图4 具有抗缺氧作用的皂苷类单体化合物结构式
Fig.4 Structure formula of saponin monomer compound with anti-hypoxia effect
积雪草苷(asiaticoside，20)为中草药积雪草五环三萜皂苷类提取物，能够减少心肌氧自由基MDA生成，增加心肌氧自由基清除剂SOD的生成等途径，增强心肌细胞抗氧化能力；通过抑制NF-κB的生成及减少心肌细胞凋亡，发挥对心肌细胞缺血缺氧损伤的保护作用[31]。
三七皂苷R1(notoginsenoside R1，21)是从中药三七中分离出来的活性成分，对神经损伤具有保护作用，可以减少脑缺血损伤小鼠的脑梗死面积，减少缺氧诱导的心肌细胞凋亡。通过下调NF-κB信号，减轻缺氧诱导PC12心肌细胞损伤[32]。
黄芪甲苷(astragaloside A，22)是一种羊毛脂醇形的四环三萜皂苷，为黄芪药材的定性定量指标，是黄芪的主要有效成分。黄芪甲苷可通过调节线粒体形态动态稳定，维持线粒体功能，抑制ROS过度合成，改善氧化应激内环境，并减轻细胞凋亡，从而发挥抗心肌细胞缺氧复氧损伤作用[33]。
2.5 萜类及挥发油
龙胆苦苷(gentiopicroside，23)(见图5)属于裂环环烯醚萜类化合物，主要从龙胆科龙胆属植物龙胆和秦艽中提取，具有抗炎、保肝、利胆等作用。Chen等[34]研究发现，龙胆苦苷可通过激活AMPK/Nrf2信号通路，发挥抗氧化作用和调节机体能量代谢，进而保护缺氧缺血性脑损伤大鼠心肌线粒体，并修复心肌组织损伤。
图5 具有抗缺氧作用的萜类及挥发油单体化合物结构式
Fig.5 Structure formula of terpenoids and volatile oil monomer compound with anti-hypoxia effect
西红花苷(crocin，24)是西红花的主要活性成分之一，能通过上调Bcl-2表达，下调Bax和caspase-3表达，抑制缺血缺氧损伤大鼠的心肌细胞凋亡，进而缓解心肌组织氧化应激损伤[35]。
芍药苷(paeoniflorin，25)是存在于赤芍、白芍和丹皮等中药中的一种蒎烷单萜苷，可激活SIRT1/NF-κB信号通路，降低新生大鼠脑组织的氧化应激损伤，并改善其认知功能[36]。
丹参酮ⅡA(tanshinone ⅡA，26)为二萜化合物，是丹参的主要活性成分，具有抗氧化、抗炎及保护血脑屏障等作用。可通过降低海马氧化应激水平、提高氧自由基清除能力而保护海马神经元，进而改善高原缺氧致大鼠认知功能障碍[37]。
β-细辛醚(β-asarone，27)是石菖蒲挥发油的主要成分，占挥发油成分的83.75%。β-细辛醚极易透过血脑屏障，可抑制缺血再灌注脑损伤大鼠神经细胞凋亡。Ma等[38]研究发现，β-细辛醚可作为配体结合到NMDAR，刺激NR2B基因表达升高，调节NMDAR功能并减弱NMDAR过度激活，抑制缺氧造成的细胞凋亡，产生保护缺氧损伤PC12细胞的作用。
2.6 生物碱类
东莨菪碱(scopolamine，28)(见图6)是中药洋金花中的指标性成分，为M胆碱受体阻断药，临床可有效改善新生儿缺血缺氧性脑病患儿的临床症状，对重型颅脑损伤也有保护作用。Wang等[39]研究发现，东莨菪碱可下调Bax及上调Bcl-2的表达，抑制H/R诱导的心肌细胞凋亡，降低MDA、LDH和CK水平，减轻H/R诱导的心肌细胞氧化损伤，通过调控微小RNA-15b的表达而抑制PI3K/Akt信号通路的活化从而保护H/R损伤的心肌细胞。
