中藥改善心肌梗死促血管新生機制的研究進展

劉甜甜 張彥麗 何婷 姚魁武 曹俊嶺

心肌梗死是世界范圍內引起死亡的主要原因。心肌梗死屬中醫“胸痹”“心痛”范疇,其病機主要是脈絡不通導致的瘀血阻滯心脈。由于瘀血不去,新血不生,故治療原則為祛瘀生新,首先通過祛瘀法除去體內瘀血,其次通過生新法促進新血生[1]。祛瘀生新與治療性血管新生相對應,血管新生是在缺血、缺氧條件下,從預先存在的血管中,形成新的毛細血管,它是機體的適應性反應,受多種環境因素的調控。新生血管可以重新供氧,改善心肌梗死后心肌重塑。臨床上胸痹、心痛以血瘀證為基礎,治療則以活血化瘀藥為主,兼以益氣、行氣、化痰等方藥,祛瘀通絡、推動血液運行、促進血管新生、建立側支循環,進而改善心肌梗死后胸悶、心痛等癥狀。因此,通過藥物干預或理化治療手段促血管新生,加速缺血心肌的血運重建已成為臨床治療缺血性心臟病的重要策略。本文通過查閱近十年相關文獻,對中藥促血管再生的作用機制研究進展作一綜述,為新生療法的臨床應用提供依據。

1 中藥增強干細胞血管修復與新生能力

1.1 心肌梗死后血管新生機制

急性心肌梗死后,新血管的形成從缺血邊緣區進入梗死組織,恢復對梗死組織的營養和氧供,該過程是介入術后修復的關鍵。心肌梗死存在3種新血管生成方式,即以出芽方式從預先存在的血管中形成毛細血管,由小側支動脈形成血管,由內皮祖細胞生成新血管[2-3]。血管新生由缺血引起,始于血管通透性的增加,基底膜和細胞外基質進行降解,此后內皮細胞沿細胞外基質的新區域遷移,形成新的管腔,血管被周細胞覆蓋并融入循環。動物模型中,血管新生可以由生長因子以及細胞治療誘導,促進血管再生是克服持續微血管功能障礙的關鍵[4]。近年發現骨髓間充質干細胞、內源心臟干細胞、胚胎干細胞、誘導多能干細胞等具有組織修復和再生特性的干細胞[5-6],擁有較強的促血管新生潛力,可以增強心肌再生、修復缺血心臟,逐漸成為心肌梗死的重要治療途徑。

1.2 中藥動員內皮祖細胞調控心梗后血管新生

內皮祖細胞(endothelial progenitor cells,EPCs)是具有促血管生成潛力的干細胞統稱。當組織受到缺血缺氧損傷時,骨髓來源的EPCs被釋放入血,啟動損傷級聯信號,進行遷移和歸巢,促進機體組織修復[7]。研究表明,新生小鼠的心臟動脈內皮細胞對缺血損傷具有獨特反應,缺血會刺激動脈細胞遷移并重新組裝成側支動脈,而激活趨化因子配體12(CXC chemokine ligand-12,CXCL12)-趨化因子受體4(CXC chemokine receptor 4,CXCR4)信號可以進一步引導動脈重組,促進心臟再生[8]。此外,已有研究證實骨髓來源的EPCs具有分化為內皮細胞的潛能,將EPCs注入心肌梗死的心臟可以促進血管新生改善心臟功能[9-11]。

補陽還五湯、血府逐瘀湯等活血化瘀類中藥可通過增強EPCs的動員、增殖、分化、遷移和侵襲能力,增加細胞因子分泌,促進內皮修復和血管新生[12-13]。劉革銘等[14]發現外周血EPCs移植同時給予丹參注射液治療能夠顯著改善急性心肌梗死大鼠的心功能,起到協同修復心肌組織的作用。研究顯示白藜蘆醇具有促進EPCs生成血管、抑制EPCs凋亡,不僅能增加循環EPCs的數量,還可以直接修復內皮細胞的完整性[15]。另外,瓜蔞皮可提高急性心肌梗死大鼠心肌的血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、內皮型一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)、一氧化氮(nitric oxide,NO)和基質金屬蛋白酶9(matrix metalloprotein-9,MMP-9)的表達水平,顯著增強EPCs的動員,發揮梗死心肌的保護作用[16]。可見中藥通過促進EPCs動員及血管生成,能在一定程度上為心肌梗死提供潛在的細胞治療手段。

