小檗碱抗动脉粥样硬化机制的研究进展

郭会敏 综述 栾天竹 梁兆光 审校

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内科，黑龙江 哈尔滨 150000)

小檗碱(berberine,BBR)又名黄连素，是广泛存在于罂粟科、芸香科及毛莨科植物中的一种异喹啉类生物碱。BBR在中国作为一种消炎药而被广泛应用，近年来国内外学者发现BBR可通过多种机制发挥抗动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)作用。

1 调节血脂代谢

血脂异常与AS之间存在密切关系，因此对于血脂的管理程度密切关系到AS的发生和发展过程。研究[1]发现血浆中胆固醇、三酰甘油 (TG)、低密度脂蛋白(LDL)可被BBR显著降低，但对于高密度脂蛋白作用目前没有明确的定论，有待进一步研究。Sun等[2]发现BBR可通过激活肠道法尼基衍生物X受体,降低脂肪酸转位酶CD36的表达同时降低胆盐水解酶的活性，增加胆汁酸的排泄，抑制TG在肠道的吸收，降低血脂水平。Wang等[3]发现黄连素提取物非洲防己碱可通过诱导肝细胞核因子4α表达激活胆固醇7-α羟化酶，加速肝脏胆固醇向胆汁酸的转化，加速胆汁酸排泄，从而降低血浆脂质水平。

Jin等[4]测试了BBR在高糖介导的细胞损伤的作用，结果发现BBR可显著促进腺苷一磷酸激活的蛋白激酶(AMPK)的活化，进而加速其磷酸化，抑制脂肪酸的合成。过氧化物酶体增殖物激活受体γ是一类由配体激活的核因子，具有脂肪组织特异性，被脂肪酸以及外源性过氧化物酶体增殖剂激活，而参与调控某些脂质代谢的酶的表达[5]。.BBR可通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ的表达降低自噬相关基因7活性、其对应的泛素活化酶的活性以及脂肪细胞分化因子蛋白表达水平，从而抑制脂肪细胞的合成，达到降脂效果[5]。此外过氧化物酶体增殖物激活受体γ还可抑制巨噬细胞聚集抑制因子的表达，有效抑制脂肪细胞的合成,降低血浆胆固醇和TG的含量[5]。在肝脏组织，磷脂磷酸水解酶是脂质代谢途径尤其是TG和磷脂代谢的关键酶，催化磷脂酸磷酸化形成无机磷酸和1，2二酰甘油产品。Heidarian等[6]发现BBR可降低磷脂磷酸水解酶活性，减少脂质合成。

LDL受体(low-destiny lipoprotein receptor,LDLR)是一种在动脉壁平滑肌细胞、血管内皮细胞的细胞膜上广泛分布并介导LDL代谢的糖蛋白。Zhou等[7]发现BBR及其代谢产物可上调LDL-mRNA及LDLR水平，并且呈剂量依赖型，进而加速LDL向肝内转移代谢，加速血脂的清除。前蛋白转化酶枯草溶菌素9是一种新发现的人血清蛋白，属于前蛋白转化酶，与血脂的清除密切相关，其表达的蛋白可使LDLR穿梭至溶酶体降解，导致LDL的分解障碍。Xiao等[8]发现BBR可通过抑制肝脏的前蛋白转化酶枯草溶菌素9的表达加速血脂分解，降低血浆胆固醇、TG、LDL，增加高密度脂蛋白和LDLR的水平。腺苷单磷酸AMPK通路通过抑制能量消耗通路和激活能量再生通路，在能量动态平衡调控中起关键性作用。激素敏感脂肪酶和脂肪TG酯酶均通过AMPK磷酸化。BBR可通过AMPK途径增强激素敏感脂肪酶和脂肪TG酯酶的活性，加速脂质降解[9]。

