基于TGF-β1信號通路探討心肌纖維化的中醫藥防治

邊曉紅 馮利民

心肌纖維化是致病因子長期作用于心臟,引起心肌組織細胞外基質過度沉積,致使心臟發生嚴重瘢痕化、組織僵硬和功能受損的一種病理現象。其病理過程同時也是一種慢性炎癥逐漸發展的過程[1]。心肌纖維化會引起心肌舒縮、傳導功能及代謝異常,并在心室重構中發揮重要作用。其也會造成心力衰竭、各種心律失常等心臟疾病,極大增加心源性猝死和心臟驟停幾率,成為人類第一致死疾病。而在發達國家,因缺乏有效手段治療纖維化,大約45%的死亡歸因于纖維化疾病[2]。因此,如何有效防治心肌纖維化已成為現階段研究熱點之一。

各種細胞因子在心臟纖維化發生發展中的作用備受關注。而TGF-β是體內重要的致纖維化細胞因子之一,參與調節成纖維細胞增殖、分化、遷移和細胞外基質生成的整個過程,其水平在一定程度上反映了心肌纖維化的嚴重程度。TGF-β1是TGF-β家族主要亞型,可以通過激活下游Smads蛋白信號轉導分子促進心肌成纖維細胞的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維表達,介導心肌纖維化。

TGF-β1已被確定為心臟纖維化的關鍵調節因子,其影響范圍廣泛,可能影響細胞生長、凋亡和分化;促進膠原蛋白和基質蛋白的產生及膠原蛋白的降解;維持成纖維細胞活力等[3]。通過實驗發現TGF-β1是動物心肌成纖維細胞中膠原產生的強有效刺激物,進一步觀察心肌梗死動物模型結果顯示,TGF-β1表達在心肌梗死模型中顯著增加,使用TGF-β1通路抑制劑后可有效阻斷TGF-β1通路,抑制其活性,減輕心肌纖維化程度[4,5]。因此,調控TGF-β1信號通路為防治心肌纖維化的關鍵。近年來,中醫藥對于心肌纖維化的防治研究及診療受到越來越多研究者的關注。

傳統中醫本無“心肌纖維化”的病名,根據心肌纖維化的臨床表現多將其歸屬于中醫學“胸痹”“心悸”“喘證”“水腫”“眩暈”等范疇。病位在心及心絡。其病因有外邪侵襲、飲食失調、情志不暢、勞累過度、年老體虛等。針對于病機,有學者將其概括為本虛標實、久病入絡。本虛為氣虛及陰陽虧虛,標實為瘀血、痰濁、熱毒[6,7]。因此以益氣溫陽、活血化痰化瘀為主要治法。臨證時高血壓、糖尿病、病毒性心肌炎、冠心病等基礎疾病都會導致心肌纖維化的發生。因此在臨證治療時要結合不同原發疾病誘導的心肌纖維化存在著的不同兼夾證候,進行宏觀辨證論治,病證結合。如類風濕關節炎所致心肌纖維化多兼脾虛濕盛,故以益氣健脾通絡為治法[8]病毒性心肌炎多兼夾熱毒,治以清熱解毒、活血通絡[9]。高血壓及糖尿病性心肌病可兼有陰虛,故以益氣養陰、補益肝腎、活血化瘀為主要治法[10]。因此筆者現從中醫藥的單味中藥、中藥復方、中成藥三個方面防治心肌纖維化進行總結。

1 單味中藥治療心肌纖維化

據研究發現部分單味中藥及有效成分直接抑制TGF-β1信號通路或間接通過AMP活化蛋白激酶(AMPK)、過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(PPAR-γ)、炎性反應、氧化應激等不同靶點調控該通路起到防治心肌纖維化的作用。

AMPK是一種能量代謝的關鍵能量傳感器,與TGF-β1信號通路存在密切聯系[16]。動物實驗已證實,AMPK的激活對于心肌細胞的存活及對心肌纖維化的抑制具有重要作用[12]。TGF-β1可激活轉化生長因子β-激活激酶1(TAK1),進一步促進AMPK活化,而AMPK的激活又可抑制TGF-β1介導的Smads通路,進而破壞細胞外基質(ECM)重塑[13]。二者共同影響心肌纖維化。梔子苷為清熱解毒中藥梔子中分離出來的環烯酮類活性成分,其通過激活AMPKα和Sirt1機制,以及抑制體內和體外內質網(ER)應激,對心肌纖維化的防治具有重要作用[14,15]。除此之外,中藥蟲草素[16]、小檗堿[17]、積雪酸[18]等提取物也具有激活AMPKα的能力,并對心肌纖維化具有潛在的治療意義。

