川芎嗪防治急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征作用机制的研究进展

李攀

(西南医科大学附属医院，四川泸州646000)



·综述·

川芎嗪防治急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征作用机制的研究进展

李攀

(西南医科大学附属医院，四川泸州646000)

急性肺损伤(ALI)/急性呼吸窘迫综合征(ARDS)发病机制错综复杂，病程进展快，病死率高，是临床常见的危重症疾病。川芎嗪是从中药川芎中提取的有效成分，目前主要应用于心脑血管疾病的防治。研究认为，川芎嗪可通过减少中性粒细胞数量，抑制其聚集活化；调节血管内皮生长因子水平；抑制氧化应激，提高超氧化物歧化酶活性从而清除过量的氧自由基；抑制Rho/ROCK信号通路，降低Fas/FasL基因、Caspase-3表达并增加Bcl-2表达从而抑制细胞凋亡，为川芎嗪用于ALI/ARDS的防治提供了理论依据。

川芎嗪；急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征；炎症反应；血管内皮生长因子；抗氧化；细胞凋亡

急性肺损伤(ALI)/急性呼吸窘迫综合征(ARDS)为肺泡上皮及毛细血管内皮屏障发生急性炎症损伤，富含蛋白质的水肿液渗入肺泡腔，引起肺泡及肺间质水肿，导致急性进行性血氧过低的呼吸窘迫，最终导致呼吸衰竭，甚至死亡[1]。几十年来，大量学者就ARDS发病机制及治疗措施开展研究，但目前的抗炎治疗手段仍不能有效降低其病死率。据统计[2]，目前ALI/ARDS病死率高达30%～50%，是临床常见的危重疾病。早期应用无创/有创机械通气为辅助治疗ALI的有效措施，但由于受各种条件限制尚不能普及应用。因此，大量研究以期寻找有效的药物治疗措施。川芎嗪为中药川芎中提取的主要有效成分，具有清除氧自由基、抑制活性氧、调节免疫、改善血流循环(尤其是微循环)、抑制血小板聚集活化、扩张血管及保护血管内皮、抑制纤维化等多种药理作用，且价格低廉、安全性较高，目前广泛应用于心脑血管疾病的防治。相关文献报道，川芎嗪在ALI/ARDS的防治中有极其重要的作用[3]。现就川芎嗪防治ALI/ARDS的作用机制综述如下。

1 减轻炎症反应及内皮损伤

肺部及全身失控性炎症反应是ALI发生的重要机制。受炎症刺激(感染、外伤、吸入有毒气体等)后，肺泡巨噬细胞首先聚集活化，分泌大量细胞因子如TNF-α。TNF-α是一种强有力的促炎因子，可诱导炎症介质IL-1β和IL-6产生。此外，肺泡巨噬细胞的活化激活中性粒细胞在肺内聚集，中性粒细胞在炎症反应发生发展中有极其重要作用；其聚集活化可介导多种细胞因子及炎性介质的产生，损伤内皮细胞，使细胞间隙增宽、肺泡上皮和血管内皮屏障受损，导致肺水肿及肺换气功能障碍。文献报道[2]，在内毒素诱导的急性炎症中，清除中性粒细胞几乎可以完全抑制IL-1β的表达以及TNF-α的产生；并且，中性粒细胞在肺内聚集，可激活产生转录调控因子NF-κB。NF-κB是一种在控制DNA转录中起重要作用的结构复杂的蛋白质，参与调节细胞对刺激(创伤、脂多糖等)的应答[1]。静息状态时，NF-κB与其抑制蛋白IκB结合形成复合体，以无活性的形式存在胞质中；当细胞受到外界刺激时，NF-κB与IκB解体呈游离状态，并暴露与特异序列结合的核定位点，之后转入细胞核，通过与特异序列结合诱导靶基因转录。NF-κB可根据不同的刺激和细胞类型激活促炎转录程序、促进靶细胞合成细胞因子(IL-6、IL-8、TNF-α等)、黏附分子、趋化因子、免疫受体等，从而参与免疫应答；同时，IL-8、TNF-α等细胞因子又可激活促进NF-κB的表达。二者作用相互促进、逐级放大，广泛参与炎性反应的调控，加重炎症损伤[4，5]。目前认为，抑制NF-κB表达、降低中性粒细胞水平可以减轻急性炎症引起的肺水肿。研究发现[6]，川芎嗪能显著降低TNF-α及IL-1β水平，抑制NF-κB的表达，抑制缩血管物质(NO、内皮素等)的分泌，并且降低凝血酶活性，进而抑制血小板聚集及血栓形成，从而减轻血管内皮损伤，改善受损肺血管内皮屏障的功能，降低中性粒细胞外渗及浸润；同时具有增强抗炎细胞因子IL-10的作用，从而减轻肺水肿、改善ALI/ARDS预后，降低病死率[7]。目前各项研究均显示，川芎嗪可降低各种炎性介质、炎性细胞及细胞因子水平，减轻ALI/ARDS肺部炎症反应，是其防治ALI/ARDS的主要机制。

