中药单体调控血管内皮细胞凋亡干预动脉粥样硬化的研究进展

赵彦蓉,朴丽兵,魏丽萍

(1. 天津中医药大学研究生院,天津 301602;2. 天津市人民医院,天津 300121)

动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)引起的相关心血管疾病目前已成为全球范围内主要死亡原因之一[1]。AS的发病机制较为复杂,近年来研究发现内皮细胞损伤、脂质代谢紊乱、细胞凋亡在AS发生发展中起着重要作用。在诸多致病因素中,血管内皮细胞损伤是AS的起始阶段,粥样斑块主要是由凋亡或死亡的血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、巨噬细胞及其衍生的泡沫细胞积累而形成。在氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)、活性氧(ROS)、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、同型半胱氨酸(Hcy)等因子的作用下均可诱导内皮细胞凋亡,形成恶性循环[2]。因此,内皮细胞凋亡不仅是动脉粥样硬化病理的早期事件,而且参与着AS的全程发展,抑制血管内皮细胞凋亡可能是抗动脉粥样硬化药物研究的重要有效靶点。目前临床上他汀类药物仍是治疗动脉粥样硬化最主要的药物[3],其主要通过降脂和抗炎作用来防治动脉粥样硬化,同时抑制内皮细胞凋亡也可能是其重要机制。虽然他汀类药物应用广泛且疗效显著,但诸多证据表明,长期使用他汀类药物可能引起肝损伤、肌肉毒性和胃肠道刺激等不良反应[4],且可能会产生药物抵抗从而降低药效。因此,进一步研究动脉粥样硬化治疗的其他可选择药物具有重要临床价值。近年来,使用天然药物防治动脉粥样硬化因其安全且有效的特点得到广泛关注[5]。中医药治疗心血管疾病历史悠久,尽管近年心血管医疗技术已得到长足发展,然而中医药在心血管疾病的治疗方面仍占据重要地位,源于其确切的疗效,且具有较高的安全性。近年来研究发现部分中药提取物或单体通过抑制内皮细胞凋亡在治疗动脉粥样硬化方面展现出巨大的潜力。本文针对近年来中药单体通过抑制血管内皮细胞凋亡从而抗动脉粥样硬化的相关研究进行综述,为中医药防治动脉粥样硬化提供新思路。

1 正常血管内皮细胞功能

血管内皮细胞从全身的大血管分布到各器官的微血管,是重要的代谢和内分泌器官之一。这些细胞不仅完成血浆和组织液的代谢交换,还能合成和分泌多种生物活性物质,以保证血管的正常收缩和舒张,调节血压,平衡凝血和抗凝,对于维持血液正常流动和血管通畅及控制血管通透性具有重要作用。血流动力学改变在以血管重构为特征的动脉粥样硬化病理过程中起着重要作用,其中剪切应力被认为是影响AS发展的重要因素,对血管舒张具有至关重要的作用。剪切应力导致血管内皮细胞内皮NO合酶(eNOS)的激活,进而通过内皮细胞表面的机械感受器和一系列复杂的分子信号通路诱导NO的产生,导致血管舒张。此外,剪切应力可导致钙离子通过钙离子铁通道快速流入细胞质,进一步激活eNOS和NO的产生。在各种外界刺激下,内皮细胞主要通过释放血栓素A2、内皮素和血管紧张素Ⅱ等多种介质发挥血管收缩作用。

2 AS与血管内皮细胞凋亡

AS是一种血管稳态失衡的慢性疾病,以脂质和泡沫细胞积聚于动脉壁为主要特征。大量研究表明,动脉粥样硬化的发病机制涉及内皮功能障碍、脂质积累、炎症细胞因子的产生等多种病理因素[6]。健康的血管内皮在维持血管稳态方面发挥着重要作用,这取决于血管收缩剂和血管舒张剂、促炎因子和抗炎因子、促氧化剂和抗氧化剂之间的平衡[7]。然而,当血管内皮细胞受到有害刺激时,这种平衡将被破坏,研究发现,氧化应激、肾素-血管紧张素系统、同型半胱氨酸和炎症因子等因素均可引起内皮细胞的活化、完整性丧失和分泌功能障碍[8]。内皮功能障碍在动脉粥样硬化早期便已出现,可促进动脉粥样硬化斑块的形成和并发症的发生。大量实验表明,动脉粥样硬化病变形成的多个危险因素都可诱导内皮细胞凋亡,这提示抑制内皮细胞凋亡可能是防治动脉粥样硬化有效途径。

