脑卒中是全球致残和致死的主要原因，2019年我国脑卒中新发病例394万例，发病率较1990年上升86.0%，在2 876万脑卒中流行病例中，缺血性脑卒中（Ischemic stroke,IS）有2 418万，约占脑卒中84.08%[1]。IS导致的认知、语言、运动和感觉功能损伤均与IS后大量神经元损伤密切相关，而IS引起的神经元损伤主要有3种机制。首先，脑缺血和梗死引起的神经元丢失是神经元损伤最直接的原因之一[2]。其次，血管阻塞引起的脑组织缺血导致活性氧（Reactive oxygen species,ROS）过度产生并积累，这种氧化应激加剧了神经元损伤，导致严重的神经功能缺陷[3]。最后，缺血引起的炎症反应是IS后导致神经元进一步损伤的重要因素[4]。多项研究[5]证实，中医药早期干预能有效地保护神经细胞，促进神经元再生，减轻并抑制过度的氧化应激，并控制免疫反应以减少神经元损伤，改善临床症状，有效降低卒中病死率，改善卒中预后，而多种生物标志物和分子通路参与了损伤神经元这一过程。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）在脑缺血缺氧时被激活，调控上下游相关信号通路，对缺血后脑组织的物质能量代谢，神经元损伤和修复以及血管神经的再生有重要影响[6]。因此，全面认识中医药对IS中AMPK相关通路的作用机制能为IS的治疗及进一步的药物开发提供理论依据。

1、AMPK的结构与活化

AMPK是由一个催化亚基（α）和两个调节亚基（β、γ）构成的异三聚体复合物，不同的α(α1、α2）、β(β1、β2）和γ(γ1、γ2、γ3）亚型在哺乳动物不同的组织中表达[7]，而大脑主要表达α1、α2、β1、γ1和γ2亚基。α亚基由激酶结构域、自身抑制结构域（AID）和α-亚基羧基末端结构域（α-CTD）组成。β亚基由β亚基羧基末端结构域（β-CTD）和碳水化合物结合结构域（CBM）组成，通过β-CTD充当α和γ亚基之间的桥梁。γ亚基N端含有4个串联的胱硫醚β合成酶（CBS),CBS两两合并，形成2个Bateman结构域[8],β-CTD形成复合物的核心，在CBS1之前与α-CTD和γ亚基的氨基末端结合。具体结构见图1。AMPK活化主要受细胞内腺苷酸（AMP）与三磷酸腺苷（ATP）比例的调控，任何导致该比值升高的因素均可使α亚基172位苏氨酸磷酸化或通过变构而激活。同时，肝激酶B1(Liver kinase B1,LKB1）和Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶β(Ca2+/Calmodulindependent protein kinaseβ,CaMKKβ）也能在能量失衡的情况下促进172位苏氨酸磷酸化，激活AMPK[9]。在能量剥夺（ATP耗竭和AMP增加）条件下，AMPK作为一种“腺苷酸电荷”调节激酶，抑制消耗性ATP的合成，并诱导产生ATP的分解途径[10]，从而维持细胞和全身能量代谢平衡。

图1 AMPK的亚基结构

2、AMPK信号通路对IS的调节作用

Choi等[11]发现激活AMPK相关信号通路可改善脑缺血缺氧引起的氧化应激反应。Jiang等[12]经实验证实，IS后激活的AMPK能诱导自噬并抑制细胞凋亡。Yang等[13]研究结果也表明激活AMPK相关通路能抑制细胞凋亡，同时还可以缩小IS后的梗死面积，改善神经功能。Li等[14,15]研究发现激活AMPK能改善线粒体功能障碍，减轻脑缺血缺氧损伤，保护神经元免受谷氨酸兴奋性毒性干扰，从而维持细胞能量代谢。Qiu等[16]发现激活AMPK能抑制IS后的神经炎症反应，从而保护神经细胞。Venna等[17]研究明确了AMPK上调血管生成因子（VEGF），促进血管生成在改善缺血性脑损伤方面具有重要作用。总之，诸多研究均表明调控AMPK相关通路对IS有显著治疗效果，而许多中药是AMPK的天然调节剂，对IS治疗有积极作用。

