基于NF-κB通路探討中醫藥治療糖尿病心肌病研究進展*

馬金玲,冷錦紅

遼寧中醫藥大學,遼寧 沈陽 110847

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM)是一類排除其他心血管疾病后的特異性心肌病[1-2]。臨床上,DCM往往與冠脈疾病、高血壓等共同存在,單獨評估DCM對心功能不全的影響比較困難,最近有研究者提出,DCM應定義為不能完全由其他原因解釋,而可能由糖尿病引起的心臟異常。DCM是糖尿病患者的主要死因之一,糖尿病作為威脅人類健康和壽命的嚴重疾病,國際糖尿病聯盟發布的調查報告顯示,2019年全球成年(20～79歲)糖尿病患者人數約4.63億[3]。中華醫學會內分泌學會2015—2017年調查結果顯示,我國成年糖尿病患病率達11.2%,其中Ⅱ型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)占90%以上[4]。DCM起病隱匿,糖尿病患者機體高糖狀態影響多種代謝途徑,這些途徑相互作用導致心肌纖維化及肥大,心肌細胞凋亡和冠脈微循環灌注減少,逐漸進展為收縮舒張功能障礙,最后表現為糖尿病性心力衰竭。因此,尋求中醫藥治法防治DCM至關重要,近年來,多項動物實驗證實了中藥作用于DCM的確切療效。研究發現,核轉錄因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)通路的激活是通過控制不同基因參與氧化應激、炎癥反應、內皮功能障礙和細胞凋亡等過程調控DCM。故本文基于NF-κB信號通路以中藥干預DCM的研究為切入點進行綜述,以期為DCM臨床治療提供新思路。

1 中西醫治療糖尿病心肌病

1.1 西醫治療病理活檢對糖尿病心肌病具有直接診斷價值,但由于操作有創,患者接受度及臨床實用性受到很大限制。近年來,影像學技術的快速發展對了解心臟的病理生理學改變,以及心臟功能的重塑和改變發揮重要作用,針對既往癥狀不明顯的糖尿病患者,可以通過新型斑點追蹤超聲技術(speckle tracking echocardiogram,STE)測量心肌縱向應變[5]。

目前,關于DCM的預防或治療方法尚未達成共識,常規療法為控制血糖、調節血脂、保護心肌、抗心功能不全及中醫藥治療等[6]。Zhan等[7]發現,僅靠控制血糖不能完全防范糖尿病患者發生心力衰竭的風險。一項薈萃分析結果顯示,新型抗糖尿病藥物如鈉-葡萄糖共轉運體-2(sodium-glucose cotransporter-2,SGLT2)抑制劑對左室射血分數(left ventricular ejection fraction,LVEF)降低的心力衰竭患者均有明確的療效,這一療效與血糖、基線射血分數及基礎治療無關,研究支持SGLT2抑制劑應用于DCM治療的策略[6,8]。

1.2 中醫治療糖尿病心肌病歸屬于中醫學“消渴病”“心悸”“怔忡”“胸痹”等范疇,現代中醫學者明確提出了糖尿病心肌病的中醫病名為“消渴心病”[9-10]。2021年中國醫師協會中西醫結合醫師分會內分泌與代謝病學專業委員會提出,本病在消渴病肺、脾(胃)、腎陰虛燥熱基礎上,經久不愈,耗氣傷陰,涉及于心所致,并提出益氣、養陰、化瘀、活血、行氣、利水的治法[11]。

2 NF-κB信號通路與糖尿病心肌病的關系

NF-κB能夠參與機體的炎癥反應、免疫應答,調節細胞凋亡、應激反應。NF-κB家族有5個成員,包括NF-κB1(p50)、NF-κB2(p52)、核轉錄因子-κB p65(RelA/p65)、核轉錄因子RelB(RelB)和核轉錄因子c-Rel(c-Rel)。激活NF-κB信號通路主要有經典通路、旁路通路和非典型通路,NF-κB1、RelA、c-Rel由經典通路激活;NF-κB2、RelB由旁路通路激活,還有與DNA氧化損傷等有關的非典型通路;p65的翻譯后修飾,也可調節NF-κB通路活性。NF-κB通路可被抑制因子激酶(inhibitor kappa B kinase,IKK)、核轉錄因子κB抑制蛋白α(inhibitor kappa B protein α,IκBα)、抑制蛋白酶體活性、調控NF-κB等抑制。

