天然多酚化合物在急性肺損傷的治療潛力

徐宸楨，李 寧，耿 慶

(武漢大學人民醫院胸外科，湖北 武漢 430060)

急性肺損傷(acute lung injury，ALI)是一種以肺上皮細胞和內皮細胞損傷為病理特征、以氧合障礙和呼吸窘迫為主要臨床表現的嚴重肺部疾病，進一步加重可發展為急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)。病毒或細菌引起的嚴重感染、休克、急性胰腺炎和機械通氣等是ALI常見病因。ALI/ARDS在臨床上高達30%～50%的住院死亡率，以及新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)在全球肆虐的大背景下，尋找針對ALI的有效治療藥物已成為目前亟待解決的問題[1]。臨床上，ALI/ARDS的治療策略仍以機械通氣和液體管理為主，然而過度呼吸機通氣導致的肺泡壁損傷及機械通氣相關性肺損傷(ventilator induced lung injury，VILI)可能導致肺損傷程度加重。藥物治療包括糖皮質激素、肺血管擴張劑、他汀類藥物等，盡管能夠對ALI起到一定治療效果，但由于存在不同程度的毒副作用和有限的治療受益，而限制了在臨床的應用。

天然多酚化合物是一類來源于植物的天然產物，大部分存在于水果、蔬菜、綠茶和谷物中。天然多酚以苯環為結構基礎，根據苯環上取代基團的不同分為黃酮類和非黃酮類。黃酮類通常包含由兩個苯環通過三碳鏈相連所組成的C6-C3-C6結構，而非黃酮類不具備C6-C3-C6結構，卻含有一個或多個酚基。不同的天然多酚由于結構上的不同，在生物利用度和代謝速率方面也存在差異[2]。天然多酚化合物廣泛存在于人類的日常食物中，具有減輕炎癥反應、抗氧化應激、抑制細胞死亡的藥理特征，在腫瘤、糖尿病、肥胖等疾病中展現出治療潛力。近些年來，天然多酚在ALI中的潛在治療作用已得到證實，本文將綜合國內外文獻對天然多酚化合物在ALI防治中的作用和機制進行綜述，旨在為ALI的治療提供新思路。

1 ALI的發病機制

1.1 炎癥、氧化應激及屏障損傷傳統觀點認為，ALI是由炎癥反應失控、氧化應激損傷以及肺泡-毛細血管屏障完整性受損引起的一種嚴重的肺部疾病，肺泡水腫以及透明膜形成是其主要病理特征[1]。炎癥反應的失衡被認為是ALI過程中的重要起始因素。外源性和(或)內源性刺激啟動炎癥細胞(中性粒細胞、巨噬細胞等)的炎癥信號級聯反應并釋放多種炎性細胞因子[3]。炎性細胞因子，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、白細胞介素-8(interleukin-8，IL-8)等，一方面延續并加劇炎癥反應，另一方面能夠破壞肺泡上皮細胞和毛細血管內皮細胞，而后者正是肺泡完整性的基礎。隨著肺泡-毛細血管屏障通透性增加，大量白細胞以及富含蛋白質的水腫液在肺泡腔內聚集，其內的活性氧(reactive oxygen species，ROS)和蛋白酶等誘導炎性細胞因子釋放并加重肺泡結構的損傷[1]。

1.2 調節性細胞死亡隨著人們對ALI研究的深入，除細胞凋亡外，一些新型的調節性細胞死亡(regulated cell death，RCD)方式，如細胞焦亡、鐵死亡、自噬和中性粒細胞胞外誘捕網，被證明也參與ALI的發生和發展。

caspase酶是一種半胱氨酸依賴的天冬氨酸蛋白水解酶，與細胞生長、分化、死亡以及炎癥息息相關。炎性caspase酶(caspase-1、4、5、11、12)介導的細胞炎癥性死亡被稱為細胞焦亡，后者在ALI發病機制中起重要作用。生理狀態下，細胞焦亡，特別是巨噬細胞的焦亡，是一種重要的天然免疫反應，在機體防御中發揮重要作用。然而在ALI環境下，細胞焦亡的異常激活，并往往伴隨IL-1β和IL-18過度釋放，加重體內炎癥反應以及內皮屏障功能障礙。此外，抑制巨噬細胞NLRP3炎性小體的活化和(或)肺內皮細胞焦亡也已被證明是ALI的新治療靶點[4]。

