黃芪及當歸改善化療后骨髓抑制的分子機制研究進展

丁歡 吳承杰 潘婭嵐 徐桂華 楊敏 史旭芹 王慶

[摘要] 骨髓抑制是化療后的常見毒副作用，主要與損傷造血干細胞與造血微環境有關。黃芪、當歸具有補益氣血、扶正補虛的功效，臨床常用于改善骨髓抑制。藥理研究發現，二者有效成分可通過促進造血細胞增殖、分化而改善化療后的骨髓抑制，具體機制與多條通路有關，但尚未被闡明，影響進一步的臨床應用與推廣。本文針對黃芪及當歸改善骨髓微環境相關分子機制做出歸納總結，以期為補氣血中藥改善骨髓抑制的分子機制研究拓展思路，為推廣黃芪及當歸改善骨髓抑制的臨床應用奠定基礎。

[關鍵詞] 黃芪;當歸;造血干細胞;骨髓抑制;造血微環境

[中圖分類號] R273? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）02（b）-0023-04

Advances in molecular mechanism of milkvetch root and Chinese angelica to improve myelosuppression after chemotherapy

DING Huan1? ?WU Chengjie2? ?PAN Yalan1? ?XU Guihua1? ?YANG Min1? ?SHI Xuqin3? ?WANG Qing1

1.College of Nursing， Nanjing University of Chinese Medicine， Jiangsu Province， Nanjing? ?210023， China; 2.the First School of Clinical Medicine， Nanjing University of Chinese Medicine， Jiangsu Province， Nanjing? ?210023， China; 3.College of Pharmacy， Nanjing University of Chinese Medicine， Jiangsu Province， Nanjing? ?210023， China

[Abstract] Myelosuppression is a common toxic and side effect after chemotherapy， mainly related to injury of hematopoietic stem cells and hemopoietic microenvironment. Milkvetch root and Chinese angelica have the functions of benefiting qi and blood， strengthening and supplementing deficiency， and are often used to improve myelosuppression. Pharmacological studies have found that the effective components of the two drugs can improve the myelosuppression after chemotherapy by promoting the proliferation and differentiation of hemopoietic stem cells. The specific mechanism is related to multiple pathways， but it has not been clarified yet， affecting further clinical application and promotion. This paper summarizes the molecular mechanism of milkvetch root and Chinese angelica to improve the microenvironment of bone marrow， so as to expand the research idea of the molecular mechanism of traditional Chinese medicine benefiting qi and blood to improve myelosuppression， and lays a foundation for the promotion of milkvetch root and Chinese angelica to improve the clinical application of myelosuppression.

[Key words] Milkvetch root; Chinese angelica; Hemopoietic stem cells; Myelosuppression; Hemopoietic microenvironment

全球癌癥患者總數自2003年以來出現激增，成為全世界面臨的重大健康問題[1]，近十年來中國癌癥高發，每年由于癌癥導致死亡的患者占全部死因導致死亡的1/4，可見其位居死亡之首[2]。據統計，約有80%的癌癥患者在放化療過程中會出現骨髓抑制[3]，表現為貧血、出血、免疫力降低等不良反應。目前西醫主要使用藥物治療，存在療效欠佳、價格昂貴或維持效果短暫且易反復等問題[4]。骨髓抑制屬中醫“虛勞”或“血虛”范疇，表現為氣血虧虛。補氣生血的代表方當歸補血湯中，重用黃芪與當歸配伍，使“陽生陰長，氣旺血生”，可填精益髓，故廣泛應用于緩解骨髓抑制[5]。骨髓抑制主要與損傷造血干細胞（hemopoietic stem cells，HSCs）及其微環境中骨髓基質干細胞（bone marrow stem cells， BMSCs）有關[6]。有研究顯示[7-8]，黃芪、當歸的有效成分可通過促進HSCs和BMSCs增殖、分化，進而改善骨髓抑制，但具體的分子機制涉及多條信號通路，現尚未被完全闡明。筆者就二者改善骨髓抑制的相關分子機制進行歸納總結，以期為相關臨床應用的推廣及其機制的深入研究奠定基礎。

1 骨髓抑制的相關信號通路

1.1 Notch信號通路

在HSCs中Notch信號通路高度活化，成骨細胞表達的Notch配體jagged1活化HSCs上Notch受體效應分子Notch1，增加HSCs數量[9]。同時，Notch信號通路下游主要靶分子也在HSCs高表達[10]。有研究發現，針刺、艾灸可上調化療后骨髓抑制小鼠細胞中Notch信號通路中的numb蛋白，抑制過度活化的Notch信號，改善骨髓造血、對抗骨髓抑制[11]。此外，Notch信號途徑還可加快骨髓髓系前體細胞周期進程，正向調控放療后骨髓譜系造血重建[12]。

1.2 Wnt/β-catenin信號通路

通過激活經典Wnt3a/β-catenin信號通路，可使HSCs擁有更廣泛的分化及增值潛能，同時提高HSCs的極性和年輕態。另外，Luis等[13]研究發現，Wnt信號通路對HSCs自我更新有強度差異效應，即2～4倍激活β-catenin信號通路，使HSCs自我更新能力提高，而超過4倍激活則會導致HSCs分化障礙，影響其重建造血系統能力，說明過度活化Wnt/β-catenin信號通路反而會嚴重損傷HSCs的自我更新，因此HSCs增加需要周期性及節律性地恰當活化通路。