糖尿病心肌病發病機制復雜,至今尚未完全闡明,近年來研究發現,DCM的發生可能涉及胰島素抵抗、脂毒性、氧化應激、炎癥、內皮和微血管障礙、線粒體功能障礙等多種途徑,進而導致心肌耗氧量增加、心肌纖維化、心肌肥厚和心功能下降。

Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病患者發生心肌病的風險較高,心力衰竭是這些患者死亡的主要原因,2/3的糖尿病患者死于心血管合并癥。研究發現,各種病因的心力衰竭患者心肌組織表現出NF-κB的激活和NF-κB調節基因的過表達[12]。在DCM中,高濃度體外葡萄糖、極低密度脂蛋白(very lowdensity lipoprotein,VLDL)及低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)能夠刺激心肌NF-κB活化[13-15],并導致部分血管活性肽和生長因子從循環和局部細胞中釋放[16-18],這些分子可以直接或通過細胞因子介導的表達刺激NF-κB活性。研究表明,糖尿病(diabetes mellitus,DM)大鼠心肌細胞中活化的NF-κB表達水平與心肌超微結構改變和左心室肥厚及相應心功能指標呈顯著正相關,證明NF-κB的過度表達參與DCM的形成[19]。

2.1 NF-κB信號通路參與心肌纖維化形成研究表明,糖尿病大鼠心肌細胞排列紊亂,肌纖維間纖維組織增生明顯,符合心肌纖維化特征[20]。糖尿病心臟中釋放的血管緊張素Ⅱ和轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)可以激活NF-κB,TGF-β能刺激細胞外基質膠原、纖維連接蛋白、黏蛋白等蛋白合成,NF-κB可以與激活蛋白1相互作用,過表達膠原、纖維連接蛋白和TGF-β促進細胞外基質蛋白積累,共同促進心肌纖維化形成[21],這種過程能被NF-κB抑制劑減弱[22]。NF-κB和TGF-β共同調節蛋白酶活性,使促纖維化因子和抗纖維化因子保持動態平衡,這種平衡促進DCM內細胞外基質蛋白沉積,促纖維化細胞因子的上調和細胞外基質蛋白沉積,損害心肌細胞收縮能力,導致心肌僵硬和心力衰竭[15]。

2.2 NF-κB參與氧化應激近年來,研究者在Ⅱ型糖尿病病因與發病機制的研究中提出炎癥發病學說,該學說認為：炎癥反應在大血管病變及Ⅱ型糖尿病發病中發揮重要作用。有研究表明,炎癥在DCM的發病機制中起關鍵作用[23]。

核轉錄因子NF-κB是調控基因轉錄的重要因子,參與炎癥及心肌纖維化等多種疾病的病理過程。NF-κB異常激活可以啟動異常的自身免疫反應和炎癥反應[24],高糖環境下晚期糖化終末產物(advanced glycation end products,AGEs)與糖化終末產物受體(receptor for advanced glycation end-products,RAGE)結合后能夠導致NF-κB的持續活化,而NF-κB又可促進AGEs與RAGE結合,進一步促使DCM的微血管病變惡化[25-26]。NF-κB活化后調控其下游一系列基因的表達,調節多種炎癥和纖維化因子,可導致血管內皮損傷、心肌細胞水腫變性、心肌纖維化等病理改變,并參與糖尿病引起的心血管并發癥的發展[27-30]。

