黄酮类化合物抗肺动脉高压的研究进展

陈 迪，方莲花，杜冠华

(中国医学科学院北京协和医学院药物研究所，北京市药物靶点研究与新药筛选重点实验室，北京 100050)

黄酮类化合物是一类植物次生代谢产物，广泛存在于各种植物中，属于多酚类化合物中研究最多的一类，目前报道的黄酮类化合物已超过9 000种[1]。黄酮是一系列以2-苯基色原酮为母核结构的化合物，该类化合物以C6-C3-C6结构为基础，根据其构象的不同，可将黄酮类化合物分为黄酮醇、黄酮、异黄酮、二氢黄酮、查耳酮等。

黄酮类化合物具有抗氧化、抗炎、心血管保护、神经保护、抗肿瘤、抗病毒、抗过敏等多种药理作用。黄酮类化合物发挥生物学功能的主要机制包括自由基裂解作用、过渡金属离子螯合效应、某些存活相关基因及信号通路的激活、对线粒体功能的调节及对炎症反应的调节等。由于其功能的多样性，黄酮类化合物一直是新药研发的热点。本文将对黄酮类化合物抗肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH)的作用及其机制进行综述，旨在为PH的治疗提供新的候选药物和治疗途径。

1 PH疾病概况

PH是一种慢性的严重的心肺功能障碍，其病因是小肺动脉细胞增殖和纤维化引起肺血管重构，使管腔狭窄，进而增加肺血管阻力，从而导致肺动脉压及右心室压升高，右心后负荷增加，右心室壁代偿性增厚，进而导致右心衰竭甚至死亡。

根据目前的标准，PH主要分为五类，即动脉性PH、左心疾病相关的PH、肺部疾病或低氧导致的PH、慢性血栓栓塞性PH，及其他各种原因导致的PH[2]。尽管PH的病因不同，但不同类型的PH有着相似的病理形成过程，即由于血管收缩因子(如内皮素-1)与血管扩张因子(如一氧化氮、前列环素)或内皮源性的超极化因子之间的失衡导致的血管收缩、微血栓的形成及血管重构[3]。

在PH的发病过程中，氧化应激及炎症反应均发挥着关键作用。临床上已批准的PH治疗药物主要靶向与肺血管功能失调相关的信号通路，且目前针对PH的治疗策略为在诊断期间联合用药，以达到有效改善患者生存质量、延长生存时间的目的[2]。

2 黄酮类化合物从多角度发挥对心肺结构和功能的保护作用

黄酮类化合物具有抗氧化应激、减轻炎症反应、抑制血栓形成及改善内皮功能的作用[4]，并有效延缓PH的病理进程，乃至逆转PH的病理改变[5]，有望成为防治PH更为有效的天然药物。下文将从多角度阐述黄酮类化合物对心肺功能的保护作用，以揭示其防治PH的作用机制。

2.1阻止和逆转肺纤维化肺纤维化常见于PH患者中，由肺组织中一系列细胞和结构的病变导致。有研究证明，槲皮素在博来霉素诱导的BEAS-2B人正常肺上皮细胞中，可通过激活Nrf2信号通路，发挥调节氧化平衡的作用，且每日摄入一定量的槲皮素，通过调节氧化平衡、减轻炎症反应，改善特发性肺纤维化患者的疾病进程[6]。

2.2对肺动脉内皮细胞(pulmonaryarterialendothelialcells,PAECs)的作用正常生理状态下，机械刺激剪切应力和乙酰胆碱、卡巴胆碱等激动剂所引起的内皮层一氧化氮的释放，在肺动脉张力的调节中发挥着关键作用。在各种类型的PH患者中，均可见内皮依赖舒张功能的失调，这一失调一定程度上与内皮损伤有关。内皮发生损伤后，内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)不能正常发挥作用，导致一氧化氮释放降低[7]。染料木素是一种来源于大豆具有异黄酮母核的化合物，具有类雌激素样作用。有研究表明，染料木素可激活雌激素受体，进而激活PI3K-Akt/eNOS信号通路，从而增强PH大鼠肺动脉eNOS的活性[8]，维持一氧化氮诱导的血管舒张作用。

