黄芪甲苷对缺血性心脏病保护作用的研究进展

贾伟伟 赵宇 李清禹 杨浩然 任珊 王淑秋 林岩(齐齐哈尔医学院 病理生理学教研室,黑龙江 齐齐哈尔 6006; 基础医学院; 佳木斯大学病理生理学教研室)

缺血性心脏病(IHD)又称冠状动脉粥样硬化性心脏病,简称冠心病,是一种以心脏血流量减少和心肌氧供不平衡为特征的临床表现综合征〔1〕。据统计,我国平均每年约有350 万人死于心血管疾病(CVD),而IHD 患者占比超过30%〔2〕。冠状动脉急性持续性缺血缺氧,引起心肌坏死称为急性心肌梗死(AMI),AMI 常伴有心肌坏死、炎症、心肌细胞肥大、毛细血管丢失和心肌重塑,最终可导致心力衰竭〔3〕。当前,生活方式干预、强化药物治疗、经皮冠状动脉介入术等治疗方式一定程度上可减轻症状和延缓病程进展,但并没有较好的方法能够逆转AMI后的心肌重塑与心功能的下降〔4〕。在《中国药典》(2015年版)中,黄芪用于治疗CVD、肾脏疾病、肝炎和皮肤病等。黄芪甲苷(AS)-Ⅳ是黄芪的主要活性成分之一。现代医学和药理学研究显示,AS-Ⅳ对多种CVD 具有治疗作用,如改善心肌纤维化、抑制炎症反应、抗氧化应激、调节心肌细胞能量代谢、增强心肌收缩力和抗心肌细胞凋亡〔5,6〕。心肌重塑是心脏在生理或病理刺激作用下,心肌细胞和心肌细胞外基质在细胞结构、功能、数量及遗传表型方面出现的明显变化即心脏的大小、形状和功能的变化,是导致心力衰竭发病和死亡的重要原因〔7〕。本文从IHD 发生后心室重塑角度对AS-Ⅳ保护IHD 的研究进展进行综述。

1 AS-Ⅳ抑制心肌细胞凋亡

细胞凋亡在AMI 后心肌细胞丢失中起重要作用,并参与随后的心室重构和心力衰竭的发生发展过程〔8〕。细胞凋亡参与多种生理或病理过程,其中线粒体介导的程序性细胞坏死和死亡受体依赖性细胞坏死是细胞凋亡的两条主要途径。B 细胞淋巴瘤(Bcl)-2 是内源性凋亡的重要调节因子,阻止线粒体通透性转换孔(mPTP)的开放,减少线粒体细胞色素(Cyt)-c 的释放,从而抑制细胞凋亡〔9,10〕。研究发现,转录因子GATA-4 对心肌细胞在应激条件下和适应性反应中起重要调节作用,GATA-4 促进Bcl-2表达,抑制细胞凋亡〔11〕。此外,磷脂酰肌醇-3 激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(PI3K/AKT)和糖原合成酶激酶(GSK)-3β 是细胞内重要信号转导途径,在细胞凋亡中也起着重要的生物学作用〔12〕。Luo 等〔13〕研究证实AS-Ⅳ可抑制凋亡的发生,给予SD 大鼠AS-Ⅳ(5 mg/kg)连续灌胃3 w 后,建立离体心脏缺氧/复氧模型,对AS-Ⅳ预处理的H9c2 细胞进行缺氧/复氧处理,结果均显示线粒体中Bcl-2 的表达上调,稳定线粒体膜电位(MMP),阻止mPTP 开放,减少Cyt-c 释放,最终抑制凋亡的发生。Liu 等〔14〕对C57BL/6 小鼠进行AS-Ⅳ(100 mg/kg)灌胃预处理,2 w 后腹腔注射柯萨奇病毒B3 诱导病毒性心肌炎,造成心肌损伤,结果发现经AS-Ⅳ治疗后的小鼠脂肪酸合成酶(Fas)、Fas 配体(FasL)、裂解半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-8 和裂解Caspase-3 等促凋亡基因的表达降低,证明AS-Ⅳ可以抑制Fas/FasL 死亡受体途径心肌细胞凋亡的发生。Yang 等〔15〕用AS-Ⅳ治疗缺氧/复氧条件下的心肌细胞H9c2,结果显示AS-Ⅳ可上调GATA-4 基因表达和Bcl-2 蛋白的表达,抑制了缺氧/复氧诱导H9c2 的细胞凋亡。Wei等〔16〕研究证明,AS-Ⅳ(5、10 mg/kg)可以通过调节PI3K/AKT/ GSK-3β 信号通路减轻大鼠的心肌损伤。