2.3 NF-κB調控血管內皮功能內皮功能障礙是冠狀動脈血管系統動脈粥樣硬化發生的主要原因,能加重糖尿病對心臟的直接有害影響。炎癥在動脈粥樣硬化斑塊形成中發揮著核心作用。循環葡萄糖、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、脂蛋白和膽固醇升高會損害內皮細胞層,增強炎癥細胞的黏附、滾動、外滲,細胞因子、血管緊張素-Ⅱ和黏附分子從內皮細胞中釋放,NF-κB對這些因子都能起到調控作用[31],NF-κB還能調節促進血栓形成的基因。

3 中藥對糖尿病心肌病NF-κB信號通路的干預作用

3.1 中藥單體成分及提取物對NF-κB信號通路的影響

3.1.1 姜黃素姜黃素具有抗感染、抗氧化、保肝、保護心腦血管、抗腫瘤、保護線粒體等藥理作用。徐秋玲等[20]研究證明,姜黃素能有效改善糖尿病心肌纖維化,并且高劑量組改善效果優于低劑量組,推測這一作用可能與姜黃素上調NF-κB依賴微小RNA(miRNA)-146a(miRNA-146a)的表達、抑制NF-κB 的激活有關。研究表明,姜黃素可以降低DCM大鼠空腹血糖[32-33]。多項研究發現,姜黃素能夠抑制炎癥因子水平,減輕炎癥反應[34];不僅如此,姜黃素還能夠減少脂滴在心肌細胞內的聚集,減少活性氧表達以降低氧化應激水平,減輕心肌細胞凋亡[35];減弱高糖對心肌細胞增值的抑制作用[36];增加心肌組織的葡萄糖轉運蛋白表達及對葡萄糖的攝取能力[37],從抑制DCM炎癥反應、氧化應激凋亡、心肌纖維化、脂質聚集等多方面減輕糖尿病心肌損害。

3.1.2 葛根素葛根素具有抗凝、抗變應性、改善微循環、抑制醛糖還原酶活性、降低血糖、清除自由基、降低血清膽固醇等作用,臨床上已用于冠心病、心絞痛、心肌梗死及糖尿病腎病等的治療。

有研究發現,葛根素能夠改善糖尿病引起的大鼠心肌結構和功能損傷及糖脂代謝,可能與其減少炎癥因子表達有關[19,38]。張義[39]研究發現,葛根素能上調自噬相關蛋白的表達、減少乳酸脫氫酶釋放,達到抑制DCM心肌細胞肥大的目的,還可減輕內質網應激,降低內質網應激相關蛋白C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein,CHOP)和內質網應激分子半胱氨酸蛋白酶12(Caspase-12)的表達,從而抑制心肌細胞凋亡,保護DCM心肌[40-41]。

3.1.3 青蒿素及青蒿琥酯青蒿素具有抗感染、調節免疫、抗纖維化和顯著的抗瘧作用,可明顯殺滅血吸蟲。研究發現,青蒿素可以抑制NF-κB通路,減輕心梗后的心室重構[42]。李俊龍[43]實驗表明,青蒿素能在一定程度上改善DCM大鼠心臟舒縮功能、改善大鼠一般形態,減輕心肌纖維化,抑制NF-κB通路及炎癥因子,抑制心肌炎癥反應,減輕心室重構和心肌纖維化,從而保護心臟。

青蒿琥酯是青蒿素的一種水溶性衍生物,具備速效、低毒等特點,有抗瘧、降糖、抗纖維化、抗腫瘤等藥理作用,能通過多種方式改善炎癥。Li等[44]研究證明,青蒿琥酯可抑制NF-κB介導的炎癥信號通路的降血糖活性。Chen等[45]通過大鼠體內外實驗發現,高濃度的青蒿琥酯具有降糖作用,低濃度的青蒿琥酯則可預防心血管并發癥,對未來使用青蒿琥酯治療糖尿病心血管并發癥提供參考。但也應注意青蒿琥酯的肝腎毒性,藥物蓄積也會對心肌產生不良影響[46]。

