中医药干预PERK信号通路在脑缺血再灌注损伤中的研究进展*

肖桂兰 邓海霞 龚玉芳 李怡璇

（1.广西中医药大学，广西 南宁 530000；2.广西中医药大学第一附属医院，广西 南宁 530000）

缺血再灌注损伤（I/R）包括缺血产生的原发性损伤和再灌注带来的继发性损伤。缺血的组织细胞在恢复血流供应过程中使得原有损伤加重的现象，称之为再灌注损伤，其严重程度与再灌注开始的时间及血流量的多少息息相关。大脑是人体最为敏感且最重要的器官，不论是脑卒中，还是外伤所致颅脑损伤，抑或是心脏骤停，一旦大脑经历缺血/再灌注，组织细胞或将发生钙超载、氧化应激、内质网应激、细胞凋亡、细胞自噬等一系列反应，必将影响脑组织的正常生理结构及功能。研究表明，蛋白激酶R样内质网激酶（PERK）是内质网应激中重要的信号因子，其通过磷酸化真核起始因子 2α（eIF2α）调节细胞自噬及细胞凋亡［1］，与CIRI的结构与功能改善存在密切相关性。

传统医学在临床中应用广泛，多项研究表明，中医药在急危重症中也有不错的疗效，其中参附注射液因其回阳救逆的功效被广泛应用于急救过程中，鉴于其疗效，探究参附注射液的作用机制成为当前众多学者的研究热点。本文着重梳理近年来PERK与CIRI的关联性的相关研究，同时阐述中医药的干预作用，并以此作为切入点对参附注射液进行重点剖析，期待为中医药干预PERK信号通路以改善CIRI功能提供理论支持。

1 PERK在CIRI中的调控方式

PERK，是一种位于内质网膜上具有丝氨酸/苏氨酸结构域的I型跨膜蛋白［2］。当大脑受到缺血缺氧的刺激时，内质网膜发生变化，活化PERK，激活下游信号因子，影响脑组织因缺血再灌注所带来的伤害。内质网分子伴侣葡萄糖调节蛋白78（GRP78）是内质网应激中重要的调控因子，其对未折叠蛋白和错误折叠蛋白的亲和力高于PERK，真核起始因子2α（eIF2α）是PERK的下游信号分子。PERK/eIF2α信号通路是内质网应激/未折叠蛋白反应（UPR）中一条经典信号传导途径，主要由PERK、eIF2α及GRP78等组成。生理状态下，PERK与GRP78在内质网膜上形成稳定复合物，抑制下游信号因子的激活，一旦机体发生内质网应激，GRP78与PERK解离，失去束缚的PERK二聚化及自磷酸化后磷酸化下游信号eIF2α，然后特异性上调转录激活因子4（ATF4）的翻译，随后ATF4翻译增多诱导下游CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白（CHOP）的表达，参与细胞凋亡过程。另一方面，PERK使eIF2α磷酸化后也通过多种信号分子诱导自噬，如p62、Atg5、LC3-Ⅱ等［3］。故 PERK/eIF2α 信号通路激活后，可通过诱导细胞凋亡、细胞自噬等一系列反应，从多方面影响大脑功能的恢复。PERK/eIF2α通路的调控方式如图1。

图1 PERK/eIF2α通路的调控方式

2 PERK对CIRI神经元的保护作用

CIRI分为局灶性脑缺血再灌注损伤和全脑缺血再灌注损伤，发生于脑梗死、颅脑手术及心脏骤停心肺复苏过程中等疾病中，直接影响患者的预后情况。现阶段对CIRI的治疗最为关键的是保护脑功能，及时恢复缺血区的血流灌注，然而，在缺血情况下血流的再灌注可能会进一步加重缺血区的功能及结构的损害。因此，减轻CIRI对脑组织及细胞造成的损伤，保护脑神经功能，改善患者预后，是目前研究的重点方向。在现有研究中已经证实PERK信号通路与CIRI密切相关，可通过减轻脑组织病理损伤、降低神经功能损伤程度来改善脑功能。

在一项关于脑缺血/再灌注损伤的实验中［4］，通过药物逆转PERK和eIF2α的磷酸化，发现治疗组较对照组脑梗死面积缩小，且HE染色显示治疗组中神经元核固缩及空泡化现象明显改善。另有学者发现，短暂性脑缺血再灌注损伤小鼠的神经行为学评分升高，而经过药物处理后其神经行为学评分明显下降，其作用机制可能与抑制海马组织PERK信号通路有关［5］。刘冲等［6］学者发现，使用药物下调PERK的表达，亦可抑制相关炎症通路蛋白NF-κB p65的表达，减轻神经细胞的损伤程度。另外，Wang等［7］通过实验证实PERK与CIRI密切相关，在其研究中观察到敲除PERK基因后，小鼠脑损伤反而进一步加重，并且与对照组相比，在发生CIRI时脑梗死面积更大，神经功能更差，表示PERK信号通路的激活在神经功能保护过程中有着不可磨灭的作用。

