苷类中药单体减轻心肌缺血再灌注损伤机制的研究进展

张曾宇，陈嘉敏，卢圣花，胡雅琪，刘建和

近年来随着我国疾病谱不断改变，心血管疾病已成为首要死亡原因，急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）作为心血管疾病的主要类型，其发病率不断升高［1］。目前，再灌注治疗是AMI的主要治疗方案，但缺血心肌恢复血流灌注后可能引起心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI），进而影响患者预后［2］。研究表明，MIRI的原因较为复杂，涉及细胞凋亡、炎症反应、氧化应激等多种病理生理学过程及AMP依赖的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）、Janus激酶（Janus kinase，JAK）/信号转导与转录激活子（signal transducer and activator of tranions，STAT）、核转录因子红细胞系2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）/抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）/血红素加氧酶1（heme oxygenase 1，HO-1）、磷脂酰肌醇-3激酶（phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）/蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶（protein-serine-threonine kinase，Akt）等多条信号通路［3-6］。目前，西药治疗MIRI的效果不太理想。中药因具有多靶点、多途径、不良反应小等优势而受到临床的广泛关注。研究表明，含有苷类有效成分的中药具有抗心肌细胞凋亡、抗心肌细胞氧化应激、抗炎症反应等作用，可直接或间接地发挥抗MIRI效果［7-9］。本文从信号通路角度探讨了苷类中药单体减轻MIRI的机制，旨在为临床上采用苷类中药单体治疗MIRI提供理论支持。

1 AMPK信号通路

1.1 AMPK信号通路及其与MIRI的关系 AMPK是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，也是调控生物能量代谢的关键因素，其一般由较低的细胞能量状态激活，激活后的AMPK可被催化生成ATP并抑制ATP消耗，从而保持细胞能量的相对平衡。此外，AMPK还可以监控线粒体功能和细胞能量状态，同时通过增加细胞内烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）而提高依赖NAD+的沉默信息调节因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的活性，进而发挥生物学作用。研究发现，AMPK和SIRT1可调节过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1α，PGC-1α）活性并上调其表达，进而抑制氧化应激；此外，AMPK信号通路在线粒体生物合成、能量代谢过程中具有至关重要的调节作用［10-12］，其是多种人类疾病的潜在靶点［13-14］。在心血管系统中，激活AMPK可通过减少心肌细胞凋亡、抑制炎症反应和细胞自噬、减轻氧化应激、改善缺血后心肌恢复等多个途径而对MIRI发挥保护作用［15-16］。因此，AMPK信号通路可能是抗MIRI的重要途径。

1.2 通过AMPK信号通路减轻MIRI的苷类中药单体

1.2.1 田蓟苷 香青兰属于维吾尔药，田蓟苷是香青兰总黄酮中的主要有效成分。郭新红等［17］通过结扎大鼠冠状动脉左前降支制备MIRI模型，结果显示，田蓟苷可明显提高MIRI模型大鼠超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶活性，减少其心肌酶的释放，且呈现出一定的剂量-效应关系。LI等［18］研究证实，田蓟苷能有效提高大鼠AMPK、SIRT1、PGC-1α的mRNA和磷酸化AMPK、SIRT1、PGC-1α、核呼吸因子1（nuclar respiratory factor-1，NRF-1）、线粒体转录因子A、叉头转录因子O1（forkhead box O1，FOXO1）蛋白及ATP、NAD+水平，降低二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）、一磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、丙二醛（malonaldehyde，MDA）水平及AMP/ATP比值，增强SOD活性，从而减轻心肌梗死严重程度。

