苷類中藥單體減輕心肌缺血再灌注損傷機制的研究進展

張曾宇，陳嘉敏，盧圣花，胡雅琪，劉建和

近年來隨著我國疾病譜不斷改變，心血管疾病已成為首要死亡原因，急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）作為心血管疾病的主要類型，其發病率不斷升高［1］。目前，再灌注治療是AMI的主要治療方案，但缺血心肌恢復血流灌注后可能引起心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI），進而影響患者預后［2］。研究表明，MIRI的原因較為復雜，涉及細胞凋亡、炎癥反應、氧化應激等多種病理生理學過程及AMP依賴的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信號轉導與轉錄激活子（signal transducer and activator of tranions，STAT）、核轉錄因子紅細胞系2相關因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）/抗氧化反應元件（antioxidant response element，ARE）/血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1，HO-1）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）/蛋白質絲氨酸/蘇氨酸激酶（protein-serine-threonine kinase，Akt）等多條信號通路［3-6］。目前，西藥治療MIRI的效果不太理想。中藥因具有多靶點、多途徑、不良反應小等優勢而受到臨床的廣泛關注。研究表明，含有苷類有效成分的中藥具有抗心肌細胞凋亡、抗心肌細胞氧化應激、抗炎癥反應等作用，可直接或間接地發揮抗MIRI效果［7-9］。本文從信號通路角度探討了苷類中藥單體減輕MIRI的機制，旨在為臨床上采用苷類中藥單體治療MIRI提供理論支持。

1 AMPK信號通路

1.1 AMPK信號通路及其與MIRI的關系 AMPK是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，也是調控生物能量代謝的關鍵因素，其一般由較低的細胞能量狀態激活，激活后的AMPK可被催化生成ATP并抑制ATP消耗，從而保持細胞能量的相對平衡。此外，AMPK還可以監控線粒體功能和細胞能量狀態，同時通過增加細胞內煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）而提高依賴NAD+的沉默信息調節因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的活性，進而發揮生物學作用。研究發現，AMPK和SIRT1可調節過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α（peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1α，PGC-1α）活性并上調其表達，進而抑制氧化應激；此外，AMPK信號通路在線粒體生物合成、能量代謝過程中具有至關重要的調節作用［10-12］，其是多種人類疾病的潛在靶點［13-14］。在心血管系統中，激活AMPK可通過減少心肌細胞凋亡、抑制炎癥反應和細胞自噬、減輕氧化應激、改善缺血后心肌恢復等多個途徑而對MIRI發揮保護作用［15-16］。因此，AMPK信號通路可能是抗MIRI的重要途徑。

1.2 通過AMPK信號通路減輕MIRI的苷類中藥單體

1.2.1 田薊苷 香青蘭屬于維吾爾藥，田薊苷是香青蘭總黃酮中的主要有效成分。郭新紅等［17］通過結扎大鼠冠狀動脈左前降支制備MIRI模型，結果顯示，田薊苷可明顯提高MIRI模型大鼠超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶活性，減少其心肌酶的釋放，且呈現出一定的劑量-效應關系。LI等［18］研究證實，田薊苷能有效提高大鼠AMPK、SIRT1、PGC-1α的mRNA和磷酸化AMPK、SIRT1、PGC-1α、核呼吸因子1（nuclar respiratory factor-1，NRF-1）、線粒體轉錄因子A、叉頭轉錄因子O1（forkhead box O1，FOXO1）蛋白及ATP、NAD+水平，降低二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）、一磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、丙二醛（malonaldehyde，MDA）水平及AMP/ATP比值，增強SOD活性，從而減輕心肌梗死嚴重程度。

