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1 三 七 总 皂 苷 抗 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 药 理 研 究 进 展 杨 鹏 飞 1, 宋 修 云 1, 陈 乃 宏 (1. 中 国 医 学 科 学 院 协 和 医 学 院, 药 物 研 究 所 & 神 经 科 学 中 心, 北 京 ; 2. 湖 南 中 医 药 大 学, 长 沙 ) 摘 要 : 三 七 是 五 加 科 人 参 属 植 物 三 七 (Panax notoginseng (Burk.) F.H.Chen) 的 干 燥 根 及 根 茎, 在 传 统 中 药 中 作 为 一 种 补 益 类 药 品 而 被 广 泛 应 用 三 七 的 主 要 活 性 成 分 为 包 含 人 参 皂 苷 Rg1 Rb1 和 三 七 皂 苷 R1 等 在 内 的 三 七 总 皂 苷, 其 在 血 液 系 统 心 血 管 系 统 和 神 经 系 统 等 多 方 面 具 有 广 泛 药 理 活 性 缺 血 性 脑 卒 中 是 脑 卒 中 最 常 见 的 形 式, 其 病 死 率 与 致 残 率 非 常 高, 造 成 了 严 重 的 医 疗 社 会 经 济 问 题 缺 血 再 灌 注 损 伤 是 缺 血 性 脑 卒 中 发 病 过 程 中 最 重 要 的 环 节, 能 量 代 谢 异 常 离 子 代 谢 紊 乱 自 由 基 损 伤 和 炎 症 反 应 等 均 参 与 其 中, 具 有 复 杂 的 发 生 机 制 近 些 年 的 研 究 表 明, 三 七 总 皂 苷 具 有 显 著 缓 解 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 作 用, 其 治 疗 机 制 众 说 纷 纭 尚 不 十 分 明 确 因 此, 本 文 对 三 七 及 其 主 要 活 性 成 分 皂 苷 类 化 合 物 的 抗 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 药 理 作 用 及 分 子 机 制 进 行 综 述, 为 进 一 步 开 发 利 用 三 七 类 药 物 并 指 导 其 临 床 提 供 理 论 支 持 关 键 词 : 三 七 ; 三 七 总 皂 苷 ; 缺 血 再 灌 注 损 伤 ; 药 理 作 用 ; 分 子 机 制 中 图 分 类 号 : R966 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : (2016) 1, 2*1 Advances in pharmacological researches of Panax Notoginseng Saponins on brain ischemia-reperfusion injury YANG Peng-fei 1, SONG Xiu-yun 1 1, 2*, CHEN Nai-hong (1. Institute of Materia Medica & Neuroscience Center, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing , China; 2. Hunan University of Chinese Medicine, Changsha , China) Abstract: Sanqi in Chinese is the root and rhizoma of Panax notoginseng (Burk.) 收 稿 日 期 : ; 修 回 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( ), 新 药 作 用 机 制 研 究 与 药 效 评 价 北 京 市 重 点 实 验 室 资 助 项 目 (BZ0150). 通 讯 作 者 : Tel / Fax: , [email protected]. cn 1