3、中药调控AMPK相关信号通路防治IS

3.1中药复方

3.1.1片仔癀

片仔癀由三七、麝香、蛇胆、牛黄等组成[18]，片仔癀在抗炎、抗癌、肝病、慢性缺血和脑卒中等方面具有明显的药理作用[19]。Huang等[20]研究发现片仔癀具有降低脑缺血再灌注损伤大鼠神经元凋亡的作用，并能通过AMPK/雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin,mTOR）/酵母蛋白Atg1的同源物（ULK1）通路显著抑制模型大鼠促炎介质如炎症小体NLRP3和胱天蛋白酶1(caspase-1)p20蛋白的产生及表达，调节关键自噬蛋白，从而抑制脂多糖诱导的细胞炎症反应和小胶质细胞激活，最终显著缩小脑梗死面积。这为片仔癀在IS后神经保护作用的分子机制提供了新的证据。

3.1.2补阳还五汤

补阳还五汤由黄芪、赤芍、桃仁、红花、当归、川芎、地龙组成，有祛瘀通络、益气活血之功效[21]。马秀娟等[22]采用改良线栓法制备IS大鼠模型观察补阳还五汤调控AMPK/mTOR/ULK1自噬信号通路治疗脑缺血的机制，实验发现补阳还五汤能通过抑制AMPK磷酸化，并增加其下游mTOR和ULK1的表达来抑制IS后的细胞自噬，从而减少神经细胞凋亡，最终减轻脑组织病理损伤。赵艳萌等[23]通过实验研究也证实了补阳还五汤能介导AMPK/mTOR/ULK1通路来保护IS模型大鼠的神经功能。

3.1.3清开灵注射液

清开灵注射液由珍珠母、水牛角、猪去氧胆酸、板蓝根、栀子、黄芩苷和金银花等组成，经提取精制而成的中药制剂，具有清热解毒、醒神开窍之效[24]。Ma等[25]研究了清开灵注射液在大鼠大脑中动脉阻塞（Middle cerebral artery occlusion,MCAO）模型中的神经保护作用，通过检测模型大鼠神经功能、神经细胞凋亡情况、激光斑点成像、脑梗死面积、脑水肿程度、血脑屏障通透性及相关生物标志物等，发现清开灵注射液能有效降低肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α）、白细胞介素6(Interleukin-6,IL-6）和白细胞介素1β(Interleukin1β,IL-1β）等促炎因子水平，并能显著抑制AMPK介导的炎症小体NLRP3激活，从而抑制炎症反应，减轻氧化应激和减少神经细胞凋亡等，改善缺血缺氧脑损伤后的神经功能。

3.2中药有效成分

3.2.1萜类

雷公藤甲素是从雷公藤中分离出的环氧化二萜内酯化合物，也是迄今为止发现活性最强的天然抗炎和免疫调节产物[26]。李向斌等[27]实验发现，雷公藤甲素能通过调控APMK/mTOR/ULK1信号途径，降低AMPK表达，增加mTOR表达，抑制细胞自噬，从而减轻大脑局部梗死和水肿程度，发挥IS后神经的保护作用。

银杏内酯B(Ginkgolide B,GB）是银杏叶的提取物成分。GB有抑制细胞凋亡，改善缺血性脑卒中急性期神经功能，抑制血管内皮细胞氧化应激损伤和炎症反应的功效[28]。Cao等[29]采用大鼠体内外实验研究了GB对脑缺血后神经元凋亡的作用。结果表明，GB能减少MACO大鼠神经细胞丢失和凋亡，改善神经功能，以防治IS，而GB的这种作用机制依赖于AMPK的上调。

