中药治疗脊髓损伤机制的研究进展

中药治疗脊髓损伤机制的研究进展

脊柱损伤（西医）是中枢神经系统的严重损伤。20世纪著名的神经解析家ramnoycalen说，由于中枢神经系统损伤后无法再生的观点一直被许多人接受。近年来,随着分子生物学水平的不断发展,人们对脊髓损伤的机制、病理生理以及脊髓损伤后局部微环境变化研究的深入,神经干细胞(neuralstemcells,NSCs)的成功分离培养及其自我更新能力和多元分化潜能的特性,为脊髓损伤修复带来了新的希望。携带有外源基因的神经干细胞转基因治疗,其具有部分调控损伤部位微环境的神经因子,提高了神经干细胞向神经元和少突胶质细胞分化的能力。本文总结近些年来临床上针对脊髓损伤有确切疗效的药物,有望通过药物在宏观或微观水平上的干预,达到治疗的目的。1治疗特殊部位监察法中药治疗脊髓损伤的机制可以概括为:(1)减轻脊髓出血水肿坏死、促进神经纤维修复;(2)改善脊髓微循环、增加血流量;(3)维持受伤段脊髓水电解质含量平衡;(4)保护线粒体结构和功能;(5)清除氧自由基、抑制脂质过氧化;(6)抑制NOS表达、减轻NO毒性;(7)抑制凋亡基因表达、减少细胞凋亡;(8)促进髓磷脂碱性蛋白表达、加快髓鞘修复。1.1单味药及其提取物1.1.1对神经生长因子的作用黄芪的主要成分是黄芪异黄酮、皂甙、黄芪多糖及微量元素硒等。黄芪对自然衰老大鼠大脑皮质、海马、纹状体这3个重要脑区降低的M胆碱受体和M1亚型受体密度有显著的上调作用,神经生长因子通过激活受体发挥神经元的营养及促生长作用,可有效地防止动物基底前脑损伤所致的胆碱能神经元变性、死亡,并能改善老年动物认知功能障碍,而且黄芪对神经生长因子受体有明显的激活作用。黄芪能抑制SCI后的脂质过氧化损伤,减轻脊髓继发性损害,促进神经功能恢复。1.1.2促进神经再生当归可促进有髓纤维髓鞘再生,是通过促进Bc1-2的表达而对细胞凋亡产生抑制作用。当归可促进蛋白质、DNA、RNA的合成,因而促进神经再生的作用可能与其改善神经代谢有关,尤其在神经损伤后神经再生的早期,改善再生神经的微循环,增加局部的血流量,可为再生神经纤维供应更多血源性的营养物质,营养神经的因子和氧分,提高神经纤维的再生率和成熟度,促进周围神经的再生。1.1.3银杏叶的保护作用银杏叶提取物(extractofleaveGinkgobiloba,EGb)含有黄酮甙类、银杏内酯、白果内酯等成分,其中黄酮甙类具有清除自由基和抗脂质过氧化作用。银杏叶对抗自由基和抗脂质过氧化作用主要由于中心吡喃环的C22C3双键和β环邻位羟基的存在;EGb中有效成分银杏内酯B,对神经元和雪旺细胞有营养和保护作用,其可以降低Ca2+水平,对抗谷氨酸神经毒性,从而保护神经元。Egb通过改善微循环、抗自由基和抗脂质过氧化、对神经元有营养和保护作用等机制,减轻脊髓继发性损害。1.1.4对神经组织水肿的作用大黄中的有效成分大黄素(emodin)可明显抑制角叉菜胶所引起的大鼠足底急性水肿,提示它在非神经组织中具有抗水肿作用,同样也具有对抗神经组织水肿的作用。大黄酸和大黄素可以抑制兴奋性突触后电位的传导,具有阻断兴奋性氨基酸释放功能,并有效地抑制中枢及脊髓的过度兴奋性缺氧。有人应用中药大黄早期改善脊髓继发性缺血状态,获得了良好的预后效果。1.1.5神经系统的改变现代药理学研究认为马钱子所含的士的宁对整个中枢神经系统都有兴奋作用,首先兴奋脊髓的反射机能,其次兴奋延髓呼吸中枢和血管运动中枢,并提高大脑皮层感觉中枢的机能,特别对脊髓有高度的选择性。1.1.6抑制caspase23表达PNS是从中药三七中提取的有效成分,其发挥作用的机制目前认为是抑制脊髓损伤后iNOS表达,避免了SCI后NO过量产生引起的细胞损伤;还通过抑制促凋亡基因Caspase23表达而减轻脊髓细胞的凋亡。