2 F.H.Chen which belongs to genus Panax in the Araliaceae family and is widely used as a kind of tonic medicine in traditional Chinese medicine. The main active constituents of sanqi are panax notoginseng saponins, including ginsenoside Rg1, Rb1 and notoginsenoside R1. A wide variety of pharmaceutical uses of panax notoginseng saponins have been reported in blood circulation system, cardiovascular system and nervous system. Ischemic stroke, the most common form of stroke, leads to high morbidity and disability rates and evolves serious medical, social and economic problems. Ischemia-reperfusion injury is the most important part in the progress of ischemic stroke. Abnormal energy metabolism, disturbance of the ion metabolism, free radical injury, inflammatory reactions all participate in the complex pathological mechanisms of ischemia-reperfusion injury. Over the past few decades, substantial studies showed that panax notoginseng saponins possessed significant protective effects on ischemia-reperfusion injury. underlying mechanisms of the protective effects. However, little is known about the In order to develop new medicine and help the use of Panax notoginseng in clinical applications, the pharmaceutical actions and molecular mechanisms of Panax notoginseng and panax notoginseng saponins in protecting ischemia-reperfusion injury were summarized. Key words: Panax notoginseng; panax notoginseng saponins; ischemia-reperfusion injury; pharmacological actions; molecular mechanisms 三 七 是 五 加 科 人 参 属 植 物 三 七 (Panax notoginseng (Burk.) F.H.Chen) 的 干 燥 根 及 根 茎, 主 产 于 云 南 及 广 西, 其 中 云 南 文 山 所 产 三 七 习 称 文 三 七 田 七, 为 著 名 的 道 地 药 材 三 七 味 甘 微 苦 性 温, 本 草 纲 目 认 为 其 具 有 止 血, 散 血, 定 痛 的 功 效 中 药 大 辞 典 认 为 三 七 具 有 生 吃 去 瘀 生 新, 消 肿 定 痛 ; 熟 服 可 补 益 健 体 的 功 效 三 七 主 治 咯 血 吐 血 衄 血 便 血 崩 漏 外 伤 出 血 胸 腹 刺 痛 和 跌 仆 肿 痛 其 主 要 成 分 包 括 皂 苷 挥 发 油 三 七 素 黄 酮 甾 醇 聚 炔 醇 糖 类 氨 基 酸 有 机 酸 等 [1] 其 中 包 含 人 参 皂 苷 (ginsenosides) Rg1 Rb1 和 [1, 三 七 皂 苷 (notoginsenosides) R1 等 在 内 的 三 七 总 皂 苷 为 其 主 要 药 理 活 性 成 分 2] 近 年 来 的 研 究 表 示, 三 七 在 血 液 系 统 心 血 管 系 统 神 经 系 统 和 免 疫 系 统 等 多 方 2

