基于TGF-β/Smads信号通路探讨中医药防治心肌纤维化的研究进展

张运娇，赵桂峰

心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)是指心脏成纤维细胞(cardiac fibroblasts，CFs)异常增殖，细胞外基质(extracellular matrix，ECM)合成与降解失衡而过度沉积[1]，伴心肌胶原，主要是Ⅰ型胶原(Col-Ⅰ)和Ⅲ型胶原(Col-Ⅲ)比例失调及排列紊乱的病理改变。心肌纤维化是心室重塑的病理基础，引起心脏舒缩功能障碍，继而导致或加重心力衰竭、心律失常，甚至引起心源性猝死。

研究发现，缺血缺氧、炎症、机械应力等因素刺激均可导致心肌纤维化的发生，其机制主要涉及肾素-血管紧张素-醛固酮系统、转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smads信号通路、RhoA/RhoA相关蛋白激酶(ROCK)信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、核转录因子-κB(NF-κB)炎症信号通路、氧化应激等。研究表明上述多种因素及信号通路共同参与、相互影响，且多以TGF-β/Smads为共同途径影响心肌纤维化，因此，调控TGF-β/Smads信号通路为防治心肌纤维化的关键[2]。

TGF-β是由Assoian等[3]于1983年从血小板中提取的一类超家族分子，可激发细胞多种应答反应，广泛参与调控细胞的增殖、分化、凋亡、免疫等过程[4]。研究发现，TGF-β1是活性最强且分布最广的亚型，与组织纤维化关系最为密切[5]。Smads蛋白为TGF-β信号转导通路中下游主要效应分子，目前研究发现共有8种Smads蛋白，包括受体调节型(R-Smads)：Smad 1、Smad 2、Smad 3、Smad 5、Smad 8；共同介质型(Co-Smads)：Smad 4；抑制型(I-Smads)：Smad 6、Smad 7[6]。活化的TGF-β1与TGF-βⅡ型受体(TβRⅡ)结合后再激活TGF-βⅠ型受体(TβRⅠ)与其结合，通过磷酸化Smad2/3蛋白并与Smad4形成复合体，继而发生核转位以调控相关基因如Col-Ⅰ、Col-Ⅲ的表达。Smad7则通过与TβRⅠ结合，与R-Smads发生竞争，对心肌纤维化起负反馈调节作用。TGF-β/Smads通路调控着心肌纤维化的进展。

近年来，研究发现多种中药可通过调控TGF-β/Smads通路改善心肌纤维化，且以多靶点、多层次的特点展现出广阔的开发前景。心肌纤维化贯穿于诸多心系疾病中，归属于中医学“胸痹”“心痛”“心悸”等范畴。因其病程长，久病致虚，久病致瘀，心肌纤维化中医病机总属本虚标实，本虚即气血阴阳亏虚，标实多为瘀血、痰浊、热毒等。祁轶斐等[7]认为正虚血瘀为心肌纤维化主要病机，治疗上应扶正化瘀。杨雪卿等[8]将心肌纤维化归属于中医学“络病”范畴，病机概括为脉络空虚、痰凝瘀结、积而成毒、络风内动，治疗应以“通络”为第一要务。柳金英等[9]认为心肌纤维化乃久积不解、瘀毒内结、损伤血络，活血解毒应为贯穿心肌纤维化治疗过程的重要方法之一。故而中医防治心肌纤维化多从益气温阳、活血解毒、祛风通络、理气化痰立法。现分别从中药单体及有效组分、中药复方、中成药及中药注射剂4个方面进行总结。

1 中药单体及有效组分

研究发现部分中药单体及有效组分可能直接抑制TGF-β/Smads信号通路或间接通过AMP活化蛋白激酶(AMPK)、细胞外信号调节激酶(ERK)、炎症反应、氧化应激等不同靶点调控该通路发挥防治心肌纤维化的作用。

