2.1   脊髓损伤后机体的抗氧化机制的启动   脊髓损伤后，人体将启动3层抗氧化机制来抵御氧化应激所造成的氧化损伤：第一层是尿酸和谷胱甘肽等小分子抗氧化剂清除活性氧[20]；当第一层防线的能力不足时，机体激活第二道防线——抗氧化酶(包括超氧化物歧化酶、过氧化"

氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶等)，将活性氧转化为低毒性的小分子[21]；当第二层防线仍不足时，各种氧化剂破坏细胞，将激活第三层防线——各种修复和清除酶，修复受损的细胞和组织[22]。当活性氧与内源性抗氧化防御机制失去平衡时，过多的活性氧会损害细胞核酸、蛋白质、脂质和其他结构成分，激活多种细胞凋亡途径，导致细胞死亡[23-25]。 2.2   天然产物直接清除脊髓损伤自由基   常见的天然产物分类见表1。"

多酚是一类广泛存在于天然植物中的化合物，因其卓越的抗氧化性能在预防医学范围内已经应用了几个世纪。近年来，许多研究表明多酚类天然产物对于活性氧自由基有直接的清除作用，姜黄素是一种天然的具有生物活性的酚类化合物，是天然中草药姜黄的提取物。AK等[26] 通过采用各种体外抗氧化测定方法，发现姜黄素具有有效的超氧阴离子、过氧化氢清除能力。过氧亚硝酸盐是由超氧阴离子和一氧化氮反应产生的细胞毒性中间体，KIM等[27]通过体外实验的方式，发现姜黄素具有过氧亚硝酸盐清除活性。SUMANONT等[28]采用硝普钠生成一氧化氮系统，通过比较多种抗氧化剂对一氧化氮自由基的清除作用，发现姜黄素锰配合物和二乙酰姜黄素锰配合物分别比其母体化合物姜黄素和乙酰姜黄素具有更强的一氧化氮自由基清除能力。 以上研究表明，姜黄素具备显著的抗氧化性能，具有较强的自由基清除作用。不止如此，多酚类天然化合物通过清除自由基保护神经损伤同样也表现出较大潜力，ALVARADO-SANCHEZ等[29]通过建立脊髓损伤大鼠模型，报道了姜黄素的抗氧化作用，他们通过对脊髓损伤大鼠模型腹腔注射姜黄素溶液，同样发现姜黄素可显著降低组织中一氧化氮、羟基自由基和脂质过氧化水平，降低氧化应激，减少脊髓组织的死亡。槲皮素是多酚中具有代表性的类黄酮化合物之一，存在于多种蔬菜、水果中，因其抗氧化、抗炎等多种药理作用而广泛应用于治疗代谢和炎症性疾病[30]，同样可以通过直接清除羟基自由基、超氧阴离子等发挥神经保护作用[31-34]。MISHRA等[35]在多发性硬化(一种中枢神经系统的慢性、炎症性、脱髓鞘疾病，主要影响大脑和脊髓的白质)小鼠模型的自由基清除实验中发现一种芙蓉花萼提取物与α硫辛酸等效，并且其对缓解培养物中铁对神经元损伤的能力优于抗氧化剂α硫辛酸，而芙蓉提取物同样是多酚类天然化合物。多酚类化合物清除自由基的原理主要是因其结构中的酚羟基，酚羟基能够提供高活性的氢原子与自由基发生反应生成一种具有抗氧化性质的物质——苯酚氧自由基，从而将自由基淬灭[36]。  此外，银杏叶提取物、水飞蓟素、橄榄油酚类等多酚类物质同样是活性氧和活性氮清除剂[37-39]，其作用机制与槲皮素、姜黄素相似[40]。 多酚类物质对于活性氧自由基的清除作用，已经被广泛证明，但在脊髓损伤中其直接的自由基清除作用常被其多靶点的抗氧化机制覆盖，这使得单纯针对于天然产物直接脊髓损伤清除自由基的研究较少。 在天然产物的应用方面，许多天然产物如槲皮素由于自身的特性如疏水性等因素[32]，难以穿过血脑屏障，导致其不易被吸收和利用。目前，已有不少研究集中在开发和改进天然药物的递送方式上，以提高生物利用度。白藜芦醇是一种非黄酮类多酚有机化合物，天然存在于葡萄、蓝莓等多种植物的果皮中，是一种天然的抗氧化剂。