紅景天苷防治高原肺水腫的作用機制研究進(jìn)展

白 倩，寇祎樂 綜述 丁 輝 審校

高原肺水腫(high altitude pulmonary edema, HAPE)是指健康人群急性暴露于2500 m以上高海拔環(huán)境時發(fā)生的一類非心源性肺水腫，常見呼吸困難、咳嗽、發(fā)紺、運動不耐受及粉紅色泡沫痰等臨床表現(xiàn)。研究顯示，低海拔官兵急進(jìn)高原后，在進(jìn)行正常訓(xùn)練時均會出現(xiàn)不同程度的氣短、胸悶、頭暈等高原缺氧癥狀。HAPE起病急、進(jìn)展快，病死率高達(dá)36.36%～90%，已嚴(yán)重威脅批量快速進(jìn)駐高原部隊官兵的健康和生命安全，影響部隊作戰(zhàn)能力，阻礙高原區(qū)域的經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展。目前研究認(rèn)為，HAPE的發(fā)病主要與缺氧性肺動脈高壓(hypoxia pulmonary hypertension, HPH)、氧化應(yīng)激、肺血管通透性增加、炎癥反應(yīng)、肺泡液體清除受損及遺傳等因素相關(guān)，然而具體發(fā)病機制仍不清楚，防治策略也缺乏針對性。雖然階梯法進(jìn)高原是防治HAPE的最有效手段，但耗時較長，短期暴露難以達(dá)到預(yù)防效果，在搶險救災(zāi)及緊急軍事行動中應(yīng)用受限。現(xiàn)有藥物多依賴于碳酸酐酶抑制劑和皮質(zhì)類固醇等，毒副反應(yīng)明顯，臨床使用也備受限制。近年來，尋找有效抗HAPE的天然藥物成為國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注熱點，越來越多的中藥及活性成分被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可。HAPE是一種多因素誘導(dǎo)的全身性病理損傷，多靶點藥物協(xié)同作用優(yōu)于單一靶點藥物療效。紅景天苷(salidroside, SAL)作為中藥紅景天的重要活性成分，具有抗缺氧、抗氧化、抗炎、抗腫瘤及對心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)等多種活性，且少見不良反應(yīng)，近年來被廣泛用于抗高原反應(yīng)。關(guān)于SAL抗HAPE的藥理作用研究較多，但缺乏系統(tǒng)闡述。本文綜合近年來SAL防治HAPE的研究進(jìn)展，將從SAL緩解HPH、抗氧化應(yīng)激、抑制炎癥反應(yīng)、保護(hù)肺血管通透性及改善肺泡液清除能力等方面進(jìn)行綜述，以期為SAL的臨床應(yīng)用及新藥研發(fā)提供理論依據(jù)，為防治HAPE提供新思路。

1 緩解HPH

HAPE是一種非心源性肺水腫，與缺氧誘導(dǎo)的肺循環(huán)阻力增大有關(guān)，是驅(qū)動水進(jìn)入肺泡的力量與其除水能力之間持續(xù)失衡的結(jié)果。肺部積水量取決于肺泡液從肺血管系統(tǒng)排出的速率和肺泡上皮細(xì)胞對水的重吸收速率，前者與HPH有關(guān)，而后者依賴于肺泡上皮鈉轉(zhuǎn)運。低氧會導(dǎo)致肺血管在幾秒鐘之內(nèi)發(fā)生非均一性的收縮，從而導(dǎo)致肺循環(huán)阻力增加、肺動脈壓力升高。隨著低氧時間延長，持續(xù)缺氧會引起肺血管持續(xù)收縮和肺血管重構(gòu)，導(dǎo)致HPH。

缺氧導(dǎo)致的肺血管重構(gòu)涉及肺動脈的全層，使肺動脈的擴張功能明顯受限，在HPH進(jìn)程中起關(guān)鍵作用。在生理情況下，肺動脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery smooth muscle cells, PASMCs)的增殖與凋亡和外膜成纖維細(xì)胞的合成與降解均處于動態(tài)平衡，而高原缺氧破壞肺動脈內(nèi)膜的完整性，使內(nèi)皮屏障功能紊亂，導(dǎo)致促生長因子相對增多，刺激外膜成纖維細(xì)胞和中膜PASMCs異常增殖，破壞原有的平衡狀態(tài)，造成肺動脈外膜和中膜增厚，管腔相對變窄，血流阻力相應(yīng)變大，最終導(dǎo)致HPH。SAL可通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能和抑制PASMCs過度增殖，促進(jìn)凋亡來緩解HPH。