PNS除能明显改善损伤脊髓的微循环,增加脊髓血流量,阻断钙离子内流,抑制血小板聚集及抗脂质过氧化,清除自由基,还具有保护神经元的继发性损伤以及神经元的传导功能。鞘内注射PNS能减轻SCI大鼠损伤局部组织的坏死,光镜下能明显减少灰质区的空洞和白质区的空囊变,电镜下损伤部位可见神经元核周体和神经纤维修复再生。1.1.7增强光催化作用人参为五加科植物人参的根,味甘、微苦,入脾、肺经,补气生血,复脉固脱,生津安神。人参皂甙是主要活性成分,其对神经系统具有以下几个方面的作用:(1)人参皂甙Rg1对脑血管缺血性损伤有保护作用;(2)人参皂甙Rg1能扩张脑血管;(3)促进血旺细胞增殖;(4)促进神经轴突生长。人参提取物小剂量兴奋动物的中枢神经系统,大剂量则抑制中枢神经系统。人参干侵膏小剂量(50mg/kg)静脉滴注,连续5天,能使脑干的多巴胺、去甲肾上腺素增加,5-羟色胺减少,剂量再降至30mg/kg,连续3天给药,可增高大脑酰苷环化酶活性。剂量加大至200mg/kg反而使大脑与脑干中腺苷环化酶含量、活性降低。人参皂甙能修饰或改变脑细胞膜的结构,从而改变细胞的特性或加强细胞的功能。皮质醇结合脑细胞,可改善机体的选择能力或辨别能力,而脑细胞结合ACTH则能增进运动、提高功能和觉醒反应,二者都能使机体产生暂时的活力和舒服感,因而具有抗疲劳功效。人参皂苷能使脑内生物胺的前体苯丙氨酸容易进入脑内并增加脑内无机磷,改变了生物胺的含量。人参粗皂甙使神经元的神经节苷脂含量增加从而促进轴突生长。潘树义等的实验研究表明,周围神经损伤后释放一氧化氮增加,人参皂甙通过抑制一氧化氮释放,可能是其保护周围神经的途径之一。人参皂甙Rg1增加Bcl-2和Bcl-xl表达,减少Bax表达的作用与其降低TUNEL阳性率的作用呈明显正相关,认为Rg1可通过增加Bcl-2和Bcl-xl表达和减少Bax表达来发挥其抗细胞凋亡的作用。人参皂甙Rg1可减少缺氧培养诱导的胚鼠脑神经元DNA断裂等引起的神经细胞凋亡。1.1.8抗氧化作用机制Ates等在同样Allen法大鼠模型中观察,白藜芦醇能显著降低丙二醛、一氧化氮、黄嘌呤氧化酶(xanthineoxidase)的含量,增加谷胱苷肽的水平,且能促进神经功能的恢复,与MP治疗组比较均有显著性差别,说明白藜芦醇作用机制与抗氧化有关。1.1.9不同模型活性神经元自由基因子检测灵芝孢子(ganodermaspore)是灵芝的生殖细胞,具有灵芝的全部遗传活性物质。马钦桃等采用虹膜剪横断脊髓半侧制备的SCI模型,发现灵芝孢子组大鼠受损伤,背核NOS阳性神经元数目减少,背核存活神经元数目增多,受损伤的红核神经元密度也明显增大;且高剂量组比低剂量组更显著,说明灵芝孢子可以促进受损伤的背核及红核神经元存活,还可通过抑制背核神经元NOS表达,减少NO生成,减轻NO对神经元的毒性作用来促进背核神经元存活及其轴突再生。也有人认为,灵芝孢子可提高大鼠脊髓半横断后受损伤的脊髓背核线粒体细胞色素氧化酶活性。1.2tetss4和5-选择性硅质元素类汉防己甲素(tetrandrineTet,又称粉防己碱)是从中药防己中提取的有效成分。目前已明确证实它具有保护实验性脊髓损伤的作用,其机制为:(1)Tet是一种天然的非选择性钙通道阻滞剂,又是钙调节蛋白的拮抗剂,可通过阻滞Ca2+大量内流入轴索,减轻Ca2+的局部积聚,起到保护脊髓和轴索的作用。(2)Tet还能通过多种途径抑制自由基的生成,并能增加SOD含量,加强对自由基的清除能力,明显减少伤区脊髓组织中MDA含量和损伤神经元细胞中NMDA(N2甲基-D2天门冬氨酸)含量,抑制NOS(一氧化氮合酶),从而稳定生物膜性结构,阻断脊髓组织继发性损伤的链式反应。