基于PI3K/Akt、NF-κB 信號通路探討中醫藥防治心肌缺血再灌注損傷的機制

沈子豪，黃益桃，游伊珺，陳嘉敏，黃景一，李濛樂

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是由冠狀動脈閉塞引起心臟長期缺血、缺氧而損傷心功能的一種嚴重心血管疾病，其死亡率在我國呈上升趨勢［1］。目前，再灌注是AMI的首選治療方法，其主要采取溶栓治療或經皮冠狀動脈介入治療來快速恢復缺血心肌的血流，然而部分患者缺血心肌恢復血流后會發生心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI），這會嚴重妨礙患者的治療效果和預后，但至今尚未找到安全有效的解決方案，MIRI已成為臨床亟待解決的問題［2］。MIRI的病因復雜，其發生發展的詳細分子機制尚未完全闡明。研究表明，PI3K/Akt、NF-κB信號通路與MIRI的誘因及其病情發展密切相關［3］。中醫藥具有多成分、多途徑、多靶點、價格低、不良反應少的優勢，可為MIRI的防治提供新思路［4］。基于此，本文首先分析了PI3K/Akt、NF-κB信號通路參與MIRI發生發展的機制，然后基于PI3K/Akt、NF-κB信號通路探討了中藥單體及其有效成分、中藥復方及制劑防治MIRI的機制，以期為臨床采用中醫藥防治MIRI提供理論支持。

1 PI3K/Akt、NF-κB信號通路參與MIRI發生發展的機制

MIRI的發病涉及多種因素的相互作用，目前相關研究發現，PI3K/Akt、NF-κB信號通路主要通過調控氧化應激、鈣超載、炎癥反應、心肌細胞凋亡、鐵死亡等而參與MIRI的發生發展［5-6］。

1.1 氧化應激 氧化應激指體內氧化和抗氧化作用失衡，導致組織損傷的一種狀態。研究顯示，活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平異常升高可能通過PI3K/Akt信號通路促進NF-κB的抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）的泛素化和降解，然后通過促進NF-κB的活化來誘導心肌細胞凋亡，進而導致MIRI的發生［7-8］。CAI等［9］研究發現，一種由線粒體DNA編碼的內源性肽Humanin能通過PI3K/Akt信號通路重新激活酪氨酸激酶2（Janus kinase 2，JAK2）/信號轉導與轉錄激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號通路和AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號通路，抑制NF-κB信號通路，從而減輕氧化應激，進而在MIRI期間起到保護作用。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調控氧化應激而參與MIRI的發生發展。

1.2 鈣超載 鈣超載是細胞內鈣離子濃度異常升高的一種現象，可由各種原因導致的心肌損傷引起，其中心肌細胞缺氧是其最直接和主要的原因［10］。研究顯示，PI3K/Akt信號通路是間充質干細胞胞外囊泡（mesenchymal stem cell-extracellular vesicles，MSC-EV）介導的缺血性心臟病的主要途徑之一，可防止心肌細胞內的鈣超載［11］。還有研究顯示，主動脈弓縮窄（transverse aortic constriction，TAC）模型小鼠建模成功后1周或2周內，其心肌細胞中鈣/鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱδ（calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ δ，CaMKⅡδ）在鈣超載的作用下能通過NF-κB信號通路引起炎癥反應，從而造成心臟重塑，進一步加重MIRI程度［12］。此外，還有研究顯示，鈣超載與再灌注階段ROS的異常升高互為因果關系，其均可促進MIRI的發生發展［13-14］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調節鈣超載而參與MIRI的發生發展。

1.3 炎癥反應 炎癥是機體的一種抗病反應，是導致心肌細胞損傷的重要原因。研究顯示，PI3K/Akt信號通路可以調控多種炎癥因子，包括IL-6、IL-1β和TNF-α［15］。Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）是一種識別受體，在誘導炎癥反應和激活NF-κB信號通路的過程中發揮著關鍵作用［16］，而PI3K/Akt信號通路的激活可抑制TLR4的表達［17］，從而抑制NF-κB信號通路的激活［18］，減少心肌組織中IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子的釋放，下調Bcl2相關X蛋白質（Bcl2-associated X protein，Bax）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteine aspartate protease，Caspase）-3的表達水平，進而減輕心肌細胞的炎癥反應和減少心肌細胞凋亡，最終達到防治MIRI的目的［19］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調控炎癥反應而參與MIRI的發生發展。