1.3 PI3K/AKT/mTOR信號通路

異常激活或使PI3K/AKT/mTOR信號通路失活，都將會破壞HSCs自我更新與定向分化的平衡。該通路的異常激活[14]，會使HSCs過度分化而減少自我更新，造成HSCs耗竭，伴發惡性血液系統疾病;而該通路的異常失活[15]，使HSCs更多處于靜息狀態，難以進入細胞周期，失去造血分化的能力，阻礙B細胞分化。

1.4 轉化生長因子-β（TGF-β）/Smad信號通路

TGF-β能有效抑制HSCs體外生長，是HSCs休眠的主要調節因子。TGF-β能通過降低周期蛋白依賴激酶4（DK4）、增強細胞周期蛋白依靠性激酶抑制劑P21蛋白表達和調整P27蛋白分布，HSCs阻斷于G1期，同時通過上調跨膜糖蛋白CD34表達，抑制HSCs的分化[16]。Smad蛋白與激活TGF-β信號通路聯系密切，Smad蛋白磷酸化可以上調細胞周期素依賴性激酶抑制劑，從而抑制HSCs的生長[17]。因此當造血系統失衡時，過度活化TGF-β/Smad信號通路即可抑制HSCs的活性，抑制其生長繁殖，影響其分化。

1.5 細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase，ERK）信號通路

ERK是有絲分裂原激活蛋白激酶MAPK超家族的經典激酶，其在一系列反應刺激中被激活，并持續活化最終促進細胞增殖和惡性轉化。若ERK的下調則可促進細胞生長和生長刺激基因轉錄的抑制，抑制ERK信號通路可顯著抑制APLNR+側板中胚層細胞產生，從而抑制CD43+造血干/祖細胞生成，最終促進人胚胎干細胞造血分化進程[18]。

1.6 FOXO轉錄因子信號通路

FOXO可調節細胞內活性氧（ROS）的水平，FOXO喪失活性而ROS水平升高，促進HSCs循環和細胞凋亡增加。ROS可激活多條信號通路，翻譯修飾FOXO3a，調節FOXO3轉錄激活及其功能，上調抗氧化酶系基因表達，清除ROS，降低氧化應激損傷[19]。另外，FOXO3能調節毛細血管擴張性共濟失調突變基因和抗氧化酶系的表達，調控HSCs中ROS水平，維持HSCs功能[20]。此外，研究發現，FOXO3還參與HSCs中線粒體功能的控制[21]。

2 黃芪、當歸改善骨髓抑制的機制研究

2.1 黃芪及其主要成分

黃芪，始載于《神農本草經》，具有補氣固表、消腫脫毒等功效，尤為補氣良藥。研究證實[22]，黃芪可增強機體免疫、抗腫瘤、保護骨髓等。黃芪注射液提取自黃芪，主要物質基礎為皂苷類、黃酮類和多糖類。化療前注射黃芪能有效預防患者的白細胞、紅細胞及血小板減少，保護骨髓，減少化療藥物對骨髓有核損傷及骨髓抑制[23]。同時，黃芪注射液可以雙向調節免疫力，對機體損傷有防護作用，可促進抗體生成，修復受損細胞[24]。此外，黃芪注射液通過誘導T細胞分化，促進cAMP水平升高，在幫助機體調節免疫力的同時還可促進機體能量代謝和消化吸收，其具有健脾利濕、扶正固本、益氣養元等功效，能從多方面改善骨髓抑制的癥狀[25]。

黃芪多糖（Astragalus polysaccharide，APS）是從中藥黃芪中分離提取的主要有效補氣成分。其在抗氧化、調節免疫、抗腫瘤、促進造血等方面均有顯著作用[26]。李秀等[27]證實，APS能增強細胞因子白細胞介素-3（IL-3）、促紅細胞生成素（EPO）因子分泌，促進非受體型酪氨酸蛋白激酶（JAK20）、信號傳導及轉錄激活蛋白5（STAT5）mRNA的表達，通過激活JAK2-STAT5信號通路，促進紅系細胞增殖分化成熟，提高骨髓細胞增殖率。此外，黃芪的重要單體成分黃芪甲苷還參與高糖條件下Dll4/Notch-VEGF信號通路的調控，保護造血細胞活性，減少凋亡;黃芪皂苷介導PI3K/AKt/mTOR信號通路，同時作用于通路中和HSCs造血重建有關的FOXO基因和B細胞發育有關的PTEN基因。崔運浩等[28]研究也表明，黃芪甲苷、毛蕊異黃酮能上調EPO、TGF-β、白細胞介素-4（IL-4）的蛋白含量及CDK4蛋白的含量，提高G1/S-特異性周期蛋白-D1（CyclinD1）mRNA的表達，并下調白細胞介素-6（IL-6）的蛋白含量及細胞周期抑制因子FOXO mRNA的表達，進而促進化療性骨髓抑制小鼠骨髓干細胞的增殖;二者還可通過提高pJAK2、pSTAT5的蛋白含量，下調細胞因子信號抑制物（SOCS3）mRNA的表達，促進骨髓造血功能的修復[29]。