1.1 調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能 低氧誘發(fā)交感神經(jīng)系統(tǒng)激活過度，使一氧化氮(NO)合成減少，而內(nèi)皮素-1(ET-1)的合成增加，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的功能紊亂，肺動脈血管持續(xù)收縮，進(jìn)而引發(fā)HPH。研究證實，SAL可通過增強NO的釋放或抑制ET-1的釋放使HAPE的血流動力學(xué)發(fā)生變化，減輕缺氧誘導(dǎo)的血管收縮和肺動脈高壓。 Chang等發(fā)現(xiàn)，SAL可通過AMPK-AKT-eNOS和ERK通路減輕缺氧誘導(dǎo)的NO產(chǎn)生和信號傳導(dǎo)受損，增加NO的生物利用度，從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受缺氧損傷。HIF-1α是感應(yīng)細(xì)胞缺氧反應(yīng)的重要因子，高原缺氧時，其表達(dá)明顯升高，并編碼多種縮血管因子。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endo-thelial growth factor, VEGF)不僅可以收縮血管，還能促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長、存活和增殖，是促血管生成的關(guān)鍵因子。研究表明，缺氧環(huán)境下HIF-1α高表達(dá)，可能調(diào)控其靶基因ET-1、VEGF等縮血管因子的水平升高，進(jìn)而引起肺血管收縮和血管重構(gòu)，導(dǎo)致HPH發(fā)生。SAL干預(yù)后HIF-1α、ET-1、VEGF的表達(dá)下降，而血管內(nèi)皮舒張因子eNOS表達(dá)增加，有效改善了血管內(nèi)皮的舒縮功能，從而遏制HPH的發(fā)展，發(fā)揮抗HAPE作用。

1.2 抑制PASMCs過度增殖，促進(jìn)凋亡 缺氧時，PASMCs的凋亡與增殖比例失衡，導(dǎo)致PASMCs過度增殖，肺動脈管壁相對增厚，管腔變窄，引發(fā)HPH。 Gui等發(fā)現(xiàn)，SAL可逆轉(zhuǎn)缺氧誘導(dǎo)的PASMCs增殖和細(xì)胞凋亡抵抗，并可能與通過AMPKα1-mTOR-ULK1和AMPKα1-ULK1通路進(jìn)一步增加自噬通量有關(guān)，進(jìn)而促進(jìn)PASMCs凋亡，減少肺動脈重塑，緩解HPH。低氧可以引起PASMCs的增殖和遷移能力增強，還會誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣杀硇汀＝谘芯堪l(fā)現(xiàn)，SAL干預(yù)后PASMCs的增殖和遷移速度變緩，并且可能與SAL抑制PASMCs合成標(biāo)志物的表達(dá)、促進(jìn)收縮標(biāo)志物的表達(dá)有關(guān)，從而減輕了肺血管重塑，緩解HPH。此外，線粒體在PASMCs增殖和凋亡中扮演重要角色。研究表明，SAL可通過A2aR相關(guān)的線粒體依賴性途徑誘導(dǎo)PASMCs凋亡，減輕缺氧所致的血管重構(gòu)和HPH。

2 抗氧化應(yīng)激

HAPE的發(fā)病與氧化應(yīng)激失衡有著密切關(guān)系。高原缺氧促使體內(nèi)活性氧(ROS)大量蓄積，磷脂酶A2被激活，引發(fā)炎癥反應(yīng)，使超氧化物歧化酶(SOD)的生成和活性遭到抑制，而脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物(MDA)的生成增加，肺血管內(nèi)皮完整性被損壞，通透性增加，造成肺水腫。研究表明，SAL可以減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制缺氧誘導(dǎo)的ROS過量生成，且可以降低MDA的含量，增加SOD和MPO等抗氧化酶的活性，從而保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受缺氧損傷，發(fā)揮抗HAPE作用。缺氧誘導(dǎo)的ROS過度生成會造成eNOS解偶聯(lián)增強，使NO的合成與釋放減少；還會誘導(dǎo)ET-1、前列環(huán)素等血管收縮劑的釋放增多，導(dǎo)致肺動脈血管持續(xù)收縮，促成HPH的發(fā)生、發(fā)展，加重HAPE進(jìn)程。李風(fēng)峰等探討了SAL對HPH大鼠氧化應(yīng)激損傷的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SAL處理后的平均肺動脈壓明顯降低，證實了SAL對HPH大鼠的氧化應(yīng)激損傷有明顯防護(hù)效果，可有效緩解HPH肺損傷。

