黃芪甲苷對心血管內皮保護作用的研究進展

陳學恒，宋秉春，張金國

(1.濟寧醫學院臨床醫學院，山東 濟寧 272067； 2.濟寧醫學院附屬醫院心內二科，山東 濟寧 272092)

心血管疾病在導致人類死亡的慢性疾病中居首位，嚴重威脅人類健康，給全球經濟帶來沉重負擔[1]。人體的血管負責營養物質和氧的運輸、交換以及新陳代謝產物的轉運等，促進血管生成對于改善血液灌注、治療缺血性疾病(如冠心病和心肌梗死)非常關鍵。血管內皮細胞是血管壁和循環血液之間的選擇性屏障，其功能受損存在于心血管疾病的整個過程，因此，改善內皮功能障礙對于降低心血管疾病的發生風險具有重要作用。雖然目前關于心血管疾病發病機制和藥理機制的研究已取得一定進展，但其相關的發病率和病死率仍較高，因此尋找療效更佳、不良反應更小的藥物迫在眉睫。與傳統的化合物藥物相比，天然藥物具有不良反應少、長期毒性小、生物利用度可變等優點[2]。現代研究發現，中藥在發揮藥理作用過程中具有多效性，可有效防治心血管疾病[3]。中藥黃芪是膜莢黃芪的干燥根，已有2000多年的應用歷史[4]。黃芪甲苷作為從中藥黃芪中提取的重要活性單體，具有改善內皮功能障礙和心臟功能、促進血管生成等藥理作用[5]。現就黃芪甲苷對心血管內皮保護作用的研究進展予以綜述。

1 黃芪甲苷保護心血管內皮功能的機制

黃芪甲苷具有多種藥理作用，尤以對心血管內皮的保護作用最顯著。血管內皮細胞的完整性對于維持血管的穩態至關重要，包括調節血管收縮舒張、白細胞與血小板之間的相互作用以及促進血管再生等。內皮功能障礙可以定義為內皮源性一氧化氮(nitric oxide，NO)合成、釋放及活性受損或乙酰膽堿引起的血管舒張功能降低[6-7]。內皮功能障礙是心血管疾病發生的早期標志，也是糖尿病與心血管疾病之間的橋梁，兩者的共同特征是NO的生物利用度受損[8]。NO由內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)產生，是維持血管內穩態的關鍵介質，NO減少可能因eNOS活性降低所致。氧化應激和炎癥的持續存在可導致NO生物利用度降低，是引起內皮功能障礙的主要觸發因素。而黃芪甲苷可通過抑制氧化應激和炎癥反應以及內皮細胞凋亡等，改善血管舒張功能，進而保護血管內皮功能。

1.1抑制氧化應激 氧化應激是指體內氧化作用與抗氧化作用失衡，主要表現為氧化劑增加、抗氧化劑減少。活性氧類(reactive oxygen species，ROS)是氧化應激的主要參與者，機體通過酶類和非酶類抗氧化劑清除ROS防止氧化應激損傷。但在氧化應激發生發展過程中，這些防御機制均不能抑制ROS的過度生成，而過度生成的ROS與NO結合生成過氧亞硝酸鹽，導致NO生物利用度降低，進而引起內皮功能障礙[9]。而黃芪甲苷可通過減少ROS的生成、抑制氧化應激反應通路等保護內皮功能。

四氫生物蝶呤是eNOS合成NO的關鍵輔助因子，在四氫生物蝶呤缺乏的情況下eNOS可解偶聯并產生超氧化物而不是NO，從而導致血管內皮氧化應激的發生[10]。因此，保護四氫生物蝶呤免受氧化應激是減輕血管內皮細胞損傷的有效途徑。研究發現，黃芪甲苷可抑制異丙腎上腺素誘導的SD大鼠超氧陰離子的產生、阻止四氫生物蝶呤的氧化、提高血清中eNOS二聚體/單體比值和NO水平，降低核因子κB p65的核質蛋白表達率，其機制可能是通過抑制eNOS解偶聯和ROS-核因子κB途徑減輕氧化應激和炎癥反應，從而改善血管功能，同時抑制心肌肥厚的進展[11]。

