黃芪利水功效藥理機制研究進展

呂 琴 ，趙文曉*，孔祥琳，張雅琪，王 媛，王文越，張洪源，王世軍，滕佳林*

(1.山東中醫藥大學，山東 濟南 250355；2.曲阜中醫藥學校，山東 曲阜 273100）

中醫所言之水泛指一切體液的總稱,包括精、血、髓、汗、淚、唾、涎、尿及乳汁、月經等；狹義專指津液［1］。病理產物之水、濕、痰、飲均為水液不歸正化,停積而成。濕聚為水,水停成飲,飲凝成痰,在一定條件下又可相互轉化［2］。水谷在脾胃腐熟運化功能作用下,轉化為精微物質輸布全身發揮各自生理機能維持機體正常功能。同時精微物質不斷轉化、消耗,形成代謝產物排出體外［3］。如《素問·經脈別論》云:“飲入于胃,游溢精氣,上輸于脾,脾氣散精,上歸于肺,通調水道,下輸膀胱,水精四布”。以肺、脾、腎為主,三焦為通道,一旦肺失通調、脾失轉輸、腎失開合、膀胱氣化不利,導致體內水液潴留,泛溢于肌膚,臨床主要表現頭面、眼險、四肢、腹背甚至全身浮腫為特征,嚴重者還可伴有胸水、腹水等。如同現代醫學所說人體內環境受神經系統、體液、免疫調節,各器官、系統協調保持相對穩定狀態［4］。

黃芪味甘、性微溫,入肺、脾經,善補肺脾之氣。肺為水之上源,脾主運化水濕,對于肺脾氣虛,輸布失常,水濕內停之小便不利、皮膚水腫有較好功效。此外,早在東漢張仲景《金匱要略》 就有記載:“風水,脈浮身重,汗出惡風者,防己黃芪湯主之”?！侗窘浄暝?言黃芪,“同白術、防風則運脾濕,同防己、防風則祛風濕”。因此,現代臨床往往運用其上可補氣以氣升水降,中可補脾氣運化脾濕有權,三焦水道通暢,維持體液代謝居動態平衡狀態,達利水消腫之目的。尤其在治療慢性腎炎、心臟病水腫、風濕病證屬氣虛濕困或水停者應用廣泛［5］。但黃芪化學成分復雜,主要含多糖、皂苷及黃酮類等有效活性成分,利水作用靶點也是多方面奏效,現代藥理學對黃芪有關利水功效闡釋尚存有不足,就目前已有研究表明可能與調節水與電解質平衡、調控水通道蛋白、保護腎臟微組織結構、修復黏膜損傷、糾正腸道菌群微生態動態平衡等作用有密切聯系。因此,本文綜述其近年利水藥理作用機制,以期為實驗研究和臨床應用進一步拓展利水功效提供理論依據。

1 調節水與電解質平衡

1.1 維持血漿滲透壓動態平衡 滲透壓是判斷水、電解質代謝紊亂的重要標志之一,也是維持人體內環境穩態的重要因素［6］。尤指血漿膠體滲透壓,其中白蛋白占血漿膠體滲透壓80%,主要負責調節組織與血管內外水分的動態交換,對維持血容量具有重要作用。黃芪可提高脾虛水濕不化大鼠血清總蛋白 (TP)、白蛋白 (ALB)、球蛋白(GLB) 含量,血漿膠體滲透壓恢復平衡,大鼠“濕阻中焦” 狀況得到改善,并且多糖組分和水提物組分是升高的物質基礎［7］。黃芪通過興奮氣虛鹽水負荷模型大鼠的下丘腦—垂體—腎上腺軸,有效循環血量增加,促進心房鈉尿肽的分泌,醛固酮的含量減少,促進尿液中Na+、Cl-的排泄,保持體內血漿晶體滲透壓平衡［8-9］。可見黃芪使機體內滲透壓保持穩定,促進水液的排泄。

1.2 調控離子通道 黃芪注射液可激活NF-κB 信號通路上調鈉離子通道(ENaC) 表達,緩解肺水腫,調節肺內水鈉平衡［10-11］。復方黃芪湯則是通過激活AMPK-泛素-PIP2/clathrin 通路促使下調腎臟集合管ENaC 的表達量和開放率,影響腎集合管上皮鈉離子通道活性,腎病綜合征(NS) 水腫癥狀得以改善［12］。此外,林妮等［13］認為黃芪還競爭性抑制鹽水負荷模型小鼠Na+-K+-ATP 酶活力,其中乙酸乙酯組分和正丁醇組分均對小鼠有顯著地利尿作用。