银杏内酯K(Ginkgolide K,GK）亦为银杏叶提取物中分离的萜类物质，能显著缩小梗死区域，减轻神经功能障碍程度[30]。Zhang等[31]研究发现，GK预处理可激活哺乳动物脑缺血缺氧后星形胶质细胞AMPK/mTOR/ULK1通路的相关靶点，从而诱导细胞保护性自噬，促进脑缺血缺氧后胶质细胞的增殖和迁移，主要表现为胶质纤维酸性蛋白水平的提高，星形胶质细胞的活力、迁移细胞的数量以及迁移的距离增加等，提示GK可能是治疗IS继发性神经元损伤的有效药物。

3.2.2芪类

木豆素（Cajaninstilbene acid,CSA）是木豆叶中的一芪类化合物，具有抗炎、抗病毒和抗细胞凋亡等药理作用[32]。Xu[33]发现CSA有明显的神经保护作用，可有效减少IS后神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y细胞）死亡，减轻氧化应激及相关的线粒体功能障碍，缩小模型大鼠脑梗死体积。同时，CSA能激活脑梗死模型大鼠的核因子E2相关因子2(Nuclear factor NF-E2-related factor 2,NRF2）和SH-SY5Y细胞，而CSA诱导的NRF2激活又能被AMPK抑制剂所逆转，这表明AMPK是调节NRF2通路的主要激酶，也进一步说明CSA对IS后神经功能的保护是通过激活AMPK/NRF2通路来实现的。

二苯乙烯苷（2,3,5,4’-tetrahydroxystilbene-2-O-β-D-glycoside,TSG）又称芪多酚，是从何首乌干燥根中提取的多羟基芪类化合物，有较强的抗炎、预防氧化损伤和抑制细胞凋亡等作用[34]。Li等[35]为了明确TSG在IS中的作用机制，制备了缺血缺氧的神经细胞模型，检测未干预模型细胞与TSG干预模型细胞的存活率及相关分子表达的差异。结果表明，TSG能通过激活沉默信息调节因子2相关酶3(Silent information regulator factor 2related enzyme 3,SIRT3）/AMPK通路，促进缺血区域神经元线粒体自噬，抑制神经细胞凋亡，最终提高神经细胞存活率，减轻神经元损伤。

3.2.3酮类

木犀草素是从野菊花、金银花、紫苏等中药中提取的黄酮类化合物，具有良好的抗炎、抗氧化和神经保护作用[36]。Liu等[37]实验发现木犀草素能通过靶向激活SIRT3/AMPK/mTOR通路，显著降低海马内胶质细胞原纤维酸性蛋白和Iba-1阳性胶质细胞的数量，增强线粒体内氧自由基的清除能力；并可以通过逆转线粒体水肿和线粒体的跨膜电位来增强抗氧化能力。从而减轻皮质和海马的形态学改变，缩小脑梗死体积，改善脑水肿程度，减少神经元凋亡数量，增加神经元存活率。因此，木犀草素对SIRT3/AMPK/mTOR信号通路的调控为脑缺血患者的神经保护作用提供了可能的机制。

葛根素是是从葛根中分离出来的具有治疗活性的异黄酮类化合物。既往研究[38]表明葛根素能通过调节炎症反应、细胞凋亡和自噬，改善微循环以减轻脑缺血损伤。Wang等[39]探讨了葛根素在MCAO大鼠模型中的神经保护作用及其通过AMPK/mTOR/ULK1信号通路调节自噬的机制，发现葛根素干预模型大鼠后可有效抑制Beclin-1表达，降低LC3-II/LC3-I比值和p-AMPK、pS311-ULK1的水平，并以剂量依赖性减少了海马CA1区自噬小体的形成，显著提高了缺血侧海马p-mTOR和pS757-ULK1水平。这表明葛根素能通过激活APMK-mTOR-ULK1信号通路来减轻自噬，缩小梗死体积，对IS导致的神经损伤有一定的治疗作用。黄亚光等[40]也通过实验证实葛根素能调控APMK-mTOR-ULK1通路，抑制自噬的过度发生，从而减轻神经损伤。

