葛根素抗器官纤维化作用机制的研究进展

张 璋，陈卫民，毛 舜，谢赛飞，谢 辉*，郭锦材*

（1.湖南中医药大学，湖南 长沙 410208；2.长沙市口腔医院，湖南 长沙 410006）

器官纤维化是多种器官在外界或内源性因素刺激下引起成纤维细胞增殖或表型转化，器官内胶原蛋白生成增多。 器官纤维化病因复杂，是炎症、氧化应激及自身免疫等因素共同作用而形成[1-2]。 器官纤维化常表现为弹性丧失、组织硬化和瘢痕，严重影响患者器官功能，最终可导致器官衰竭[3-4]。 目前，尚无抗纤维化的特异性治疗方法，临床上以糖皮质激素及免疫抑制剂为主， 但两类药物常伴发严重的不良反应[5]。 天然药物具有疗效好、不良反应少等优点，因此，从天然植物中提取活性成分用于抗纤维化是当前的研究热点。 研究发现，葛根素（puerarin, Pue）、姜黄素等天然药物单体有较好的抗纤维化作用[6-7]。

Pue 是一种异黄酮类物质，是中药葛根主要生物活性成分[8]。 葛根可以用来治疗外感头痛、项背强痛、口渴、消渴等，具有解肌退热、生津等功效，属于无毒中药[9]。Pue 自20 世纪50 年代被分离鉴定以来，就开始作为异黄酮类植物提取物而使用，对心血管系统等有重要的药理作用[10]。 现代研究表明，Pue 在抗肿瘤[11]、抗氧化[12]、抑制炎症[13]等方面有重要作用，可用于治疗强直性脊柱炎[14]、糖尿病肾病[15]和心绞痛[16]等疾病。 研究发现，Pue 及其衍生物有抗纤维化作用[17]。 邹奥男等[18]研究发现，结构修饰后的7-O-[3-(4-吗啉基)丙基]葛根素抗氧化活性显著增强。 赵波等[19]研究表明，Pue 衍生物7,4’-二丙基葛根素和在碱性条件下合成的4’,7-O-二(N，N-二乙胺基)葛根素比Pue 抗氧化作用更强。 Pue 在引入糖基后得到葡萄糖苷衍生物，其抗肿瘤活性明显提高[20]。本文从Pue 抗心脏纤维化、肝纤维化、肺纤维化、肾纤维化、子宫纤维化作用机制的研究进展进行综述，总结其在抗器官纤维化中的机制，为深入研究Pue 抗纤维化的具体机制及临床应用提供参考。

1 Pue 抗心脏纤维化及其机制

心肌纤维化是多种心血管疾病发病过程中导致心力衰竭的重要病理过程。体内外实验证实，Pue 可作用于不同信号通路，减轻心肌纤维化。

蔡少艾[21]通过建立大鼠心脏纤维化模型，用Pue干预治疗6 周后，核转录因子红系2 相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2, Nrf2）表达增加，并向核内转移，与UDP-葡萄糖醛酸基转移酶1A1（UDP-glucuronosyltransferase 1A1, UGT1A1）的启动子结合，UGT1A1 表达上调，活性氧(reactive oxygen species, ROS)减少，Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维表达减少，提示Pue 可减少大鼠心脏胶原的沉积，从而逆转大鼠心脏纤维化。 CAI 等[22]通过将Pue 和血管紧张素Ⅱ干预心脏成纤维细胞后发现，ROS 减少，Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白-1 减少，Nrf2 进一步增加，Nrf2通过上调UGT1A1，抑制血管紧张素Ⅱ诱导的p38 促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）磷酸化，胶原蛋白表达减少，用特异的Nrf2 干扰小RNA 或Nrf2 抑制剂戊二醇抑制Nrf2 可减弱Pue 抗纤维化和抗氧化作用。 上述结果表明，Pue 通过激活Nrf2/ROS 通路，抑制心肌成纤维细胞（cardiac fibroblasts, CFs）的胶原蛋白表达和ROS 生成，以达到抗心脏纤维化作用。

