黃芪甲苷對缺血性心臟病保護作用的研究進展

賈偉偉 趙宇 李清禹 楊浩然 任珊 王淑秋 林巖(齊齊哈爾醫學院 病理生理學教研室,黑龍江 齊齊哈爾 6006; 基礎醫學院; 佳木斯大學病理生理學教研室)

缺血性心臟病(IHD)又稱冠狀動脈粥樣硬化性心臟病,簡稱冠心病,是一種以心臟血流量減少和心肌氧供不平衡為特征的臨床表現綜合征〔1〕。據統計,我國平均每年約有350 萬人死于心血管疾病(CVD),而IHD 患者占比超過30%〔2〕。冠狀動脈急性持續性缺血缺氧,引起心肌壞死稱為急性心肌梗死(AMI),AMI 常伴有心肌壞死、炎癥、心肌細胞肥大、毛細血管丟失和心肌重塑,最終可導致心力衰竭〔3〕。當前,生活方式干預、強化藥物治療、經皮冠狀動脈介入術等治療方式一定程度上可減輕癥狀和延緩病程進展,但并沒有較好的方法能夠逆轉AMI后的心肌重塑與心功能的下降〔4〕。在《中國藥典》(2015年版)中,黃芪用于治療CVD、腎臟疾病、肝炎和皮膚病等。黃芪甲苷(AS)-Ⅳ是黃芪的主要活性成分之一。現代醫學和藥理學研究顯示,AS-Ⅳ對多種CVD 具有治療作用,如改善心肌纖維化、抑制炎癥反應、抗氧化應激、調節心肌細胞能量代謝、增強心肌收縮力和抗心肌細胞凋亡〔5,6〕。心肌重塑是心臟在生理或病理刺激作用下,心肌細胞和心肌細胞外基質在細胞結構、功能、數量及遺傳表型方面出現的明顯變化即心臟的大小、形狀和功能的變化,是導致心力衰竭發病和死亡的重要原因〔7〕。本文從IHD 發生后心室重塑角度對AS-Ⅳ保護IHD 的研究進展進行綜述。

1 AS-Ⅳ抑制心肌細胞凋亡

細胞凋亡在AMI 后心肌細胞丟失中起重要作用,并參與隨后的心室重構和心力衰竭的發生發展過程〔8〕。細胞凋亡參與多種生理或病理過程,其中線粒體介導的程序性細胞壞死和死亡受體依賴性細胞壞死是細胞凋亡的兩條主要途徑。B 細胞淋巴瘤(Bcl)-2 是內源性凋亡的重要調節因子,阻止線粒體通透性轉換孔(mPTP)的開放,減少線粒體細胞色素(Cyt)-c 的釋放,從而抑制細胞凋亡〔9,10〕。研究發現,轉錄因子GATA-4 對心肌細胞在應激條件下和適應性反應中起重要調節作用,GATA-4 促進Bcl-2表達,抑制細胞凋亡〔11〕。此外,磷脂酰肌醇-3 激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(PI3K/AKT)和糖原合成酶激酶(GSK)-3β 是細胞內重要信號轉導途徑,在細胞凋亡中也起著重要的生物學作用〔12〕。Luo 等〔13〕研究證實AS-Ⅳ可抑制凋亡的發生,給予SD 大鼠AS-Ⅳ(5 mg/kg)連續灌胃3 w 后,建立離體心臟缺氧/復氧模型,對AS-Ⅳ預處理的H9c2 細胞進行缺氧/復氧處理,結果均顯示線粒體中Bcl-2 的表達上調,穩定線粒體膜電位(MMP),阻止mPTP 開放,減少Cyt-c 釋放,最終抑制凋亡的發生。Liu 等〔14〕對C57BL/6 小鼠進行AS-Ⅳ(100 mg/kg)灌胃預處理,2 w 后腹腔注射柯薩奇病毒B3 誘導病毒性心肌炎,造成心肌損傷,結果發現經AS-Ⅳ治療后的小鼠脂肪酸合成酶(Fas)、Fas 配體(FasL)、裂解半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-8 和裂解Caspase-3 等促凋亡基因的表達降低,證明AS-Ⅳ可以抑制Fas/FasL 死亡受體途徑心肌細胞凋亡的發生。Yang 等〔15〕用AS-Ⅳ治療缺氧/復氧條件下的心肌細胞H9c2,結果顯示AS-Ⅳ可上調GATA-4 基因表達和Bcl-2 蛋白的表達,抑制了缺氧/復氧誘導H9c2 的細胞凋亡。Wei等〔16〕研究證明,AS-Ⅳ(5、10 mg/kg)可以通過調節PI3K/AKT/ GSK-3β 信號通路減輕大鼠的心肌損傷。