上述研究表明，AMPK信號通路可能是田薊苷減輕MIRI的關鍵途徑。

1.2.2 梔子苷 梔子苷是梔子中的重要有效成分，具有抗炎、保護心血管系統等作用［19］。LI等［20］研究顯示，AMPK信號通路是梔子苷介導NLRP3炎性小體在MIRI期間發揮心臟保護作用的關鍵信號通路，研究者通過結扎大鼠冠狀動脈左前降支制備MIRI模型，結果顯示，梔子苷通過降低NLRP3炎性小體活性、抑制caspase-1和白介素（interleukin，IL）-1β的激活、促進磷酸化AMPK表達而達到抑制炎癥反應并增加心肌細胞活力的效果，從而減輕MIRI，提示激活AMPK信號通路是減輕MIRI的關鍵機制。蔡智慧等［21］通過結扎大鼠冠狀動脈左前降支制備MIRI模型，并給予梔子苷治療，結果顯示，梔子苷可有效降低MIRI模型大鼠凋亡蛋白p53、Bax水平，抑制心肌細胞凋亡，抵抗心肌再灌注損傷；此外，梔子苷還可以有效抑制MIRI引起的ROS水平升高，從而緩解氧化應激，進而發揮心肌細胞保護作用。

綜上，AMPK信號通路是梔子苷減輕MIRI的重要途徑。

1.2.3 其他 研究表明，金盞花苷E、紅景天苷等多種苷類中藥單體也可以通過激活AMPK信號通路而減輕MIRI［22-23］。

2 JAK/STAT信號通路

2.1 JAK/STAT信號通路及其與MIRI的關系 JAK是一種非受體型蛋白質酪氨酸激酶，其家族成員包括JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（tyrosine kinase 2，Tyk2）［24］，其中JAK1、JAK2、Tyk2在結構上基本均有7個高度保守的Janus激酶同源結構域，其中Janus激酶同源1結構域具有激活自身磷酸化所需的基因序列，能夠調節激酶活性且為STAT提供結合位點，而STAT是通路的下游調節蛋白，也是保護心臟的關鍵蛋白［25］。JAK/STAT信號通路是由相應質膜受體相互結合后初始激活的，之后結合受體進行二聚化并與細胞質膜內的JAK相連接，進而激活其生物活性；JAK相互靠近產生的轉磷酸化糖蛋白130受體與STAT蛋白結合并使STAT蛋白發生磷酸化；最后，JAK與STAT蛋白兩兩結合形成同二聚體或異二聚體后進入細胞核，并與相應位點結合，從而調節下游基因轉錄活性，進而調控多項細胞生命活動［23-27］。

研究表明，JAK/STAT信號通路可參與心肌細胞的炎癥反應、細胞凋亡等各項生命活動，其在心血管疾病的發生過程中發揮著關鍵作用［28］。蘇燕勝等［29］研究發現，JAK2-STAT3信號通路被激活后會抑制促炎因子IL-6和腫瘤壞死因子α（tumornecrosis factor α，TNF-α）的表達并促進抗炎因子IL-10的表達，從而抑制心肌細胞炎癥反應、減輕MIRI。KALOGERIS等［30］研究指出，線粒體中的ROS水平升高是MIRI心肌細胞凋亡增加的關鍵。劉勝中等［31］實驗結果顯示，JAK2-STAT3信號通路可以通過上調熱激蛋白70（heat shock protein 70，HSP-70）的表達而增強SOD的活性，導致氧自由基ROS的生成減少，從而減輕氧化應激損傷及MIRI。此外，還有研究顯示，JAK2-STAT3信號通路可以通過上調抑凋亡蛋白B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的表達及下調caspase-3、Bcl-2蛋白相關X蛋白（Bcl-2associated X protein，Bax）和Bcl-2蛋白拮抗劑（Bcl-2 antagonist/killer，Bak）的表達等多條途徑而達到抑制心肌細胞凋亡的作用［32-33］。

2.2 通過JAK/STAT信號通路減輕MIRI的苷類中藥單體

2.2.1 圣草次苷 圣草次苷是檸檬果實的有效提取物，具有減輕氧化應激損傷、降血脂等作用。血清心肌肌鈣蛋白I（cardiac troponin I，cTnI）、肌紅蛋白（myoglobin，Mb）、磷酸肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzymes，CK-MB）是衡量心肌細胞損傷程度的經典指標［34］。李麗麗等［35］使用圣草次苷對大鼠進行預處理，結果顯示，與對照組相比，圣草次苷中、高劑量組大鼠血清cTnI、Mb、CK-MB水平明顯降低，心功能指標、心肌細胞變性及炎癥浸潤情況明顯改善，促炎因子TNF-α、IL-6、IL-1β水平及JAK2/STAT3信號通路磷酸化水平明顯降低，同時心肌損傷得到了較大程度的改善，推測圣草次苷可以通過調節JAK/STAT信號通路而減輕MIRI。