3 中医药干预PERK在CIRI中作用机制的研究

CIRI主要机制包括氧化应激、炎症反应、内质网应激、细胞凋亡及细胞自噬等方面。而PERK作为内质网应激中重要的信号蛋白，与细胞凋亡及细胞自噬等密切相关。中医药是中华文化的瑰宝，在诸多疾病中，中医药治疗均占有一席之地。此节从中医药干预PERK减轻内质网应激、抑制细胞凋亡及调节细胞自噬等方面进行阐述。

3.1 减轻内质网应激 内质网应激是缺血再灌注损伤中作用机制之一［8］。正常情况下，内质网自身可以清除一些异常翻译蛋白质，当缺血再灌注发生时，体内产生大量未折叠蛋白和（或）错误折叠蛋白，PERK等与GRP78解离，通过激活未折叠蛋白反应，最终导致细胞凋亡。

有研究发现复方脑泰方提取物（由黄芪、川芎、地龙和僵蚕组成）可抑制PERK信号通路，降低p-PERK的表达水平，提高GRP78表达水平，减轻内质网应激水平，极大改善缺血后大鼠的自主行为能力，减轻缺血造成的组织损伤［9］。陈喆鸣等［10］制备脑缺血再灌注模型并使用中药复方栝蒌桂枝汤干预后发现，栝蒌桂枝汤治疗组较对照组有明显的神经功能改善，通过实时荧光定量PCR法检测发现内质网应激标志性蛋白GRP78、CHOP表达较对照组显著下降，且栝蒌桂枝汤组显著下调了PERK和eIF2α的磷酸化［11］，证实了栝蒌桂枝汤对脑缺血再灌注损伤的保护作用与PERK减轻内质网应激相关。针对中药单体在内质网应激中的研究中发现牛黄的有效成分通过下调P-PERK蛋白表达，减轻内质网应激对脑组织的损伤［12］。

3.2 调节细胞自噬 自噬是一个消化自身的现象，受损的蛋白质或细胞器被包裹后经由溶酶体降解，自噬的出现促进了细胞本身的代谢需要及某些细胞器的更新。在脑缺血前期，自噬可吞噬一些异常蛋白质，防止大量未折叠或错误折叠蛋白质的出现，影响细胞的转归，然而，过度的自噬也会吞噬一些良好的细胞成分，激活细胞凋亡途径，反而加重脑功能损伤。有学者提出，PERK与自噬存在相关性，抑制PERK-eIF2α信号通路可减少自噬相关蛋白Beclin1的过度激活［13］。兰新新等［14］发现银杏内酯注射液抑制自噬相关蛋白P62的下降，同时升高LC3II/I的比率，其可能机制与内质网应激有关，未明确指出是否与PERK信号通路相关。目前中医药干预PERK调节自噬水平的研究尚不足，受自噬在不同水平阶段的影响，这还需要学者们进行大量的实验以探索其奥秘。

3.3 减少细胞凋亡 在CIRI发生时，内环境稳态失调，大量的氧自由基积累、蛋白质翻译改变、能量代谢改变等一系列变化通过多种途径诱发大脑神经元细胞发生凋亡，主要表现为核固缩、DNA片段化及凋亡小体形成，造成细胞结构和功能的损害。有研究发现大量未折叠蛋白和（或）错误折叠蛋白的积聚可触发PERK与GRP78解离，随后通过调控启动CHOP的转录促进细胞凋亡。

侯晓娟［15］研究了补阳还五汤对PC12细胞缺氧缺糖/复氧复糖损伤的影响，发现补阳还五汤组细胞凋亡形态表现较对照组减轻，PERK下游信号因子p-eIF2α阳性表达率降低，证实补阳还五汤通过抑制PERK信号通路发挥抗凋亡作用从而保护脑组织。代小兰等［16］通过白芍总苷干预大鼠脑I/R，发现实验中白芍总苷治疗组中神经细胞排列较为整齐，核固缩、空泡化现象较模型组减少，大脑皮质神经元细胞凋亡数目明显减少，其作用机制可能与抑制PERK磷酸化相关。另有研究发现痰热清注射液（黄芩、山羊角、熊胆粉、金银花、连翘提取加工物）可显著减少急性脑梗死大鼠的梗死面积，并通过检测凋亡相关蛋白，结果得出痰热清注射液可通过减少PERK蛋白表达减轻大鼠脑细胞凋亡［17］。此外，有学者通过探究养阴通脑颗粒（生地黄、石斛、黄芪、葛根、水蛭、川芎）对脑缺血再灌注损伤的作用机制时，发现药物组较模型组HE染色显示病灶周围核固缩现象减轻，同时大脑海马CA1区GRP78蛋白水平上调，PERK蛋白表达及CHOP mRNA表达明显减少，提示养阴通脑颗粒可通过抑制PERK信号通路减轻细胞凋亡水平［18］。