上述研究表明，AMPK信号通路可能是田蓟苷减轻MIRI的关键途径。

1.2.2 栀子苷 栀子苷是栀子中的重要有效成分，具有抗炎、保护心血管系统等作用［19］。LI等［20］研究显示，AMPK信号通路是栀子苷介导NLRP3炎性小体在MIRI期间发挥心脏保护作用的关键信号通路，研究者通过结扎大鼠冠状动脉左前降支制备MIRI模型，结果显示，栀子苷通过降低NLRP3炎性小体活性、抑制caspase-1和白介素（interleukin，IL）-1β的激活、促进磷酸化AMPK表达而达到抑制炎症反应并增加心肌细胞活力的效果，从而减轻MIRI，提示激活AMPK信号通路是减轻MIRI的关键机制。蔡智慧等［21］通过结扎大鼠冠状动脉左前降支制备MIRI模型，并给予栀子苷治疗，结果显示，栀子苷可有效降低MIRI模型大鼠凋亡蛋白p53、Bax水平，抑制心肌细胞凋亡，抵抗心肌再灌注损伤；此外，栀子苷还可以有效抑制MIRI引起的ROS水平升高，从而缓解氧化应激，进而发挥心肌细胞保护作用。

综上，AMPK信号通路是栀子苷减轻MIRI的重要途径。

1.2.3 其他 研究表明，金盏花苷E、红景天苷等多种苷类中药单体也可以通过激活AMPK信号通路而减轻MIRI［22-23］。

2 JAK/STAT信号通路

2.1 JAK/STAT信号通路及其与MIRI的关系 JAK是一种非受体型蛋白质酪氨酸激酶，其家族成员包括JAK1、JAK2、JAK3和酪氨酸激酶2（tyrosine kinase 2，Tyk2）［24］，其中JAK1、JAK2、Tyk2在结构上基本均有7个高度保守的Janus激酶同源结构域，其中Janus激酶同源1结构域具有激活自身磷酸化所需的基因序列，能够调节激酶活性且为STAT提供结合位点，而STAT是通路的下游调节蛋白，也是保护心脏的关键蛋白［25］。JAK/STAT信号通路是由相应质膜受体相互结合后初始激活的，之后结合受体进行二聚化并与细胞质膜内的JAK相连接，进而激活其生物活性；JAK相互靠近产生的转磷酸化糖蛋白130受体与STAT蛋白结合并使STAT蛋白发生磷酸化；最后，JAK与STAT蛋白两两结合形成同二聚体或异二聚体后进入细胞核，并与相应位点结合，从而调节下游基因转录活性，进而调控多项细胞生命活动［23-27］。

研究表明，JAK/STAT信号通路可参与心肌细胞的炎症反应、细胞凋亡等各项生命活动，其在心血管疾病的发生过程中发挥着关键作用［28］。苏燕胜等［29］研究发现，JAK2-STAT3信号通路被激活后会抑制促炎因子IL-6和肿瘤坏死因子α（tumornecrosis factor α，TNF-α）的表达并促进抗炎因子IL-10的表达，从而抑制心肌细胞炎症反应、减轻MIRI。KALOGERIS等［30］研究指出，线粒体中的ROS水平升高是MIRI心肌细胞凋亡增加的关键。刘胜中等［31］实验结果显示，JAK2-STAT3信号通路可以通过上调热激蛋白70（heat shock protein 70，HSP-70）的表达而增强SOD的活性，导致氧自由基ROS的生成减少，从而减轻氧化应激损伤及MIRI。此外，还有研究显示，JAK2-STAT3信号通路可以通过上调抑凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）的表达及下调caspase-3、Bcl-2蛋白相关X蛋白（Bcl-2associated X protein，Bax）和Bcl-2蛋白拮抗剂（Bcl-2 antagonist/killer，Bak）的表达等多条途径而达到抑制心肌细胞凋亡的作用［32-33］。

2.2 通过JAK/STAT信号通路减轻MIRI的苷类中药单体

2.2.1 圣草次苷 圣草次苷是柠檬果实的有效提取物，具有减轻氧化应激损伤、降血脂等作用。血清心肌肌钙蛋白I（cardiac troponin I，cTnI）、肌红蛋白（myoglobin，Mb）、磷酸肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzymes，CK-MB）是衡量心肌细胞损伤程度的经典指标［34］。李丽丽等［35］使用圣草次苷对大鼠进行预处理，结果显示，与对照组相比，圣草次苷中、高剂量组大鼠血清cTnI、Mb、CK-MB水平明显降低，心功能指标、心肌细胞变性及炎症浸润情况明显改善，促炎因子TNF-α、IL-6、IL-1β水平及JAK2/STAT3信号通路磷酸化水平明显降低，同时心肌损伤得到了较大程度的改善，推测圣草次苷可以通过调节JAK/STAT信号通路而减轻MIRI。