TGF-β1信號通路與過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(PPAR-γ)二者聯系密切。PPAR-γ作為結締組織生長因子(CTGF)的上游調控因子,在多項纖維化疾病中發揮保護作用。PPAR-γ的激活可使CTGF的表達增強,抑制TGF-β1/Smads通路效應,破壞ECM重塑,從而改善心臟纖維化[19]。如:胡椒堿主要通過激活PPAR-γ,抑制Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的表達,從而抑制AKT/GSK3β磷酸化,及TGF-β1/Smads通路[20],最終達到防治心肌纖維化的目的。中藥葛根提取物葛根素同樣可加強PPAR-γ的表達,并抑制TGF-β1/Smad2介導的內皮-間質轉化(EndoMT),改善心肌纖維化程度[21]。基于PPAR-γ,除上述中藥,經隨機、雙盲、多中心研究證實芪藶強心方也可通過激活PPARγ減弱心肌梗死后心肌重構和纖維化[22],對于臨證治療心衰及心肌纖維化療效顯著[23]。

炎性反應與TGF-β1/Smads通路密切相關,如NLRP3炎性小體可以增加TGF-β1/Smads3信號轉導[24]。NLRP3炎癥小體作為一種多蛋白低聚物復合物,已被認為是促進纖維化進展的關鍵中介因素[25]。NLRP3炎性小體被激活后,誘導IL-1β和IL-18的激活與成熟,導致MAPK通路激活,促纖維化基因上調及膠原蛋白合成[26]。部分中藥成分通過抑制NLRP3炎性小體及TGF-β1信號通路表現出良好的抗纖維化作用。中藥丹參提取物丹參多酚酸酯可通過抑制TGF-1/Smad2/3信號通路和硫氧還蛋白相互作用,通過蛋白(TXNIP)/NLRP3炎性小體及其誘導的IL-1β和IL-18成熟來減輕心肌梗死后大鼠心房顫動[27]。Kang等[28]研究表明,桂皮中分離得到的肉桂醛可通過抑制NLRP3炎癥小體激活和調節tlr4/6-白細胞介素1受體相關激酶(IRAK4)/1以及TGF-β1信號通路,減少ECM積聚,以減輕心肌炎癥和纖維化的程度。

除了上述的NLRP3炎癥小體,中藥中的大多數活性成分還可以通過調節核轉錄因子κB(NF-κB)通路,達到抑制TGF-β1信號途徑,緩解炎癥及心臟纖維化的目的[29,30]。許多NF-κB抑制劑所表現出的抗炎作用也與心肌纖維化的改善密切相關[31,32]。NF-κB的激活可增加TGF-β1、TNF-α、IL-6和IL-1β的表達,進而激活膠原沉積和心肌纖維化,導致心肌重構和心衰[33,34]。研究表明,中藥姜黃主要成分姜黃素,可通過抑制NF-κb激活和促進核因子-紅系2相關因子2(Nrf2)表達來減輕肥胖誘導的心肌炎癥、重構和纖維化[35]。Wang等[36]認為麝香中最關鍵的單體成分麝香酮可以通過降低TNF-α、IL-1β和NF-κB的產生來抑制炎性反應,抑制TGF-β1信號,來改善心功能,減輕心肌纖維化[37]。丹參酮Ⅱ A是丹參有效成分之一。有報道稱丹參酮IIA可通過抑制IκB磷酸化和NF-κB活化,降低MCP-1、TGF-β1表達,減輕心肌梗死后心肌纖維化病理改變,改善心功能[38,39]。

氧化應激也參與了TGF-β1通路介導的心肌纖維化。其中,TGF-β1是纖維化的核心通路和最具特征的調控因子[40-43]。多項研究表明,苦參中的主要成分苦參堿在多個臟器中具有抗纖維化作用[41-45]。其可通過調控Smad、細胞外信號調節激酶(ERK1/2)和p38MAPK信號通路[46,47],抑制醛固酮或TGF-β1誘導的CFs增殖和肌成纖維細胞分化[48]。據報道,長期使用黃芩和燈盞花中的提取物黃芩素,可抑制TGF-β1表達、p38 MAPK和ERK1/2磷酸化來抑制間質纖維化,從而抑制CFs增殖并改善心肌梗死后的心功能[49]。柴胡重要成分柴胡皂苷A是柴胡中的一類三萜皂苷,柴胡皂苷A不僅可以通過抑制TGF-β/Smad信號通路來減弱TGF-β誘導的CFs激活和功能,還可以通過抑制Wnt/β-catenin信號通路來改善內皮細胞EndMT,減輕氧化應激,緩解心臟纖維化[50]。

此外,尚有許多單味中藥及有效成分諸如玄參提取物[51-53]、紅花與葶藶子配伍[54]、厚樸提取物和諾酚[55]、銀杏葉提取物[56],白藜蘆醇[57],三七皂苷[58]等均具有通過調控TGF-β1信號通路發揮抗心肌纖維化的作用。

