冒慧敏,劉劍剛,趙福海,史大卓,劉秀華
( 1.北京中醫藥大學研究生院,北京 100029;2.中國中醫科學院西苑醫院心血管病研究所,北京 100091; 3.中國人民解放軍總醫院,北京 100853)
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莪術提取物調控支架后再狹窄血管平滑肌細胞增殖的研究進展
冒慧敏1,2,劉劍剛2,趙福海2,史大卓2,劉秀華3
( 1.北京中醫藥大學研究生院,北京100029;2.中國中醫科學院西苑醫院心血管病研究所,北京100091; 3.中國人民解放軍總醫院,北京100853)
中國圖書分類號: R-05; R284.1; R322.12; R322.74; R329. 24; R543. 302. 2
摘要:血管平滑肌細胞( vascular smooth muscle cells,VSMCs)異常增殖是支架后再狹窄( in-stent restenosis,ISR)的主要病理過程。近年來研究表明,莪術提取物具有抑制VSMCs增殖,進而抑制支架后再狹窄的作用,其發揮作用的有效成分主要有姜黃素和β-欖香烯,其可能的機制與抑制血紅素氧合酶-1 ( hemeoxygenase-1,HO-1)表達、細胞外信號調節激酶( extracellular signal-regulated kinase,ERK) MAPK、Akt信號通路,阻滯細胞周期進程相關。該文就近年來莪術提取物調控支架后再狹窄VSMCs增殖的研究進展作一綜述。
關鍵詞:支架后再狹窄;血管平滑肌細胞;莪術;增殖;分子機制;姜黃素
史大卓( 1960-),男,博士,研究員,博士生導師,研究方向:中西醫結合心血管病,通訊作者,E-mail: shidazhuo@ 126.com;
劉秀華( 1957-),女,博士,研究員,博士生導師,研究方向:病理與病理生理學,通訊作者,E-mail: xiuhualiu98@ 163.com
經皮冠狀動脈介入術( percutaneous coronary intervention,PCI)作為血運重建的有效方法之一,目前已經成為治療冠心病的主要手段。然而,目前PCI術后會面臨兩個臨床問題,一是支架內再狹窄( in-stent restenosis,ISR),二是支架內血栓的形成。藥物洗脫支架( drug-eluting stent,DES)的問世被譽為介入心臟病學領域的一個里程碑,可以明顯降低ISR發生率[1]。血管平滑肌細胞( vascular smooth muscle cells,VSMCs)增殖在ISR發生中發揮重要作用。因而,抑制VSMCs增殖成為防治ISR的新靶點。近年來研究表明,莪術提取物具有抑制VSMCs增殖的作用,本文就近年來莪術提取物調控支架后再狹窄VSMCs增殖的研究進展作一綜述。
藥物洗脫支架問世之前,ISR發生率約為30%,然而DES應用后,仍存在7%~13%的再狹窄率[1]。如何防止再狹窄的發生,成為血管介入治療的難題。ISR發生發展的機制主要包括:血小板的聚集、生長因子的釋放、炎癥細胞浸潤、VSMCs增殖和遷移、細胞外基質重塑。其中,VSMCs異常增殖是ISR發生發展的重要環節。VSMCs有收縮型和合成型兩種類型。生理狀態下,血管中層平滑肌細胞為收縮型,以維持血管壁的張力。血管損傷后,在細胞因子、生長因子的刺激下,VSMCs由收縮型轉變為合成型,表現為復制能力增強,造成VSMCs異常增殖、向內膜下遷移等病理改變,最終導致ISR的發生[2]。刺激ISR VSMCs增殖的細胞因子及生長因子主要包括:血小板源性生長因子( platelet-derived growth factor,PDGF)、胰島素樣生長因子( insulin-like growth factor,IGF)、血管緊張素Ⅱ( angiotensinⅡ,AngⅡ)和炎癥因子如白細胞介素( interleukin,IL)等[3]。
細胞因子或生長因子刺激VSMCs后,通過一系列信號轉導通路,導致VSMCs增殖。參與VSMCs增殖的細胞內信號通路主要有: ( 1)絲裂原活化蛋白激酶( mitogen-activated protein kinase,MAPKs)信號通路,其下游主要包括細胞外信號調節激酶( extracellular signal-regulated kinase,ERK) -MAPK、p38-MAPK、c-Jun氨基末端激酶( JNK) -MAPK三個途徑; ( 2)環磷酸腺苷-蛋白激酶A ( cyclic adenosine monophosphate-protein kinase A,cAMP-PKA)信號通路; ( 3)蛋白激酶C ( Protein kinase C,PKC)信號通路[4]。
