缺血性脑白质病线粒体改变及中医药干预研究进展※

陈明琪 黄世敬

(中国医科学院广安门医院新药研发中心，北京 100053)

随着现代信息技术的发展和老龄化社会的进展，脑白质病检出率日益上升。缺血性脑白质病是其常见类型，又称脑白质病变(WML)、脑白质疏松症(LA)，现普遍认为其与轻度认知功能障碍、血管性痴呆、血管性抑郁、脑小血管病等病密切相关。缺血性脑白质病的临床表现主要有情感和认知功能障碍，如焦虑、抑郁、认知功能减退等，以及身体残障和运动功能低下、感觉障碍、疼痛麻木、尿失禁、睡眠障碍、假性延髓性麻痹(饮水呛咳、吞咽困难、发声困难)等。其发病率与患者年龄呈正相关，伴随人口老龄化的加剧，缺血性脑白质病的发病率呈现较快增长的趋势，给家庭及社会造成较大的负担[1]。目前缺血性脑白质病的发病机制尚不明确，西医尚未有明确有效的治疗手段，中医治疗主要以缓解患者临床症状为原则。线粒体通过产生能量参与细胞的生命活动,脑缺血后脑组织缺血缺氧导致线粒体功能障碍,引起细胞凋亡。现从线粒体数量减少、结构改变及功能障碍和以线粒体为靶标的中医药治疗进行综述如下。

线粒体数量减少是各种损伤影响线粒体稳态进而导致线粒体自噬、凋亡最直接的表现形式。线粒体自噬是一种控制线粒体数量的选择性自噬过程,其对维持细胞正常功能至关重要,且与脑血管疾病密切相关。向菲等[2]对右侧大脑中动脉栓塞模型小鼠进行白藜芦醇(Res)预处理，实验研究结果表明，Res预处理可以减少脑缺血再灌注小鼠脑梗死体积和神经功能缺损,提高脑组织沉默信息调节因子1(SIRT1)和线粒体自噬相关蛋白表达,减少细胞色素C(CytC)的释放,恢复线粒体膜电位(MMP),提高腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)水平。透射电镜结果显示,Res减轻了缺血导致的线粒体损伤。

胡跃强等[3]实验研究发现，温肺降浊方(药物组成：制附子、人参、干姜、大黄、三七、炙甘草)可抑制促凋亡蛋白CytC、B淋巴细胞瘤-2相关x蛋白(Bax)的表达,从而改善大鼠的学习记忆能力。赵欣等[4]研究证实，补阳还五汤通过调节大鼠脑卒中后皮质缺血区域自噬，稳定线粒体功能，发挥神经保护作用。Zuo T等[5]对脑缺血再灌注大鼠进行电针针刺治疗，主要针刺穴位为百会、命门、足三里，结果发现电针针刺治疗可以增强线粒体呼吸链酶活性，减少线粒体损伤，从而抑制神经元凋亡。

线粒体是由双层单位膜套叠形成的封闭性结构，由外至内可划分为外膜、膜间隙、内膜和基质。其中，线粒体外膜上整齐排列着孔蛋白，允许一些小分子和多肽通过;内膜向内折叠成嵴，对建立驱动ATP合成的电化学梯度有重要意义[6]。机体的能量代谢主要在线粒体中进行，线粒体结构的完整性是进行能量代谢的重要保证。缺血性脑白质病的病理改变与线粒体的超微结构密切相关。Sood A等[7]建立的大脑中动脉闭塞再灌注(MCAO)模型引起的线粒体功能障碍，发现大鼠的线粒体超微结构改变如嵴的异常与缺失。沈浩[8]探讨犀角地黄汤对局灶性脑缺血再灌注大鼠自噬水平的影响，结果表明犀角地黄汤组与模型组相比较,神经细胞核膜的超微结构更加清晰完整,可见细胞内的线粒体轻度肿胀及少数多层的自噬体结构。王婧吉等[9]通过艾灸督脉组穴干预血管性痴呆大鼠的研究中发现，模型组皮层额叶和海马CA1区神经元线粒体明显扩张,外膜破坏、溶解,嵴排列紊乱或消失,胞质内水肿明显,糖原颗粒基本消失;艾灸组皮层额叶和海马CA1区神经元线粒体少数肿大、扩张,粗面内质网少数轻度扩张，糖原颗粒可见。

