黄芪干预肺纤维化的作用机制研究进展*

张冬冬，李 芮，刘晓明

（1.山东中医药大学，山东 济南 250014；2.山东中医药大学附属医院，山东 济南 250014）

肺纤维化（pulmonary fibrosis，PF）是一种常见的间质性肺疾病，以成纤维细胞的过度增殖、细胞外基质的生成降解失衡导致肺组织结构破坏为主要病理特征，临床上具有发病原因不明、致死致残率高、慢性进行性加重、不可逆等特点。本病预后差，经确诊后平均存活年限为3～5年，5年存活率只有20%[1]。近年来，国内外大量研究显示，肺纤维化发病率呈逐年上升趋势[2]，已成为全球关注的亟待解决的人类健康问题。

当前西医针对PF的治疗药物主要有吡非尼酮和尼达尼布，另外常规治疗手段为抗炎联合免疫抑制剂，但仅可延缓肺纤维化的进展，缓解症状，并不能改善病灶[3]。因此医学界大量学者将目光转向中医药。有研究基于数据挖掘对中药治疗肺纤维化用药规律分析后发现黄芪出现频率最高[4]，针对黄芪治疗肺纤维化的作用机制进行筛选，黄芪存在20种相关有效活性成分及457个相应作用靶点，且仅一种有效成分即可作用于多个具有不同功能的基因，发挥抗肺纤维化作用，这充分说明黄芪可多靶点-多途径发挥不同功能抑制肺纤维化[5-6]。笔者分析总结了黄芪治疗肺纤维化的作用机制，旨在为后续的研究提供具有针对性的研究思路。

1 抑制炎症反应

炎症细胞在肺纤维化发生、进展过程中起到了至关重要的作用。动物实验表明，肺纤维化早期以炎症细胞浸润，肺泡炎症为主，继而出现成纤维细胞增生，晚期以纤维化改变为主[7]。炎症细胞主要有巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等，其中以巨噬细胞为主，它可分泌多种促纤维化的细胞因子，如TNF-α、IL-1β等，还可通过介导信号途径参与肺纤维化的发生[8-9]。

研究[10]发现黄芪多糖可在大鼠肺纤维化早期降低白细胞介素-4（IL-4）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）含量，延缓肺纤维化进展。朱茜文等[11]研究证实黄芪多糖还可降低肺纤维化大鼠支气管肺泡灌洗液中IL-1β、IL-6浓度，减轻肺纤维化。细胞焦亡作为一种新发现的需要凭借半胱氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）进行的细胞死亡方式，是炎症反应的重要途径之一。王鹏飞等[12]发现黄芪甲苷可降低特发性肺纤维化小鼠Caspase-1、IL-1β、IL-18的表达水平，减少细胞焦亡，抑制肺组织炎症反应，降低炎细胞浸润，减轻肺纤维化。研究发现黄芪注射液能降低炎症反应，抑制肺纤维化[13]。黄芪总皂苷、黄芪多糖、黄芪总黄酮均可抑制博来霉素诱导的肺纤维化模型中的炎症反应，减少炎细胞聚集，其中黄芪总黄酮抗炎效果最为明显，炎症反应强度和纤维化程度呈正比，联合用药可提高疗效[14]。

参与PF发展过程的巨噬细胞主要有肺泡巨噬细胞（AM）和肺间质巨噬细胞（IM）两类，两者在肺纤维化不同进展时期向M1型和M2型转化。M1型可在炎症初期清除病原体，加快炎症进展；M2型在晚期肺纤维化阶段抑制炎症反应，促进纤维化降解[15]。有学者研究发现，黄芪水提物可促进巨噬细胞向M1型转化，抑制其向M2型转化[16]。

2 协调氧化应激系统功能

氧化应激时氧化/抗氧化平衡失调，以氧化功能亢进为主，可导致细胞功能障碍和组织损伤。肺组织长期暴露于较高浓度的氧环境中，对氧化应激具有高敏感性，当体内氧自由基大量累积或抗氧化能力不足时氧化应激便会被激活，此时肺组织将不可避免地发生损伤、修复及重构[17]。临床研究[18]表明，肺纤维化患者体内存在异常的氧化活性。大量动物实验证实，过强的氧化能力可加速肺纤维化的发生发展。因此，氧化应激的过度激活被认为是PF的重要发病机制之一。

