小檗碱对异丙肾上腺素诱导心肌损伤保护作用研究进展

孙红霞，刘春旭，胡 波，纪影实，吴 歌，姜恩平

(1.北华大学药学院，吉林 吉林 132013；2.北华大学附属医院，吉林 吉林 132011；3.吉林大学基础医学院，吉林 长春 130021；4.吉林省一汽总医院，吉林 长春 130011；5.广东医科大学基础医学院，广东 东莞 523808)

心肌损伤(myocardial injury，MI)在临床上主要包括物理性损伤、炎症性损伤和缺血性损伤3种.物理性损伤一般主要指外力撞击、撕扯等引起的损伤，常合并胸背部外伤，属于外科治疗范畴.炎症性损伤主要是由心肌炎所引发，常见的有自身免疫性心肌炎、病毒性心肌炎、细菌性心肌炎等，需要进行抗感染治疗.而缺血性损伤常见于冠状动脉供血量不足(如心绞痛或心肌梗死等)或全身缺血性疾病(如贫血、血液病等)所导致的心肌缺血性改变，在改善心肌供血的同时需要针对原发病进行综合治疗.异丙肾上腺素(ISO)是一种β-肾上腺素能受体(β-adrenergic receptor，β-AR)激动剂，可通过激活心肌细胞膜上β1受体使心率(HR) 加快，心肌耗氧量增加，心肌出现缺血样变化，进而诱发心肌损伤.心肌缺血性损伤的发病机制与内质网应激参与的诱导细胞凋亡和自噬有关，也与炎症反应相关，还与氧化应激反应相关.异丙肾上腺素(ISO)诱导的心肌损伤模型具有造模时间短、稳定可靠、成本低、易于模仿等特点，常用于诱导模拟缺血性心肌损伤、药物性心肌损伤、心肌梗死等疾病造模[1-3].

小檗碱(berberine，BBR)也称为黄连素，是从毛茛科药用植物黄连(Coptischinensis)中提取的一种异喹啉生物碱，常用于治疗腹泻等胃肠道疾病，有研究[4]发现：BBR具有抗感染、抗糖尿病、抗衰老、抗癌、抗氧化、保护心脏等多种药理作用.本研究从BBR对异丙肾上腺素诱导的不同类型心肌损伤的保护作用及机制方面进行综述，可为临床研究与应用提供理论依据.

1 小檗碱对心肌损伤的保护作用

1.1 小檗碱对心肌肥厚(MH)的保护作用

陈志冬等[5]用5 mg/kg和10 mg/kg的BBR小鼠灌胃4周后，皮下注射ISO 1 mg/kg，7 d后诱导心肌肥厚模型，结果发现模型组、BBR组心肌细胞增殖率、凋亡率、RhoA(Ras同源基因家族成员A)、ROCK(Rho激酶，属于一种小G蛋白Rho效应器)、p-Troponin(磷酸化肌钙蛋白)、p-MLC(磷酸化肌球蛋白轻链)、p-calponin(磷酸化钙调节蛋白)、Bax mRNA及蛋白表达量均显著升高，超氧化物歧化酶(SOD)、p-PTEN(一种抑癌基因，磷酸化的磷酸酯酶与张力蛋白同源物)、Bcl-2 mRNA及蛋白表达量均显著降低.与模型组比较，BBR治疗组肌酸激酶(CK)、心肌细胞增殖率、凋亡率、RhoA、ROCK、磷酸化肌钙蛋白、磷酸化肌球蛋白轻链、磷酸化钙调节蛋白、Bax mRNA及蛋白表达量均显著降低，SOD、p-PTEN、Bcl-2 mRNA及蛋白表达量均显著升高.此研究证实了BBR可抑制ISO诱导的大鼠心肌肥厚，抑制心肌细胞凋亡，促进心肌细胞增殖，其作用机制可能与Rho/ROCK信号通路失活相关.