黄芩素是从黄芩根中提取的一种黄酮类化合物，具有减少氧化应激、抗炎、抑制兴奋性毒性、抑制细胞凋亡和神经保护等作用[41]。Yuan等[42]在体内外实验中发现黄芩素能通过调控AMPK/NRF2通路抑制环氧化酶2(COX-2）、前列腺素E2(PGE2）和凝集素样氧化低密度脂蛋白受体1(LOX-1）等炎症介质表达，并能降低TNF-α、IL-6、IL-1β和谷胱甘肽（GSH）水平，从而显著减轻脑水肿和神经功能损伤。结果明确地解释了黄芩素在神经保护作用中的分子机制，并可能为IS的神经保护药物研发提供新见解。

3.2.4木脂素类

五味子甲素（Schizandrin,SA）是从中药五味子中分离而来的木脂素类化合物，具有抗癌、抗炎等多种活性[43,44]。Wang等[45]通过制备缺血缺氧PC12细胞模型来观察SA对自噬的调节作用及其对脑缺血缺氧诱导的细胞损伤的影响。结果发现SA能降低脑缺血缺氧损伤后AMPK磷酸化，并促进mTOR表达，在细胞自噬早期抑制自噬小体的形成，提高细胞存活率，逆转脑缺血缺氧导致的神经细胞死亡。而且应用AMPK诱导剂预处理后会部分逆转SA的保护作用和自噬抑制作用，使用AMPK抑制剂预处理则作用相反。这些发现提示SA能通过调节AMPK/mTOR通路抑制神经细胞自噬，保护缺血缺氧损伤后的神经细胞。

3.2.5皂苷类

竹节参为五加科植物竹节参的根，有良好的抗炎活性[46]。竹节参皂苷Ⅳa(Chikusetsu saponinⅣa,CHS）是从竹节参中分离出的有效成分，具有降血脂、抗炎等作用[47]。Duan等[48]实验发现CHS能通过上调AMPK降低IS损伤细胞中TNF-α、丙二醛（MDA）和Caspase-3的表达，缩小梗死区域，减轻IS后神经细胞损伤，改善神经功能。并发现CHS对AMPK和糖原合成酶激酶3β(GSK-3β）的表达呈浓度依赖性增强，若敲除AMPK上游激酶-肝激酶B1(LKB1）则会显著降低CHS在IS损伤后的神经保护能力。因此，我们认为CHS可能通过AMPK激活LKB1/GSK-3β途径，保护IS后的脑组织。

人参皂苷（Compound K,CK）是人参的主要活性成分，在抗癌、抗炎、抗氧化和神经保护等方面有巨大的医用价值[49]。IS发生后神经细胞会经历氧-糖剥夺/再氧合（Oxygen and glucose deprivation/reoxygenation,OGD/R）这一过程，Huang等[50]研究发现CK预处理可以显著降低OGD/R损伤中AMPK水平，增加mTOR水平，减少ROS生成，减轻线粒体损伤和Ca2+超载来保护神经元免受OGD/R损伤。并通过促进自噬小体形成吞噬前体，减少自噬介导的神经细胞凋亡，从而提高神经细胞活力。同时应用AMPK的抑制剂BML-275和mTOR的抑制剂雷帕霉素亦反证了以上研究结果，证实了CK能通过AMPK/mTOR信号途径调节OGD/R诱导的神经细胞自噬和凋亡。

黄芪甲苷（AstragalosideⅣ，ASⅣ）是从黄芪中提取的主要有效成分，具有抗炎、抗血小板聚集、抑制氧化应激和细胞凋亡等生物活性[51]。张怡等[52]通过离体实验研究表明，ASIV能提高OGD/R后细胞内p-AMPK/AMPK比值及DNA损伤诱导转录因子4(DDiT4）的表达，并降低p-mTOR/mTOR比值，从而激活AMPK/DDiT4/mTOR自噬信号通路，减轻脑组织损伤，缩小脑梗死体积，降低脑组织细胞凋亡率，显著提高神经功能评分。

