基于均匀设计的川芎抗心肌缺血多组分结构优化文献综述

 2023-02-14 19:49:05
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1.拟研究和解决的问题

心肌缺血（myocardial ischemia）是指心脏的血液灌注减少，导致心脏的供氧减少，心肌能量代谢不正常，不能支持心脏正常工作的一种病理状态。随着人民生活水平的提高，目前心肌缺血在我国的患病率呈逐年上升的趋势。

中药川芎[1]为伞形科藁本属植物川芎Ligusticum chuanxiongHort.的根茎,川芎性温、味辛，微苦。川芎正式入药记载于《神农本草经》：主中风入脑，头痛麻痹。《名医别录》云：除脑中冷动，面上游风去来。医药学家张元素提出上行头目，下行血海即祛风止痛，疏肝活血。2015版药典对川芎的药理作用的记载是：活气行血，祛风止痛。

基于川芎活气行血这一作用，川芎被广泛用于治疗心脑血管疾病，本实验基于均匀设计进行川芎抗心肌缺血多组分结构优化，以期为川芎临床用药和新药开发提供理论依据。

2.采用的研究手段

2.1 心肌缺血模型建立

本实验采用化学造模方式，即采用盐酸异丙肾上腺素诱发大鼠急性心肌缺血

损伤的经典模型

2.2 药物提取

选取课题组前期购买的川芎药材，加10倍量80%乙醇加热回流提取2次，每次1.5小时，过滤，合并滤液。回收溶剂至无醇味，得浓缩液1200 mL。浓缩液经大孔树脂用浓度不同的乙醇溶液洗脱分离（30%洗脱部位为酚酸，75%洗脱部位为内酯），多糖由水提醇沉法提取。洗脱液减压回收溶剂至干150ml，干燥，得川芎各组分。

2.3 实验分组

考察因素为川芎酚酸（X1）、川芎内酯（X2）、川芎多糖（X3），取其不同剂量作为各个水平，选取均匀设计表U7*(74)(表1)，根据其使用表（表2），选择U7*(74)表1,2,3列安排试验，根据川芎的临床给药量和川芎酚酸组分、川芎内酯组分、川芎多糖组分在原药材中的含量，通过计算得到各组分的不同剂量。其试验方案见表3，另外加上空白组、空白模型组、阳性组（见表4）。选取大鼠60只，随机分为10组，每组6只

表1

表2

表3

各配方组药物用量

组别

川芎酚酸

川芎内脂

川芎多糖

配方1

1

2

3

配方2

2

4

6

配方3

3

6

2

配方4

4

1

5

配方5

5

3

1

配方6

6

5

4

配方7

7

7

7

表4

实验分组

组别

指标检测

空白组

阳性组（盐酸地尔硫卓）

空白模型组

配方1

配方2

配方3

配方4

配方5

配方6

配方7

2.4 给药方式

空白组6只，尾静脉注射生理盐水，灌胃生理盐水；

空白模型组6只，尾静脉注射异丙肾上腺素（iso），灌胃生理盐水；

阳性组6只，尾静脉注射iso，灌胃盐酸地尔硫卓；

各个配方组，每组6只，共42只，尾静脉注射iso，灌胃各个配方组对应组分（见上表3）。

（尾静脉注射为等剂量注射）

2.5 指标检测

lCK（血清肌酸磷酸激酶）

lLDH（乳酸脱氢酶）

lcTnI

l心肌梗死面积

lSOD

lMDA

归一化加权选择法进行多目标优化，研究采用专家评估法确定权系数, 即根据各指标与心肌缺血损伤的关联程度 ,由王永炎院士等同行专家独立地给出各指标权系数的数值, 以加权平均值的办法综合所有专家意见, 经过规范化处理后, 本研究权重系数为: 对心肌缺血的直观指标的CK、LDH、cTnI 、心肌梗死面积指标取权重为 6 ; 对辅助指标SOD、MDA取权重为1[2][3][4]