糖尿病患者血脂异常的机制是胰岛素抵抗(IR)，IR与脂肪组织中的慢性炎症有关，而此炎症反应与极化的脂肪组织M1巨噬细胞相关。相关研究[10]发现BBR抑制脂肪组织M1巨噬细胞阻止脂肪组织慢性炎症，从而改善IR。促分裂原活化的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路参与脂肪细胞的分化调节及慢性炎症反应，研究[11]表明BBR可通过激活MAPK途径改善脂肪细胞的分化和慢性炎症反应过程而改善糖尿病患者的IR。

2 抗炎

AS是由多种炎性因子参与的慢性炎症反应过程，炎症反应贯穿冠状动脉粥样硬化的起始、发展和斑块破裂的每一个阶段。NLRP3炎症小体是NLRs家族成员之一，近年来备受关注，其能够调控白介素(IL)-1(IL-18、IL-1β)等多种炎性因子的分泌和成熟，促进炎症反应的发生和发展[12]。Zhou等[13]发现BBR可显著抑制饱和脂肪酸棕榈酸诱导的NLRP3炎性体的激活并抑制IL-1β的表达和增强巨噬细胞的自嗜能力。诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)在炎症反应中被诱导表达，产生过量的一氧化氮(NO)，引发炎症级联反应，从而导致心血管疾病。而Shin等[14]证实BBR可抑制脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的NO的产生并通过抑制iNOSmRNA的稳定性降低iNOS的表达，进而抑制炎症反应，控制AS的发生和发展。C-JUN氨基末端转移酶(JNK)是丝裂原活化MAPK家族中的一员，通过转录和非转录形式活化下游核转录因子，主要介导应激状态下细胞的改变，成为炎症、癌症、糖尿病等疾病临床研究的靶点[15]。有研究[16]表明BBR可显著下调JNK活性，抑制炎症介质的释放，控制炎症反应的发展。Qin-Wei等[17]证明BBR可抑制磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路抑制IL- 6、IL-1和肿瘤坏死因子-α在血清及心肌组织中的表达，抑制炎症反应，减轻对心肌细胞的损伤。

最近研究[18]表明BBR浓度依赖性地诱导转录激活因子3在其mRNA和蛋白水平的表达，同时抑制LPS诱导的炎性细胞因子(肿瘤坏死因子-α、IL-1β、IL-6)的产生，此外，转录激活因子3可阻止LPS诱导的促炎性细胞因子产生，阻止炎症的发生和发展。研究[19]发现BBR治疗不仅抑制核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)靶向细胞因子和NF-κB表达的磷酸化，而且使核因子红细胞系统相关因子-2(nuclear factor erythroid-2-related factor-2,Nrf2)靶基因的表达，增加了Nrf2核易位和磷酸化，更重要的是，在Nrf2灭活的巨噬细胞和敲除Nrf2基因的小鼠中，BBR的抗炎作用明显减弱。予喂养高脂的大白兔100 mg/kg BBR 12周后取其耳缘静脉血发现其血清胆固醇、TG、LDL明显低于模型组。同时血清中的炎症因子氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)、单核细胞趋化蛋白(MCP-1)、人基质金属蛋白酶9含量也显著降低[20]。BBR的这一作用是通过改善脂质代谢紊乱，减少血管内膜脂质沉积，同时抑制斑块处炎症反应，从而达到减轻AS发展程度、稳定斑块的作用。有研究[21]表明BBR抑制环氧合酶-2 mRNA的表达，并具有浓度依赖性，同时检测到细胞外调节激酶活性也受到明显抑制作用，同样呈剂量依赖性，表明BBR可能通过抑制细胞外调节激酶蛋白活性抑制环氧合酶-2 mRNA及蛋白的表达，抑制炎症反应的启动。