3.2.6生物碱类

小檗碱（Berberine,BBR）是一种天然的生物碱，存在于毛茛科黄连、小檗科三颗针、芸香科黄柏[53]等中药中。既往研究[54]表明小檗碱有减轻脑水肿和脑损伤，改善血脑屏障通透性和脑组织能量代谢，抑制氧化应激反应和神经元细胞凋亡等作用。Zhu等[55]研究发现BBR可通过激活AMPK来增强脑缺血后小胶质细胞/巨噬细胞M2极化以促进缺血后新生血管生成，并且发现这种保护性作用能被AMPK的抑制剂所逆转。杨鲁杰等[56]也证实了BBR可以上调AMPK，并通过激活自噬，减少神经元凋亡，抑制炎症反应和氧化应激等途径增加IS后神经细胞的能量供应，减轻IS后神经功能损伤。这提示BBR对IS的改善作用可能是通过激活AMPK通路实现的。

青藤碱（Sinomenine,SINO）是从青风藤的根茎中提纯的生物活性碱，具有免疫抑制、减少细胞死亡和氧化应激等作用[57]。Qiu等[16]在MCAO小鼠的星形胶质细胞/小胶质细胞模型中研究了SINO对脑缺血的神经保护作用。结果表明，腹腔注射SINO注射剂能通过激活AMPK信号途径减弱脑缺血半球星形细胞和小胶质细胞的激活，抑制炎症小体NLRP3的激活和相关促炎细胞因子的上调，从而抑制MCAO后的炎症反应，减轻脑梗死和脑水肿程度，延缓甚至抑制神经细胞凋亡，有效改善神经功能缺损。此外，SINO对炎症小体NLRP3的抑制作用可以被AMPK抑制剂所阻断，这进一步证明了SINO能通过AMPK通路抑制NLRP3炎症小体，在IS中发挥了神经保护作用。

3.2.7苯酞类

藁本内酯（Ligustilide,LIG）是伞形科植物川芎和当归的有效成分，具有抗凋亡、抗炎和神经保护等多种活性[58]。Wu等[59]研究发现LIG能通过激活AMPK/线粒体分裂蛋白1(Dynamin-related protein 1,DRP1）通路抑制模型大鼠的海马神经元凋亡，显著增加脑缺血缺氧后ATP的产生，并减少ROS积累和Ca2+超载，诱导细胞自噬，促进细胞有丝分裂，维持细胞能量稳态，从而减轻IS引起的神经损伤。赵丹阳等[60]也通过体外实验发现LIG能激活LKB1/AMPK/mTOR自噬信号通路，上调自噬水平来抑制OGD/R诱导的神经细胞凋亡，保护IS后的神经细胞。

3.2.8多酚类

白藜芦醇（Resveratrol,RES）是从虎杖等中药中提取的一种天然多酚类物质。大量研究表明RES醇具有抗炎、抗氧化特性，并有控制细胞凋亡，促进细胞自噬，改善脑缺血，保护神经细胞等药理作用[61,62]。Wan等[63]研究发现，应用RES治疗MCAO模型大鼠后，能通过抑制磷酸二酯酶（Phosphodiesterase,PDEs）的表达上调MCAO模型中SIRT1和p-AMPK蛋白，激活AMPK/SIRT1信号通路，以促进脑组织ATP水平恢复，改善脑组织能量代谢，从而减少缺血时的能量消耗，保护神经细胞。

3.2.9其他

4,5-O-dicaffeoyl-1-O-[4-malic acid methyl ester]-quinic acid(DCMQA）为牛蒡根的活性成分。Yang等[64]研究发现牛蒡根可缩小IS后脑梗死面积，减轻脑水肿并改善神经功能缺损，其作用机制主要有3个方面：第一，DCMQA可以减轻SH-SY5Y的细胞毒性，抑制脑组织缺血缺氧后细胞内ROS的过度产生，减轻氧化应激和炎症反应；第二，DCMQA可通过降低促凋亡蛋白bax和细胞色素C等的表达，并刺激神经元Bcl-2表达以抑制神经细胞凋亡；第三，DCMQA能下调Beclin 1和LC3的表达，调控AMPK/mTOR信号通路，抑制自噬小体产生，从而减轻细胞自噬。