3 面 具 有 药 理 活 性, 是 我 国 传 统 药 学 的 珍 贵 瑰 宝, 引 起 了 国 内 和 国 外, 尤 其 是 东 亚 学 者 的 高 度 重 视 缺 血 性 脑 卒 中 是 临 床 多 见 病, 具 有 高 病 死 率 和 高 致 残 率 的 特 点 在 世 界 范 围 内 其 发 病 率 呈 逐 年 增 加 的 趋 势, 在 发 达 国 家 已 是 主 要 的 致 死 病 因, 严 重 影 响 了 人 类 生 命 健 康 和 生 活 质 量 缺 血 再 灌 注 损 伤 是 缺 血 性 脑 卒 中 发 病 过 程 中 最 重 要 的 环 节 因 此, 对 于 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 预 防 和 治 疗 是 缺 血 性 脑 卒 中 治 疗 研 究 的 重 点 动 物 实 验 离 体 细 胞 实 验 和 临 床 数 据 均 证 实, 三 七 总 皂 苷 具 有 显 著 改 善 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 作 用 [3 5] 临 床 广 泛 应 用 的 三 七 总 皂 苷 类 药 物 主 要 包 括 有 血 塞 通 注 射 液 血 栓 通 注 射 液 络 泰 粉 针 和 正 康 脑 明 注 射 液 等, 这 些 药 物 在 缺 血 性 脑 卒 中 疾 病 上 显 示 出 了 一 定 的 治 疗 效 果, 但 目 前 其 临 床 应 用 带 有 试 探 性 质, 相 关 报 道 大 都 是 临 床 应 用 回 顾 性 资 料, 研 究 注 意 点 集 中 于 实 际 疗 效 的 观 察 方 面, 对 发 挥 疗 效 的 药 物 机 制 研 究 不 够 透 彻 因 此, 本 文 特 对 三 七 总 皂 苷 发 挥 保 护 作 用 的 药 理 机 制 进 行 阐 述, 以 期 进 一 步 开 发 三 七 总 皂 苷 类 药 物 的 潜 在 治 疗 价 值 并 指 导 其 在 临 床 的 应 用 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 是 一 个 极 为 复 杂 的 病 理 过 程, 随 着 缺 血 再 灌 注 时 间 的 延 长, 能 量 代 谢 异 常 离 子 代 谢 紊 乱 自 由 基 损 伤 炎 症 反 应 和 细 胞 坏 死 与 凋 亡 等 依 次 参 与 其 中, 从 而 诱 发 血 脑 屏 障 损 伤 和 脑 水 肿 等 病 理 症 状, 本 文 将 从 这 些 损 伤 过 程 出 发, 对 三 七 总 皂 苷 的 药 理 作 用 进 行 详 细 地 阐 述 1 三 七 可 以 缓 解 能 量 代 谢 障 碍 大 脑 是 人 体 内 最 耗 能 的 器 官, 它 仅 占 人 体 总 重 量 的 2%, 但 却 消 耗 了 人 体 20% 的 氧 气 和 25% 的 能 量 供 应 脑 缺 血 一 旦 发 生, 首 先 发 生 能 量 代 谢 障 碍, 脑 缺 血 后 脑 组 织 的 主 要 化 学 能 量 来 源 高 能 磷 酸 化 合 物 生 产 减 少, 造 成 脑 组 织 缺 乏 能 量 供 应, 同 时 再 灌 注 后 产 生 的 大 量 氧 自 由 基 可 以 破 坏 线 粒 体 的 呼 吸 功 能, 而 使 能 量 生 成 进 一 步 发 生 障 碍 三 七 总 皂 苷 可 以 明 显 缓 解 缺 氧 2 h 鸡 胚 脑 神 经 细 胞 的 能 量 耗 竭, 促 进 再 灌 注 期 细 胞 内 高 能 磷 酸 化 合 物 的 合 成 和 恢 复, 改 善 能 量 负 荷 [6] 三 七 提 取 液 或 总 皂 苷 可 以 显 著 增 加 缺 血 再 灌 注 小 鼠 脑 组 织 中 三 磷 酸 腺 苷 (adenosine triphosphate, ATP) 二 磷 酸 腺 苷 (adenosine diphosphate, ADP) 和 单 磷 酸 腺 苷 (adenosine monophosphate, AMP) 的 含 量, 显 著 提 高 小 鼠 脑 组 织 中 葡 萄 糖 [7, 转 运 蛋 白 (glucose transporter, GLUT)-3 蛋 白 和 mrna 的 表 达 8], 也 可 提 高 小 鼠 脑 腺 苷 酸 池 (total adenylate pool, TAN) 水 平 及 能 荷 值 (energy charge, EC), 增 强 3

4 ATP 酶 的 活 性 [7] 通 过 能 量 供 应 能 力 的 增 强, 三 七 皂 苷 可 延 长 断 头 后 小 鼠 的 规 律 喘 气 时 间, 也 从 侧 面 反 映 其 可 发 挥 潜 在 的 缓 解 脑 缺 血 后 能 量 代 谢 障 碍 这 一 保 护 作 用 [9] 2 三 七 能 够 平 衡 离 子 代 谢 紊 乱 在 脑 缺 血 发 生 后, 由 于 能 量 生 成 减 少, 而 使 脑 组 织 中 糖 酵 解 增 强, 细 胞 发 生 酸 中 毒, 促 进 Na + Cl - 进 入 细 胞, 大 量 水 摄 入 而 诱 发 脑 水 肿 ; 同 时 细 胞 内 Ca 2+ 浓 度 升 高, 胞 浆 内 及 线 粒 体 内 Ca 