黃酮類化合物通過炎癥途徑對心肌細胞的保護作用及機制的研究進展

馮柏林 覃琴 白鷺 李鴻 張良 韋飛燕 楊秀芬

炎癥是具有血管系統的活體組織對損傷因子所發生的防御反應。在炎癥反應過程中，心肌細胞通過接受外來刺激、信號，產生氧化應激反應，促進細胞異構化，從而導致心肌細胞凋亡等損傷，最終影響心血管疾病的發生發展。心血管疾病死亡率呈逐年上升趨勢，嚴重威脅著人類健康，因此開發療效好、副作用小的治療心血管疾病藥物刻不容緩。

黃酮類化合物是一類廣泛存在于自然界植物中的次生代謝產物，根據結構不同，黃酮類化合物可分為黃酮、黃酮醇、二氫黃酮、異黃酮、查爾酮、二氫查爾酮、黃烷-3-醇等類。黃酮類化合物具有抗炎、抗氧化、治療心血管疾病等作用，并具有安全性好、副作用較小的藥用特點。近年來黃酮類化合物對心肌細胞的保護作用受到了國內外學者的廣泛關注，通過對相關文獻總結，本文將黃酮類化合物通過炎癥途徑保護心肌細胞的作用機制概括為以下4個方面。

1 降低炎癥細胞因子水平

炎癥細胞因子是指參與炎癥反應的各種細胞因子，主要包括腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin 1，IL-1)、IL-6、IL-8等。TNF-α主要由活化的單核巨噬細胞產生，能促進IL-1、IL-6、IL-8等產生。TNF-α、IL-6通過降低心肌細胞環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)水平, 誘導心肌損傷[1]。IL-1包括IL-1α和IL-1β，IL-1β在心血管系統中比較常見。IL-1β可調控磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)通路刺激IL-6表達，還可通過激活p38MAPK通路和一氧化氮(nitric oxide，NO)途徑促使心肌細胞凋亡。IL-6也可通過NO途徑使心肌細胞凋亡[2]。由此可見炎癥細胞因子是引起心肌細胞凋亡的推動者，因此降低炎癥細胞因子水平對保護心肌細胞免受凋亡損傷非常重要。IL-1β和IL-6在參與心肌細胞凋亡過程中還與NO有關。另外有研究發現，IL-6可通過PI3K/Akt通路上調NO保護心肌細胞[3]。

研究表明，炎癥細胞因子可通過誘導心室擴張、左室重構收縮功能異常引起心肌細胞肥大和凋亡，導致心力衰竭[4-5]，而心力衰竭是絕大部分心血管疾病的終末階段。黃酮類化合物可有效降低炎癥細胞因子水平以保護心肌細胞，這對于心血管疾病的防治意義重大。Ying等[6]在根皮素(20 mg/kg)治療鏈脲佐菌素(streptozocin，STZ)誘導的糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)小鼠和根皮素(20 μmol/L)預處理高糖損傷H9c2心肌細胞的實驗中發現，根皮素可通過降低TNF-α、IL-6水平和上調沉默信息調節因子(silent information regulator 1，SIRT1)表達，發揮預防心肌炎癥和纖維化反應的保護作用。芹菜素(50，100 mg/kg)可顯著降低脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導的心肌損傷大鼠血清TNF-α和IL-6水平，并抑制鞘氨醇激酶1(sphingosine kinase 1，SphK1)和鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)表達，從而使大鼠免受心肌損傷[7]。李燕等[8]發現柚皮素(25，50，75 mg/kg)能顯著降低STZ誘導的DCM小鼠的IL-6水平，上調IL-10水平，起到抑制心肌細胞炎癥反應的作用。何夕松等[9]在柚皮素(25，50，75 mg/kg)干預STZ誘導的DCM小鼠實驗中發現，柚皮素能降低IL-1β水平，改善模型小鼠心肌細胞凋亡和心肌重構，這些作用可能與其抑制NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白(NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3, NLRP3)炎癥小體激活有關。Han等[10]發現羥基紅花黃色素A(hydroxysafflor yellow A，HSYA)(16，32 mg/kg)能顯著降低缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)損傷的大鼠TNF-α、IL-1β、Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)水平，使大鼠免受心肌炎性損傷。Li等[11]發現不同濃度圣草酚(5，10，20 mg/kg)治療心肌I/R損傷的大鼠，可使模型大鼠心肌中的TNF-α、IL-6、IL-8、C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)水平降低，抑制心肌細胞凋亡和促進Janus激酶2(Janus kinase 2，JAK2)激活。此外還發現，使用特異性JAK2抑制劑AG490能消除圣草酚對大鼠心肌I/R損傷的治療作用，表明圣草酚通過激活JAK2抑制炎癥反應和心肌細胞凋亡。研究證實，JAK2/信號傳導及轉錄激活蛋白3 (signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)信號通路可靶向調控炎癥反應和心肌細胞凋亡，因此JAK2/STAT3信號通路可作為黃酮類化合物調控心肌細胞炎癥的靶點進行研究。

