王明智 梅志剛 曾永保 劉曉潔
(三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院國家中醫(yī)藥管理局中藥藥理三級科研實驗室,湖北 宜昌 443002)
葛根素通過激活膽堿能抗炎通路抑制大鼠腦缺血再灌注損傷
王明智 梅志剛 曾永保 劉曉潔
(三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院國家中醫(yī)藥管理局中藥藥理三級科研實驗室,湖北 宜昌 443002)
目的從膽堿能抗炎通路方面探討葛根素對大鼠腦缺血再灌注損傷的保護作用機制。方法130只大鼠隨機分為5組:假手術(shù)組、模型組、葛根素組、α銀環(huán)蛇毒素組和尼古丁組。葛根素組、α銀環(huán)蛇毒素組大鼠尾靜脈注射葛根素,尼古丁組尾靜脈注射尼古丁,預(yù)給藥5 d后,應(yīng)用線栓法建立大鼠右側(cè)大腦中動脈閉塞再灌注模型。缺血再灌注即刻,α銀環(huán)蛇毒素組尾靜脈注射α銀環(huán)蛇毒素。觀察各組動物神經(jīng)功能損傷評分、海馬區(qū)腦組織病變,檢測缺血側(cè)腦組織炎癥因子含量。結(jié)果尼古丁和葛根素均能減輕模型大鼠的神經(jīng)功能損害,改善海馬區(qū)腦組織炎癥細胞浸潤,降低促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α含量,升高抗炎因子IL-10含量;α銀環(huán)蛇毒素可阻斷上述抗炎效應(yīng);尼古丁與葛根素抗炎效應(yīng)無顯著性差異。結(jié)論葛根素對大鼠腦缺血再灌注炎癥損傷有保護作用,可能是通過激活膽堿能抗炎通路完成的。
膽堿能抗炎通路;葛根素;腦缺血再灌注;炎癥
腦缺血再灌注損傷是腦卒中的重要環(huán)節(jié),而炎癥損傷是其重要的病理機制之一。葛根素是從中藥葛根中提取的異黃酮類化合物,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于急性腦梗死,且療效顯著〔1〕。新近研究發(fā)現(xiàn),膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)是一種神經(jīng)與免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的炎癥調(diào)節(jié)機制,能通過傳出迷走神經(jīng)刺激,釋放乙酰膽堿(Ach),并特異性結(jié)合于組織巨噬細胞表面的含α7亞基的煙堿受體,抑制致炎細胞因子釋放;具有快速、直接、局限、整合地調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的特點〔2〕。本課題從CAP方面探討葛根素對大鼠腦缺血再灌注損傷的抗炎保護作用的潛在機制。
1.1 材料
1.1.1 動物 SD雄性大鼠130只,清潔級,體重250~300 g,購自華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院實驗動物中心,自由飲水和攝食,環(huán)境溫度20℃ ~22℃,相對濕度70%。
1.1.2 藥物 葛根素(瑞陽制藥有限公司),α銀環(huán)蛇毒素、尼古丁(Sigma公司)。
1.1.3 主要試劑與儀器 大鼠白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-10(IL-10)ELISA檢測試劑盒(武漢博士德生物工程有限公司),大鼠白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)ELISA檢測試劑盒(R&D公司)。DMR型多功能顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)(德國Leica公司),TYPE1500-458型全波長酶標儀(美國THERMO公司)。
1.2 方法