2.2.2 黄芩苷 黄芩苷是从中药黄芩中提取的有效成分。BAI等［36］研究表明，黄芩苷可以通过促进一氧化氮释放而保护MIRI模型大鼠心脏微血管内皮细胞（cardiac microvascular endothelialcells，CMECs）。XU等［37］研究结果显示，与对照组相比，黄芩苷可改善缺血/再灌注损伤大鼠心脏功能，下调心肌组织中JAK、STAT蛋白表达水平，降低MIRI后caspase-3、磷酸化JAK、磷酸化STAT、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、IL-1β水平，增加Bcl-2/Bax比值，说明黄芩苷能通过JAK/STAT信号通路抑制MIRI诱导的心肌细胞凋亡，减弱心肌炎症反应，进而达到保护心肌细胞的作用。

JAK/STAT信号通路是经典的抗MIRI途径，随着对中药苷类有效成分的深入研究，其或许成为中药苷类有效成分发挥心肌细胞保护作用的新靶点。

3 Nrf2/ARE/HO-1信号通路

3.1 Nrf2/ARE/HO-1信号通路及其与MIRI的关系 Nrf2/ARE/HO-1信号通路是重要的内源性抗氧化应激通路，广泛分布于心血管系统［38］。Nrf2是内源性抗氧化因子，可调控心肌细胞凋亡、自噬等，进而发挥抗心肌细胞损伤的作用；ARE是机体的一个抗氧化应激反应元件；HO-1是诱导型应激反应蛋白之一。机体的细胞在接触到多种氧化应激刺激时，Nrf2被激活并从Kelch样ECH关联蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein-1，Keap1）中解离出来，进而进入对应的细胞核中，与肌腱纤维瘤蛋白（muscle- aponeurotic fibrosarcoma protein，Maf）以异二聚体形式结合后再与ARE结合，进而启动二相酶基因的转录，参与调控谷胱甘肽、HO-1等一系列酶，起到抵抗多种内/外源刺激产生的氧化应激损伤的作用［39-41］。KHANDERAO等［42］研究表明，TNF-α可以激活Nrf2，提高谷胱甘肽浓度，并通过Nrf2/ARE/HO-1信号通路介导心肌细胞保护作用。朱晓洁等［43］利用钴原卟啉对大鼠进行预处理，结果发现，钴原卟啉通过诱导心肌细胞中具有抗氧化活性的应激诱导蛋白HO-1的过表达而对损伤心肌细胞发挥保护作用，分析其机制与Nrf2信号通路相关。LI等［44］研究发现，过氧化氢诱导的心肌细胞损伤与Nrf2信号通路密切相关，故推测Nrf2/ARE/HO-1信号通路是抗MIRI的重要途径之一。

3.2 通过Nrf2/ARE/HO-1信号通路减轻MIRI的苷类中药单体

3.2.1 汉黄芩苷 汉黄芩苷是从中药黄芩中提取的有效化合物，其可以通过抑制MIRI后细胞凋亡、炎症反应而起到保护心肌细胞的作用。李冰冰等［45］研究发现，在汉黄芩苷的干预下，缺血/再灌注损伤大鼠Nrf2、HO-1蛋白表达水平明显增加，提示汉黄芩苷可能通过激活Nrf2而诱导其下游基因HO-1的表达，进而提高心脏的抗氧化能力，减轻心肌再灌注诱发的氧化应激损伤；研究者采用HO-1活性抑制剂锌原卟啉Ⅸ抑制HO-1后发现，汉黄芩苷组大鼠氧化应激水平增高，心肌再灌注诱导的心肌损伤加重，提示汉黄芩苷通过激活Nrf2信号通路而减轻MIRI。