白藜芦醇是一种难溶性物质，LI等[41]建立脊髓损伤小鼠模型，并设计了壳聚糖改性的空心二氧化锰纳米颗粒，用于递送白藜芦醇以帮助通过血脊髓屏障，提高其水溶性和生物利用度，他们发现白藜芦醇可在损伤部位快速释放，通过催化作用将活性氧直接分解为水和氧，缓解缺氧环境，降低氧化应激，促进了脊髓损伤小鼠运动功能恢复。 天然产物如多酚类在直接清除自由基以改善脊髓损伤后氧化应激方面展现出显著优点，它们不仅具有强大的自由基清除能力，能够有效减少氧化应激反应，保护脊髓组织，而且通常具有较高的安全性，与人体内的生物化学反应更为相容。目前，已有不少研究者着眼于开发和改进天然药物的递送方式，提高其生物利用度，以发挥更大的自由基清除效能。此外，许多天然产物对于调控氧化应激具备多靶点作用，能够发挥更全面的抗氧化能力，甚至促进受损神经细胞的修复和再生。 2.3   天然产物激活相关信号通路降低脊髓损伤氧化应激   人体主要的抗氧化酶包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶等[42]，这些抗氧化酶通过不同的酶促反应清除不同氧化自由基，他们的存在和正常功能能够维持细胞内氧化还原平衡，减轻氧化应激对细胞的损伤。一些研究表明，通过激活某些信号转导通路如核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)/抗氧化反应原件(Antioxidant Response Element，ARE)通路、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路等，可以激活抗氧化酶基因的表达，从而增强体内的抗氧化能力[43-44]，幸运的是，某些天然产物也可以通过调节这些信号转导通路，增加抗氧化酶的合成和释放，减轻氧化应激。 Nrf2是一种重要的转录因子，在正常情况下，Nrf2与其抑制蛋白(Kelch-1ike ECH- associated protein 1，Keap1)在细胞质中结合，处于未激活状态。当细胞受到氧化应激等刺激时，Nrf2会被激活并进入细胞核，与抗氧化反应元件结合，从而启动下游的抗氧化酶基因转录和表达[45-48]。 MAO等[49]通过建立Nrf2保留与Nrf2缺失的脊髓压迫损伤小鼠模型，并对其腹膜内给药萝卜硫素(天然存在于多种十字花科植物中的一种异硫氰酸盐)，发现缺失Nrf2的小鼠在脊髓损伤后表现出更严重的神经功能缺损和脊髓水肿，证明了萝卜硫素可以激活Nrf2导致抗氧化酶上调，减少受损脊髓组织中的炎症，并改善神经功能。 同样，有多项研究报道，姜黄素可以通过激活Keap1/Nrf2/ARE通路以发挥抗氧化作用[50-52]。PARK等[53]利用小鼠大脑皮质细胞进行体外实验，发现姜黄素处理过的细胞Nrf2表达水平增高，并表现出Nrf2向细胞核的转移和ARE基因的转录活性。他们认为这种调节机制是因为姜黄素激活了蛋白激酶Cδ，使p62(也称为螯合体 1，是一种多功能蛋白，参与各种细胞过程，包括自噬和氧化应激)的Ser-351位点磷酸化，磷酸化后，p62获得对Keap1的高亲和力，从而阻止了Keap1对Nrf2的抑制。DAVEREY等[54]通过去除大鼠脊髓背柱白质，并采用经不同溶液处理脊髓背柱的方式，在体外探讨了姜黄素的神经保护作用，发现姜黄素可有效减轻白质细胞凋亡，对于脊髓损伤相关的缺氧、炎症和细胞凋亡确有治疗作用，并且该研究表明Nrf2通路可以通过抑制核因子κB抑制蛋白降解和增加血红素氧合酶1(heme oxygenase-1，HO-1)表达来抑制核因子κB活化，从而降低活性氧产生，同样，核因子κB介导的转录也可以通过减少抗氧化反应元件基因的表达来抑制Nrf2的激活，这两种信号通路将通过串扰的方式共同发挥神经保护作用。 