3.1.4 甘草苷及甘草素甘草苷具有抗氧化、抗潰瘍、抗HIV等藥理作用。先前的研究表明,甘草苷在糖尿病血管病變治療中可顯著下調炎癥蛋白表達,阻斷NF-κB激活[47-48]。Zhang[49]提出了高血糖誘導的糖尿病小鼠心肌纖維化的發病機制為高血糖可激活NF-κB和絲裂原活化酪氨酸蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPKs)信號通路,促進α-平滑肌肌動蛋白和膠原累積,同時闡明了甘草苷可以通過抑制這兩個信號通路來改善心肌纖維化。甘草苷可降低糖尿病小鼠核轉錄因子κB抑制劑激酶α (inhibitor kappa B kinaseα,IKKα)和NF-κB磷酸化水平,降低促炎細胞因子的釋放,減輕炎癥反應,防治DCM。

甘草素具有抗感染、抗癌、抗氧化等藥理作用。Xin等[50]研究發現,甘草素能改善DCM小鼠代謝綜合征、心肌纖維化和心肌炎癥反應,并發現其對正常細胞沒有細胞毒性,這些實驗對甘草素預防纖維化形成及炎癥反應引起的心臟損傷可能具有重要價值。

3.1.5 雷公藤多苷雷公藤多苷具有抗感染、抑制免疫等作用。唐銘翔等[25]研究發現,與DCM大鼠模型組比較,雷公藤多苷能降低心臟指數、保護心功能、抑制NF-κB和細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)的表達;明顯延緩心肌細胞線粒體、心肌纖維細胞的病理改變,認為雷公藤多苷對DCM大鼠心臟保護作用與其抑制炎癥因子有關。另一項研究表明,雷公藤多苷還可通過抑制Toll樣受體4(Toll-like receptor4,TLR4)/ NF-κB /白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和NF-κB/ 腫瘤細胞壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)/血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)炎癥通路、轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)/α-平滑肌肌動蛋白(smooth muscle α-actin,α-SMA)/波形蛋白(vimentin)纖維化通路、葡萄糖調節蛋白78(glucose-regulated protein 78,GRP78)/蛋白激酶R樣內質網激酶(protein kinase R-like ER kinase,PERK)/ 轉錄激活因子4(activating transcription factor 4,ATF4)/CHOP凋亡信號通路減輕心肌損害,改善DCM心肌結構和功能[51]。

3.1.6 芥子酸芥子酸又稱白芥酸,具有清除自由基、抑制脂質過氧化、抗菌、抗癌、消炎、抗焦慮、改善記憶力等藥理作用。研究表明,芥子酸慢性治療能夠改善心肌的組織學變化,也可抑制炎癥、氧化應激和細胞凋亡,恢復DM大鼠心肌的抗氧化防御[52],還可改善糖尿病小鼠心肌細胞排列紊亂、腫脹、纖維化等情況[53],對糖尿病心臟功能障礙和心肌病的預防具有治療作用。

3.1.7 紅芪多糖紅芪多糖具有調節免疫、降糖、抗感染、抗氧化等藥理作用。張花治[54]研究發現,紅芪多糖可顯著減輕模型動物DCM心肌組織的炎癥反應,改善心肌氧化應激狀態,并發現過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)/NF-κB及所調控的下游炎癥反應、氧化應激、脂肪酸代謝等64個表型基因參與了DCM小鼠心肌纖維化的病理過程。推測紅芪多糖可能通過調控PPARγ/NF-κB信號通路及下游相關細胞因子而抑制糖尿病心肌纖維化進程。有研究發現,紅芪多糖還可通過調節DCM db/db小鼠心肌凋亡蛋白,Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白和氧化應激水平,多通路減輕心肌膠原沉積和纖維化,改善心肌損傷[55-57]。