1.4 心肌細胞凋亡 心肌細胞凋亡是一種程序性細胞死亡，可參與MIRI發生發展的全過程［20］。研究顯示，PI3K/Akt信號通路中的關鍵因子Akt被激活后會升高低氧誘導因子1α（hypoxia inducible factor 1 alpha，HIF-1α）、Bcl-2的表達水平，降低Bax的表達水平，改變線粒體膜通透性，從而抑制心肌細胞凋亡和降低ROS水平［21］。還有研究顯示，MIRI發生過程中，ROS水平異常升高和鈣超載會激活NF-κB信號通路［22］，抑制抗凋亡蛋白Bcl-2的功能，從而促進炎癥因子的分泌，引起心肌細胞凋亡，進而加重MIRI程度［23］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調控心肌細胞凋亡而參與MIRI的發生發展。

1.5 鐵死亡 鐵死亡是一種鐵離子依賴性非凋亡形式的細胞死亡。在MIRI期間，大量鐵從鐵蛋白中釋放出來，可引發鐵死亡，從而導致心肌細胞廣泛損傷［24］。而谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）/谷胱甘肽（glutathione，GSH）信號通路是機體防御鐵死亡的重要通路［25］。研究顯示，PI3K/Akt信號通路被激活后能夠活化HIF-1α并上調核因子E2相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），從而通過轉錄調控的方式促進GPX4的表達，進而增強細胞對鐵死亡的抵抗能力［26］。還有研究顯示，NF-κB信號通路被抑制后可以促進促炎細胞因子和GPX4的表達，從而抑制心肌細胞鐵死亡［27-28］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調控鐵死亡而參與MIRI的發生發展。

2 中醫藥基于PI3K/Akt、NF-κB信號通路防治MIRI的機制

2.1 中藥單體及其有效成分 中藥單體及其有效成分主要通過激活PI3K/Akt信號通路以及抑制NF-κB信號通路來減輕MIRI，其中以黃酮類、酚類、苷類、生物堿、萜類為主，其作用機制主要包括直接作用于PI3K/Akt、NF-κB信號通路中的關鍵因子以及通過調節細胞因子、細胞內/外蛋白質、各類細胞等方式間接作用于PI3K/Akt、NF-κB信號通路，見表1［3，29-59］。

2.1.1 黃酮類 二氫槲皮素、田薊苷可通過激活PI3K/Akt信號通路而減輕內質網應激誘導的氧化應激，從而減少心肌細胞凋亡，減輕MIRI［29-30］。芹菜素可以升高Bcl-2水平，降低Bax、Caspase-3水平，激活PI3K/Akt信號通路，從而抑制心肌細胞凋亡［31］；葛根素可以激活PI3K/Akt信號通路，促進Akt磷酸化，抑制心肌細胞自噬［32］；木犀草素可通過NF-κB/NOD樣受體家族核苷酸結合寡聚化結構域樣受體3（NOD-like receptor family，pyrin domain containing 3，NLRP3）信號通路抑制心肌細胞焦亡［33］，從而減輕MIRI。羥基紅花黃色素A可通過阻止NF-κB p65核轉位而抑制NF-κB信號通路的激活，通過降低IL-6、TNF-α、CRP等炎癥因子水平而減輕炎癥反應，從而減輕MIRI［34］。丹參酮ⅡA可以抑制TNF-α、IL-1β和IL-6的產生及降低NF-κB信號通路有關蛋白質的含量，從而減輕MIRI［35］。水飛薊賓能抑制IκB激酶α（IκB kinase alpha，IKKα）磷酸化、核因子κB抑制劑α（nuclear factor-kappa B inhibitor alpha，IκB-α）降解、NF-κB p65核轉位，從而抑制NF-κB信號通路的激活，減輕MIRI［36］。落新婦苷可通過抑制高遷移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）的表達來阻斷NF-κB的磷酸化，從而抑制NF-κB信號通路的激活，減輕MIRI［37］。

2.1.2 酚類 丹參素能夠通過PI3K/Akt信號通路介導的內質網應激和氧化應激有效拮抗IL-6、IL-12及p65轉錄因子的表達，從而通過抑制磷酸化c-Jun氨基末端激酶（phosphorylated c-Jun N-terminal kinase，p-JNK）的激活來抑制NF-κB基因的表達和NF-κB信號通路的激活，最終減輕MIRI［38-40］。白藜蘆醇可以通過增加p-Akt、Akt、縫隙連接蛋白43（connexin 43，Cx43）的表達水平來激活PI3K/Akt信號通路［41］，表沒食子兒茶素沒食子酸酯可通過激活PI3K/Akt信號通路而減少心肌細胞自噬［42］，從而減輕MIRI。厚木酚可通過激活Akt/細胞外信號調節蛋白激酶（extracellular signal regu-lated protein kinase，ERK）信號通路及抑制p38/c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號通路而抑制心肌細胞凋亡，其激活Akt后，還可通過抑制線粒體膜通透性轉換孔（mitochondrial permeablity transition pore，MPTP）的開放和磷酸化糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）來維持線粒體完整性，從而減輕MIRI［43］。丹酚酸A可通過升高Bcl-2水平而抑制Caspase-3的活化，從而激活Akt并抑制心肌細胞凋亡，進而減輕MIRI［44］。阿魏酸鈉可以降低NF-κB p65蛋白的表達水平，通過抑制NF-κB的生物活性而降低其下游調控基因的表達水平，從而減輕MIRI［45］。

