黄芪心肌保护作用及机制的研究进展

张　霄，李志英



黄芪心肌保护作用及机制的研究进展

张霄1，李志英2

1.山西医科大学药学院(太原 03001)；2.山西医科大学第一医院

关键词：黄芪；心肌保护；缺血-再灌注损伤；白细胞积聚；氧自由基

心肌保护是心血管疾病治疗，尤其是心脏外科手术的重要技术之一。20世纪50年代以低温进行心肌保护，70年代以低温晶体停跳液应用于临床，目前较普遍使用含血停跳液以减少心肌缺血缺氧，但是，有关心肌保护的研究一直方兴未艾，人们不断探索最佳的心肌保护方法，从而降低围术期并发症和死亡率。在众多心肌保护研究中，缺血-再灌注损伤(ischemia- reperfusioninjury，I-RI)。是心肌保护研究的一个重要方面。

组织缺血后恢复血供而引起的更为严重的组织损伤，称为缺血-再灌注损伤而心肌再灌注损伤的主要表现为电活动异常，如心律失常；其次表现为再灌注心肌收缩性能降低，心肌僵硬度增高；以及生化指标异常、超微结构破坏，最终导致心肌三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)含量降低，血浆心肌酶急剧增高；心肌细胞线粒体肿胀，并有大量不定型颗粒沉淀，部分线粒体崩解；细胞水肿，膜损伤严重，细胞内Na+、Cl-、Ca2+含量剧增；肌纤维出现挛缩断裂带，并有节段性出血坏死。上述变化使再灌注心肌功能急剧降低，使部分可逆性心肌转变为不可逆性损伤。自1960年Jenning首次提出心肌缺血-再灌注损伤以来，探讨其发生机制及预防措施一直是医学研究的热点之一。

黄芪为豆科多年生草本植物蒙古黄芪Astragalus membranaceus (Fisch) Bge.Var.Mongholicus (Bge.) Hsiao 或膜荚黄芪Astragalus membranaceus (Fisch)Bge的干燥根。药性为甘、微温，归脾、肺经。功效为补气生阳，益卫固表，利水消肿，托疮生肌。目前在临床已广泛应用且取得了很好的疗效。本文就黄芪对心肌保护的作用及其机制做一综述。

1I-RI的发生机制

I-RI是由多种因素引起的，对I-RI的发病机制已有相当深度的认识，且有相应措施应用于临床，但是，人们一直在寻找有效药物解除I-RI。目前研究表明：钙超载、氧自由基、白细胞积聚和内皮细胞自稳态调控失衡是其主要发生机制。

1.1钙超载缺血组织恢复血供后使细胞内Ca2+含量显著增高并引起细胞损伤的现象称为钙超载(calcium overload)或钙反常(calcium paradox)。再灌注组织中Ca2+浓度升高是再灌注损伤的直接重要原因之一。据文献报道：钙超载是造成细胞死亡的最后通路[1]。也是引起I-RI的重要机制。再灌注时钙超载的发生主要是由于Ca2+内流的大幅度增加所致，而非细胞膜钙通道过量开放。其确切机制可能为：缺血使心肌细胞内能量代谢障碍，ATP显著减少，同时无氧酵解增强，产生大量的H+，再灌注时将缺血期间细胞外聚集的大量代谢废物很快转运，使心肌细胞内外H+浓度差增大，-pH反常(pH paradox)。它促进细胞膜H+-Na+交换，使心肌细胞内Na+增高，激活了细胞膜上Na+-Ca2+交换，这一途径是再灌注细胞中Ca2+的主要来源。线粒体受损，胞内ATP严重减少，细胞膜钙泵和肌浆网钙泵功能障碍，使细胞内Ca2+的排出和储存减少。再灌注过程中生成大量自由基和钙超载，使磷脂酶激活引发膜脂质过氧化反应，造成膜结构受损。细胞膜对Ca2+通透性增高，促成细胞外Ca2+内流增多；肌浆网膜透性增高，储存Ca2+释放增多。缺血时，儿茶酚胺增多，通过α、β受体作用使Ca2+内流增加；心肌细胞局部的肾素-血管紧张素增加，也参与钙超载的发生。钙超载引起线粒体功能受损，减少ATP生成，促进活性氧形成，更进一步加重细胞损伤。钙超载激活磷脂酶分解膜磷脂，溶酶体膜稳定性降低，造成细胞损伤[2]。