1.2 小檗碱对急性心肌缺血(MI)的保护作用

ISO是一种非选择性的β受体激动剂，能够增强心肌收缩力，加快心脏传导性，加快心率.当大剂量给予ISO时，可增加心肌的耗氧量，引起冠脉血供急剧减少，造成心肌缺血缺氧造成心肌急性损伤，进一步引起心肌细胞坏死、心肌间质纤维组织增生、结缔组织积聚，导致心脏顺应性降低，舒缩功能受抑制，长期可致慢性心力衰竭[6-9].ZHANG等[10]研究显示：小檗碱对连续2 d皮下注射异丙肾上腺素(ISO)85 mg/kg所致的大鼠心肌缺血具有保护作用，用小檗碱(30、60 mg/kg)治疗12 d，最后1次给药后，发现ST段抬高有所下降.处死大鼠后，测定其血清肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)水平；取大鼠心脏，测定心脏质量指数，镜下检查组织结构，Western blot(免疫印迹)测定高迁移率族蛋白b1(HMGB1)、toll样受体(TLR4)、前体蛋白(Bax)、抗凋亡蛋白(Bcl-2)和肿瘤坏死因子(TNF-α)蛋白，结果发现：小檗碱可降低急性心肌缺血引起的ST段抬高，降低血清CK-MB、LDH、TNF-α和IL-6水平；小檗碱还可提高心肌组织总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性，降低丙二醛(MDA)含量.此结果证实了小檗碱可通过调节HMGB1-TLR4轴发挥心肌缺血保护作用.

1.3 小檗碱对心肌纤维化(MF)的保护作用

应用非选择性β-肾上腺素能受体激动剂ISO对大鼠进行慢性刺激，能诱发心肌出现炎症反应和心肌纤维化(MF)[11].通过模拟应激条件下的β-肾上腺素能作用，给予SD大鼠ISO刺激心脏[12-14]，诱导大鼠出现心肌损伤.ALRASHEED N M等[15]研究发现：BBR预处理能够明显抑制ISO诱导的心肌纤维化和心肌功能障碍.此外，BBR给药后能够减少ISO诱导的心肌巨噬细胞对大鼠心肌的浸润，并抑制转化生长因子(TGF-β1)/Smads信号通路.体外研究表明：BBR预处理降低了ISO诱导的TGF-β1 mRNA在巨噬细胞中的表达，ISO刺激巨噬细胞，能显著增加纤维化标志物在成纤维细胞的表达，但BBR预处理可阻止这种表达.BBR可能是通过减少巨噬细胞浸润和阻止成纤维细胞转化为“活化的”分泌型肌成纤维细胞而对心脏损伤产生保护作用的.

1.4 小檗碱对心肌缺血再灌注损伤(MI/RI)的保护作用

MI/RI是指冠状动脉在部分或完全急性梗阻后，在一定时间内获得再通，缺血心肌恢复正常灌注，但组织损伤表现为进行性加重的病理过程.血管再通后，缺血引起的心肌超微结构、能量代谢、心功能、电生理等一系列损伤变化更为突出，甚至会发生严重的心律失常并导致猝死.研究[16]表明：BBR可改善MI/RI大鼠心功能，减少心肌缺血面积，降低血清肌酸激酶同工酶MB、乳酸脱氢酶、心肌肌钙蛋白Ⅰ水平，上调Bcl-2(一种对抗凋亡的基因) 活性，下调Bax(一种促进凋亡的基因)、Caspase-3表达，通过调控Smad7通路，抑制心肌细胞凋亡；WANG等[17]研究发现：注射小檗碱后，缺血再灌注损伤小鼠心肌细胞的炎症反应减轻，炎症因子减少，其机制分析表明：小檗碱抑制了心肌细胞中的凋亡蛋白酶激活因子1、caspase-3和caspase-9的表达，与Bcl-2关联的细胞死亡激动剂Bcl-2、Bcl-2样蛋白-1和细胞肿瘤抗原p53表达上调相关.在小鼠缺血再灌注损伤模型中，心肌细胞中NF-κB p65、NF-κB激酶亚单位β(IKK-β)抑制剂、NF-κB抑制剂α(IκBα)的表达和NF-κB活性受到抑制，结果表明：小檗碱通过NF-κB信号通路抑制炎症反应，并通过PI3K/AKT信号通路抑制缺血再灌注损伤小鼠心肌细胞凋亡，表明小檗碱是一种潜在的治疗缺血再灌注损伤的药物.