刘建等[19]研究发现，黄芪甲苷可通过升高肺组织中GSH水平和降低MDA水平，调节氧化/抗氧化能力，达到治疗肺纤维化的目的。王增霞[20]通过体外研究得到了相同的实验结果，发现黄芪甲苷能明显提高人胚肺成纤维细胞（MRC-5）内Nrf2转录激活，上调MRC-5细胞内各抗氧化指标SOD、CAT、GSH，以及相关抗氧化蛋白HO-1、NQO1的表达水平，降低氧化损伤指标MDA水平，认为黄芪甲苷是通过干预Nrf2/ARE信号通路抑制氧化应激发挥抗纤维化作用。欧阳燕等[21]研究发现，黄芪注射液可通过逆转肺纤维化小鼠体内异常升高的α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、血清丙二醛/总抗氧化能力比值（MDA/T-AOC）、NADPH氧化酶2（NOX2）、NOX4、超氧化物歧化酶3（SOD3）mRNA转录水平，抑制肺纤维化。栾智华等[22]研究发现黄芪糖蛋白也具有改善肺组织抗氧化的能力，主要表现在其能降低肺纤维化小鼠肺组织中TGF-β1、MDA表达水平，上调SOD表达水平。有研究[23]发现，黄芪多糖可在肺纤维化形成晚期调节NO代谢，增强肺组织抗氧化能力，维护肺纤维化大鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞超微结构的正常形态。

3 激活细胞自噬、抑制上皮-间充质转化

自噬是指细胞自我吞噬、降解自身细胞质蛋白或细胞器，以达到自身的代谢需求或完成某些细胞器的更新过程。大量研究表明，肺纤维化过程中p62及自噬体数量增加，LC3B、自噬相关重要基因（Beclin1、Atg14）表达减少[24]。上皮-间充质转化（epithelial-Mesenchymal Transition,EMT）是一个上皮细胞失去细胞黏附、基底极性，而获得间充质迁移、侵袭和产生ECM特性的生物学过程。目前这一过程的常见标志包括上皮细胞黏附分子E-钙黏蛋白（E-caderin）丢失，间充质标记蛋白波形蛋白（Vimentin）、α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）等升高，这些标志在肺纤维化中均可被检测到[25]。自噬和上皮-间充质转化在肺纤维化发生发展过程中均占据紧要地位。近年来自噬与上皮-间充质转化之间的交互关系成为众学者探究的焦点。徐存来等[26]研究发现增强肺纤维化小鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞的自噬水平可抑制上皮-间充质转化的发生。这一实验结论得到了有效证实，苗双等[27]通过体外实验发现，IPF中的EMT过程抑制或激活水平与细胞自噬的诱导或抑制水平呈正比。因此激活细胞自噬，抑制EMT过程可作为肺纤维化的重要治疗靶点。EMT可由多条信号通路调控，其中主要的包括TGF-β1/Smads信号通路、Notch信号通路、mTOR信号通路等[28]。

韩佳等[29]研究发现，黄芪总皂苷可抑制TGF-β1信号通路下游Smad3蛋白合成，逆转肺纤维化小鼠肺组织中EMT相关标志性蛋白（α-SMA、E-caderin）的表达。徐昌君等[30]研究了黄芪总黄酮抗肺纤维化的作用机制，发现黄芪总黄酮可通过抑制TGF-β1/Smads信号通路上游miRNA-21基因的表达激活，调节下游Smad7、Smad3、α-SMA的表达水平，阻碍TGF-β1/Smads信号通路，从而抑制上皮-间充质转化。黄芪多糖也具有相同的作用机制[11]。研究证实黄芪注射液可通过下调TGF-β1，抑制肺组织上皮-间充质转化[31]。