1.2氧自由基体内分子氧在还原过程中，能产生一种外层轨道含有不配对电子的含氧分子或原子团，即氧自由基。氧自由基在体内发生连锁反应，生成多种具有高活性的氧还原中间产物，统称为活性氧。活性氧的氧化能力极强，参与体内一些代谢过程，如体内一些酶促反应，生物活性物质的合成，细胞防御和解毒过程。活性氧在体内堆积会对组织造成直接损伤。近年来研究证实，在心肌再灌注损伤等多种病理过程的发生、发展中，活性氧都起着重要的作用。

1.3白细胞积聚缺血后再灌注早期原缺血区聚集的白细胞较再灌注前增多2倍～6倍，甚至更多。有学者认为再灌注损伤是机体的类炎症状态。粒细胞的大量黏聚使微血管血流阻断，促使再灌注开始后某些小血管、微血管中无血流灌入，即无复流现象(no-reflow phenomenon)。黏聚而被激活的粒细胞产生释放的大量白细胞三烯(LT)和氧自由基等，诱发了血小板的黏附、激活，产生释放大量血小板激活因子(PAF)。PAF反馈性加重粒细胞的黏附，促使血小板栓子的形成，并能加重微血管痉挛和通透性增加。

1.4内皮细胞自稳态调控失衡血管内皮细胞(VEC)除在血管内外物质交换，维持凝血和抗凝血的平衡中起着重要的作用外，并能产生多种生物活性物质，在调节血管舒缩运动以及维持血细胞的正常生物学反应中都发挥着无可替代的作用。I-RI使内皮细胞的自身稳态失衡，这在再灌注损伤的发生中起着重要的作用。再灌注使VEC中氧自由基生成，同时使VEC中抗氧化类酶活性降低，内皮细胞中氧自由基增多，是导致再灌注损伤中氧化应激的主要因素之一。再灌注造成自稳态失衡，通过生成氧自由基、黏附分子表达上调、血管活性物失平衡等多种机制，引发和促进再灌注损伤的发生、发展。

2黄芪治疗I-RI的机制

黄芪为传统中药，临床用于冠心病、心绞痛的治疗，已取得显著疗效。近年来研究发现：黄芪对心肌的缺血再灌注损伤有良好的保护作用，可降低心率；缩小心肌缺血范围并显著改善心肌缺血再灌注时左室的舒张及收缩功能；具有良好的清除氧自由基和抗脂质过氧化作用；减轻钙超载；减轻白细胞聚集；维持内皮细胞自稳态等作用。

2.1减轻钙超载黄芪可影响心肌细胞肌浆网钙泵功能，心肌肌钙蛋白I(cTnI)是心肌损伤敏感而特异性指标，其含量可反映心肌损害的严重程度，当心肌损伤时，钙通道活化，Ca2+内流增加，细胞内游离钙浓度(Ca2+)i升高，从而导致细胞内钙超载[3]，此外，心肌SERCA(肌浆网Ca2+-ATP酶)是将胞浆内游离钙主动转运至肌浆网内的一种钙调节蛋白，对调节(Ca2+)i非常重要[4]。陆曙等[5]在动物实验中证明：黄芪可以使血清中cTnI含量降低，使小鼠心肌SERCA(肌浆网Ca2+-ATP酶)活力增强，有利于(Ca2+)i的回降和细胞内钙超载的减轻。众多研究显示：黄芪甲甙、总皂甙和总黄酮能够使心肌缺血-再灌注心肌组织中Na+-K+-ATP酶活性降低，对缺氧所致大鼠的心肌细胞超微结构改变及线立体均有明显保护作用[6]。并能使人心肌细胞乳酸脱氢酶及琥珀酸脱氢酶含量有不同程度的增高[7]。使再灌注时ATP消耗减少，保证细胞膜钙泵和肌浆网钙泵功能，使细胞内Ca2+减少，从而减轻钙超载。