1.5 小檗碱对急性心肌梗死(MI)的保护作用

朱舜明等[18]发现：与ISO组比较，BBR处理组大鼠的MI体积、左心室舒张末期直径(LVEDD)和左心室收缩末期直径(LVESD)显著降低，而射血分数(EF)和左室缩短分数(FS)显著升高；BBR预处理组大鼠的纤维化标志物Ⅰ型胶原纤维蛋白、Ⅲ型胶原纤维蛋白和平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达水平与ISO组比较显著下调；与ISO组比较，BBR预处理组大鼠的TGF-β1/Smad3信号通路、炎症因子肿瘤坏死因子-α和核因子-κB(NF-κB)被抑制.BBR预处理组大鼠的缝隙连接蛋白43(Cx43)阳性染色评分显著高于ISO组；与ISO组比较，BBR预处理组大鼠的促凋亡蛋白(Bax和caspase-3)被下调，而抗凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)被上调；与ISO组比较，BBR预处理组大鼠的丙二醛水平显著降低，而超氧化物歧化酶和过氧化氢酶显著升高；BBR预处理组大鼠的核因子E-2相关因子2(Nrf2)和血红素加氧酶1(HO-1)水平显著高于ISO组.在ISO诱导的心肌梗死大鼠模型中，小檗碱预处理可通过抑制心脏纤维化、炎症反应、心肌细胞凋亡和氧化应激损伤而减少MI体积，并改善心脏功能.

1.6 小檗碱对心力衰竭(HF)的保护作用

心力衰竭(heart failure，HF)可由多种原因所引起，是心脏疾病的终末阶段，是指在适当静脉回流条件下，心脏搏出量绝对或相对减少，并伴有全身各组织供血不足及动静脉充血或瘀血，不能满足机体代谢需要的一种临床综合征.王赛等[19]采用皮下注射ISO 5 mg/(kg·d)，连续7～10 d，制备大鼠心力衰竭(MF)模型，大鼠左心室(LV)射血分数(EF)下降5%，左心室收缩末期内径(LVESD)和左心室舒张末期内径(LVEDD)均增大，可判断模型复制成功.ABUDUREYIMU M等[20]研究发现，小檗碱可减轻ISO诱发的心功能不全、心肌肥大、间质纤维化、心肌细胞凋亡和线粒体损伤.在HF中，有丝分裂吞噬调节因子PINK1和mito-Parkin下调，而小檗碱可以上调PINK1/Parkin介导的有丝分裂吞噬.通过干预RNA敲除PINK1后可显著抑制Parkin介导的线粒体泛素化，并能削弱小檗碱对HF的有益作用.结果表明：小檗碱可能通过PINK1/Parkin/泛素化途径激活线粒体自噬，减轻ISO诱导的心衰反应，具有保护心肌功能的作用.

2 ISO诱发心肌损伤可能的作用机制

2.1 ISO诱导的氧化应激

研究[6]发现：衰竭心脏中的ATP(三磷腺苷)酶生成减少，可能与呼吸链损伤及自由基清除蛋白被破坏有关.当线粒体损伤或体内抗氧化系统受到破坏时，可导致线粒体中活性氧(ROS)生成增多，诱发多种疾病.应用ISO处理后的大鼠体内抗氧化酶，如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽(Glu)等水平显著降低，而一些氧化性产物，如丙二醛(MDA)、一氧化氮(NO)、活性氧(ROS)水平明显升高[21].

ISO还可促进电压敏感Ca2+通道的开放，导致Ca2+过量流入，增加心肌收缩，进一步增加氧气消耗，也通过耗竭ATP并引发呼吸链中的电子泄漏，这些释放的自由电子与氧分子反应形成活性氧基，直接损伤心肌.此外，ROS还能促进炎性细胞因子TNF-α和IL-6释放，进而持续抑制肌质网中Ca2+泵，间接损害心肌细胞.

2.2 ISO介导的钙超载

ISO通过β肾上腺素受体结合、腺苷酸环化酶-环磷酸腺苷-蛋白激酶A(AC-cAMP-PKA)信号转导途径激活钙通道和慢钠通道，使钙内流和快钠通道离子流(If)电流增加，蛋白激酶A被激活，进而介导钙通道的磷酸化.磷酸化钙通道的钙内流增加，导致钙超载.细胞膜上的Ca2+-ATPase(钙泵)、Na+-K+-ATPase(钠钾泵)和Ca2+-Mg2+-ATPase(钙镁泵)在维持细胞内Ca2+浓度方面具有重要作用，其降低可引起细胞内钙超载，诱导心肌细胞凋亡.心肌细胞内Ca2+浓度升高可导致肌丝过度刺激，心肌收缩力和氧需求量增加，ATP降解，最终导致心肌细胞损伤.