3 调控血管平滑肌细胞

在AS的发展过程中，血管平滑肌细胞的迁移和增殖是关键事件，作为粥样硬化斑块中的主要成分，其增殖、向内膜下迁移、摄取脂质成为肌源性细胞是AS的主要病理特征。抑制血管平滑肌细胞的的增殖、迁移及摄取脂质成为肌源性泡沫细胞是抗AS的关键步骤。相关研究[22]发现BBR可抑制转录因子活化蛋白-1和NF-κB信号通路抑制金属基质蛋白-2、-9、尿激酶纤溶酶原激活物的表达，从而抑制血管平滑肌细胞的迁移。研究[23]发现ox-LDL可促进平滑肌细胞在损伤血管内膜的增殖，阻塞血管使其更容易黏附在血管壁，加速AS斑块的形成。Ox-LDL在某些细胞基因的作用下，调节IL-1、MCP-1的表达，MCP-1使单核细胞聚集在血管内皮，加速血管平滑肌的增殖和迁移[24]。而Fan等[25]发现BBR可通过AMPK信号通路上调自噬，抑制ox-LDL诱导的炎症反应，间接抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁移。

Nrf2隶属于Keap1-Nrf2-AKE通路，该通路在增强线粒体自嗜、清除内皮毒性蛋白表达同样有着显著的作用。Zhang等[26]发现BBR可通过PI3K/Akt信号通路激活Nrf2基因，增强BBR保护血管内皮的功能。有研究[27]证明BBR抑制平滑肌细胞增殖和提高饲喂高半胱氨酸硫内酯小鼠的内皮功能，而这一作用是通过增强过氧化物酶体增殖物激活受体γ表达实现的。研究[28]发现BBR可强烈抑制细胞凋亡，增加丙二醛水平及超氧化物歧化酶活性，增加体外经LPS处理的人脐静脉内皮细胞血管内皮的稳定性。BBR治疗还可显著抑制JNK磷酸化处理的人脐静脉内皮细胞内毒素的产生。此外，BBR治疗增强抗凋亡蛋白髓细胞白血病因子-1的表达、抑制促凋亡蛋白聚腺苷二磷酸一核糖多聚酶的表达，总之BBR保护血管内皮细胞免受损伤。

4 抗氧化应激

高血压、高血脂、糖尿病、吸烟等易患因素可增加细胞的脂质过氧化损伤，促使AS形成，而BBR可通过多种细胞信号通路抗氧化应激。Lu等[29]发现BBR膳食可减轻高脂饮食肝细胞氧化应激状态，并发现该作用是BBR通过修复线粒体超微结构损伤，改善呼吸链功能实现的。Nrf2是抗氧化转录因子，相关研究发现Nrf2是BBR介导抗氧化应激的重要信号分子，BBR通过激活AMPK通路、PI3K/Akt通路和p38通路进一步激活Nrf2，增加超氧化物歧化酶的表达，减少活性氧的产生，减轻氧化应激状态[30]。炎症反应刺激下iNOS活性增强，促使大量NO、氧自由基的产生，引发组织结构损伤，加速AS的发生、发展。而BBR可抑制iNOSmRNA的稳定性降低iNOS的表达[13]。AMPK在介导BBR抗氧化应激作用时起重要作用，研究[31]证实BBR可介导AMPK发挥有效抗氧化应激作用，AMPK的激活与其上调超氧化物歧化酶相关。LDL受到氧自由基作用，形成ox-LDL，大量沉积于血管内皮细胞，最终形成AS，ox-LDL可导致血小板聚集，促使大量氧自由基产生，从而加速AS发展。而BBR可通过多种信号通路阻断ox-LDL上述效应。活性氧的主要来源是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，研究发现AMPK的激活可抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的产生，而BBR可通过激活AMPK，抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的产生，达到抗氧化应激反应的作用[32]。

5 展望

既往和最新研究均证明BBR抗AS效果显著，但仍有很多靶向作用机制需进一步研究，并且关于BBR在体内的吸收、分布、代谢、排泄过程及其带来的不良反应的研究尚未明确。相信不远的将来对于BBR抗AS的机制研究会更加深入，并作为一种多效抗AS药物应用于临床。

[1] Li M,Shu X,Xu H,et al.Integrative analysis of metabolome and gut microbiota in diet-induced hyperlipidemic rats treated with berberine compounds[J].Transl Med,2016,14(1):237.