王子宽等[23]研究发现，在小鼠压力负荷诱导的心肌肥厚模型中，与主动脉弓缩窄术组相比，Pue 联合主动脉弓缩窄术处理后，左室射血分数和左心室短轴缩短率显著提高，脑钠肽和β-肌球蛋白重链的mRNA均下降，下调血清中肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）和白介素-1β（interleukin-1β, IL-1β），上调Sirtl 蛋白水平，降低心肌细胞纤维化程度，提示Pue 可抑制心脏炎症反应和纤维化[23]。Pue 还可下调心肌转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1, TGF-β1）蛋白表达，从而改善心脏纤维化[24]。CHEN 等[25]通过皮下注射异丙肾上腺素建立小鼠心肌纤维化模型，Pue 干预后降低TGF-β1和核因子κB（nuclear factor-κB, NF-κB）表达，减轻心肌组织胶原堆积，其机制可能为Pue 通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体α/γ， 降低TGF-β1的表达，抑制NF-κB，从而抑制小鼠心肌纤维化。 上述动物实验发现，Pue 可改善心脏纤维化。 Pue 有抗心脏纤维化作用，NI 等[17]采用横主动脉缩窄术建立心肌纤维化大鼠模型，从而分离得到原代CFs，发现脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）诱导CFs 可上调多腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（poly ADP-ribose polymerase-1, PARP-1）、高速泳动族蛋白B1（high-mobility group protein B1, HMGB1）、炎性细胞因子、α-平滑肌细胞肌动蛋白（α-smooth muscle actin, α-SMA）、Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白，而Pue 可以减弱LPS 诱导的心肌纤维化，降低PARP-1表达，从而使HMGB1 表达降低，改善心肌纤维化，进一步提示在细胞实验研究基础上，Pue 有抗心脏纤维化作用，其可能机制为Pue 通过调节HMGB1 介导的Toll 样受体4（Toll-like receptor 4, TLR4）-NF-κB 信号通路，改善心肌纤维化。

LI 等[26]通过H2O2诱导人冠状动脉内皮间质转化（endothelial-mesenchymal transition, EndMT），Pue干预后，减少血管内皮钙黏蛋白和分化簇31 表达，抑制α-SMA 和成纤维细胞蛋白-1 上调，缓解H2O2诱导的EndMT，其机制可能为Pue 抑制ROS 产生，激活磷脂酰肌醇3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase, PI3K）和丝氨酸/苏氨酸激酶（serine/threonine kinase, AKT）通路，进一步减少EndMT，起到抗心脏纤维化作用。

综上所述，Pue 可通过激活Nrf2/ROS 通路、调节HMGB1 介导的TLR4-NF-κB 信号通路及抑制ROS 激活PI3K/AKT 通路等，起到抗心脏纤维化作用。

2 Pue 抗肝纤维化作用及其机制

肝纤维化是一个复杂的病理过程，是肝脏在遭受慢性损伤后，伤口持续愈合的病理生理过程，是肝硬化的早期阶段，最终可发展为肝细胞癌。 研究表明，Pue 有抗肝纤维化作用。

谭越峰等[27]研究表明，水飞蓟和葛根复合物对大鼠酒精性肝纤维化具有改善作用，水飞蓟和葛根复合物处理后，胶原沉积减少，肝组织损伤得到改善。 王静等[28]通过甘草葛根发酵组合物处理CCl4所致的大鼠慢性肝损伤模型后，与生理盐水组相比，TGFβ1、脯氨酸肽酶、透明质酸（hyaluronic acid, HA）均降低，提示甘草葛根发酵组合物对CCl4所致的大鼠慢性肝损伤模型有抗肝纤维化作用。

在葛根复合物的基础上，马婷等[29]研究发现，Pue 具有缓解酒精性肝纤维化的作用，Pue 干预后可减少CCl4诱导的肝纤维化大鼠肝组织中胶原沉积，肝小叶结构得到恢复，同时对肝组织具有保护作用，减少白介素-6（interleukin-6, IL-6）、TNF-α 等炎症因子损伤。在CCl4诱导的小鼠肝纤维化研究中，Pue对CCl4诱导的肝纤维化有保护作用，其机制可能通过抑制PARP-1 的表达，进而抑制NF-κB 和减少ROS 产生，达到抗肝纤维化作用[30]。WANG 等[31]在类似CCl4诱导小鼠肝纤维化的动物实验研究中，Pue 对CCl4诱导的肝纤维化有抑制作用，降低α-SMA、TGFβ1、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor, CTGF）及Ⅰ型胶原蛋白表达，其机制可能是通过抑制PARP-1 表达，从而抑制NF-κB 表达和ROS产生，从而达到抗肝纤维化作用。

