中药抗心肌缺血再灌注损伤作用机制研究

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中药抗心肌缺血再灌注损伤作用机制研究

李文文1，韩向东2

近年来研究人员对各种中药化学成分及药理作用进行了深入研究，取得了较大的进展。心肌缺血再灌注损伤(MIRI)的发病机制尚待进一步明确，心肌缺血再灌注导致线粒体能量合成障碍、Ca2+稳态紊乱和大量自由基产生，最终导致细胞凋亡或死亡。现对MIRI的作用机制进行综述。

心肌缺血再灌注损伤；中药；机制；线粒体能量；自由基

心肌缺血一定时间后可引起组织细胞损伤，甚至发生不可逆损伤即心肌缺血再灌注损伤(MIRI)。MIRI与氧自由基释放、细胞内钙超载、心肌能量代谢障碍、中性粒细胞侵润、血管内皮细胞损伤和细胞凋亡等有关。研究MIRI的发生机制，探讨在尽早恢复缺血组织血流灌注的同时，减少甚至消除MIRI的发生成为临床治疗中一个新的挑战。大量研究证明许多中药化学成分如黄酮、甘草酸类、皂苷等具有较强的抗MIRI作用。本研究依据近年来各种中药化学成分抗MIRI的机制进行综述。

1 自由基损伤学说

在正常生理条件下机体也有自由基生成，自由基对于机体的正常生理活动发挥着重要作用，可完成体内重要的生物化学过程。自由基的化学性质决定了其作用的无选择性，大量自由基的产生将对机体产生损伤作用。正常机体内分布着大量可以清除自由基的酶类和具有抗氧化作用的物质，保护机体不会受到自由基的破坏和损伤。当机体损伤产生的自由基超过机体的清除能力时将对机体产生损伤作用。缺血再灌注过程中过量自由基的产生，是众所周知的MIRI的重要因素之一。细胞内氧化还原状态的平衡依赖于氧自由基清除酶系统，包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)等。打破这一平衡，如清除氧自由基(OFR)能力降低或OFR产生过多，都会导致OFR蓄积，而引发氧化应激。

赵润英等[1]研究发现阿魏酸川芎嗪后处理能明显提高血清SOD活性，减少丙二醛(MDA)含量；丹酚酸B镁能降低乳酸脱氢酶(LDH)活性，增加超氧化物歧化酶活性，减少心肌细胞内活性氧和MDA水平，显著抑制心肌细胞凋亡[2]；红景天苷能使超氧化物歧化酶和谷胱甘肽-S-转移酶的活性增加，并降低丙二醛含量在缺血再灌注损伤。葛根素通过升高SOD，降低MDA、心肌磷酸激酶(CK)来缓解MIRI[3]。绞股蓝皂甙(GP)具有保护细胞活性，减少氧化应激、保护线粒(ATP)体功能，GP的保护作用与细胞内线粒体功能的保护有关，如ATP水平表明，复合物Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ酶活性[4]。

上述几种中药对大鼠缺血再灌注的心肌具有保护作用，其机制可能与抗氧化作用有关，起到抗MIRI的作用。

2 钙超载

缺血缺氧时心肌细胞内易发生酸中毒，细胞内H+增加，恢复再灌注时细胞内外形成pH会存在差异，刺激Na+-H+变换，使过量Na+内流。由于再灌注后能量供应和pH值的恢复，促进Na+-Ca2+交换，细胞外的过量Ca2+内流，造成Ca2+超载。过量Ca2+沉积于线粒体发生三磷酸腺苷(ATP)耗竭，最终引起线粒体功能障碍；ATP减少使钠泵、钙泵功能降低，排Ca2+能力下降，胞内Ca2+增加，钙浓度过度升高，激活Ca2+依赖性磷脂酶，促进膜磷脂水解，从而使细胞膜和细胞器膜受损而导致心肌损伤。与此同时因为MIRI时血管平滑肌发生明显大量Ca2+内流，导致血管收缩痉挛，一旦血管阻力增加则引起缺血区循环障碍，导致梗死灶面积更大。可以看出钙超载是多种原因导致的细胞损伤和死亡的共同通路。

汪宝军等[5]研究发现，巴戟天寡糖(MOO)能使心肌组织中Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶活性升高。简洁等[6]利用血清药理学方法，研究发现从玉郎伞分离出的两种黄酮单体，能提高体外培养乳鼠心肌细胞膜Na+-K+-ATP酶、Ca2+-Mg2+-ATP酶活力，有效抑制Ca2+超载；丹参酚酸A可剂量依赖性的抑制I-CaL，是一种L-型钙离子通道抑制剂[7]。这几种中药有预防心肌MIRI作用，其机制主要与防止钙超载有关。