[2] Sun R,Yang N,Kong B,et al.Orally administered berberine modulates hepatic lipid metabolism by altering microbial bile acid metabolism and the intestinal fxr signaling pathway[J].Mol Pharmacol,2017,91(2):110-122.

[3] Wang Y,Han Y,Chai F,et al.The antihypercholesterolemic effect of columbamine from Rhizoma Coptidis in HFHC-diet induced hamsters through HNF-4α/FTF-mediated CYP7A1 activation[J].Fitoterapia,2016,115:111-121.

[4] Jin Y,Liu S,Ma Q,et al.Berberine enhances the AMPK activation and autophagy and mitigates high glucose-induced apoptosis of mouse podocytes[J].Eur J Pharmacol,2017,794:106-114.

[5] Li H,He C,Wang J,et al.Berberine activates peroxisome proliferator-activated receptor gamma to increase atherosclerotic plaque stability in Apoe-/- mice with hyperhomocysteinemia[J].Diabetes Investig,2016,7(6):824-832.

[6] Heidarian E,Rafieian-Kopaei M,Khoshdel A,et al.Metabolic effects of berberine on liver phosphatidate phosphohydrolase in rats fed on high lipogenic diet: an additional mechanism for the hypolipidemic effects of berberine[J].Asian Pac J Trop Biomed,2014,4(Suppl 1):S429-S435.

[7] Zhou Y,Cao S,Wang Y,et al.Berberine metabolites could induce low density lipoprotein receptor up-regulation to exert lipid-lowering effects in human hepatoma cells[J].Fitoterapia,2014,92:230-237.

[8] Xiao HB,Sun ZL,Zhang HB,et al.Berberine inhibits dyslipidemia in C57BL/6 mice with lipopolysaccharide induced inflammation[J].Pharmacol Rep,2012,64(4):889-895.

[9] Jiang D,Wang D,Zhuang X,et al.Berberine increases adipose triglyceride lipase in 3T3-L1 adipocytes through the AMPK pathway[J].Lipids Health Dis,2016,15(1):214.

[10] Ye L,Liang S,Guo C,et al.Inhibition of M1 macrophage activation in adipose tissue by berberine improves insulin resistance[J].Life Sci,2016,166:82-91.

[11] Gao MY,Chen L,Yang L,et al.Berberine inhibits LPS-induced TF procoagulant activity and expression through NF-κB/p65,Akt and MAPK pathway in THP-1 cells[J].Pharmacol Rep,2014,66(3):480-484.

[12] 洪宝建,苏丽韫,朱月霞,等.NLRP3炎性抗体在糖尿病肾病肾间质炎症反应中的作用[J].中华全科医学,2017,15(1):72-75.

[13] Zhou H,Feng L,Xu F,et al.Berberine inhibits palmitate-induced NLRP3 inflammasome activation by triggering autophagy in macrophages:a new mechanism linking berberine to insulin resistance improvement[J].Biomed Pharmacother,2017,89:864-874.

[14] Shin JS,Choi HE,Seo S,et al.Berberine decreased inducible nitric oxide synthase mRNA stability through negative regulation of human antigen R in lipopolysaccharide-induced macrophages[J].Pharmacol Exp Ther,2016,358(1):3-13.

[15] 李凯,曹让娟,朱志华.JNK信号通路的研究进展[J].中国实用诊断学,2015,9(19):1596-1598.

[16] Choi SB,Bae GS,Jo IJ,et al.Berberine inhibits inflammatory mediators and attenuates acute pancreatitis through deactivation of JNK signaling pathways[J].Mol Immunol,2016,74:27-38.

[17] Qin-Wei Z,Yong-Guang LI.Berberine attenuates myocardial ischemia reperfusion injury by suppressing the activation of PI3K/AKT signaling[J].Exp Ther Med,2016,11(3):978-984.

