人参皂苷对缺血性脑卒中神经保护机制的研究进展

王悬峰，肖 艳，肖 海

(赣南医学院 1.2018级硕士研究生；2.第一附属医院 a.心内科；b.病理科；3.心脑血管疾病防治教育部重点实验室，江西 赣州 341000)

近年来脑卒中(cerebral stroke)发病率呈逐年升高的趋势，其致死、致残率高，给患者及其家人带来了沉重的精神和经济负担。目前脑卒中已成为我国居民主要致死原因之一，而其中缺血性脑卒中(ischemic stroke，IS)约占80%，是脑卒中最重要的类型[1-3]。人参皂苷是人参的主要活性成分，具有神经保护、抗肿瘤以及抗氧化等药理作用[4]。大量研究表明，人参皂苷对缺血性脑卒中导致的脑神经损伤具有保护作用。本文结合国内外最新研究报道，对人参皂苷在缺血性脑卒中可能的神经保护机制综述如下。

1 人参皂苷的概述

《本草纲目》记载人参具有“补五脏，安精神，定魂魄，止惊悸，除邪气，明目开心益智”的功效。人参皂苷是人参的主要药用成分，于1962年由日本天然药物化学家柴田乘二首次提取，具有降血糖、调节免疫力、治疗心血管疾病、抗肿瘤等多种生物学活性。迄今为止，已经确定40余种不同的单体结构，而目前国内外大部分研究都集中在中、低极性的常见人参皂苷单体及稀有人参皂苷单体，如人参皂苷Rb1、Rb2、Rb3、Rg3等，研究结果表明人参皂苷具有调节多种神经功能的药理作用[5]。

2 人参皂苷对缺血性脑卒中的神经保护作用

2.1减轻兴奋性毒性作用脑卒中时，腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine 5' -triphosphate，ATP)合成过程受阻致使谷氨酸(Glutamate，Glu)再摄取能力下降，缺血区域的Glu摄取率降低，引起Glu大量积聚[6]。Glu是中枢神经系统内重要的兴奋性神经递质，大量积聚的Glu过度刺激谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)，导致神经细胞中Na+、Ca2+积聚，造成细胞内钙超载，渗透压增高，从而引起细胞过度肿胀、水解，产生兴奋性毒性作用，使神经细胞裂解死亡[7]。这是缺血性脑卒中导致神经细胞产生病理损伤的重要因素之一。体外培养原代海马神经元利用不同浓度的Glu制备兴奋性毒性损伤模型，研究发现人参皂苷能够减轻脑卒中神经细胞的损伤[8]。WEI S等[9]发现人参皂苷Rb3具有减轻由Glu大量积聚引起的神经细胞功能损伤，改善神经细胞膜通透性的作用，降低Glu积聚导致的神经兴奋性毒性作用。而李明阳等[10]研究发现高剂量人参皂苷组小鼠脑组织中Glu含量比空白对照组高39.83%；且谷氨酰胺酶活力比空白对照组高10.11%。提示过量的人参皂苷可能会引起动物脑内谷氨酸-谷氨酰胺循环紊乱[11]，进而与突触后膜上的兴奋性受体结合引起神经兴奋性毒性损伤，导致神经细胞死亡，目前对于人参皂苷调节Glu在神经细胞中积累的双重作用机制还不甚了解。GUO Y等[12]发现人参皂苷Rd1可降低细胞内Ca2+浓度，抑制突触前膜神经递质释放，减轻钙超载引起的兴奋性毒性作用，从而降低缺血性脑卒中神经细胞损伤。近期研究发现，人参皂苷Rd1还可以通过抑制NR2B亚单位Ser1303位点的磷酸化，调节NMDAR通道活动，提高神经细胞在缺血性脑卒中的存活率[13]。这可能是人参皂苷Rd1起神经保护功能的重要通路之一。由上述可知，适量人参皂苷可通过阻止Glu积聚、降低细胞内钙超载、抑制NR2B亚单位Ser1303位点的磷酸化等方式对抗缺血性脑卒中导致的中枢神经系统兴奋性毒性损伤，但过量人参皂苷将导致细胞内Glu积聚，加剧兴奋性毒性反应。

