黄芪甲苷对中枢神经再生的影响研究进展

李冰冰 覃贵川 陈子夜 范有明

2019 年全球疾病负担（GBD）脑卒中负担研究显示，死亡的第二大原因仍是脑卒中[1]。临床依据症状不同将脑卒中划分为出血性脑卒中和缺血性脑卒中，两者均会导致受损区脑组织缺氧坏死和神经功能受损。临床上最为常见的是缺血性脑卒中，占脑卒中的80%～87%[2]。目前，组织纤溶酶原激活物（tPA）溶栓药物是治疗缺血性脑卒中的主要手段。但患者必须在发病4.5 h 内及时治疗，才能有效缓解临床症状。tPA 治疗会导致颅内出血和神经毒性等不良反应[3-4]，对大脑造成额外损伤。

中医认为中风发病在于虚和瘀，与患者血、气关系密切，其中以气虚、血瘀为主[5]。气虚、血瘀导致经脉阻滞、血行不畅而发为中风，故益气活血的方法可使脑局部缺血灶的血供和患侧肢体功能改善。补阳还五汤作为益气活血的代表方，对中风后遗症有良好的改善作用，针对缺血性中风，有明显的神经保护作用[6]。黄芪是补阳还五汤中的君药，具有益气、养血、利水、固表等功效。黄芪甲苷是中药黄芪的主要活性成分[7]，是中华人民共和国药典（2015 版）中黄芪的质量控制标志物。据报道，黄芪主要含有3 种化合物，包括多糖、皂苷和黄酮类化合物。随着提取分离技术的进步，利用高效液相色谱法（HPLC）和气相色谱-质谱技术从黄芪中鉴定出40 多种黄芪皂苷成分，已被广泛应用于各种疾病的治疗。

1 中风后中枢神经再生的限制因素

研究发现，中枢神经系统损伤后的环境中存在的抑制因子和成人中枢神经系统神经元再生能力差是神经损伤后轴突生长失败的主要原因[8]。成人受损的中枢神经无法再生，可导致脊髓损伤或中风患者的永久性残疾。目前发现中枢神经再生失败的机制有以下几种。

少突胶质细胞髓鞘相关抑制分子：神经突生长抑制因子A（Nogo-A）、髓鞘相关糖蛋白（MAG）、少突胶质细胞髓鞘糖蛋白（OMgp）。这些分子与神经细胞膜上的Nogo-66 受体（NgR）结合后，促进NgR 形成NgR 复合体，激活下游信号分子，抑制神经再生[9]。

胶质瘢痕形成：损伤后周围小胶质细胞活化、增殖和巨噬细胞聚集，与增殖的星形胶质细胞共同形成了胶质受体瘢痕，并释放一系列轴突生长抑制因子，其中最重要的是硫酸软骨素蛋白多糖（CSPGs）。CSPGs 通过与其受体PTPσ/LAR 结合，抑制神经再生[10-11]。

损伤后的炎症反应：小胶质细胞的激活是抑制神经再生机制之一[12]。活化的小胶质细胞释放促炎因子[如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）]，导致大量炎症细胞（如中性粒细胞、巨噬细胞等）和细胞因子（如TNF-α、IL-6 等）对局部组织的破坏和免疫细胞的浸润，从而不利于神经再生。

谷氨酸过度释放：研究发现脑缺血缺氧后，谷氨酸过度释放，作用于N-甲基-D 天门冬氨酸（NMDA）受体，使细胞内Ca2+升高，抑制神经再生[13]。

2 神经损伤再生的基本过程

轴突再生是神经损伤后轴突的再生长和后续靶区域神经功能恢复的过程[14]。神经损伤会导致神经元和胶质细胞的凋亡和缺失，使得神经网络的结构和功能受到严重影响。在神经系统中，神经元的再生能力非常有限，而胶质细胞则可以通过增殖和分化来填补损伤区域。神经再生的基本过程包括：轴突断裂：神经元轴突损伤后，轴突端会形成球状膨胀，失去生长锥；细胞反应：神经元周围的胶质细胞会释放出一系列信号物质，如生长因子、细胞黏附分子等；新生血管形成：损伤后，血管内皮细胞会分泌血管内皮生长因子（VEGF）等生长因子，促进新生血管形成，为神经元提供养分支持；轴突再生：在胶质细胞的支持下，轴突开始再生，并且开始建立新的神经连接。