归一化处理可统一基本度量单位，同时消除不同量纲对变量的影响。用以下公式对实验数据进行［ 0，1］ 的范围内的归一化处理。

最后建立回归模型及分析。

3.文献综述

另附

学生签名： 年 月 日

指导教师意见：

指导教师签名： 年 月 日

所在教研室审查意见：

负责人签名： 年 月 日

填写说明

1.指导教师意见填写对文献综述的评语，对本课题的深度、广度及工作量的意见和对论文结果的预测；

2.所在教研室审查意见包括对指导教师意见的认定和是否同意开题等。

参考文献：

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川芎抗心肌缺血有效成分及其多组分优化配比的研究进展综述

[摘要] 中药川芎是伞形科藁本属植物川芎(Ligusticum chuanxiong Hort)的根茎，性温、味辛、微苦，具有活血行气祛风止痛的功效。基于川芎有良好的抗心肌缺血的作用，临床上主要将其用作治疗心脑血管的药物。川芎主要含有内酯、生物碱、酚酸及多糖等组分，其抗心肌缺血作用主要通过改善血管内皮功能，增加冠状动脉血流量，降低血流阻力及血压，抗氧自由基、抗血小板聚集、抗血栓形成等方面实现。本文主要对近年来川芎多组分对抗心肌缺血的有效成分及其作用机制进行综述，建议优化川芎对抗心肌缺血作用的多组分结构，为川芎的临床应用及其新产品开发提供依据。

[关键词] 川芎；多组分；心肌缺血；均匀设计; 优化

心肌缺血是指心脏的血液灌注减少，导致心脏的供养减少，心肌能力代谢不正常，不能支持心脏正常工作的一种病理状态[1]。引起心肌缺血的原因有很多，血压降低、主动脉供血减少、冠状动脉堵塞、心瓣膜病、血液粘度变化、心肌本身病变等。其中最常见的原因是冠状动脉粥样硬化。已有大量实验表明川芎中的多种成分如川芎内酯、酚酸、多糖、生物碱等对抗心肌缺血都有良好的药理作用，可能与川芎的辛温升浮，为少阳引经，乃血中之气药（《本草从新》）的特点有关。本文首先简要介绍了川芎的主要化学成分：内酯、酚酸、生物碱和多糖，同时简述了其作用机制：改善血液流变学指标、抗氧化、抑制细胞凋亡、抑制钙超载和调节血管活性物质。最后介绍了基于均匀设计的川芎多组分结构优化的优势。

1.川芎化学成分

川芎含有内酯类、酚酸类、生物碱、多糖等多种类型的化学成分。

1.1 内酯类化合物

川芎中的内酯类化合物种类众多，曾志[2]等用超临界CO2提取方法提取出z-藁本内酯(z-ligustilide)、丁基酞内酯（butylphthalide）、丁烯基酞内酯（butylidenephthalide）、4-羟基-3-丁基呋内酯（senkyunolide）、川芎内酯A（senkyunolideA）和川芎内酯I（senkyrunolide I），阮琴[3]等用超临界流体萃取法提取出新蛇床内酯（neocnidilide）等。

1.2 酚酸类

川芎中酚酸类化合物主要存在于挥发油和川芎水溶性部位，郝淑娟[4]等用95%乙醇从川芎提取物中分离出阿魏酸（ferulic acid）、咖啡酸（caffeic acid）和琥珀酸（succinic acid），阮琴[3]等用中性乙醇提取出软脂酸（palmitic acid）、油酸（oleic acid）和十八碳二烯酸（9,12-octadecadienoic acid）等。

1.3 生物碱

马丽娜[5]等用8倍90%乙醇提取出川芎嗪（tetramethylrazine）、三甲胺、腺嘌呤、腺苷、尿嘧啶等。这些生物碱均为小分子化合物，且含量低[6]。

1.4多糖

川芎中多糖的含量约5.71%。孙晓春[7]等人用水提醇沉法提取川芎多糖，经DEAE-纤维素柱层析法纯化，得到了LCXP-1，LCXP-2，LCXP-3三部分多糖。其中，LCXP-1和LCXP-2都是由甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖组成，而LCXP-3则是由甘露糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖醛酸组成。

2．川芎抗心肌缺血作用机制

川芎抗心肌缺血作用机制主要有改善血液流变学指标、抗氧化、抑制钙超载、抑制细胞凋亡、调节血管活性物质、促血管生成、保护线粒体等[8~9]。

2.1改善血液流变学指标

研究发现川芎酚酸对改善血液流变学指标有重要作用，尤其是与赤芍总苷连用时。刘建刚等人将川芎、赤芍有效部位的提取物川芎酚酸和赤芍总苷进行不同比例配比，观察不同比例下的川芎酚酸和赤芍总苷的混合物对肾上腺素致大鼠血瘀症血液流变学指标的影响。结果表明川芎酚酸和赤芍总苷提取物不同比例下的混合物都能一定程度降低大鼠血液粘度、改善红细胞变形能力、减低红细胞集聚指数和抑制血小板聚集性作用[10]。

