中医药治疗干眼作用机制分析

曹丽媛,蒋鹏飞,颜春薇,刘 培,彭 俊,彭清华*

(1.湖南中医药大学,湖南 长沙 410208;2.湖南中医药大学第一附属医院,湖南 长沙 410007)

干眼(Dry eye disease,DED)是最常见的眼表疾病之一,常见的症状包括干涩感、灼热感、痒感、眼红、视力模糊、视力波动和视觉疲劳等,严重者还会发生角膜上皮剥离、丝状黏附和角膜溃疡等病变,极大影响患者工作和生活质量。全球干眼患病率差异较大,美洲5%～7%左右,亚洲发病率则高达40%～70%,均呈现逐年上升趋势[1]。2017年以前DED被定义为眼部紊乱性疾病,病因是泪液的质量或分泌量异常而导致眼部损伤和眼表损坏[2]。2017年TFOS DEWS II定义和分类报告(TFOS DEWS II)将干眼定义为因泪膜稳定性下降和眼部症状而导致的泪膜不稳定、眼表面炎症和损伤以及神经传感异常的眼表面疾病[2]。虽然DED的致病机制尚未完全被阐明,但改善DED的眼表面炎症情况依然是其主要的治疗手段,目前临床治疗多为局部持续使用人工泪液和非甾体抗炎药(Nonsteroidal antiinflammatory drugs,NSAIDs),它们有限的水溶性提高了配方的成本[3]。为了规避溶解性配方问题,延长眼表面药物疗效并稳定泪膜及降低DED药物的成本,越来越多的眼科学者开始研究副作用小且价格低廉的中草药来治疗干眼[4]。中医药(Traditional Chinese medicine,TCM)是我国传统医学,以其独特的理论基础和临床效果受到广泛关注,国内外多个研究报道了中医药复方在DED治疗中的临床效果和药理机制[5]。中药复方具有多组分多靶点的特点,可通过作用于DED不同病理过程起到治疗作用,包括抗凋亡、抗炎和抗氧化应激等,但其作用机制尚未完全阐明[6]。既往研究显示,中医药在改善干眼的临床症状、延长泪膜破裂时间、改善角膜荧光染色等方面确有疗效[7]。本研究将对参与DED病程的因素和相关信号通路以及中医药防治的作用机制等研究成果进行阐释与讨论。

1 DED的病理过程

DED是一种慢性复发性眼部炎症性疾病,病理过程复杂,涉及泪膜不稳定、泪膜过氧化、眼表损伤和眼表炎症等多个方面[8],最终导致泪膜稳定性下降[9]。泪膜渗透压延长(局部或弥漫区域)诱导眼表上皮细胞和常驻免疫细胞中的应力信号传导,并引起先天性炎症因子的大量增加,通过丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)途径并增加促炎细胞因子(如IL-1β,IL-2,IL-6和TNF-α等)、趋化因子、基质金属蛋白酶以及细胞凋亡因子的分泌,导致适应性T细胞介导的免疫反应[10-11]。

2 炎症信号通路在DED病变中的作用机制

DED病变机制复杂,目前体内和体外研究皆证实炎症是DED病变的核心,p38/MAPK、NF-κB、Wnt、TLR以及PI3K/AKT等信号通路已被证实参与了DED病变发展的全过程[12-14]。

2.1 p38/MAPK信号通路

MAPK的家族成员是大多数信号转导途径的关键激酶。MAPK信号通路存在于大多数细胞内,参与炎症反应,是DED病变的关键通路之一[15]。氧化应激可以激活MAPK信号通路以诱导炎症细胞因子的产生,并产生一系列下游变化,最终导致DED[16-17]。DED小鼠模型的淋巴结和结膜中的两个Th17子集具有更高的磷酸化MAPK和JNK,通过p38/MAPK可有效将IL-17A表达维持在Th17细胞中。此外,两种Th17群的过度转移表明其在DED中的等同致病性[18]。HAO及其组员通过将一种新型G蛋白受体激动剂(Glucagon-like peptide-1 receptor agonists,GLP-1RA)施加到干眼动物模型中,达到了非常好的治疗效果;GLP-1RA的治疗显著增加了DED小鼠泪膜的破裂时间,完善了角膜和结膜组织的形态特征,并逆转了DED小鼠中结膜角膜细胞的损伤。不仅如此,GLP-1RA通过抑制MAPK信号通路的磷酸化,显著降低了DED小鼠的眼表面中的氧化应激和炎症发育[19]。HSU等[20]使用Westernblot蛋白印迹来评估油孔素对核因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)和MAPK信号通路的影响,发现抑制JNK1/2和P38/MAPK信号传导途径的磷酸化,可降低IL-6、MCP-1和SICAM-1等炎症因子的分泌,减少眼表面炎症。MAPK信号通路已被证实与眼表面炎症有关[21,22]。此外,多项研究认为可以通过干预MAPK信号通路来治疗DED。