2.1.3 苷類 黃芩苷可通過激活PI3K/Akt信號通路而促進二氧化碳和環磷酸鳥苷的釋放，起到保護心臟微血管內皮細胞的作用，從而減輕MIRI［46］。黃芩苷和黃芪甲苷均能下調NF-κB p65的表達，從而抑制NF-κB信號通路的激活及心肌細胞凋亡，進而減輕MIRI［3，47］。人參皂苷Rb3能夠抑制細胞核內NF-κB的活化、NF-κB p65的核轉位，減少ROS的產生，抑制心肌細胞凋亡，從而減輕MIRI［48］。刺五加苷可抑制IκB-α的磷酸化和NF-κB p65的核轉位，從而抑制NF-κB信號通路的激活，進而減輕MIRI［49］。芍藥苷可降低MIRI模型大鼠NF-κB的表達水平，抑制黏附分子的表達，從而有效保護心肌細胞［50］。淫羊藿苷可以降低MIRI模型大鼠血清IL-1β水平及心肌組織TNF-α、髓過氧化物酶（marrow peroxide，MPO）、NF-κB水平，從而減輕MIRI［51］。

2.1.4 生物堿 小檗堿可明顯提高心肌細胞中PI3K和Akt的表達水平，從而激活PI3K/Akt信號通路，抑制心肌細胞凋亡，還可通過降低心肌細胞中NF-κB p65、IκB-α、IKK-β、NF-κB的表達水平來減輕炎癥反應，從而減輕MIRI［52］。去甲烏藥堿可以上調Caspase-3、Caspase-9和p-Akt裂解蛋白的表達，促進Akt磷酸化并激活PI3K，從而抑制心肌細胞凋亡，減輕MIRI［53］。氧化苦參堿可通過下調NF-κB p65蛋白的表達而抑制NF-κB信號通路的激活，從而減輕復氧后心肌細胞的損傷及凋亡，發揮防治MIRI的作用［54］。

2.1.5 萜類 京尼平苷能夠激活胰高血糖素樣肽-1受體（glucagon like peptide-1 receptor，GLP-1R）和PI3K/Akt信號通路，從而逆轉線粒體功能障礙并減少心肌細胞凋亡，進而減輕MIRI［55］。雷公藤內酯醇可通過抑制NF-κB信號通路的激活而發揮抗炎、抗細胞凋亡作用，進而減輕MIRI［56］。新穿心蓮內酯可降低炎癥因子、磷酸化核因子κB（phosphorylated nuclear factor kappa B，p-NF-κB）等的水平，并阻止NF-κB p65亞基從細胞質轉移到細胞核，提示新穿心蓮內酯通過抑制NF-κB信號通路的激活而減輕MIRI［57］。

2.1.6 其他 洋川芎內酯H可通過上調B淋巴細胞瘤-XL（B cell lymphoma-XL，Bcl-XL）水平和抑制Caspase-3的激活而激活PI3K/Akt信號通路，從而抑制心肌細胞凋亡，減輕MIRI［58］。大黃素通過上調TLR4、髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）、NF-κB、NLRP3而抑制NF-κB/NLRP3信號通路的激活和IκB-α的磷酸化，從而抑制心肌細胞焦亡，減輕MIRI［59］。

2.2 中藥復方及制劑 目前，西藥治療MIRI存在一定局限性，常療效不佳，而中醫藥治療MIRI具有獨特的優勢［60］。中藥復方及制劑對于組織灌注不足類疾病具有活血、化瘀、通絡、理氣、止痛、化痰、養陰、補陽的效果，其中冠心丹參方、通心絡膠囊、栝樓薤白半夏湯、生脈散和干姜附子湯等可能通過PI3K/Akt、NF-κB信號通路減輕MIRI［2，61］。

2.2.1 冠心丹參方 冠心丹參方由丹參、三七、降香油組成，其部分成分對心血管有重要的保護作用［62］。LI等［63］研究發現，冠心丹參方通過降低炎癥因子和減少細胞死亡而減輕MIRI模型大鼠心肌組織炎癥反應和氧化應激，從而對心臟起到保護作用。DENG等［64］研究顯示，相對于冠心丹參方低劑量組，冠心丹參方中、高劑量組雌激素受體β（estrogen receptor β，ERβ）水平明顯升高，表明ERβ是冠心丹參方治療MIRI的主要靶點，且冠心丹參方可能通過PI3K/Akt信號通路上調ERβ，從而減輕MIRI。