1.2.1 分組 130只大鼠隨機分為5組:假手術(shù)組,模型組,葛根素組,α銀環(huán)蛇毒素組,尼古丁組;各組又分3個不同的再灌注時間段:再灌注1 d(每組8只)、再灌注3 d(每組10只)和再灌注7 d組(每組8只)。
1.2.2 實驗處理 葛根素組、α銀環(huán)蛇毒素組大鼠以18 mg/kg劑量尾靜脈注射葛根素,尼古丁組大鼠以200μg/kg劑量尾靜脈注射尼古丁,假手術(shù)組、模型組給以等量的生理鹽水,連續(xù)給藥5 d,每天給藥1次。各組大鼠術(shù)前禁食12 h,末次給藥1 h后,10%水合氯醛0.35 ml/100 g腹腔注射麻醉大鼠,參照Longa等〔3〕的方法,應(yīng)用線栓法經(jīng)右側(cè)頸外-頸內(nèi)動脈插線建立右側(cè)大腦中動脈閉塞再灌注模型。血流阻斷2 h后,拔出線栓,進行再灌注。于再灌注即刻α銀環(huán)蛇毒素組大鼠以1.0μg/kg劑量尾靜脈注射α銀環(huán)蛇毒素,其他各組給以等量的生理鹽水。蘇醒后出現(xiàn)右側(cè)Horner征、提尾時左前肢屈曲和前進時左側(cè)劃圈征的大鼠為成功模型〔4〕。
1.2.3 神經(jīng)功能損傷評分 采用文獻報道的神經(jīng)功能損傷評分方法〔3〕,對各組大鼠再灌注不同時間段進行神經(jīng)功能評分。
1.2.4 缺血腦組織炎癥病理觀察 各組再灌注3 d時,分別隨機取2只大鼠,麻醉,依次用生理鹽水、4%甲醛溶液各250 ml經(jīng)心臟灌注進行在體腦固定,斷頭取腦,將腦在視交叉平面前后2 mm處將腦冠狀切面切開,常規(guī)脫水,包埋,切片,蘇木素-伊紅(HE)染色,光鏡觀察缺血側(cè)海馬區(qū)的病理變化。
1.2.5 缺血腦組織炎癥因子含量檢測 各組大鼠分別于再灌注1 d、3 d和7 d斷頭處死,取腦組織。將缺血側(cè)腦組織充分勻漿,加500μl生理鹽水,混勻,4 000 r/min離心10min,取上清,-20℃保存。按試劑盒說明書,采用ELISA法檢測各組腦組織IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-10 含量。
1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計軟件,結(jié)果數(shù)據(jù)以±s表示,組間比較用t檢驗,組內(nèi)比較用單因素方差分析。
2.1 神經(jīng)功能損傷評分 除假手術(shù)組外,其他各組大鼠均出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)功能損傷,且其神經(jīng)功能損傷評分均隨再灌注時間延長逐漸降低,但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。與模型組比較,葛根素組和尼古丁組不同灌注時間點神經(jīng)功能損傷評分均顯著降低(P<0.05);各時間點α銀環(huán)蛇毒素組神經(jīng)功能損傷評分均顯著高于葛根素組(P<0.05),而與模型組比較無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05);尼古丁組神經(jīng)功能損傷評分雖低于葛根素組,但并無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。模型組、葛根素組和尼古丁組再灌注7 d神經(jīng)功能損傷評分分別較同組再灌注1 d顯著下降(P<0.05)。見表1。
2.2 缺血腦組織炎癥病理觀察 各組缺血再灌注3 d,HE染色顯示:模型組大鼠缺血側(cè)海馬區(qū)可見大量炎癥細胞浸潤,炎癥反應(yīng)損傷嚴重。與模型組比較,葛根素組和尼古丁組炎癥細胞浸潤情況明顯減輕,而α銀環(huán)蛇毒素組海馬區(qū)炎癥細胞明顯增多。與葛根素組比較,α銀環(huán)蛇毒素組炎癥細胞浸潤情況明顯加重,而尼古丁組大鼠缺血側(cè)海馬區(qū)炎癥細胞浸潤少于α銀環(huán)蛇毒素組,而較葛根素組嚴重。見圖1。