3 能量代谢障碍

一旦缺血缺氧心肌细胞迅速从有氧代谢转为无氧糖酵解，ATP生成将明显减少。如果较长时间轻度缺氧或短暂重度缺氧后再给予氧，细胞仍可生成少量ATP，可供给凋亡所需能量，促使细胞发生凋亡。反之，一旦较长时间重度缺氧，由于ATP骤减导致细胞凋亡所需能量供给障碍而发生细胞坏死；ATP的生成对于细胞发生坏死有着直接的作用，提示缺氧对于ATP在诱导细胞死亡过程中是导致细胞死亡的决定性因素之一。

丹参素对于病理状态下心肌脂肪酸的氧化起到一定的抑制作用，从而对病理状态下的心肌能量代谢起保护作用，发挥对缺血再灌注心肌的保护作用[8]；薯蓣皂苷对大鼠缺血再灌注心肌能量代谢障碍有明显改善作用，可提高大鼠心肌ATP含量及腺苷酸池水平，保护心肌细胞[9]。

4 炎症反应

中性粒细胞浸润为主的炎症是造成缺血再灌注损伤的重要因素之一。大量的中性粒细胞和单核细胞聚集在血管，再浸润血管，造成血管阻塞、氧自由基释放等，最终造成内皮细胞损伤。中性粒细胞还可与内皮细胞上的黏附因子结合，释放许多具有趋化作用的炎症介质，促使血管通透性增加，诱导细胞间黏附分子(ICAM)以及血管细胞黏附分子(VCAM)广泛表达，造成血管功能障碍及组织损伤。不少中药可减少中性粒细胞的聚集并抑制黏附分子的表达，有的研究已深入到分子水平。丹参酮ⅡA对心肌缺血再灌注损伤的保护作用可能是通过抑制缺血再灌注引起的活性氧(ROS)的增加，抑制HMGB1的表达，进而抑制炎症反应而产生[10]。

黄芪甲苷下调Toll样受体4(TLR4)和核因子κB(NF-κB)抑制细胞凋亡，说明黄芪甲苷通过降低炎性细胞因子来缓解MIRI[11]。

基质金属蛋白酶(MMPs)是一组Zn2+依赖的内源性蛋白水解酶超家族，被激活后能够降解细胞外基质(ECM )成分。MIRI时可诱导MMPs的表达增加，通过促进细胞外基质的降解和激活多种细胞因子在心肌I/R损伤中发挥重要的作用。基质金属蛋白酶抑制因子(TIMPs)能够特异性的抑制MMPs的功能。淫羊藿苷使TNF-α表达及IL-1β浓度下降，NF-κB表达减弱，MPO 活性降低[12]。结果表明上述几种中药能减轻大鼠MIRI炎症反应，对心肌缺血再灌注损伤有明显的保护作用。三七皂苷R1(R1)可以恢复白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-8(IL-8)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，Western印迹法研究表明，R1基本上抑制核因子κB(P-IkBα)，转录因子(kNF-kBP65)、蛋白水平和增加维生素D3上调蛋白1(VDUP1)水平。这些结果表明，R1可有效改善心肌缺血再灌注损伤[13]。

5 血管活性因子

丹参酮ⅡA通过抑制脂质过氧化损伤，扩张血管，降低心肌组织血管紧张素Ⅱ含量，进而起到阻止心室重构，缓解大鼠MIRI的作用[14]；红景天苷在缺血预处理后心肌血管内皮生长因子(VEGF)及mRNA的表达均明显增强[15]。

调节内皮舒张因子二氧化氮(NO)是内皮细胞产生的一种舒血管因子，适量的NO可扩张冠脉、抑制血小板聚集、抑制中性粒细胞的黏附与激活，保护心肌细胞。NO可由诱生性一氧化氮合酶(iNOS)合成，正常情况下，iNOS不表达或弱表达，MIRI时多种细胞因子上调iNOS mRNA的表达，导致NO过量生成，加重再灌注损伤。孙经武等[16]研究发现藏红花酸能使NO，eNOS及心肌组织eNOS mRNA升高，iNOS及心肌组织iNOS mRNA降低。人参总皂苷通过增加NOS表达，NO的释放和抑制氧化应激反应能改善心肌缺血再灌注冠状动脉的损伤[17]。