3 黄芪甲苷的药物动力学和毒性

黄芪甲苷为羊毛酯醇形的四环三萜皂苷，水溶性较差。大鼠静脉给药后，在心、脑、肺、脾、肝、肾、皮肤、肌肉、胃、卵巢等组织均可检测到黄芪甲苷[15]，在肝脏、肾脏中含量最高，其次是肺和心。研究发现，黄芪甲苷与血浆蛋白的结合率高达83%，且可以在尿液和粪便中回收50%。在0.75、1.5 和3.0 mg/kg 剂量下，雄性大鼠对黄芪甲苷的消除半衰期分别为98.1、67.2 和71.8 min，雌性大鼠的消除半衰期分别为34.0、66.9 和131.6 min。黄芪甲苷缺乏首关消除，几乎不经过肝脏代谢。大鼠口服黄芪甲苷的绝对生物利用度为3.66%，比格犬为7.4%，表明口服给药受到限制。

黄芪甲苷一般不会有明显的不良反应和毒性。口服剂量10 mg/（kg•d）的黄芪甲苷，对肝肾功能无明显影响[16-17]。大鼠模型给予0.25～1.0 mg/kg 黄芪甲苷时，未出现母体毒性；在静脉给药1.0 mg/kg剂量时，有生殖毒性，表现为幼崽皮毛发育迟缓、睁眼和悬崖回避反射迟缓等。因此，孕妇应谨慎使用黄芪甲苷。

4 黄芪甲苷对中枢神经再生作用的研究

神经系统疾病包括中风、痴呆、癫痫、阿尔茨海默病和帕金森病。其中，中风是全球范围内最主要的死亡原因。黄芪甲苷具有多种药理活性，对中枢神经系统、心血管系统、呼吸系统、肾脏、内分泌系统、免疫系统、肝脏疾病和癌症等均有积极作用。目前已有很多研究探讨了黄芪甲苷对中枢神经系统损伤的治疗作用，具体可以通过以下途径促进神经元的再生和修复，改善中枢神经系统功能障碍。

4.1 抗凋亡

中风的发病因素和机制非常复杂，其中凋亡在中风后神经损伤中发挥着重要作用。凋亡蛋白广泛存在于神经细胞中，Bax 可促进细胞凋亡，Bcl-2 抑制细胞凋亡，其比值对细胞存活起关键作用。研究发现，缺血/再灌注或氧-葡萄糖剥夺/再灌注会增加凋亡蛋白的表达，如Bax 和caspase-3 等[18]。Yang 等[19]发现黄芪甲苷通过调节PI3K 和NF-κB 信号通路，激活抗凋亡通路磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt），抑制NF-κB 信号，下调Bax 和典型的凋亡标记caspase-3，减轻了蛛网膜下腔出血所致的神经损伤，促进神经功能恢复。在小鼠置于缺氧循环装置中，用60 mg/kg 黄芪甲苷饲养4 周，发现黄芪甲苷可以下调calpain-1、caspase-3 的表达，抑制海马神经元氧化应激和凋亡，减轻缺氧后脑损伤[20]。经100 μM 6-羟基多巴胺（6-OHDA）处理24 h 的SH-SY5Y 细胞中，在给予浓度25～100 μM 的黄芪甲苷后，微管相关蛋白2（MAP2）表达和超氧化物歧化酶（SOD）水平升高，丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）水平减少，结果显示黄芪甲苷降低了细胞凋亡率和Bax/Bcl-2比值，这可能与激活JAK2/STAT3信号通路，增强细胞活力，抑制细胞的凋亡和氧化应激有关[21]。