学者们对Pue 抗肝纤维化的作用机制进行深入研究。 LI 等[32]在肝纤维化大鼠模型的研究中，用Pue干预后，肝纤维化大鼠的TNF-α、NF-κB 表达明显下调，TGF-β1 生成减少，Ⅰ型胶原减少，细胞外信号调节激酶1/2（extracellular signal regulated kinase,ERK1/2）的相对蛋白表达量下调，胶原纤维含量显著减少，成功地逆转了大鼠的肝纤维化，机制可能为Pue 降低星状细胞活化，减轻细胞外基质表达水平，抑制TGF-β1/ERK1/2 通路。 XU 等[33]通过Pue 对二甲基亚硝胺诱导的大鼠肝纤维化研究中发现，经Pue 处理后血清丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、HA、层粘连蛋白、Ⅲ型前胶原蛋白、Ⅳ型胶原蛋白水平显著降低，肝脏匀浆中羟脯氨酸和Ⅰ型胶原含量降低。 Masson 三色染色显示二甲基亚硝胺诱导的肝纤维化减轻，同时TGF-βl、Smad2、Smad3和α-SMA 在Pue 处理后特异性下调，Smad7 上调，由此发现，Pue 通过调节TGF-βl/Smad 通路，从而阻断肝纤维化进程。 董哲文等[34]研究发现，Pue 干预肝癌细胞的模型中，25、50、100 μmol/L Pue 可增加氧化物酶体增殖物激活受体-γ 的表达，下调TGF-β1和NF-κB p65 的表达，减轻肝纤维化，其可能机制为激活过氧化物酶体增殖物激活受体-α/γ，抑制NF-κB和TGF-β1 信号通路，起到抗肝纤维化的作用。

综上所述，Pue 可通过抑制TGF-β1/ERK1/2 通路、调节TGF-βl/Smad 通路及抑制NF-κB 和TGFβ 信号通路，起到抗肝纤维化的作用。

3 Pue 抗肺纤维化作用及其机制

肺纤维化是一种以慢性进行性肺实质损害为主要特征的疾病，严重破坏肺的功能和结构，其具有致命性。 研究发现，Pue 具有抗肺纤维化作用。

周帅等[35]对Pue 抗肺纤维化作用进行了研究，通过建立缺氧性肺动脉高压模型，结果发现，Pue干预后与模型组相比，上调超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶和总抗氧化能力水平，下调丙二醛（malondialdehyde, MDA），Jagged-1、Notch-3、Hes-5 表达降低，胶原纤维沉积减轻，显著改善肺纤维化。 丁大力等[7]发现，通过Pue 处理博来霉素诱导的大鼠肺间质纤维化模型，SOD 含量升高，MDA 含量降低，Pue 可减轻大鼠肺纤维化程度，其机制可能为Pue 增强SOD活力，降低MDA 含量，从而减轻炎症及纤维化程度。

在此基础上，HU 等[36]将不同浓度Pue 处理患急性呼吸窘迫综合征的婴幼儿肺成纤维细胞，结果发现，Pue 促进肺成纤维细胞凋亡，同时抑制肺成纤维细胞增殖和TGF-β1 的表达，上调Caspase3 表达，下调Bcl-2、TGF-β1 和Smad3 表达，抑制TGF-β1/Smad3 通路可降低急性呼吸窘迫综合征肺纤维化的炎症反应。 HASAN 等[37]通过Pue 对百草枯（paraquat,PQ）诱导的肺纤维化小鼠的研究发现，Pue 可通过抑制CTGF、TGF-β1、血管内皮生长因子、Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白，同时上调NF-κB、Nrf2 和α-SMA的表达，提高血红素氧合酶-1、SOD 和谷胱甘肽的水平，Pue 通过抑制miR-21 的表达，阻断PQ 诱导的卵泡抑素样蛋白1（follistatin like 1, Fstl1）通路和氧化应激，改善肺纤维化程度。 XUE 等[38]通过体内外实验研究发现，丹参酮ⅡA 和Pue 联合治疗特发性肺纤维化可抑制TGF-β1 或IL-6 通过JAK2-STAT3/STAT1 信号通路诱导成纤维细胞的活化和迁移，这表明丹参酮ⅡA 和Pue 可能通过减少炎症反应起到抗肺纤维化作用。