2.2 NF-κB信号通路

NF-κB是一类关键性的核转录因子,以二聚体的形式发挥功能,调节涉及免疫、炎症的基因[23]。NF-κB信号通路也是最经典的炎症信号通路之一,广泛存在于多种类型的细胞中,近年来研究发现NF-κB在眼角结膜的发育过程中发挥重要作用[24]。WEI等[25]通过新西兰兔建立DED动物模型并使用氢溴酸东莨菪碱(Scopolamine Hydrobromide,SCOP)治疗,通过调节α7NACHR/NF-κB信号通路来缓解干眼的炎症。此外,FAN等[26]发现β-氨基甲酰马来酸(N-Carbamoylmaleamic Aicd,NCA)可通过调节TLR4/NF-κB/NLRP3信号传导来减轻啮齿动物模型的干眼症状,证明了NCA的预处理可阻碍TLR4和下游NF-κB/NLRP3信号蛋白的上调。ZHANG等[27]通过干燥应激诱导的干眼模型证实了秦皮乙素对角膜上皮细胞的保护作用,表明秦皮乙素可通过清除自由基和通过Nrf2信号传导的激活来保护人角膜上皮细胞免受氧化损伤。NF-κB可广泛发挥作用,眼部病变中NF-κB都有不同程度的激活,调节病变过程中有关蛋白质的基因表达。通过DNA损伤以及大多数信号转导途径激活,触发细胞质NF-κB的激活以刺激炎症反应,导致NF-κB的过度表达以及促炎反应,NF-κB能调节多种参与炎症反应的细胞因子、黏附分子以及蛋白酶类的基因转录过程,与炎症的发生密切相关[28]。

2.3 Wnt通路

Wnt是由果蝇的Wingless基因和小鼠的Int1基因组合而成的一类分泌型糖蛋白,可参与调控细胞增殖、分化及凋亡等过程,并能影响角膜血管生成和重塑。根据下游是否受β-catenin的控制,Wnt信号通路主要分为3种:经典Wnt信号通路、Wnt/c-Jun氨基末端激酶(JNK)和Wnt/Ca2+非经典信号通路[29]。Wnt信号传导途径是通过Wnt配体与细胞膜受体的结合激活的一组多功能信号转导途径,参与了细胞的各种生理和病理过程,包括干眼疾病的发生过程。作为调节细胞增殖、分化和凋亡的信号传导途径,Wnt信号分子是血管形态发生中的关键调控因子,其信号成分的缺失或突变会导致多种新生血管性眼病,如角膜新生血管性眼病、视网膜新生血管性眼病和脉络膜新生血管性眼病。Wnt/β-catenin信号传导,也称为规范Wnt信号传导,是一种介导细胞发育和增殖的关键途径。Wnt信号在角膜新生血管的形成中起着关键作用,抑制Wnt信号通路的异常激活可为干眼疾病提供新的治疗理念[30]。

2.4 TLR通路

当前的研究表明,Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)和信号通路的调节有助于减少或防止干眼中的炎症反应过程,因此在干眼的治疗和预防中,对TLR信号通路的调节和控制具有重要意义。LI等[31]在干眼的发病机理研究中分析了TLR信号通路的作用原理,并讨论了不同干预方法对干眼TLR途径的影响。TLR在触发先天免疫反应中具有关键作用,TLR可激活眼表面的各种促炎细胞因子、趋化因子和抗菌肽,组织蛋白5通过TLR-NF-kappa B途径抑制促炎细胞因子的表达,富组蛋白5的应用可减少眼表面中相关的TLR信号传导和先天免疫炎症[32]。与配体结合后,TLR会触发下游信号级联反应,影响转录因子的激活,如激活蛋白-1、干扰素调节因子和核因子Kappa-light链等。TLR信号传导的启动会触发炎症并激活先天和适应性免疫反应[33],TLR受体信号传导的过度激活也可能导致自身免疫性和炎症性疾病的发作。LUCHNER M等[34]通过深入研究,发现调控TLR通路可以减轻过度的免疫激活并调节先天免疫信号传导。