正常生理状态下，血管内膜分隔了平滑肌层和血液，阻止血液中的细胞及细胞因子的外渗，为维持血管稳态建立了完整的细胞屏障。在PH患者中，均可见内皮层损伤，内皮细胞通过内皮间质转化(endothelial-to-mesenchymal transition, EndMT)在内皮功能障碍这一病理过程中发挥作用。在EndMT过程中，内皮细胞逐渐由内皮表型转化为间质样或肌成纤维细胞母细胞样表型，细胞间连接逐渐丢失，获得侵袭和迁移能力，逐渐迁移至周围组织，从而导致血管病变处平滑肌样细胞的积累。研究表明，葛根素可通过抑制EndMT过程，影响横向主动脉缩窄手术后小鼠心肌的纤维化，并能抑制TGF-β1诱导的人脐静脉内皮细胞EndMT过程[9]。另有研究证明，黄芩苷在野百合碱(monocrotaline, MCT)诱导的大鼠PH模型中，可抑制PAECs的EndMT过程[10]。

2.3对肺动脉平滑肌细胞(pulmonaryarterysmoothmusclecells，PASMCs)的作用PASMCs是血管中膜的主要组成部分，是调节血管功能的重要组分。在PH的病理过程中，均可见PASMCs增殖的进行性增加及对凋亡的耐受，导致肺动脉中膜增厚。有研究证明，槲皮素在实验性PH大鼠模型中，可明显降低肺血管中增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)和Ki67的表达，PCNA和Ki67均为细胞增殖标志性蛋白，可作为检测细胞增殖状况的指标，槲皮素可明显抑制PASMCs的增殖，并诱导其凋亡，从而从抑制增殖和促进凋亡两方面，减少PASMCs的增多[11]。另有研究表明，染料木素也可在低氧诱导的PH大鼠中抑制其肺小动脉PCNA的表达[12]，从而发挥抑制PASMCs异常增殖，延缓血管重构的作用。

在PH过程中，除PASMCs增殖这一病理改变外，也存在PASMCs收缩能力的增强。稳心草为藤科金丝桃属植物，民间多用于心脏病的治疗，研究发现稳心草黄酮类化合物具有降低PASMCs中Ca2+浓度的作用，并能降低PASMCs外血管紧张素Ⅱ的浓度，抑制PASMCs增殖[13]，从而降低其收缩能力，并改善肺动脉血管的异常增厚。

整合素是一种促进细胞与细胞外基质黏附的蛋白，发挥促进细胞转移的作用。槲皮素可明显降低PASMCs中整合素的水平，提示其具有抑制PASMCs迁移的作用。槲皮素还可通过降低PCNA，从而抑制PASMCs的增殖，并能诱导其凋亡和自噬反应[11,14]。异槲皮素除降低PCNA表达外，还可通过抑制一些细胞周期蛋白如cyclinD1和CDK，将PASMCs的细胞周期阻滞在G0/G1期，从而抑制其增殖[15]。

2.4减轻肺血管重构PH病理过程的核心环节是肺动脉血管的重构过程，该过程涉及肺动脉壁正常的结构和功能的改变，包括肌型的肺动脉进一步肌化，外周血管、正常生理条件下，非肌型的血管以及呼吸腺泡周围血管的肌化，新生内膜及丛状病变的形成。这些病变发生的基础及促进因素为血管壁各层细胞肥大、增殖、迁移以及对凋亡的耐受。

肺泡缺氧及血管活性物质如一氧化氮、5-羟色胺、内皮素-1的失衡，均可导致肺血管收缩，长期的肺血管收缩及体内血栓均可引起肺血管重塑[11]。肺动脉血管主要由外膜、中膜及内膜3层构成，在肺血管重塑的过程中，肺动脉的3个层细胞均产生明显的病理变化，共同引起管腔狭窄和阻塞，促进PH的发展。有研究表明，黄芩素可明显缓解PH大鼠肺动脉管腔的狭窄和缩小，明显降低肺动脉壁厚，对肺血管重构表现明显的抑制作用，从而有效缓解肺动脉压的升高，延缓PH的进程[16]。

2.5减轻炎症反应PH是以血管收缩、血管重塑和微血栓为特征的进行性和多因素的疾病。在PH过程中，由于血管周围炎性细胞的积累，以及循环促炎性细胞因子的增加，炎症在这一病理过程中起着重要作用[9]。研究表明，黄芩苷通过抑制Toll样受体调节的信号通路及下游的NF-κB信号通路，从而降低肺部炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6及黏附分子ICAM-1的表达，从而有效减轻肺部的炎症和病理损伤[17]。