鐵死亡是一種鐵依賴性的細胞死亡，其核心是發生脂質過氧化。生理狀態下，肺內的鐵代謝處于一種動態平衡的穩態；病理狀態下，鐵離子異常累積，通過Fenton反應導致ROS形成和線粒體功能障礙，并最終通過鐵死亡促進ALI的發展[5]。中性粒細胞在面對病原體入侵的時候會釋放一種主要由DNA和組蛋白構成的網狀結構以捕獲并殺滅病原體，該結構被稱為中性粒細胞胞外誘捕網(neutrophil extracellular trap，NET)。然而，過量的NETs釋放不僅可能直接損傷肺泡上皮細胞和血管內皮細胞，還可以通過促進炎性細胞因子釋放、引起凝血功能異常等加重肺損傷[1]。自噬是一種將自身受損的蛋白質和細胞器降解并回收的生理過程，對細胞穩態具有重要意義，并且細胞可通過加速自噬以應對外界壓力。在外界刺激下發生的由自噬或自噬分子介導的細胞死亡被稱為自噬依賴性細胞死亡，是一種獨立于細胞凋亡、壞死性凋亡的RCD。此外，自噬對其他RCD相關蛋白的選擇性降解也同樣會導致細胞死亡。在ALI中，自噬的作用仍然存在爭議，導致保護性抑或是破壞性的結局可能與ALI的誘因、細胞類型和ALI階段有關[6-7]。比如，在膿毒癥誘導的ALI模型中自噬標志物顯著增加，敲除自噬相關基因后小鼠的炎癥水平和死亡率增加；而在機械通氣誘導的ALI中則恰恰相反，應用自噬抑制劑可以改善肺損傷進展。

實際上，各種不同類型的RCD在ALI過程中并不是各自獨立的，同一種刺激在引起不同RCD的同時，各種RCD之間也存在相互串擾[8]。此外，RCD與炎癥和氧化應激之間的相互作用同樣也是ALI進展的重要原因。

2 天然多酚化合物治療ALI的作用機制

天然多酚化合物由于其在體內和體外具有抗炎和抗氧化應激作用，使其在ALI的治療中發揮重要作用。隨著研究的深入，天然多酚化合物治療ALI的作用機制也逐漸浮出水面。在這里，我們總結并歸納了它們對ALI的治療作用及其作用機制，見Fig 1。

2.1 抑制炎癥反應肺部的炎癥是被認為是ALI發病的核心機制，大量中性粒細胞涌入肺組織以及各種促炎性細胞因子的釋放對肺泡上皮細胞和血管內皮細胞造成損害，導致肺泡-毛細血管屏障通透性增加以及肺水腫。涉及到機制包括PI3K/Akt/mTOR通路、p38MAPK/ERK通路、TLR/MyD88/NF-κB通路和STAT3信號通路[9]。

研究表明，在LPS誘導的小鼠ALI模型中，200 mg·kg-1黃芩苷治療能夠明顯降低小鼠肺泡灌洗液中性粒細胞浸潤水平和細胞因子水平，表現為肺泡灌洗液的中性粒細胞計數和TNF-α、IL-6、IL-1β水平明顯降低，明顯改善了小鼠肺損傷評分[10]。該機制是通過作用于Toll樣受體-4(Toll-like receptors 4，TLR4)和(或)磷脂酰肌醇3激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(PI3K/AKT)途徑阻止NF-κB的表達發揮抗炎的作用[11，12]。也有證據表明，50 mg·kg-1的染料木素腹腔注射能夠改善小鼠的肺組織炎癥反應、抑制中性粒細胞的流入并減輕肺水腫[13]。巨噬細胞炎性蛋白-2(macrophage inflammatory protein-2，MIP-2)是由巨噬細胞釋放的一種中性粒細胞趨化因子，IL-18是介導炎癥反應的重要細胞因子，二者在膿毒癥誘導的ALI肺組織中顯著升高。Wang等[14]的研究發現，白藜蘆醇處理后能夠顯著降低肺泡灌洗液中的MIP-2和IL-18的水平，抑制肺組織中炎癥細胞的浸潤并減輕肺水腫。和厚樸酚是中藥厚樸的重要活性成分，能夠抑制TNF-α、IL-6、HMGB1的表達，改善LPS誘導肺損傷并提高ALI小鼠的存活率。另外，木犀草素同樣被發現在ALI中具有很好的抗炎效果，其作用機制涉及PI3K/Akt介導的NF-κB和MAPK信號通路[15]。

