黄芩苷保护糖氧剥夺/再灌注神经元的初步机制研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

一、研究背景

脑卒中又称中风，是由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一组疾病，包括缺血性卒中和出血性卒中。其中缺血性卒中的发病率更高，占脑卒中总数的80%^[1]。缺血性脑损伤是脑局部血流供应障碍导致缺血、缺氧，进而引发一系列的神经功能损伤的疾病。缺血性脑损伤（脑梗）又分为原发性损伤和再灌性损伤，其损伤机制是一个复杂的、多级联的病理生理过程。脑血流中断会造成局部脑组织的缺血缺氧，进而引发神经元能量代谢紊乱。同时，又存在着血流对脑组织的再灌注，这些会使脑组织细胞产生损伤级联反应，涉及能量代谢障碍、兴奋性氨基酸毒性、梗死区周围去极化、钙超载、自由基损伤、炎症反应及细胞凋亡等^[2]，其中，线粒体结构和代谢功能改变是重要环节，而上述的几种发病机制都与线粒体结构和功能的改变密切相关。

脑是机体的中心器官之一，虽仅占机体体重的2%~3%，但其所需要的血流量占心输出总量的15%~20%，能消耗机体所需总能量的25%。当脑内出现血栓或是其他病理因素阻断血流供应，能量耗尽会是致病的关键环节之一。体内利用葡萄糖的主要途径为有氧氧化，当脑缺血时无法得到即时的血氧供应，只能通过无氧氧化（糖酵解）供能；而再灌时虽恢复供氧，但糖酵解仍继续，且无氧氧化生成的ATP量不及有氧氧化，故会造成线粒体能量代谢功能紊乱，导致脑损伤的进一步恶化。

缺氧诱导因子-1alpha; (Hypoxia inducible factor-1alpha;, HIF-1alpha;) 是一种缺氧诱导核转录因子，在哺乳动物中广泛存在，参与调控细胞低氧水平时的能量代谢。根据陈锦艳等^[3]的研究，在正常的大鼠脑组织中HIF-1alpha;较低表达，若脑组织出现缺氧, HIF-1alpha;会在细胞核中聚集, 此时表达水平会出现大幅度的上升。大鼠脑组织缺血实质上即神经细胞缺糖缺氧，从而导致HIF-1alpha;降解受抑制而蓄积。而HIF-1alpha;又是通过什么通路作用，从而影响了脑缺血、再灌过程中的能量代谢，是本次课题探索发现的重点。

经查阅文献得知，脑组织缺血再灌后糖酵解仍进行，丙酮酸氧化阶段由于线粒体功能障碍而无法进行，引起糖酵解-氧化脱耦联。线粒体内丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase, PDH）活性高，丙酮酸脱氢酶激酶 (pyruvate dehydrogenase kinase, PDK)能使其磷酸化灭活。哺乳动物PDK的表达具有组织特异性, PDK1几乎全部出现于心脏中, 而PDK2则在绝大多数组织中都有表达, PDK3只出现在睾丸中, PDK4则在心肌和骨骼肌中得到最大量的表达^[4]，推测脑缺血/再灌能量代谢通路与PDK2有关，PDK2可能参与了PDH的磷酸化灭活过程，使PDH磷酸化蓄积。缺氧情况下，PDH活性受到抑制，再灌后PDH的蛋白活性仍较低，导致糖酵解-氧化脱耦联^[5]，是造成再灌注损伤能量代谢紊乱的关键因素，可将丙酮酸含量作为检测指标之一。

另一方面，由于神经细胞缺氧，线粒体内进行无氧氧化，琥珀酸脱氢酶（Succinate dehydrogenase，SDH）的作用可能会出现逆转。琥珀酸为三羧酸循环（TAC）中间产物之一，正常情况下，琥珀酸可由琥珀酸脱氢酶催化氧化为延胡索酸；缺氧条件下SDH活性增强，反而使琥珀酸含量异常升高，可能是SDH逆转反应使延胡索酸还原为琥珀酸^[6-7] 。SDH同时也是氧化呼吸链中线粒体复合物Ⅱ的辅酶。缺氧时，线粒体呼吸链复合物I处于抑制状态，而复合物Ⅱ（SDH）相对处于激活态；缺血时，延胡索酸来源于苹果酸/天冬氨酸穿梭（由苹果酸转变成延胡索酸）和嘌呤核苷酯循环（天冬氨酸生成腺苷酸基琥珀酸，后者再转变成延胡索酸），由于SDH的逆转，利用从线粒体复合物Ⅰ传递给泛醌的电子和质子，逆向还原为琥珀酸；再灌后，琥珀酸迅速被氧化，而此时ATP的合成仍未恢复正常水平，造成大量质子和电子蓄积，促使线粒体复合物Ⅰ反转，导致大量活性氧（ROS）生成，造成线粒体膜孔通道过度、持续开放，抑制电子传递链传递电子和质子，线粒体膜电位降低，最终导致能量代谢紊乱。SDH抑制剂丙二酸二甲酯理论上可以减少琥珀酸蓄积，可利用该抑制剂作为工具药对比黄芩苷是否在此环节上存在作用靶点。

黄芩为唇形科植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）的干燥根，性味苦寒，有清热燥湿，泻火解毒，止血安胎的功效，临床用于湿温、暑湿，泻痢，黄疸，肺热咳嗽，臃肿疮毒等^[8]。黄芩苷( Baicalin)，7-O-beta;-D葡萄糖醛酸，是黄芩含有的黄酮类化合物，为黄芩的主要活性成分，能够透过血脑屏障发挥神经保护作用，可用于缺血性脑中风的治疗，同时也是时下药理研究中的热门化合物之一。

黄芩苷具有抗氧化应激、抗凋亡、抗炎、抗兴奋性氨基酸毒性、抗凝血酶细胞毒性、调节脑源性神经营养因子表达、调节热休克蛋白70表达、保护血脑屏障、促进神经再生等方面的作用^[9]。近年对黄芩苷的研究发现其在中枢神经系统疾病治愈方面具有重要意义，包括缺血性脑损伤、出血性脑损伤、帕金森及脊髓损伤等疾病。经查阅文献，已有许多研究对黄芩苷进行报道，但缺少从其对能量代谢、线粒体稳态等方面的作用机制研究。因此，本课题我们将在细胞和整体水平上，从能量代谢角度，研究黄芩苷对抗神经元糖氧剥夺/再灌注（OGD/R）损伤以及对MCAO动物模型保护的机制和其可能的作用靶点。

二、研究方案