2 中藥調控促血管生成因子及其受體

2.1 中藥促進VEGF表達

血管新生機制較復雜,多種生長因子、蛋白酶、粘附分子和細胞因子均參與血管新生的調控過程[17]。血府逐瘀湯是治療心肌梗死的經典名方,研究發現血府逐瘀湯可以增加血清和心肌組織NO水平,誘導EPCs分化,促使內皮細胞遷移、粘附,促進急性心肌梗死大鼠缺血區血管新生[18]。麝香保心丸是緩解急性心肌梗死和心絞痛的有效中成藥,可以改善心肌缺血患者血液流變學參數,增加VEGF、NO及一氧化氮合酶水平,促使冠脈側支循環建立,縮短梗死患者發病頻率和持續時間[19]。此外,銀杏內酯B能通過增加心肌缺血再灌注損傷大鼠的心肌VEGF表達而促進血管新生,并且通過降低血清腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素(interleukin,IL)-6發揮抗炎作用,減少心肌梗死面積[20]。柚皮素可通過提高心臟CD31、VEGF和成纖維生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)表達含量,促進心肌梗死大鼠血管新生[21]。一些中藥配伍藥對,如黃芪、丹參也能增加缺氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)和VEGF表達,調控促血管新生作用[22]。

2.2 中藥增加陽性血管密度

活血溫通方可以下調鈣離子/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II氧化和磷酸化活性,提高心肌梗死大鼠缺血心臟CD34和α-平滑肌肌動蛋白陽性血管密度,減輕炎癥反應和氧化應激,抑制心肌凋亡和促進血管新生,從而改善梗死區內環境和增加心功能恢復[23]。中藥復方可以通過升高促血管生成因子,發揮促血管新生作用。單味藥及其活性成分也具有明顯的促血管新生特性,鹿茸可通過上調VEGF、bFGF等促血管新生因子的表達,增加微血管密度與小動脈生成,有效促進血管新生,修復心梗大鼠心肌損傷和改善心功能[24]。彭程飛等[25]和魏英等[26]采用人參皂苷Rg1和人參總皂苷干預大鼠急性心肌梗死后心肌組織CD31陽性細胞血管密度和表達水平明顯升高,說明人參皂苷Rg1和總皂苷能促進心梗后心臟血管再生,進而增加血氧供應和恢復缺血心臟功能。

2.3 中藥提高促血管生成因子受體表達

吳佳妮等[27]研究揭示益氣活血方能降低VEGF受體2(VEGF receptor 2,VEGFR2)及上游缺氧核心調控因子HIF-1α的蛋白表達和mRNA水平,逆轉心肌梗死大鼠心肌毛細血管形態病理改變。淫羊藿總黃酮能上調急性心肌梗死大鼠缺血心肌CD31與α-平滑肌肌動蛋白水平,同時增加蛋白激酶B磷酸化、bFGF、VEGF及受體VEGFR2表達,促進缺血心肌血管新生,改善梗死區附近心肌灌注不足,抑制急性心梗后心室重構和心力衰竭的進程[28]。丹參素和羥基紅花黃色素A單用或配伍均可上調VEGF、基質細胞衍生因子-l(stromal cellderived factor-1,SDF-1)、CXCR4表達,發揮促血管新生作用[29]。另外,枸杞多糖可以通過增加CD133、VEGFR2蛋白表達,激活內皮細胞功能,促進新生血管生成及血流灌注,從而明顯改善心肌梗死后大鼠心肌缺血損傷[30]。因此,無論是中藥復方、單方、配伍藥對或中藥活性成分均有顯著的血管新生因子和下游受體蛋白的促進作用,最終增加心肌梗死后心功能恢復。

3 中藥靶向調控外泌體介導血管新生

外泌體是從細胞釋放到血液的納米囊泡,具有調節血管新生的作用。近年來研究發現,外泌體可以激活心血管疾病中有益的信號通路,可能介導人類干細胞的促血管生成作用,外泌體可以通過血液傳遞miRNA和蛋白質,是一種潛在的細胞間通訊模式。治療上,外泌體可能介導干細胞的許多有益特性轉移到心臟[31-34]。外泌體通過傳遞與血管新生相關的miRNA,如miRNA-21、miRNA-132、miRNA-210等促進下游通路血管新生相關的基因表達,或間接增強促血管新生相關蛋白表達,提高內皮細胞在缺血缺氧環境下的存活、遷移、成管能力,從而促進心肌梗死區域血管新生。