ZHOU Y等[32]采用黄芪注射液腹腔注射干预BLM诱导的肺纤维化大鼠，发现大鼠肺组织中α-SMA、TGF-β1、Jagged-1、Notch1表达水平均降低，表明黄芪注射液能通过抑制Notch信号通路Notch受体及其配体Jagged-1表达，阻碍上皮-间充质转化过程，减轻肺纤维化。

王鹏飞等[12]研究发现黄芪甲苷可以提高肺纤维化小鼠肺组织LC3Ⅱ蛋白表达，降低p62蛋白沉淀，激活自噬抑制肺纤维化。黄霂晗等[33]研究发现黄芪甲苷抑制肺纤维化作用与降低肺组织中α-SMA及胶原蛋白表达，减少成纤维细胞增殖有关。王鹏飞等[12]的研究和黄霂晗等[33]的研究均针对单个细胞因子，未对相关信号通路展开研究，实验结果较单一。徐昌君等[34]对此进行深入研究发现黄芪甲苷作用于mTOR相关信号通路，除了可干预LC3Ⅱ、p62蛋白表达外，还能下调TGF-β1表达，提高Beclin-1表达，抑制p-PI3K/PI3K，p-Akt/Akt，p-m TOR/m TOR表达，降低α-SMA表达水平，升高E-caderin表达水平。因此，黄芪甲苷可通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路增强肺组织细胞自噬活性，从而抑制上皮-间充质转化，延缓肺纤维化进程。杜全宇等[35]对黄芪多糖治疗肺纤维化机制进行实验研究后发现，黄芪多糖也可作用于mTOR信号通路，降低肺组织中mTOR蛋白及其所在信号通路下游效应蛋白p-S6、上皮-间充质转化相关蛋白α-SMA表达，抑制上皮-间充质转化，减少肌成纤维细胞的增殖分化，减轻肺纤维化程度。栾智华等[36]研究证实黄芪糖蛋白可抑制肺组织中α-SMA蛋白生成干预肺纤维化，实验未对α-SMA蛋白所在信号转导通路进行深入研究。目前关于黄芪糖蛋白治疗肺纤维化作用机制的研究较少，待进一步跟进。

除此3种诱导EMT常见信号通路外，于竞泽[37]通过动物实验及体外实验研究发现，采用黄芪总皂苷对肺纤维化模型进行干预后，Ras/Raf/MEK/ERK信号通路相关蛋白的活化水平明显降低，各细胞中自噬小体及自噬溶酶体数量明显升高，自噬相关蛋白（LC3B-Ⅱ）表达及自噬相关基因（Beclin-1、ATG5、ATG7）mRNA转录水平上调，细胞外基质胶原（Col-Ⅰ、Col-Ⅲ）沉积明显减少，同时利用生物抑制剂进行Ras/Raf/MEK/ERK信号通路阻断实验后证实，Ras/Raf/MEK/ERK信号通路活化水平与肺成纤维细胞自噬呈负相关。因此黄芪总皂苷可抑制Ras/Raf/MEK/ERK信号通路，激活肺成纤维细胞自噬，进而减少细胞外基质沉积，延缓肺纤维化。

4 维持基质金属蛋白酶系平衡

细胞外基质在肺间质的大量堆积是肺纤维化的主要病理特征之一。大量研究表明，ECM的过量沉积与基质金属蛋白酶及其抑制剂的比例失调密切相关。MMPs是一组主要降解ECM的锌离子依赖酶群，在正常状态下，活性水平较低，当肺组织发生纤维化或炎症时，MMPs活化水平明显提升，其中包括有PF抑制作用的MMP-1、MMP-19等，旨在降解ECM，减少胶原蛋白的合成，但也有对PF起促进作用的MMP-7、MMP-9等，可激活上皮-间充质细胞转化，诱导巨噬细胞极化和纤维细胞迁移，这些抗纤维化和促纤维化介质之间的平衡遭到破坏后，导致异常修复过程[38-40]，出现肺纤维化。