2.3 不同灌注時間各組大鼠缺血腦組織中促炎因子含量的變化 再灌注1 d時,與假手術(shù)組比較,模型組 IL-1β、IL-6和TNF-α含量均有顯著性差異(P<0.01);葛根素組、尼古丁組各指標均較模型組有顯著性差異(P<0.01,P<0.05);與葛根素組比較,α銀環(huán)蛇毒素組各指標顯著升高(P<0.01,P<0.05),但與模型組無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。見表2。
除假手術(shù)組,各組各指標均隨再灌注時間的延長而先升高而后降低,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。各組大鼠缺血腦組織中促炎因子含量均隨再灌注時間的延長呈先升高后降低的趨勢,但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。模型組各促炎因子含量均較假手術(shù)組顯著升高(P<0.01);與模型組比較,不同灌注時間葛根素組和尼古丁組促炎因子含量均顯著降低(P<0.01或P<0.05);α銀環(huán)蛇毒素組促炎因子含量較模型組雖有升高的趨勢,但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05);與葛根素組比較,α銀環(huán)蛇毒素組促炎因子含量顯著升高(P<0.01,P<0.05),而尼古丁組促炎因子含量雖高于葛根素組,但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。見圖2。
表1 各組大鼠神經(jīng)功能損傷評分比較(±s,n=6)
表1 各組大鼠神經(jīng)功能損傷評分比較(±s,n=6)
與相同灌注時間模型組比較:1)P<0.05;與相同灌注時間葛根素組比較:2)P<0.05;與同組內(nèi)再灌注1 d比較:3)P<0.05
組別 再灌注1 d 再灌注3 d 再灌注0.00±0.00 0.00±0.00 0.00±0.00模型組 2.50±0.55 2.33±0.52 1.83±0.413)葛根素組 1.67±0.521) 1.17±0.411) 1.00±0.631)3)α銀環(huán)蛇毒素組 2.67±0.522) 2.50±0.552) 2.17±0.412)尼古丁組 1.83±0.411) 1.50±0.551) 1.17±0.411)3)7 d假手術(shù)組
表2 再灌注1 d的各組大鼠缺血側(cè)腦組織中IL-1β、IL-6和TNF-α含量(±s,n=6)
表2 再灌注1 d的各組大鼠缺血側(cè)腦組織中IL-1β、IL-6和TNF-α含量(±s,n=6)
與模型組比較:1)P<0.05,2)P<0.01;與葛根素組比較:3)P<0.05,4)P <0.01
組別 IL-1β(pg/mg) IL-6(pg/g) TNF-α (pg/g)假手術(shù)組 1.61±0.112) 14.02±1.412) 100.96±25.772)模型組 3.37±0.36 54.90±4.42 341.17±40.59葛根素組 2.48±0.232) 25.62±3.281) 209.71±21.702)α銀環(huán)蛇毒素組 3.78±0.363) 57.94±6.134) 353.38±52.683)尼古丁組 2.68±0.242) 36.21±4.261)3) 247.39±40.672)
2.4 各組大鼠缺血腦組織中抗炎因子IL-10含量變化 見表3。各組大鼠缺血腦組織中IL-10含量均隨再灌注時間延長呈先降低后升高的趨勢,但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。模型組IL-10含量較假手術(shù)組顯著降低(P<0.05,P<0.01)。與模型組比較,葛根素組和尼古丁組IL-10含量均顯著升高(P<0.05)。與葛根素組比較,α銀環(huán)蛇毒素組IL-10含量顯著降低(P<0.05,P<0.01),而尼古丁組IL-10含量雖有升高的趨勢,但無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。