2.2清除氧自由基缺血再灌注时黄芪具有清除氧自基的作用。 近年来研究证实：黄芪可使抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)活性提高，过氧化脂质(LPO)含量减少，从而减轻自由基造成的损伤。雷春利等[8-9]在犬急性心肌梗死模型中发现黄芪使SOD含量有增高趋势，而LPO含量有减少趋势，并能缩小心肌梗死面积，增加冠脉流量，认为黄芪是通过抑制氧自由基生成而起到保护作用。张光平等[10]研究显示：黄芪能增加人红细胞膜脂流动性，清除自由基，从而使人红细胞膜免受自由基的攻击，同时还能提高膜脂和膜蛋白抗御自由基的能力。周吉燕等[11]研究发现黄芪注射液能改善心肌能量代谢，保护细胞超微结构，特别是线粒体结构，提高细胞内SOD活性，减轻氧自由基对心肌细胞膜的损伤，减少乳酸脱氢酶(LDH)漏出。储里胜等[12]利用大鼠离体心脏模型研究发现，黄芪可使再灌注时冠脉流出液中LDH、肌酸激酶(CK)的活性明显减低，心肌细胞的SOD活性明显增高，而LPO含量降低。上述研究表明黄芪有明显的抗氧自由基作用，保护心肌细胞膜，减少心肌酶的漏出。

此外，氧自由基的半衰期虽然很短，但氧化性极强，易与不饱和脂肪酸中双键间亚甲基反应生成脂质过氧化物，亦称为脂性自由基，同时释放出降解产物丙二醛(MDA)。MDA易引发膜大分子物质，如蛋白、脂质等相互交联、聚合，加重膜变性和功能障碍。周吉燕等[11，13]研究发现：黄芪能抑制I-RI心肌的MDA生成，并证实黄芪可使心肌组织中MDA含量明显减少。

2.3减轻白细胞积聚白细胞积聚可导致缺血-再灌注损伤，也是导致无复流现象的重要原因，无复流现象进一步加重微血管痉挛和使其通透性增加。钙超载、氧自由基增加均可导致内皮细胞损伤、血小板黏附率增加、白细胞积聚；黄芪可减少钙超载、抑制氧自由基增加，既可减少白细胞聚积。血小板内环磷酸腺苷(cAMP)对血小板具有稳定作用；研究发现：黄芪通过抑制磷酸二酯酶的活性，从而使血小板内cAMP水解减少，含量增高[14]。血小板稳定则能使PAF释放减少，抑制血小板栓子的形成，白细胞积聚减少，维持血管内皮细胞功能及完整性，减少微血管痉挛和通透性，从而防止无复流现象的发生。

2.4维持内皮细胞自稳态目前的研究表明：内皮细胞的稳定依赖于血栓素B2(TXB2)/前列环素(PGI2)的比值；再灌注过程中TXB2增高导致TXB2/PGI2的比值改变，进而使内皮细胞自稳态失衡。一些研究发现黄芪可抑制再灌注损伤后升高的磷脂酶A2(PLA2)的活性，使TXB2/PGI2的比值降低，从而使全身循环功能恢复，维持内环境的稳定[15-16]。

一氧化氮(nitric oxide，NO)是一种无机小分子物质，具有调节血管张力，传递神经信息，抑制血小板凝聚，介导细胞免疫和细胞毒等多种生理活性作用[17]。有研究表明：NO与缺血再灌注损伤关系密切，可能通过阻碍中性粒细胞的黏附而减轻缺血再灌注损伤程度[18]。汪德清等[15]研究发现黄芪总黄酮(TFA)可提高NO浓度。福田一典发现：黄芪的水溶性提取物可诱导血管平滑肌细胞(VSMC)产生一氧化氮合酶(NOS)，刺激NO的生成；并影响血管壁NO的信息传递系统。Kazunori等研究发现黄芪水溶性提取物能使VSMC中的诱导型NO合酶(iNOS)基因转录及iNOS蛋白质的显著增加，并使VSMC中依赖于NO的环磷酸鸟苷(cGMP)的积聚。该研究提示：黄芪水提取物调节VSMC的功能可能是经由NO-鸟苷酸环化酶(sGC)-cGMP介导的信号转换通道而实现的。周苏宁等[19]在临床研究中也发现黄芪注射液具有升高再灌注后NO及NOS的活力作用。李志英等[20-21]在实验研究中发现黄芪预处理对未成熟心肌有保护作用，且其作用机制之一是黄芪通过开放KATP通道来完成的。

3小结

黄芪在心肌保护方面有减少钙超载、抗氧自由基、减少白细胞黏聚、防止无复流发生、稳定血管内皮细胞自稳态的作用；另外，黄芪是否通过激发机体内源性保护物质，来达到药物预处理的作用，目前还是一个新的课题。

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(本文编辑郭怀印)

通讯作者：李志英，E-mail：leezhiyingcpb@sina.com

中图分类号：R329R285.5

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.11.015

文章编号：1672-1349(2016)11-1230-04

(收稿日期：2016-02-08)