2.2 當歸及其配伍和主要成分

當歸是“補血活血”要藥，針對骨髓抑制患者“脾腎虛損、毒瘀互結、陰陽兩傷”的主要病機[30]，選用《內外傷辨惑論》的經典名方——當歸補血湯，得以“扶正固本、祛瘀生新、陰陽得生”。肖遙[31]給予40例直腸腫瘤術后患者以當歸補血湯治療，6周后發現治療組出現Ⅲ～Ⅳ級骨髓抑制例數少于對照組，且免疫力、體力、癥狀改善明顯，說明當歸補血湯對防治腫瘤化療后骨髓抑制有作用。

當歸多糖（Angelica sinensis polysaccharide，ASP）是當歸重要藥效成分之一。其在抗輻射損傷、促進造血、免疫調節及抗腫瘤等方面均有作用[32]。這可能與ASP上調造血微環境中的BMSCs分泌造血生長因子，促進造血細胞生成、動員HSCs、抑制白細胞增殖，同時誘導其往紅系、粒系等分化，提高輻射損傷后外周血象并促進造血功能恢復有關[33]。此外，當歸的活性成分阿魏酸，可促進白細胞和骨髓造血組織面積的恢復，并增加血小板數、EPO、血清粒-巨噬細胞集落刺激因子、促紅細胞生成素等的含量，從而改善骨髓抑制，且黃芪及當歸的活性成分配伍對促進造血可發揮增效作用[34]。Ma等[35]研究表明，阿魏酸可增強HSCs的活性，加速血細胞的恢復，其可能與增加粒細胞集落刺激因子及EPO的水平有關。

3 討論

目前中醫理論尚未有對骨髓抑制的具體病名，多歸為“虛勞”或“血虛”范疇，臨床表現為少氣懶言、頭暈目眩等。中醫認為“腎藏精，精者，血之所成也”“骨髓堅固，則氣血皆從”，而化療藥作為邪毒侵損臟腑，引起腎不固精，脾失健運無以化精，髓無以充，精血無以互化，全身失養，則現骨髓抑制之象[36]，當“扶正補虛、益氣養血”。武鳳震[37]采用數據挖掘技術分析了化療后骨髓抑制方劑621首，結果顯示頻數最多的藥物依次為黃芪、白術、當歸、茯苓、黨參等補虛藥，其代表方為當歸補血湯、四物湯、八珍湯等，此外，臨床常用的中成藥包括芪術口服液、雙黃升白顆粒、黃芪扶正顆粒等，均以黃芪為君藥或主藥，可培補正氣以提高機體免疫力。藥理實驗已廣泛證實，APS等多種有效成分均具有免疫活性和抗腫瘤等作用。當歸補血湯為黃芪與當歸配伍的補氣生血經典名方[38]，也是應用于骨髓抑制的基礎方，促氣血相生且療效確切。當歸的有效成分ASP、阿魏酸等在改善骨髓抑制方面的作用機制也逐漸被揭示。

綜述現有相關文獻，黃芪與當歸改善骨髓抑制的作用機制可能為：①上調Notch信號通路，激活Notch受體及其配體表達，促進淋巴細胞發育，緩和骨髓氧化應激損傷，維持骨髓組織穩態，促進機體造血功能恢復;②抑制Wnt/β-catenin信號通路過度激活，促進癌細胞凋亡的同時改善造血微環境，拮抗HSCs衰老;③激活PI3K，使下游蛋白AKt進一步將信號傳至核內，通過PI3K/AKt/mTOR信號通路，引起血管內皮生長因子（VEGF）、抑癌基因PTEN等靶基因的表達，產生促血管生成、促血細胞發育等效應;④通過調控FOXO轉錄因子信號通路，下調FOXO的表達，促進干細胞增殖。然而，相關藥理機制研究較分散，單一通路的研究較多，中藥具體作用的多靶點和途徑尚未能完全揭示。

4 總結與展望

中藥是中華的文化瑰寶，在造血方面理論與實踐經驗豐富，黃芪與當歸從古沿用至今，并取得了良好成效，且價格低廉，在改善骨髓抑制方面擁有極大的潛力及優勢。為了更好地推廣祖國醫學，二者作用于造血微環境的機制值得深入研究。目前認為中醫藥的療效機制往往是多組分、多靶點、全方位的綜合作用。通過本文綜述，黃芪與當歸改善造血的機制可能與調控細胞因子、改善造血微環境、影響細胞周期、增強免疫等環節有關，然而具體如何調節相關信號傳導途徑，綜合影響靶基因表達從而改善骨髓抑制，對其深入的研究仍有所欠缺，因此仍需在藥理機制、通路轉導、基因層面上做深入研究，以期為臨床提供更加科學和完善的證據。

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（收稿日期：2019-11-08? 本文編輯：顧家毓）