中医药防治慢性阻塞性肺疾病气道重塑的潜在分子生物学机制

吴叶，史锁芳

(1.南京中医药大学附属医院，江苏省中医院，江苏 南京 210029；2.南京中医药大学，江苏 南京 210023)

慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是呼吸科常见疾病，以进行性发展的不完全可逆的气流受限为特征，主要包含慢性支气管炎和肺气肿，随着年龄增长发病率增高。2010年有3.84亿人患有此病，全球患病率达11.7%，至2030年COPD将成为全球第三大致死疾病[1]。

慢性炎症和气道重塑是COPD特征性的病理改变。COPD患者气道壁和肺实质内持续存在不同程度炎症反应，主要的炎症因子有IL-6、IL-8、IL-4、TNF-α以及白三烯B4等。大量临床及实验数据表明中医药可以通过各种信号通路，影响相关炎症因子的释放，减轻气道炎症反应，减缓肺功能的损害[2-5]。但是在改善气道重塑方面，中医药的研究相对较少。气道重塑是指气道壁和肺实质持续的慢性炎症及急性炎症反复发作，组织反复损伤修复，导致气道壁增厚和管腔狭窄，弹性减弱和进行性气流阻塞。其病理改变为：小气道平滑肌层增厚僵硬，血管增生，黏膜下腺体增大，过度分泌黏液、上皮细胞化生，终末及呼吸性细支气管消失，肺泡增大及破坏，中性粒细胞与T淋巴细胞浸润[6]。

本文基于气道重塑这一病理改变，从气道血管增生和气道平滑肌增厚的角度出发论述了中医药减缓COPD发生发展中涉及的机制。中医药在COPD防治方面疗效显著，所以从气道重构的病理改变出发，探寻中医药防治COPD的机制对于COPD的治疗、新药开发具有重要意义。

1 中医药抑制气道血管增生

参与气道血管增生的相关因子包括血管内皮素-1(ET-1)、血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、STAT3等[7]。血管生成是伤口愈合和组织再生的重要过程，身体能够通过平衡生长和抑制因子控制新血管生成[8]。血管增生是生长和抑制因子打破后的一种病理状态，又是许多疾病如肿瘤、皮肤病、心血管疾病、支气管哮喘及COPD等的机制之一[9]。

1.1 抑制ET-1表达，减少肺血管平滑肌和成纤维细胞增殖

ET-1是由血管内皮细胞合成和分泌的多肽类物质，有较强的缩血管作用。缺氧状态下低氧诱导因子(hypoxia-inducible factor,HIF)能够介导低氧信号，刺激血管内皮细胞中ET-1高表达，造成血管进一步收缩，机体缺血缺氧加重，肺血管平滑肌分化、钙化以及成纤维细胞增殖，促使肺血管重构及肺循环阻力增加，引起COPD及肺动脉高压及[10-11]。研究发现[12]重楼皂苷Ⅶ能够通过诱导细胞凋亡来抑制ET-1的表达，缓解大鼠肺动脉平滑肌细胞增殖和迁移。黄芩苷可以通过抑制AKT/ERK1/2/GSK3信号通路来下调ET-1的表达，抑制肺血管平滑肌增殖，从而改善肺血管重构[13]。研究发现[14]厚朴酚通过抑制Akt/ERK1/2/GSK3β/β-catenin通路，减少ET-1的表达，来缓解肺血管重构，同时降低肺动脉压力。

1.2 减少VEGF释放，抑制血管增生

血管内皮生长因子(VEGF)和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor 2，FGF-2)具有较强的激活血管生成功能，主要表达于气道和血管平滑肌中。缺氧条件下,VEGF作为HIF-1α的靶基因之一，能被HIF-1α诱导而转录激活，气管、细支气管及肺泡中VEGF释放增加，作用于血管内皮，刺激现有血管中的内皮细胞迁移和增殖，致使血管增生[15]。缺氧时诱导VEGF、FGF-2释放，导致血管增生有3条通路:1)COPD状态下机体缺氧状态持续一段时间后HIF-1α激活表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)，促使参与细胞内信号传递的RAS蛋白突变，激活PI3K/AKT通路，从而促使VEGF、FGF-2在肺组织中过表达[16]。2)PI3K/AKT-NO通路中AKT使一氧化氮合成酶生成，调控内皮细胞一氧化氮信号级联过程，促使VEGF、FGF-2过表达[17]。3)血管生成素(一种主要在内皮细胞上表达的具有血管生成活性的细胞生长因子)在肺部疾病缺氧时通过激活PI3K通路，诱导内皮细胞内的一氧化氮合酶磷酸化、一氧化氮生成和血管生成[18]。岳勤霏等[19]运用网络药理学技术分析得出，金水六君煎治疗COPD的机制在气道重塑方面涉及VEGFA、HIF-1、EGFR、MAPK3、MAPK8靶点，KEGG通路富集分析得出与气道重塑有关通路有VEGF信号通路、表皮生长因子受体信号通路、TGF-β信号通路。研究表明[20]，中药积雪草的主要成分积雪草苷对肺气肿及纤维化的作用主要通过抑制TGF-β1对肺泡上皮细胞中一氧化氮合酶蛋白表达，减弱TGF-β1对VEGF分泌的影响来实现。有学者研究发现[21]，黄芪多糖能够促使eNOs的合成和NO的分泌，减轻肺血管增生和重构，刺激血管扩张，同时降低IL-1、IL-6和TNF-α水平，减轻炎症反应。