AMPK是调节生物能量代谢的关键分子，与TGF-β信号传导途径存在交互串扰[10]，TGF-β可激活转化生长因子β-激活激酶1(TAK1)而促进AMPK活化，AMPK的激活又可抑制TGF-β介导的Smads通路，共同影响心肌纤维化。黄芩苷为清热燥湿中药黄芩的主要成分，具有抗炎、保护血管内皮等作用。Xiao等[11]通过腹主动脉缩窄压力超负荷大鼠模型研究发现，黄芩苷可通过激活AMPK，抑制TGF-β、Smad4表达及Smad2/3磷酸化，并通过大鼠心脏成纤维细胞体外培养加入AMPK选择性抑制剂证实黄芩苷可诱导AMPK与转录共激活因子p300相互作用，减少Smad3核转位，抑制TGF-β/Smads通路细胞内转导，降低Col-Ⅰ、Col-Ⅲ、纤维连接蛋白(FN)及结缔组织生长因子(CTGF)蛋白表达。心肌纤维化被认为是糖尿病性心肌病(DCM)的初始病理变化，活血止痛中药姜黄分离的天然多酚姜黄素具有抗糖尿病的作用。Guo等[12]应用姜黄素分别处理糖尿病大鼠及高葡萄糖体外培养的人心脏成纤维细胞，发现姜黄素能够降低TGF-β1产生，减少AMPK磷酸化，下调TβRⅡ，并增加Smad7表达，抑制Smad2/3磷酸化，减少Col-Ⅰ和Col-Ⅲ沉积。AMPK激活及抑制与否，可能与不同疾病或疾病不同时期有关，有待进一步研究。

TGF-β过表达可进一步激活MAPK家族成员ERK1/2，增强心脏成纤维细胞增殖，促进间质纤维化[13]。人参皂苷Rb1是中药人参有效成分之一，具有抗炎、抗氧化、改善脂代谢等作用。Zheng等[14]采用腹主动脉缩窄术诱导大鼠心力衰竭模型，予人参皂苷Rb1高低两种剂量灌胃8周，发现人参皂苷Rb1可改善心肌纤维化的病理变化，高剂量显著下调TGF-β1和核Smad2/3蛋白水平，同时抑制ERK通路并激活蛋白激酶B(Akt)通路，增强GLUT4介导的葡萄糖摄取，恢复线粒体功能，减轻心肌纤维化和心室重塑。Shao等[15]应用化痰平喘中药马兜铃乙酸乙酯提取物，予腹主动脉缩窄心肌纤维化大鼠模型腹腔注射4周，结果显示该成分可抑制TGF-β/Smads和ERK通路，降低FN表达，抑制心脏成纤维细胞增殖。ECM过度沉积，一方面来自心脏成纤维细胞增殖，另一方面来自内皮-间质转化(EndMT)[16]，在这一生物学过程中，内皮细胞失去其蛋白表型(如CD31、CD34)而获得间充质细胞表型表达[如α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、Col-Ⅰ]，TGF-β/Smads通路激活可促进该过程。Jiang等[17]应用异丙肾上腺素建立心肌纤维化小鼠模型，发现吴茱萸碱可降低TGF-β1、Smad4表达及Smad2/3磷酸化水平，减少ERK和Akt活化，CD34、CD31表达增加，α-SMA表达减少，提示吴茱萸碱可能通过直接阻断TGF-β/Smads经典通路和部分阻断非Smad依赖性ERK途径抑制EndMT以减轻心肌纤维化。

炎症反应与TGF-β/Smads通路密切相关，NLRP3炎性体可以增加TGF-β1/Smad3信号传导[18]。Li等[19]应用雷公藤内酯处理压力超负荷小鼠心室重塑模型，发现其通过抑制NLRP3产生，降低心脏炎症介质[白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-18(IL-18)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)及血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)]表达，下调TGF-β1/Smad3通路，减少ECM积聚。淫羊藿苷是淫羊藿的主要活性成分之一，淫羊藿次苷Ⅱ是淫羊藿苷在肠道细菌作用下分解的主要代谢产物黄酮醇糖苷。Fu等[20]发现淫羊藿次苷Ⅱ可显著改善高血压大鼠左心室功能，降低左心室心肌胶原面积，其机制可能通过抑制TGF-β1/Smad2信号途径以及炎症通路NF-κB发挥抗心肌纤维化的作用。Tao等[21]发现葛根素可通过抑制MCP-1抑制巨噬细胞募集，减少TGF-β1表达及Smad2/3磷酸化，减轻心肌梗死小鼠的心肌纤维化。