圖1 葛根素對再灌注3 d的各組大鼠缺血側(cè)海馬區(qū)炎癥的病理影響(HE,×400)
圖2 不同灌注時間大鼠缺血腦組織中促炎因子含量比較
表3 各組大鼠缺血腦組織中IL-10含量變化比較(±s,n=6)
表3 各組大鼠缺血腦組織中IL-10含量變化比較(±s,n=6)
與相同再灌注時間模型組比較:1)P<0.05,2)P<0.01;與相同再灌注時間葛根素組比較:3)P<0.01;與同組內(nèi)灌注1 d比較:4)P<0.05
組別 再灌注1 d 再灌注3 d 再灌注7 d假手術(shù)組 2.61±0.131) 2.60±0.152) 2.63±0.111)模型組 1.74±0.29 1.59±0.22 1.89±0.31葛根素組 2.19±0.201) 2.09±0.191) 2.24±0.371)α銀環(huán)蛇毒素組 1.38±0.323) 1.12±0.153)4) 1.53±0.313)尼古丁組 2.13±0.291) 1.94±0.151)4) 2.16±0.341)
近年來較多研究表明,腦缺血再灌注后腦組織內(nèi)產(chǎn)生大量的炎癥細胞和炎癥因子,炎癥反應(yīng)參與了腦卒中病理過程的始終,是腦水腫形成的重要促發(fā)因素,直接影響著腦卒中后康復(fù)治療效果〔5,6〕。本實驗中,腦缺血再灌注模型大鼠海馬區(qū)可見炎癥細胞浸潤情況較重,缺血側(cè)腦組織促炎癥因子明顯升高、抗炎因子含量顯著降低,隨著再灌注時間延長,炎癥加重并在達到高峰后逐漸減弱,這與臨床觀察結(jié)果基本一致。
葛根素對缺血性腦梗死具有較好的防治作用,其機制可能是葛根素可抑制NO合酶(NOS)的表達,減輕因NO過量生成對神經(jīng)細胞的損傷〔7〕,同時能增強凋亡相關(guān)基因Bcl-2蛋白表達,并降低半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)蛋白的表達水平〔8〕,從而抑制神經(jīng)細胞凋亡。研究還發(fā)現(xiàn),葛根素可降低缺血再灌小鼠腦組織乳酸和過氧化脂質(zhì)的含量,提高乳酸脫氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和Na+-K+-ATP酶的活性,進而提高缺血小鼠抗氧化能力,達到保護神經(jīng)細胞的作用。臨床觀察還提示,葛根素協(xié)同阿司匹林能改善急性腦梗死患者的神經(jīng)功能,降低血漿中血管性假血友病因子(vWF)和血漿可溶性血栓調(diào)節(jié)蛋白(sTM)水平,對血管內(nèi)皮細胞損傷具有保護作用〔9〕。
葛根素減輕腦缺血再灌注損傷后炎癥反應(yīng)也可能是其發(fā)揮腦保護作用的重要機制之一。有研究顯示,葛根素能抑制腦缺血再灌注動物模型腦組織中的中性粒細胞浸潤,降低細胞間黏附因子-1(ICAM-1)的表達以及核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)p65蛋白亞基核轉(zhuǎn)位〔10〕;降低缺血再灌注后腦組織中TNF-α、IL-1β的含量,減輕病灶處白細胞的聚集〔11〕。本研究中葛根素預(yù)處理的腦缺血再灌注大鼠缺血側(cè)腦組織中的促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α含量均顯著降低,這一結(jié)果與上述研究基本一致。然而,葛根素通過何種途徑達到上述抑炎作用的機制鮮有報道。
有研究發(fā)現(xiàn),葛根素可提高D-半乳糖大鼠大腦皮質(zhì)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶活性、升高Ach含量,而對膽堿酯酶活性則無明顯的影響〔12〕。由此可見,葛根素抗炎作用很可能是通過激活迷走神經(jīng)實現(xiàn)的。
