黃連素對臟器缺血-再灌注損傷保護研究進展

曾 瑜，鄧毅文，尹湘湘，李 娟，羅晶婧，胡 梅，何迎春

（1.湖南中醫藥大學醫學院本科生，湖南 長沙 410208；2.湖南中醫藥大學醫學院，湖南 長沙 410208；3.中醫藥防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410208；4.湖南省中醫藥防治眼耳鼻喉疾病與視功能保護工程技術研究中心，湖南 長沙 410208）

缺血-再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）損傷是指在臟器缺血的基礎上恢復血流，不僅未能使臟器原來的功能恢復，反而使功能進一步受損。目前臨床上發現有很多臟器組織存在缺血-再灌注損傷現象，其中報道最多的在心肌、腦組織、肝臟、腎臟等，其主要改變發生在組織超微結構、能量代謝和電生理等一系列損傷性變化。研究發現，從黃連中提取的黃連素可通過多種作用機制對損傷器官產生保護或逆轉作用，其機制主要與調控PTEN/Akt信號通路、JAK2/STAT3/NF-KB信號通路、Notch1/Hes1-PTEN/Akt信號通路、PI3K/Akt/mTOR（哺乳動物雷帕霉素靶蛋白manmalian target of rapamycin，mTOR）信號通路等密切相關。

1 黃連素對心肌的保護作用

心肌缺血-再灌注（I/R）損傷是臨床上常遇的難題，再灌注能使心肌組織損傷呈進行性加重，表現為心功能下降和心肌超微結構的不可逆性損傷，而黃連素（BBR）能夠通過抗凋亡、抗炎、抗細胞自噬等方面發揮其對心肌細胞的保護作用。

BBR可對缺血-再灌注心肌細胞發揮抗凋亡作用，其作用主要體現在BBR能夠上調細胞內Notch1、Hes1、Bcl-2表達及p-Akt/Akt比值，下調多種凋亡相關蛋白如Bax、Caspase-3等的表達。同時，其可通過上調Notch1/Hes1信號的表達以加速心肌JAK2及STAT3的磷酸化，從而改善心功能［1-3］。而BBR在降低心肌細胞凋亡率的同時，也可明顯改善線粒體功能，使細胞中Bax和胞質細胞色素c的活性下降［4］。在糖尿病大鼠I/R心肌細胞中，BBR同樣發揮了較強大的保護作用，此時凋亡相關蛋白Bcl-2/Bax比值明顯上調，AMPK和PI3K/AKT信號通路被明顯激活，且細胞中內皮型一氧化氮合酶（Endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的磷酸化水平有所提高，故PI3K-Akt-eNOS信號在糖尿病大鼠心肌I/R后發揮抗凋亡作用，促進再灌注后心臟舒縮功能的恢復，減少由代謝性疾病所致的心血管疾病的發生率［5-6］。在BBR預處理實驗中，發現其還可通過抑制由缺血-再灌注誘導的內質網（Endoplasmic reticulum，ER）壓力，活躍心肌的磷酸化水平，同時激活AK2/STAT3信號通路，減弱ER應激所誘導的細胞凋亡，避免心肌細胞損傷加重［7］。

BBR能夠通過Smad7通路降低損傷后心肌細胞炎癥因子的表達，提高細胞的增殖能力［8-9］。BBR預處理也可明顯減輕心肌細胞損傷，其主要通過抑制JAK2/STAT3/NF-B信號通路激活而減少炎癥因子的產生［10-12］。此外，BBR通過降低血清肌酸激酶同工酶（CK-MB）、乳酸脫氫酶（LDH）和心肌肌鈣蛋白（Cardiac troponin，cTn）水平，上調SIRT1及Bcl-2的表達、下調Bax表達等，同時降低心肌超氧化物生成、心臟炎癥標志物和心肌超氧化物歧化酶（SOD）的水平，來發揮對心臟的保護作用［13］。在抑制血漿中心肌肌鈣蛋白-I（Cardiac troponin -I，cTn-I）及心房鈉尿肽（Atrial natriuretic peptide，ANP）等蛋白因子的活性中有較好療效，進而縮短缺血再灌注所致心律失?；謴驼５臅r間及降低心肌細胞損傷的程度［14］。

此外，心肌缺血-再灌注能夠誘導細胞自噬，而BBR能夠通過降低自噬相關蛋白如SIRT1、BNIP3和Beclin-1的表達水平而抑制細胞自噬。其作用可能與BBR降低暴露于心肌缺血-再灌注的心肌細胞中p-AMPK和p-mTORC2的水平有關［15］。

2 黃連素對腦組織的保護作用

腦缺血-再灌注對神經系統細胞可導致嚴重的損傷，其機制與細胞凋亡蛋白表達水平變化、氧化應激、鈣離子超載及細胞周期的變化等有關，而BBR可通過抗凋亡蛋白生成、抗細胞自噬、抗氧化及抑制鈣離子超負荷等發揮對神經細胞的保護作用。

在研究大腦中動脈阻塞（MCAO）后BBR對腦缺血損傷的影響機制中發現，BBR可提高BDNF-TrkB-PI3K/Akt信號通路關鍵蛋白BDNF、p-Akt和TrkB的表達，進而減少MCAO誘導的凋亡蛋白Caspase-3的生成，達到神經保護作用［16］。BBR還可通過維持較高濃度的視網膜母細胞瘤蛋白的表達，促進小鼠腦缺血再灌注過程中神經元的細胞周期阻滯，減少進入凋亡過程細胞的數量［17］。BBR對腦缺血再灌注的神經保護作用還表現在調節與自噬相關的蛋白質LC3、p62和Beclin-1的表達，及凋亡蛋白Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9、Bcl-2/Bax和PARP的表達，達到促進細胞自噬和減少細胞凋亡的作用［18］。