2 AS-Ⅳ改善心肌肥厚

心肌肥厚是心脏对多种生理和病理刺激的适应性反应,AMI 发生后的心肌肥厚在最初阶段是代偿性的,随着时间推移,最后变成失代偿性心肌肥厚〔17〕。钙敏感受体(CaSR)的活化和氧化应激均参与心肌肥厚发展〔18,19〕。氧化应激表现为氧化系统与抗氧化系统之间的不平衡,活性氧(ROS)是心肌细胞肥大的关键因子。核因子促红细胞生成素相关因子(Nrf)2/血红素加氧酶(HO)-1 是一种存在于人体所有细胞中的蛋白质,其上调HO-1 的表达以减少氧化应激,从而延缓心肌肥厚的进展〔20〕。Lu等〔19〕研究结果证明AS-Ⅳ通过抑制CaSR 的激活,下调了Ca2+/钙调蛋白依赖蛋白激酶(CaMK)Ⅱ/钙调磷酸酶(CaN)的信号通路,从而减轻了异丙肾上腺素(ISO)诱导的心肌肥厚。AS-Ⅳ通过激活Nrf2/HO-1 信号传导抑制ROS 的产生,从而保护心肌细胞肥大。Nie 等〔21〕研究结果显示AS-Ⅳ高剂量组Nrf2 及其下游基因HO-1 的表达增加,证明AS-Ⅳ通过上调Nrf2 来改善心功能,抑制心肌肥厚,这种作用部分是通过刺激Nrf2/HO-1 信号通路来实现的。

3 AS-Ⅳ抑制心肌纤维化

心肌纤维化的特征是心脏内细胞外基质(ECM)蛋白沉积过多。在缺血损伤时,心脏经历了一个由大量细胞驱动的动态重塑过程,这些细胞主要包括心肌细胞、内皮细胞、免疫细胞和心脏成纤维细胞〔22〕。心肌成纤维细胞在受损伤组织内过度沉积,增加心脏硬度,导致心脏功能障碍。研究发现,NLRP3 炎症小体信号及其下游细胞因子反应在心脏纤维化中起着重要作用。NLRP3 炎症小体激活后,NLRP3、Caspase-1 和白细胞介素(IL)-18 的分泌增加,进而刺激肌成纤维细胞合成大量胶原〔23〕,AS-Ⅳ能显著降低小鼠心脏组织中NLRP3、Caspase-1 和IL-18 的mRNA 水平,提示其抗纤维化作用可能是通过抑制NLRP3 炎症途径介导的。Wan 等〔24〕研究结果显示AS-Ⅳ可以通过NLRP3 炎症途径抑制心肌纤维化。转化生长因子(TGF)-β/Smads 信号是导致各种组织纤维化的主要途径〔25〕,瞬时受体电位(TRPM)7 作为一种重要的促成纤维细胞增殖和分化的介质,可促进ECM 样胶原Ⅰ的合成〔26〕。Lu等〔27〕研究证明缺氧刺激可以增加TRPM7 蛋白的表达,AS-Ⅳ通过抑制TRPM7 蛋白的升高而对抗缺氧诱导的心肌纤维化。miR-135a 是TRPM7 的上游调节因子,通过TRPM7 通道具有抗心肌纤维化的作用〔26〕。Wei 等〔28〕研究发现,经AS-Ⅳ治疗后miR-135a 水平恢复到正常状态,同时TRPM7 的表达显著降低,证明AS-Ⅳ可通过TGF-β/Smads 途径抑制心肌纤维化。研究表明,AS-Ⅳ通过抑制ROS 介导的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号的激活,有效地抑制了ISO 诱导Ⅰ型胶原合成,抑制纤维化的发展,保护心肌〔29〕。

4 AS-Ⅳ促进血管生成

血管生成是在原有血管基础上形成新的血管,已被证明可以重建缺血心脏组织的血运,减少组织梗死的进展, IHD 的主要病理生理原因是动脉粥样硬化,冠状动脉粥样硬化导致冠状动脉阻塞,导致心肌缺血、心肌梗死(MI)和IHD〔30〕。PKD-HDAC5 通路在血管内皮生长因子(VEGF)转录调控和血管生成中起重要作用,蛋白激酶(PKD)1 在体内外均表现出明显的血管生成作用〔31〕,PKD1 与HDAC5 相互作用,上调HDAC5 调节的基因表达,以促进心肌细胞VEGF 基因的特异性表达〔32〕。研究表明,AS-Ⅳ可能通过PKD1-Ⅱa 类组蛋白脱乙酰基酶(HDAC)5-VEGF 途径促进MI 大鼠心肌组织的血管生成〔33〕。研究发现, AS-Ⅳ 〔 0.1、0.3 和1.0 mg/(kg·d)〕治疗6 w 后可促进缺血心脏血管生成,血管密度增加,特异性内皮细胞标志物CD31和VEGFmRNA 表达增加。此外,AS-Ⅳ还诱导Janus激酶(JAK)和信号转导与转录激活因子(STAT)3磷酸化,AS-Ⅳ通过JAK-STAT3 途径促进血管生成〔34〕。Cheng 等〔35〕研究证明,AS-Ⅳ促进血管生成是通过调节PTEN/PI3K/Akt 信号通路发挥的。

综上,当发生心肌缺血时,会发生一个心肌组织重塑的过程,包括细胞成分、信号分子、ECM 之间复杂的病理生理的相互作用,心肌组织重塑的进程越早被中断,心脏功能就越可能完全恢复正常。AS-Ⅳ及其衍生物涉及多种IHD 保护作用,研究仍处于动物和细胞模型基础研究阶段,深入了解AS-Ⅳ在IHD 中分子机制仍需引起重视。由于AS-Ⅳ的“多靶点”效应,使其有望发展成为治疗IHD 药物。