在炎癥反應過程中，炎癥和氧化應激在心血管系統中相互影響。炎癥能促進大量的氧自由基產生，造成機體失衡，而過多的活性氧(reactive oxygen species , ROS)可加速心肌細胞凋亡，持續的氧化應激又進一步導致炎癥發展。因此炎癥細胞因子和氧化應激在心肌細胞中的協同作用機制，是黃酮類化合物保護心肌細胞的一個重要研究方向。Radhiga等[12]研究發現，芹菜素(10 μmol/L)可降低TNF-α、NF-κB和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表達，使H9c2心肌細胞免受異丙腎上腺素(isoproterenol，ISO)誘導的炎性損傷，研究還發現芹菜素具有抑制脂質過氧化損傷和細胞凋亡的作用。Kumar等對ISO誘導的心肌損傷小鼠給予黃芩素(50，100 mg/kg)預處理后，發現黃芩素可通過抑制氧化應激和降低TNF-α、IL-6水平保護心臟[13]。在STZ誘導的DCM大鼠實驗中發現，黃芩素(100，200mg/kg)可顯著降低TNF-α、IL-1β水平，保護大鼠心肌組織免受炎癥損傷和氧化應激，而這可能與黃芩素抑制PI3K/Akt信號通路有關[14]。山奈酚(10 mg/kg)治療STZ誘導的DCM小鼠，可顯著降低TNF-α、ROS水平，抑制心肌細胞凋亡[15]。在紫云英苷預處理(10 μmol/L)I/R損傷的大鼠實驗中發現，紫云英苷顯著降低TNF-α、IL-6水平，抑制細胞凋亡和減輕氧化損傷[16]。腹腔注射染料木素(5 mg/kg)作用于多柔比星(doxorubicin，DOX)誘導的心臟毒性小鼠后，發現染料木素可通過調節氧化應激和核因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)傳導，下調炎癥細胞因子表達，減輕細胞凋亡[17]。水飛薊賓(100 mg/kg)治療LPS誘導的內毒素血癥心肌損傷小鼠后發現，水飛薊賓可顯著降低TNF-α、IL-1β水平，抑制氧化應激和細胞凋亡[18]。此外水飛薊賓(100 mg/kg)還可顯著降低IL-6、ROS水平，抑制中性粒細胞浸潤，使小鼠免受心肌I/R損傷[19]。Wu等[20]通過對STZ誘導的DCM小鼠給予二氫楊梅素(100 mg/kg)治療，發現其能使炎癥細胞因子水平降低，改善心臟功能和減輕病理學變化，抑制氧化應激和心肌細胞凋亡，恢復糖尿病小鼠的自噬。這些研究都證實了黃酮類化合物在降低炎癥細胞因子和抑制氧化應激方面具有共同保護心肌細胞的作用，但對具體作用機制的研究仍偏少，有待進一步研究。

2 抑制NF-κB信號通路

NF-κB是一種具有調節作用的核轉錄因子，在細胞對刺激的反應(如應激反應、炎癥反應、凋亡等)過程中具有重要調節作用。NF-κB信號通路在心肌細胞的炎癥反應中發揮著關鍵作用，其成員主要有NF-κB家族蛋白、NF-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor kappa B, IκB)家族和IκB激酶(IκB kinase ,IKK)復合物。IKK在炎癥反應中可被激活，引起IκB磷酸化，進而使IκBα降解，最終導致NF-κB活化[21]。活化的NF-κB能促進心肌細胞促炎癥細胞因子的釋放[22]，并通過炎癥和免疫介導，誘導炎癥細胞因子及炎癥趨化因子[高遷移率族蛋白 B1(high mobility group box 1，HMGB1)等]表達。此外，NF-κB在心肌I/R損傷中可被氧化應激反應激活，誘導心肌細胞和巨噬細胞產生和釋放TNF-α。可見NF-κB通路是天然藥物研究中開發抗炎藥物的重要靶點。研究黃酮類化合物抑制NF-κB信號通路，有利于闡明黃酮類化合物對心肌細胞的保護作用機制。