6 细胞凋亡

6.1 Bcl-2基因 Bcl-2基因家族是最先被注意到与细胞凋亡有密切关系的基因之一。Bcl-2通过防止受损DNA翻译成参与细胞凋亡基因的信号，或者通过这些基因产物的活动来阻断细胞凋亡的最后通路，起到保护细胞的作用。Bax在功能上与Bcl-2相反，其促进细胞凋亡的机制一方面可能是与Bcl-2结合形成异源二聚体，抑制Bcl-2的功能。研究显示丹酚酸A可减小缺血再灌注大鼠心肌梗死面积，可以通过上调Bcl-2的表达，增加磷脂酰肌醇3激酶(PI3K/Akt)和细胞外信号调节激酶(Erk1/2)抗凋亡生存激酶信号级联相关蛋白的磷酸化，抑制心肌细胞凋亡[18]；吕纪华等[19]发现玉郎伞黄酮(FYLS)能起到下调Bax蛋白表达、增加Bcl-2/Bax的作用。黄芪甲苷预处理显著降低Bax的表达，升高Bcl-2的表达[20]。

小檗碱(BBR)的保护作用通过改善缺血心脏功能，减少心肌梗死面积，降低细胞凋亡指数，降低血清肌酸激酶和乳酸脱氢酶水平，上调Bcl-2的表达，下调Bax的表达[21]。

6.2 Caspase家族蛋白酶、p38分裂原激活蛋白激酶(p38MAPK) Caspase家族蛋白酶具有半胱氨酸蛋白酶类和特异酶切天冬氨酸氨基位点两大特点，被认为是凋亡过程中关键的通路。丹参酮ⅡA[22]及菟丝子黄酮[23]预处理能够下调Caspase-3蛋白表达，抑制心肌细胞凋亡；葛根素能够通过提高 Bcl-2、Caspase3 的表达及降低 Bax的表达起到调控心肌组织细胞的凋亡目的，最终起到保护心肌组织的功能[24]。藏红花提取物预处理显著缓解心肌细胞凋亡和改善缺血再灌注后左心功能的恢复，藏红花提取物能明显促进细胞自噬并在缺血过程中伴有尿酸激酶(AMPK)活化。与此同时，藏红花提取物明显抑制自噬并在缺血再灌注过程中伴随着PI3K/Akt的激活，藏红花提取物对缺血再灌注心肌的保护作用可能是通过调节AMPK和PI3K/Akt信号转导过程，调节自噬来达到的[25]。当归多糖的保护作用可能是由于其抗氧化能力CT-1，上调、下调Caspase-12 mRNA和所有这些机制相结合[26]。人参皂苷Rb1作为p38 MAPK抑制剂介导抑制p38 MAPK通路对MIRI进行预防[27]。

6.3 p53 p53是一种重要的抑癌基因，同时在心肌细胞凋亡的信号通路中起重要作用。刘斌等[28]发现银杏叶提取物可明显下调P53基因的蛋白表达，从而显著抑制MIRI后心肌细胞凋亡。

6.4 Fas Fas为细胞死亡受体，Fas L为Fas的天然配体，Fas及Fas L与细胞凋亡有着密切关系。藏药三味檀香散由檀香、肉豆蔻及广枣三味组成，原载于《四部医典》。韵海霞等[29]利用Western blot法检测发现三味檀香散使得Fas下降，表明藏药三味檀香散可通过下调Fas来抑制缺血再灌注后心肌细胞的凋亡。

6.5 c-fos原癌基因 c-fos原癌基因是基因家族中的一员，存在于心肌、血管平滑肌和内皮细胞中，是心血管系统应激反应必须的基因，正常情况下能够起到一定的应激和细胞保护作用。但c-fos基因过度表达能促进下游基因肿瘤坏死因子β基因表达，激活核酸内切酶，导致细胞凋亡。Chen等[30]研究发现参附注射液使大鼠缺血再灌注心肌c-Fos蛋白表达水平显著降低。

7 结 语

在相当一部分程度上中药药效作用表现的多样性仅显示了中药奇功特效的一部分。而且大量的实验研究从不同方面证实了各种中药对MIRI心肌的保护作用，并凸显出中药有效成分在MIRI治疗上的一定优势，对其机制的探讨已经深入到对其分子和基因水平的探讨，这些研究将为中药在心肌缺血性疾病方面的研究提供更加完整的药理学实验基础，相信各种中药抗缺血再灌注损伤的研究将会为其在心肌缺血方面的应用提供了更为充分的理论依据。心肌缺血再灌注损伤的机制研究已取得了很大的进展，相信在广大医药研究人员的不断努力下，将会在中药宝库中发现对MIRI有更好预防及治疗作用的药物。

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2016-08-22)

(本文编辑 王雅洁)

1.上海中医药大学基础医学院(上海201210)，E-mail：15221370237@163.com；2.上海中医药大学

信息：李文文，韩向东.中药抗心肌缺血再灌注损伤作用机制研究[J].中西医结合心脑血管病杂志，2017，15(18)：2273-2276.