2.5 PI3K/AKT通路

PI3K是一个细胞内脂质激酶家族,是PI3K/AKT信号通路上游的关键元素。蛋白激酶B是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,被认为是PI3K下游最重要的效应激酶之一,也是PI3K/AKT信号途径的核心。PI3K/AKT途径的激活始于RTK的PI3K激活[35]。感觉神经通过降钙素基因相关肽(Calcitonin gene related peptide,CGRP)介导的巨噬细胞转化为M2(CD163/CD206)表型,并通过PI3K/AKT信号传导途径促进角膜炎症、CGRP抑制角膜炎症,并通过PI3K/AKT信号通路促进巨噬细胞向其他表型的转化[36]。藏红花素可以通过激活PI3K/AKT并抑制NF-κB信号通路来影响视网膜病理[37]。ZHU等[38]通过对分子信号通路进行分析,使用mRNA测序来探索相关的基因本体。可通过蛋白质印迹和实时逆转录-定量聚合酶链反应,验证AKT信号通路和相关炎症因子的水平。DNA甲基转移酶3B辐射的DNA甲基化和PI3K/AKT/MTOR信号传导参与调控了小鼠模型中碱诱导的角膜损伤[39]。PI3K/AKT信号通路的激活对于角膜上皮祖细胞中泪膜的活性氧(reactive oxygen species,ROS)刺激细胞增殖至关重要,PI3K/AKT信号传导途径对于角膜上皮祖细胞的ROS介导的高增殖必不可少,PI3K/AKT信号通路在促进细胞周期进程中起着重要作用[40]。国外学者在干眼患者的泪膜中已经确定了ROS和氧化应激水平的升高,还确定了SD小鼠中的干眼表型。SD小鼠模型中,实验结果表明ROS水平较高可能导致干眼病下眼表的某些病理变化,PI3K/AKT信号通路激活可促进角膜的增殖和伤口愈合[41],PI3K/AKT信号通路的激活将降低角膜损伤。此外,PI3K/AKT信号通路已被证实与许多生物学过程有关,包括细胞周期、迁移、增殖和凋亡,提示信号通路与DED密切相关[42-43]。

3 中药调控相关信号通路治疗DED

3.1 抑制氧化应激

抗氧化剂是在低浓度时有效抑制自由基氧化的物质,通过捕获过多的自由基以中和自身,减少由氧化应激造成的损害。抗氧化剂可有效清理体内过多的自由基并预防各种疾病[44]。许多研究证实,中草药中含有的天然抗氧化活性成分,可以清理和减少生物体中自由基造成的损害[45-48]。同时,中草药也可以有效增强免疫力。根据中草药中存在的主要抗氧化成分,抗氧化剂可以分为苯基己二糖苷、人参皂苷、类黄酮、生物碱、雌激素和多糖[49]。决明子提取液和黑麦冬已被确认为抗氧化剂,因此含有这些中草药成分的口服抗氧化剂以及补充剂可能会增加泪膜的产生,从而通过减少氧化应激损害来减轻一般的干眼症状,口服抗氧化剂及补充剂可以增加泪液产量并改善泪膜的稳定性。抗氧化剂疗效安全,可以用作DED患者的常规人工泪液疗法的辅助治疗[50]。菊花对缓解眼睛疲劳具有积极影响,在炎症治疗中有重要的活性作用,如抗炎、抑制氧化应激和神经保护等[51]。人参皂苷是人参的主要活性成分,已被证实对多种疾病具有多种药理作用[52]。YI等[53]研究人参皂苷在炎性体介导的炎症反应中的作用,强调人参皂苷可通过选择性炎症靶向来治疗疾病。类黄酮可提高机体抗氧化和清除自由基的能力,槲皮素是最典型的类黄酮之一,槲皮素作为一种重要的类黄酮,具有多种特性,如降低血压、降低血糖、抗氧化、抗病毒、抗炎、抗菌等[54,55]。多糖作为中药的有效成分之一,具有抗氧化、抗病毒、改善免疫力等作用。中草药中的多糖成分来源广泛,许多植物中的多糖成分具有显著的抗氧化作用,其主要通过内源性抗氧化应激,和Nrf2途径调节下游抗氧化剂酶的表达。这些抗氧化剂可以进一步阻断自由基链反应,从而减少自由基的产生。多糖有效成分可通过多渠道发挥效应,在抗氧化剂开发方面已取得很大进展[56]。