1.2.1髓的致病性损伤川芎嗪(TMP)抑制细胞凋亡,能抑制c-fos、bax、caspase-3基因蛋白的表达,而这些基因在SCI后大量表达,参与脊髓的继发性损伤;川芎嗪保护线粒体,能够提高线粒体对自由基的清除能力,降低脂质过氧化反应,防止Ca2+-Mg2+-ATP酶活性降低,从而减轻氧自由基介导的线粒体膜结构与功能的损害,维护了线粒体结构与功能的完整,在亚细胞水平上抑制神经元的凋亡,保护损伤的脊髓;川芎嗪维持受伤脊髓段电解质、水含量的变化,能阻滞钙内流,调节细胞内钙浓度,阻止钙超载所引发的病理生理损害和减轻SCI后的水肿。1.3药物的整体修复由于脊髓继发性损伤引起的微环境变化不是单一因子作用,而是多因子、多因素联合作用的生物共济环。任何侧重于某一方面的药物都无法在整体上解决脊髓损伤后的修复。在中药复方中,每味中药效果往往是多面的,例如汉防己甲素。从这个意义上讲,组合有效的中药复方在治疗神经再生时,可能会提供更多、比例更合理、更有利于神经生长的环境,且毒副作用少,价格更经济,更能为患者所接受,也符合中医药治病的整体特点。1.3.1降低周围神经损伤后ngf蛋白表达丹参是一种具有广泛生物活性的中药,丹参能强有力地使纤维蛋白质原裂解为FDP,减少纤溶酶原激活物的抑制物,加强纤溶,从而起到抗血栓作用。丹参还可提高红细胞的变形能力,降低血液黏稠度,增加脊髓损伤区血流量,改善脊髓微循环。复方丹参注射液主要由丹参酮、隐丹参酮等脂溶性成分和丹酚酸B、丹参素、原儿茶醛等水溶性成分组成。丹参酮IIA-磺酸钠能清除氧自由基,丹酚酸A可改善脑缺血再灌注,使脑组织内脂质过氧化反应和氢氧自由基的生成明显减少,对周围神经损伤后NGF蛋白的表达有明显促进作用。刘曾旭等发现,经复方丹参注射后,大鼠脊髓前角内iNOS活性及阳性细胞数目增加,但脊髓后角内的iNOS阳性细胞几乎消失,据此认为,前角内iNOS活性升高而催化产生大量的NO能扩张血管、阻抗血小板聚集,有利于改善缺血脊髓组织的血液供应,从而促进后肢运动功能的改善;而后角内NO合成减少,则可以减少NO介导的兴奋性毒性,这样有助于后肢感觉功能的恢复。王磊等用RT-PCR法检测认为,复方丹参能有效促进SCI大鼠髓鞘重要构成成分髓磷脂碱性蛋白(MBP)基因在分子和蛋白水平上的表达,从而促进髓鞘的修复。1.3.2补阳助源养血药及骨髓间质干细胞补阳还五汤为清代名医王清任所创,始载于《医林改错》,具有补气活血、通经活络作用。蔡雪彦等采用补阳还五汤灌胃治疗脊髓损伤模型的大鼠,4周后发现损伤脊髓白质水肿消退显著,空泡变性减少、变小,前角运动神经元数量明显增多,胞体较饱满,胶质细胞有所增加。现代药理研究表明,补阳还五汤具有以下作用:(1)扩张脑血管,增加脑的血流量,改善脑的血液循环;(2)改善损伤局部微循环;(3)抑制血小板聚集,改善血液流变性,降低血液黏滞性;(4)溶解血栓和预防血栓再发生,降低血脂;(5)对抗和改善脑缺氧。张国福等静脉注射移植的骨髓间质干细胞(messenchymalstemcells,MSCs)能够迁移到脊髓损伤组织,并促进神经功能的恢复,补阳还五汤能促进移植的MSCs迁移,同时有利于脊髓功能的恢复。张继平等采用实时逆转录聚合酶链反应(RT2PCR)方法,观察了补阳还五汤治疗大鼠SCI后,脊髓组织内血小板活化因子受体(PAF2R)mRNA表达水平的变化,表明补阳还五汤对损伤脊髓的保护作用可能与其能减少血小板活化因子受体(PAF-R)数目,抑制血小板活化因子受体(PAF-R)活性,从而阻断血小板活化因子(PAF)发挥损伤效应有关。彭祖年等采用改良Avlen′s脊髓打击法制备大鼠急性脊髓损伤模型后,应用补阳还五汤进行干预治疗,能有效改善急性脊髓损伤后大鼠神经功能状况。1.3.3泻泻脾阴方之生理作用现代中医理论认为,对脊髓损伤的中药治疗,活血化瘀和益气增加活血是基础,补肾填精是关键。