此外，血糖升高是心血管疾病的危險因素，高血糖廣泛干擾微血管和大血管的正常代謝活動,而黃芪甲苷可改善高血糖引起的內皮功能障礙。鈣蛋白酶屬于鈣依賴蛋白酶家族，參與多種生物學過程，包括內皮功能障礙。研究發現，黃芪甲苷可降低鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠的ROS水平，增加NO的產生和eNOS的表達，并提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，其機制可能是通過減少氧化應激、下調鈣蛋白酶-1表達、調節eNOS/NO信號轉導，改善糖尿病大鼠的內皮功能障礙[12]。

1.2抑制炎癥反應 炎癥反應參與心血管疾病發生發展的各個環節，尤其在內皮功能損傷過程中起重要作用。研究表明，腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-18、IL-6、IL-1β等炎癥因子可引起內皮功能損傷，促進心血管疾病的發展[13]。黃芪甲苷抑制炎癥反應對血管內皮的損傷主要通過抑制相關信號通路的激活、減少炎癥因子的釋放實現。

血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)等黏附分子存在于包括內皮細胞在內的多種細胞中，參與炎癥過程和內皮功能障礙，ICAM-1和VCAM-1均可促進炎癥反應過程中白細胞與內皮細胞的黏附[14]。高血糖狀態下，黃芪甲苷可通過降低內皮細胞炎癥反應過程中IL-6、TNF-α等炎癥因子水平，抑制VCAM-1和ICAM-1的表達，發揮內皮功能保護作用，這一保護作用通過抑制Toll樣受體4/核因子κB信號通路的激活實現[15]。

P2X7受體是一種表達于質膜上的ATP門控陽離子通道，與多種心血管疾病(動脈粥樣硬化、血栓形成等)相關[16]。p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)激活可加速炎癥和氧化應激的發生。Leng等[17]研究發現，黃芪甲苷可通過抑制P2X7受體/p38 MAPK信號通路的激活減輕炎癥和氧化應激，從而逆轉高糖誘導的內皮功能障礙。

內皮細胞蛋白C受體(endothelial cell protein C receptor，EPCR)是炎癥標志物，而佛波醇-12-豆蔻酸酯-13-乙酸酯是蛋白激酶C的激活劑，可誘導促炎細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6和IL-8的分泌。研究表明，TNF-α和IL-1β等細胞因子可誘導人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)EPCR脫落[18]，提示其可能通過減少TNF-α和IL-1β的產生抑制EPCR脫落。Ma等[19]研究發現，黃芪甲苷可通過MAPK和蛋白激酶C信號通路下調TNF-α轉化酶的表達，抑制佛波醇-12-豆蔻酸酯-13-乙酸酯誘導的EPCR脫落，從而發揮對內皮功能的保護作用。

此外，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)在動脈粥樣硬化性疾病的發生發展過程中也起重要作用，可通過增強氧化應激、炎癥反應以及促進黏附分子的分泌誘導內皮細胞損傷[20]。Zhu等[21]研究發現，黃芪甲苷可通過上調ox-LDL誘導的HUVECs損傷模型核因子紅系2相關因子2/血紅素加氧酶-1信號通路的表達、抑制氧化應激、減少TNF-α和IL-6等炎癥因子的釋放，抑制炎癥反應。研究發現，ox-LDL還可通過與凝集素樣ox-LDL受體結合，影響內皮祖細胞的生物活性和生長過程[22]。內皮祖細胞主要來源于骨髓，是成熟內皮細胞的前體，因此內皮功能障礙可能與內皮祖細胞功能障礙有關[23]。Qian等[24]發現，黃芪甲苷可通過凝集素樣ox-LDL受體/核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3途徑保護內皮祖細胞免受ox-LDL誘導的內皮損傷。

1.3抑制內皮細胞凋亡 正常情況下，為了維持血管內皮細胞的平衡和穩定，血管內皮細胞的凋亡和增殖率均較低。內皮細胞凋亡增加是內皮功能障礙的主要特征之一，可促進平滑肌細胞增殖和遷移，增加白細胞對內皮的浸潤，導致內皮功能障礙和動脈粥樣硬化[25]。而黃芪甲苷可通過抑制凋亡信號通路、減輕細胞凋亡，改善內皮功能障礙。