2.2 抗氧化應激活性氧(ROS)是氧代謝的副產物，機體內ROS的平衡主要與氧化酶(NADPH氧化酶、黃嘌呤氧化酶、誘導型一氧化氮合酶)和抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化氫酶(GPx)的水平相關。生理狀況下，低水平的ROS參與細胞信號轉導以及維持細胞正常生理代謝的過程。在ALI中，過量的ROS超出了抗氧化劑的清除能力，導致氧化應激并破壞肺泡-毛細血管屏障的完整性[10]。越來越多的研究證明，天然多酚化合物的抗氧作用是治療ALI的有效機制。

Fig 1 Potential mechanism of natural polyphenols on ALINatural polyphenols treat ALI mainly by the capacity of anti-inflammatory，anti-oxidant，regulating cell death，and anti-pathogen infection.

在LPS誘導的小鼠ALI模型中，黃芩苷預處理能夠恢復抗氧化酶SOD和CAT的活性并減少脂質過氧化產物丙二醛(MDA)的水平，改善肺組織氧化應激水平，該過程涉及核因子紅系衍生樣2/血紅素加氧酶1(Nrf2/HO-1)通路的上調[10]。檞皮素被認為是治療ALI的有效藥物，能夠抑制中性粒細胞流入并恢復SOD、CAT和GPx的活性，降低肺泡灌洗液的蛋白水平并減輕肺水腫[16]。單寧是天然存在的一類多酚化合物，根據其結構特征可分為沒食子單寧、鞣花酸單寧和縮合單寧。其中，單寧酸、沒食子酸、鞣花酸、綠原酸和兒茶素對過氧化氫、羥自由基和超氧自由基均具有顯著的清除活性。此外，單寧酸還能夠減輕百草枯處理的小鼠的肺部脂質過氧化[17]。

2.3 調節細胞死亡肺泡巨噬細胞焦亡被認為在ALI的發生發展中起重要作用。Li等[18]的研究證明，黃岑苷在體外能夠劑量依賴的抑制三磷酸腺苷(ATP)或尼日利亞菌素誘導的巨噬細胞焦亡，這是由于黃岑苷能通過激活蛋白激酶A(PKA)信號通路抑制NLRP3炎性小體的活化。在大腸桿菌腹膜內注射誘導的小鼠膿毒血癥模型中，黃岑苷預處理能夠降低小鼠血清中IL-1β水平，提高小鼠的生存率，且治療效果與劑量呈正相關。芒果苷是一種存在于芒果及其不同部位的天然多酚，在LPS誘導的小鼠ALI模型中，以100 mg·kg-1灌胃給藥處理的芒果苷能夠通過阻斷p65和p50的核轉位抑制巨噬細胞NLRP3炎性小體的激活，降低肺組織中IL-1β和IL-18的水平，并改善小鼠肺組織的病理損傷[19]。

最近的一項研究表明，檞皮素被認為是鐵死亡的有效抑制劑，可以通過靶向ATF3抑制鐵死亡，阻止巨噬細胞募集并緩解炎癥，在急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)中發揮保護作用[20]。在香煙煙霧(CS)誘導的大鼠模型中，姜黃素治療能夠恢復谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)和溶質載體家族7活性并降低丙二醇和組織鐵的水平，抑制鐵死亡并減輕肺上皮細胞損傷[21]。天然多酚化合物對鐵死亡的靶向抑制或許是ALI的潛在治療靶點，這仍需更多的實驗以證明。