肾主骨生精髓,精髓伤则肾伤,精血互生,且肾所生精髓需靠后天之本、气血化生之源的脾胃源源不断地充盈。滋补脾阴方(人参、丹参、山药、白芍、扁豆、茯神等)具有脑神经元保护作用,其机制在于增强脑细胞线粒体膜抗氧化能力,调节磷脂代谢障碍和膜修饰能力,改善其能量代谢障碍,延缓脑内兴奋性氨基酸受体和氨基酸能神经元的丧失以及抑制反应性胶质化等作用。王鸿飞等的实验研究结果表明滋补脾阴方通过提高兔损伤脊髓细胞线粒体三磷酸腺苷(ATP)酶活性,增强其抗氧化能力以及降低脂质过氧化物含量等机制,减轻脊髓继发性损害。1.3.4防己黄芪汤的抗氧化作用防己黄芪汤中汉防己含有汉防己甲素(Tet),是一种较强的钙通道阻滞剂,具有改善微循环、稳定生物膜等广泛的药理作用;三七(含三七总皂苷)及丹参能降低组织中Ca2+含量。实验证明,防己黄芪汤具有显著的抗炎、镇痛、利尿、抗凝血、增强机体免疫功能等作用。方中黄芪、白术具利尿作用,可减轻组织水肿。脊髓损伤后破坏了血2脊髓屏障,微循环中血流减慢或停滞,造成损伤区缺血、缺氧。防己黄芪汤中含有明显抗炎作用的超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)样活性物质。黄芪有强心作用,能改善脊髓微循环和淋巴循环;生姜、丹参、三七可促进脊髓血液循环。也有实验证实防己黄芪汤在改善脊髓微环境、保护神经组织免受损害、促进间质细胞生长上发挥其有益作用,抑制胶质细胞的过度增生。2化学药2.1治疗特殊节点性髓伤的mp的治疗皮质类固醇的代表药物为MP,Fehlings等综合分析了NASCIS的研究结果,对MP的治疗指征和用法归纳如下:(1)非穿透性急性脊髓损伤,3小时之内,MP第1小时30mg/kg,随后每小时5.4mg/kg,共治疗23小时。(2)非穿透性急性脊髓损伤超过8小时,禁止使用MP治疗。(3)非穿透性急性脊髓损伤3~8小时,MP第1小时30mg/kg,随后每小时5.4mg/kg,共治疗48小时。(4)穿透性急性脊髓损伤禁用MP治疗。MP的作用机制至今仍未完全了解,但研究表明至少包括以下几个方面:(1)提高神经的兴奋性与传导性,增加运动及感觉恢复。(2)减轻脂质过氧化反应,减少自由基生成。MP能阻断前列腺素F(alpha)等介导的脊髓损伤后脂质过氧化物、氧自由基的形成,减少氧化应激损伤,保护伤髓。(3)减轻局部水肿。(4)抑制Ca2+细胞内蓄积,维持组织血流、氧供,抑制脊髓损伤后神经细胞凋亡。(5)强化脊髓损伤后自身神经保护因子、营养因子,促再生因子如硫磺酸含量上升。(6)对抗继发炎症反应:动物实验证明,MP通过抑制大鼠核因子kB(nuclearfactorkappaB,NFkB)、蛋白激活剂-l(activatorproteinl,AP-l)等主要炎性转录因子活化表达减少其转录炎性产物生成,以及减少TNF-α、IL-lB、IL-a等生成对抗脊髓损伤后炎性反应,保护脊髓组织。2.2gml作用机制全称为单唾液酸四己糖神经节苷脂(monosialotetrahexosylganglioside,GMl)是一种含唾液酸的糖鞘脂,广泛存在于哺乳动物细胞膜上,占细胞膜总脂类的5%~10%,尤以脑脊髓含量丰富,外源性GMl能透过血脑屏障在神经损伤区浓度最高,与神经细胞有高度亲和力,稳定胞膜功能与结构。GMl作用机制可能为:(1)对抗兴奋性氨基酸毒性;(2)减少脂质过氧化反应,减少自由基形成;(3)保护胞膜K+-ATP酶活性,防止离子失衡;(4)防止胞内钙蓄积;(5)防止乳酸性酸中毒;(6)直接嵌入受损神经胞膜中修复胞膜;(7)促进多种神经生长因子作用;(8)调控多种炎性因子及其表达;(9)阻断神经细胞脊髓损伤后凋亡。最新研究证实,神经节苷酯可对大脑缺血损伤后神经细胞凋亡起明显作用,明显减少凋亡发生,促进神经功能恢复。