2.2诱导神经干细胞分化神经干细胞(neural stem celIs，NSCs)具有增殖、分化为神经细胞和星形胶质细胞的能力。此外，星形胶质细胞能够分泌多种细胞因子，调控NSCs生长、增殖及定向分化能力，可在一定程度上减轻甚至恢复神经系统损伤[14]。因此，促进NSCs的增殖、分化对于降低机体神经损伤具有重要意义。张薇等[15]通过使用不同剂量的人参皂苷Rb1、Rg1与NSCs共培养方法，对胎鼠脑皮质源性NSCs进行体外培养、鉴定，发现有效剂量的人参皂苷Rg1、Rb1可在体外诱导NSCs增殖分化为星形胶质细胞。万凤等[16]将人参皂苷与发生缺血性脑卒中后的星形胶质细胞共培养，发现其可以调节缺氧诱导因子1α(hypoxia in-ducible factor-1α，HIF-1α)基因转录、活化，增强血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)基因表达，改善脑卒中后人体内环境紊乱，进而诱导NSCs增殖、分化。同时还可修复受损的神经细胞，降低神经组织损伤，从而改善脑功能。张凤兰等[17]体外分离培养小鼠NSCs，研究人参皂苷Rg3对NSCs分化为神经细胞和星形胶质细胞的影响，在诱导分化3天后，在50 nmol·L-1浓度时人参皂苷Rg3对NSCs分化为神经细胞具有明显促进作用；在250 nmol·L-1浓度时人参皂苷Rg3主要促进其向星形胶质细胞方向分化，对神经细胞分化方向没有显著影响。GAO J等[18]使用四甲基偶氮唑盐(methylthiazolyl tetrazolium，MTT)实验发现0.32 μg·mL-1的人参皂苷Rg1可诱导脑皮质NSCs的增殖及神经胶质细胞定向分化。由此可见，人参皂苷可促进NSCs增殖及分化，降低脑卒中神经功能的损害。探索促进NSCs向星形胶质细胞及神经细胞方向分化的最优浓度以及抑制其分化的浓度，将会加深对人参皂苷诱导NSCs分化机制的了解。

2.3抗氧化作用缺血性脑卒中使神经系统内的氧化因子与抗氧化因子间的动态平衡失调，发生氧化应激反应，进而引起神经细胞损伤，最终导致脑神经功能障碍[19]。当发生氧化应激反应时，体内超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidases，GSH-Px)和还原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)等抗氧化酶水平受抑制，而脑神经细胞中的不饱和脂肪酸对氧化应激反应十分敏感，更易造成中枢神经系统损害。目前有研究发现人参皂苷Rg1可提高细胞内SOD、GSH-Px和GSH的量来提升抗氧化能力从而降低活性氧(Reactive oxygen species，ROS)产生和线粒体膜去极化[20]。实验发现在缺血性脑卒中大鼠模型中，人参皂苷可减小脑组织梗死范围，提高其抗氧化能力，但具体的作用机制目前尚不清楚[21]。人参皂苷Rg1还可通过抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信号通路的传导，增加GSH的浓度及SOD活力，利用其抗氧化作用，进而改善神经细胞功能[22]。同时人参皂苷对氧自由基引起的脂质过氧化具有拮抗作用，可降低神经细胞膜的裂解，减轻外源性自由基对神经细胞的破坏。吴露等[23]研究发现人参皂苷Rg1可以激活核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)/血红素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)信号传导通路，降低胞浆Nrf2蛋白含量，提升胞核Nrf2蛋白含量，改善下游抗氧化蛋白HO-1功能，减少神经细胞死亡[24]。任德启等[25-26]研究发现缺血性脑卒中能够抑制星形胶质细胞增殖，并促进其凋亡，而人参皂苷可以抑制缺血性脑卒中星形胶质细胞ROS、Bcl-2相关X蛋白(Bcl2-Associated X protein，Bax)含量增加，使B-细胞淋巴瘤因子(B-cell lymphoma factor，Bcl-2)、细胞周期素D1(Cyclin D1)表达降低，从而对星形胶质细胞起一定的保护作用。WANG M 等[27]发现人参皂苷Rb1可通过上调SOD和内皮源性一氧化氮合酶(endothelial-nitric oxide synthase，eNOS)表达来抑制游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)诱导的ROS和一氧化氮(nitric oxide，NO)生成减少，从而发挥抗氧化作用。但目前的研究大多仅集中在分子和细胞水平上证明人参皂苷在缺血性脑卒中具有抗氧化作用。