3.2 中成藥對NF-κB信號通路的影響

3.2.1 丹蛭降糖膠囊丹蛭降糖膠囊(安徽中醫藥大學第一附屬醫院院內制劑)由太子參、丹皮、生地、澤瀉、菟絲子、水蛭等組成,具有益氣養陰、活血化瘀之功,并能防治T2DM心血管并發癥[58]。一項臨床研究表明,丹蛭降糖膠囊對糖尿病心臟微血管內皮具有保護作用[59]。動物實驗表明,丹蛭降糖膠囊可減輕DCM大鼠心肌氧化應激損傷,改善糖脂代謝水平,以延緩心肌纖維化[60],并能通過調控TLR4-髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88) -NF-κB信號通路抑制心肌細胞凋亡,抑制心肌成纖維細胞增殖,從而防治DCM[61-63]。

3.2.2 芪蛭降糖片芪蛭降糖片由黃芪、水蛭、地黃、黃精組成,用于防治氣陰兩虛兼血瘀型糖尿病血管并發癥的上市藥物,對糖尿病合并冠心病心絞痛具有明顯療效,并能改善大鼠腎組織和血管結構的病理損害。芪蛭降糖片能通過降低心臟組織 NF-κB 水平,阻止心肌細胞纖維化,改善炎癥,減少心肌細胞凋亡。閆桂溪等[64]研究表明,芪蛭降糖片不僅能降低糖尿病大鼠血糖、血壓水平,還能改善其心功能異常,這種改善作用是通過減輕炎癥反應實現的。

3.2.3 通心絡膠囊通心絡膠囊由人參、水蛭、全蝎、蜈蚣、土鱉蟲、蟬蛻、赤芍等組成,多項研究表明,通心絡膠囊對冠脈微血管損傷和DCM心肌重構、血流動力學及心臟功能恢復具有正向作用。有研究發現,通心絡膠囊能從改善心臟結構、減輕心肌細胞凋亡、調節糖脂代謝、改善心肌纖維化、調節血管內皮細胞功能、降低氧化應激損傷、減輕炎癥反應、提高心肌對急性心肌缺血的抵抗能力等多種途徑對抗糖尿病心肌損傷[65-67]。

3.3 中藥復方對NF-κB信號通路的影響

3.3.1 中藥復方益糖康中藥復方益糖康是遼寧中醫藥大學石巖教授在中醫名家梁國卿教授的“降糖丹”基礎上改良而成的經驗用方,由人參、黃芪、丹參、枸杞、赤芍、黃連等組成,具有健脾益氣,養陰生津的功效,可降低糖尿病大鼠糖脂及胰島素水平、抑制炎癥及糖異生、抑制氧化應激等,對糖尿病及各類并發癥均具有良好的效果[68]。張冰冰等[69]實驗結果表明,益糖康治療組能顯著降低糖尿病大鼠主動脈NF-κB p65 mRNA含量,抑制蛋白水平表達及NF-κB活化,部分阻斷NF-κB下游靶基因轉錄,減少黏附因子和炎癥因子等的表達,控制動脈粥樣硬化,從而改善DCM心血管損傷。

3.3.2 益氣生津活血顆粒益氣生津活血顆粒是山東省中醫研究院孫付軍老師的臨床驗方,由黃芪、三七、紅花、川芎、牛膝、肉桂等組成,具有補氣、生津、活血之功效,對糖尿病及心血管并發癥療效確切。已知高血糖能激活NF-κB,上調黏附分子及炎性因子轉錄,NF-κB又能引起一系列參與炎癥和免疫反應基因的表達增加;血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可以增加血管通透性,是糖尿病血管病變的危險因子[70]。鄭啟德等[71]研究發現,益氣生津活血顆粒能顯著降低糖尿病大鼠心肌NF-κB、內皮素(endothlin,ET)、TNF-α、VEGF等的含量,認為其可通過減輕炎癥反應達到防治心肌微血管疾病的目的。

