD是以记忆能力低下和认知能力丧失为临床表现的CNS退行性疾病，其主要病理变化为β-淀粉样蛋白（amyloid-beta，Aβ）沉积、tau蛋白过度磷酸化聚集和脑胆碱能神经元丢失[32]。

2.1 减少Aβ异常沉积

Aβ的异常沉积是AD中神经元损伤和功能障碍的主要诱因，主要为Aβ42[33]。石菖蒲主要成分α-细辛醚和β-细辛醚能降低认知缺陷老年大鼠海马组织中Aβ1-42水平，减少脑内Aβ沉积，并抑制Aβ1-42诱导的PC12细胞中β淀粉样蛋白前体蛋白、早老素-1和β-分泌酶的表达[34-35]。晚期糖基化终末产物受 体（receptor of advanced glycation end products，RAGE）为Aβ的转运蛋白，可透过BBB将Aβ从外周转运到中枢。β-细辛醚通过下调RAGE表达减少APP/PS1小鼠大脑皮层和海马中的Aβ沉积，并下调Aβ1-42水平，发挥抗AD作用[36]。麝香酮、冰片和苏合香挥发油能降低Aβ1-42诱导的PC12细胞内Ca2+水平，恢复线粒体膜电位，减少神经元细胞中Aβ的形成[37]。麝香保心丸可以抑制Aβ1-42诱导的PC12细胞中Aβ纤维的形成，并显著减少APP/PS1双转基因小鼠大脑皮层中Aβ斑块面积，改善AD小鼠的学习和记忆障碍[38]。

2.2 抑制tau蛋白高度磷酸化

细胞内过度磷酸化后聚集的tau蛋白形成神经纤维缠结，促进AD的发生和发展。石菖蒲提取物可以提高3×Tg-AD模型小鼠的学习能力，并减少tau蛋白过度磷酸化，保护髓鞘免受AD损害[39]。

2.3 保护中枢胆碱能神经功能

胆碱能神经元突触传递功能障碍导致乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）含量明显降低，这是AD的主要发病机制之一[40]。石菖蒲挥发油通过提高皮质和海马乙酰胆碱转移酶活性，降低乙酰胆碱酯酶（acetyl cholinesterase，AChE）活性，促进ACh的合成并减少其降解，提高D-半乳糖联合氯化铝所致AD小鼠和APP/PS1双转基因AD模型小鼠的学习和记忆能力[41-42]。麝香保心丸通过降低APP/PS1转基因小鼠大脑中AChE，增强胆碱能传递来改善AD小鼠的学习和记忆障碍[38]。

2.4 减少炎性介质产生

β-细辛醚通过抑制TNF-α和IL-1β的分泌，降低Aβ1-42诱导的大鼠及RA-h大鼠海马趾星形胶质细胞中胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）的表达[43]；β-细辛醚还能抑制Aβ1-42诱导的RA-h与PC12细胞共培养体系中IL-1β和TNF-α的释放，上调脑源性神经营养因子（brainderived neurotrophic factor，BDNF）的表达，抑制PC12细胞NF-κB的磷酸化和降低p-ERK、磷酸化p38和磷酸化c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）的表达[44]。

2.5 抗自由基损伤

石菖蒲挥发油能够提高链脲佐菌素致AD模型大鼠脑组织中的SOD活性，减少MDA生成，从而减少氧自由基的生成，保护AD模型动物免受氧化应激损伤[45]。β-细辛醚能增加Aβ1-42联合双侧颈总动脉结扎AD模型大鼠血清CAT和SOD水平，降低MDA水平，并减轻缺氧诱导因子1α对神经细胞的损伤，增加局部脑血流量，缓解AD大鼠学习和记忆障碍[46]。

2.6 改善突触可塑性

突触可塑性功能障碍是导致AD记忆障碍的重要因素之一[47]，β-细辛醚通过提高APP/PS1双转基因AD模型小鼠中突触后致密蛋白95[48]、生长相关蛋白43[48]和突触素[48-49]等3种突触相关蛋白以及谷氨酸能受体1[49]的表达，增加突触可塑性发挥抗AD的作用。麝香酮通过泛素化作用降低APP/PS1小鼠和Aβ1-42处理后的原代神经元中组蛋白脱乙酰基酶2水平，降低Aβ水平并增强突触可塑性，改善APP/PS1小鼠的记忆功能障碍[50]。