图6 具有抗缺氧作用的生物碱类单体化合物结构式
Fig.6 Structure formula of alkaloid monomer compound with anti-hypoxia effect
氧化苦参碱(oxymatrine，29)是苦参中主要活性成分，具有抗炎、抗凋亡、抗氧化等药理活性明显抑制作用，临床常用于辅助治疗肝炎、肿瘤等疾病。它可通过抑制TGFβ1/Smad3通路来减轻缺氧缺血诱导的细胞线粒体功能障碍、氧化损伤和凋亡，从而保护角质形成细胞的存活，具有治疗慢性创面愈合的潜力[40]。
黄连素(berberine，30)，是从黄连根茎中提取的一种生物碱，具有抗炎、抗氧化和抗癌等多种药理作用。它可上调miRNA-29b表达，负向调控其靶基因PTEN蛋白的表达，发挥其对H/R损伤H9c2细胞的保护作用[41]。
3 中药提取物抗缺氧作用
Shi等[42]采用水提-醇沉法从蕨麻(Potentilla anserina L.)中制备得到蕨麻多糖，发现蕨麻多糖可显著降低缺氧大鼠脑、肺含水量，通过降低脑、肺组织MDA和IL-1β含量，并提高SOD活性，从而有效抑制缺氧引起的脑水肿和肺水肿。铁皮石斛多糖可以清除氧自由基，升高Bcl-2、降低Bax蛋白的表达，发挥抗氧化及抗细胞凋亡作用，增强H/R损伤视网膜组织对缺血、缺氧的耐受力[43]。枸杞多糖是枸杞果实中重要活性成分，可以抑制缺糖缺氧损伤后的HK-2细胞凋亡，并促进其增殖，从而降低肾缺血缺氧损伤，其机制可能与改善线粒体功能、抑制细胞自噬蛋白表达有关[44]；还可降低大鼠血清乳酸和尿素氮水平，增加肝脏和肌肉糖原含量，延长力竭游泳时间，能延长常压缺氧试验中小鼠缺氧存活时间，表明枸杞多糖具有抗疲劳和抗缺氧作用[45]。Tao等[46]发现，黄芪水提物可降低高原缺氧大鼠血清、脑、肝脏和肌肉组织BUN、LD、LDH含量，升高GSH、HG、MG含量，显著延长缺氧大鼠力竭游泳时间，对高原缺氧引起的运动能力降低具有改善作用；还可调节4E-BP1/mTOR/P70S6K信号通路，减轻氧化损伤，抑制细胞凋亡，改善海马组织CA1区组织形态，减轻神经元损伤程度，从而发挥对高原认知功能损伤的保护作用。黄芪多糖可促进p-Akt、p-mTOR、Bcl-2的表达，抑制Cleaved Caspase-3、Bax、Beclin1、LC3-Ⅰ、LC3-Ⅱ、P62的表达，使Bcl-2/Bax比值显著升高，LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值显著降低，激活Akt/mTOR通路，从而抑制H/R诱导的乳鼠心肌细胞凋亡与自噬[47]。北五味子多糖能显著延长小鼠负重游泳时间及常压耐缺氧时间，降低小鼠血清乳酸和血清尿素氮的浓度，提高运动后乳酸脱氢酶活性和小鼠体内肝糖原的储备量，具有良好的抗缺氧、抗疲劳活性[48]。山药多糖可抑制缺氧的神经细胞线粒体损伤，下调Caspase-3、Bax mRNA等凋亡相关基因与蛋白的表达，上调Bcl-2 mRNA及蛋白的表达，提高Bcl-2/Bax mRNA及蛋白的比例，有效抑制神经细胞缺氧性凋亡及H/R诱导的神经细胞早期凋亡[49]。党参多糖能显著改善缺氧缺血性脑损伤模型大鼠神经功能，减轻脑水肿和病理改变，其机制可能与介导Nrf2信号通路，抑制细胞凋亡，降低Bax表达，上调Bcl-2表达，增加bFGF、BDNF、PSD95、SYP、Nrf2和HO-1表达有关[50]。