3.3.3 解毒通絡浸膏解毒通絡浸膏由麥冬、人參、丹參、葛根、五味子等組成,是長春中醫藥大學附屬醫院鄧悅教授的臨床經驗方,鄧教授認為,毒損心絡是DCM的核心病機,機體不能及時化解排出體內病理生理產物,聚積體內,遂生毒邪。金寶蘭[72]研究解毒通絡浸膏對DCM作用機制發現,其可通過降低心肌組織中NF-κB、Toll樣受體4(TLR4)、Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原及轉化生長因子-β1(TGF-β1)蛋白表達,抑制心肌纖維化,改善心功能,保護糖尿病受損心肌。

3.3.4 桂枝湯桂枝湯出自《傷寒論》,是調和營衛的代表方劑,由桂枝、芍藥、甘草、生姜、大棗五味中藥組成,配伍精當,酸甘化陰,辛甘化陽,不僅善治太陽中風表虛證,失眠、心悸、自汗,皆可投之。有學者研究顯示,桂枝湯具有解熱抗炎、增加心肌血流量的作用[73],姜萍[74]研究顯示,桂枝湯能降低糖尿病大鼠心肌NF-κB、IL-1、TNF-α、ET-1含量,推測桂枝湯可通過改善血流瘀滯、減少炎癥因子釋放,從而保護心肌,并能降低心?、粜湍z原表達和基膜厚度,保護心肌細胞和毛細血管[75]。

3.3.5 黃連解毒湯黃連解毒湯出自《肘后備急方》,由黃連、黃芩、黃柏、梔子組成,多項研究表明,黃連解毒湯具有降糖、降脂、抗感染、抗氧化等作用,能夠調節糖尿病大鼠腸道菌群、改善胰島素和皮質醇水平、減少肝臟脂肪堆積和肝臟纖維化。以往的研究表明,黃連解毒湯能降低GK大鼠心肌NF-κB及多種炎癥因子含量[76-77],降低心肌Ⅳ型膠原表達和基膜厚度,在防治DCM中發揮重要作用。

3.3.6 四妙勇安湯四妙勇安湯由玄參、金銀花、當歸、甘草等組成,具有降血脂和心血管保護作用。Li等[78]研究發現,四妙勇安湯可以提高糖尿病小鼠胰島素敏感性,抑制心肌肥大、纖維化、凋亡、炎癥和脂質蓄積,維持心肌纖維排列和線粒體完整性,下調糖尿病小鼠心肌胰高血糖素受體、過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1α,PGC-1α)、過氧化物酶激活物受體α(peroxisome proliferator-activated receptor α,PPARα)的表達和NF-κB的磷酸化,上調AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)的磷酸化,推測四妙勇安湯可能通過調節糖尿病小鼠葡萄糖(glucose,GLC)/AMPK/NF-κB和GLC/PPARα/PGC-1α信號通路,改善糖脂代謝和心功能,從而改善DCM。

4 結語

近年來,西醫針對DCM并沒有明確的治療方案,一般采取常規治療DM結合對抗心肌病的方法控制DCM,中醫藥控制DCM療效確切,但中藥成分復雜,作用靶點多,所以作用機制難以闡明。目前,靶向作用于NF-κB信號通路傳導途徑治療DCM的中藥單體、中成藥、中藥復方的相關研究存在以下問題：(1)相關研究多針對中藥提取物,單味中藥、復方及中藥制劑的作用研究較少;(2)這些研究一般只針對NF-κB這一個通路,并未就通路間相互復雜聯系進行交叉研究,明確各通路之間相互作用是闡明中藥作用機制的重點;(3)大部分研究以體外細胞實驗和動物實驗為主,缺乏臨床研究來進一步驗證和支持。

因此,針對以上問題,今后應逐步拓寬研究對象范圍,不僅包含中藥單體,還應涉及單味中藥、中藥復方及中藥制劑,也應涵蓋多種劑型,突出中藥區別于西藥的特色;并且,研究應該注重信號通路之間的關聯,能明確中藥作用于疾病的完整作用機制;最后,對于實驗結果明確的研究應轉向臨床研究,指導未來用藥和新藥研發。還應著重于從分子學、細胞學、生物學等多角度多學科對這一通路調控作用進行更深入的實驗和臨床研究。