此外，活性氧也介導了缺血-再灌注損傷的發生，且具有重要作用，用黃連素、黃芩苷、梔子苷聯合治療腦缺血再灌注時，該藥可通過Nrf2級聯放大信號途徑，清除活性氧的作用，提高細胞抗氧化劑的水平，達到細胞保護作用［19］。BBR與癸酸鈉鹽聯合使用可顯著降低腦缺血-再灌注損傷的面積，增加超氧化物歧化酶清除氧的功效，減少MDA、NO、p-AMPK、Bax、cleaved Caspase-3的產生，使神經系統免受更多的活性氧和誘導凋亡蛋白的影響［20］。在BBR預處理實驗中，發現其還可導致缺血再灌注神經細胞中缺氧誘導因子HIF-1的增加，并通過激活Sphk2來觸發S1P的生成，從而保護神經細胞免受缺血的傷害［21］。

少突膠質細胞（Oligodendrocyte）是中樞神經系統（Central nervous system，CNS）的成髓鞘神經膠質細胞，是極易受到興奮性毒性影響的CNS細胞之一，其損傷機制可能是由于細胞內鈣離子超載介導的損傷作用。BBR可減少細胞內鈣離子超載現象的發生，保護OLN-93少突膠質細胞免受由缺血-再灌注誘發的興奮性損傷［22］。BBR可降低腦缺血損傷后素甲基化轉換酶DNMT1和DNMT3a在神經細胞內的含量及活性，從而下調神經細胞甲基化水平。與此同時，有研究報道：過氧化物酶體增生物激活受體（Peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）γ是BBR在神經細胞中的作用靶位，BBR發揮的保護作用與細胞中PPARγ的增多相關［23］。缺血腦組織會導致細胞中水通道蛋白（Aquaporin，AQP）4表達上調，細胞水腫嚴重，預先用BBR干預的糖尿病小鼠，在進行腦缺血-再灌注造模以后，檢測出其腦內AQP4因子表達明顯降低，水腫情況較輕，腦內神經細胞丟失情況也相對空白組少［24］。

3 黃連素對肝臟的保護作用

目前臨床上肝移植失敗較常見的原因是由于肝臟的缺血-再灌注損傷，損傷原因與肝實質線粒體功能紊亂有關，而BBR可通過保護線粒體功能和生物能量，保護肝臟免受I/R造成的有害影響［25］。為了解BBR是否通過PI3K/Akt/mTOR信號通路影響大鼠肝I/R介導的凋亡而發揮保護作用。以I/R大鼠為模型動物，發現BBR能夠顯著增加Bcl-2/Bax比值、抑制肝I/R大鼠cleaved Caspase-3表達，降低肝細胞凋亡率，同時p-Akt的表達隨著p-mTOR的表達受到抑制而明顯上調［26］。除發揮抗凋亡作用外，BBR還可通過抗細胞自噬，降低血清中多種炎性因子的釋放，從而在一定程度上恢復肝功能［27］。

此外，在大鼠冷缺血-再灌注實驗中，通過加入BBR干預，發現BBR可通過發揮抗炎作用降低大鼠冷缺血-再灌注損傷肝臟的炎癥反應，減少肝細胞損傷［28］。

4 黃連素對腎臟的保護作用

腎缺血-再灌注損傷（Renal ischemia-reperfusion injury）是導致缺血性急性腎功能衰竭疾病最常見的病因之一，其預后不良，損傷作用難以逆轉，并可導致腎臟出現硬結。BBR和黃連素納米粒（BBR-NP）均可對缺血-再灌注損傷的腎臟產生臟器保護作用，具體是通過降低腎小管上皮細胞的凋亡率。BBR-NP可通過降低線粒體應激通路的蛋白表達，逆轉腎細胞的氧化應激，抑制腎細胞凋亡，并且具有明顯的劑量依賴性，同時BBR-NP的作用優于BBR［29］。此外，BBR還可通過Caspase-線粒體依賴途徑對腎缺血-再灌注損傷的腎產生保護作用，其機制主要是逆轉腎臟缺血-再灌注所產生的KIM-1 mRNA，NGAL，Caspase-3，TNF-α以及Bcl-2表達水平的變化［30］。

5 小 結

黃連素可減少缺血器官再灌注后的進一步損傷，故可作為臨床臟器移植手術的輔助治療，降低某些臟器移植的失敗率。目前研究可以證實其保護作用多與調控JAK2/STAT3/NF-KB信號通路、PI3K/Akt/mTOR信號通路，影響凋亡相關蛋白Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9以及Bcl-2等分泌表達和細胞氧化應激，進而發揮抗細胞自噬和抗炎作用有關。黃連素在腦、肝、腎缺血-再灌注損傷中的研究及臨床應用較少，很大程度與其生物利用率低有關。雖然在提高BBR生物利用率方面開始了一些研究工作，如近期發現黃連素納米粒用于腎缺血-再灌注損傷的新型治療比黃連素更有效［29］，未來研究可在提高黃連素的生物利用率方面下更大功夫。此外，BBR對細胞產生保護作用與維持內質網、線粒體的功能密切相關，其作用是否與其它細胞器如溶酶體、高爾基體、核糖體等有關，都是進一步研究的方向。