太子参多糖预处理心肌细胞可明显降低H/R诱导的心肌细胞LDH释放量及RIPK3表达的水平，减少心肌细胞死亡数量，减轻心肌细胞坏死的损伤程度，在H/R诱导的心肌程序性坏死中起保护作用[51]。地黄多糖能够改善抗氧化酶活性，上调抑凋亡基因Bcl-2表达、下调促凋亡基因Bax表达，提高Bcl-2/Bax表达,以及抑制促凋亡蛋白Caspase-3表达，通过抑制氧化应激损伤和细胞凋亡，对H/R损伤乳鼠心肌细胞起到一定的保护作用[52]。当归多糖可上调Nrf2表达，提高心肌细胞内抗氧自由基酶的表达，降低由H/R所导致心肌细胞的氧化应激反应，从而抑制心肌细胞凋亡[53]。灵芝多糖可以抑制H/R诱导的心肌细胞凋亡，减少ROS产生，促进超氧化物歧化酶的表达，使线粒体膜电位升高，减少线粒体细胞色素C向质的释放，保护心肌细胞免受H/R损伤[54]；还可改善缺氧诱导的氧化应激，减少缺氧损伤引起的人脐静脉内皮细胞的凋亡[55]。此外，白术多糖可改善缺氧对神经细胞生长的抑制，抑制H/R诱导的神经细胞早期凋亡[56]。黄精多糖可通过抑制TLR4-MyD88-NF-κB信号通路及抑制凋亡，发挥对H/R诱导的H9c2心肌细胞的保护作用[57]。白扁豆多糖可增强H/R损伤胎鼠大脑皮层神经细胞的活性，减少细胞凋亡[58]。天冬多糖可上调E钙黏素表达，下调N钙黏素和波形蛋白表达，通过逆转缺氧诱导的上皮间质转化，抑制缺氧诱导的人肝癌细胞迁移[59]。
茶多酚是一类从茶叶中提取的多酚类复合物，具有强大的抗氧化和抗炎能力，在降压、降脂等保护心血管方面具有很好的作用。茶多酚能够降低MDA含量及增加CAT、SOD和GSH-Px的活性，减少MPO、IL-1β、TNF-α和IL-6含量，抑制MAPK/NF-κB通路相关蛋白p38、JNK、ERK1/2和p65的表达，发挥抗氧化及抗炎作用，进而保护H/R损伤的H9c2大鼠心肌细胞[60]。蕨麻正丁醇提取部位能够提高低压低氧大鼠脑组织抗氧化能力，提高对自由基的清除力，减轻膜脂质过氧化损伤，进而保护脑组织免受低压低氧损伤[61]。蕨麻多酚能够通过下调心肌细胞p53和Bax水平，上调Bcl-2表达，抑制心肌细胞凋亡，从而减轻缺氧导致的心肌损伤[62]。
Sun等[63]采用D-101大孔树脂从九龙藤分离得到其总黄酮，纯度为48.95%。后经其课题组研究发现，九龙藤总黄酮可下调LC3、P62基因及Cathepsin D蛋白表达，上调P62蛋白表达，减小LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值，抑制自噬，从而减轻心肌缺血/缺氧损伤[64]。Liu等[65]采用80%乙醇超声提取得到橘络黄酮粗提物，经大孔树脂分离得到橘络黄酮，纯度为52%，并研究发现橘络黄酮可抑制细胞内TR3向线粒体移位，提高缺氧肠平滑肌细胞线粒体膜电位水平，同时降低caspase-3和caspase-8酶活性，抑制线粒体凋亡通路的活化，继而保护肠平滑肌细胞免受缺氧损伤。山楂叶总黄酮可通过调控miR-133b靶向下调RBMX的表达改善H/R诱导的神经细胞损伤[66]。刺五加总黄酮可明显抑制血清中TNF-α的表达，促进NGF和BDNF的表达，调控脑组织HDAC1和KCC2 mRNA和蛋白表达，从而发挥对新生缺血缺氧性脑损伤大鼠脑组织的保护作用[67]。Gong等[68]发现，主要成分为黄酮类化合物的银杏叶提取物可降低高原低氧诱导引起的脑含水量的升高，对低氧暴露下血脑屏障通透性增高具有一定抑制作用。