2+ 超 载, 继 发 性 引 起 线 粒 体 中 呼 吸 链 耦 合 出 现 紊 乱, 诱 发 自 由 基 的 产 生, 进 一 步 加 重 细 胞 损 伤 [10] 早 期 研 究 发 现, 三 七 皂 苷 可 以 逆 转 局 部 脑 缺 血 鼠 鼩 脑 中 Ca 2+ 浓 度 的 增 加, 提 示 三 七 皂 苷 可 能 具 有 钙 拮 抗 剂 的 作 用 [11] 对 大 脑 中 动 脉 栓 塞 (middle cerebral artery occlusion, MCAO) 法 的 大 鼠 缺 血 再 灌 注 实 验 模 型 的 研 究 也 显 示, 模 型 组 海 马 细 胞 内 Ca 2+ 浓 度 显 著 升 高, 三 七 总 皂 苷 给 药 组 可 明 显 降 低 细 胞 内 Ca 2+ 浓 度, 效 果 和 钙 离 子 拮 抗 剂 尼 莫 地 平 相 当 [12] 脑 源 性 神 经 营 养 因 子 (brain derived neurotrophic factor, BDNF) 对 多 种 中 枢 神 经 系 统 疾 病 具 有 较 为 理 想 的 治 疗 潜 能, 研 究 发 现 三 七 皂 苷 可 以 增 加 MCAO 大 鼠 大 脑 皮 质 中 的 BDNF 水 平, 继 而 阻 止 细 胞 外 Ca 2+ 的 入 胞 和 细 胞 内 Ca 2+ 的 释 放, 从 而 减 少 Ca 2+ 超 载 引 起 的 神 经 系 统 细 胞 损 伤 [13 15] 临 床 实 践 也 证 实, 脑 缺 血 患 者 给 予 三 七 总 皂 苷 注 射 液 治 疗, 可 以 明 显 提 升 其 罹 患 疾 病 状 态 下 降 低 的 Na + -K + -ATP 酶 和 Ca 2+ -Mg 2+ -ATP 酶 活 性, 通 过 改 善 离 子 代 谢 紊 乱 来 减 少 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 进 一 步 发 生 [16, 17] 3 三 七 发 挥 减 少 自 由 基 生 成 或 清 除 自 由 基 的 作 用 相 对 于 身 体 的 其 他 器 官 而 言, 大 脑 对 氧 化 应 激 更 为 敏 感, 这 和 大 脑 耗 氧 量 大, 更 易 于 产 生 活 性 氧 (reactive oxygen species, ROS) 和 活 性 氮 (reactive nitrogen species, RNS) 有 关, 也 和 大 脑 内 含 有 更 多 的 可 被 迅 速 氧 化 的 不 饱 和 脂 肪 酸, 而 同 时 和 其 他 器 官 相 比 其 抗 自 由 基 系 统 又 相 对 较 弱 有 关 [18] 活 性 自 由 基 包 括 超 氧 阴 离 子 (O 2- ) 过 氧 化 氢 (H 2 O 2 ) 一 氧 化 氮 (NO) 和 羟 自 由 基 (OH - ) 等, 在 缺 血 再 灌 注 情 况 下, 活 性 自 由 基 生 成 增 多, 导 致 细 胞 内 生 物 膜 脂 质 蛋 白 质 核 酸 损 伤, 也 会 引 起 线 粒 体 损 伤, 使 线 粒 体 内 细 胞 色 素 C (cytochrome-c, Cyt-C) 和 凋 亡 诱 导 因 子 (apoptosis inducing factor, AIF) 释 放, 引 起 细 胞 信 号 传 导 途 径 障 碍, 诱 发 下 游 的 凋 亡 级 联 反 应, 导 致 神 经 细 胞 受 损 而 最 终 死 亡 [19] 在 这 一 过 程 中, 4

5 活 性 氧 对 生 物 膜 性 物 质 造 成 损 伤 而 导 致 丙 二 醛 (malonaldehyde, MDA) 的 增 加 是 反 映 自 由 基 损 伤 细 胞 严 重 程 度 的 一 个 重 要 指 标 多 项 研 究 表 示, 在 缺 血 再 灌 注 过 程 中,MDA 的 脑 中 含 量 显 著 升 高, 而 三 七 的 有 效 成 分 可 以 显 著 降 低 其 含 量 [20 23], 提 示 三 七 有 效 成 分 可 能 具 有 强 抗 氧 化 功 效 这 种 抗 氧 化 功 效 的 原 因 可 能 来 自 于 两 个 方 面 : 一, 减 少 自 由 基 的 生 成 : 在 缺 血 再 灌 注 发 生 的 情 况 下, 细 胞 内 Ca 2+ 浓 度 升 高, 催 化 激 活 黄 嘌 呤 脱 氢 酶 (xanthine dehydrogenase, XD) 转 化 为 黄 嘌 呤 氧 化 酶 (xanthine oxidase, XO), 而 后 者 可 以 催 化 次 黄 嘌 呤 (hypoxanthine, Hyp) 转 变 为 黄 嘌 呤 (xanthine, Xan) 和 尿 酸 (uric acid, UA), 同 时 生 成 氧 自 由 基 [24] 在 缺 血 再 灌 注 45 min 后, 大 鼠 纹 状 体 细 胞 外 液 Hyp 和 Xan 的 含 量 达 到 峰 值, 而 缺 血 前 30 min 给 予 三 七 总 皂 苷 可 抑 制 纹 状 体 细 胞 外 液 中 的 Hyp 和 Xan 的 升 高, 抑 制 自 由 基 的 产 生 [6] 三 七 总 皂 苷 或 三 七 提 取 液 也 可 以 减 少 诱 导 型 NO 合 酶 [4, (inducible nitric oxide synthase, inos) 的 含 量, 从 而 抑 制 NO 自 由 基 的 生 成 22] 此 外, 三 七 皂 苷 也 可 通 过 减 少 NADPH 氧 化 酶 (NADPH oxidase, NOX) 和 超 氧 化 物 酶 来 减 少 自 由 基 的 产 生 [3] 二, 增 加 对 自 由 基 的 清 除 : 在 生 理 条 件 下, 活 性 自 由 基 依 然 存 在, 但 其 浓 度 较 低 且 维 持 在 一 个 平 衡 状 态, 这 种 平 衡 状 态 是 由 酶 ( 超 氧 化 物 歧 化 酶 (superoxide dismutase, SOD) 谷 胱 甘 肽 过 氧 化 物 酶 (glutathione peroxidase, GSH-Px) 过 氧 化 氢 酶 (catalase, CAT)) 和 非 酶 ( 谷 胱 甘 肽 [25, (glutathione, GSH) 维 生 素 C 维 生 素 E) 反 应 系 统 共 同 调 控 的 26], 在 缺 血 再 灌 注 病 理 条 件 下, 随 着 活 性 自 由 基 生 成 的 增 加, 超 出 了 内 源 性 清 除 系 统 可 以 承 受 的 程 度, 生 成 的 自 由 基 不 能 被 清 除, 并 与 蛋 白 质 脂 质 和 DNA 反 应, 最 终 导 致 细 胞 损 伤 [27] 三 七 总 皂 苷 及 其 有 效 成 分 可 能 通 过 增 加 GSH-Px [3, 28] SOD [2, 23] CAT [28] 的 活 性 来 清 除 已 经 产 生 的 自 由 基 从 上 述 研 究 结 果 看 出, 三 七 总 皂 苷 通 过 减 少 自 由 基 的 生 成 和 促 进 自 由 基 的 清 除 两 个 方 面 来 发 挥 减 少 自 由 基 含 量, 保 护 脑 组 织 免 于 损 伤 的 作 用 4 三 七 通 过 维 持 线 粒 体 稳 态 发 挥 抗 细 胞 凋 亡 的 作 用 线 粒 体 是 脑 神 经 元 细 胞 中 最 重 要 的 器 官 之 一, 在 调 节 胞 浆 内 Ca 2+ 稳 态, 维 持 胞 内 ph 值 和 通 过 三 羧 酸 循 环 及 电 子 传 递 链 来 生 成 ATP 方 面 发 挥 了 重 要 的 作 用 线 粒 体 不 仅 是 ROS 产 生 的 细 胞 器, 也 是 ROS 损 伤 的 重 要 靶 细 胞 器 [29] ROS 及 离 子 代 谢 紊 乱 可 以 导 致 线 粒 体 内 膜 完 整 性 受 到 破 坏, 也 会 导 致 线 粒 体 膜 电 位 5

6 (mitochondrial membrane potential, Δψm) 去 极 化 而 下 降, 膜 上 的 蛋 白 性 孔 道 (mitochondrial permeability transition pore, PTP) 开 放,PTP 不 可 逆 地 过 度 开 放 可 使 线 粒 体 内 的 Cyt-C 释 放 到 胞 浆 中, 与 凋 亡 蛋 白 酶 激 活 因 子 (apoptotic protease activating facter, Apaf)-1 形 成 复 合 物, 进 而 激 活 含 半 胱 氨 酸 的 天 冬 氨 酸 特 异 性 蛋 白 水 解 酶 (cysteinyl aspartate specific proteinase, caspase)-9,caspase-9 激 活 下 游 的 效 应 蛋 白 caspase-3 Caspase-3 是 凋 亡 级 联 反 应 中 的 关 键 蛋 白 酶, 可 分 解 细 胞 中 的 大 部 分 功 能 蛋 白 质 而 诱 导 细 胞 凋 亡 [30, 31] 这 种 线 粒 体 内 Cyt-C 释 放 进 而 使 下 游 caspase-9 蛋 白 活 化 而 诱 导 凋 亡 发 生 的 过 程 称 为 线 粒 体 途 径 的 凋 亡, 而 经 典 的 细 胞 凋 亡 信 号 通 路 还 包 括 另 一 种 形 式, 即 死 亡 