中药通过调控MAPK通路治疗心脑血管疾病研究进展*

田丁阳,张敬,杨宏博,赵悦雯,董波

1.山东中医药大学,山东 济南 250014; 2.山东第一医科大学附属省立医院,山东 济南 250021

心脑血管疾病具有较高的病死率和致残率,据统计,我国心脑血管疾病患病人数高达3.3亿,且呈上升趋势,其中,脑卒中和冠心病居前二位[1],引起众多学者的关注。心脑血管疾病的发病机制涉及炎症反应、氧化应激、血管内皮细胞损伤、心肌纤维化及细胞凋亡等方面。研究发现,在心脑血管疾病的发病过程中扮演重要角色的信号通路有MAPK信号通路、Notch信号通路、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)及Smad信号通路、Wnt信号通路等,其中以MAPK信号通路尤为突出[2-4]。MAPK信号通路主要包括细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase,ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JNK)和p38 MAPK等,通过介导心脑血管细胞的增殖、分化、凋亡、炎症反应等过程影响心脑血管疾病的发展[5-6]。近年来,研究表明中医药能够通过多成分、多靶标、多系统调节的方式治疗心脑血管疾病,其疗效机制可能与调控MAPK通路有关。本文就中医药调控MAPK信号通路防治心脑血管疾病的相关研究进行综述,以期为临床应用提供参考。

1 MAPK通路介导心脑血管疾病的相关机制研究

1.1 调节炎症反应炎症细胞浸润是心血管疾病的重要病理特征。炎症细胞能够通过黏附因子及趋化因子的作用进入血管内皮,参与心血管疾病进程,比如,IL-6、IL-10等炎症因子会导致心血管损伤及心肌细胞凋亡,促进血管粥样斑块的形成,引起心肌肥大,同时,炎症反应能够激活核转录因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)、MAPK等信号通路从而导致心力衰竭、心肌梗死。有研究发现,在脂多糖诱导的急性炎症小鼠体内,阻断MAPK信号通路能够降低IL-6、IL-12等促炎细胞的表达,提示MAPK可能参与了炎症细胞的增殖、分化和黏附[7]。另有学者证实,上调MAPK通路可促进内皮细胞中黏附因子的表达,加重炎症反应;反之,抑制MAPK通路的激活则能降低黏附因子表达,抑制炎症反应[8]。MAPK中ERK1/2、JNK、p38蛋白磷酸化在血管壁的炎症反应中起着重要作用,ERK1/2、JNK、p38等蛋白的磷酸化会促进炎症细胞与内皮细胞的黏附,形成巨噬细胞,巨噬细胞通过脂质沉积转化为泡沫细胞,促进易损粥样斑块的形成[9]。

1.2 与氧化应激相互作用氧化还原平衡在维持心脑血管功能中起着重要作用,氧化应激这一失衡反应可影响多种心脑血管疾病的发生发展。活性氧(reactive oxygen species,ROS)在氧化应激反应中增加,可使多种组织细胞结构功能受损,甚至引起细胞死亡,同时,氧化应激还能引起细胞凋亡、炎症反应,共同作用于心脑血管系统。研究表明,ROS在心肌缺血再灌注时累积,可激活p38 MAPK通路,加剧氧化应激和心肌细胞凋亡,p38 MAPK抑制剂BIRB796则能减轻相关损害[10]。氧化应激能氧化脂蛋白为氧化低密度脂蛋白,并沉积在内皮下,促进粥样斑块形成,影响心血管疾病的发展,多种中药成分则能通过调节MAPK减轻这一不利影响。研究证实,番红花酸、淫羊藿苷能降低动脉粥样硬化大鼠血脂水平[11-12],栀子苷能减少ApoE小鼠血脂[13],其药物作用均与下调p38 MAPK信号通路有关。