2.7 其他

内源性NPC的动员是治疗CNS疾病的重要治疗策略。石菖蒲提取物可以促进NPC增殖，诱导APP/PS1小鼠大脑中的神经发生，α-细辛醚和β-细辛醚通过激活ERK级联促进海马NPC增殖和神经发生，表现出对AD的治疗潜力[51]。β-细辛醚还能通过降低Aβ1-42和Bcl-2水平，增加自噬相关蛋白Beclin-1水平，上调磷酸酶及张力蛋白同源物诱导的蛋白激酶1 （PTEN-induced putative kinase protein 1，PINK1）和Parkin表达，调节PINK1-Parkin介导的线粒体自噬作用，改善Aβ1-42诱发的AD大鼠的学习和记忆功能障碍[52]。β-细辛醚也能通过PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途径抑制Beclin-1依赖性自噬，降低Aβ1-42水平，改善APP/PS1转基因小鼠的学习和记忆能力[53]。安宫牛黄丸能改善三氯化铝诱导的斑马鱼AD模型的运动功能障碍及反应能力低下[54]。

3 抗抑郁症

抑郁症是一种以情绪低落、兴趣丧失、精力不足和注意力不集中为特征的精神疾病，该疾病是心理、生理和社会因素的综合结果，5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）、去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）和多巴胺（dopamine，DA）等单胺类神经递质水平降低和促炎因子水平的升高是导致抑郁的重要因素[55]。

3.1 增加中枢神经系统神经递质水平

芳香开窍药通过增加脑内5-HT、NE和DA等神经递质水平发挥抗抑郁作用。石菖蒲多糖可以增加慢性不可预知温和应激（chronic unpredictable mild stress，CUMS）诱导的抑郁模型小鼠脑组织中5-HT含量，发挥抗抑郁作用[56]。石菖蒲主要成分β-细辛醚通过增加CUMS诱导的抑郁小鼠脑和纹状体中DA和5-HT含量，发挥抗抑郁作用[57]，而α-细辛醚的抗抑郁作用则是通过调节肾上腺素能受体α1和肾上腺素能受体α2介导的[58]。石菖蒲乙醇提取物及其环己烷部位和三氯甲烷部位均能显著增加CUMS结合孤立诱导的抑郁模型小鼠脑组织中5-HT的含量，发挥抗抑郁作用[59]；石菖蒲水提物和石油醚提取物则通过双向调节5-HT转运体活性来发挥抗抑郁作用[60]。麝香保心丸通过抑制CUMS模型小鼠下丘脑-垂体-肾上腺轴亢进，调节脑单胺神经递质NE和 DA代谢产物来预防和缓解抑郁症引发的不良症状[61]。

3.2 抗炎

CNS炎症也是引起抑郁症的重要因素之一[62]。麝香酮通过抑制Toll样受体4 （toll-like receptor 4，TLR4）途径和肾素-血管紧张素系统级联作用抑制小胶质细胞激活和炎性因子产生，其能降低脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）致抑郁样小鼠前额叶皮层中IL-1β分泌、血清中调节活化正常T细胞表达与分泌因子水平以及单核细胞趋化蛋白1水平，从而下调TLR4、髓样分化因子88、caspase-1、NOD样受体蛋白3、肾素和血管紧张素Ⅱ的表达，抑制小鼠前额叶皮层的神经炎症，改善小鼠抑郁样行为[63]。苏合香通过降低急性应激和CUMS复制的抑郁小鼠血浆中IL-6和TNF-α水平，逆转抑郁样行为[64]。

3.3 其他

石菖蒲通过激活CUMS结合孤立复制的抑郁模型大鼠海马组织mTOR信号通路，增加相关蛋白质生物合成，增强突触可塑性，发挥抗抑郁作用[65]；其主要成分α-细辛醚也能显著降低尼古丁戒断小鼠海马中磷酸化的cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element-binding protein，CREB）水平，减少抑郁样行为[66]。β-细辛醚可以提高CUMS诱发的抑郁症大鼠海马中CREB、BDNF及酪氨酸激酶受体B、p-ERK和Bcl-2水平，并降低促凋亡蛋白Bad分子水平，通过激活ERK信号通路和抗凋亡发挥抗抑郁作用[67]；β-细辛醚还可以通过抑制活化转录因子6、蛋白激酶R样内质网激酶、增强子结合蛋白同源蛋白和钙网蛋白表达，升高葡萄糖调节蛋白78和X-盒结合蛋白1 （X-box binding protein 1，XBP1）表达来减轻内质网应激，改善CUMS大鼠抑郁样行为[68-69]；β-细辛醚也可以通过影响CUMS复制的抑郁大鼠Clock和Per1等生物钟和昼夜节律基因的表达来改变大鼠的抑郁状态[70-71]。