因此神经节苷酯是继MP之后临床上治疗SCI的常规性药物。然而,一项先前的大样本临床病例回顾性研究报道显示,应用神经节苷酯并不能有效地促进脊髓功能恢复,其在人体内的药物还有待于进一步研究。2.3氧化维生素e(1)维生素C:它兼有抗炎及抗氧化作用,其分子量较小能直接进入细胞内,直接或间接清除氧自由基,阻断脂质过氧化反应,还能通过恢复维生素E的活性发挥抗氧化作用。(2)EPC-K1:它是维生素C和维生素E衍生物,全称为2-[3,4二氢2,5,7,8四甲基-2-(4,8,12-三甲基十三烷基)-ZH-l苯并吡喃-6-磷酸酯]钾盐(EPC-Kl),能独立清除水溶性及脂溶性自由基,保护伤髓。(3)褪黑激素(melatonin):是一种非常有效的抗氧化剂,可减少氧自由基生成,抑制脂质过氧化。2.4神经生长因子的生物效应目前神经生长因子的给药方法是:(1)将纯化的神经生长因子直接注入神经细胞。(2)神经生长因子与具有缓释功能的多聚体或微粒结合植入脊髓内,使受损部位在一定时期内具有神经生长因子的生物效应。(3)神经生长因子生成细胞的脊髓内移植。(4)基因治疗,包括体内直接基因治疗与体内间接基因治疗。策略是将神经生长因子转至一定的受体细胞后移植到损伤区,让其在体内表达并发挥生物学效应而刺激轴索再生。2.4.1ntfntf家庭成员神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF):NGF是神经营养因子(neurotrophicfactor,NTF)家庭成员之一,广泛存在于神经系统中,对周围感觉神经和交感神经的发育生长发挥重要作用。NGF与NGFR(神经生长因子受体)结合形成NGF-NGFR,逆行转运至神经细胞内可促进蛋白质合成、能量合成,发挥神经趋化作用。2.4.2碱性纤维细胞生长因子bfgfBFGF在机体胚胎发育、血管形成、创伤愈合及神经系统生长发育中具有重要作用,可促进脊髓损伤后脊髓再生。2.5cspll与髓胞蛋白相关过去几年中对抑制性物质的研究主要集中在2方面,一是与胶质瘢痕有关,主要是硫酸软骨素蛋白聚糖类分子(CSPGG);二是与髓鞘有关,主要有Nogo蛋白、髓磷脂相关糖蛋白(MAG)。目前认为瘢痕中的CSPGG抑制轴突再生,Ikegami等的实验表明C-ABC可消化CSPGG,即SCI后产生的神经胶质瘫痕的主要成分;认为SCI后应用神经干细胞与C-ABC联合治疗,是促进脊髓再生的有效方法。2.6fk506-fkp组合他克莫司FK506(tacrolimus,FK506)与相应的受体蛋白FK506结合蛋白-12(FKBP-12)形成FK506-FKBP复合物。该复合物具有介导免疫抑制作用,可抑制T细胞增殖、活化,减轻T细胞对损伤组织的破坏,从而对损伤局部神经组织起保护作用。FK506可抑制细胞凋亡蛋白酶-3的激活,并有助于少突胶质细胞在SCI后的存活。FK506衍生物FK1706同样可促进神经组织恢复和再生,可能对多种神经障碍有治疗作用。2.7钙通道抗剂细胞内钙离子的超载在脊髓继发性损伤的发生机制中越来越受到重视,被认为是继发性脊髓损伤的关键因素。2.8纳洛酮的作用内源性阿片肽的过量释放被认为是脊髓损伤后缺血坏死的重要因素,可使脊髓血流的自身调节能力丧失,动脉压下降,致脊髓血流减少。阿片肽受体拮抗剂代表有纳洛酮、促甲状腺激素、高选择性受体拮抗剂。(1)纳洛酮:其小剂量无效果,10mg/kg剂量远远超过阻滞类阿片碱及β-内腓肽在u受体上的作用,可作为SCI的常规用药,但纳洛酮最适宜剂量和疗程还须进一步研究。(2)促甲状腺激素释放激素(TRH):其为广泛分布于脑和脊髓的三肽,正常TRH在脊髓中的含量约为血中的100倍,能逆转阿片肽的自主神经效应而不影响痛觉,主要拮抗H受体,阻止或逆转脊髓损伤时产生的花生四烯酸类物质的病