基于小胶质细胞探讨中药有效成分改善缺血性脑卒中神经炎症机制

Exploring the mechanisms of effective components of Chinese herbal medicines to improve neuroinflammation in ischemic stroke based on microglia

摘要

缺血性卒中是一种影响中枢神经系统的常见临床疾病，其高致死率和致残率对人类健康构成重大威胁。小胶质细胞的激活和极化被广泛认为是脑缺血再灌注损伤发病机制中的关键因素。中药的有效成分及其作用机制受到脑卒中药物开发领域的广泛关注，研究发现中药可以通过调节小胶质细胞及相关通路，进而介导调节小胶质细胞活化和极化、抑制氧化应激反应、减轻神经损伤等发挥神经保护作用，从而降低缺血性脑卒中神经炎症反应以达到治疗目的。因此，基于小胶质细胞作为治疗靶点，总结了中药有效成分减轻神经炎症缓解缺血性脑卒中损伤的相关机制，为应用中药进行缺血性脑卒中治疗提供理论参考。

Abstract

Ischemic stroke is a common clinical disease that affects the central nervous system, with its high mortality and disability rates posing a significant threat to human health. The activation and polarization of microglia are widely recognized as key factors in the pathogenesis of cerebral ischemia-reperfusion injury. The active components of Chinese medicines and their mechanisms of action have received extensive attention in the field of stroke drug development. Studies have found that Chinese herbal medicines can exert neuroprotective effects by regulating microglial activation and polarization, inhibiting oxidative stress responses, and reducing neural damage through the modulation of microglia and related pathways, thereby reducing the neuroinflammatory responses in ischemic stroke and achieving therapeutic goals. Therefore, based on microglia as a therapeutic target, this article summarizes the mechanisms of active components of Chinese medicines in alleviating neuroinflammation and reducing ischemic stroke damage, providing a theoretical basis for the application of Chinese herbal medicines in the treatment of ischemic stroke.

关键词

缺血性脑卒中 / 小胶质细胞 / 中药有效成分 / 通路机制

Key words

ischemic stroke / microglia / active ingredients of Chinese herbal medicines / pathway mechanism

缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）是一种常见的中枢神经系统疾病，其病死率和致残率均较高，对人类健康构成重大威胁。缺血性脑卒中是由特定脑区域的血凝块中断血液供应引起的。由于血液供应受损会剥夺脑细胞的氧气、葡萄糖和能量，因此会立即发生原发性脑损伤。受这种初始损伤影响的细胞触发多种病理生理过程，如兴奋毒性、氧化和硝化应激、神经炎症和各种类型的程序性细胞死亡^[1]。通过溶栓和/或取栓进行再灌注治疗是目前公认的治疗缺血性卒中最有效的方法^[2]。然而，再灌注治疗的治疗时间窗较短，且可导致缺血/再灌注损伤，因此必须同时使用神经保护和神经修复药物^[3]。中药及其有效成分具有多成分、多靶点和多途径配方和治疗原理，治疗效果已被许多临床应用所证明^[4]，是开发缺血性卒中有效药物的潜在来源。同时近期许多研究表明，中草药的神经保护作用多与缺血性卒中后小胶质细胞反应的调节有关^[5]。因此本文就中药天然化合物对缺血性脑卒中小胶质细胞反应的调控机制进行综述。

1 缺血性脑卒中的神经炎性反应

缺血性脑卒中是由脑组织供血不足导致缺氧和能量供应短缺，从而引发的急性脑损伤。急性脑缺血后会迅速引发一系列缺血级联反应，导致神经元、神经胶质细胞、内皮细胞和其他血管细胞受伤和/或死亡^[6]。随着大脑缺血能量储存下降，引发离子失衡和兴奋性神经递质（如谷氨酸）的释放。谷氨酸释放的增加和对其再摄取的抑制导致离子型N-甲基-d-天冬氨酸（NMDA）和α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸（AMPA）受体的过度激活，使过量的钙进入细胞，进而激活蛋白酶、磷脂酶和核酸酶，破坏细胞功能所必需的膜和蛋白质，并产生对神经元有害的自由基。缺血性脑卒中发作后，无法获得足够的能量来支持基本细胞代谢，会发生细胞死亡，进而将其内容物释放到细胞外环境中，产生强烈的炎症反应，免疫细胞检测到这些危险信号可激活触发免疫反应所必需的细胞内信号通路。在缺血性脑卒中的早期阶段大脑的常驻炎症细胞会产生促炎细胞因子，如IL-1β、肿瘤坏死因子（TNF）-α和IL-6等，这些细胞因子会引起内皮损伤，导致血脑屏障通透性增加来加剧缺血区域的炎症；同时免疫细胞通过释放更多的细胞因子、活性氧（ROS）和趋化因子基质金属蛋白酶（MMP）-9等进一步引发血脑屏障功能障碍，从而产生脑水肿并扩大梗死区域，导致脑损伤的进展。

