三七总皂苷保护脑缺血再灌注脑损伤机制的实验研究进展

王海芳

（山东中医药大学基础医学院2011级中五一班，山东济南250355）

三七总皂苷（totalsaponins of panax notognseng，PNS）是从三七中提取的有效活性成分，具有减小脑梗死体积、降血脂、改善血脑屏障通透性、清除自由基、抗炎、抗氧化等作用［1］。近年来，对脑缺血再灌注损伤后PNS的神经保护作用机制进行了大量研究，本文就PNS保护脑缺血再灌注脑损伤机制的实验研究进行综述。

1 抑制炎症反应

炎症反应是脑缺血再灌注损伤的重要机制之一，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）是主要的致炎因子。TNF-α在脑缺血损伤中起双重作用，少量的TNF-α对脑缺血损伤起修复和保护作用，过量的TNF-α可诱导神经细胞的损伤。正常情况下，脑内仅有少量TNF-α表达，脑缺血再灌注6 h后TNF-α表达增强，48 h后表达最明显，提示TNF-α异常表达与脑缺血再灌注损伤有关。PNS可显著抑制脑缺血再灌注后不同时期内TNF-α的表达，从而减轻脑缺血后TNF-α介导的一系列损伤，减少神经元凋亡的发生［2］。

IL-1也是重要的炎症反应因子，其中起主要作用的是IL-1β。IL-1β主要通过与IL-1RⅠ结合诱导白细胞黏附，介导白细胞向缺血脑组织浸润，从而引起脑组织炎症反应，导致脑组织损伤。研究发现，脑缺血2 h再灌注22 h后，脑组织IL-1β、IL-1RⅠ表达增高，而PNS可降低脑组织IL-1β和IL-1RⅠ表达，对缺血性脑损伤发挥保护作用［3］。

2 抑制神经细胞凋亡

脑缺血再灌注后脑损伤的发生与一些诱导凋亡的基因过度表达有关。Bcl-2基因可抑制过度的细胞凋亡，起到保护脑损伤的作用。研究表明，缺血30 min再灌注24 h后存活脑细胞中Bcl-2高表达，表达主要位于缺血周边区［4］，因此认为脑缺血再灌注能诱导Bcl-2高表达，Bcl-2蛋白参与脑缺血再灌注损伤的自我保护过程。PNS能显著上调脑组织内Bcl-2的表达，抑制海马神经元的凋亡，减轻缺血再灌注后神经细胞损伤［4-5］。

半胱氨酰天冬氨酸蛋白酶（caspase）活化后可使一系列细胞骨架蛋白及细胞修复酶等裂解，从而导致细胞凋亡［6］。Caspase包括上游调控其他Caspase活化的 caspase-2，8，9，10 及下游直接介导凋亡的caspase-3，6，7 等［7］。研究表明，脑缺血再灌注后脑内 caspase-3，8，9表达增高，经PNS治疗后caspase-3和caspase-9的表达降低，而对caspase-8的表达无影响，说明PNS可以通过降低caspase-3和caspase-9的表达而减轻脑缺血再灌注后细胞凋亡［8-9］。

X-连锁凋亡抑制蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）属于凋亡抑制蛋白家族，它可以直接与caspase结合，抑制细胞凋亡［10］。半胱氨酸蛋白酶激活物（second mitochondria-derived activator of caspases，Smac）是一种促凋亡蛋白［11］，可以与 XIAP 的BIR3、BIR2结构域竞争性结合，解除其对 caspase-9、caspase-3的抑制作用，促进细胞凋亡。研究表明，缺血再灌注10 h后，脑神经元中XIAP蛋白表达增高，12 h达到高峰，24 h开始下降，而Smac在再灌注后10 h表达逐渐增高，高峰出现在再灌注后24 h。免疫组化显示，经PNS治疗后XIAP阳性细胞数明显增多，Smac阳性细胞数明显减少，提示PNS对大鼠脑缺血再灌注后神经细胞损伤的保护作用可能与抑制Smac蛋白表达和促进XIAP蛋白表达进而抑制脑细胞凋亡有关［12］。

此外，三七总皂苷抑制脑缺血再灌注后神经元凋亡，还与抑制JNK信号转导蛋白激活、抑制线粒体凋亡途径有关。

3 抑制氧化应激反应

研究表明，氧自由基可氧化细胞内的脂质蛋白和核酸，引起细胞损伤和凋亡，是引起缺血再灌注损伤的重要环节［13］。体内的酶类清除剂，如超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）等，可以清除氧自由基，减轻自由基引起的脂质过氧化损伤。当机体清除氧自由基的能力下降，氧自由基可攻击细胞膜，引起脂质过氧化反应，形成丙二醛（MDA）和脂质自由基。MDA的含量可以间接反映细胞损伤的程度。研究表明，经PNS治疗后缺血再灌注损伤脑组织中MDA含量明显下降，GSH-PX、SOD活性明显增高，提示PNS可能通过抑制脑缺血再灌注后的脂质过氧化反应，起到抗脂质过氧化作用［14-15］。另有研究证明，PNS可以降低脑缺血再灌注后脑组织内MDA和NO的含量，抑制过度的氧化应激反应，减轻缺血再灌注后脑组织损伤［16-17］。