天然产物对于Nrf2/ARE通路的激活是多样的，鼠尾草酸是一种天然存在的邻苯二酚型多酚二萜，常见于迷迭香和鼠尾草中，其抗氧化、抗炎、抗癌和神经保护活性已有广泛报道[55-57]。SATOH等[58]通过一系列的体外实验研究了鼠尾草酸保护神经元免受氧化应激的化学和分子机制，发现鼠尾草酸通过与特定的Keap1半胱氨酸残基结合来激活Nrf2 的转录，从而保护神经元免受氧化应激和兴奋性毒性的影响，并且鼠尾草酸在体外和体内都具有神经保护作用。MILLER等[59]通过对皮质撞击性脑损伤小鼠模型应用鼠尾草酸，同样报道了鼠尾草酸通过激活Nrf2/ARE通路减少氧化损伤、减少神经元细胞骨架分解以及保护线粒体功能等作用；他们还在皮质撞击性脑损伤小鼠模型中研究了Nrf2/ARE通路在皮质和海马体表达的时间过程，发现在没有任何药理激活剂的情况下，即便Nrf2/ARE通路在发生损伤后就被激活，但由于其激活的程度和速度低，内源性抗氧化防御开启缓慢，根本无法有效对抗氧化应激损伤[60]。 PI3K/Akt信号通路是一种重要的细胞内信号转导途径，这一通路的关键基因包括PI3K和Akt，当细胞受到氧化应激刺激时，PI3K被激活并催化磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸转化为磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸，进而募集并激活下游的Akt。激活的Akt可以通过磷酸化作用影响Nrf2的上游调控蛋白，从而解除Nrf2的抑制状态，使其从细胞质转移到细胞核内，进而激活Nrf2/ARE通路，启动抗氧化基因的转录，增强细胞的抗氧化能力。研究表明，多种天然产物可以通过该途径减弱氧化应激来发挥神经保护作用，虾青素是一种天然的酮式类胡萝卜素，广泛存在于生物界中，具有极强的抗氧化能力[61-62]。BRASIL等[63]的实验表明，在抑制PI3K/Akt信号通路或者HO-1亦或是沉默Nrf2时，虾青素对于神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中过氧化氢诱导的氧化损伤的保护作用都会消失，他们认为虾青素是通过激活PI3K/Akt/Nrf2/HO-1轴，减轻了神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中的氧化应激，发挥了对氧化损伤的保护作用。 川芎嗪是从著名中药材川芎中提取的主要活性成分之一，也被称为四甲基比嗪，许多体内和体外实验研究证明川芎嗪可以通过抑制钙离子过载和谷氨酸兴奋性毒性、抗氧化/硝化应激、减轻炎症反应、抗凋亡、保护血脑屏障的完整性以及促进突触可塑性等机制在中枢神经系统疾病的治疗中发挥作用[64]。WANG等[65]通过对脊髓损伤大鼠模型注射川芎嗪、锌原卟啉(一种HO-1抑制剂)和LY294002(一种Akt抑制剂)进行分组对照实验，发现川芎嗪可以通过激活Akt/Nrf2/HO-1信号通路发挥对脊髓损伤大鼠的神经保护作用，改善脊髓损伤大鼠模型的运动功能，降低了脑脊髓屏障的通透性，减少氧化应激、炎症和细胞凋亡。 橙皮苷是来自于柑橘类水果中的一种类黄酮，HEO等[66]通过对脊髓损伤大鼠应用橙皮苷，发现橙皮苷处理显著提高了细胞质Nrf2和核易位Nrf2的蛋白水平。与溶剂处理对照组相比，橙皮苷处理组的HO-1、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性明显增加。