受 体 通 路 诱 导 的 凋 亡 [32] 在 死 亡 受 体 通 路 诱 导 的 凋 亡 过 程 中, 促 凋 亡 配 体 例 如 FasL 与 膜 表 面 的 死 亡 受 体 相 结 合, 并 募 集 Fas 相 关 死 亡 域 蛋 白 (Fas-associated with death domain protein, FADD) 形 成 死 亡 信 号 诱 导 复 合 物, 该 复 合 物 诱 导 caspase-8 前 体 剪 切 成 为 有 活 性 的 caspase-8, 进 一 步 活 化 下 游 的 caspase-3, 诱 发 细 胞 凋 亡 级 联 反 应 [33] 三 七 总 皂 苷 可 以 明 显 减 少 缺 血 再 灌 注 动 物 脑 区 TUNEL 阳 性 细 胞 的 数 量, 证 实 了 其 具 有 抗 凋 亡 和 保 护 神 经 细 胞 的 作 用 [34] 体 外 培 养 的 细 胞 实 验 和 在 体 缺 血 再 灌 注 动 物 实 验 均 显 示, 三 七 总 皂 苷 给 药 能 够 逆 转 缺 血 再 灌 注 损 伤 组 神 经 细 胞 线 粒 体 膜 电 位 的 显 著 降 低 并 维 持 了 线 粒 体 的 正 常 功 能 [12, 35], 从 而 发 挥 保 护 神 经 细 胞 的 作 用 此 外, 由 于 三 七 总 皂 苷 的 给 药 明 显 减 少 缺 血 再 灌 注 组 动 物 脑 区 的 Cyt-C caspase-9 和 caspase-3 的 含 量, 但 对 损 伤 引 起 的 caspase-8 表 达 升 高 这 一 现 象 并 无 明 显 作 用, [3, 7, 提 示 我 们 三 七 总 皂 苷 的 抗 凋 亡 作 用 主 要 是 通 过 抑 制 线 粒 体 凋 亡 通 路 来 实 现 的 34, 36 39] 5 三 七 能 够 发 挥 抗 炎 的 作 用 炎 症 反 应 在 缺 血 再 灌 注 后 继 发 的 脑 组 织 损 伤 中 发 挥 了 重 要 的 作 用 越 来 越 多 的 证 据 证 明 炎 症 反 应 参 与 到 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 各 个 阶 段 中 去, 缺 血 一 旦 发 生, ROS 就 可 以 促 发 补 体 血 小 板 和 内 皮 细 胞 的 活 化, 激 活 炎 症 转 录 因 子, 释 放 炎 症 信 号, 生 成 包 括 白 介 素 (interleukin, IL)-6 IL-1β 和 肿 瘤 坏 死 因 子 (tumor necrosis factor, TNF)-α 在 内 的 炎 症 因 子 ; 同 时, 由 于 ROS 会 导 致 神 经 细 胞 死 亡, 释 放 的 核 苷 可 以 激 活 小 胶 质 细 胞 和 巨 噬 细 胞 上 的 嘌 呤 受 体, 从 而 引 起 炎 症 细 胞 的 聚 集 和 浸 润, 两 方 面 同 时 作 用 导 致 炎 症 的 发 生, 诱 发 血 脑 屏 障 的 破 坏 和 脑 水 肿 等 6

7 一 系 列 继 发 性 组 织 损 伤 [40, 41] 在 此 过 程 中, 核 转 录 因 子 -кb (nuclear factor-кb, NF-кB) 发 挥 了 重 要 的 作 用 [42] NF-кB 与 核 内 靶 部 位 结 合 后 可 以 启 动 转 录, 调 节 细 胞 因 子 的 表 达 和 炎 症 反 应 的 发 生, 同 时 炎 症 因 子 及 黏 附 分 子 又 可 以 诱 导 NF-кB 进 一 步 活 化, 加 重 炎 症 反 应 进 程 研 究 显 示, 三 七 总 皂 苷 可 以 显 著 降 低 缺 血 再 灌 注 动 物 脑 组 织 中 TNF-α IL-1β 和 IL-6 的 表 达, 也 可 降 低 IL-1β 阳 性 细 胞 的 数 量 这 可 能 是 由 于 三 七 皂 苷 R1 减 少 了 кb 抑 制 分 子 (Inhibitor-кB, I-кB) 的 磷 酸 化 与 降 解, 阻 碍 了 NF-кB 向 核 内 转 录 所 致 [36, 43 45] 三 七 总 皂 苷 不 仅 减 少 IL-1β 的 生 成, 还 可 以 通 过 减 少 IL-1β 的 功 能 性 受 体 IL-1RI 的 表 达 来 进 一 步 发 挥 其 阻 断 IL-1β 生 理 活 性 的 作 用 此 外, 三 七 总 皂 苷 还 可 以 通 过 减 少 细 胞 间 黏 附 分 子 (intercellular cell adhesion molecule, ICAM)-1 mrna 表 达, 抑 制 免 疫 球 蛋 白 超 家 族 