氧化应激也参与了该通路介导的心肌纤维化。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶是内源性活性氧的主要细胞来源之一，可刺激TGF-β1分泌，促进心脏成纤维细胞增殖。Zhao等[22]实验发现中药鹿茸活性成分鹿茸肽sVAP32可通过破坏TGF-β1与其受体的结合阻断下游分子Smad2/3信号传导，减弱NADPH氧化酶活性，并推测该成分的3D结构对TGF-β1受体具有高亲和力，可插入TβRⅠ的“前螺旋延伸”附近，这可能是TGF-β1与TβRⅡ相互作用的关键结构域。Zhao等[23]应用自发性高血压大鼠模型研究芝麻素对心肌纤维化的作用，发现心肌组织中TGF-β1及Smad3磷酸化水平降低，Smad7表达增加，该成分同时下调p47phox(NADPH氧化酶的亚基)，上调超氧化物歧化酶(SOD)蛋白，降低丙二醛(MDA)，减轻氧化应激损伤。

此外，尚有许多中药单体及有效成分诸如具有攻毒功效的蛇床子提取的活性化合物蛇床子素[24]、药食同源的大蒜活性物质大蒜辣素[25]、息风止痉药钩藤活性成分钩藤碱[26]、温里药肉桂叶子提取物肉桂醛[27]、黄芪总皂苷[28]、丹参酮ⅡA[29]、积雪草酸[30]等均可通过调控TGF-β/Smads通路发挥抗心肌纤维化的作用。

2 中药复方

辨证配伍施治的中药复方在干预该通路防治心肌纤维化的研究也取得了一定进展。通过益气活血、益气养阴、解毒散瘀、温阳利水、回阳救逆等治法可改善高血压性心力衰竭、糖尿病性心肌病、扩张型心肌病的心肌纤维化进展。气虚血瘀为心力衰竭的主要病机，Chen等[31]观察补阳还五汤对压力超负荷模拟的高血压性心力衰竭大鼠的影响，结果显示，该方可显著下调TβRⅠ，抑制MAPKs及Smad3磷酸化，可能通过降低促炎细胞因子白细胞介素-6(IL-6)及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)表达抑制炎症反应，从而保护心脏。气阴两虚为糖尿病病机之本，Zhao等[32]应用益气养阴的生脉散治疗2型糖尿病小鼠24周，发现TGF-β1蛋白表达降低，Smad2/3磷酸化减少，同时抑制基质金属蛋白酶-2(MMP-2)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的下调及金属蛋白酶组织抑制剂-2的上调，左室舒张功能及心肌纤维化程度得到显著改善。Sun等[33]应用保心汤(黄芪30 g，丹参10 g，决明子6 g，茯苓10 g，连翘10 g，龟甲10 g，当归10 g，党参10 g，麦冬10 g，五味子6 g)治疗阿霉素制备的扩张型心肌病大鼠4周，TGF-β1、Smad3表达降低，同时下调与成纤维细胞和巨噬细胞活化相关的炎症因子半乳糖凝集素-3，改善心肌纤维化。心力衰竭后期气虚及阳，水湿泛滥，仲景创制治疗“心水”之真武汤可温阳化气利水。刘中勇等[34]发现该方以剂量依赖方式下调腹主动脉结扎心力衰竭大鼠TGF-β1的表达，减少Col-Ⅰ、Col-Ⅲ沉积，逆转心室重构。以附子、干姜相伍的四逆汤可回阳救逆，用治少阴寒厥之证。陈宇等[35]应用异丙肾上腺素建立大鼠心肌纤维化模型，发现该方可抑制TGF-β1及ICAM-1的表达，上调抑制炎症反应的PPARα、PPARγ蛋白表达，改善心肌纤维化。