研究顯示活血益氣方可以升高急性心肌梗死大鼠血清miR-484水平,通過調控外泌體miR-484靶向受體,參與VEGF誘導的內皮細胞增殖、分化,進而誘導心肌梗死后血管新生[35-36]。傅小媚等[37]發現脂多糖刺激下骨髓間充質干細胞產生的外泌體注射小鼠心臟后,可明顯改善小鼠心肌梗死后的心臟收縮功能、纖維化沉積和IL-6、IL-1β、轉化生長因子β、趨附因子CCL2等炎癥因子水平。此外,芪參益氣滴丸能調控間充質干細胞來源的外泌體miR-155靶向調節線粒體自噬改善心肌缺血,從而起到減輕心肌缺血再灌注后局部炎癥,改善急性心肌梗死后心功能的作用[38-39]。目前,利用外泌體可以找尋冠心病的診斷和預后分子標記物,揭示缺血性疾病的發病機制,還可以作為缺血性心臟病治療的靶點和手段,以及作為藥物載體實現靶向給藥。此外,通過基因修飾手段增強外泌體介導的心臟修復作用,以及將外泌體與生物活性肽結合形成工程外泌體的靶向缺血心肌治療[40],是外泌體目前在心血管領域的研究熱點。

4 中藥介導血管新生的相關通路

研究證實中藥介導心肌梗死后血管新生有以下幾個通路:(1)VEGF/eNOS信號通路。VEGF是參與內皮細胞功能的重要調節因子,VEGF通過促進eNOS絲氨酸1177位點磷酸化,產生NO促進血管再生[41]。(2)Notch信號通路。Notch信號由受體(Notch1、Notch2、Notch3、Notch4)和相應配體(GLL1、DLL3、DLL4、Jagged1、Jagged2)及胞內效應分子、相關酶組成。Notch能調控多種血管新生因子表達,介導微血管生成過程,是組織再生和修復的重要通路[42]。(3)蛋白激酶D1(protein kinase D1,PKD1)及其下游通路。PKD1能降低心肌梗死后炎癥反應和抑制細胞凋亡,促進血管新生和修復梗死心肌組織。PKD1在新生血管的形成、穩定和成熟中發揮重要作用。(4)沉默信息調節因子3(silent information regulator 3,SIRT3)/β-連環蛋白(β-catenin)/過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor γ,PPARγ)信號通路。SIRT3可調節內皮細胞能量代謝、心臟功能、血管生成和細胞凋亡過程,與心肌重構、心力衰竭、心肌梗死的發生發展密切相關[43]。β-catenin促使心肌纖維化。PPARγ降低血管內皮生長因子,抑制血管新生。β-catenin和PPARγ之間存在負反饋調控[44]。

4.1 中藥激活VEGF/eNOS信號通路促血管新生

VEGF/eNOS信號通路參與了小鼠和人源心肌細胞增殖和心臟再生功能,可能對干細胞分化和預防心肌梗死具有重要治療意義[45-46]。土貝母苷Ⅰ是從土貝母中提取的三萜皂苷,研究發現土貝母苷Ⅰ在體內和體外都能促進血管生成,降低eNOS活性可抑制其促血管新生作用。提示土貝母苷Ⅰ可能是一種治療缺血性疾病的新藥,它能通過激活eNOS/VEGF信號通路保護血管生成[47]。此外,VEGF和VEGFR2的激活也是誘導血管新生治療的重要信號,丹參活性成分及其制劑可以通過上調VEGF/VEGFR信號通路,提高內皮細胞增殖、遷移、分化與管腔形成能力。同時可通過激活SDF-1/CXCR4信號通路,提高EPCs的趨化與歸巢能力,進一步增強缺氧誘導因子的轉錄活性,調節血管新生相關因子,如VEGF、SDF-1α、促血管生成素1及其受體Tie-2、血小板衍生生長因子β、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)和一氧化氮合酶等表達發揮體內外促血管新生作用[48-50]。

4.2 中藥調控Notch信號通路促血管新生

李雙娣[51]在“祛瘀生新”治法基礎上,以行氣化瘀扶正為治則,采用宣痹通瘀方干預心肌梗死大鼠,可以改善心肌氧化損傷和左心室功能,縮小梗死范圍,促進梗死區血管新生,升高心肌VEGF表達,抑制Notch1、Dell4的表達,表明宣痹通瘀方的作用可能與調控Notch/Dell4信號通路相關。王思穎[52]發現通心絡能激活Notchl/Jaggedl/VEGF通路,促進梗死邊緣區微血管新生,增加新生微血管密度,減少細胞凋亡,穩定心梗大鼠心率,減少心律失常發生率,改善心肌氧供和內皮功能。此外,聯合應用川芎、白芍能改善心肌梗死小鼠左室射血分數、降低梗死面積,增加心肌梗死邊緣區CD31表達水平,降低梗死區CD31和血管性血友病因子水平,且增加心臟組織中FGF受體1、SDF-1、心肌營養素1、Notch1表達,降低HIF-1α表達。當加入Notchγ分泌酶的抑制劑后,川芎和白芍聯合改善心功能和心臟病變的作用均被抑制,同時Notch1表達降低[53],說明川芎、白芍配伍可能通過激活Notch信號和干細胞動員促進缺血心肌血管生成。

