高原缺氧损伤与藏药防治作用的研究进展

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Journa l of Ch ineseM edic inalM ater ia ls� � 第 33卷第 9期 2010年 9月 严重缺氧时,机体产生大量乳酸、腺苷等代谢产物, 后者可直接扩张外周血管,使外周血管床扩大,大量 血淤积在外周,回心血量减少,心排出量减少, 引起 循环衰竭 �1 。 1�2� 细胞分子水平的缺氧损伤 � 在能量代谢方 面, 缺氧环境可以使全身各组织有氧代谢降低,机体 能力代谢发生障碍。许多研究表明线粒体损伤可能 是细胞缺氧能力代谢障碍的中心环节。线粒体是细 胞呼吸的主要场所,三羧酸循环和氧化磷酸化都在 线粒体中进行,氧化磷酸化是体内 ATP生成的主要 方式。缺氧环境下机体产生大量自由基,线粒体是 产生内源性自由基的主要场所, 是自由基攻击的靶 部位 �4 。缺氧后产生的氧自由基对生物大分子具 有毒性反应,主要表现为脂质过氧化作用,导致膜结 构异常,功能障碍。线粒体受到自由基损伤后膜流 动性降低,而膜流动性的下降会导致线粒体功能和 膜内酶活性的下降。线粒体膜磷脂降解,影响细胞 色素 C氧化酶及 ATP合成酶的活性,可使 ATP合成 减少 �5 。 缺氧能够诱发一系列危害细胞的级联反应, 如 兴奋性氨基酸中毒、低血糖、酸中毒。随后导致神经 细胞损伤、神经退行性变、细胞死亡、细胞内钙稳态 失衡等�6 。它主要通过诱导细胞过多地凋亡 ( apop� tosis)和坏死 ( necrosis)来影响机制的生理功能。 严重或持续缺氧时, 缺氧诱导因子 1�( hypox ia inducible factor�1�, H IF�1�)可诱导细胞凋亡。H IF� 1�为缺氧应答的全局性调控因子, 在缺氧诱导的哺 乳动物细胞中广泛表达,对缺氧具有特异感受性,参 与体内许多缺氧反应性基因的转录调节, H IF�1�调 节的基因涉及细胞能量代谢、离子代谢、儿茶酚胺代 谢及血管的发生, 在低氧性肺损伤介导的细胞凋亡 中有着重要的作用 �7 。H IF�1�可以直接结合 p53, 增加后者稳定性,进而促进细胞发生凋亡。此外,缺 氧还可以通过影响细胞信号转导通路,在低氧的信 号转导过程中, C a2 +、NO和 CO可能不同程度地发 挥了作用。低氧时细胞内 Ca2 +升高, 激活与钙相关 的信号通路,增强低氧敏感基因酪氨酸羟化酶 ( TH ) 的转录。低氧通过抑制血红素加氧酶及 NO合酶的 活性使 NO和 CO产生减少, 而 NO、CO抑制 H IF�1� 的活性, 所以低氧时 NO和 CO产生量的下降可促进 低氧敏感基因的表达�8 。 2� 抗缺氧单味藏药研究进展 具有抗缺氧作用的藏药较多,现就以下几种藏 药抗缺氧机制的研究进展做一介绍。 2�1� 红景天 (Rhod iola rosea ) � 为景天科红景天属 植物,性寒、味甘、涩。 ∀中华本草# (藏药卷 )中提及 红景天有活血消肿、清肺止咳、解热止痛、益气安神 的功能。其主要化学成分为红景天苷。 � � 红景天具有提高机体对氧气的利用率, 降低耗 氧量,抗氧化和清除机体多余自由基,抑制肺动脉平 滑肌细胞增殖和抑制细胞凋亡等作用, 从而达到预 防和治疗缺氧性疾病的目的。红景天具有提高整体 动物耐缺氧的能力 �9 。红景天苷可显著抑制缺氧 对肺动脉平滑肌细胞的增殖和 DNA合成的促进作 用,从而可能对缺氧性肺动脉壁增厚和肺动脉高压 的发生与发展起防治作用�10 。