2.3 ISO诱导炎症反应

研究[6]表明：应用ISO长期刺激β受体，可使血液中心肌炎性因子C反应蛋白(CRP)增高，心肌和血液中IL-6、TNF-α水平也升高，提示ISO可诱导心肌炎性反应.研究[6]显示：炎性细胞因子可通过各种机制使心肌收缩力下降，诱导左心室出现心室重构(VR)，诱导心肌细胞凋亡，从而促进心力衰竭(CHF)的发生.ISO通过NF-κB信号诱导体内和体外IL-6的表达，在一项ISO诱导心肌梗死的研究[22]中发现，经病理组织染色后，ISO能够上调心肌组织中IL-6和TNF-α的蛋白表达.RT-PCR结果显示：ISO能够提高心肌组织中白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平，还能提高诱导性一氧化氮合酶(iNOS)、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)、基质金属蛋白酶(MMP-2、MMP-9)、Ⅲ型胶原纤维(collagen-Ⅲ)的转录水平.免疫印迹检测发现：ISO能够诱导低氧诱导因子-1(HIF-1α)、血管内皮生长因子(VEGF)、核调节因子(Nrf-2)、NF-κB、环氧酶-2(Cox-2)、p-38MAPK、phospho-p38MAPK、ERK-1/2、phospho-ERK-1/2及Ⅰ型胶原纤维(collagen-I)、HIF-1α、VEGF和iNOS蛋白的表达，降低eNOS蛋白表达，说明ISO可通过诱发炎症反应而导致心肌损伤[23].

2.4 ISO诱导RAAS激活

肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)是一种内分泌系统，在心血管疾病的发生、发展中具有重要作用.已有研究[24]表明：大剂量注射ISO能使RAAS系统被高度激活，RAAS的激活与心肌损伤密切相关.血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)是RAAS系统的主要活性物质，可与AT1受体结合发挥作用，AngⅡ在促进心肌肥大、心肌纤维化、醛固酮(Aldo)的产生、水和钠的滞留以及交感神经系统的激活中发挥作用[25].AngⅡ通过激活钙通道增高细胞内Ca2+浓度，导致心肌细胞内钙超载；心肌中AngⅡ水平的持续升高不仅对心血管系统产生有害影响，还可刺激肾上腺使醛固酮(aldosterone，Ald)分泌增加，Ald具有独立于且相加于AngⅡ的心脏毒性作用.也有研究[3]发现：醛固酮具有导致心肌、血管的纤维化和重构作用，还具有胶原的沉着及降低心肌顺应性的作用，AngⅡ与Ald彼此相互加强，通过相同或不同的信号途径引发心肌肥厚、心肌纤维化及心肌功能下降.

2.5 ISO诱导细胞凋亡

研究[6]发现：用β肾上腺素受体(β-AR)激动剂长期刺激心肌组织或细胞，可诱发心肌细胞出现肥厚样改变及心肌细胞凋亡、焦亡，甚至坏死样改变.ISO可能的作用机制是激活p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)通路、TNF-α通路和IL-6通路.C-Jun氨基末端激酶(C-JNK)、细胞外信号调节激酶(ERK)和核因子-κB(NF-κB)的表达、激活与凋亡发生相关，通过上调Fas-FasL、Bax、c-myc等促进凋亡基因，下调Bcl-2、p53等凋亡抑制基因诱导细胞凋亡[26].GANESH K R等[27]研究发现：高剂量的ISO会使ROS生成增加，进而调控凋亡下游信号(Bcl-2、LC3(自噬标志物)、caspase-3等)诱导心肌细胞出现凋亡.

3 结 语

目前，心血管疾病发病率不断增加，人们在寻求与在体相似或相同的动物模型来观察药物的保护作用.随着对ISO作用认识的深入，在临床上和基础研究中目前已被广泛用于诱导建立动物心肌损伤模型，用于临床研究缺血性心肌病如心肌梗死(MI)、心肌重构(MR)、心力衰竭(MF)等的发病机制，为新药研发提供理论基础和依据.ISO用于诱导心肌损伤体内外模型，具有简单方便、死亡率低、易于建立、经济有效的优点，但损伤机制与给药时间、剂量的相关性等仍在探索中.作为传统的治疗肠道感染的具有悠久历史的小檗碱，随着对其药理学作用的不断深入挖掘，其药用价值不可小觑，无论是降糖，还是用于各种原因引发的心肌损伤，都显示出良好的应用前景.因此，未来需要更多的动物实验研究作为支撑，以便更早开发、更早应用于临床.

随着对小檗碱保护心血管作用研究的深入，相信小檗碱在心血管方面的作用未来会得到更有效的开发和利用，为小檗碱临床应用提供更多的药理学理论依据.