这些结果表明，橙皮苷同样可以激活Nrf2/HO-1信号通路发挥神经保护作用。 此外，最近的研究表明橙皮苷的水解产物橙皮素可以通过增强抗氧化酶活性、抑制氧化应激、抑制细胞凋亡和缓解脊髓损伤后的炎症反应发挥对脊髓损伤大鼠的神经保护作用，最终促进脊髓神经功能和组织学恢复。橙皮素表现出一系列生物活性，是治疗脊髓损伤有前途的候选者[67]。 PI3K/Akt信号通路是细胞应对氧化应激的关键机制之一，多种天然产物如虾青素、川芎嗪和橙皮苷等，能够通过激活该通路来减弱氧化应激，发挥神经保护作用。虾青素通过激活PI3K/Akt/Nrf2/HO-1轴，减轻氧化应激对神经细胞的损伤。川芎嗪和橙皮苷同样通过激活Nrf2/HO-1信号通路，改善脊髓损伤大鼠的运动功能，降低氧化应激、炎症和细胞凋亡。这些发现为脊髓损伤的治疗提供了新策略。 沉默信息调节因子1(sirtuin1，Sirt1)/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha，PGC-1α)/动力相关蛋白1(dynamin-related protein 1，Drp1)信号通路在细胞代谢、线粒体功能和氧化应激反应等方面发挥着重要作用，同样是调控治疗脊髓损伤的研究之一，但相比与以上几种通路来说其在脊髓损伤领域的应用研究可能相对较少。在此通路中Sirt1通过去乙酰化作用激活PGC-1α，进而调节线粒体的生物合成和能量代谢。PGC-1α的激活可以进一步影响Drp1的表达和活性，从而影响线粒体的分裂过程，从而适应细胞内的能量需求和氧化应激反应[68-69]。ZHANG等[70]通过对脊髓挫伤大鼠模型腹膜注射咖啡酸苯乙酯进行分组对照实验，发现咖啡酸苯乙酯与Sirt1之间具有很强的结合亲和力，可增加Sirt1的表达，进而使PGC-1α水平升高、Drp1的表达降低，咖啡酸苯乙酯通过抑制脊髓损伤诱导的线粒体过度分裂，减少了线粒体碎片化降低了氧化应激水平。该研究表明咖啡酸苯乙酯正是通过调节Sirt1/PGC-1α/Drp1信号通路和Sirt1水平来发挥抗氧化应激和抗炎作用，它的应用减少了神经组织损伤的面积，增加了神经元存活的数量，同时减轻了脱髓鞘的程度，使得脊髓损伤小鼠获得了更好的运动功能恢复。 山奈酚是一种存在于多种水果、蔬菜和药用植物中的类黄酮化合物，具有抗氧化、抗炎和抗凋亡等多种特性，已被证明可以通过调控PI3K/Akt通路、核因子κB通路以及丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶通路等多种信号通路发挥神经保护作用，包括增强神经元存活、减弱氧化应激、减少神经炎症、促进神经再生和改善认知功能[71]。LIU等[72]的体内实验表明，山奈酚的施用降低了脊髓中的小胶质细胞活化和氧化应激水平，促进了脊髓损伤大鼠后肢运动功能的恢复，改善了脊髓组织损伤；体外研究也表明，山奈酚能够显著抑制脂多糖与ATP导致的小鼠小胶质细胞(BV-2)活化，从而减轻神经炎症，用山奈酚预处理的小鼠小胶质细胞通过抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4减少了活性氧的产生，进而通过下调活性氧依赖性丝裂原活化蛋白激酶/核因子κB通路和细胞焦亡信号通路，降低了氧化应激和炎症反应。 综上，在脊髓损伤的治疗研究中，Sirt1/PGC-1α/Drp1信号通路作为潜在的治疗策略受到了关注。Sirt1通过激活PGC-1α调节线粒体功能和能量代谢，进而影响Drp1的表达和线粒体分裂过程，而咖啡酸苯乙酯通过增强Sirt1表达，展现出对脊髓损伤的抗氧化应激和抗炎作用。