Tracy等最先研究發(fā)現(xiàn)炎癥刺激信號經(jīng)傳入迷走神經(jīng)傳輸?shù)侥X干孤束核,作用于中樞毒蕈堿M受體,在孤束核換元,并由迷走神經(jīng)運動背核的迷走神經(jīng)節(jié)前纖維傳出,刺激神經(jīng)末梢釋放Ach并作用于巨噬細胞上的乙酰膽堿受體(α7nAChR),通過NF-κB和蛋白酪氨酸激酶 2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活子 3(JAK2/STAT3)信號通路而抑制炎癥因子(IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α等)及趨化因子的產(chǎn)生與釋放〔13〕,這一機制被命名為“膽堿能抗炎通路”〔2〕CAP的發(fā)現(xiàn)使人們能通過激活或增強CAP來調(diào)節(jié)全身或局部炎癥反應(yīng)(如敗血癥〔14〕、急性休克〔15〕、腦出血〔16〕、腦缺血再灌注〔17〕,風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎〔18〕、2 型糖尿病以及動脈粥樣硬化〔19〕等),為中藥抗炎藥理研究提供了新的理論視角。
以往研究顯示,尼古丁通過神經(jīng)元細胞和免疫細胞表面的α7nAchR,調(diào)節(jié)固有免疫,起到抗炎和神經(jīng)保護作用〔20〕。本研究中以膽堿能受體激動劑尼古丁為陽性對照藥,預(yù)防給藥后的模型大鼠神經(jīng)功能損傷評分、促炎因子含量顯著降低,這與Mabley等〔21〕研究尼古丁對急性肺損傷模型小鼠的抗炎作用結(jié)果一致。本研究顯示,葛根素具有與尼古丁相似的抑制促炎因子作用,且抗炎力量稍強于尼古丁,然而無統(tǒng)計學(xué)差異。α銀環(huán)蛇毒素可特異性與Ach N型受體結(jié)合,是α7nAchR的拮抗劑,本實驗顯示,預(yù)先給予α銀環(huán)蛇毒素可完全阻斷葛根素的上述保護效應(yīng)。由此證明,葛根素對腦缺血再灌注炎癥損傷的保護作用可能是由α7nAchR介導(dǎo)而實現(xiàn)的。此外,以葛根素、尼古丁預(yù)防給藥的模型大鼠炎癥狀況明顯改善,但其炎癥因子水平變化趨勢與模型大鼠相同,這可能是因為葛根素、尼古丁激活CAP對炎癥早期的抗炎作用較為明顯,隨著迷走神經(jīng)功能活性逐漸減弱,其抗炎作用也隨之減弱。
激活CAP可以抑制促炎因子的合成與釋放,但能否對抗炎因子IL-10產(chǎn)生作用,目前尚無定論。在天然免疫過程中,IL-10是一種重要的負調(diào)節(jié)細胞因子,可抑制巨噬細胞分泌IL-1、IL-6、TNF和趨化因子,從而對腦缺血再灌注炎癥損傷起到保護作用〔22〕。體內(nèi)幾乎所有淋巴細胞均能合成IL-10,然而最重要的來源是單核巨噬細胞和T輔助細胞,其分泌主要決定于特定的刺激,單核巨噬細胞在各種內(nèi)源性和外源性介質(zhì)的作用下可激活分泌IL-10。本研究中發(fā)現(xiàn),葛根素和尼古丁均能夠顯著升高抗炎因子IL-10含量,這與Boland等〔23〕研究電刺激迷走神經(jīng)和尼古丁對腹膜炎誘導(dǎo)的急性肺損傷大鼠模型的IL-10影響結(jié)果一致,而與Li等〔18〕研究迷走神經(jīng)和尼古丁對膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎模型的IL-10影響結(jié)果不符。本文提示,葛根素與尼古丁可能通過激活膽堿能活性,進而刺激機體免疫細胞,促進IL-10的合成與分泌,其具體機制有待深入研究證實。
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梅志剛(1977-),男,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事中醫(yī)藥抗炎作用機制研究。
王明智(1985-),男,在讀碩士,主要從事中藥藥理學(xué)研究。
〔2011-06-03收稿 2011-11-01修回〕
(編輯 袁左鳴)