1.3 减轻炎症刺激诱导的血管增生

持续的炎症刺激是血管增生的又一主要因素。炎症致使支气管上皮和肺微循环改变，各种炎症因子，如JAK、STAT、白介素-6(IL-6)、白介素-8(IL-8)等,能够激活信号转导和转录激活因子3(STAT3)通路，STAT3磷酸化，并参与血管生成介质(如VEGF、FGF-2和HIF1)的上调，导致血管生成[22]。何飞等[23]研究发现，保肺定喘汤通过抑制IL-6/JAK/STAT信号通路，调节肺小动脉增殖细胞核抗原(PCNA)的表达，来减轻COPD大鼠的肺血管重构。在COPD研究中JAK-STAT信号通路不仅参与炎症反应，同时也与细胞增殖、分化、凋亡以及免疫调节等密切相关，COPD急性加重过程中肺组织中STAT3的表达水平越高，肺部炎症及肺气肿的程度越重[24]。有实验表明，姜黄素治疗COPD大鼠后发现大鼠平均动脉压升高,肺动脉管壁厚度、平滑肌细胞数量显著减少，其机制是姜黄素能够抑制JAK2/STAT途径，影响PCNA的表达，进而促进平滑肌细胞的凋亡[25]。

2 中医药抑制气道平滑肌层(Airway smooth muscle，ASM)增厚

涉及气道平滑肌增厚相关因子主要有细胞外基质(ECM)、上皮细胞向间质细胞的转化(EMT)等。

2.1 减轻细胞外基质(ECM)沉淀和增生

COPD小气道的表现为气管壁僵硬、厚度增加，主要由平滑肌层的增厚引起[26]。气道平滑肌层约75%为肌肉，其余为细胞外基质(extracellular matrix,ECM)、肥大细胞和血管。ASM细胞数量和大小的增加以及ECM体积的增加都导致了平滑肌层增厚，同时ECM成分在气道中的沉积也导致肺功能的降低和气道重塑[27]。胶原蛋白是ECM中含量最多的蛋白，对维持正常肺的结构有重要作用。而COPD气道平滑肌细胞中胶原蛋白、纤维连接蛋白和层黏连蛋白的表达增加，胶原蛋白沉积。实验表明，枇杷叶成分之一的熊果酸(乌索酸)干预香烟提取物诱导的肺气肿大鼠,发现大鼠肺泡壁变薄，肺组织紊乱，气道壁增厚，炎症细胞浸润，气道周围胶原沉积增加的现象改善，其缓解肺气肿和气道重塑这一过程涉及到调整UPR通路、改善下游细胞凋亡通路以及下调Smad2和Smad3[28]。有研究者用黄芩苷治疗COPD模型大鼠后，发现基质金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)水平升高，基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)水平下降，显著减轻了ECM破环和重构[29]。

2.2 减缓肺上皮间质转化(EMT)

上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮样细胞向间质样转化的过程。肺上皮细胞发生向间质样转化后获得迁移能力，诱导气道重建，发生COPD[30-31]。

用苦杏仁苷干预暴露于香烟烟雾中的小鼠和人支气管上皮细胞后,发现肺上皮间质转化过程被抑制，考虑该过程通过抑制TGF-β/Smad通路实现[32]。研究发现[33]，人参皂苷通过抑制TGF-β1/Smad通路减轻COPD大鼠支气管上皮细胞上皮间质转化。研究发现[34]，穿心莲内酯加入香烟烟雾提取物刺激的人支气管上皮细胞后，IL-6水平降低，肺上皮间质转化被逆转。给COPD大鼠饲喂穿心莲内酯后，发现大鼠炎症减轻,小气道重塑改善，表明穿心莲内酯可能通过降低IL-6水平来逆转EMT，改善小气道重塑。

3 总结与展望

本文基于气道重塑这一特征性病理改变，从抑制血管增生和抑制气道平滑肌增厚方面直观的论述了中医药对COPD的治疗作用。目前西医对COPD的治疗稳定期推荐长期使用吸入性糖皮质激素联合支气管扩张剂[35]。这些药物的使用能够减少患者发作频率，减缓肺功能退化速度，但是不能从本质上治疗疾病，患者最终产生心肺功能衰竭。长期糖皮质激素使用导致电解质紊乱，维生素D缺乏，老年人骨质疏松症的产生[36]，因此迫切需要安全有效的替代药物。

中医药秉承着“整体观念，辨证论治”思维，在COPD缓解期体现出优越性，其标本同治的理念有独特治疗优势。根据COPD发作时特点，中医将其纳入“喘证”“肺胀”的范畴，缓解期以本虚标实为主，治疗主张扶正祛邪，以补肺、健脾、补肾为主，化瘀祛痰为辅。对反复易感，喘促短气，咳声低弱，自汗畏风等症状以补肺为主，使气机宣降功能正常，并增强抵御外邪之力；对于神疲乏力，消瘦腹胀，食欲减退等症状以健脾为主，增强脾的运化功能；对于动则气喘，下肢水肿，汗出肢冷等症状以补肾为主，增强肾的纳气及输布水液的功能。

对于“气道重塑”这个概念，如何用中医的理论去解释呢？在中医学中，气道重塑的病因病机正合“肺胀”的久病肺虚，痰瘀潴留。肺虚不能布津，脾虚失于运化，肾虚不能蒸化，使津液停积，痰浊乃成。肺主气不利以至气滞，肾不纳气以至气逆，气机升降失调，滞于胸中，壅于肺内，气不行血，血涩不利，瘀血形成。中医在扶正驱邪的基础上，结合辨证，佐以行气化痰，活血化瘀能够控制病情进展。

近年来系统生物学潮流及网络药理学分析方法的广泛应用，不仅阐述了中药分子在疾病蛋白及通路中的作用，更为中药治疗疾病提供了客观的分子生物学的证据，为中医药的发展带来新的机遇和方法，使中医药的发展更加完善合理。