2 小胶质细胞在缺血性脑卒中的抗炎作用

小胶质细胞是中枢神经系统中常驻的免疫细胞，是最早对大脑损伤做出反应的细胞之一。在大脑发育过程中，小胶质细胞通过参与神经发生、程序性细胞死亡和突触消除来促进神经元结构的建立^[7]。在成人正常大脑中，小胶质细胞保持静息状态并表现出分支形态，细胞通过摆动其表面的细长突起在脑实质中不断发挥测量微环境^[8]、突触重塑和吞噬细胞作用，以维持大脑稳态。卒中发生后，小胶质细胞迅速识别并对缺血刺激和神经损伤作出反应，同时发生形态和功能变化。发病早期，M2小胶质细胞通过分泌抗炎物质和神经营养因子，如神经生长因子、脑源性神经营养因子、胶质细胞系源性神经营养因子等，迅速浸润到缺血核心，缓解神经炎症，减轻神经元凋亡。在接下来的3天内，M2小胶质细胞逐渐向M1型极化，向缺血半暗区迁移，第7天M1小胶质细胞数量占主导地位。缺血14 d后，M1小胶质细胞保持高水平，而M2小胶质细胞恢复到损伤前水平^[9]。具体来说M1小胶质细胞过度活化诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和CD16/32的表达^[10]，从而激活关键转录因子核因子κb（NF-κB）、转录信号转导和激活因子STAT1、STAT3、干扰素调节因子3上调M1样基因的表达，使细胞分泌促炎因子（肿瘤坏死因子TNF-α、白细胞介素IL-12、IL-1β）增加，加重炎症损伤程度^[11]。而M2型小胶质细胞活化促进其主要表面标记物精氨酸酶（Arg）-1和CD206的表达^[12]，激活STAT6和过氧化物酶体增殖物激活受体γ等转录因子，释放转化生长因子-β、IL-4、IL-10等抗炎细胞因子保护神经减轻损伤，同时M2小胶质细胞具有更强的对死亡细胞的吞噬能力，可以限制随后的炎症反应，促进组织再生。这种影响可持续到慢性期。因此，在缺血性脑卒中和其他神经炎症相关疾病的进展过程中减少小胶质细胞向M1型极化可以有效改善脑缺血损伤帮助组织修复和重塑。

3 中药有效成分在缺血性脑卒中调节小胶质细胞抗炎机制

3.1 黄酮类化合物

羟基红花黄色素A（hydroxysafflor yellow A，HSYA）具有改善微循环、抑制炎症因子和神经细胞凋亡等多种药理学功效。红花黄色素能抑制促炎小胶质细胞的产生，可通过调控PI3K/AKT信号通路，减少神经元的变性与凋亡，从而改善大鼠在脑缺血再灌注后的神经功能缺损评分^[13]。同时胡姗姗等^[14]实验也表明红花黄色素对缺血性脑卒中大鼠认知功能产生影响，并且可能会对PI3K/AKT/mTOR信号通路形成抑制作用。综上HSYA可通过抑制PI3K信号激活，使AKT的募集降低，调控mTOR减少促炎小胶质细胞活化和细胞因子产生，从而影响脑缺血损伤的发展进程。因此，调控该通路可有效地增强对脑缺血损伤时炎症介质释放的抑制作用。

同时贾秋叶等^[15]研究发现，灯盏乙素（Scu）对LPS激活的BV2小胶质细胞中STAT3的激活具有抑制作用。同时还观察到灯盏乙素增强IL-10的表达，下调p-STAT3，促进M2型小胶质细胞极化，最终缓解与脑缺血相关的神经炎症反应。此外，黄芩苷对STAT1有抑制作用^[16]。动物实验中，Scu能够显著改善大鼠的神经功能缺损和运动协调能力。Scu能够显著抑制JAK2/STAT3信号通路相关蛋白的磷酸化水平，促进抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，并抑制促凋亡蛋白C-caspase-3和Bax的表达，从而发挥神经保护作用^[17]。这表明中药黄酮类化合物在脑缺血再灌注后可降低缺血组织中释放的各种细胞因子，降低对JAK的激活，从而抑制STAT转录因子如STAT1和STAT3的磷酸化激活和核易位。进而诱导减少了M1极化，刺激促进了M2极化减轻脑组织损伤。