基质金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）是MMPs的特异性内源抑制因子，它以1∶1的比例与MMPs的活性位点相结合降低其活性。有研究指出，MMP-9/TIMP-1＞1时基质金属蛋白酶系统具有降解ECM效应，阻止纤维化的发生，而当比值＜1时则处于纤维化进展期[41]，正常肺组织中两者处于动态平衡状态。张千一等[42]研究发现肺纤维化大鼠肺组织中MMP-9、TIMP-1均升高，且MMP-9/TIMP-1比例发生失衡，用药干预后两者比例得到改善，肺纤维化进程亦得以延缓。因此调控MMPs、TIMPs的表达，维持MMPs/TIMPs的稳态平衡可抑制ECM沉积，起到抗肺纤维化的作用。

彭清等[43]研究发现，黄芪注射液腹腔注射干预肺纤维化大鼠后，大鼠肺组织中MMP-2 mRNA、TIMP-1 mRNA表达水平均降低，MMP-2/TIMP-1比值趋于平衡，肺纤维化进程被抑制。黄芪注射液可明显下调肺纤维化患者血清中MMP-9，显著提高疗效[44]。但该实验存在明显缺陷，其未观察TIMP-1指标变化，未探寻黄芪注射液通过调控MMP-9/TIMP-1之间的比例平衡干预肺纤维化的作用机制。柯春锦等[45]实验证实黄芪提取物可抑制博来霉素诱导的肺纤维化大鼠肺组织中的MMP-9、TIMP-1，调控两者之间比例，延缓肺纤维化发展。

5 抑制肺部血管新生

肺脏血管异常增生是PF的重要发病机制之一。研究显示，肺纤维化中许多血管新生相关细胞因子异常升高，如血管内皮生长因子（VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（BFGF）等[46-47]，肺部血管增生明显，微血管密度升高。栾智华等[48]研究发现，黄芪甲苷可降低肺纤维化小鼠血管内皮生长因子（VEGF）、血管内皮生长因子受体2（VEGFR-2）mRNA表达，抑制肺部血管生成，减轻肺纤维化程度。还有研究发现黄芪甲苷能明显抑制肺纤维化大鼠BFGF表达，抑制微血管增生从而降低MVD，达到抗肺纤维化作用，其作用效果具有剂量依赖性[49]。另外，黄芪水提物也可降低VEGF及其基因的表达，改善肺纤维化程度[50]。

6 小 结

肺纤维化临床致死率不亚于肿瘤，且发病率呈逐年升高趋势，但目前尚无理想的治疗药物，发病机制尚不完全清楚，错综复杂[51]。因此，寻找更加有效的治疗靶点及药物的研发是当下的首要方向。目前针对黄芪治疗PF发病机制主要包括炎症反应、氧化应激、细胞自噬被抑制、上皮-间充质转化、基质金属蛋白酶系失衡、新生血管过度等因素。各因素之间存在关联制约关系，激活自噬可降低氧化应激水平从而抑制上皮-间充质转化，维持MMPs/TIMPs动态平衡，减轻肺纤维化[27，52-53]；另外，多种效应中涉及多条相同信号通路、细胞因子，但多数关于黄芪治疗肺纤维化的实验研究只针对单一细胞因子或信号通路，缺乏多种作用机制网络串联关系的系统研究。有些单一信号通路研究尚不完整，缺乏精确性，如黄芪甲苷可通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路增强肺组织细胞自噬活性，从而抑制上皮-间充质转化，延缓肺纤维化进程；黄芪甲苷还可降低肺纤维化小鼠VEGF、VEGFR-2、BFGF表达，抑制肺部血管生成，减轻肺纤维化程度。有研究证实PI3K/Akt信号通路是血管新生的调控中心[54]，同时还能上调MMPs表达水平，间接促进EMT[55]。但黄芪甲苷抑制血管新生、抑制EMT是否也与此信号通路有关尚无实验证实。

研究界对黄芪治疗肺纤维化机制做了大量研究，取得了可观的实验成果，且已有黄芪类药物制剂应用于临床治疗肺纤维化，但其具体作用机制及治疗靶标仍有待进一步精确完善，为临床用药及新型药物的研发提供新思路。