1.3 调控血管内皮细胞功能血管内皮细胞能合成和释放内皮素、前列环素、钠利尿肽等多种活性物质,维持机体内稳态,并充当血液与组织间的屏障[8],在受到各种炎症因子的刺激时,其结构和功能发生改变,形成炎症、内皮-间质转化和细胞凋亡等多种心血管疾病的病理基础[14]。MAPK信号通路是机体应对各种刺激的重要信号通路,与血管内皮细胞功能损伤密切相关[15],p38 MAPK通路是参与其中的关键途径[16]。研究发现,TNF-α能够刺激ROS的产生,从而使JNK和p38 MAPK蛋白磷酸化,激活p38 MAPK通路,刺激黏附因子的产生,损害内皮功能[17];在人脐静脉内皮细胞的相关验证研究中,则发现激活p38 MAPK通路能上调细胞内炎症因子的表达,导致内皮细胞的损伤,而在使用p38 MAPK抑制剂干预后,机体炎症反应减少、内皮细胞损害得到改善[18-19]。Gong等[20]发现,氧化低密度脂蛋白能增加人脐静脉内皮细胞ROS、p38 MAPK的磷酸化水平,阻断p38 MAPK通路则能抑制炎症反应、内皮细胞向肌成纤维细胞的转化和细胞凋亡。

1.4 调控血管平滑肌细胞功能血管平滑肌细胞是血管壁的重要组成部分,病理状态下通过可逆性表型转化为合成型表型,从而促进内膜增生[21],可诱发多种血管疾病。血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)是促进这一过程的主要因子[22]。MAPK信号通路的激活和抑制能影响血管平滑肌细胞的功能,通过产生促进炎症因子,MAPK诱导平滑肌细胞的增殖、迁移,抑制MAPK激活则能够阻止其增殖、迁移和细胞外基质的沉积[23]。研究发现,PDGF能够磷酸化MAPK,激活p38 MAPK途径,由此刺激基质金属蛋白酶-2(matrix metallo protein,MMP-2)的产生,从而促进平滑肌细胞的增殖和迁移[24]。另有研究发现,PDGF还能促进ROS的产生,使ROS作为的第二信使激活ERK、p38 MAPK两种途径,进而参与平滑肌细胞的增殖、迁移和炎症反应等[25]。在抑制MAPK通路的研究中,Wu等[26]发现对颈动脉损伤小鼠以p38 MAPK抑制剂进行干预可减少平滑肌细胞的增殖。

1.5 调控细胞凋亡细胞凋亡为Ⅰ型程序性细胞死亡,主要受线粒体通路、内质网通路和死亡受体通路调节,是心脑血管损伤的核心机制之一。三种经典MAPK途径均可参与细胞凋亡的调控,表现为MAPK通路的激活会引起细胞凋亡。心肌细胞凋亡和自噬的平衡影响心肌梗死的预后,有学者通过生物信息分析技术研究心肌梗死早期小鼠差异性基因及功能,发现基因S100a8和S100a9可能通过MAPK调控自噬和凋亡[27]。药物研究发现,田蓟苷能够改善血管性痴呆大鼠的认知功能障碍和神经元损伤,降低神经元细胞凋亡率,这一作用与调节MAPK/ NF-κB途径有关[28]。一项缺血性脑卒中的研究表明,lncRNA MEG3具有调节细胞活力及细胞凋亡的功能,调节机制亦与激活MAPK信号通路有关[29]。

1.6 MAPK影响心肌纤维化介导心脑血管疾病心肌纤维化是心力衰竭、心肌梗死等心血管疾病的核心病理表现,以细胞外基质中胶原的过度沉积和成纤维细胞增殖为特征。MAPK信号通路影响心肌纤维化进程,激活c-Jun氨基端激酶和p38途径会导致心肌细胞凋亡[30],促进纤维化发生。有研究发现,通过提高心脏成纤维细胞中p38的水平,炎症细胞相关基因和蛋白的表达升高,产生的炎症因子又通过激活心脏成纤维细胞的p38 MAPK通路加剧心肌纤维化[31];异丙肾上腺素可激活p38通路,刺激成纤维细胞和β肾上腺素受体,上调炎症因子的表达,引发纤维化[32]。抑制p38 MAPK激活则能改善这一不良结局,如3-(3,4-二羟基苯基)-2-羟基丙酸异丙酯改善心肌纤维化的作用机制可能与阻断p38的激活有关[33]。