Yang等[22]的研究發現，LPS處理的小鼠肺巨噬細胞中自噬標志物LC3-Ⅱ水平升高，自噬增加，而后者參與LPS誘導的巨噬細胞凋亡；白藜蘆醇治療能夠通過阻斷自噬抑制LPS誘導的巨噬細胞凋亡，改善小鼠的肺損傷程度。在肺炎支原體誘導小鼠模型中，自噬相關蛋白LC3-Ⅱ和Beclin-1表達增加而p62表達減少，提示自噬參與了支原體誘導的肺損傷過程。柚皮素治療能夠減少肺組織內自噬體的形成并逆轉自噬相關蛋白的表達，改善支原體介導的肺部炎癥，表現為減少炎性細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)的表達[23]。有趣的是，柚皮素在下調自噬的同時，也表現出對PI3K/AKT通路的抑制，而后者介導哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的激活是經典的自噬負調控通路[24]。這似乎是一個相反的結論，我們猜想這可能是刺激的差異或不同自噬通路串擾的結果，這需要進一步的研究證實其中的機制。

2.4 抗病原體感染細菌或者是病毒等病原體入侵導致的肺部嚴重感染是ALI的常見病因，而ALI患者同時又易并發肺部感染，二者相互促進最終導致病情進展。天然多酚化合物被證明能夠抑制病原體的感染，在阻止這種惡性循環、治療ALI的過程中發揮重要作用。

肺炎球菌溶血素(PLY)是肺炎鏈球菌的主要毒力因子，在肺炎鏈球菌的感染過程中發揮促進作用。Lv等[25]發現，檞皮素在體外能夠下調PLY的毒性并抑制PLY介導的細胞損傷，同時在體內可以減輕肺炎鏈球菌感染小鼠肺組織的病理損傷并提高存活率。金黃色葡萄球菌感染過程中產生的葡萄球菌腸毒素B(SEB)是一種超抗原，呼吸道吸入后會引發強烈的免疫反應和呼吸衰竭。Alghetaa等[26]發現，白藜蘆醇能通過靶向miR-193a上調TGF-β和DR6的表達水平，減輕SEB介導的ALI。另外，人們發現柚皮素雖然不能夠直接殺滅金黃色葡萄球菌，但能劑量依賴性地抑制金黃色葡萄球菌外毒素α-毒素的表達，并在小鼠體內減輕后者介導的肺上皮細胞損傷和肺部炎癥水平[27]。

新型冠狀病毒肺炎COVID-19是由嚴重急性呼吸系統綜合征冠狀病毒2(SARS-CoV-2)感染引起的呼吸系統疾病，已在全世界造成大規模流行，重型患者常在病毒性肺炎的基礎上快速進展為ALI/ARDS。Xia等[28]在一項包含76人的臨床試驗中發現，檞皮素作為疏風解毒膠囊的主要抗病毒成分，能夠縮短COVID-19患者病程，這可能是由于檞皮素在發揮抗炎抗氧化作用的同時，通過靶向SARS-CoV-2蛋白酶減輕COVID-19引起的肺損傷[29]。此外，在呼吸道合胞病毒、甲型流感病毒、人冠狀病毒等呼吸道病毒感染的動物模型中，白藜蘆醇能通過抑制病毒復制或調節機體免疫反應，對多種呼吸道病毒感染產生抵御作用[30]。

3 總結與展望

天然多酚化合物作為廣泛存在于人類日常食物中的天然產物，具有藥食同源、廉價易得、自然界廣泛存在以及不良反應輕微的優勢。多年以來，大量細胞和動物實驗證實了天然多酚化合物在ALI治療方面的潛力，其藥用價值也已得到廣泛認可。天然多酚具有多靶點、多途徑的特點，能夠從抗炎、抗氧化、調節細胞死亡、抗病原體感染等方面對ALI的治療產生積極影響。雖然，目前關于天然多酚化合物治療ALI的研究已明確其作用機制，但大部分研究仍停留在細胞和動物層面，缺乏相關臨床數據的支持。并且臨床上ALI患者病因及病情的復雜程度遠高于動物層面上的研究。因此，未來的研究必須要回歸到ALI患者身上，仍需大規模臨床試驗以評估天然多酚在ALI患者上的療效。

總而言之，本文總結了近年來天然多酚化合物在ALI治療的研究進展，為今后ALI治療藥物的研發工作提供新思路。