3 中成药

研究发现，目前抑制TGF-β/Smads通路防治心肌纤维化的中成药多集中在以治疗冠心病、心力衰竭为主的药物中。赵桂峰等[36]应用益气通脉、活血止痛的芪参益气滴丸治疗心肌梗死大鼠4周，病理结果显示心肌纤维化明显改善，心肌间质胶原体积分数降低，同时发现治疗后心肌组织中TGF-β1、Smad2表达下调，Smad7表达上调，调控TGF-β1/Smads通路相关因子表达可能是其发挥心脏保护作用的潜在机制之一。杨泉等[37]发现芪参益气滴丸在抑制TGF-β1/Smads通路的同时，通过抑制炎性因子胞质型磷脂酶A2释放减轻急性心肌梗死大鼠的炎症反应，并且可通过下调Bax、上调Bcl-2抑制心肌细胞凋亡。冠心病心肌缺血缺氧导致心室重构，可进一步引起心脏电生理学改变即“电重构”，诱发心律失常。益气养阴、活血通络的参松养心胶囊是用于治疗冠心病期前收缩的常用中成药。研究发现参松养心胶囊通过抑制TGF-β/Smad信号传导途径不仅可预防压力超负荷引起的心肌肥厚，并且可以改善糖尿病性心肌病的心肌纤维化程度[38-39]，抑制心肌纤维化可能为其发挥控制期前收缩的机制之一。通心络胶囊组成以水蛭、全蝎、土鳖虫、蜈蚣等虫类药为主，加强了逐瘀通络之效。Wang等[40]研究通心络胶囊对糖尿病大鼠心肌纤维化的作用，发现其可下调TGF-β1和Smad3蛋白水平及mRNA表达水平，上调Smad7表达，阻止Smad2/3磷酸化和TGF-β1细胞内信号转导。芪苈强心胶囊用于治疗心力衰竭证属阳气虚衰、络瘀水停者，Han等[41]发现该药可抑制急性心肌梗死大鼠TGF-β1/ Smad3及NF-κB通路减轻心肌纤维化。Ma等[42]应用心复力颗粒治疗急性心肌梗死后心力衰竭大鼠，发现其可下调Smad2/3表达，减少Smad3磷酸化，增加Smad7表达，表现出与卡维地洛类似的抑制心肌纤维化的作用。

4 中药注射剂

该研究也多集中在益气温阳、活血化瘀为治法的中药注射剂。参附注射液可回阳救逆、益气固脱，临床多用于治疗心力衰竭心阳虚衰证。Ni等[43]予心肌梗死后心力衰竭大鼠模型肌内注射参附注射液4周后评测心脏功能和结构变化及TGF-β/Smads通路相关因子表达情况，发现该注射剂可降低Smad2、Smad3表达，增加Smad7表达，心功能及心肌组织学形态得到明显改善。Chen等[44]应用丹红注射液治疗左前降支结扎心肌梗死大鼠，发现在抑制TGF-β表达的同时减少Caspase-3表达，上调Bal-2、血管内皮生长因子表达，增加毛细血管生成，抗心肌细胞凋亡，抑制心肌纤维化进展。Zhang等[45]研究发现丹参注射液可减少铁过载性心肌病小鼠模型TGF-β1表达，改善心肌纤维化，其机制可能与抑制铁沉积、提高SOD活性、降低MDA含量、抑制氧化应激有关。丹皮酚为清热凉血中药牡丹皮的有效成分，时召平等[46]观察丹皮酚注射液对急性心肌梗死大鼠心肌纤维化的作用，实验显示该药处理的心肌组织TGF-β1、Smad2 mRNA及蛋白表达降低，左心指数较模型组下降，心肌纤维化程度改善。

5 小 结

心肌纤维化是心脏在受到炎症、氧化应激等不良刺激时的适应性反应，有利于损伤修复，但过度的纤维化代偿又会导致心脏结构和功能受损，中医药相关基础研究已展现出较优越的防治心肌纤维化的作用，以其多靶点的优势从不同角度调控TGF-β1/Smads信号通路保护心脏。但是目前研究多处于动物或体外细胞实验阶段，虽然对中药的开发利用提供了契机，尚需进一步临床实验以证实其疗效及明确其分子机制。此外，多条信号通路犹如复杂的网络，各分子之间存在交互作用，在不同疾病、同种疾病不同阶段以及病程进展的急慢性过程等，激活的分子通路的途径、顺序及程度亦有不同，因此，如何适时适度地调控TGF-β/Smads信号通路成为防治心肌纤维化亟待解决的问题。