Kislin M等[10]实验研究证明，神经元线粒体结构的完整性在创伤性和缺血性损伤是可逆的，强调线粒体可作为治疗干预的潜在目标。贺平等[11]建立脑缺血再灌注大鼠模型，并行针刺大椎、水沟、百会穴进行干预，取缺血海马组织电镜下观察线粒体超微结构，结果显示假手术组线粒体结构正常;模型组线粒体肿胀明显,嵴断裂,空泡结构明显;针刺对照点组线粒体肿胀,可见嵴断裂,少量空泡结构;针刺穴位组线粒体稍肿胀,嵴断裂及空泡化不明显。唐伟等[12]采用二血管闭塞法制备脑缺血模型大鼠，治疗组予黄精多糖干预，阳性对照组予尼莫地平，在电镜下观察大鼠脑组织超微结构变化，结果显示模型组大鼠大脑皮层、海马CA1区神经细胞肿胀,线粒体嵴断裂,细胞轮廓模糊,细胞核固缩,核膜内陷,锯齿样变;黄精多糖组胞浆内细胞器丰富,仅偶见内质网肿胀,毛细血管壁稍有肿胀,偶见少量染色质凝集,高尔基体丰富;阳性对照组电镜下观察与黄精多糖组相似,表现为线粒体肿胀轻微,线粒体嵴断裂更加少见,未见有核膜内陷。江一静等[13]建立MCAO模型大鼠，针刺组针刺曲池、足三里，透射电镜观察大鼠脑组织超微结构的变化，结果显示模型组神经元细胞结构受破坏,包括细胞膜不完整、细胞核肿胀、内质网减少等,与模型组比较,针刺组大鼠脑组织具有较为完整的细胞膜及细胞核结构,线粒体空泡病变现象亦有明显改善。研究表明针刺曲池穴及足三里穴可通过神经细胞增殖及结构修复,从而发挥神经保护作用。

线粒体功能障碍在脑缺血引起的脑细胞能量供应障碍、氧化应激损伤及细胞凋亡中起着关键作用[14]。

3.1 线粒体复合物 线粒体呼吸链酶位于线粒体内膜上，由NADH-辅酶Q氧化还原酶(复合物Ⅰ)、琥珀酸-Q氧化还原酶(复合物Ⅱ)、Q-细胞色素C氧化还原酶(复合物Ⅲ)、细胞色素C氧化酶(复合物Ⅳ)和ATP合成酶(复合物Ⅴ)组成。它们是呼吸链中不可或缺的组成部分，这5种复合体的活性变化关系到线粒体能量代谢的正常产生。韩苗等[15]建立小鼠脑梗死后认知障碍模型,发现脑梗死后认知障碍组小鼠前额叶皮层ATP含量和线粒体复合物的含量降低。韩宁等[16]采用侧脑室注射Aβ25-35的方法制备阿尔茨海默病模型，与正常组相比,模型组ATP水平明显下降(P<0.05),线粒体呼吸链复合物Ⅳ降低(P<0.05)。

谢守嫔等[17]建立血管性痴呆(VD)模型大鼠，采用比色法检测大鼠海马组织及大脑皮层其他部位线粒体复合物的活性及ATP的含量。结果显示,与假手术组比较，模型组大鼠海马组织线粒体复合物Ⅰ～Ⅴ的活性及ATP含量均明显降低(P<0.05)；
与模型组比较,归芪聪志汤(药物组成：黄芪、当归、川芎、石菖蒲、苦参、地龙)中剂量组大鼠海马组织线粒体复合物Ⅰ～Ⅴ的活性及ATP含量明显升高。李兆东[18]研究发现，人参皂苷Re可有效抑制乳酸脱氢酶(LDH)释放、DNA断裂及突触退化,促进对线粒体复合物Ⅳ和丙酮酸脱氢酶A(PDH-A1)的表达,抑制过氧化氢(H2O2)的释放，研究证实人参皂苷Re可通过改善海马神经元的线粒体损伤,改善大鼠的认知能力。Wallace D C等[19]发现，紫檀芪可以提高线粒体复合物Ⅰ、Ⅳ活性和线粒体CytC水平,减少线粒体活性氧产物和降低胞浆CytC水平，减轻线粒体氧化应激损伤和细胞死亡,从而发挥脑保护作用。

3.2 线粒体DNA(mtDNA) mtDNA是线粒体中的遗传物质,是在细胞线粒体内发现的脱氧核糖核酸特殊形态,一个线粒体中一般有多个DNA分子。虽然疾病症状是多变的，但是大脑这类耗能较多的器官通常会受到影响。mtDNA损伤能够诱导线粒体功能障碍，从而进一步加重缺血再灌注损伤。Yang Y等[20]实验研究结果表明，mtDNA发生突变概率较nDNA高出10～20倍，且突变后更易引起细胞功能障碍。

宋菲等[21]研究发现，五苓散可能通过激活受体γ辅激活因子1α及下游通路,促进mtDNA的生物合成,增强缺血缺氧脑组织的能量供应,改善脑梗死小鼠脑水肿程度,发挥脑保护作用。吴琼等[22]证实参知健脑方(人参、知母、赤芍)可以抑制DNA氧化损伤,增强脑线粒体细胞色素氧化酶(COX)的活性,保护线粒体发挥神经保护作用,从而进一步改善认知功能障碍大鼠学习记忆能力。