王蕊等[23]對高糖誘導的H9c2心肌細胞損傷給予二氫楊梅素(50 μmol/L)預處理后發現，二氫楊梅素可顯著降低NF-κB p65、p-IκBα/IκBα表達，抑制氧化應激，從而使炎癥反應減輕。葛根素(1～40 μmol/L)處理LPS損傷的H9c2心肌細胞后，可通過抑制NF-κB磷酸化減輕炎癥損傷和細胞凋亡[24]。在水飛薊賓(50 μmol/L)預處理缺氧/再灌注誘導的H9c2心肌細胞損傷的實驗中發現，水飛薊賓通過抑制IκBα降解和p65NF-κB核易位，減輕炎癥反應和心肌細胞凋亡[19]。Chen等[15]在山奈酚(2.5 μmol/L)預處理高糖誘導的H9c2心肌細胞損傷實驗中發現，山奈酚可減輕炎癥反應，并具有抑制氧化應激和減輕心肌纖維化的作用，其機制可能與活化Nrf2和抑制NF-κB信號通路有關。Zhang等[25]對I/R損傷的小鼠在造模前連續7天給予木犀草素(40，80，160 mg/kg)治療，以及對缺氧/復氧(hypoxia-reoxygenation，H/R)損傷的H9c2心肌細胞給予木犀草素(5，10，20 μmol/L)預處理后發現，木犀草素能顯著降低TNF-α等炎癥細胞因子水平，明顯減少心肌梗死面積，其作用機制可能與體內外Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)介導的NF-κB/NLRP3炎性小體降低有關。Khan等[26]研究發現對STZ誘導的DCM小鼠腹腔注射漢黃芩素(10 mg/kg)后可抑制NF-κB p65磷酸化，增加IκBα表達，減輕心肌細胞凋亡與壞死。Rani等[27]在STZ和ISO誘導的糖尿病大鼠實驗中發現，白楊素可通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAR-γ)，下調NF-κBp65、IKKβ表達水平，抑制炎癥反應和氧化應激。Roslan等[28]對STZ和煙酰胺誘導的糖尿病心肌損傷大鼠給予槲皮素(25，50 mg/kg)治療后發現，槲皮素通過下調NF-κBp65、IKKβ表達并抑制氧化應激，從而減輕炎癥損傷和細胞凋亡。在I/R損傷的大鼠實驗中發現，不同濃度燈盞乙素(0.3，3，30 mg/kg)可通過抑制炎癥反應改善心肌損傷并恢復心肌收縮功能，而這些保護作用可能與其抑制NF-кB /NLRP3/IL-1β通路有關[29]。雷蕾等[30]研究發現對柯薩奇病毒B3(Coxsackie virus B3，CVB3)誘導的心肌損傷大鼠腹腔注射不同濃度牡荊素(10，20，50 mg/kg)后，牡荊素可通過抑制TGF-β/NF-κBp65/TNF-α通路活性下調炎癥細胞因子表達，起到保護心臟的作用。

3 抑制MAPK信號通路

MAPK是介導細胞反應的重要信號通路，其中與心肌細胞凋亡有著密切關系的MAPK家族成員主要包括c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、p38和細胞外調節蛋白激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase1/2，ERK1/2)。JNK是炎性細胞因子轉錄的關鍵調節因子，JNK可上調NLRP3表達，促進IL-1β產生，進而促進炎癥反應過程。例如，在DCM中JNK通過下游因子SIRT1下調B淋巴細胞瘤2相關X蛋白及p53抑制心肌細胞凋亡[31]；此外，還有研究報道活化的JNK參與了TNF-α誘導的心肌細胞凋亡過程。因此在治療心血管疾病的天然抗炎藥物的研究開發中，MAPK通路為另外一個重要的炎癥調控靶點。

研究發現，山奈酚(20 mg/kg)通過抑制p38/JNK通路減輕I/R損傷大鼠的炎癥反應、細胞凋亡和氧化應激[32]。Liu等[33]對嚴重燒傷引起急性心肌損傷的大鼠給予葛根素(10 mg/kg)治療后，發現葛根素可通過降低TNF-α和抑制MAPK信號通路，減輕燒傷后大鼠的炎癥損傷，并改善心肌細胞的超微結構。

4 共同抑制NF-κB和MAPK信號通路

各個炎癥途徑在參與心肌細胞凋亡等損傷過程中往往聯系密切、相互影響，共同影響參與心肌細胞的炎癥過程。研究證實，JNK可以通過與NF-κB信號通路產生交互而發揮調控炎癥的作用。JNK通過促進NF-κB活化誘導炎癥發生從而引起心肌細胞凋亡[34]，而NF-κB又可通過JNK/p38MAPK信號通路引起心肌細胞凋亡和纖維化[35]。p38MAPK、ERK1/2通過磷酸化激活NF-κB促進TNF-α表達，TNF-α又激活ERK1/2，放大炎癥反應；ERK1/2信號通路的激活還可調控心肌細胞凋亡[36-37]。