2.4抑制神经炎症作用缺血性脑卒中导致机体血流停滞、血管内白细胞活化，以及缺血区域血管内皮和脑实质释放促炎介质引发炎症反应，加重组织的损伤[28]。炎性细胞释放的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)、NO等细胞毒性剂，是ROS的独立来源[29]。这些分子加剧了脑细胞的损伤，并导致细胞外基质和血脑屏障(blood-brain barrier，BBB)的破坏，使血液和其他潜在的神经毒性血清物质进入脑部，导致脑水肿和出血性转化[30]。脑缺血产生内源性损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)，也会激活相应的受体促进炎症因子[肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(Interleukin，IL)1、IL-6]的表达，引起病理性炎症[31-33]。而缺血性脑卒中引发的炎症级联反应将会进一步发展导致全身免疫反应。通过动物实验发现人参皂苷Rg1能够较好的抑制急性炎症进展，缓解炎性肿胀与炎性渗出[34]。HOU J等[35]用人参皂苷Rg3或Rh2预处理三甲基锡(trimethyhin chloride，TMT)诱导的小鼠神经元死亡模型，不仅减少了神经细胞死亡，而且有效地降低了星形胶质细胞炎性细胞因子[IL-1α/β、IL-6、TNF-α和单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotaxis protein-1，MCP-1)等]的分泌。且这一保护机制可能是Rg3或Rh2通过选择性上调磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidyl inositol 3 kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和抑制细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)活化来实现的。YANG Y等[36]发现人参皂苷Rg1处理的大鼠HO-1活性有所增加，而过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptor-γ，PPARγ)/HO-1信号传导被证明在介导细胞凋亡和炎症中起关键作用。因此，PPARγ/ HO-1信号传导通路可能是人参皂苷Rg1在缺血性脑卒中的一个重要的治疗靶点。目前人参皂苷Rg1、Rg3、Rh2均有报道可减轻神经炎症作用，可通过选择性上调PI3K/Akt和抑制ERK活化以及活化HO-1来实现，但其具体作用机制还需进一步的研究。

2.5维持线粒体稳定作用细胞内的线粒体是能量代谢的主要场所，而大脑中的神经细胞是体内能量代谢十分旺盛的细胞之一，缺血性脑卒中时，线粒体的损伤将直接导致神经细胞能量代谢功能障碍，继而引起细胞死亡。人参皂苷改善细胞线粒体功能可能是其保护缺血性脑卒中神经系统功能的机制之一。通过对大鼠进行的线粒体Ca2+负荷动力学实验发现，大鼠海马CA1区锥体神经细胞在脑缺血情况下，随着线粒体Ca2+的积聚，氧化自由基的产生也随之增多[37]。而线粒体对于Ca2+的通透性增大，使细胞跨膜电位梯度紊乱且ATP产生减少。线粒体通透性改变使对存在其内的多种促凋亡蛋白的通透性也随之发生改变[38]。实验结果显示缺血性脑卒中早期核转录因子及谷草转氨酶释放增加。在脑组织局部缺血条件下，亦可观测到细胞色素C从线粒体到细胞质的再分布。氧化应激还可以损伤线粒体功能，在缺氧条件下，线粒体编码的环氧化酶(cyclooxygenase，COX)亚基Ⅰ、Ⅱ及细胞核编码的亚基Ⅳ、Ⅴb的mRNA出现相应的表达下调，这可能与线粒体转录因子A的减少有关。程斌等[39]发现人参皂苷Rb1干预可促使缺血性脑卒中大鼠COX、SOD活性增高，丙二醛(malondialdehyde，MDA)生成减少，且这种变化趋势在干预剂量小于40 mg·kg-1时呈剂量依赖性，当药物浓度大于40 mg·kg-1时，这种变化趋势将不再明显。人参皂苷可通过提高线粒体呼吸链酶、SOD、GSH-Px、钾钠离子ATP酶(Na+/K+-ATPase，NKA)和钙离子ATP酶(Ca2+-ATPase)活性，降低MDA含量，进而稳定细胞内的能量代谢[40]。研究证实，人参皂苷Rg1可以稳定线粒体跨膜电位，抑制线粒体细胞色素C向细胞质转移和拮抗半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)激活，保护线粒体功能，降低神经系统损伤[41]，对缺血性脑卒中发挥保护作用。

3 展 望

目前，国内外对人参皂苷的神经保护作用机制的报道主要集中在降低神经细胞兴奋性毒性作用、诱导神经干细胞分化、抗氧化和抑制神经炎症、维持线粒体稳定等方面，这些与缺血性脑卒中的病变息息相关。但是也应该清楚地认识到人参皂苷对缺血性脑卒中神经保护作用机制的研究还不够深入，随着现代分子生物学技术的发展，从分子水平探索人参皂苷的神经保护作用机制将会成为新的热点，为人参皂苷在临床上的应用提供理论依据和带来新的突破。