2.2.2 通心絡膠囊 通心絡膠囊的主要成分有人參、水蛭、土鱉等，其能補氣通絡、活血止痛，其通過提高冠狀動脈血流量而有效減輕心肌缺血［65］。研究顯示，通心絡膠囊可以提高MIRI患者心肌收縮力，降低心肌損傷酶濃度，預防受損心肌組織缺血壞死［66］。李菊香等［67］通過MIRI模型大鼠實驗發現，與模型組相比，通心絡膠囊組再灌注性心律失常發生率降低，心肌梗死范圍縮小；應用PI3K信號通路阻斷劑抑制PI3K/Akt信號通路后，通心絡膠囊對MIRI模型大鼠心肌的保護效果明顯減弱，提示通心絡膠囊對MIRI有保護作用，且可能是通過調節PI3K/Akt信號通路實現的。

2.2.3 栝樓薤白半夏湯 栝樓薤白半夏湯由栝樓、薤白、半夏和黃酒組成，可行氣化痰、解郁寬胸，常用于防治胸痹或冠心病心絞痛等疾病［68］。MIRI模型大鼠實驗結果表明，與模型組相比，栝樓薤白半夏湯給藥組心肌酶學指標肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzymes，CK-MB）、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、心肌肌鈣蛋白T（cardiac troponin T，cTnT）水平及Bax水平降低，Bcl-2、p-Akt水平升高，提示栝樓薤白半夏湯或許通過調控PI3K/Akt信號通路來調節Bcl-2和Bax的表達，從而減少心肌細胞凋亡，進而減輕MIRI［69］。

2.2.4 生脈散 生脈散由人參、麥門冬、五味子組成，有益氣生津、斂陰止汗的作用，臨床常用于治療AMI、冠心病等疾病［70］。源自生脈散的新藥組合成分GRS由人參皂苷Rb1（ginsenoside Rb1，G-Rb1）、魯斯可皂苷元（ruscogenin，Rus）和五味子醇甲（schisandrin，SA）制成，研究顯示，MIRI模型小鼠Caspase-3活性和表達水平明顯升高，Bcl-2/Bax比值降低，而GRS可明顯抑制MIRI模型小鼠Caspase-3活性、增加Bcl-2/Bax比值，且G-Rb1能通過激活AMPK信號通路而抑制心肌細胞凋亡，并通過抑制NF-κB信號通路的激活和調節ERK1/2、Akt-Bad-14-3-3信號通路而發揮抗炎和抗氧化的作用，從而減輕MIRI［71］。

2.2.5 干姜附子湯 干姜附子湯由附子和干姜組成，考慮其具有回陽救逆的功效，臨床上主要用于治療缺血性心臟病［72］。XIE等［73］研究表明，與MIRI組相比，干姜附子湯灌胃組PI3K、Akt、GSK-3β表達水平明顯升高，細胞色素C（cytochrome C，Cyt-C）、Caspase-9表達水平明顯降低；化合物-靶點-通路（compound-target-pathway，C-T-P）網絡分析結果顯示，干姜附子湯可通過作用于多個核心靶點防治MIRI，如AKT1、NFKB、TNF、NFKBA、GSK3β等，這些靶點均與細胞凋亡和炎癥反應有關，提示干姜附子湯對MIRI模型大鼠的心肌組織具有保護作用，且其機制與調節PI3K/Akt、NF-κB信號通路有關。

3 小結及展望

綜上所述，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可以通過調控氧化應激、鈣超載、炎癥反應、心肌細胞凋亡以及鐵死亡等而參與MIRI的發生發展，而中藥單體及其有效成分和中醫藥復方及制劑可能通過調控PI3K/Akt、NF-κB信號通路而防治MIRI。雖然目前關于中醫藥通過調控PI3K/Akt、NF-κB信號通路而減輕MIRI的研究取得了一定成果，但其仍存在一定局限性：第一，關于MIRI的研究以動物實驗為主，臨床研究較少；第二，針對多成分及多靶點的中藥復方研究較少，許多中藥復方亟待進一步開發和研究。未來，隨著生物信息學技術的不斷發展和更多高質量研究成果的發表，中醫藥治療MIRI的有效性和安全性及其機制將被逐漸闡明。

作者貢獻：沈子豪、黃益桃進行文章的構思與設計；沈子豪、游伊珺、陳嘉敏進行文章的可行性分析；游伊珺、陳嘉敏、黃景一、李濛樂進行文獻/資料收集；沈子豪撰寫、修訂論文；黃益桃負責文章的質量控制及審校，并對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。