2.2.2 黃芩苷 黃芩苷是從中藥黃芩中提取的有效成分。BAI等［36］研究表明，黃芩苷可以通過促進一氧化氮釋放而保護MIRI模型大鼠心臟微血管內皮細胞（cardiac microvascular endothelialcells，CMECs）。XU等［37］研究結果顯示，與對照組相比，黃芩苷可改善缺血/再灌注損傷大鼠心臟功能，下調心肌組織中JAK、STAT蛋白表達水平，降低MIRI后caspase-3、磷酸化JAK、磷酸化STAT、誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、IL-1β水平，增加Bcl-2/Bax比值，說明黃芩苷能通過JAK/STAT信號通路抑制MIRI誘導的心肌細胞凋亡，減弱心肌炎癥反應，進而達到保護心肌細胞的作用。

JAK/STAT信號通路是經典的抗MIRI途徑，隨著對中藥苷類有效成分的深入研究，其或許成為中藥苷類有效成分發揮心肌細胞保護作用的新靶點。

3 Nrf2/ARE/HO-1信號通路

3.1 Nrf2/ARE/HO-1信號通路及其與MIRI的關系 Nrf2/ARE/HO-1信號通路是重要的內源性抗氧化應激通路，廣泛分布于心血管系統［38］。Nrf2是內源性抗氧化因子，可調控心肌細胞凋亡、自噬等，進而發揮抗心肌細胞損傷的作用；ARE是機體的一個抗氧化應激反應元件；HO-1是誘導型應激反應蛋白之一。機體的細胞在接觸到多種氧化應激刺激時，Nrf2被激活并從Kelch樣ECH關聯蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein-1，Keap1）中解離出來，進而進入對應的細胞核中，與肌腱纖維瘤蛋白（muscle- aponeurotic fibrosarcoma protein，Maf）以異二聚體形式結合后再與ARE結合，進而啟動二相酶基因的轉錄，參與調控谷胱甘肽、HO-1等一系列酶，起到抵抗多種內/外源刺激產生的氧化應激損傷的作用［39-41］。KHANDERAO等［42］研究表明，TNF-α可以激活Nrf2，提高谷胱甘肽濃度，并通過Nrf2/ARE/HO-1信號通路介導心肌細胞保護作用。朱曉潔等［43］利用鈷原卟啉對大鼠進行預處理，結果發現，鈷原卟啉通過誘導心肌細胞中具有抗氧化活性的應激誘導蛋白HO-1的過表達而對損傷心肌細胞發揮保護作用，分析其機制與Nrf2信號通路相關。LI等［44］研究發現，過氧化氫誘導的心肌細胞損傷與Nrf2信號通路密切相關，故推測Nrf2/ARE/HO-1信號通路是抗MIRI的重要途徑之一。

3.2 通過Nrf2/ARE/HO-1信號通路減輕MIRI的苷類中藥單體

3.2.1 漢黃芩苷 漢黃芩苷是從中藥黃芩中提取的有效化合物，其可以通過抑制MIRI后細胞凋亡、炎癥反應而起到保護心肌細胞的作用。李冰冰等［45］研究發現，在漢黃芩苷的干預下，缺血/再灌注損傷大鼠Nrf2、HO-1蛋白表達水平明顯增加，提示漢黃芩苷可能通過激活Nrf2而誘導其下游基因HO-1的表達，進而提高心臟的抗氧化能力，減輕心肌再灌注誘發的氧化應激損傷；研究者采用HO-1活性抑制劑鋅原卟啉Ⅸ抑制HO-1后發現，漢黃芩苷組大鼠氧化應激水平增高，心肌再灌注誘導的心肌損傷加重，提示漢黃芩苷通過激活Nrf2信號通路而減輕MIRI。