3 抑制炎癥反應(yīng)

以往研究指出，雖然炎癥反應(yīng)對HAPE起著調(diào)控作用，但不能引起HAPE的發(fā)生。而近期研究證實，炎癥在HAPE發(fā)病中可能扮演更關(guān)鍵的角色。如Gojkovic等通過定點敲除小鼠骨髓細(xì)胞VHL基因，使骨髓細(xì)胞HIF-1α和HIF-2α表達(dá)水平升高，以確定在肺水腫中解除低氧反應(yīng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在常氧環(huán)境下，肺髓樣細(xì)胞中VHL的缺失可以引起肺血管通透性增加、炎癥細(xì)胞聚集、肺含水量增高等類似HAPE的表現(xiàn)，表明骨髓細(xì)胞Cxcr1、Cxcl15、Trem、Tnfrsf1b、F2rl1等炎癥因子的表達(dá)增高所誘發(fā)的炎癥反應(yīng)可能是HAPE發(fā)病的關(guān)鍵因素。研究顯示，在HAPE登山者的支氣管肺泡灌洗液里也發(fā)現(xiàn)促炎因子TNFα、IL-1β、IL-6、等水平顯著增高。此外，缺氧誘導(dǎo)的肺血管內(nèi)皮損傷，導(dǎo)致炎性介質(zhì)和ROS的釋放均可誘發(fā)炎癥反應(yīng)，加重HAPE的肺損傷，提示炎癥在HAPE發(fā)病中發(fā)揮重要作用。關(guān)爽在小鼠體外炎癥模型中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)SAL干預(yù)后，小鼠RAW 264.7巨噬細(xì)胞濃度、NF-κB活力和ERK、p38 MAPKs蛋白表達(dá)明顯被抑制，同時抑制了炎性介質(zhì)PGE2、NO的合成及TNF-α、IL-1β、IL-6等炎性因子分泌，表明SAL能夠通過調(diào)節(jié)炎性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路MAPKs和炎癥因子及炎性介質(zhì)的分泌，進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)。NF-κB是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵核轉(zhuǎn)錄因子，缺氧時NF-κB與促炎因子IL-1β、iNOS、IL-6等結(jié)合后被激活，參與NLRP3炎癥小體構(gòu)成蛋白的基因轉(zhuǎn)錄過程，上述炎癥因子隨著肺血管通透性的增強進(jìn)入肺組織，從而加劇HAPE的進(jìn)程。研究表明SAL可以抑制小鼠肺組織中NLRP3炎癥小體的活性，且有學(xué)者認(rèn)為SAL對NLRP3炎癥小體的活性抑制可能與抑制NF-κB相關(guān)，從而減輕內(nèi)皮炎癥和肺損傷程度。

4 保護(hù)肺血管通透性

支氣管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavage fluid，BALF)中的蛋白含量是評價肺泡毛細(xì)血管通透性的指標(biāo)。課題組先前的研究發(fā)現(xiàn)，缺氧暴露組大鼠肺組織中W/D和BALF蛋白均顯著高于常氧對照組，說明缺氧暴露組大鼠肺水腫的發(fā)生和肺泡毛細(xì)血管通透性增強。VEGF又稱血管通透因子，是維持肺泡-毛細(xì)血管膜結(jié)構(gòu)完整和通透性正常的重要細(xì)胞類型。低氧暴露時，HIF-1α大量表達(dá)，VEGF作為HIF-1α的下游調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)水平被顯著升高。VEGF能夠與內(nèi)皮細(xì)胞相應(yīng)受體結(jié)合，使肺血管通透性增高，導(dǎo)致血管滲出及組織水腫，還易引發(fā)炎癥反應(yīng)，加劇肺水腫。課題組之前的研究表明，VEGF在HAPE發(fā)病中發(fā)揮重要作用，在缺氧暴露期間miR-203a-3p的下調(diào)促進(jìn)VEGF-A表達(dá)增加，肺組織中VEGF表達(dá)的上調(diào)激活了血管生成相關(guān)的VEGF/Notch通路，引發(fā)一系列促進(jìn)血管生成的級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致肺內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成增加，隨著長時間的缺氧暴露，過度的血管生成導(dǎo)致肺泡毛細(xì)血管屏障的通透性增加，從而引發(fā)肺水腫。Lee等研究發(fā)現(xiàn)，在低壓缺氧組小鼠BALF中VEGF水平顯著增加，而SAL處理后可顯著降低缺氧肺損傷中的VEGF水平，為維持肺泡-毛細(xì)血管屏障的完整性提供了有效保護(hù)，從而減輕了肺水腫，并發(fā)現(xiàn)它是通過減少缺氧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激來實現(xiàn)的。還有學(xué)者在低氧暴露大鼠模型上發(fā)現(xiàn)SAL可通過抑制低氧誘導(dǎo)的肺血管滲出及炎癥因子、氧化應(yīng)激因子、細(xì)胞粘連分子的表達(dá)，減輕HAPE的發(fā)生，提高低氧環(huán)境的適應(yīng)能力。