3.2.2 红景天苷 中药红景天多见于高寒地区，有较强的抗氧化作用，红景天苷是其主要有效提取物。目前研究表明，红景天苷不仅具有抗氧化作用，在MIRI中也具有较好的调节作用［46］。SOD为体内重要的抗氧化酶，具有减少自由基的作用。王秋静等［47］通过结扎大鼠冠状动脉左前降支的方法制备MIRI模型，结果显示，红景天苷可减少肌酸激酶（creatine Kinase，CK）、乳酸脱氢酶（lactic dehydrogenase，LDH）、天冬氨酸氨基转移酶（aspartate amino transferase，AST）的释放及ROS的生成，降低MDA水平，增加血清SOD、一氧化氮合酶的活性和一氧化氮水平，并在心肌组织中通过降低caspase-3活性而抑制心肌细胞凋亡，从而减轻再灌注引起的心肌损伤；进一步研究证实，MIRI模型大鼠心肌组织中磷酸化Nrf2水平降低，进一步证实红景天苷可能通过激活Nrf2信号通路而保护MIRI模型大鼠的心肌组织。

3.2.3 橙皮苷 橙皮苷是柑橘属植物果实中的有效提取物，目前研究表明，橙皮苷具有抗心肌缺血、抗心肌重构、抗心律失常等作用［48］。马振旺等［49］研究发现，橙皮苷能有效降低2型糖尿病模型大鼠血清LDH和CK-MB水平，改善心肌细胞代谢，上调抗氧化酶SOD的活性和GSH水平，抑制MDA和四羟基壬烯表达，进而发挥抗氧化作用；进一步研究发现，橙皮苷能有效上调SIRT1、Nrf2和HO-1蛋白的表达水平，但当SIRT1抑制剂发挥作用时，橙皮苷对相关蛋白的调控作用和抗氧化应激作用被抑制，提示Nrf2/SIRT1/HO-1信号通路可能是橙皮苷减轻MIRI的途径之一。

3.2.4 蒙花苷 蒙花苷是一种多见于中药野菊花、密蒙花等植物中的天然中药单体，具有调节血压、减少肝脏疾病发生、预防癌症等作用［50-51］。于倩［52］实验结果显示，蒙花苷预处理可有效提高心肌细胞存活率，降低LDH、caspase-3水平，并上调心肌细胞中Nrf2磷酸化水平，提示蒙花苷对心肌的保护作用可能与Nrf-2信号通路有关。

3.2.5 其他 研究表明，有多种苷类单体均通过Nrf2信号通路发挥抗氧化作用，如金丝桃苷通过Nrf2信号通路介导抗氧化蛋白HO-1的表达，进而减轻氧化性损伤［53］。

综上，Nrf2/ARE/HO-1信号通路或可能成为中药苷类有效成分减轻MIRI的重要途径。

4 PI3K/Akt信号通路

4.1 PI3K/Akt信号通路及其与MIRI的关系 PI3K是参与细胞增殖、分化、凋亡及过氧化氢酶产生等生命活动的信号传导分子，其由催化亚基p110和调节亚基p85构成，具有丝氨酸/苏氨酸激酶和磷脂酰肌醇激酶的活性［54］。Akt是PI3K/Akt信号通路的重要枢纽，在胞外信号分子的作用下，激活的PI3K能使Akt磷酸化，进而作用于糖原合成酶激酶3β、B淋巴细胞瘤-2基因相关启动子、caspase-9、雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）等下游靶点，从而发挥抑制细胞凋亡、促进细胞增殖等作用［55-56］。

PI3K/Akt信号通路与心血管疾病密切相关。研究发现，PI3K/Akt信号通路可以通过调控其下游靶点而促进心肌细胞增殖、减缓心肌细胞凋亡、抑制炎症反应等，进而减轻MIRI［57］。线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）是引起心肌细胞凋亡的关键物质，磷酸化Akt将糖原合成酶激酶-3β磷酸化后可抑制mPTP的开放，并上调抗凋亡因子Bcl-2，下调凋亡因子Bax、caspase-9等，从而减少心肌细胞的凋亡，同时PI3K/Akt信号通路可上调抑制蛋白NF-κB的表达，从而抑制心肌细胞凋亡及炎症反应，进而减轻心肌损伤［54，58-59］。哺乳动物是Akt的重要下游靶点之一，在细胞自噬过程中具有负调控作用，且能降低炎性递质对心肌细胞的损伤［60］。综上，PI3K/Akt信号通路在减轻MIRI方面发挥着重要作用。