西藏红景天提取液 对常压缺氧、减压缺氧和组织缺氧小鼠有保护作用, 对特异性增加心脏耗氧的小鼠能明显延长其生存时 间,说明红景天能改善心肌氧的供求和有抗高原反 应的作用�11 。红景天可以降低急性低压缺氧后升 高的大鼠血浆、脑组织内皮素水平,脑组织内皮素过 度分泌和释放可导致细胞损伤以及启动细胞凋亡过 程,红景天制剂对机体 NO /ET比值的调控有利于改 善最初由缺氧引发的细胞损伤及细胞凋亡等缺氧损 伤 �12 。H IF�1�是细胞缺氧诱发的主要转录因 子 �13 ,红景天苷能够通过影响 H IF�1�的途径保护 心肌细胞免受缺氧诱导的细胞凋亡和坏死 �14 。 2�2� 雪莲 ( Saussurea involucrate ) � 为菊科风毛菊 属的一类, 又名雪莲花、雪荷花。味甘、微苦, 性温。 雪莲具有温肾助阳、活血通经、醒脾开胃等功效。现 代化学成分研究表明,其化学成分含有黄酮类、生物 碱、内酯、甾酮、多糖及挥发油等多种成分,其主要次 生代谢是黄酮及黄酮苷类 �15 。 雪莲能明显延长小鼠的存活时间,使动物整体 耗氧量降低。能减少由异丙肾上腺素、亚硝酸钠引 起的小鼠组织细胞缺氧程度,增加组织耐受缺氧能 力。能延长脑缺血性缺氧或在耗氧量增加的动物的 存活时间,表明雪莲对心脏、脑等重要器官缺氧也有 明显的保护作用 �16 。利用新疆雪莲整株 (含叶、花 ) 煎剂对老鼠多次进行腹腔注射给药, 发现雪莲能增 强小鼠耐缺氧能力,机体血红蛋白的含量提高,由于 雪莲具有增强心肌收缩力、降低基础代谢和改善血 液循环等作用,雪莲还提高了机体血红蛋白的含量, 使血液携带氧的能力增强 �17 。此外, 雪莲花醇提物 有显著清除氧自由基,活性氧及抗脂质过氧化作用, 能对与自由基有关的疾病如缺氧损伤有防治作 用 �18 。 2�3� 沙棘 (H ippophae rhamnoides) � 为胡颓子科酸 刺属的灌木或小乔木,别名醋柳、黑刺、酸刺等。性 温,味酸、涩。沙棘具有止咳化痰、健胃消食、活血散 !1509!Journa l of Ch ineseM edic inalM ater ia ls� � 第 33卷第 9期 2010年 9月 瘀的功效。沙棘的活性成分很多, 含挥发油、维生素 (主要有维生素 A、C、E等 )、黄酮、糖类、氨基酸、有 机酸、甾酮、脂肪酸及微量元素�19 。 沙棘具有抗缺氧,抗氧化,保护心肌细胞, 抗低 氧诱导应激, 增强心脏功能的作用。研究表 明�20, 21 ,沙棘叶醇提取物 ( HRLE )对低氧诱导的 C26神经胶质瘤细胞氧化应激的细胞具有保护和抗 氧化性质。细胞暴露于低氧 12 h, 与对照组比较,细 胞毒性明显增加, 线粒体跨膜电位明显降低, 继而 NO和活性氧种 ( ROS)产生有相当大增加, 并观察 到胞内抗氧物水平和还原型谷胱甘肽 /氧化型谷胱 甘肽比率依次降低。由彗星实验显示, 在低氧下 DNA损害明显增加。细胞用 200 �g /mL HRLE预 处理,可明显抑制细胞毒性和 ROS产生, 及保持抗 氧化水平,与对照细胞相似。进一步实验显示 HR� LE可恢复线粒体完整性和预防由低氧所至 DNA损 害, 提示 HRLE对低氧诱导的氧化损害有强的抗氧 化和细胞保护活性。此外, 沙棘中的沙棘总黄酮有 直接捕获超氧自由基和羟自由基的作用。VE、VC 超氧化物歧化酶 ( SOD )具有抗氧化、清除人体内的 自由基作用�22 ,能保护机体免受自由基过量带来的 损害。 2�4� 唐古特青兰 (D racocephalum tangu ticum ) � 又 名甘青青兰。味甘、苦、辛, 性寒。 ∀中华本草# (藏 药卷 )记载唐古特青兰具清肝胆之热、止血、干黄水 之功效。