此外,研究表明,多種microRNA ( miRNAs)在VSMCs表達,并參與調控ISR平滑肌細胞增殖,如miRNA-143、miRNA-145[5]、miRNA-1[6]、miRNA-126[7]等。
值得注意的是,VSMCs增殖也是動脈粥樣硬化( arteriosclerosis,AS)、高血壓等疾病的重要病理改變。與ISR不同的是,AS發生發展過程中,除了內皮細胞損傷后引起的細胞因子(如PDGF、成纖維細胞生長因子、血栓素A2等)釋放外,血液中增高的脂質如極低密度脂蛋白、低密度脂蛋白等經氧化修飾后,亦可使VSMCs增殖。而在高血壓發病過程中,腎素-血管緊張素系統( renin-angiotensin system,RAS)發揮重要作用,其中AngⅡ具有血管收縮作用,其促進VSMCs增殖的作用在高血壓發病過程中尤為重要。
2.1莪術主要化學成分及藥理作用中藥莪術為姜黃科姜黃屬多年生草本植物蓬莪術( Curcuma phaeocaulis Val)、廣西莪術( C.kwangsiensis S.G.Lee et C.F.Liang)、溫郁金( Curcuma wenyujing Y.H.Chen et C.Ling)的干燥根莖,性溫,味辛、苦,歸肝、脾經,具有行氣破血、消積止痛的功效,是臨床上常用的活血化瘀中藥。莪術的主要活性成分為揮發油和姜黃素類( curcuminoid)。目前,已從莪術油中提取出50余種成分,主要為莪術醇( curcumenol)、莪術二酮( curdione)、β-欖香烯(β-elemene)、吉瑪酮( germacrone)以及倍半萜類化合物[8]。姜黃素類化學成分主要包括姜黃素( curcumin)、去甲氧基姜黃素( demethoxycurcumin)及雙去甲氧基姜黃素( bisdemethoxycurcumin)[9]。
基礎研究表明,莪術提取物作用的分子靶點種類繁多,包括轉錄因子、生長因子及其受體、調控細胞增殖和凋亡的基因、酶類等。現代藥理學研究表明,莪術提取物具有多重藥理作用,如抗炎、降脂、抗氧化、抑制腫瘤細胞增殖、抗血栓形成、保護血管內皮細胞等[10]。近年來,莪術提取物預防支架后再狹窄的作用得到廣泛的關注,其重要的機制是抑制血管平滑肌細胞的增殖[11]。
2.2動物實驗
2.2.1莪術油類趙軍禮等[12]將裸金屬支架、聚甲基丙烯酸丁酯/納米二氧化硅涂層支架、莪術油涂層洗脫支架隨機植入犬冠狀動脈回旋支或前降支,術后4周分析支架段血管組織形態學變化。光鏡下觀察發現,各組支架段血管內膜均有不同程度的增厚,而莪術油組內膜最薄;形態學分析結果顯示,術后4周莪術油組平均新生內膜厚度、新生內膜面積、管腔面積狹窄率均明顯小于裸金屬支架組和單涂層組。新生內膜主要由VSMCs構成,該研究結果提示,莪術油可能通過抑制VSMCs增殖,從而抑制冠狀動脈支架后內膜增生。Zhao等[13]以球囊損傷小型豬建立支架后再狹窄模型,隨機分為莪術組分涂層支架( ZES)組、雷帕霉素涂層支架( SES)組以及裸金屬支架( BMS)組。與BMS組相比,術后30 d及90 d ZES組、SES組平均管腔面積、管腔直徑均明顯大于BMS組,ZES組與SES組差異無統計學意義,提示ZES具有良好的抑制內膜增生的作用,其效果與SES類似,其機制可能與抑制VSMCs增殖相關。Wu等[14]觀察腹腔注射β-欖香烯( 40 mg·kg-1·d-1)對大鼠頸動脈血管球囊損傷后內膜增生的抑制作用,結果發現,處理14 d后,與模型組相比,腹腔注射β-欖香烯組新生內膜面積減小,管腔面積增大,內膜/中膜比值減少,提示β-欖香烯在預防內膜增生和ISR方面具有潛在價值。
2.2.2姜黃素類Jang等[15]觀察不同濃度姜黃素( 50 μg,500 μg)涂層支架( curcumin-coated stents,CCS)預防兔髂動脈再狹窄的效果,研究發現低劑量組藥物僅持續釋放3 d,而高劑量組姜黃素可持續釋放達21 d,且CCS以濃度依賴方式抑制兔髂動脈新生內膜形成。4周后取支架處髂動脈進行形態學分析,結果顯示,與裸金屬支架組相比,CCS組內膜橫切面面積、再狹窄率明顯降低,管腔面積增大;免疫組化結果顯示,與裸金屬支架組相比,高劑量CCS組增殖細胞核抗原( proliferating cell nuclear antigen,PCNA)陽性細胞明顯減少。PCNA是真核細胞DNA聚合酶δ的推動因子,協調DNA復制過程,是細胞異常增殖的重要標志[16]。該研究結果提示高劑量CCS可抑制血管平滑肌細胞增殖。Yang等[17]建立大鼠頸動脈球囊損傷模型,并向損傷動脈周圍給予含72 μg姜黃素的pluronic gel溶液200 μL,以含二甲基亞砜( dimethyl sulfoxide,DMSO)的pluronic gel溶液作為溶劑對照。損傷后14 d,取病變處血管用于HE染色及免疫組化分析。結果發現,與溶劑對照組相比,姜黃素組內膜與中膜比值明顯下降(約40%),且PCNA染色陽性細胞數明顯減少,提示姜黃素可通過抑制VSMCs增殖,抑制新生內膜形成。