4 阻滞细胞内钙超载

Ca2+是细胞内的第二信使，参与几乎所有调控细胞功能的信息转导过程。钙超载是脑缺血再灌注损伤的重要机制之一。钙调蛋白（CaM）是细胞内的主要Ca2+受体蛋白，介导Ca2+对蛋白激酶的刺激。其中CaMKⅡ是Ca2+的重要靶酶，在脑组织含量最高。研究表明，缺血再灌注大鼠海马及皮层神经元CaMKⅡβ mRNA及蛋白表达显著增高。经PNS治疗后，海马及皮层组织CaMKⅡβ mRNA及蛋白表达显著降低［18］，说明PNS能阻滞脑缺血再灌注后细胞内钙超载，起到保护神经元的作用。另有研究表明，PNS可降低脑缺血再灌注后海马神经细胞内Ca2+超载，抑制线粒体跨膜电位（Δψm）的下降，保护海马区细胞线粒体功能，发挥抗脑缺血再灌注损伤［19］。

5 促进神经再生

神经干细胞（NSCs）的增殖、分化可促进受损脑组织结构和功能的修复和重塑［20］，这种作用依赖于多种神经营养因子的协调，包括相关调节因子巢蛋白（Nestin）、脑源性神经营养因子（BDNF）和表皮生长因子（EGF）等。Nestin 是神经干细胞的特异性标记物［21］，Nestin的高表达提示存在NSCs激活。BNDF是神经损伤后，保护神经存活、促进再生的必须因子。EGF可诱导NSCs向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化。脑缺血再灌注后可诱导内源性NSCs的自我修复，但作用有限。PNS在缺血再灌注后1 h、3 h、5 h三个时点均可上调Nestin、BDNF和EGF的表达，说明PNS可以促进受损脑细胞的增殖和修复。另有研究表明，PNS可增加缺血脑组织内源性BDNF的表达，产生神经保护作用，且与剂量呈正相关［22］。

神经生长因子（nerve growth factor，NGF）和碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）是常见的两种神经营养因子，在缺血性脑损伤中，均有减轻神经元损伤的作用。脑缺血后2 h即出现NGF mRNA和bFGF mRNA的表达，脑缺血程度与NGF和bFGF表达时间呈正相关性，但脑缺血引起的NGF和bFGF产生的时间短，水平有限，难以发挥持久的保护神经元的作用。研究表明，PNS可显著增强缺血后NGF和bFGF的表达，减轻缺血神经元的损伤［23］。

6 改善血脑屏障的通透性

脑缺血后血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）破坏导致血管壁通透性增高，发生脑水肿。脑缺血后BBB破坏与内皮细胞基质（endothelial cell matrix，ECM）成分降解和破坏有关。在脑缺血时，白细胞激活、黏附、浸润于血管内皮和脑组织，产生大量的蛋白水解酶，包括MMP-2、MMP-9等。MMP-9可以降解血管基底膜，破坏血管内皮细胞间的紧密连接导致血脑屏障破坏。敲除MMP-9基因的小鼠脑梗死体积明显缩小，血脑屏障破坏程度也显著减轻［24］。组织金属蛋白酶抑制剂-1（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP-1）是机体内存在的MMP-9特异性抑制剂，能抑制MMP-9的活性，阻断MMP-9对细胞外基质和基底膜的降解［25］。研究表明，PNS可显著提高脑缺血再灌注后脑组织神经元的存活率，减轻脑缺血性损伤，能抑制MMP-9蛋白的表达，增加TIMP-1蛋白的表达，提示三七总皂苷可能通过调节MMP-9、TIMP-1的表达而减轻脑水肿［26］。

细胞因子 IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-8 等通过炎症细胞的活化，使BBB的通透性增加。研究表明，脑缺血再灌注后上述炎性细胞因子含量增加，而PNS能降低炎性细胞因子的含量，降低血脑屏障的通透性，发挥其改善脑缺血再灌注损伤的作用［27］。

7 改善能量代谢

ATP是脑组织的主要能量来源，可分解为ADP和AMP。腺苷酸池（TAN）水平和能荷值（EC）是衡量机体、组织和细胞代谢状态的重要参数，TAN的大小反映了线粒体的氧化呼吸活性和生成高能磷酸化合物的能力，EC是动态反映细胞能量平衡的一个参数［28］，可有效评估组织细胞的能量储备状态。Na+-K+-ATP酶催化水解ATP释放磷酸盐，直接供给自由能，其活性能反映机体能量代谢水平和生理功能状态。研究发现，脑缺血再灌注1 h后，脑组织ATP和ADP含量、EC和TAN值显著下降，Na+-K+-ATP酶活性降低，说明缺血再灌注后脑组织的能量代谢发生严重障碍，PNS可提高ATP、ADP含量、EC值以及Na+-K+-ATP酶活性。说明PNS可以改善脑缺血再灌注后能力代谢障碍，保护缺血区脑细胞［29］。

综上所述，PNS可以通过抑制炎症反应、细胞凋亡、氧化应激反应、细胞内钙超载，改善血脑屏障的通透性、能量代谢及促进神经细胞再生等作用，保护脑缺血再灌注后脑损伤。此外，PNS能延长大鼠颈总动脉血栓形成时间，降低大鼠血小板聚集率［30］，起到抗血栓作用。PNS对大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤有效治疗时间窗不超过5 h，超过5 h后无明显作用，为临床应用PNS制剂（如血塞通等）提供了理论依据［31］。

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