[18] Bae YA,Cheon HG.Activating transcription factor-3 induction is involved in the anti-inflammatory action of berberine in RAW264.7 murine macrophages[J].Korean J Physiol Pharmacol,2016,20(4):415-424.

[19] Mo C,Wang L,Zhang J,et al.The crosstalk between Nrf2 and AMPK signal pathways is important for the anti-inflammatory effect of berberine in LPS-stimulated macrophages and endotoxin-shocked mice[J].Antioxid RedoxSignal,2014,20(4):574-588.

[20] 王会玲,李燕,胡伟峰,等.小檗碱影响AMPK/PGC-1信号途径改善胰岛素抵抗和线粒体功能的研究[J].中华临床医师杂志,2014,8(5):896-900.

[21] Liu X,Ji Q,Ye N,et al.Berberine Inhibits invasion and metastasis of colorectal cancer cells via COX-2/PGE2 mediated JAK2/STAT3 signaling pathway[J].PLoS One,2015,10(5):e0123478.

[22] Liu SJ,Yin CX,Ding MC,et al.Berberine suppresses in vitro migration of human aortic smooth muscle cells through the inhibitions of MMP-2/9,u-PA,AP-1,and NF-κB[J].BMB Rep,2014,47(7):388-392.

[23] Wang B,Ge Z,Cheng Z,et al.Tanshinone IIA suppresses the progression of atherosclerosis by inhibiting the apoptosis of vascular smooth muscle cells and the proliferation and migration of macrophages induced by ox-LDL[J].Biol Open,2017,6(4):489-495.

[24] Wang ZW,Wang JJ,Zhang JZ,et al.Thrombolysis of deep vein thrombosis and inhibiting chemotaxis of macrophage by MCP-1 blockage[J].Eur Rev Med Pharmacol Sci,2017,21(7):1695-1701.

[25] Fan X,Wang J,Hou J,et al.Berberine alleviates ox-LDL induced inflammatory factors by up-regulation of autophagy via AMPK/mTOR signaling pathway[J].J Transl Med,2015,13:92.

[26] Zhang X,Liang D,Lian X,et al.Berberine activates Nrf2 nuclear translocation and inhibits apoptosis induced by high glucose in renal tubular epithelial cells through a phosphatidylinositol 3-kinase/Akt-dependent mechanism[J].Apoptosis,2016,21(6):721-736.

[27] Li H,He C,Wang J,et al.Berberine activates peroxisome proliferator-activated receptor gamma to increase atherosclerotic plaque stability in Apoe-/- mice with hyperhomocysteinemia[J].Diabetes Investig,2016,7(6):824-832.

[28] Guo J,Wang L,Wang L,et al.Berberine protects human umbilical vein endothelial cells against LPS-induced apoptosis by blocking JNK-mediated signaling[J].Evid Based Complement Alternat Med,2016,2016:6983956.

[29] Lu KL,Wang LN,Zhang DD,et al.Berberine attenuates oxidative stress and hepatocytes apoptosis via protecting mitochondria in blunt snout bream Megalobrama amblycephala fed high-fat diets[J].Fish Physiol Biochem,2017,43(1):65-76.

[30] Zhang C,Li C,Chen S,et al.Berberine protects against 6-OHDA-induced neurotoxicity in PC12 cells and zebrafish through hormetic mechanisms involving PI3K/AKT/Bcl-2 and Nrf2/HO-1 pathways[J].Redox Biol,2017,11:1-11.

[31] Liu C,Wang Z,Song YL,et al.Effects of berberine on amelioration of hyperglycemia and oxidative stress in high glucose and high fat diet-induced diabetic hamsters in vivo[J].Biomed Res Int,2015,2015:313808.

[32] Sharma M,Kaur T,Singla SK,et al.Role of mitochondria and NADPH oxidase derived reactive oxygen species in hyperoxaluria induced nephrolithiasis: therapeutic intervention with combinatorial therapy of N-acetyl cysteine and apocynin[J].Mitochondrion,2016,27:15-24.