黏 附 分 子 ICAM-1 发 挥 其 促 进 白 细 胞 黏 附 和 浸 润 的 作 用 [36] 三 七 总 皂 苷 也 可 通 过 减 少 环 氧 合 酶 (cyclooxygenase, COX)-2 的 含 量 来 抑 制 前 列 腺 素 (prostaglandin, [4] PG) E2 的 合 成, 最 终 发 挥 抑 制 小 胶 质 细 胞 活 化 和 抗 炎 的 作 用 6 三 七 发 挥 血 脑 屏 障 保 护 作 用 血 脑 屏 障 的 破 坏 在 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 中 起 了 关 键 性 作 用 微 血 管 是 血 脑 屏 障 的 重 要 构 成 部 分, 在 缺 血 再 灌 注 的 情 况 下, 由 于 炎 症 的 发 生, 血 管 内 皮 细 胞 损 伤 或 血 管 内 皮 细 胞 之 间 紧 密 连 接 的 完 整 性 受 到 损 害, 都 会 增 加 血 脑 屏 障 的 通 透 性, 从 而 导 致 脑 水 肿 和 出 血 [46] 基 质 金 属 蛋 白 酶 (matrix metalloproteinases, MMPs) 是 一 组 含 Zn 2+ 的 蛋 白 酶, 在 被 分 泌 至 细 胞 外 间 隙 后, 在 中 性 条 件 下 发 挥 生 物 活 性, 尤 其 是 在 有 Ca 2+ 参 与 时 活 性 最 大 在 脑 缺 血 发 生 时,MMPs 可 以 降 解 细 胞 外 基 质 基 底 膜 蛋 白 并 破 坏 血 脑 屏 障 周 围 的 紧 密 连 接, 而 其 中 的 MMP-9 和 MMP-2 高 表 达 于 发 生 炎 症 的 脑 区, 与 脑 缺 血 再 灌 注 中 血 脑 屏 障 的 损 伤 有 密 切 的 关 系 [47] 研 究 显 示 三 七 皂 苷 可 以 显 著 下 调 缺 血 再 灌 注 动 物 MMP-9 mrna 及 蛋 白 的 表 达 [48], 也 可 增 加 组 织 基 质 金 属 蛋 白 酶 抑 制 物 (tissue inhibitor of metalloproteinase, TIMP)-1 表 达 [49], 发 挥 减 轻 脑 缺 血 区 血 脑 屏 障 破 坏 程 度 的 作 用, 从 而 显 著 减 轻 局 部 缺 血 动 物 脑 水 肿 的 症 状 [50, 51] 虽 然 在 心 肌 梗 死 大 鼠 模 型 中 发 现 三 七 总 皂 苷 可 以 减 少 MMP-2 的 含 量 表 达 [52], 但 尚 无 在 脑 缺 血 再 灌 注 动 物 模 型 中 观 察 到 类 似 结 果 的 报 道 7 三 七 具 有 改 善 脑 组 织 血 流 供 应 的 作 用 7

8 在 缺 血 再 灌 注 时 提 高 局 部 脑 血 流 量 有 助 于 脑 区 功 能 的 恢 复 在 动 物 实 验 中, 通 过 对 脑 膜 血 管 的 活 体 观 察, 发 现 三 七 总 皂 苷 可 以 通 过 扩 张 微 血 管 口 径 加 快 流 速 增 加 局 部 血 流 量 和 改 变 血 液 流 态 等 作 用 增 加 组 织 灌 流 [53] 同 时 三 七 总 皂 苷 也 可 通 过 促 进 血 管 内 皮 细 胞 增 殖 及 体 内 新 生 血 管 生 成 [38, 54], 改 善 组 织 器 官 的 血 氧 供 应 在 对 高 黏 血 症 患 者 进 行 的 研 究 中, 发 现 三 七 总 皂 苷 能 抑 制 血 小 板 聚 集, 降 低 血 液 粘 稠 度, 改 善 血 液 的 高 凝 状 态, 增 加 梗 死 区 的 血 液 供 应 [55] 8 三 七 的 其 它 脑 保 护 作 用 有 研 究 发 现 三 七 总 皂 苷 中 的 Rb1 可 上 调 谷 氨 酸 转 运 体 (glutamate transporter, GLT)-1 来 减 少 兴 奋 性 氨 基 酸 造 成 的 脑 组 织 损 伤 [56], 也 可 通 过 上 调 血 管 内 皮 细 胞 生 长 因 子 (vascular endothelial growth factor, VEGF) 和 神 经 生 长 因 子 (nerve [57] growth factor, NGF) 的 表 达 来 达 到 保 护 神 经 细 胞 和 恢 复 脑 功 能 的 作 用 有 研 究 证 实, 三 七 皂 苷 可 以 作 为 植 物 雌 激 素, 通 过 雌 激 素 受 体 依 赖 的 活 化 Akt/Nrf2 途 径 来 保 护 神 经 细 胞 [3] 此 外, 三 七 总 皂 苷 可 以 促 进 海 马 神 经 元 干 细 胞 在 缺 糖 缺 