有关青兰属植物的化学成分�23 , 国内外研 究报道多为黄酮类化合物、皂苷类化合物, 也有二 萜、三萜, 文献报道唐古特青兰含有黄酮苷、挥发油、 氨基酸、甾类等成分。 研究表明 �24 ,唐古特青兰水提液具有降低动物 整体耗氧量、抗密闭缺氧、减压缺氧作用,可延长静 脉空气栓塞小鼠、双侧颈动脉结扎小鼠、夹闭气管小 鼠和异丙肾上腺素所致小鼠心肌损伤致死的存活时 间以及断头小鼠张口动作的持续时间, 对 KCN和 NaNO2所致的组织缺氧有明显保护作用,可改善高 原低氧环境所致的大鼠血液流变学异常,提高缺氧 动物红细胞超氧化物歧化酶 ( SOD )活性,阻止脂质 过氧化物大量蓄积,消除氧自由基,减轻缺氧所造成 的心、脑、肺、肝及肾组织病理学损伤。其抗缺氧作 用广泛而全面,作用机制可能是通过降低机体耗氧 量, 抑制缺氧造成的血液流变学改变以及抑制脂质 过氧化物、抗氧自由基等作用实现的。挥发油可抑 制垂体后叶素所致的大鼠急性心肌缺血,对抗异丙 肾上腺素所致的小鼠心肌缺氧,延长静脉空气栓塞、 双侧颈动脉结扎和夹闭气管小鼠的存活时间, 增强 心肌缺氧耐受力。它主要作用于心血管系统, 对心 肌有一定特异性。 2�5� 蕨麻 (Po tentilla anserina) � 又称人参果, 为蔷 薇科委陵菜属植物蕨麻委陵菜的块根。味甘, 性温。 具有补气血、健脾胃、生津止渴之功效。蕨麻已知的 化学成分有 �25 :块根中含糖,蛋白质,脂肪, 灰分,水 分,鞣质, 蕨麻素和野鸦椿酸;根中含胆碱, 甜菜碱, 组氨酸,琥珀酸, 黄酮类化合物等;全草含维生素,委 陵菜苷。 研究表明 �26 , 蕨麻有延长小鼠在常压缺氧条 件、减压缺氧和窒息性缺氧状态下的存活率和存活 时间,整体耗氧量测定表明,该药能够显著提高小鼠 对氧的利用率和氧耗速度, 表明蕨麻具有抗缺氧能 力。蕨麻醇提物能够对抗自由基的作用, 因此能增 强机体的抗氧化活性,减少自由基对机体的损伤,从 而延长了小鼠的缺氧耐受时间。在细胞凋亡的调控 基因中, P53是缺血、缺氧损伤中的关键调控因子, P53蛋白表达上调, 将促进细胞凋亡的发生 �27 。实 验研究表明,心肌细胞缺氧后 P53蛋白水平升高,蕨 麻干预后则可显著降低 P53蛋白的表达, 提示下调 P53蛋白表达可能是蕨麻抑制缺氧导致心肌细胞凋 亡的另一条途径。 2�6� 莪达夏 (Cxytrop is ren iform is) � 为豆科棘豆属 植物,味辛, 性寒,有毒。主要用于愈疮、利便、除毒、 消肿、止血等。莪达夏中的化学成分主要为生物碱 类 �28 。 研究表明,莪达夏高、中、低剂量组能显著延长 小鼠密闭缺氧和断头气维持时间, 提示该药对缺氧 心脑组织有一定的保护作用,其机理可能与降低耗 氧量、清除氧自由基、降低脂质过氧化反应、抑制缺 氧造成的血流变学改变、改善机体的能量代谢、增强 耐受力等因素有关�29 。 3� 结语 缺氧损伤的机制是非常复杂的, 它的发生是由 多个因素共同作用的结果。目前对缺氧机制的研究 虽取得了一定的进展, 但其详细的发生机制还有待 进一步的研究,药物作用的靶点还不明确,需要进一 步地探讨。在今后的研究工作中, 笔者认为应重视 以下几个问题: 3�1� 缺氧动物模型的制备和选取 � 目前高原缺氧 动物模型的制备多采用常压密闭缺氧、减压急性缺 氧、氰化物或亚硝酸盐中毒缺氧及动物断头缺氧等 模型。在进行整体缺氧模型试验时应注意综合比较 各模型,进行模型的优化和选取,从而保证实验结果 的可靠性。 !1510! Journa l of Ch ineseM edic inalM ater ia ls� � 第 33卷第 9期 2010年 9月 3�2� 藏药抗缺氧单体成分的研究 � 目前对藏药抗 缺氧作用方面的研究大多还停留在单味药材或其水 提物、醇提物上,对单体成分的研究较少。