人参果总皂苷是五加科植物人参(Panax.ginseng C.A.Mey)果实中主要有效成分，可通过增加细胞增殖率，减轻细胞自噬，升高SOD含量，降低MDA和LDH含量，从而减轻H/R诱导的人脐静脉内皮细胞损伤[69]。三七总皂苷是中药三七的主要活性成分，可降低自噬相关蛋白Atg5、Beclin-1表达和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，提高磷酸化的PI3K、Akt、mTOR蛋白表达，通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，从而减轻H/R诱导的H9c2细胞损伤[70]。
当归挥发油可降低自噬相关蛋白Beclin-1的表达及LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值，通过抑制自噬而降低H/R诱导的心肌细胞损伤[71]。Li等[72]采用水蒸气蒸馏法从白术根茎中提取得到白术挥发油，发现其具有良好的DPPH清除能力，且连续灌胃白术挥发油28天能显著延长小鼠常压缺氧下存活时间和断头喘气时间，增加亚硝酸钠中毒后呼吸次数，显著降低血MDA水平并提高SOD、CAT活性，具有良好的抗缺氧作用。藏荆芥挥发油可显著延长小鼠常压耐缺氧存活时间和断头后张口喘气时间，具有良好的抗缺氧作用，还可明显延长小鼠力竭游泳时间，增加肝糖原和肌糖原含量，具有良好的抗疲劳作用[73]。
麻花秦艽醇提物可提高高原缺氧大鼠心肌组织和脑组织SOD及CAT活性，降低MDA和NO含量，提高心肌及脑抗氧化能力；降低脑组织中乳酸脱氢酶的活力和乳酸的含量，升高心肌及脑组织ATP酶活性及含量，升高心肌组织Na -K -ATP酶和Ca2 -Mg2 -ATP酶含量，调节心肌及脑能量代谢；降低肺组织炎症相关因子IL-6、IL-1β、TNF-α的含量，从而降低高原缺氧导致的心肌、脑及肺损伤[74]。矮垂头菊乙醇提取物在体外具有良好的自由基清除活性，尤其是对超氧阴离子的清除作用优于维生素C，能够显著延长缺氧常压密闭小鼠的存活时间，提高缺氧小鼠心脑组织中SOD、CAT和GSH-Px的活力，对缺氧小鼠心脑组织损伤具有良好的保护作用[75]。丹参水提取物可通过激活PI3K/Akt信号通路，提高Akt蛋白的磷酸化和Bcl-2/Bax比值，减轻心肌细胞的凋亡，进而发挥对急性心肌缺氧缺血大鼠的保护作用[76]。
4 中药复方抗缺氧作用
中药复方是由两味或两味以上药味配伍组成，其以低毒、高效、安全的优势在抗缺氧损伤的药物研发中发挥着重要作用。复方中不同药物的化学成分协同作用于机体，可以多靶点、多层次发挥抗氧化、抗凋亡和调节细胞能量代谢等作用，改善由缺氧引起的机体各部位损伤，继而抑制缺氧相关疾病的发生发展。如生脉散可降低急性缺氧引起的血清促红细胞生成素、心钠素、N-脑钠肽、肾素、血管紧张素Ⅱ及醛固酮含量的升高，从而预防急性高原病[77]。相关抗缺氧中药复方及其作用机制见表1。
表1 抗缺氧中药复方及其作用机制
Table 1 Anti-hypoxia Chinese herbal compound and its mechanism
续表1(Continued Tab.1)