高血糖和炎癥因子均可損害內皮功能，導致內皮功能障礙和動脈粥樣硬化。c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬于MAPK家族。JNK與應激反應、細胞凋亡、分化以及各種慢性疾病、腫瘤的發生發展均密切相關。如You等[26]研究發現，黃芪甲苷可通過抑制JNK信號轉導通路和線粒體介導的凋亡途徑，降低磷酸化JNK、磷酸化凋亡信號調節激酶1、細胞色素C、活化的胱天蛋白酶(caspase)9和caspase-3的表達水平以及B細胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2)相關X蛋白/Bcl-2的比值，進而減少高糖誘導的HUVECs細胞凋亡和炎癥反應。此外，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4依賴的ROS聚集是血管內皮細胞凋亡的主要原因，在心血管疾病的發生發展中具有重要作用；而轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)在多種細胞的凋亡和增殖中發揮重要作用。研究顯示，Smad2是TGF-β1下游的細胞因子，TGF-β1激活可導致Smad2激活，而被激活的Smad2可轉位至細胞核，調節TGF-β1靶基因的轉錄[27]。Ma等[28]研究發現，過氧化氫可促進HUVECs中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4依賴的ROS聚集，上調TGF-β1、Smad2、Bcl-2相關X蛋白和caspase-3的表達，下調Bcl-2的表達，進而促進細胞凋亡。而黃芪甲苷可抑制這一過程，其機制可能是通過抑制TGF-β1/Smad2信號通路激活減少過氧化氫誘導的HUVECs凋亡。同時，微RNA(microRNA，miRNA/miR)在不同的病理生理過程中也發揮關鍵作用，包括內皮損傷。Qian等[29]研究發現，黃芪甲苷可通過上調miR-140-3p的表達、抑制Krüpple樣因子4/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號通路的表達，減少ox-LDL誘導的HUVECs凋亡，從而保護內皮功能。

1.4抑制內質網應激 內質網穩態失調通常導致內質網應激，也是導致內皮功能障礙的機制之一[30]。氧化應激和炎癥均與內質網應激相關，硫氧還蛋白相互作用蛋白/核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3激活是內質網應激、炎癥、細胞凋亡之間的關鍵環節[31]。Zhao等[32]研究發現，黃芪甲苷和環黃芪甲酚均可通過調節AMP活化的蛋白激酶活性抑制ROS相關的內質網應激，進而減少硫氧還蛋白相互作用蛋白/核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3活化和炎癥因子IL-1β的分泌，減輕內皮細胞炎癥反應和細胞凋亡，改善內皮功能障礙。

1.5通過內皮依賴性和非依賴性途徑改善血管舒張功能 NO是控制血管舒張的主要內皮源性介質，且主要受eNOS調控。而PI3K和Akt是激活eNOS的關鍵上游調節因子[33]。Lin等[34]研究發現，黃芪甲苷可通過作用于大鼠胸主動脈環PI3K/Akt/eNOS信號轉導通路促進血管舒張。Zhang等[35]發現，果糖喂養的大鼠出現代謝綜合征，而高劑量黃芪甲苷可改善糖耐量和內皮依賴性血管舒張功能，增加亞硝酸鹽和環鳥苷酸水平，其機制可能與NO/環鳥苷酸相關通路有關。以上研究均表明，黃芪甲苷可通過內皮依賴性途徑舒張血管。

激活電壓依賴性鈣通道和受體依賴性鈣通道可導致血管平滑肌收縮，而血管內皮細胞可通過合成和分泌各種生物活性物質，特別是擴張因子(如NO、前列環素和內皮源性超極化因子)調節血管張力。Hu等[36]研究發現，作為一種鈣拮抗劑，黃芪甲苷可通過阻斷受體依賴性鈣通道和電壓依賴性鈣通道抑制血管收縮，同時還可調節血管內皮細胞中的NO水平，通過內皮依賴性和非依賴性NO通路舒張血管；此外，黃芪甲苷也可通過鉀離子和硫化氫介導的內皮超極化反應引起血管舒張。

2 黃芪甲苷促進血管新生的機制

血管新生是在缺氧或其他相關應激狀態下組織新生血管的一種主要形式。具有正常功能的內皮細胞是血管新生的關鍵因素，許多分子和信號通路參與了血管的萌發、成熟以及功能性血管形成的調控[37]。