2 调节血管内皮生长生子(VEGF)水平

VEGF是一种在促进血管和淋巴管生成中起主要作用的糖蛋白，属血小板源性的超基因生长因子家族，大多由血管上皮细胞、肺上皮细胞、血小板和白细胞等合成、释放。相关研究表明，VEGF可直接调节微小血管对水和蛋白质的通透性,从而导致组织水肿[8]。肺脏许多细胞都可以释放VEGF，如Ⅱ型肺泡上皮细胞、中性粒细胞、肺泡巨噬细胞、激活的T细胞等。因此，VEGF潜在地影响肺泡上皮和血管内皮屏障功能。目前，VEGF被认为在ALI/ARDS发病中有着潜在的关键性作用，但其对肺组织究竟起保护作用还是损伤作用还存在争议。ARDS发生时，血清VEGF水平随着上皮细胞和内皮细胞受损程度变化而变化[9]。Ⅱ型肺泡上皮细胞中的VEGF使得肺泡上皮细胞免受Caspase依赖性的细胞凋亡，然而，Ⅱ型肺泡上皮细胞产生的VEGF又会增加ALI病程中的血管内皮通透性，促进炎性介质渗透，从而加重肺损伤[10]。更有研究发现，VEGF过度表达时会诱导肺水肿的发生[11]。Ware等[12]研究发现，ARDS患者以及肺水肿患者肺泡灌洗液中VEGF水平增高，其更有可能与肺泡上皮结构的破坏水平相关，而不是与肺损伤程度相关。刘丹等[13]研究发现,川芎嗪通过降低血浆VEGF水平，提高肺组织VEGF水平，有效减轻肺损伤程度，对肺组织起到保护作用。研究推测，VEGF在正常肺组织功能修复中起着重要作用，主要通过促进受损肺组织上皮细胞再生完成；而当肺泡毛细血管屏障完整性破坏时，过度的上皮细胞再生反而破坏肺泡上皮细胞结构，从而导致水肿液通过受损的上皮组织外渗，导致肺损伤发生发展[14]。然而，其具体作用机制还有待相关研究进一步深入阐明。

3 抗氧化

氧化应激是指体内氧化及抗氧化系统失衡，从而导致机体损伤的状态。氧化系统中活性氧(ROS)在ALI发病机制中扮演重要角色[15]，不仅可直接损伤线粒体及细胞膜使机体受损，且大量ROS的产生能激活中性粒细胞，从而加重炎症反应及肺损伤。因此，抗氧化治疗已成为治疗ALI的新手段。

3.1 降低ROS ROS包括氢氧自由基,超氧化物阴离子、过氧化氢、单线态氧，可由激活的中性粒细胞产生[16]。ROS对机体的损伤作用较广泛,其最大的危害就是引发脂质过氧化。一旦引发脂质过氧化反应,就不停地形成新的、更多的自由基,这种扩散的自由基反应是致伤的主要环节。肺血管内皮细胞和肺泡上皮细胞均是ROS作用的重要靶细胞，其受损后屏障功能减弱,对液体和大分子物质的通透性增高,形成通透性肺水肿。因此，抑制ROS分子生成、清除氧自由基，可以减轻肺泡血管屏障的损害，降低其对炎症介质及细胞因子的通透性。研究发现[17]，川芎嗪具有抑制ROS产生的作用，故可进一步抑制氧化应激，有效防止肺微血管内皮屏障破坏，对肺微血管内皮细胞功能产生保护作用，从而减轻肺水肿、改善ALI预后。

3.2 增加超氧化物歧化酶(SOD) SOD是一种具有清除氧自由基作用的铜蛋白，广泛存在于几乎所有生物细胞中。其催化超氧化物转化为氧气和过氧化氢，从而保护暴露于氧气中的细胞。SOD也是细胞对抗自由基的第一道防线，从而被称为最重要的抗氧化剂之一。动物实验研究[18，19]发现，川芎嗪能提高肺损伤大鼠SOD活性，具有抗氧化作用，从而减低炎症损伤作用，可减轻ALI所致的肺损伤。