3.2 萜类化合物

杜仲苷是从中药杜仲中分离获得的萜类成分，研究证实其预处理可有效保护脑缺血再灌注损伤后大鼠海马CA1区神经元^[18]，下调大鼠海马CA1区TLR4蛋白表达水平，进而上调IκBα蛋白表达，从而抑制NF-κB p65亚基的核转位。新隐丹参酮已被发现具有调控NF-κB通路的能力^[19]，可通过增加M2小胶质细胞标志物（CD14、CD206、YM1/2、Arg1）的表达同时降低小胶质细胞M1型标志物（CD16、CD32、CD40、CD68、CD86、iNOS）的表达来逆转小胶质细胞极化诱导的炎症反应，使促炎因子如TNF-α、IL-1β和IL-6表达减少，而抗炎因子如TGF-β、IL-4、IL-10表达增加，调节细胞因子表达最终达到改善脑组织损伤的目的。银杏内酯是一种具有抗炎、抗氧化等药理作用的小分子活性单体化合物。实验表明经银杏内酯治疗后SOD、GSH-Px活性增高，IL-1β、MMP-9、TNF-α、MDA水平降低，说明银杏内酯对脑卒中炎症及氧化应激反应具有明显抑制作用，同时治疗组PI3K及AKT蛋白表达较低，说明银杏内酯可有效调控脑卒中后患者PI3K/AKT信号通路，进而改善脑组织缺氧环境^[20]。上述结果表明中药萜类化合物可以抑制NF-κB信号通路以及PI3K/AKT信号通路，降低NADPH氧化酶活性，减少小胶质细胞内ROS的产生，同时下调促炎介质的产生来缓解脑缺血损伤。

3.3 生物碱类

青藤碱（sinomenine，SINO）是从青风藤的根茎中提纯的生物活性碱，具有免疫抑制、减少细胞死亡和氧化应激等作用。在MCAO小鼠模型和OGD混合胶质细胞模型中通过调节AMPK信号通路抑制炎症体NLRP3，下调IL-1B，IL-6，IL-18和TNF-α的表达，减轻脑缺血损伤后小胶质细胞的过度激活，从而在缺血性卒中发挥神经保护作用^[21]。小檗碱（berberine，BBR）是一种天然的生物碱，存在于毛茛科黄连、小檗科三颗针、芸香科黄柏等中药。小檗碱在体内和体外以AMPK依赖的方式促进小胶质细胞M2极化，促进血管生成，并改善缺血性卒中后的功能恢复，发挥其神经保护作用^[22]。中药生物碱类有效成分可降低缺血性卒中引起的能量剥夺，通过增加AMP/ATP或ADP/ATP比值激活AMPK。同时可调节下游通路如NLRP3炎性体和PPARγ共激活因子。AMPK信号通路的激活可有效调节小胶质细胞极化，炎症反应和自噬过程，减轻脑组织损伤，从而发挥神经保护作用。

4 小结

小胶质细胞对脑缺血再灌注损伤的动态反应经历了从最初的促炎M1表型到随后的抗炎M2表型的转变。而在缺血性脑卒中后不同时间点，TCHMs对M1和M2表型改变的影响具有显著的价值和可行性。大量实验结果表明TCHMs可通过调节小胶质细胞减轻神经炎症的能力。TCHMs通过调节NF-κB通路的功能，降低小胶质细胞M1型标志物的表达，调节小胶质细胞由M1向M2极化；通过抑制PI3K/AKT信号通路，降低NF-κB的磷酸化，减少促炎因子水平提高抗炎因子表达来改善神经功能损伤。TCHMs也可有效抑制脑缺血后STAT3通路降低动力蛋白磷酸化来抑制线粒体裂变，从而减轻小胶质细胞的炎症反应；通过激活AMPK通路及其上游靶点，从而抑制小胶质细胞的过度激活和神经毒性因子的产生，同时促进M2表型极化减轻神经细胞损伤。结合不同TCHMs的特点，可以通过多种形式的交互作用和相互影响，有效对抗脑缺血损伤后小胶质细胞触发的神经炎症反应，这一发现可能作为指导临床治疗缺血性脑卒中的新的参考。

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基金资助

2022年河南省中医药科学研究专项项目(2022ZY1065)

2021年度河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目(212102311139)

河南省高等学校重点科研项目(19A360028)