2 調控水通道蛋白表達

水通道蛋白(aquaporin,AQP) 是一種位于細胞膜上的蛋白質組成而具有高度選擇性的水孔道特異蛋白質家族,目前在哺乳動物中發現13 種水通道蛋白,其在皮膚、骨骼、血管、腦、肺、腎、胃腸等組織器官中均表達分布。每當機體出現抗利尿激素分泌不當、干燥綜合征、充血性心衰、代謝綜合征等疾病時常有水液排泄障礙［14-15］,以致學者認為AQPs 是維持體內水液代謝的分子生物學物質基礎,也是探究中醫理論“水濕運化失常、津液輸布不及”機理的靶點蛋白之一［16-18］。已有文獻報道黃芪對不同部位AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8 表達異常均有干預調節作用。Zhao 等［19］發現脾虛水濕不化模型大鼠十二指腸內AQP1、AQP5 表達下降,AQP8 表達升高,而給予黃芪及拆分組分干預后明顯逆轉表達趨勢,其中黃芪多糖組分AQP5 上調倍數是其他組分505 倍。意味著腸黏膜對水的吸收減少,減輕了組織水腫。而當黃芪拆分組分與葶藶子配伍后顯著改善上焦水飲內停模型大鼠肺臟的水液潴留,認為其機制之一與血漿中腫瘤壞死因子(TNF-α) 含量減少,核內核因子-κB (NF-κB) p65 的磷酸化水平降低,抑制NF-κB 通路有關,促使肺組織p-CREB (Ser133) 和AQP5表達上調,模型大鼠肺功能從而緩解［20］。不僅如此,黃芪甲苷通過下調TNF-α 的表達來影響AQP4 的表達,進而影響星形膠質細胞水腫［21］。也影響肝癌H22 腹水瘤模型小鼠AQP1 表達,降低腹水量［22］。因此,AQPs 的發現是闡釋中醫“水濕病證” 形成的重要原因之一,也為黃芪利水功效的藥理機制的研究提供了科學的理論支持,是目前研究學者仍探尋的研究領域。

3 保護腎臟微組織結構

《素問·逆調論》:“腎者水臟,主津液”,調節體內水液平衡。黃芪含有豐富的微量元素—硒,具有保護腎小球基底膜的機械屏障與電荷屏障的功能,降低通透性,有效改善或消除腎性蛋白尿［23］。汪賢聰等［24］研究發現黃芪可通過顯著改善腎病綜合征患者精氨酸血管加壓素(AVP)系統提高腎小球濾過率,進而實現其利尿作用。黃芪還可通過保護腎小球組織結構,改善腎小球濾過率引起多種疾病狀態下的水鈉潴留,進而促進尿液排泄。據陸慧瑜等［25］研究,黃芪可以調節足細胞蛋白系nephrin、poducin 的表達及分布,使腎小球硬化過程受阻,從而減少蛋白尿、減輕水腫。實驗表明黃芪還可調控白介素-6 (IL-6) 和堿性成纖維細胞生長因子(bFGF) 的產生或破壞,以減輕缺血-再灌注腎損傷［26］。因此,黃芪能夠通過減輕腎臟損傷而減少蛋白尿、緩解水腫癥狀。以上研究證明黃芪可通過多種方式保護腎臟微組織結構促進尿液的排泄,進而實現利水消腫之效。

4 保護腸黏膜機械屏障

研究表明除特異性通道AQPs 可以轉運水分子外,高比例的鹽和水的吸收轉運還可在上皮細胞之間通過,而完整的腸黏膜上皮細胞和上皮細胞間的緊密連接是腸黏膜機械屏障維持機體營養代謝吸收平衡的重要物質基礎［27］。若腸黏膜上皮細胞出現損傷,黃芪可降低TNF-α 的釋放,抑制環氧合酶2 (COX-2) 和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)表達,硝基酪氨酸形成及NF-κB 激活,減少活性氧(ROS) 釋放,并激活核因子E2 相關因子2 (Nrf2),具抗氧化應激作用保護上皮細胞減輕炎癥［28］。黃芪多糖可顯著加速腸黏膜損傷早期修復過程,其機制可能與增加黏膜上皮細胞多胺含量,提升細胞質游離鈣離子(［Ca2+］cyto) 的量及細胞骨架蛋白(Rho A) 表達,促進腸黏膜上皮細胞遷移［29-30］。此外,緊密連接是完整腸上皮細胞與相鄰腸上皮細胞之間的主要連接方式,調控水和溶質的跨上皮細胞轉運［31］。黃芪對比有結構保護特性,如其對LPS 感染的Caco2 細胞中閉鎖小帶蛋白 (ZO-1) 和閉鎖蛋白(Occludin) mRNA 的表達均明顯上調,可以用作腸道細胞的預防性治療［32］。同樣臧凱宏［33］實驗結果表明黃芪多糖通過升高腸道Occludin、ZO-1 蛋白表達水平改善潰瘍性結腸炎大鼠結腸道黏膜屏障功能。