4 抑制Rho/ROCK信号通路

Rho家族蛋白是一组具有鸟苷三磷酸(GTP)酶活性的GTP结合蛋白，Rho与GTP结合激活ROCK。ROCK是Rho的下游靶效应分子，在人体广泛表达，具有ROCK1和ROCK2两种亚型，其中ROCK1在炎症细胞的黏附及聚集中起着重要作用。ROCK信号通路在肌动蛋白动力学中有着极其重要的监管作用，参与调解血管的功能变化(细胞迁移、收缩、增殖及黏附，基因表达，囊泡运输及微粒子形成等过程)，介导多种生物学行为及功能[20]。McGown等[21]建立脂多糖诱导脓毒症小鼠模型，发现抑制ROCK可增加内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表达，并降低诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表达，从而使NO生成减少，致使血管内皮细胞收缩。并且，使用ROCK抑制剂法舒地尔后eNOS水平降低，从而减轻肺血管内皮损伤及肺水肿。另有研究发现，ROCK可被多种细胞因子及炎性介质激活，通过介导Na+-H+交换依赖的肌球蛋白轻链磷酸化而参与控制细胞迁移及运动过程，最终导致内皮细胞屏障功能受损[22，23]。ROCK在中性粒细胞活化表达中起着重要作用，其激活后明显增强中性粒细胞活性，而激活的中性粒细胞释放细胞因子又可促进ROCK活化，使用ROCK抑制剂可减少中性粒细胞在肺内聚集[20]。因此，抑制ROCK活性成为治疗ALI/ARDS的有效靶点。川芎嗪具有抑制ROCK活性的作用，Zhao等[24]在模拟“二次打击”导致小鼠ALI模型中，发现川芎嗪通过抑制Rho/ROCK通路，抑制炎症细胞迁移、降低血管内皮通透性，从而保护肺血管内皮屏障，减轻肺水肿及肺内炎症发展，对ALI起到防治作用。

5 调节细胞凋亡

细胞凋亡在ALI发病机制中有着一定作用。中性粒细胞凋亡延迟，使炎性介质过度表达，延长炎性反应时间，加重炎症反应。肺泡巨噬细胞凋亡增加，吞噬能力下降，不能及时清除坏死及凋亡细胞，引发迟发性超敏反应，加重组织损伤。肺泡上皮细胞、血管内皮细胞凋亡增加，致使屏障功能受损，内皮细胞间隙增宽，通透性增加，蛋白质及液体外渗，导致换气功能障碍。因此，调控肺组织靶细胞凋亡对治疗ALI有一定的意义。

5.1 抑制Fas/FasL基因表达 Fas/FasL同属TNF家族，二者组成Fas系统，在细胞凋亡事件中起着重要作用。相关文献报道，ALI支气管肺泡灌洗液中的Fas/FasL水平大大增加，且Fas与FasL结合后，可活化NF-κB，从而使促炎介质大量释放，引发炎症反应，而促炎因子又可增加支气管肺泡上皮细胞对FasL的敏感性，引起细胞凋亡[25]。Wang等[26]研究发现，川芎嗪可通过下调肺组织中Fas/FasL mRNA表达从而减少上皮细胞凋亡，对上皮屏障起到一定的修复作用，减轻炎症反应及肺水肿。

5.2 降低Caspase-3水平 Caspase家族在细胞凋亡中有着中枢性作用，其中Caspase-3是细胞凋亡过程中最重要的终末剪切酶。其通过对某些主要蛋白质的切割，从而使细胞失去与环境的联系，进而致使细胞凋亡[27]。川芎嗪通过降低Caspase-3水平及增加Bcl-2表达，进而抑制细胞凋亡，减轻炎症反应，对肺损伤起到防治作用[4]。

5.3 增加Bcl-2表达 Bcl-2是一种通过线粒体途径调控细胞凋亡的抗凋亡蛋白。其通过与促凋亡蛋白结合，抑制促凋亡蛋白寡聚及线粒体外膜透化的发生从而阻断线粒体途径的凋亡，还能通过调节细胞内钙离子稳态及氧化应激水平等发挥抗凋亡作用[23，28]。有关文献报道，川芎嗪通过增加烫伤大鼠ALI中Bcl-2表达，抑制细胞凋亡，起到保护肺组织的作用[18]。

6 其他

川芎嗪具有抑制血管生成、血栓形成及纤维化的作用[29]。有研究表明，在百草枯中毒患者及动物模型实验中，早期联合川芎嗪治疗能够抑制肺纤维化、降低病死率。在胸部放疗后患者肺损伤研究中发现，川芎嗪对预防急性放射性肺炎及放射性肺纤维化有一定作用，且具有较好的安全性[30,31]。

ALI/ARDS发病机制复杂，病死率高，是临床中常见的危重症疾病。然而，目前的抗炎治疗手段(皮质醇类激素、巨噬细胞集落刺激因子、他汀类药物、ω-3脂肪酸以及改善肺动力学的措施等)均未成功降低该病病死率[1]。研究认为，川芎嗪可通过减少中性粒细胞数量，抑制其聚集活化；调节VEGF水平；抑制氧化应激，提高SOD活性从而清除过量的氧自由基；抑制Rho/ROCK信号通路降低Fas/FasL基因、Caspase-3表达并增加Bcl-2表达从而抑制细胞凋亡，为川芎嗪能够用于ALI/ARDS的防治提供有力证据。

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