2.3細胞實驗
2.3.1莪術油類筆者以[“莪術”or“莪術油”or“莪術二酮”or“莪術醇”or“吉馬酮”or“倍半萜”or“β-欖香烯”]AND“血管平滑肌細胞”為檢索式,檢索CNKI、萬方、維普、pubmed等常用電子檢索數據庫,結果顯示,研究莪術油類化合物抑制血管平滑肌細胞增殖的研究僅1篇,選用的藥物為β-欖香烯。該研究發現,不同濃度( 5~100 mg· L-1)的β-欖香烯在24~72 h范圍內,可劑量依賴性抑制VSMCs增殖,并能誘導其凋亡。40 mg·L-1β-欖香烯作用于VSMCs 48 h,對細胞增殖的抑制率達46. 71%[14]。
2.3.2姜黃素類縱觀近年來研究發現,有關姜黃素類化合物抑制VSMCs增殖作用的研究較多。王天紅等[18]觀察不同濃度姜黃素抑制大鼠VSMCs增殖和誘導細胞周期停滯的作用。四甲基偶氮唑鹽( methyl thiazoliltetracolium,MTT)結果顯示,不同濃度姜黃素( 7. 5~120 μmol·L-1)在24~72 h范圍內,可濃度時間依賴性抑制VSMCs增殖。30 μmol ·L-1以上濃度姜黃素可明顯抑制VSMCs周期進程,使S期及G2/M期細胞數減少,G0/G1期增加; 30 μmol·L-1姜黃素處理VSMCs 12 h后,細胞周期蛋白D1( cyclin D1)表達開始下降,且隨著作用時間的延長,其表達呈時間依賴性降低,而p21waf1/cip1隨作用時間的延長,其表達上調。該研究提示,姜黃素具有明顯的抑制血管平滑肌細胞增殖的作用,使細胞周期停滯于G0/G1期,可上調G1期細胞周期蛋白cyclin D1的蛋白表達,同時下調細胞周期蛋白激酶抑制蛋白p21表達。Hua等[19]比較了姜黃素和雙去甲氧基姜黃素抑制VSMCs增殖的效果。用不同濃度的姜黃素和雙去甲氧基姜黃素處理經PDGF-BB ( 10 μg·L-1)刺激的大鼠主動脈平滑肌細胞,采用H3-胸腺嘧啶核苷參入法( H3-TdR)檢測細胞增殖情況,結果發現,濃度為1、10、25 μmol·L-1時,雙去甲氧基姜黃素抑制增殖的作用明顯強于姜黃素,且抑制PDGFβ、Akt、ERK磷酸化的作用也優于姜黃素,而兩者抑制活性氧( reactive oxygen species,ROS)產生的作用相近。
2.4莪術提取物調控支架后再狹窄VSMCs增殖的機制
Yang等[17]用PDGF-BB誘導大鼠VSMCs增殖,并探討姜黃素對VSMCs增殖的抑制作用。Western blot結果顯示,姜黃素可抑制PDGF-BB引起的ERK1/2、Akt磷酸化,而對PDGF受體的表達無影響;受體結合試驗結果表明,姜黃素可抑制PDGF-BB與VSMCs細胞膜表面PDGF受體的結合。該研究結果提示姜黃素可能是通過抑制PDGF-BB與PDGF受體的結合,抑制信號通路下游ERK1/2、Akt磷酸化,從而發揮抑制VSMCs增殖的作用。
鐘毅等[20]發現姜黃素可抑制氧化型低密度脂蛋白( oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL)誘導的大鼠主動脈平滑肌細胞增殖,促進血紅素氧合酶-1 ( hemeoxygenase-1,HO-1)蛋白表達,并降低PCNA蛋白表達,該作用呈現濃度依賴性。以HO-1抑制劑ZnPPⅣ和姜黃素共同處理ox-LDL誘導增殖的VSMCs,發現ZnPPⅣ可抵消姜黃素抑制VSMCs增殖的作用。HO-1是血紅素降解的起始酶和限速酶,可通過降解血紅素產生一氧化碳( carbon monoxide,CO)、膽綠素和鐵離子,CO和膽色素可通過調節VSMCs增殖和遷移發揮保護受損血管的作用[21]。該研究結果提示,姜黃素抑制VSMCs增殖的機制可能與上調HO-1的表達,下調PCNA蛋白的表達相關。
近期有研究表明[22],姜黃素抑制細胞增殖的作用可能與蛋白質羧基化、DNA氧化損傷以及核仁活動(核仁大小及數量、核蛋白水平和定位等)異常相關。姜黃素干預VSMCs后,核仁內活動發生一系列變化:①SIRT7表達下調和核糖體RNA ( rRNA)啟動子異常甲基化導致rRNA合成受阻;②核蛋白表達水平及定位受到影響:羧基化蛋白可在核質和胞質中發現,8-羥基鳥腺嘌呤水平升高提示DNA單鏈斷裂,且核蛋白均轉位至核質或胞質;③轉位的核蛋白抑制MDM2表達,從而導致p53在核內堆積。沉積的p53可促進靶蛋白的表達,如細胞周期抑制因子p21,最終導致細胞周期阻滯,抑制VSMCs增殖。該研究進一步闡明了姜黃素抑制VSMCs增殖的分子機制,為姜黃素在心血管疾病的應用提供了有力的證據。