4.2 抗炎

研究表明干预小胶质细胞使其从促炎M1 表型到抗炎M2 表型的极化可以作为治疗中风的潜在手段[22]。Chen 等[23]的研究发现，黄芪甲苷可通过下调海马组织中ROS、TNF-α、白细胞介素-1β（IL-1β）和IL-6 水平，抑制小胶质细胞活化，改善寡聚体Aβ（oAβ）诱导的认知障碍、神经炎症和神经元损伤。同时郑心甜等[24]发现黄芪甲苷可通过降低小胶质细胞M1中CD86/诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、TNF-α、IL-1β 的mRNA 表达，增加M2 中CD206、精氨酸酶-1（Arg-1）、类几丁质酶3 样分子1/2（YM1/2）、IL-10的mRNA 表达，抑制炎症，促进小胶质细胞从促炎M1 表型到抗炎M2 表型的极化，发挥保护神经作用。在C57BL/6 小鼠缺血模型中，经黄芪甲苷处理后的小鼠IL-17 表达降低，且具有较多正常形态的海马神经元和树突棘密度增加，结果表明黄芪甲苷可通过调节Wnt 信号通路，下调IL-17 表达，促进大脑重塑和修复[25]。

4.3 调控自噬

生理上，自噬体的双膜囊泡可吞噬功能障碍的细胞器和错误折叠的蛋白质，并将其转移到溶酶体进行降解，从而维持细胞内稳态。现代研究发现，缺乏自噬会导致大脑和小脑皮质中的神经元大量损失，引起神经系统疾病。Xia 等[26]发现黄芪甲苷可通过降低衰老相关β-半乳糖苷酶活性和衰老标记物p16 的表达，升高核纤层蛋白B1 表达，减少PD 小鼠模型中多巴胺神经元的丢失和行为缺陷，同时减少黑质致密层中衰老星形胶质细胞的积累，促进线粒体自噬，使受损线粒体的积累和线粒体活性氧的产生减少，从而抑制星形胶质细胞衰老，预防神经变性。在氧糖剥夺/富氧富糖PC12 细胞模型上，黄芪甲苷可以增加Beclin1 表达，提高SOD 活性，降低MDA 水平，增加自噬，发挥神经保护作用[27]。

4.4 促血管生成

VEGF 是神经血管单元中重要的保护屏障。神经损伤后VEGF 表达增加可以减少神经元凋亡，改善受损区血管微循环，促进胶质细胞增殖，发挥神经保护作用。实验表明黄芪甲苷通过增加miRNA-210的表达和诱导HIF-VEGF-Notch 信号通路的激活来抑制靶基因的表达，减少梗死面积，促进细胞增殖和血管形成，对缺血性脑损伤提供保护[28]。在大鼠脑缺血再灌注（CIR）模型中，给予大鼠10 mg/kg的黄芪甲苷灌胃，发现VEGF、神经元核抗原（NeuN）表达增加，皮质区细胞和微血管损伤显著减少。李艳玲等[29]发现黄芪甲苷用于脑缺血骨髓间充质干细胞移植后可通过改善脑缺血后微环境，促进血管新生和大鼠神经功能恢复。

综上所述，黄芪甲苷的保护作用涉及很多方面，不仅可通过多种分子机制促进神经元的再生和修复，如调节PI3K/Akt 信号通路、Wnt/β-catenin 信号通路、PPARγ/BDNF 信号通路，而且还可通过抗凋亡、抗炎、促自噬、促血管生成等途径减轻神经损伤，促进神经修复与再生，为黄芪甲苷促进中枢神经再生的临床应用提供了大量证据。此外，黄芪口服生物利用度较低，限制了临床给药方式和治疗效果，而黄芪甲苷及其衍生物作为高纯度植物单体，可以发挥中药多靶点效应，提高中风患者的治疗效果。然而这些研究仍处于实验室研究阶段，有待于进一步了解黄芪甲苷在中枢神经再生中的分子作用机制。