由上可知炎癥在參與心肌細胞凋亡等損傷過程中受到多種信號通路的共同調控，主要分為胞外的分泌型信號(細胞因子)及胞內的NF-κB和MAPK通路。在外界病理因素刺激下，MAPK、NF-κB通路在交互作用的過程中相互激活產生炎癥反應，進一步誘導細胞因子產生，促進炎癥反應。而心肌細胞通過炎癥途徑參與凋亡、氧化應激等過程，影響多種心血管疾病的發生與發展，如心力衰竭、心室重構、糖尿病心肌病等。因此，研究黃酮類化合物在心肌細胞中對NF-κB信號通路和MAPK信號通路的共同抑制作用，可為治療心血管疾病帶來新的希望。

黃酮類化合物中木犀草素、槲皮素和染料木素均能顯著降低環氧合酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)表達，并通過調控NF-κB和MAPK通路使H9c2心肌細胞免受LPS誘導的炎癥損傷。進一步的研究發現p38和JNK參與了COX-2表達，而木犀草素比黃酮醇衍生物(如槲皮素)更加顯著地降低COX-2表達[38]。COX-2是一種誘導酶，可促進花生四烯酸轉化為前列腺素E2，從而介導炎癥反應，然而目前尚未發現關于黃酮類化合物通過花生四烯酸環氧酶代謝途徑減輕心肌細胞損傷作用方面的研究報道。研究發現，不同濃度淫羊藿苷(0.1，1，10 μmol/L)處理LPS損傷的H9c2心肌細胞后，可顯著下調TNF-α和IL-1β表達，抑制細胞凋亡，這些作用可能是淫羊藿苷通過抑制ROS依賴性JNK/NF-κB途徑介導所致[39]。Liang等[40]在研究表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)對香煙煙霧培養基(cigarette smoke medium，CSM)誘導的人心肌細胞AC16炎癥的影響時發現，使用EGCG(10 μmol/L)預處理后，其可通過抑制ERK1/2、p38 MAPK和NF-κB途徑下調IL-8表達，抑制氧化應激和細胞凋亡。Zhang等[41]研究發現，甘草苷(10，20 mg/kg)通過抑制IkBa和NF-kB磷酸化降低IL-1β，使小鼠免受高果糖誘導的炎癥損傷。研究還發現，甘草苷能在體內外通過抑制NF-κB和MAPK信號通路減輕高果糖誘導的心肌纖維化。在甘草查耳酮D(1 μg/mL)預處理后再進行I/R處理的離體大鼠心臟實驗中發現，甘草查耳酮D具有抗炎、抗氧化和抗凋亡作用，而這些作用可能與其激活Akt通路和阻斷NF-κBp65和p38MAPK通路有關[42]。

上述黃酮類化合物通過炎癥途徑對心肌細胞的保護作用及機制研究總結見表1。

表1 黃酮類化合物通過炎癥途徑對心肌細胞的保護作用及機制研究

續表

5 結語

綜上所述，炎癥是引起心肌細胞損傷導致心血管疾病的關鍵因素，而黃酮類化合物在治療心血管疾病中發揮著重要作用。黃酮類化合物主要通過降低TNF-α、IL-1、IL-6、COX-2、iNOS水平，上調Nrf2表達，以及抑制NF-κB和MAPK信號通路等炎癥途徑減輕心肌細胞凋亡等損傷，從而起到抑制心肌纖維化與重塑、減輕心臟毒性和改善心臟功能的作用。此外，JAK2/STAT3、TLR4和PI3K/Akt信號通路也與心肌細胞中炎癥有關，而在炎癥反應過程中黃酮類化合物還可通過抑制氧化應激保護心肌細胞。除了上述已介紹的炎癥途徑，黃酮類化合物的抗炎機制還包括花生四烯酸代謝途徑，其中脂氧合酶影響細胞功能，并與心血管疾病的發生發展有關，因此可研究黃酮類化合物調控脂氧合酶介導心肌細胞的相關作用機制。另外，黃酮類化合物種類繁多、機制復雜，還需大力挖掘，如對二氫查爾酮類在心肌細胞的抗炎作用研究還比較少，其作用機制研究也還不夠深入。黃酮類化合物在自然界中分布廣泛，深入挖掘研究黃酮類化合物通過調控炎癥途徑保護心肌細胞的作用機制，有利于促進黃酮類藥物治療心血管疾病的新藥研究開發，豐富和完善人類的醫學資源寶庫。