4 抗癫痫

癫痫是一种神经元异常过度放电所致的突发性和暂时性CNS功能失常的慢性疾病，其特征是反复发作，目前最主要的发病机制是CNS兴奋性和抑制性神经递质水平紊乱，此外还与炎性反应、氧化应激和神经元凋亡有关[72]。

癫痫发作时，兴奋性神经递质含量异常增高，天然冰片通过抑制盐酸匹罗卡品诱导的癫痫小鼠海马组织CA1和CA3区中瞬时感受器香草酸受体1和瞬时受体电位锚蛋白1的表达，并增加抑制性神经递质γ-氨基丁酸的释放，调节神经递质失衡，发挥神经保护作用[73]。麝香酮可以抑制戊四氮（pentylenetetrazole，PTZ）所致癫痫大鼠脑内c-Fos与c-Jun的表达，从而抑制脑内兴奋性神经递质谷氨酸的释放，发挥抗癫痫作用[74-75]。

研究证实，大脑内的炎症过程在癫痫发生和发展过程中扮演重要角色[76]。体外研究表明，α-细辛醚可以有效抑制LPS刺激的小胶质细胞活化，降低IL-1β和TNF-α水平，下调iNOS、环氧化酶和磷酸化NF-κB抑制蛋白α的蛋白表达，抑制NF-κB活化；体内实验表明，α-细辛醚可以减轻毛果芸香碱诱导的颞叶癫痫大鼠的癫痫发作次数，抑制颞叶癫痫大鼠海马CA1和CA3区以及邻近皮质中小胶质细胞活化和脑组织中NF-κB活化，减轻毛果芸香碱诱导的脑部炎症[77]。除抑制癫痫的炎性反应外，α-细辛醚还能明显下调PTZ、卡马西平和苯妥英钠复制的耐药性癫痫大鼠海马与皮层中P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）与多药耐药基因1a（multidrug resistance protein 1a，Mdr1a）的mRNA表达，扭转P-gp介导的癫痫耐药性[78]。龙脑通过降低GFAP和过氧化脂质水平，增加SOD、谷胱甘肽和CAT水平，改善PTZ诱导的神经元损伤[79]。癫痫发作也会引起神经元凋亡，石菖蒲挥发油能剂量依赖性下调红藻氨酸诱导的癫痫大鼠海马蛋白激酶C表达，通过减少凋亡来减缓神经元异常放电，发挥抗癫痫作用[80]。

5 抗帕金森病

PD是一种在中老年人群中发病率居第2位的CNS退行性疾病，主要病理改变为脑黑质致密区DA能神经元的丢失和路易小体的形成，发病机制复杂，涉及α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）异常积聚、线粒体功能障碍、自噬和凋亡等多方面，各种机制既独立也相互促进发挥作用，造成脑组织损伤的恶性循环，不断加深PD病理进展[81]。β-细辛醚可以增加纹状体中高香草酸、3，4-二羟基苯乙酸和5-羟基吲哚乙酸等神经递质水平，还能增加脑内促DA合成的酪氨酸羟化酶的表达，降低毒性蛋白α-syn的含量，抑制自噬相关蛋白Beclin-1和LC3-II表达，从而抑制DA能神经元的凋亡和自噬，对6-羟基多巴诱导的PD模型大鼠发挥治疗作用[82]。此外，β-细辛醚还可以通过抑制需肌醇酶1/XBP1途径发挥抗PD的作用[83]。芳香开窍剂苏合香丸可以逆转1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶诱导的PD小鼠大脑中DA和磷酸化CREB水平的下降，抑制JNK激活，保护PD小鼠[84]。

6 结语

近年来，对芳香开窍中药麝香、冰片、石菖蒲、苏合香、安息香及以这类中药为主的中成药在CNS类疾病如IS、AD、抑郁症、癫痫和PD的研究中取得一定的进展，发现它们的神经保护作用可能与抗神经元凋亡、抑制神经胶质细胞的炎性反应、改善突触可塑性、抑制兴奋性氨基酸过度释放及平衡NE、5-HT和DA等神经递质的释放有关。研究发现，不同芳香开窍中药对CNS疾病研究的侧重点有所不同，冰片、麝香、苏合香和安息香在抗IS中研究较多，石菖蒲则在抗神经退行性疾病AD、抑郁症、癫痫和PD的研究中较多。在今后芳香开窍中药对CNS疾病的研究中，一方面应加强该类中药之间的配伍作用研究，这有利于增强对脑损伤的保护作用；另一方面可以结合网络药理学、转录组学以及代谢组学等系统生物学方法与技术，研究芳香开窍中药通过多成分、多靶点和多途径调控CNS疾病的作用机制以及信号通路，以为扩大芳香开窍中药治疗CNS疾病的临床应用提供研究依据。