2 AS-Ⅳ改善心肌肥厚

心肌肥厚是心臟對多種生理和病理刺激的適應性反應,AMI 發生后的心肌肥厚在最初階段是代償性的,隨著時間推移,最后變成失代償性心肌肥厚〔17〕。鈣敏感受體(CaSR)的活化和氧化應激均參與心肌肥厚發展〔18,19〕。氧化應激表現為氧化系統與抗氧化系統之間的不平衡,活性氧(ROS)是心肌細胞肥大的關鍵因子。核因子促紅細胞生成素相關因子(Nrf)2/血紅素加氧酶(HO)-1 是一種存在于人體所有細胞中的蛋白質,其上調HO-1 的表達以減少氧化應激,從而延緩心肌肥厚的進展〔20〕。Lu等〔19〕研究結果證明AS-Ⅳ通過抑制CaSR 的激活,下調了Ca2+/鈣調蛋白依賴蛋白激酶(CaMK)Ⅱ/鈣調磷酸酶(CaN)的信號通路,從而減輕了異丙腎上腺素(ISO)誘導的心肌肥厚。AS-Ⅳ通過激活Nrf2/HO-1 信號傳導抑制ROS 的產生,從而保護心肌細胞肥大。Nie 等〔21〕研究結果顯示AS-Ⅳ高劑量組Nrf2 及其下游基因HO-1 的表達增加,證明AS-Ⅳ通過上調Nrf2 來改善心功能,抑制心肌肥厚,這種作用部分是通過刺激Nrf2/HO-1 信號通路來實現的。

3 AS-Ⅳ抑制心肌纖維化

心肌纖維化的特征是心臟內細胞外基質(ECM)蛋白沉積過多。在缺血損傷時,心臟經歷了一個由大量細胞驅動的動態重塑過程,這些細胞主要包括心肌細胞、內皮細胞、免疫細胞和心臟成纖維細胞〔22〕。心肌成纖維細胞在受損傷組織內過度沉積,增加心臟硬度,導致心臟功能障礙。研究發現,NLRP3 炎癥小體信號及其下游細胞因子反應在心臟纖維化中起著重要作用。NLRP3 炎癥小體激活后,NLRP3、Caspase-1 和白細胞介素(IL)-18 的分泌增加,進而刺激肌成纖維細胞合成大量膠原〔23〕,AS-Ⅳ能顯著降低小鼠心臟組織中NLRP3、Caspase-1 和IL-18 的mRNA 水平,提示其抗纖維化作用可能是通過抑制NLRP3 炎癥途徑介導的。Wan 等〔24〕研究結果顯示AS-Ⅳ可以通過NLRP3 炎癥途徑抑制心肌纖維化。轉化生長因子(TGF)-β/Smads 信號是導致各種組織纖維化的主要途徑〔25〕,瞬時受體電位(TRPM)7 作為一種重要的促成纖維細胞增殖和分化的介質,可促進ECM 樣膠原Ⅰ的合成〔26〕。Lu等〔27〕研究證明缺氧刺激可以增加TRPM7 蛋白的表達,AS-Ⅳ通過抑制TRPM7 蛋白的升高而對抗缺氧誘導的心肌纖維化。miR-135a 是TRPM7 的上游調節因子,通過TRPM7 通道具有抗心肌纖維化的作用〔26〕。Wei 等〔28〕研究發現,經AS-Ⅳ治療后miR-135a 水平恢復到正常狀態,同時TRPM7 的表達顯著降低,證明AS-Ⅳ可通過TGF-β/Smads 途徑抑制心肌纖維化。研究表明,AS-Ⅳ通過抑制ROS 介導的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號的激活,有效地抑制了ISO 誘導Ⅰ型膠原合成,抑制纖維化的發展,保護心肌〔29〕。

4 AS-Ⅳ促進血管生成

血管生成是在原有血管基礎上形成新的血管,已被證明可以重建缺血心臟組織的血運,減少組織梗死的進展, IHD 的主要病理生理原因是動脈粥樣硬化,冠狀動脈粥樣硬化導致冠狀動脈阻塞,導致心肌缺血、心肌梗死(MI)和IHD〔30〕。PKD-HDAC5 通路在血管內皮生長因子(VEGF)轉錄調控和血管生成中起重要作用,蛋白激酶(PKD)1 在體內外均表現出明顯的血管生成作用〔31〕,PKD1 與HDAC5 相互作用,上調HDAC5 調節的基因表達,以促進心肌細胞VEGF 基因的特異性表達〔32〕。研究表明,AS-Ⅳ可能通過PKD1-Ⅱa 類組蛋白脫乙酰基酶(HDAC)5-VEGF 途徑促進MI 大鼠心肌組織的血管生成〔33〕。研究發現, AS-Ⅳ 〔 0.1、0.3 和1.0 mg/(kg·d)〕治療6 w 后可促進缺血心臟血管生成,血管密度增加,特異性內皮細胞標志物CD31和VEGFmRNA 表達增加。此外,AS-Ⅳ還誘導Janus激酶(JAK)和信號轉導與轉錄激活因子(STAT)3磷酸化,AS-Ⅳ通過JAK-STAT3 途徑促進血管生成〔34〕。Cheng 等〔35〕研究證明,AS-Ⅳ促進血管生成是通過調節PTEN/PI3K/Akt 信號通路發揮的。

綜上,當發生心肌缺血時,會發生一個心肌組織重塑的過程,包括細胞成分、信號分子、ECM 之間復雜的病理生理的相互作用,心肌組織重塑的進程越早被中斷,心臟功能就越可能完全恢復正常。AS-Ⅳ及其衍生物涉及多種IHD 保護作用,研究仍處于動物和細胞模型基礎研究階段,深入了解AS-Ⅳ在IHD 中分子機制仍需引起重視。由于AS-Ⅳ的“多靶點”效應,使其有望發展成為治療IHD 藥物。