VSMCs 增殖是ISR發生發展的重要環節。因而,抑制VSMCs對防治ISR具有重要意義。研究顯示,莪術提取物具有抑制VSMCs增殖的作用。該類研究ISR動物模型以球囊損傷為主,給藥途徑主要有藥物涂層支架緩慢釋放及腹腔注射給藥,而VSMCs增殖模型以ox-LDL及PDGF-BB為主。莪術提取物調控支架后再狹窄VSMCs增殖的機制可能與抑制HO-1表達、MAPK/ERK、Akt信號通路,阻滯細胞周期進程相關。縱觀目前研究來看,仍存在以下幾個問題: ( 1)莪術眾多提取物中,對姜黃素的研究較多,而其余提取物的抗ISR研究較少,其化學構成和作用機制仍待我們進一步探索; ( 2)動物實驗周期仍較短,最長為90 d,因而莪術提取物抗ISR的遠期效應仍有待證實; ( 3)莪術提取物作為涂層支架藥物使用,其質量的穩定性和安全性方面的研究仍缺乏。
綜上所述,莪術提取物在預防和治療ISR方面,展現出廣闊的前景,應進一步完善藥物的安全性和有效性研究。在此基礎上,可嘗試開展臨床研究,以明確其作用機制和臨床效果,這對研制具有我國自主知識產權的中藥涂層支架具有重要意義。
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Research progress on curcuma zedoary extracts inhibiting vascular smooth muscle cell proliferation in pathological process of in-stent restenosis
MAO Hui-min1,2,LIU Jian-gang2,ZHAO Fu-hai2,SHI Da-zhuo2,LIU Xiu-hua3
( 1.Graduate School,Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China; 2.Cardivascular Diseases Center,Xiyuan Hospital,China Academy of ChineseMedical Sciences,Beijing 100091,China; 3.Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853,China)
Abstract:Vascular smooth muscle cells ( VSMCs) proliferation is the critical pathological process of in-stent restenosis ( ISR).Recent researches indicate that the traditional Chinese medicine curcuma zedoary ( E’zhu) can inhibit VSMCs proliferation,with a potential value in preventing and treating ISR.The major active components of curcuma zedoary are curcuma and β-elemene.The underlying mechanisms involve the inhibition of hemeoxygenase-1 expression,blockade of extracellular signal-regulated kinase–MAPK and Akt pathways,and subsequent cell cycle arrest.This article reviews the recent progress on curcuma zedoary extracts regulating VSMCs proliferation in ISR.
Key words:in-stent restenosis; vascular smooth muscle cell; curcuma zedoary; proliferation; molecular mechanisms; curcumin
作者簡介:冒慧敏( 1989-),女,博士生,研究方向:中西醫結合心血管病,E-mail: maomolly@ sina.com;
基金項目:國家自然科學基金項目( No 81473530) ;國家衛生基金課題項目( No CMH200701110) ;中國中醫科學院自主課題項目( No ZZ0708106)
收稿日期:2015-10-20,修回日期: 2015-12-05
文獻標志碼:A
文章編號:1001-1978( 2016) 01-0019-04
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2016.01.005