2.2 抗氧化

缺氧可以使血管内皮细胞产生大量活性氧从而加速内皮细胞的凋亡，最终导致血管内皮功能出现异常，因此，抗氧化作用是治疗心肌缺血的重要机制之一。

况余金[11]等人研究川芎嗪注射液对冠心病患者抗氧化能力作用时发现观察组治疗后的患者体内丙二醛含量低于对照组，超氧化物歧化酶含量高于对照组，观察组治疗后的总抗氧化能力高于对照组，(plt;gt;

川芎多糖也有较好的抗氧化作用，范志超等[12]人研究发现川芎多糖半成品LCP和LCP-2对羟基自由基有强抑制生成作用，并且具有良好的量效关系；低浓度LCP-2对氧自由基有强清除作用，高浓度LCP-2对羟基自由基有强清除作用；LCP对二者均有消除作用。LCP-1具有适中的抗自由基活性。

此外，川芎酚酸也有很强的抗氧化活性，对过氧化氢超氧自由基、轻自由基、过氧化亚硝基都有强烈清除作用[13]。

2.3抑制细胞凋亡

缺氧导致的细胞凋亡加速会使血管病变，从而加重心肌缺血症状。

Bcl-2即B淋巴细胞瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2）。根据结构和功能可将Bcl-2基因家族分为两类，一类是如Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w等的抗凋亡基因；一类是如Bax、Bak、Bad等的促凋亡基因。其中Bcl-2和Bax是与细胞凋亡密切相关的基因，两者的表达强度决定了细胞的凋亡与存活[14]。

在川芎嗪与Bcl-2的表达量的相关研究中，曲友直[15]等人发现川芎嗪干预组与缺血再灌注组比较Bcl-2蛋白阳性细胞数目增多，川芎嗪可上调Bcl-2蛋白及下调Bax蛋白的表达。因此，川芎嗪具有一定抑制细胞凋亡的作用。有研究人员将阿魏酸和川芎嗪进行结构修饰得到一种新化合物-阿魏酸川芎嗪后发现阿魏酸川芎嗪可提高 Bcl-2/Bax 比值和降低心肌细胞凋亡指数，体现了阿魏酸川穹嗪对缺血再灌注损伤心肌的良好保护作用。

除川芎嗪外，川芎内酯也可一定程度抑制细胞凋亡。高伟[16]等人研究发现川芎内酯A预处理后一方面可能减少血管内皮细胞IL-1beta;的产生,从而对血管内皮细胞产生一定保护作用，另一方面能使心肌缺血后上升的TXB2/6-Keto-PGF1alpha;比值下降通过使血管舒张起到对内皮细胞的保护作用。

2.4 抑制钙超载

细胞液钙浓度的升高被认为是细胞凋亡的使动因素，钙浓度升高可导致一连串的变化，主要是激活各种与细胞凋亡相关的酶。在心肌缺血过程中，心肌细胞内的Ca2 聚集加速心肌细胞凋亡，造成心肌损伤。因此，抑制钙超载对抗心肌缺血有重要意义。

夏腊梅等[17]研究发现川芎嗪不仅能抑制细胞外Ca2 内流，同时也能抑制细胞内Ca2 释放，更深一步研究发现川穹嗪可改善心肌缺血时心肌细胞核膜Ca2 -ATP酶活性降低情况，从而川穹嗪被认为是一种钙拮抗剂。因此，川芎嗪阻断钙通道和稳定细胞膜的药理作用可在一定程度上提高心肌组织的耐缺氧能力，对缺血心肌起到保护作用。

除此之外，川芎内酯也可以通过抑制电压依赖型Ca2 通道和配体控制Ca2 通道阻止Ca2 内流和释放，起到舒张血管和保护受损内皮细胞的作用[21]。

2.5调节血管活性物质

2.5.1 NO和ET

血管内皮细胞可分泌一些血管活性物质如具有收缩血管作用的内皮素（ET）和舒张血管作用的（NO），血管舒张与收缩物质的动态平衡对维持机体健康有重要作用，若两者失衡会引起一系列心血管疾病。NO具有松弛血管平滑肌、舒张血管、抑制血小板聚集和抑制内皮细胞增殖的作用,并且能稳定溶酶体细胞膜和抗氧自由基损伤；ET具有强烈的收缩血管的作用，（ET-1）水平升高可使血管痉挛，促使血栓形成从而诱发动脉粥样硬化。因此，调节NO和ET平衡显得尤为重要，它是体循环调节和局部血流灌注的主要决定因素。