同时，山奈酚作为一种类黄酮化合物，通过调控多个信号通路，如丝裂原活化蛋白激酶/核因子κB通路，显示出神经保护作用，包括减轻氧化应激和炎症反应，促进脊髓损伤后的功能恢复。 此外，银杏内酯[73-74]、6’-O-没食子酰芍药素[75]、花青素[76]、葛根素等对于PI3K/Akt通路的调节与虾青素具有相似性[77]，同样可以通过该途径增强抗氧化机制，发挥神经保护作用。 天然产物可以通过调控多种相关信号通路来减少脊髓损伤后的氧化应激，其作用机制错综复杂，调控方式也多种多样，具有多靶点调控、抗氧化能力强、减少炎症反应、促进神经再生和修复等多种优点，使得天然产物在脊髓损伤的治疗中表现出广阔的应用前景。实验证明，部分天然产物可以通过激活多种抗氧化酶通路来增强内源性抗氧化保护机制，这种激活方式更加温和、持久，且符合人体自身的生理需求。此外一些天然产物在促进神经细胞的再生和修复方面也有效果，它们可能通过降低氧化应激、改善炎症环境和细胞代谢、抑制细胞凋亡等过程，促进神经细胞的再生和轴突的重塑。这些作用有助于恢复脊髓损伤后的神经传导功能，改善患者的运动和感觉功能。未来需要进一步的研究来系统地确定相关天然产物在脊髓损伤治疗过程中神经保护作用的潜在机制。 2.4   天然产物激活自噬减弱氧化应激   自噬是一种细胞保护机制，可以促进受损细胞器的回收并降解错误折叠的蛋白质，在脊髓发生创伤之后，自噬的适度激活可以对脊髓神经元凋亡起保护作用[78]。有研究指出，自噬可调节Nrf2的核易位，进而激活Nrf2/ARE通路以发挥抗氧化作用[79]。 紫檀芪是一种来源于紫檀、葡萄、蓝莓等多种植物中的天然化合物，具有抗氧化、抗癌、抗炎和镇痛等多种作用[80]。血管紧张素原基因(ATG5)是自噬过程的关键参与者，HE等[81]通过抑制血管紧张素原基因的表达抑制自噬，逆转了紫檀芪对活性氧产生和细胞凋亡的抑制作用，证明紫檀芪是通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(参与自噬的负调控)信号通路激活脊髓神经元自噬，从而抑制脊髓神经元中活性氧的产生和脊髓神经元凋亡。 同样，胡椒碱是一种从黑胡椒中提取的天然活性生物碱，具有抗氧化、调节免疫、抗抑郁和抗肿瘤等多重功效[82]，ZHANG等[83]对脊髓损伤小鼠模型应用胡椒碱同时使用3-甲基腺嘌呤(一种广泛使用的自噬抑制剂)抑制自噬[84]，发现3-甲基腺嘌呤抑制了胡椒碱激活的神经元自噬-溶酶体通路，并部分逆转了胡椒碱对氧化应激、焦亡和炎症的抑制作用。他们的研究表明，胡椒碱通过诱导自噬抑制活性氧产生，降低氧化应激、减弱焦亡并抑制炎症，促进脊髓损伤的恢复。 综上，自噬作为细胞的天然保护机制，不仅促进受损细胞器和错误折叠蛋白质的回收与降解，在脊髓损伤后，其适度激活对神经元凋亡起到重要保护作用。紫檀芪和胡椒碱作为天然化合物，分别通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路和直接诱导自噬，激活脊髓神经元自噬过程，进而减少活性氧产生、抑制细胞凋亡、降低氧化应激和炎症反应，展现出对脊髓损伤治疗的显著潜力，见表2。目前关于天然产物通过自噬抑制脊髓损伤后氧化应激的研究还处于初级阶段。尽管少数实验证明自噬的适度激活可以通过降低氧化应激发挥对神经元的保护作用，但还需要进一步深入研究和验证，未来的研究可以关注于筛选具有更强自噬激活作用的天然产物，并探究其具体的作用机制和最佳应用方式。 2.5   天然产物调控氧化应激应用于脊髓损伤领域的发展历史   详见图3。"

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