3.4 减少氧化应激 生理状态下，体内氧化与抗氧化系统处于动态平衡中，一旦发生缺血再灌注损伤，体内氧自由基大量生成，抗氧化防御系统受损，大量生成的氧自由基不能及时被清除，造成细胞受损。有研究发现，在大鼠缺血再灌注损伤模型中，使用黄芪甲苷干预组梗死侧超氧化物歧化酶（SOD）活性显著增强，丙二醛（MDA）水平下降，同时抑制PERK表达，减少氧自由基对脑细胞的损伤，且减少大鼠的脑梗死面积［19］。

4 参附注射液干预PERK在CIRI中的作用

CIRI在传统医学的著作中并无特定的病名记载，但可归属于“中风”“厥证”“卒死”等范畴，“中风”病名及其专篇最早出现在东汉时期张仲景《金匮要略》中［20］。其主要病机概括为风、火（热）、痰、瘀、虚5种。中风的证候属于本虚标实，急性期以风火、痰热、血瘀等实证为主，治法多采用平肝潜阳、化痰息风、清热通腑、活血化瘀。恢复期或后遗症期则以气虚血瘀、阴虚阳亢等虚症为主，多采用滋阴潜阳、益气活血之法。

如今，参附注射液因其回阳救逆、益气固脱功效在临床上广泛应用，其由中药红参和附片的提取物加工而成，药理学研究证实参附注射液的主要有效成分是人参皂苷和附子生物碱［21］。研究证明人参皂苷可改善微循环，舒张血管，增加灌注血管密度和比例；附子生物碱则改善大循环，加强心肌收缩力，提高心排血量，增加血管灌流。参附注射液作为“回阳救逆”第一古方，临床上被广泛应用于休克、心肺复苏、心力衰竭等急危重症，也有研究表明参附注射液可减轻CIRI，且与PERK对大脑的保护作用相关。

4.1 参附注射液对脑组织的保护作用 在一项Meta分析中发现，心脏骤停的患者在心肺复苏后加用参附注射液治疗可改善2、7、14、28、90 d的生存率［22］。王君等［23］选取138例心脏骤停患者作为研究对象，发现使用参附注射液可减轻脑组织损伤，保护血脑屏障，提高脑氧摄取率水平及格拉斯哥昏迷量表评分，从而改善患者的远期预后。张诗元［24］在临床疗效观察中发现，在抢救心脏骤停患者过程中常规使用西医治疗的基础上早期联合参附注射液可降低血乳酸水平、提高GCS评分，降低死亡率（使用参附注射液和未使用参附注射液的死亡率分别为46.43%、37.93%）。另有学者［25］通过心脏骤停/心肺复苏大鼠模型研究发现参附注射液可通过促进神经轴突的再生来修复神经系统的损伤。李长喜等［26］实验研究结果表明，参附注射液可明显降低大鼠CIRI后氧化应激标志物的水平，降低脑梗死面积，改善神经元变性，起到明显的脑组织保护作用，且与剂量呈正相关。另有学者发现参附注射液预处理可明显抑制大鼠脑梗死后的血脑屏障的异常增高，减轻脑水肿，并能通过降低超氧化物歧化酶活性及过氧化氢水平保护神经细胞功能［27］。

4.2 参附注射液调控PERK在CIRI中的保护作用 Gu Y等［28］发现人参皂苷Rg1作为参附注射液中的有效成分可通过抑制PERK和eIF2α磷酸化下调ATF4、CHOP的蛋白表达，减少脑组织梗死面积，降低脑水肿率改善神经功能。另外，Fan等［29］发现附子生物碱通过PERK/eIF2α/ATF4/Chop途径抑制了活性氧诱发的内质网应激，保护了细胞的功能。综上，参附注射液具有抑制PERK相关信号通路的作用，通过调控下游信号因子的表达，发挥保护CIRI的优势。但参附注射液与内质网应激存在何种具体的联系，且其对脑保护作用是如何发挥功能的，这都是值得探究的。

5 结语

CIRI是一种复杂的破坏性疾病，因脑血流的剧烈中断所致，引发生理病理缺血级联反应，造成大脑功能障碍，严重时危及生命。中医药应用是研究急危重症的一大热点，通过激活内质网应激中的PERK信号轴，调节细胞自噬及凋亡等发挥保护作用，减少CIRI中神经元细胞的损伤，为临床治疗提供理论支持。

中医药是我国瑰宝，在临床救治中发挥着不可替代的作用，但关于中医药作用机制的研究仍处于相对初级阶段，其具体的作用方式及靶点并不完全明了，在中医药的特色辨证论治的框架下，集中在动物实验的各项研究中存在一些效果不可证实的问题。随着各项研究的深入，加强中医药的灵活配伍，明确中医药调控PERK对CIRI的保护机制，将基础研究与临床实践相结合，重视中医药的干预研究，发挥中医药的特色优势，是未来一段时间的重点工作。