2 中药调控MAPK通路治疗心脑血管疾病的研究

2.1 抑制炎症反应和氧化应激多项研究证实,通过干预MAPK通路抑制炎症反应和氧化应激能够改善心血管疾病。王居平等[34]通过实验发现天降血栓通丸药液可以降低动脉粥样硬化小鼠血脂水平,下调炎症因子表达,其机制可能为抑制JNK/p38MAPK信号,从而降低炎症因子的表达,减轻炎症反应。有研究表明,淫羊藿苷能够激活p38 MAPK通路,降低(p)-p38MAPK蛋白表达,从而减少炎症介质的释放,改善动脉粥样硬化[35]。范增光等[36]研究发现,苏木提取物能够通过抑制p38MAPK、NF-κB蛋白表达,降低炎症因子的表达,从而改善ApoE小鼠动脉粥样硬化水平。龚鸣[37]探究巴戟天改善脑缺血的机理,在脑缺血再灌注损伤大鼠的实验中发现,模型组大鼠体内炎症因子与MAPK相关蛋白含量明显低于对照组,而巴戟天醇提物组大鼠则明显低于模型组,提示巴戟天醇提物能够通过抑制MAPK/ERK信号通路的激活减轻炎症反应,改善脑缺血。杨树升[38]研究表明,大承气汤及大黄素通过抑制MAPKs(JNK)信号通路的激活发挥抗炎作用,从而减少脑出血的损伤。高红英[39]在临床研究中发现,降银杏内酯注射液能明显改善高血压脑出血围手术期患者神经损伤,其机制可能与阻断p38MAPK通路的激活从而降低炎症因子的表达,减轻炎症反应有关。王永军等[40]研究发现,紫草素能够通过抑制MAPK通路、减轻氧化应激反应从而改善心功能,具体表现为降低心肌梗死大鼠体内ERK1/2、p-ERK1/2、P38 MAPK、p-P38 MAPK蛋白的表达。

2.2 减轻血管内皮细胞损伤血管内皮功能损害是诱发心血管疾病的重要因素,抑制MAPK通路能减轻血管内皮细胞的损伤,相关机制已在中药单体和复方等研究中得到证实。中药单体柴胡皂苷能够通过抑制JNK和p38 MAPK的磷酸化,上调Bcl-2的表达和下调胱天蛋白酶-3(Caspase-3)、Bax的表达,从而抑制氧化修饰低密度脂蛋白引起的内皮细胞损伤[41];黄芪多糖能够通过阻断p38 MAPK信号通路降低内皮细胞黏附分子的表达,从而预防血管内皮细胞与中性粒细胞之间的黏附作用,抑制细胞凋亡,保护内皮细胞功能[42]。在复方研究中,Zhang等[43]通过体内和体外研究发现保元汤治疗组能够改善心力衰竭大鼠的心功能,上调抗凋亡蛋白CryAB的表达,且与模型组比较,保元汤组的p-MKK6、p-p38MAPK和p-MAPKAPK2表达上调,提示保元汤能够通过调节p38MAPK-CryAB信号通路,减轻心肌细胞损伤,改善心力衰竭。艾玉珍等[44]发现,松龄血脉康能够通过抑制p38MAPK下游分子ICAM-1与E-selectin的表达来减轻相关炎症反应,从而改善血管内皮功能,起到降压作用。

2.3 抑制平滑肌细胞增殖MAPK通路活化会引起细胞异常增殖、迁移,导致血管壁重构和内膜增生,抑制MAPK通路激活能减轻这一不良变化。胡彦武等[45]研究发现,淫羊藿苷能够通过阻断p38 MAPK信号通路和减少增殖细胞核抗原(PCNA)的表达,从而抑制平滑肌细胞的异常增殖。童晓云等[46]研究发现,石决牡蛎汤能够降低自发性高血压大鼠的血压水平,逆转主动脉血管重构,抑制p-p38MAPK的表达,这可能与其抑制p38MAPK信号通路的激活,从而减少内皮细胞的损伤和抑制平滑肌细胞异常增殖有关。