综上所述，Pue 可通过抑制TGF-β1/Smad3 通路、阻断Fstl1 通路起到抗肺纤维化作用。 Pue 与丹参酮ⅡA 联合应用也可通过JAK2-STAT3/STAT1 信号通路诱导成纤维细胞的活化和迁移，达到抗肺纤维化作用。

4 Pue 抗肾纤维化作用及其机制

肾纤维化是慢性肾病发展为终末期肾病的常见病理特征。 研究发现，Pue 有抗肾脏纤维化作用。

董小君等[39]对Pue 抗肾纤维化作用进行研究发现，Pue 可通过抑制内质网应激（endoplasmic reticulum stress, ERS）通路，防止细胞凋亡，预防肾纤维化的发生。在类似的肾纤维化小鼠模型研究中，H2O2诱导的氧化应激激活了上皮细胞凋亡和MAPK，而Pue 能逆转这一变化，降低NOX4 含量，改善肾纤维化，其可能机制为Pue 通过MAPK 信号通路抑制氧化应激诱导的上皮细胞凋亡[40]。WANG 等[41]通过Pue对单侧输尿管梗阻介导的肾损伤研究发现，Pue 可抑制炎症因子IL-1β、IL-6、 单核细胞趋化因子蛋白-1、细胞外基质相关蛋白、α-SMA、Ⅰ型胶原和波形蛋白的表达，在Pue 作用下，纤维化通路TGFβ1、Smad3 和炎症通路NF-κB p65、STAT3 的表达均受到不同程度的抑制，而Smad7 表达上调，结果表明，Pue 可通过调控NF-κBp65/STAT3 和TGFβ1/Smads 通路抑制炎症因子的生成，逆转小管损伤和小管间质纤维化。

综上所述，Pue 可通过抑制ERS 通路、调节MAPK信号通路及调控NF-κBp65/STAT3 和TGFβ1/Smads通路抗肾纤维化。

5 Pue 抗子宫纤维化作用及其机制

缺血-再灌注损伤是引起子宫纤维化，并使其功能障碍的重要原因。 LIN 等[42]通过缺血-再灌注损伤制备子宫纤维化大鼠模型，Pue 作用于Wnt/β-catenin通路，下调肥大细胞乳酶、TGF-β1 和α-SMA 的表达，进而改善缺血-再灌注损伤诱导的子宫纤维化。

Pue 抗纤维化作用体内实验见表1，Pue 抗纤维化作用体外实验见表2。

表1 Pue 抗纤维化作用体内实验

表2 Pue 抗纤维化作用体外实验

6 结语

综上所述，体内外实验研究表明Pue 有抗心脏纤维化、肝纤维化、肺纤维化、肾纤维化、子宫纤维化等作用。 降低炎性因子表达、调节氧化应激、抑制胶原蛋白表达及阻断胶原纤维异常沉积，是Pue 抗器官纤维化的主要作用机制。 Pue 抗心脏纤维化的主要分子机制是激活Nrf2/ROS 通路、调节HMGB1 介导的TLR4-NF-κB 通路及抑制ROS 激活PI3K/AKT 通路；Pue 抗肝纤维化的主要分子机制是抑制TGF-β1/EKK1/2 通路、调节TGF-β1/Smad7 通路；Pue 抗肺纤维化的主要分子机制是抑制TGF-β1/Smad3 通路、阻断PQ 诱导的Fstl1 通路、抑制TGFβ1 或IL-6 介导的JAK-2-STAT3/STAT1 通路；Pue抗肾纤维化的主要分子机制是通过MAPK 信号通路抑制氧化应激诱导的上皮细胞凋亡、抑制ERS通路、调控NF-κBp65/STAT3 和TGF-β1/Smads 通路；Pue 抗子宫纤维化的主要机制是抑制Wnt/βcatenin 通 路。 Pue 主 要 作 用 于TGF-β1、NF-κB、Nrf2/ROS 等信号通路起到抗纤维化作用，故TGFβ1、NF-κB、Nrf2/ROS 等是开发抗纤维化新药的主要靶点。目前，Pue 抗纤维化的研究多为动物实验和细胞实验，且这些研究未通过基因敲除、过表达等验证其靶点和结合位点。 后期需进一步完善实验验证其特异性靶点，且需进行临床试验，以便后期在临床中应用。 此外，Pue 有蛋白结合率高、毒性低等优点，但其半衰期短、体内消除快、与靶点结合时间短，因此，对Pue 进行结构修饰，提高其药效和生物利用度是后期开发抗纤维化新药的一个研究方向。