4.3 中藥激活PKD1及其下游通路促血管新生

研究證實,丹參酚酸B可以減少心肌梗死大鼠的瘢痕組織,降低心肌膠原比例,改善因缺血受損引發的心肌紋理模糊、閏盤斷裂、線粒體萎縮、微血管管腔塌陷等病變,并上調心臟PKD1、HIF-1α、VEGF和Ⅷ因子表達[54],說明丹參酚酸B可能通過激活PKD1/HIF-1α/VEGF信號通路增加心肌梗死后大鼠血管新生,保護缺血心肌組織。組蛋白脫乙酰酶5(histone deacetylase 5,HDAC5)是PKD1的下游蛋白之一,它在抑制調控基因的表達和誘導染色質的修飾中起重要作用。PKD1與HDAC5結合后上調HDAC5,控制相關基因表達并調節內皮細胞的遷移和增殖[55]。研究發現,黃芪甲苷可明顯升高心肌梗死大鼠心肌組織PKD1、HDAC5、VEGF的mRNA和蛋白水平,而PKD1的特異性阻斷劑CID755673則會顯著抑制黃芪甲苷組大鼠心肌組織的相關mRNA和蛋白水平[56],結果提示黃芪甲苷可能調控PKD1/HDAC5/VEGF信號發揮促心肌梗死后大鼠心臟血管新生作用。

4.4 中藥調控SIRT3/β-catenin/PPARγ信號通路促血管新生

研究發現中藥可通過SIRT3/β-catenin/PPARγ信號通路發揮抗心肌梗死后的促血管新生作用。榮霞等[44]的研究發現積雪草酸可以明顯改善心臟功能,增加微血管密度,提高心肌SIRT3、β-catenin、PPARγ的mRNA水平,同時降低血清IL-6、TNF-α、核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)的含量,表明積雪草酸可能通過抑制心臟SIRT3/β-catenin/PPARγ信號通路,促進急性心肌梗死模型大鼠血管新生及保護梗死心肌組織。謝方方等[57]發現蒲參膠囊可以增加心臟VEGF、bFGF水平,提升SIRT3和β-catenin的表達,同時抑制PPARγ含量,提示蒲參膠囊可能通過調控SIRT3/β-catenin/PPARγ信號改善急性心肌梗死大鼠的血管新生和心室重構作用。此外,芪參益氣滴丸能顯著改善心梗后心臟射血分數和短軸縮短率,抑制IL-6、TNF-α、NF-κB表達,增加微血管密度和心肌組織SIRT3、β-catenin的mRNA水平,降低PPARγ的mRNA水平,說明芪參益氣滴丸可能通過激活SIRT3/β-catenin/PPARγ信號通路降低急性心肌梗死大鼠炎癥反應,促進血管新生,從而改善心肌功能[58]。

上述研究表明中藥方劑可能通過多個不同的信號轉導通路介導心肌梗死模型動物的促血管新生作用,逆轉缺血心臟結構病變,增加微血管密度,改善心肌血氧供應,從而增加心功能恢復。但目前對中藥干預心肌梗死的促血管新生作用及其機制的挖掘還只是冰山一角,尤其是中藥配方的促血管再生機制及藥效物質基礎尚不完全明確。隨著研究深入,將來可能會發現越來越多的中藥有效成分和通路參與心肌梗死后的血管新生與修復作用。

5 結語與展望

綜上,中藥可能通過骨髓來源的內皮祖細胞、外泌體、促血管生成調控因子,以及多個信號通路增加缺血心臟微血管密度,建立側支循環,促進心肌梗死后血管新生,從而增加血氧供應和恢復心功能。當前,在嚙齒動物和細胞實驗中觀察到生長因子可以刺激血管生成。然而,旨在誘導血管新生的人體試驗尚未取得明顯成效。此外,心肌梗死后通過干細胞或外泌體靶向血管新生治療尚處于臨床前的研究階段,相信隨著研究技術和再生醫學的發展,血管再生療法終將使心肌梗死患者受益。由于血管新生和心肌再生的相關分子機制研究還在不斷更新中,中藥干預亦在深入挖掘。因此,探索中藥促進心肌梗死后血管新生的機制還有待進一步研究完善,確保其在臨床應用上的安全、有效,為患者提供最佳治療方案改善心肌梗死預后功能奠定基礎。