2.4 减轻细胞凋亡心肌细胞凋亡参与多种心血管疾病的病理生理过程,因此抑制细胞凋亡对于心血管疾病的防治有着重要意义。中药可通过抑制MAPK通路的激活减轻细胞凋亡从而治疗心血管疾病。中药单体红景天苷具有降低炎症、细胞凋亡和纤维化水平以及改善室性心律失常的作用,作用机理为抑制p38MAPK和ERK1/2信号通路的激活及其下游靶点的活化[47]。汤定中等[48]研究发现,当归多糖能够改善脑缺血再灌注损伤大鼠的神经功能障碍、脑组织缺血,降低p-Raf1、p-MEK2、p-ERK1/2蛋白含量。崔海彬等[49]研究发现,天麻素能够抑制p38MAPK、PI3K和p-Akt蛋白的表达,改善大鼠脑缺血再灌注损伤。郝红等[50]通过体内及体外实验发现,隐丹参酮可明显改善CIRI大鼠脑组织损伤和神经功能上述3种药物单体的作用机制均与抑制或阻断MAPK信号通路有关。在复方研究中,Liou等[51]研究发现三黄泻心汤可通过抑制p38MAPK通路激活和心肌细胞凋亡而减轻心律失常,明显降低心律失常小鼠死亡率;瓜蒌注射液可通过抑制Caspase-3活化减轻心肌细胞凋亡,保护心肌梗死诱导的心脏损伤,可能与瓜蒌注射液降低细胞内钙超载和抑制p-JNK和p-p38MAPK蛋白表达有关[52]。沈凤娇等[53]在一项动物研究中发现,与模型组比较,桃仁颗粒组大鼠体内ERK1/2、p-ERK1/2及MAPKmRNA明显降低,且血管纤维化得到抑制,同样提示抑制MAPK活化的重要性。

2.5 抑制心肌纤维化心肌纤维化会导致心脏收缩功能受损,进而引发心力衰竭,中药能够通过阻断MAPK通路抑制心肌纤维化,改善心功能。王文聪等[54]研究发现,糖尿病心肌病模型大鼠心肌组织中JNK、ERK及p38MAPK蛋白含量明显高于对照组,在给予糖尿病心肌病大鼠红景天苷后,大鼠心肌纤维化得到改善,MAPK信号通路相关蛋白含量明显低于模型组,表明红景天苷治疗糖尿病心肌病与抑制p38MAPK信号通路的激活关系密切。益气复脉方能够改善心力衰竭大鼠的左心功能和抑制心肌纤维化[55],同样与抑制MAPK信号通路的激活有关。程小龙等[56]研究表明,玉夏胶囊能够抑制自发性高血压大鼠血管紧张素Ⅱ的表达,从而减少其对MAPK信号通路活化,降低ERK1/2和p38磷酸化,降低胶原沉积和血压水平。

2.6 其他中药能够通过抑制MAPK通路抗血小板聚集、减轻心肌肥厚,从而治疗心脑血管疾病。余淑华等[57]研究发现,给予高血压大鼠茴香霉素干预会加重大鼠心肌肥厚,升高p-p38 MAPK、p-ERK1/2、p-JNK水平,表明p38MAPK通路激活会导致心肌肥厚相关蛋白表达的增加;给予高血压大鼠番石榴叶总黄酮干预则产生相反结果,提示p38MAPK通路的激活与抑制能起到升高和降低血压的作用。中药白术提取物白术内酯ATL-2和ATL-3通过降低胶原、凝血酶或adp的表达,抑制p38MAPK和AktSer473磷酸化,从而抵抗血小板聚集,减轻动脉粥样硬化,改善冠心病[58]。

3 展望

综上所述,中药能够通过阻断和调控MAPK通路抑制心血管疾病过程中的炎症反应、平滑肌细胞异常增殖、血管内皮细胞损伤和细胞凋亡等,从而保护心血管功能,具有不良反应少、临床疗效显著等优势。本文总结了近年来中药干预MAPK通路治疗心脑血管疾病的文献,发现MAPK通路通过与其他因子或通路的相互作用影响纤维化、细胞凋亡、炎症、氧化应激等病理机制,而中药通过作用于MAPK通路及其上下游相关分子干预心脑血管疾病病程。

以MAPK通路结合中医药治疗心脑血管疾病具有广阔的前景,但现有研究仍存在一些不足,如中医药调控MAPK通路的实验研究多局限于其中某一条通路,而对于ERK1/2、JNK和p38通路之间的交互作用尚不明确;中医讲究辨证论治,而实验模型无法复制中医的证候类型,会导致临床应用时存在误差。故今后应着重探究各个通路之间的交互作用,明确阐释其治疗心脑血管疾病的作用机制;此外,在实验研究中,注重将实验模型的选择及应用,与中医证候相结合,尽可能地减少实验误差。