3.2.2 紅景天苷 中藥紅景天多見于高寒地區，有較強的抗氧化作用，紅景天苷是其主要有效提取物。目前研究表明，紅景天苷不僅具有抗氧化作用，在MIRI中也具有較好的調節作用［46］。SOD為體內重要的抗氧化酶，具有減少自由基的作用。王秋靜等［47］通過結扎大鼠冠狀動脈左前降支的方法制備MIRI模型，結果顯示，紅景天苷可減少肌酸激酶（creatine Kinase，CK）、乳酸脫氫酶（lactic dehydrogenase，LDH）、天冬氨酸氨基轉移酶（aspartate amino transferase，AST）的釋放及ROS的生成，降低MDA水平，增加血清SOD、一氧化氮合酶的活性和一氧化氮水平，并在心肌組織中通過降低caspase-3活性而抑制心肌細胞凋亡，從而減輕再灌注引起的心肌損傷；進一步研究證實，MIRI模型大鼠心肌組織中磷酸化Nrf2水平降低，進一步證實紅景天苷可能通過激活Nrf2信號通路而保護MIRI模型大鼠的心肌組織。

3.2.3 橙皮苷 橙皮苷是柑橘屬植物果實中的有效提取物，目前研究表明，橙皮苷具有抗心肌缺血、抗心肌重構、抗心律失常等作用［48］。馬振旺等［49］研究發現，橙皮苷能有效降低2型糖尿病模型大鼠血清LDH和CK-MB水平，改善心肌細胞代謝，上調抗氧化酶SOD的活性和GSH水平，抑制MDA和四羥基壬烯表達，進而發揮抗氧化作用；進一步研究發現，橙皮苷能有效上調SIRT1、Nrf2和HO-1蛋白的表達水平，但當SIRT1抑制劑發揮作用時，橙皮苷對相關蛋白的調控作用和抗氧化應激作用被抑制，提示Nrf2/SIRT1/HO-1信號通路可能是橙皮苷減輕MIRI的途徑之一。

3.2.4 蒙花苷 蒙花苷是一種多見于中藥野菊花、密蒙花等植物中的天然中藥單體，具有調節血壓、減少肝臟疾病發生、預防癌癥等作用［50-51］。于倩［52］實驗結果顯示，蒙花苷預處理可有效提高心肌細胞存活率，降低LDH、caspase-3水平，并上調心肌細胞中Nrf2磷酸化水平，提示蒙花苷對心肌的保護作用可能與Nrf-2信號通路有關。

3.2.5 其他 研究表明，有多種苷類單體均通過Nrf2信號通路發揮抗氧化作用，如金絲桃苷通過Nrf2信號通路介導抗氧化蛋白HO-1的表達，進而減輕氧化性損傷［53］。

綜上，Nrf2/ARE/HO-1信號通路或可能成為中藥苷類有效成分減輕MIRI的重要途徑。

4 PI3K/Akt信號通路

4.1 PI3K/Akt信號通路及其與MIRI的關系 PI3K是參與細胞增殖、分化、凋亡及過氧化氫酶產生等生命活動的信號傳導分子，其由催化亞基p110和調節亞基p85構成，具有絲氨酸/蘇氨酸激酶和磷脂酰肌醇激酶的活性［54］。Akt是PI3K/Akt信號通路的重要樞紐，在胞外信號分子的作用下，激活的PI3K能使Akt磷酸化，進而作用于糖原合成酶激酶3β、B淋巴細胞瘤-2基因相關啟動子、caspase-9、雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）等下游靶點，從而發揮抑制細胞凋亡、促進細胞增殖等作用［55-56］。

PI3K/Akt信號通路與心血管疾病密切相關。研究發現，PI3K/Akt信號通路可以通過調控其下游靶點而促進心肌細胞增殖、減緩心肌細胞凋亡、抑制炎癥反應等，進而減輕MIRI［57］。線粒體通透性轉換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）是引起心肌細胞凋亡的關鍵物質，磷酸化Akt將糖原合成酶激酶-3β磷酸化后可抑制mPTP的開放，并上調抗凋亡因子Bcl-2，下調凋亡因子Bax、caspase-9等，從而減少心肌細胞的凋亡，同時PI3K/Akt信號通路可上調抑制蛋白NF-κB的表達，從而抑制心肌細胞凋亡及炎癥反應，進而減輕心肌損傷［54，58-59］。哺乳動物是Akt的重要下游靶點之一，在細胞自噬過程中具有負調控作用，且能降低炎性遞質對心肌細胞的損傷［60］。綜上，PI3K/Akt信號通路在減輕MIRI方面發揮著重要作用。

