高良姜素在动物/动物心肌细胞HF 发生发展中的抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗纤维化作用研究进展

童曼琳，尚茹茹，刘晓红

1 山西医科大学第五临床医学院，太原030000；2 山西省人民医院特需病房

心力衰竭（HF）是一种慢性疾病，是多种心血管疾病的最后阶段。心室重塑是HF 发生发展中的重要病理性过程，心肌细胞在持续的压力超负荷、缺血、缺氧、炎症等应激条件下，发生结构和功能的改变，包括左心室形态改变、心肌细胞肥大和间质纤维化、心肌细胞凋亡［1-2］。高良姜素是一种从高良姜的干燥根茎提取所得的天然类黄酮化合物，其生物活性广泛，有抗氧化、抗炎、抗凋亡及抗纤维化作用。高良姜素在HF 发生发展中的研究处于实验模型阶段（动物、动物细胞），临床研究较少，多为压力超负荷、异丙肾上腺素（ISO）或血管紧张素-Ⅱ（Ang-Ⅱ）诱导的小鼠或小鼠H9c2心肌细胞HF模型。近些年大量研究集中于高良姜素减轻动物/动物心肌细胞HF发生发展中的炎症及纤维化作用，机制与清除氧自由基、降低脂质过氧化、下调炎症因子表达、减轻炎症反应、抑制信号通路转导、抑制细胞因子表达等相关。现就高良姜素在动物/动物心肌细胞HF 发生发展中的抗氧化、抗炎、抗凋亡及抗纤维化作用研究进展综述如下。

1 高良姜素在动物/动物心肌细胞HF 发生发展中的抗氧化作用

氧化应激参与了HF 的发生和进展，它是指活性氧（ROS）的产生和内源性抗氧化防御机制之间的平衡失调［3］。ROS 可修饰兴奋—收缩耦合的中心蛋白质，直接损害心肌细胞的电生理活动和收缩机制，具有促纤维化功能，诱导心脏成纤维细胞增殖、胶原合成，被认为是心肌纤维化的关键因素［4］。在ISO诱导的小鼠心肌梗死/HF 过程中，小鼠心肌细胞因氧气和葡萄糖供应不完全而受伤，从而导致血清心脏标志物酶水平升高［5］。ISO 介导的ROS 生成可能是小鼠心脏标志物酶升高、氧化损伤和脂质过氧化的原因［6］。THANGAIYAN 等［7］发现，ISO 处理的小鼠血清标志物酶明显升高，予以高良姜素处理可显著降低血清标志酶水平，血浆和心脏组织匀浆中脂质过氧化物和脂氢过氧化物的水平均明显升高，心肌细胞脂质过氧化受到抑制［7］。高良姜素中C-2-C-3双键和C-3 羟基具有抗氧化潜力，使其具备抗氧化特性，进而保护心脏。研究［8］显示，超氧化物和单线态氧等自由基已经被证明可以被高良姜素清除。

在氧化应激条件下，亲电物质修饰Kelch 样环氧氯丙胺相关蛋白1（Keap1），使E3 连接酶复合物失活，阻止转录因子核因子E2 相关因子2（Nrf2）被蛋白酶体降解致使其大量积累，Nrf2 进入细胞核后可激活抗氧化反应元件（ARE），促使超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、血红素氧合酶1（HO-1）等抗氧化酶大量转录，发挥抗氧化功能［9］。HO-1 通过Nrf2/ARE信号通路发挥抗氧化作用。CHOI等［10］发现，高良姜素通过上调Nrf2/ARE 和cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）信号来增加HO-1 的表达，并且过氧化物酶体增殖物激活受体-γ 通过正调控Nrf2-CREB 和负调控转录因子核因子-κB（NF-κB），来介导高良姜素在小胶质细胞相关的神经退行性疾病的抗炎、抗氧化作用。在压力超负荷诱导的小鼠HF 模型中，高良姜素可明显上调Nrf2、HO-1、Keap1蛋白水平以及抗氧化蛋白酶（SOD、CAT、HO-1）活性，但其调控Nrf2、HO-1、Keap1蛋白在HF 过程中发挥抗氧化作用的具体分子机制尚不清楚［11］。研究［7］发现，高良姜素明显上调ISO 诱导的HF 小鼠中的SOD、CAT 活性。高良姜素通过清除ROS、降低脂质过氧化可减少小鼠心肌细胞损伤，阻止心肌纤维化发生，延缓小鼠HF 进展。高良姜素的抗氧化作用可能还与增加SOD、CAT、HO-1活性相关。