3.3 活性氧产生过多 活性氧(ROS)是体内一类氧的单电子还原产物,是电子在未能传递到末端氧化酶之前漏出呼吸链并消耗大约2%的氧生成的，包括超氧阴离子(O2-)、H2O2、羟自由基(-OH)及一氧化氮等。郭鹏等[23]采用永久性结扎双侧颈总动脉建立大鼠VD模型，与假手术组比较,模型组逃避潜伏期明显延长,穿越平台次数明显降低,海马组织神经元损伤明显,ROS含量明显升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性、胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)表达明显降低(P<0.05)。

Li H等[24]采用双侧颈总动脉闭塞(BCCAO)的方法建立VD大鼠模型，模型大鼠可见海马线粒体功能受损，ROS过度产生以及学习和记忆障碍。但经过针灸治疗，可见针刺组海马线粒体呼吸复合酶(复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ)的活性明显增加，海马ROS的产生减少。王佳等[25]建立MCAO模型,观察模型组大鼠脑组织ROS水平、线粒体膜电位和ATP酶活性。结果显示，与假手术组相比,模型组大鼠脑组织ROS、细胞质中凋亡诱导因子(AIF)和CytC的表达明显增加,而半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)、Caspase-9和B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)表达及线粒体膜电位、ATP酶的活性明显降低；
与模型组相比，蛇床子素组ROS、细胞质中AIF和CytC的表达明显减少，而线粒体膜电位和ATP酶的活性明显增加。研究表明，蛇床子素预处理可能通过抑制线粒体介导的凋亡信号，从而减轻脑缺血再灌注损伤。Cheng Z等[26]研究显示，人参皂苷可以减少脑组织ROS含量，抑制氯化钴(CoCl2)诱导的PC12细胞损伤模型中的细胞凋亡并增加线粒体膜电位，此外还可以减少缺血再灌注大鼠的脑梗死体积和脑神经功能障碍。杜肖等[27]探讨小续命汤有效成分组对脑缺血再灌注大鼠早期脑线粒体的保护作用，研究结果证实小续命汤的有效成分能够显著改善脑缺血再灌注大鼠线粒体的呼吸功能，提高线粒体琥珀酸脱氢酶的活性，降低线粒体ROS的含量，提高线粒体膜电位，促进脑组织ATP的合成。

3.4 钙超载 线粒体钙超载可引起线粒体内氧化磷酸化过程障碍，线粒体膜电位降低，组织ATP含量下降，胞浆内磷脂酶、蛋白酶等激活，可导致并促进细胞的不可逆性损害。于文刚等[28]采用Pulsinelli四血管阻断法制备全脑缺血模型，并于缺血后1 h分别给予大鼠腹腔内注射0.9%氯化钠注射液和磷酸肌酸钠4 mg/g,再灌注24 h后断头取脑,与磷酸肌酸钠组相比，生理盐水组大鼠脑组织线粒体中Ca2+含量升高，ATP含量降低。陈小丽等[29]采用阻断大脑右侧中动脉的方法制备缺血性脑损伤大鼠模型，较假手术组，模型组大鼠ATP含量显著降低，游离Ca2+浓度显著升高(P<0.05)。

袁蓉等[30]研究发现，采用银杏酮酯(EGb50)干预缺氧/复氧(H/R)损伤后人神经母细胞瘤(SH-SY5Y)模型,线粒体膜电位显著升高,胞内Ca2+浓度显著降低,视神经萎缩相关蛋白1(Opa1)表达升高,动力相关蛋白1(Drp1)表达降低。研究提示,EGb50对H/R损伤的SH-SY5Y细胞线粒体功能有明显的保护作用,可减轻细胞能量代谢紊乱,改善线粒体功能,其作用机制可能与调节线粒体的融合、分裂有关,该实验为EGb50治疗缺血性脑血管病提供了数据支持。Li S等[31]研究发现，胡黄连苷Ⅱ通过抑制缺血再灌注大鼠损伤后的线粒体通透性转换孔(mPTP)渗透性和核酸内切酶G(Endo G)释放来发挥神经保护作用。

缺血性脑白质病在中医古代文献中没有明确的病名，根据其症状和临床表现，可将其归属于中医学“郁病”“健忘”“痴呆”“虚劳”等疾病范畴内。目前中医治疗以补肾填精益髓和化痰活血通络为最主要和最常用的治疗原则。缺血性脑白质病的具体发病机制尚未完全阐明，目前认为各种原因引起的脑缺血缺氧可导致其发生。当前西医没有明确的治疗方法，主要以改善脑代谢药物、5-羟色胺再摄取抑制剂等药物治疗为主。当前的中医药治疗缺血性脑白质病以线粒体为靶标，多通路进行治疗，但多集中于临床认知功能改变与神经保护作用方面，缺少对该疾病的病理改变研究。未来可以以此为研究方向。