在今后的 研究中需要注意将天然药物化学分离技术和药理筛 选试验结合起来,跟踪并确定其抗缺氧单体成分。 3�3� 细胞分子水平的抗缺氧机制研究 � 国内对抗 缺氧作用的研究主要集中于机体的整体水平方面, 细胞分子水平上的研究还不够深入。阐明缺氧的损 伤机制和抗缺氧药物的作用靶点需从分子水平进行 深入研究。目前通过心肌细胞和 PC12细胞进行缺 氧机制研究已取得了一定的进展, 但仍需进一步重 视和加强这方面的研究。 我国藏药种类多、分布广、资源较丰富, 但目前 除对红景天等药材进行了较深入的研究和开发外, 对其它藏药资源的研究和开发还远远不够。藏药在 抗缺氧作用方面具有非常良好的开发前景。有必要 进行广泛而深入地研究, 从而开发出抗高原缺氧新 药。 参 考 文 献 [ 1] 王迪浔, 金惠铭 �人体病理生理学 (第三版 ) [ M ] �北 京: 人民卫生出版社, 2008: 322�323� [ 2] 李丽, 王超,张静 �缺氧性呼吸抑制的中枢机制 [ J] �医 学综述, 2007, 13( 17): 1341�1343� [ 3] 张旭, 张汝学,涂宏海, 等 �中药复方提高机体耐缺氧能 力及机制的研究进展 [ J] �中华中医药学刊, 2007, 25 ( 9): 1824�1827� [ 4] L eeuw enburgh C, H e inecke JW� Ox ida tive stress and an� tiox idants in exerc ise[ J] � Curr M ed Chem, 2001, 8 ( 7): 829�838� [ 5] 邝勇 �线粒体缺氧损害机制研究进展 [ J] � 中国医师, 2006, 8( 2) : 286�287� [ 6] John H� Zhang, Takkin Lo, Geo rge M ychask iwd, et al� M echan ism s o f hyperbar ic oxygen and neuropro tection in stroke[ J]� P athophy sio logy, 2005, ( 12): 65�80� [ 7] 尚金星, 张梅,赵自刚 � 缺氧致细胞凋亡发生机制研究 进展 [ J] � 河北北方学院学报 (医学版 ), 2008, 25( 6): 80�82� [ 8] 李国元 �缺氧性应激反应的分子机制 [ J] �青海医学院 学报, 2005, 26( 1): 67�70� [ 9] 陈玉满, 陈江,毛光明, 等 �高山红景天的耐缺氧作用实 验研究 [ J] � 中国卫生检验杂志, 2007, 17 ( 8): 1494� 1510� [ 10] 宋月英,韩慧文, 郝素云,等 �红景天研究进展 [ J] �武 警医学院学报, 2003, 13( 1): 66�68� [ 11] 吴万征,李朝晖, 梁球 � 西藏红景天提取物抗缺氧作用 的实验研究 [ J] �中药材, 2005, 28( 1): 41�42� [ 12] 张慧,沈俊, 王昊 �急性低压缺氧时红景天对大鼠不同 部位一氧化氮水平的影响 [ J] � 航空军医, 2001, 29 ( 6): 235�236� [ 13] Chandel NS, Bud ingerGR� The cellu la r basis for diverse responses to oxygen[ J] � F ree Rad ic B io