2.1促進血管再生 血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和堿性成纖維細胞生長因子是促進內皮細胞生長和分化的關鍵因子，在血管生成中具有重要作用。VEGF可誘導內皮細胞的分化和成熟，而堿性成纖維細胞生長因子可上調整合素的表達，進而促進細胞的黏附和遷移，最終導致新生血管的形成[38]。Yu等[39]研究發現，黃芪甲苷可通過上調VEGF和堿性成纖維細胞生長因子等內皮細胞有絲分裂因子信使RNA和蛋白的表達，增加微血管密度，促進心肌梗死大鼠血管生成。Yang等[40]研究發現，給予心肌梗死模型大鼠黃芪甲苷后，大鼠心肌形態明顯改善，新生血管增加，心肌組織中蛋白激酶D1、組蛋白去乙酰化酶5以及VEGF信使RNA和蛋白的表達均顯著增加，表明黃芪甲苷可通過蛋白激酶D1-組蛋白去乙酰化酶5-VEGF途徑促進血管生成。此外，人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)過表達也可引起內皮功能障礙，導致血栓形成，下調PTEN表達則可增加VEGF的表達，進而通過增強VEGF結合細胞的相關信號轉導誘導血管生成[41]。Cheng等[42]發現，黃芪甲苷Ⅳ可顯著改善急性心肌梗死大鼠心功能、提高存活率、縮小梗死面積、減輕病理改變和纖維化沉積，同時，還可抑制細胞凋亡、減輕超微結構損傷、促進血管生成，其機制涉及PTEN/PI3K/Akt信號通路的激活。此外，Wang等[43]研究顯示，黃芪甲苷可通過胞外信號調節激酶1/2通路調節VEGF的合成，進而促進EA-Hy926細胞增殖和血管生成。Sui等[44]研究發現，黃芪甲苷可通過酪氨酸蛋白激酶-信號轉導及轉錄活化因子3通路促進左冠狀動脈結扎大鼠的血管生成，緩解其心力衰竭。

音猬因子(sonic hedgehog，Shh)是維持冠狀動脈血管系統所必需的，同時也是缺血性疾病中的促血管生成因子。因此，Shh可能成為心肌梗死治療中的一個有前途的候選靶點。Wang等[45]研究發現，川芎嗪和黃芪甲苷可協同改善大鼠心肌梗死模型左心室重構并保護其心功能，具體機制可能是通過上調Shh和Shh通路相關的信號分子誘導心臟血管生成。

2.2促進干細胞向血管內皮細胞分化 目前，間充質干細胞移植在心血管疾病治療中廣泛應用[46]。間充質干細胞可分化為成熟細胞并發揮生理功能。連接蛋白是一個結構相關的跨膜蛋白家族，其聚集在一起形成縫隙連接，連接相鄰細胞的細胞質。通過縫隙連接分子構成的細胞間縫隙連接通訊，在調節新陳代謝以及細胞增殖、分化中起重要作用[47]。Li等[48]研究發現，丹參酮和黃芪甲苷可通過上調縫隙連接蛋白37、縫隙連接蛋白40和縫隙連接蛋白43的表達增強細胞間縫隙連接通訊功能，促進內皮細胞樣細胞的血管生成。該研究為在冠心病細胞治療中聯合使用傳統藥物促進干細胞向血管內皮細胞分化以及改善血液供應重建提供了初步的實驗依據。

3 小 結

黃芪甲苷可通過減輕氧化應激、抑制炎癥反應和細胞凋亡以及促進血管生成預防血管內皮細胞功能障礙。且黃芪甲苷具有多層次、多靶點的藥理作用，符合疾病復雜的發病機制，因此有可能成為治療疾病及相關并發癥的潛在臨床候選藥物。但黃芪甲苷在臨床新藥的研發和利用方面還存在一些問題，如黃芪甲苷在心血管疾病治療中的作用機制復雜，某些可能涉及多個途徑的治療效果尚不清楚；黃芪甲苷水溶性和口服生物利用度均較低等。因此，未來還應繼續黃芪甲苷的新藥研發和作用機制研究，為保護血管內皮和治療心血管疾病提供新思路。