5 糾正腸道菌群微生態平衡

正常人體約有10 萬億個細菌寄生在腸道,形成一個復雜的微生態系統。參與碳水化合物、蛋白質、脂類、維生素以及微量元素等多種營養物質的消化和吸收,水則是最終氧化產物之一［34］。當多種原因導致腸內菌群比例失調、定位轉移或內源性感染,即出現腹瀉、腹痛、腹脹或便秘、臭味重等相應病理狀態。黃芪多糖治療經鼠傷寒沙門氏菌建立的小鼠腹瀉模型后,腸內有益菌乳桿菌和雙歧桿菌的數量顯著增加,腹瀉臨床癥狀明顯好轉［35］。張宇等［36］進一步評估了不同分子量黃芪多糖的微生態調節作用,除了有益菌含量增加,有害菌腸桿菌、腸球菌含量也均顯著下降,10～6 kDa 多糖調節菌群平衡效果最好。當黃芪與丹參配伍不僅增加了菌群豐度和多樣性,且激活腸道菌群內有益代謝,含花生四烯酸代謝,色氨酸代謝,類固醇激素的生物合成和谷胱甘肽代謝,驅動增加血容量,降低血壓,這對黃芪利尿降壓機制也提供了新的見解［37］。同樣腸道菌群的變化也改變血漿分布,進而影響黃芪潛在藥效益處［38］。腸道微生態系統的研究已是國內外學者的熱門課題,然黃芪與腸道菌群及水液代謝三者之間的內在關聯還尚無報道。

6 小結

中醫認為水液代謝是指水液的生成、輸布以及水液被人體利用后的剩余水分和代謝廢物的排泄的過程［1,4］。黃芪利水功效藥理效應要點則在于促進且維持了水液代謝循環。水液代謝主要以脾、肺、腎三臟為中心完成。代謝途徑包括經肺宣發肅降作用形成汗液、呼吸排出體外；經腎氣化作用化生成尿液排出體外；經脾升清轉輸傳小腸的“分清泌濁” 作用,在大腸中以糞便廢物形式排出體外,這與醫籍記載的黃芪可治風水浮腫、氣虛水腫、脾虛泄瀉等證吻合?；诖?本文對其相應藥理機制進行了概括。首要在于黃芪可調節水電解質紊亂,具有維持血漿滲透壓、調節離子通道的作用,決定了水通過生物膜(半透膜-細胞膜、血管內皮) 擴散或滲透程度。水通道蛋白又作為一種特殊水轉運孔道,黃芪更是對分布全身組織器官AQPs 的生理功能和物質代謝具有調控作用。這成為黃芪利水功效研究的關鍵靶點蛋白。排尿排便是體內水液代謝的主要途徑,主要涉及腎與腸,黃芪不僅恢復了腎小球濾過率,保護了腎臟微組織結構,還保護腸黏膜上皮細胞和緊密連接結構的完整性發揮了屏障功能。隨著科研及臨床的縱橫深入研究,還涉及調節腸道菌群微生態系統,促進脂質與能量代謝,然而目前黃芪與腸道微生物之間水液代謝的內在關聯尚無文獻報道。綜上,黃芪利水作用藥理特點雖有些許研究,但就目前主要熱點研究,如水通道蛋白、緊密連接、腸道菌群等內在聯系仍處于不充分不完全階段。并且許多學者著重于該品的補氣健脾功效特點。然中醫診斷治療不僅強調疾病證候的整體觀念、辨證施治,中藥的擇選也是根據草藥的四氣、五味性味特點辨析入藥。自古黃芪對氣、血、津液皆可補之行之助之,素有氣能生津、行津、攝津,津能載氣、生氣。因此,對于補氣利水、利水健脾的闡釋還需多維度的思考,深度的動物實驗研究。隨著科學研究中各組學的新興發展,如蛋白組學、基因組學、代謝組學等多組學交叉應用研究。就某味或某類中藥的性味功效,進行了性味組分的拆分、尋找物質基礎,再進行藥效靶點的分子學實驗研究,確實是科學的詮釋了藥效特點。與此同時,這也需要了學者廣度視角、高維立體的思想,對傳統中藥進行多方位的詮釋,也是傳統中藥持續不斷創新發展的著力點。