研究发现川芎嗪可以减少应变力诱导的ET-1分泌、活性氧的形成和细胞内信号调节激酶（ERK）1/2的磷酸化，并且降低应变力引起的激活蛋白-1的活性。说明川芎嗪能从某种程度上通过减少活性氧的形成而干扰EKR1/2途径，从而抑制ET-1的基因表达[18]。邓春雷[19]等人研究发现川芎嗪能促进血管内皮细胞分泌NO从而起到舒张血管作用。

2.5.2TXA2和PGI2

TXA2是血栓素A2，是一种血栓素，由血小板释放，能促使血小板聚集，还有轻微缩血管作用。PGI2扩血管和使血小板解聚的作用很强，是TXA2的对抗剂。它们是一对调控血管壁紧张性和血管内血流量的重要体液因子,它们的动态平衡对维持微血管流态起着重要的作用。缺血缺氧可扰乱PGI2/TXA2的动态平衡,使微血管强烈收缩、微血管内血栓形成与堵塞,这是造成心肌缺血再灌注损伤的主要原因。缺血缺氧时,一方面血管内皮细胞受损, PGI2生成减少;另方面又使血小板释放TXA2增多,所以产生强烈的血管收缩和血小板聚集现象并进一步释放TXA2,最终促使血栓形成和血管堵塞,造成组织损伤。

徐正[20]等实验结果表明使用川芎嗪保护后，大鼠缺血再灌注损伤明显降低，且心肌组织和血浆中的TXA2含量显著减少。可以认为川芎嗪能改善缺血缺氧时PGI2/TXA2严重失衡所致的微血管强烈收缩和微血管内血栓形成与堵塞,遏制无复流现象,从而起到良好的抗心肌缺血再灌注损伤的作用。

3.采用均匀设计优化川芎多组分结构

均匀设计将试验有关因素的各水平数均匀分散在实验范围内, 使每一个试验点都有更好的代表性,减少了实验次数,且实验结果可用计算机处理,在寻找最佳实验条件、最佳配比等方面是选择优化条件的有力工具,因而大量运用于中药制剂的提取工艺、成型工艺的研究[21]。

3.1均匀设计[22-24]

均匀设计是继60年代华罗庚教授倡导、普及的优选法和我国数理统计学者在国内普及推广的正交法之后，由中国科学院应用数学所方开泰教授和王元 院士于 1978 年提 出的一种试验设计方法 。均匀设计是统计试验设计 的方法之一 ，它与正交设计、最优设计、旋转设计、稳健设计和贝叶斯设计等相辅相成.试验设计就是如何在试验域 内最有效地选择试验点通过试验得到响应的观测值 ，然后进行数据分析求得达到最优响应值的试验条件 。因此 ，试验设计的目标，就是要用最少的试验取得关于系统的尽可能充分的信息均匀设计即可以较好地实现这一目标，尤其对多因素、多水平的试验 。

例如我国在导弹设计中，曾提出5因素，31水平，总次数不超过50 次的实验 ，如用全面实验需2800多万次，用正交设计最少也得 961 次。当时，用 国内外现有的试验方法都不行，采用全新的试验设计均匀设计 。仅做 31 次，31 个水平，效果与2800 万次相当，其优越性非常突出。

3.2均匀设计应用

均匀设计法在中药研究领域中应用极为广泛。例如魏凤玲[25]等采用均匀设计安排 实验,以三七总皂苷的含量作为考察指标,考察了提取时间、提取次数、乙醇浓度、乙醇用量、三七粒度等5个因素对三七总皂苷提取率的影响,优选出合理提取工 艺 : 用6倍量的75 %乙醇回流4次,每次0.5 h , 三七粒度4.0 mm 的 条件 为 最佳提取工艺；欧立娟[26]等则以干姜，陈皮提取物这2个因素对其抗心肌缺血的配比进行优化：干姜、陈皮提取物最佳剂量组合为0.255 mL／kg、0.141 mL／kg。结论：干姜、陈皮提取物配伍对大剂量ISO致大鼠心肌缺血具有保护作用。两者最佳配比约为2：1； 黄保民[27]等优化怀菊花总黄酮的提取工艺等等, 不胜枚举。

[结语]综上所述，川芎抗心肌缺血的作用机制较为全面，主要有调节血管活性物质、抑制细胞凋亡、抑制钙超载、抗氧化和改善血液流变学指标，川芎中的内酯、多糖、生物碱、酚酸等组分能从各个方面发挥抗心肌缺血的作用。而均匀设计方法，又能通过最少实验取得最优响应值的试验条件，因此采用此方法研究内酯，多糖，酚酸的最佳优化配比，从而为对川芎的临床用药提供新的依据和方向。

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