2.6抑制右心重构由于肺动脉压力的升高，右心室射血困难，随着疾病的发展，右心室壁代偿性增厚，发生心室重构，这一过程主要由心肌细胞的肥大及纤维化导致。在各种类型的PH大鼠中，均可见右心室肥厚指数即RV/(LV+S)的比例明显上升及右心肥大，有研究证明，预先给予染料木素可明显延缓MCT诱导的PH的发展。近年来，又证明了染料木素对MCT诱导的大鼠PH具有治疗作用，染料木素可有效改善右心室壁的增厚及右心室腔的肥大，阻止疾病由PH向右心衰竭转化[5]。

此外，在不患有冠心病的PH患者中也发现了右心室心肌缺血，这一现象可能是由右心室毛细血管密度降低导致。染料木素可有效增加MCT诱导的PH大鼠右心室毛细血管密度，逆转右心重构，维持右心结构和功能的正常[5]。

2.7对心脏血流动力学特征的改善作用与右心收缩功能相关的心脏血流动力学参数包括：心率、右心室最大压力上升速率、右心室最大压力下降速率、右心室收缩压(right ventricular systolic pressure, RVSP)及右心射血分数。在较为严重的PH动物模型及患者中，这些参数均发生明显改变，提示右心功能的衰退。染料木素可有效改善MCT诱导的PH大鼠心脏的血流动力学特征[5]，降低疾病动物的死亡率。

2.8抗氧化作用黄酮类化合物是多酚类化合物的一个亚类，其分子结构中包括酚羟基结构，因此这类化合物具有明显的抗氧化作用。黄酮类化合物除其直接的抗氧化活性外，还可通过其他途径发挥抗氧化作用，如酶的翻译后调节与基因的诱导，包括直接清除活性氧(reactive oxygen species, ROS)、抑制ROS的生成、诱导抗氧化酶等。

在实验模型中，以ROS水平增加为主要特征的氧化应激可以促进PH病程的发展及继发的右心室重构，ROS可介导细胞内钙浓度的增加，从而导致平滑肌细胞收缩增强、肺动脉收缩压升高，进而引起血管损伤。

在PH大鼠中，氧化应激和炎性标志物的上升往往伴随着诱导型一氧化氮合酶的上调及eNOS的下调，柚皮素可有效逆转这一过程[18]，对肺血管呈现保护作用。葡萄籽原花青素提取物(grape seed procyanidin extract, GSPE)可有效降低低氧诱导的PH大鼠PASMCs中的ROS水平。此外，GSPE也可明显上调肺组织与血清中超氧化物歧化酶的水平，下调丙二醛的水平，减轻PH大鼠体内的氧化应激损伤[19]。

Tab 1 Mechanisms of flavonoids against pulmonary hypertension

2.9对线粒体功能的影响代谢理论已被认为是PH发病的潜在根源，越来越多的证据表明，线粒体功能障碍的过程涉及电子传递链的主要蛋白质、氧化还原相关酶、质子梯度及钙稳态调节因子、细胞凋亡调节因子及自噬。线粒体功能障碍会导致ROS的产生增多以及抗氧化应激能力下降，最终将导致线粒体功能受损，并通过线粒体自噬过程将受损的线粒体清除。在这一病理过程中，由于线粒体功能受损，细胞有氧代谢发生障碍，细胞只能通过糖酵解产生能量，而糖酵解可促进线粒体内膜超极化，促进抗凋亡细胞因子的产生，从而导致细胞对凋亡的耐受，这也是推动PH病理进程的重要因素之一。

有研究证明，葛根素可通过降低线粒体膜电位，诱发细胞色素C、caspase-9的释放及上调Bax/Bcl-2基因的比例，从而诱导PASMCs的凋亡，有效改善PASMCs在低氧条件下对凋亡的耐受[20]。另有研究表明，类黄酮类化合物表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate，EGCG)可通过增加线粒体融合蛋白的表达，促进线粒体融合，从而降低PASMCs中线粒体的数量，发挥抑制PASMCs增殖的作用[21]。

3 抗PH作用的黄酮类化合物研究概况

不同结构类型的黄酮类化合物抗PH作用机制的分析归纳结果见Tab 1。

4 结语与展望

综上所述，黄酮类化合物可从多角度对不同类型的PH发挥治疗作用。不仅延缓其病程的发展，有些黄酮类化合物还可有效逆转PH的病理过程。黄酮类化合物的这一药效特点符合目前临床上对于PH的治疗策略，即在诊断期间采用多种机制用药。鉴于目前临床上针对PH的药物均为靶向某一特定机制，黄酮类化合物药理作用的多样性可能为研发抗PH的药物提供新的思路。但目前针对黄酮类化合物抗PH的研究依然有限，还需深入研究发现更多的活性化合物并明确其作用机制。