5 改善肺泡液清除能力

肺水腫的產(chǎn)生與肺泡液體的轉(zhuǎn)運失衡有關(guān)。在生理狀況下，激活的Na首先經(jīng)由上皮細(xì)胞的鈉離子通道(ENaCs)轉(zhuǎn)運到肺泡上皮細(xì)胞，然后由胞膜Na-K-ATPase介導(dǎo)將進(jìn)入肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)的Na泵出到肺間質(zhì)，形成滲透梯度，從而利于水的轉(zhuǎn)運，再由水通道蛋白(AQP)清除肺泡內(nèi)多余的液體，使肺內(nèi)液體保持動態(tài)平衡。線粒體是活性氧(ROS)產(chǎn)生的主要場所，低壓低氧會導(dǎo)致ROS過量蓄積，誘發(fā)線粒體能量代謝障礙，引起ATP生成不足以及依賴ATP的肺泡上皮細(xì)胞中的Na-K-ATPase被內(nèi)吞和降解，導(dǎo)致其活性降低，肺水清除功能下降，細(xì)胞內(nèi)Na和水聚集過多，造成肺水腫。研究表明，ROS增加導(dǎo)致線粒體膜受損，從而導(dǎo)致線粒體膜電位下降，而SAL干預(yù)后可升高線粒體膜電位，還可減少caspase-3蛋白的表達(dá)，表明SAL具有使線粒體功能穩(wěn)定和抗細(xì)胞凋亡的能力。還有研究發(fā)現(xiàn)，SAL可通過抑制A549細(xì)胞中的ROS-AMPK-PKC ζ 的激活來遏制低氧誘導(dǎo)的Na-K-ATPase的內(nèi)吞作用，保護(hù)Na-K-ATPase活性，改善肺泡液重吸收；同時，在低壓缺氧大鼠模型中也發(fā)現(xiàn)SAL具有抑制Na-K-ATPase活性降低的作用，從而有效改善肺泡液清除功能，減輕肺水腫。

6 展 望

高原官兵的身體健康及生命安全一直是部隊關(guān)注的重點，HAPE是造成高原部隊非戰(zhàn)斗減員的重要因素之一，確切機制仍未完全闡明，其防治仍是高原醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大課題。SAL被證明可通過多途徑、多靶點有效防治HAPE，但目前研究多停留在基礎(chǔ)實驗研究階段，且其靶向調(diào)控細(xì)胞通路及上下游基因的作用機制研究也相對表淺，主要作用靶點仍需進(jìn)一步分析和驗證。因此，應(yīng)在已有的研究基礎(chǔ)上深入體內(nèi)外實驗研究，加強基因到蛋白水平研究來進(jìn)一步探討其確切作用機制，為臨床藥物研發(fā)提供依據(jù)。其次，缺氧導(dǎo)致的肺血管重構(gòu)涉及肺動脈全層，表現(xiàn)為肺血管內(nèi)皮細(xì)胞增生、腫脹，造成內(nèi)皮功能紊亂；中膜PASMCs異常增殖，肺血管順應(yīng)性降低；外膜成纖維細(xì)胞和膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)異常合成，并在血管外異常沉積，在HPH發(fā)病中起重要作用。研究證實，SAL可明顯減輕肺血管重構(gòu)，緩解肺動脈高壓，但目前研究多是關(guān)于SAL對肺血管內(nèi)皮和中膜的影響，關(guān)于SAL通過抑制肺血管外膜成纖維細(xì)胞的異常活化及膠原沉積來改善HPH肺血管重構(gòu)方面的研究還較少，期望未來有更深入地探索。此外，還需對SAL的衍生物及其構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行分析，更需要大規(guī)模的隨機臨床試驗來進(jìn)一步鞏固其有效性和安全性，以更好地挖掘SAL的臨床價值和促進(jìn)新藥的研發(fā)，從而有效防治HAPE。