黄精多糖是黄精的主要活性成分之一，有预防氧化、抑制炎症反应和调节免疫应答等作用[65]。刘垚君等[66]研究发现黄精多糖能通过上调细胞中SIRT1、p-AMPK及过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子1α(Peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1α,PGC-1α）的表达，激活SIRT1/AMPK/PGC-1α通路来降低乳酸脱氢酶（LDH）释放，增加超氧化物歧化酶（SOD）活力和GSH含量，并提高ATP含量及线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ活性，从而显著提高神经细胞活性和存活率，改善线粒体功能并维持线粒体能量稳态，保护神经细胞免受氧化损伤。

4、讨论

缺血性脑卒中（IS）不及时诊治会引发严重后果，包括永久性脑损伤和神经功能缺损，甚至直接或间接导致患者死亡。因此，减少和预防IS所致的神经损伤一直是医学研究的热点，IS各阶段病理机制并不完全相同，能量代谢障碍是缺血缺氧性脑损伤的中心环节。AMPK作为能量应激和代谢的关键传感器，位于多个能量调节途径和代谢通路的交汇点，在IS的发病机制及防治方面已被广泛关注。中医药在IS防治过程中发挥了不可替代的作用。笔者通过回顾大量国内外既往文献，发现中药主要通过调控AMPK/MTOR/ULK1、AMPK/NRF2、SIRT3/AMPK、AMPK/LKB1/GSK-3β、AMPK/DDiT4/mTOR、AMPK/NLRP3、AMPK/DRP1、LKB1/AMPK/mTOR和SIRT1/AMPK/PGC-1α信号通路，在不同维度和靶点预防氧化应激，减轻局部炎症反应和谷氨酸兴奋性毒性损伤，调节受损神经元的自噬和凋亡，缩小梗死区域面积，减轻脑组织水肿，促进病理损伤区新生血管形成，改善线粒体功能，维持能量平衡，从而发挥改善认知与运动功能、促进康复等作用。

虽然大多数研究表明AMPK对于IS而言是一种保护性分子，但有个别研究指出AMPK的过度激活可能对IS不利。持这一观点的学者认为在IS发生早期细胞死亡程序一旦被启动，脑组织能量供应因缺血缺氧不能满足实际需求，AMPK则会在脑中迅速激活，此时若试图从受损的细胞中产生ATP，只会导致损伤恶化和更严重的代谢障碍，形成恶性循环，最终加速神经元细胞死亡[67,68]。笔者发现造成这两种相反观点的原因可能与不同研究的试验设计及实验模型存在差异有关。所以，明确AMPK在同一模型不同缺血阶段的具体作用对于探讨中药调控AMPK在IS不同阶段的作用机制及疗效有着重要意义。此外，在有关AMPK调控自噬改善脑损伤的研究中，诸多研究表明中药干预AMPK相关信号通路防治IS是通过抑制自噬实现的，而小部分研究提出该作用是通过诱导自噬实现的。笔者通过查阅相关文献发现IS发生后适度的自噬可以产生神经保护作用，而过度的自噬则会造成更严重的神经损伤[69,70]。由于不同机体的免疫功能存在差异，中药通过AMPK相关信号通路调控自噬对IS获益需开展更深入的研究，以明确其具体的作用机制。最后需要提出的是，中药干预AMPK防治IS的相关复方及制剂报道较少，且活性成分和作用靶点复杂，较难阐明是通过其中单一成分还是药物组方整体达到的治疗效果，今后应扩大相关中药复方干预AMPK防治IS的研究，并明确复方具体的内在机制，为中医药治疗IS提供更多选择。总之，中药干预AMPK相关信号通路在防治IS中发挥着重要作用，这可能成为IS靶向治疗的有效途径，但其机制复杂，仍需深入研究。

基金资助:国家自然科学基金项目(82104998);天津市教委科研计划项目(2022ZD045);

文章来源:秦文秀,许军峰,高莹等.中药干预腺苷酸活化蛋白激酶相关信号通路防治缺血性脑卒中的研究进展[J].中药新药与临床药理,2023,34(08):