2 高良姜素在动物/动物心肌细胞HF 发生发展中的抗炎作用

在心肌损伤发生HF 过程中，大量炎症细胞聚集在损伤区域，产生大量的促炎因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-1β、IL-6、IL-18 等，使内皮细胞损伤、缺氧、组织坏死，从而导致心肌细胞肥大、纤维化［12］。高良姜素主要通过调节促炎因子和抗炎因子的表达，而发挥抗炎作用。高良姜素可抑制脂多糖刺激的BV2 小胶质细胞中的诱导型一氧化氮合酶和促炎细胞因子的表达，增强抗炎因子IL-10 的表达［10］。高良姜素可降低NF-κB 磷酸化、IκBα 磷酸化和核转位，进而抑制顺铂诱导的促炎因子TNF-α、IL-1β 和IL-6 的分泌，减轻顺铂诱导的肾毒性［13］。NF-κB 作为一种重要的转录因子，调节TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8 及IL-12 的表达，还能调节与免疫、细胞生长和凋亡相关的基因转录［14］。NF-κB p65 在心室重塑过程中被激活，并促进炎症因子的产生和释放。因此，抑制NF-κB p65 转录活性可改善心脏重构，并抑制促炎因子的表达。高良姜素可以抑制参与信号转导的蛋白的磷酸化。高良姜素降低IκBα 的活性，抑制IκBα的降解，阻止NF-κB的激活，从而调节抑制IL-6和TNF-α的产生。WANG 等［15］发现，压力超负荷诱导小鼠HF 过程中，NF-κB p65 和IκBα磷酸化作用增强，蛋白表达水平增加，而高良姜素可以明显降低小鼠心脏中NFκB p65 和IκBα 的表达，抑制促炎因子IL-1β、IL-6、IL-8的产生，减弱了炎症反应。在AngⅡ诱导的H9c2心肌细胞炎症反应中，高良姜素有抗炎效应。在压力超负荷诱导小鼠HF和Ang-Ⅱ诱导的H9c2心肌细胞HF模型中，高良姜素均可通过抑制NF-κB 磷酸化、降低炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-6等）表达而发挥抗炎作用。高良姜素使小鼠心肌细胞炎症介质明显下调，炎症反应减轻。

3 高良姜素在动物/动物心肌细胞HF 发生发展中的抗凋亡作用

心肌细胞的过度凋亡可造成心肌收缩单位持续性丧失，使心肌发生结构性病变，进而削弱心肌的灌注能力，在不良循环中导致HF，限制细胞凋亡可保护心脏。高良姜素在心肌细胞凋亡方面的研究较少，机制尚不明确，其抗心肌细胞凋亡作用可能与负责心肌细胞凋亡信号通路有关。蛋白激酶B（AKT）主要调控细胞存活和凋亡。最近研究表明，磷酸肌醇3-激酶（PI3K）-AKT 信号通路在HF 中起到重要的作用［16］。激活的AKT 可以直接使糖原合成酶激酶3β（GSK3β）磷酸化和失活，这一机制参与了压力超负荷诱导小鼠HF 发生发展的过程。研究表明，抑制PI3K-AKT-GSK3β 可减轻压力超负荷诱导的心肌纤维化，并阻断心肌成纤维细胞的激活和转化［17］。WANG 等［15］发现，压力超负荷引起小鼠重塑的心肌组织中PI3K、AKT和GSK3β的磷酸化水平均升高，心肌细胞凋亡增加，而这些作用均可被高良姜素抑制。Ang-Ⅱ刺激增加了小鼠H9C2 心肌细胞的凋亡率，增加了凋亡蛋白Bax 的表达，降低了抗凋亡蛋白Bcl2 的表达，而予以高良姜素处理，可以明显增加Bcl2 表达，降低Bax 表达，降低H9C2 细胞的凋亡率。由此可知，高良姜素抗心肌细胞凋亡作用不仅通过抑制PI3K-AKT-GSK3β 信号转导而实现，而且还可以影响凋亡基因表达来完成的。WANG等［15］证实了高良姜素在实验模型中包括体内（压力超负荷诱导小鼠）和体外（Ang-Ⅱ诱导H9c2 心肌细胞）均可发挥抗凋亡作用，启发了将其应用于临床上HF患者同样能发挥抗凋亡作用的可能性，当然尚需进行更多的实验模型和临床试验来验证这一潜力。