lM ed, 2007, 42 ( 2): 165�174� [ 14] Zhang JP, L iu AH, H ou RR, et al� Sa lidroside protects cardiom yocy te aga inst hypox ia�induced dea th: A H IF�1�� activated and VEGF�m ediated pathw ay [ J] � Europ ean Journal of Pharm aco logy, 2009, 607: 6�14� [ 15] 陈发菊, 杨映根,赵德修 �我国雪莲植物的种类、生境 分布及化学成分的研究进展 [ J] � 植物学通报, 1999, 16( 5): 561�566� [ 16] 王利彦, 陈湘宏, 车胜荣 � 雪莲的抗缺氧研究 [ J] � 高 原医学杂志, 2003, 13( 3): 30�31� [ 17] 陈玉珍, 李凤兰 �药用资源植物雪莲化学成分及药理 作用 [ J] �中国野生植物资源, 2005, 24( 3): 1�4� [ 18] 张振明, 许爱霞,雷晓燕 ,等 �雪莲花醇提物的抗脂质 氧化作用 [ J] �解放军药学学报, 2005, 21( 1): 30�32� [ 19] 刘忠 �藏药沙棘的化学成分概述 [ J] � 中国民族民间 医药杂志, 2004, ( 68): 147�148� [ 20] 顾关云 �沙棘的化学成分、生物活性与临床研究 [ J] � 国外医药! 植物药分册, 2007, 22( 04): 139�149� [ 21] Narayanan S, Rum aD, G itika B� Antiox idant activ ities o f sea buckthorn (H ippophae rhamnoides ) during hypox ia induced ox idativ e stress in g lia l ce ll[ J] � M ol Cell B io� chem, 2005, 278( 1 /2): 9�14� [ 22] 侯冬岩, 回瑞华,李铁纯, 等 �沙棘的研究进展 [ J] �鞍 山师范学院学报, 2002, 4( 1): 49�53� [ 23] 靳涵 �唐古特青兰提取物药效研究及其抗缺氧产品开 发 [ D ] �兰州: 兰州大学生命科学学院, 2007� [ 24] 海平 �藏药唐古特青兰抗缺氧作用研究 [ J] �山东中 医杂志, 2005, 24( 1): 41�43� [ 25] 韦薇,陈锋, 沈爱华 � 蕨麻的化学成分和药理作用研究 进展 [ J] �中国现代医药杂志, 2008, 10( 1): 131�132� [ 26] 白术杰, 吴莉莉,赵春霞 ,等 �蕨麻的药用价值研究进 展 [ J] �中国医疗前沿, 2007, 2( 14): 34�37� [ 27] 李建宇, 李灵芝,龚海英 ,等 �蕨麻对缺氧诱导心肌细 胞凋亡的影响 [ J] �中华老年心脑血管病杂志, 2007, 9 ( 9): 619�622� [ 28] 扎西东主, 李先加, 童丽 � 藏药莪达夏概况 [ J] �青海 医学院学报, 2006, 27( 2): 137�138� [ 29] 扎西东主,李先加 ,确生 � 藏药莪达夏抗缺氧作用的初 步实验研究 [ J] �青海医学院学报, 2008, 29( 4) : 266� 273� !1511!Journa l of Ch ineseM edic inalM ater ia ls� � 第 33卷第 9期 2010年 9月