3.2 减轻炎症反应

炎症反应是DED病变的重要机制,抗炎是关键措施。密蒙花滴眼液能降低干眼小鼠泪腺MMP-3、MMP-9、TNF-α及降低干眼小鼠眼结膜中NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β和IL-18的表达。研究表明,密蒙花可缓解角膜上皮损伤,并抑制DED小鼠模型结膜中的NLRP3炎症反应[57-58]。白藜芦醇是一种从植物虎杖中分离出来的天然多酚化合物,可以通过调节多种途径,包括炎症、脂质代谢、氧化平衡状态等,减少促炎细胞因子的分泌和表达。进一步的研究表明,白藜芦醇可以通过激活AMP的蛋白激酶α(AMPKα)-SIRT1途径增强AMPKα的磷酸化并抑制NF-κB炎症信号通路。姜黄素是从植物姜黄及天南星根茎中分离出来的天然酚类色素,研究表明,姜黄素具有不同的药理学作用,如抗氧化应激、清除无氧自由基和抗炎。姜黄素可以调节多种转录因子,包括NF-κB、Nrf2、雌二醇结合蛋白类似物、碳水化合物结合蛋白、ATF3、p53和PPAR-γ等,姜黄素还可以通过其抗炎活性发挥保护作用[59]。山柰酚(Kaempferol,KM)存在于银杏和蜂胶中,据报道其具有抗炎、抗氧化应激和抗肿瘤活性作用,研究表明,将含有KM的缓冲液放入兔子眼中可以增加泪液分泌和修复角膜上皮细胞而不会产生刺激性作用[60]。黄芪提取物可通过调节PKC-α-ERK1/2-NF-κB对人角膜上皮细胞炎症分子产生影响[61]。

3.3 抑制细胞凋亡

发生干眼时,泪腺腺泡、结膜上皮、角膜内皮细胞可出现凋亡异常,造成眼部组织的损伤和破坏。炎症和凋亡共同作用于干眼的发病过程,研究表明,TCM对眼损伤的保护作用与程序性细胞死亡有关,与细胞凋亡关系最为密切[62]。枸杞多糖可发挥抗毒性、抗炎和抗凋亡作用,通过抗氧化、神经保护、视网膜屏障保护和免疫调节的作用机制,枸杞多糖对视网膜疾病如青光眼、缺血/再生型损伤、黄斑损伤以及糖尿病性视网膜病等具有良好的改善作用,这对DED的治疗具有启发作用。另一份报告指出,枸杞子可以通过增加泪液产量和保护眼表面细胞来改善大鼠的DED症状,并且在肝脏及肾脏中未观察到毒性作用[63]。地黄提取物有抑制氧化应激、炎症和细胞凋亡的作用,可用于DED的一般治疗[64-65]。

3.4 细胞修复

角膜细胞的炎症以及细胞修复不当会导致角膜上皮变性和营养不良、疤痕形成及新生血管形成[66]。姜黄素具有多种作用,可作为清除活性氮和活性氧的天然抗氧化剂,或用作抗炎剂,促进血管生成以治疗角膜疾病[67]。ZHANG等通过鼠干燥应激诱导的干眼模型证实了秦皮乙素对角膜上皮细胞的保护作用。这些数据首次显示,秦皮乙素可通过清除自由基和Nrf2信号传导激活,来保护人角膜上皮细胞免受氧化损伤。通过调节Bcl-2、Bax和Caspase-3蛋白表达,对细胞活力的预处理可显著增强细胞活力,同时减少H2O2处理的人角膜上皮细胞的细胞凋亡。一项研究报告指出,ERK1/2通路与慢性眼表面炎症相关,局部施用秦皮提取物可以使ERK1/2通路失活,增强环孢素A的抗炎功能,改善兔干眼模型中DED的症状[68]。中国草药鬼针草含有雄激素样的化合物类黄酮,可以缓解雄激素缺乏症相关的干眼症状,口服鬼针草提取物可以促进泪液分泌、增加泪膜稳定性,并减轻泪腺炎症因子(IL-1β、FASL和TNF-α)表达[69-72]。单味中药有效成分调控相关信号通路治疗干眼的研究进展,见表1。

表1 单味中药有效成分调控相关信号通路治疗DED的研究进展

4 结语

综上所述,中医药治疗干眼的作用靶点呈多元化,单味中药有效成分可以通过相关信号通路干预DED的形成过程,并对干眼症状有治疗作用。基于中药单体信号通路分子的研究,更加有利于未来中医药对于疾病的精准靶点治疗,增加中医药精准治疗干眼的疗效。MAPK、NF-κB、Wnt、TLR以及PI3K/AKT等多个信号通路在DED形成过程中,主要通过增强信号传递、减少这些信号通路分子的磷酸化,从而改善DED症状。国内外大量研究表明,中医药具有多途径、多靶点、多效应以及副作用少等优点,随着许多中药治疗干眼的有效单体成分被逐渐开发,中医药的治疗作用得到广泛认可,其中以滋阴生津类药物为主,契合《证治准绳》中“火郁蒸膏泽,津液不清,珠不莹润,汁将内竭”的干眼病机。中医临床治疗强调“辨证论治”,可以根据每个患者自身的情况来制定治疗计划。目前,中医药治疗干眼的研究已经广泛运用了系统生物学技术,通过挖掘中医药宝库,取得了丰硕的成果。总之,TCM可能是治疗DED的一种前景良好的方法,TCM和西方药物合并治疗可能代表了改善干眼治疗效果的新策略。