4.2 通過PI3K/Akt信號通路減輕MIRI的苷類中藥單體 三七皂苷R1（notoginsenoside R1，NGR1）是三七的特有成分，已被證實對多種組織和器官具有保護作用［61］。胡婷［62］研究發現，NGR1可以通過激活PI3K/Akt信號通路而降低Bax表達，上調Bcl-2表達，減少線粒體mPTP開放，抑制線粒體釋放細胞色素C、細胞凋亡誘導因子及caspase-9、caspase-3等凋亡相關蛋白的活化，從而抑制線粒體途徑的凋亡反應，保護心肌細胞，減輕MIRI；而PIK3抑制劑Y294002可使NGR1對心肌細胞的保護作用消失，推測NGR1可能通過調控PI3K/Akt信號通路而抑制細胞凋亡，進而發揮抗MIRI的作用。

此外，還有研究表明，亞麻木酚素、七葉膽苷、黃芪皂苷、梔子苷等也能通過激活PI3K/Akt信號通路而減輕MIRI［63-67］。

5 其他信號通路

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路分為ERK、JNK和p38三個分支，其在調節細胞自噬、促進細胞凋亡、促進炎癥因子產生等過程中起到至關重要的作用［68-78］。陽飛等［79］通過構建MIRI模型大鼠發現，積雪草苷能通過抑制MAPK信號通路而下調Bax/Bcl2、磷酸化ERK1/2/ERK1/2比值和磷酸化p38 MAPK/p38 MAPK比值，抑制細胞凋亡，進而減輕MIRI。

SIRT1是一種去乙酰化酶，其能通過調控抗氧化應激和促凋亡因子而保護心肌細胞，且其下游蛋白FOXO1的低表達在抗氧化應激損傷中具有重要作用［80-81］。王國濤等［82］通過構建MIRI模型大鼠發現，松果菊苷可使大鼠體內SIRT1蛋白表達水平升高、FOXO1蛋白表達水平降低，進而發揮保護心肌細胞的作用；而SIRT1抑制劑EX527可逆轉上述作用，表明松果菊苷可能通過激活SIRT1信號通路而抑制FOXO1蛋白的表達，進而減輕MIRI。

Toll樣受體4（Toll like recepter 4，TLR4）是存在于細胞表面的天然免疫受體，與心肌缺血壞死釋放的內源性因子結合后能激活核轉錄因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB），進而促進IL、腫瘤壞死因子（tumornecrosis factor，TNF）等炎性因子的生成，且炎性因子與TLR4結合后可進一步放大炎癥信號，進而產生“炎癥瀑布”級聯反應［83］。胡黃連苦苷是從胡黃連中分離出的一種苷類單體，張博方等［84］研究結果顯示，胡黃連苦苷能抑制心肌組織中TLR-4受體和NF-κB的表達，進而抑制促炎因子IL-6、TNF-α的表達，提示胡黃連苦苷可能通過TLR-4信號通路發揮減輕MIRI的作用。

6 小結與展望

目前，西藥治療MIRI的效果有限，且長期使用西藥還存在較高的不良反應發生風險。而中藥因具有多靶點、多途徑、不良反應小等優勢而受到臨床的廣泛關注，筆者通過分析、總結既往文獻發現，苷類中藥有效提取成分可以通過調控AMPK、JAK/STAT、Nrf2/ARE/HO-1、PI3K/Akt等信號通路而發揮抗心肌氧化應激、細胞凋亡及炎癥反應等作用，從而達到減輕MIRI的效果。但現有研究仍存在一定局限性：首先，現有研究多停留在動物實驗階段，且實驗方法較單一；其次，中藥種類繁多，而目前研究多集中在部分已證實有效的苷類中藥有效提取物方面，且中醫講究辨證論治及整體治療觀念，當下針對多靶點、多成分的復方制劑的研究相對較少。未來，隨著技術不斷突破及更多高質量研究成果的發表，相信會發現更多苷類中藥有效提取物在減輕MIRI中的價值。

作者貢獻：張曾宇、劉建和進行文章的構思與設計；張曾宇、陳嘉敏、盧圣花、胡雅琪進行文章的可行性分析；張曾宇、陳嘉敏進行文獻/資料收集；盧圣花、胡雅琪進行文獻/資料整理；張曾宇撰寫、修訂論文；劉建和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。