2 中藥復方防治心肌纖維化

在遵從傳統中醫的辨證論治之下,基于TGF-β1信號通路,中藥復方在防治心肌纖維化的研究中也取得了一定進展。經臨床實驗觀察,加味真武湯加減治療心腎陽虛證型的心肌纖維化患者可通過降低TGF-β1、CTGF、TNF-α、IL-1β1等水平,顯著緩解臨床癥狀,增強心肌功能,日常活動能力得到有效提高,發揮抗纖維化的作用[59,60]。而具有益氣養陰、活血化瘀之效的參元益氣活血方以及益氣養陰活血方聯合常規西藥治療均可有效改善患者心悸、氣短、胸悶痛、面肢水腫等癥狀,凝血酶、TGF-β1、Col-Ⅰ、Col-Ⅲ水平顯著降低,此方為臨床防治心肌纖維化做出了重要貢獻[61,62]。

中醫認為心肌梗死后心力衰竭為本虛標實之證,上焦心陽虛日久所致氣滯、血瘀、痰濁等有形實邪的形成[63]。這些情況與膠原沉積、間質纖維化的心肌病理改變一致。芪藶強心湯是由葶藶子、黃芪、附子、丹參、香加皮、澤瀉、澤蘭、紅花、桂枝等中藥組成。具有益氣溫陽、活血化瘀、通絡消腫之效。據實驗報道,用芪藶強心方治療心肌梗死的大鼠,經觀察,大鼠心臟內的Col-I、a-SMA、TGF-β1和p-Smad3的水平明顯降低,p-Smad7的表達水平增高。因此,芪藶強心方可通過抑制TGF-β1/Smad3和NF-κB信號通路,減輕炎性反應。對于心肌纖維化的防治以及心肌細胞的保護具有重要作用[64]。對于心肌梗死后心肌纖維化瘀血較重的患者,可選用桃紅四物湯進行加減治療。研究表明,桃紅四物湯可通過抑制TGF-B1信號通路和smad2,3、減少膠原沉積、抑制纖維化增殖,顯著降低心肌纖維化,對于心功能起到保護作用[65]。除上述中藥復方外,由人參、蒼術、茯苓、山藥、低聚木糖等組成的人參定志湯經實驗研究,其能夠有效地抑制NLRP3炎癥小體的激活和心肌膠原沉積的形成,降低TGF-α和TGF-β1水平,達到減輕心力衰竭,改善心肌纖維化以及防治糖尿病的功效[66]。

3 中成藥防治心肌纖維化

中醫學認為心主血脈,慢性心系疾病必然影響血液運行,血行不利則易成瘀血,而津血同源,瘀血亦可化生痰飲,從而形成痰瘀互結之勢,痰瘀日久不化易蘊生熱毒。因此痰、瘀、毒為心肌纖維化的關鍵病理因素,三者相互影響,最終形成惡性循環,共同導致了心肌纖維化的發生[67,68],故瘀阻心絡為心肌纖維化發病的關鍵,氣血虧虛,陰陽失調為其基礎。因此目前治療心肌纖維化等心血管疾病的中成藥大多以活血化瘀為主,以益氣養陰,行氣止痛等治則為輔。除通心絡膠囊[69]、抗心衰顆粒[70]、芪參益氣滴丸[71]、參松養心膠囊[72]等中成藥外,活心丸對心肌纖維化,冠心病等疾病也具有顯著療效。經研究發現,活心丸能夠通過抑制TGF-β1/Smads 信號通路以及NF-κB信號通路,下調 Smad2/3,有效減輕心臟炎性反應,緩解心肌纖維化及心肌損傷的程度[73,74],目前抑制TGF-β1/Smads通路防治心肌纖維化中成藥的實驗研究已取得一定進展。陳慧洋等[75]通過大鼠模型實驗,發現芪丹利心丸可通過上調miR-133a,抑制TGF-β1、Smad3 、CTGF蛋白及mRNA的表達,減少膠原合成,延緩心室重構和心肌纖維化,改善大鼠心功能。祁軼斐等[76]發現扶正化瘀膠囊通過促進miRNA-29表達,抑制過度激活的TGF-β1/smads信號通路產生的不良作用,下調 MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2 蛋白及mRNA表達,減少因基質金屬蛋白酶系統間的失衡所導致的Ⅰ、Ⅲ型膠原過度沉積,從而防治心肌纖維化。另一項臨床試驗調查中醫治療心臟纖維化的療效,發現麝香保心丸可顯著改善心衰患者心功能和臨床癥狀,其作用機制與降低TGF-β1、sST2、MMP-2、AngⅡ等全身纖維化生物標志物水平,緩解心肌纖維化,保護心肌細胞有關[77]。

中醫根據患者臨床特征將心肌纖維化歸屬于“胸痹”“心悸”和“喘證”等范疇。因其導致的心肌肥厚、僵硬形態學表現,又可歸屬于“微型癥積”[78]。病位在心及心之絡脈。臨證時常常從虛、瘀、痰、毒四個方向進行防治心肌纖維化,且強調“病證結合”,結合心肌纖維化基礎疾病的不同,辨證論治。近年來,中醫藥治療心肌纖維化可有效緩解患者臨床癥狀,治療該病具有“標本兼治”的優勢。并且中藥較西藥治療費用較低,藥物不良反應較小。