4 高良姜素在动物/动物心肌细胞HF 发生发展中的抗纤维化作用

心肌纤维化的特征是胶原周转异常、间质和血管周围胶原过度沉积［18］。胶原蛋白周转失调主要发生在成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化中，转化过程中涉及到α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达。α-SMA 赋予细胞收缩行为，分泌大量的细胞外基质（ECM）蛋白，在刺激因子转化生长因子-β1（TGF-β1）的促使下会增加ECM 蛋白的过度沉积，从而促进心肌纤维化的发生［19］。TGF-β超家族成员是心肌修复、重塑和纤维化的关键调节因子。Smad3是Smads 蛋白家族中最具特征性的成员，在肌成纤维细胞表型活化、ECM 合成刺激、整合素表达以及蛋白酶和抗蛋白酶分泌中发挥关键作用［20］。研究证实，高良姜素减弱了压力超负荷诱导的HF 小鼠模型中TGF-β1/Smads 信号表达，阻止了心肌成纤维细胞的增殖及ECM 合成。在THANGAIYAN 的研究中，我们可以得知高良姜素通过下调TGF-β1、Smad-2/3、α-SMA、纤维连接蛋白的表达来减少胶原积累，防止ISO 诱导的小鼠心肌纤维化，阻止了HF的发生［7］。

肌成纤维细胞产生基质金属蛋白酶（MMP）和金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP），MMP 可以降解ECM 蛋白，在心肌纤维化中起着关键作用，其中最主要的是MMP-2 和MMP-9［21］。正常情况下，MMP、TIMP 保持良好的平衡，维持ECM 的周转和稳态［22］。但在病理情况下，MMP和TIMP功能失衡，使ECM的合成和分解失衡并重新分布，加重心肌细胞纤维化［21］。ROS 可增加对ECM 蛋白的降解，增强MMP-2和MMP-9的表达活性，调节成纤维细胞增殖、分化，促进心肌纤维化［23］。在ISO 诱导小鼠HF 实验模型中，高良姜素通过调节ROS 活性及相关酶的生成，下调MMP-2、MMP-9 活性，降低了心肌细胞周围胶原、ECM 蛋白的表达，有效阻止了小鼠心肌纤维化［7］。

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）是一种被应激和炎症刺激激活的激酶家族，调节心脏成纤维细胞功能的多个方面，包括炎症反应、肌成纤维细胞分化、EMC转换和心肌细胞肥大［24］。MAPK家族由细胞外信号调节激酶（ERK）、p38MAPK 和c-Jun 氨基末端激酶（JNK）组成。ERK1/2 作为MAPK 信号通路的重要成员，可以直接修饰一系列转录因子，促进心脏基因表达，最终导致心肌细胞肥厚、心肌纤维化，从而发生HF［25］。研究［26］表明，GATA 结合蛋白4（GATA4）可以被磷酸化的ERK1/2 激活，从而增加GATA4 的DNA 结合能力和肥厚基因程序的激活。从WANG 等的实验中我们得知，高良姜素不仅可以通过PI3K-AKT-GSK3β 信号通路调节小鼠和H9C2心肌细胞凋亡，还可以调节MEK1/2-ERK1/2-GATA4信号通路，显著改善小鼠心功能，抑制心肌肥厚和纤维化。THANGAIYAN 的研究［7］表明，高良姜素可抑制ISO 诱导的大鼠JNK、ERK 和p38 的激活，减轻心肌纤维化，延缓HF。高良姜素明显下调了实验模型中HF 小鼠心肌纤维化标志物水平，减轻心肌纤维化及心室重塑，发挥抗纤维化作用。临床HF 患者在长期应激条件刺激下，发生心肌纤维化和心室重塑，导致心室结构功能障碍，高良姜素在HF 小鼠中表现出来的抗纤维化作用，可能成为逆转HF 患者心室重塑，改善心功能的新的干预途径。

综上所述，HF始于心肌损伤，发生氧化应激、炎症改变，导致心肌纤维化、心室病理性重塑，从而出现心室扩大或心肌肥大，最终导致泵衰竭。在动物/动物心肌细胞HF 发生发展过程中，高良姜素通过清除氧自由基、降低脂质过氧化发挥抗氧化作用，抑制NF-κB磷酸化、降低炎症因子发挥抗炎作用，抑制PI3K-AKT-GSK3β 信号通路转导、调节凋亡、抗凋亡基因表达发挥抗凋亡作用，下调MMP 活性、抑制TGF-β 表达、抑制成纤维细胞转化发挥抗纤维化作用。目前对高良姜素的研究主要基于动物/动物心肌细胞HF 上，在临床上研究较少，并且在调节PI3K-AKT-GSK3β、MEK1/2-ERK1/2-GATA4 等信号通路的具体分子机制尚未明确。但是高良姜素在减轻炎症、心肌纤维化的作用已被大量研究证实，其表现出来的治疗HF 的潜力十分可观，因此尚需大量的动物实验和临床试验才能将其应用于临床HF 患者的治疗中。