氧 状 态 下 的 增 殖 和 分 化, 这 也 对 脑 缺 血 损 伤 后 的 神 经 再 生 大 有 裨 益 [58] 以 上 研 究 结 果 均 为 三 七 总 皂 苷 在 脑 缺 血 再 灌 注 中 的 应 用 提 供 了 理 论 依 据 目 前, 对 缺 血 性 脑 卒 中 的 临 床 治 疗 以 溶 栓 为 主, 重 组 组 织 性 纤 溶 酶 原 激 活 物 (recombinant tissue plasminogen activator, rtpa) 仍 是 美 国 心 脏 协 会 / 美 国 卒 中 协 会 唯 一 推 荐 的 具 有 确 切 疗 效 的 临 床 治 疗 药 物 [59], 但 rtpa 对 病 人 的 入 选 要 求 高 治 疗 窗 窄 不 良 反 应 多, 且 具 有 严 重 的 脑 出 血 并 发 症 [60] 因 此, 急 需 寻 找 不 良 反 应 小 治 疗 窗 宽 的 药 物 随 着 我 国 科 学 家 屠 呦 呦 通 过 在 传 统 中 草 药 中 提 取 开 发 抗 疟 药 青 蒿 素 而 喜 获 诺 贝 尔 奖, 中 草 药 成 为 人 们 研 发 新 药 的 焦 点 本 课 题 组 长 期 致 力 于 从 传 统 中 药 中 提 取 有 效 成 分 来 开 发 治 疗 脑 缺 血 再 灌 注 损 伤 的 新 药, 研 究 发 现, 传 统 补 益 类 中 草 药 三 七 不 良 反 应 小, 其 主 要 活 性 成 分 三 七 总 皂 苷 对 脑 缺 血 再 灌 注 的 治 疗 效 果 来 自 于 多 环 节 或 多 靶 点 ( 图 1), 尤 其 在 清 除 自 由 基 和 缓 解 炎 症 发 生 上 具 有 良 好 效 果, 展 现 出 了 一 定 的 脑 缺 血 再 灌 注 疾 病 治 疗 作 用, 具 有 良 好 的 应 用 前 景 和 价 值, 但 其 确 切 的 临 床 适 用 范 围 和 剂 量 疗 程 标 准 尚 不 明 确, 从 而 限 制 了 该 类 药 物 在 脑 缺 血 再 灌 注 疾 病 中 的 应 用, 这 提 示 我 们, 需 要 根 据 其 药 理 作 用 特 点 来 进 行 更 深 入 的 临 床 药 理 学 研 究, 为 科 学 地 利 用 三 七 皂 苷 类 药 物 治 疗 脑 缺 血 再 灌 8

9 注 疾 病 提 供 更 为 扎 实 的 理 论 基 础 Figure 1 Pharmacological mechanisms of Panax Notoginseng Saponins on brain ischemia-reperfusion injury. Δψm: mitochondrial membrane potential; NF-кB: nuclear factor-кb; IL-1β: interleukin-1β; IL-6: interleukin-6; TNF-α: tumor necrosis factor-α; PGE2: prostaglandin E2 References [1] Li BQ, Chen J, Wu TX, et al. Fast determination of four active compounds in Sanqi Panax Notoginseng injection samples by high-performance liquid chromatography with a chemometric method [J]. J Sep Sci, 2015, 38: [2] Zeng XS, Zhou XS, Luo FC, et al. Comparative analysis of the neuroprotective effects of ginsenosides Rg1 and Rb1 extracted from Panax notoginseng against cerebral ischemia [J]. Can J Physiol Pharmacol, 2014, 92: [3] Meng X, Wang M, Wang X, et al. Suppression of NADPH oxidase- and mitochondrion-derived superoxide by notoginsenoside R1 protects against cerebral ischemia-reperfusion injury through estrogen receptor-dependent activation of 9

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