4.2 通过PI3K/Akt信号通路减轻MIRI的苷类中药单体 三七皂苷R1（notoginsenoside R1，NGR1）是三七的特有成分，已被证实对多种组织和器官具有保护作用［61］。胡婷［62］研究发现，NGR1可以通过激活PI3K/Akt信号通路而降低Bax表达，上调Bcl-2表达，减少线粒体mPTP开放，抑制线粒体释放细胞色素C、细胞凋亡诱导因子及caspase-9、caspase-3等凋亡相关蛋白的活化，从而抑制线粒体途径的凋亡反应，保护心肌细胞，减轻MIRI；而PIK3抑制剂Y294002可使NGR1对心肌细胞的保护作用消失，推测NGR1可能通过调控PI3K/Akt信号通路而抑制细胞凋亡，进而发挥抗MIRI的作用。

此外，还有研究表明，亚麻木酚素、七叶胆苷、黄芪皂苷、栀子苷等也能通过激活PI3K/Akt信号通路而减轻MIRI［63-67］。

5 其他信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路分为ERK、JNK和p38三个分支，其在调节细胞自噬、促进细胞凋亡、促进炎症因子产生等过程中起到至关重要的作用［68-78］。阳飞等［79］通过构建MIRI模型大鼠发现，积雪草苷能通过抑制MAPK信号通路而下调Bax/Bcl2、磷酸化ERK1/2/ERK1/2比值和磷酸化p38 MAPK/p38 MAPK比值，抑制细胞凋亡，进而减轻MIRI。

SIRT1是一种去乙酰化酶，其能通过调控抗氧化应激和促凋亡因子而保护心肌细胞，且其下游蛋白FOXO1的低表达在抗氧化应激损伤中具有重要作用［80-81］。王国涛等［82］通过构建MIRI模型大鼠发现，松果菊苷可使大鼠体内SIRT1蛋白表达水平升高、FOXO1蛋白表达水平降低，进而发挥保护心肌细胞的作用；而SIRT1抑制剂EX527可逆转上述作用，表明松果菊苷可能通过激活SIRT1信号通路而抑制FOXO1蛋白的表达，进而减轻MIRI。

Toll样受体4（Toll like recepter 4，TLR4）是存在于细胞表面的天然免疫受体，与心肌缺血坏死释放的内源性因子结合后能激活核转录因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB），进而促进IL、肿瘤坏死因子（tumornecrosis factor，TNF）等炎性因子的生成，且炎性因子与TLR4结合后可进一步放大炎症信号，进而产生“炎症瀑布”级联反应［83］。胡黄连苦苷是从胡黄连中分离出的一种苷类单体，张博方等［84］研究结果显示，胡黄连苦苷能抑制心肌组织中TLR-4受体和NF-κB的表达，进而抑制促炎因子IL-6、TNF-α的表达，提示胡黄连苦苷可能通过TLR-4信号通路发挥减轻MIRI的作用。

6 小结与展望

目前，西药治疗MIRI的效果有限，且长期使用西药还存在较高的不良反应发生风险。而中药因具有多靶点、多途径、不良反应小等优势而受到临床的广泛关注，笔者通过分析、总结既往文献发现，苷类中药有效提取成分可以通过调控AMPK、JAK/STAT、Nrf2/ARE/HO-1、PI3K/Akt等信号通路而发挥抗心肌氧化应激、细胞凋亡及炎症反应等作用，从而达到减轻MIRI的效果。但现有研究仍存在一定局限性：首先，现有研究多停留在动物实验阶段，且实验方法较单一；其次，中药种类繁多，而目前研究多集中在部分已证实有效的苷类中药有效提取物方面，且中医讲究辨证论治及整体治疗观念，当下针对多靶点、多成分的复方制剂的研究相对较少。未来，随着技术不断突破及更多高质量研究成果的发表，相信会发现更多苷类中药有效提取物在减轻MIRI中的价值。

作者贡献：张曾宇、刘建和进行文章的构思与设计；张曾宇、陈嘉敏、卢圣花、胡雅琪进行文章的可行性分析；张曾宇、陈嘉敏进行文献/资料收集；卢圣花、胡雅琪进行文献/资料整理；张曾宇撰写、修订论文；刘建和负责文章的质量控制及审校，并对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。