细胞凋亡是一种程序性细胞死亡途径,生理情况下对于维持生物细胞内环境稳态具有重要意义,并受到基因的严格调控[9]。然而,包括动脉粥样硬化在内的多个心血管疾病出现内皮细胞过度凋亡。早在20世纪70年代,Gerrity等[10]就观察到猪动脉粥样硬化模型主动脉弓(动脉粥样硬化易发区)内皮细胞凋亡数量增加。Dimmeler等[11]发现急性冠脉综合征患者血液中凋亡内皮细胞数量明显多于正常人。此外,低密度脂蛋白、高血糖、ROS介导的氧化应激和低剪切应激等诱导动脉粥样硬化的因素也可引起内皮细胞凋亡[12]。而部分抗动脉粥样硬化的因子,如雌激素和NO,亦可抑制内皮细胞凋亡。在损伤因素的长期作用下,大量内皮细胞发生凋亡,进而导致内皮功能障碍。有效抑制血管内皮细胞凋亡对动脉粥样硬化的治疗具有重要的临床意义,也是开发抗动脉粥样硬化药物的新方向。

3 中药单体对动脉粥样硬化血管内皮细胞凋亡的影响及机制

中医药是一个巨大宝库,中药单体源于中药的有效提取成分。中药单体以及有效成分,如生物碱、黄酮类化合物、萜类化合物和苯丙素类化合物是治疗各种心血管疾病的有效药物,其中多个单体成分已广泛应用于临床,且取得了良好的效果。近年来,越来越多的研究发现多个中药单体都对内皮细胞有着潜在的抗凋亡作用。

3.1中药单体抑制ox-LDL诱导的细胞凋亡 氧化低密度脂蛋白(oxidized-low density lipoprotein,ox-LDL)在动脉粥样硬化的发生发展中发挥着重要作用,可通过多种机制促进动脉粥样硬化的进展。低密度脂蛋白可通过受损的内皮细胞进入血管内膜,可被巨噬细胞表面受体识别并吸收,使得巨噬细胞转变为富含脂质的泡沫细胞。与此同时,ox-LDL还是内皮细胞的重要损伤因素,通过促进凝集素样低密度脂蛋白受体-1(LOX-1)诱导ROS产生,过量的ROS可导致MAPK磷酸化,激活NF-κB、AP-1等转录因子,促进凋亡途径激活,诱导内皮细胞凋亡,从而改变其分泌活性,导致内皮功能障碍[13-14]。

Chen等[15]报道山柰酚可通过调控PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制ox-LDL诱导的内皮细胞凋亡。绞股蓝皂苷XV-II(GP-17)是一种植物源性雌激素,可有效预防心血管疾病发生,其机制可能是通过上调Erα的表达和Bcl-2/Bax比值,下调Caspase-3的表达,抑制ox-LDL诱导的人脐静脉内皮细胞损伤实现的[16]。藤茶中提取的黄酮类化合物二氢杨梅素可通过降低Caspase-3、Caspase-9、Bax和Cyt-c的表达,上调Bcl-2的表达,抑制ox-LDL诱导的内皮细胞凋亡[17]。研究表明,三七皂苷R1通过下调miR-132从而上调基质玻璃蛋白(MGP,一种抗迁移和抗黏附因子)来保护ox-LDL刺激人脐静脉内皮细胞诱导的凋亡[18]。薯蓣皂苷是从薯蓣中提取的一种具有雌激素活性的皂苷,可有效降低ox-LDL诱导的人主动脉内皮细胞中Caspase-3、Caspase-9的表达,增加PGC-1α、ERα、ERβ和Bcl-2的表达[19]。Zhu等[20]研究发现黄芪甲苷通过增加核因子红系相关因子2(Nrf2)和血红素加氧酶-1(HO-1)mRNA的表达,降低TNF-α和IL-6 mRNA的表达,从而减弱ox-LDL诱导的细胞凋亡和炎症反应。此外,Wang等[21]报道芍药苷通过上调SIRT1表达,降低Bax表达,增加Bcl-2表达,从而减少ox-LDL诱导的细胞凋亡。王莹等[22]发现甘木通总黄酮通过降低Bax、Caspase-3蛋白表达,增加Bcl-2表达进而抑制ox-LDL诱导的人脐静脉内皮细胞凋亡,发挥抗AS作用。

3.2中药单体抑制TNF-α诱导的细胞凋亡 诸多研究表明动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病[23],炎症诱导内皮细胞凋亡是导致动脉粥样硬化及其并发症的关键因素之一。肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是介导炎症反应并参与细胞凋亡过程的关键促炎因子,趋化因子IL-6、IL-1β、IL-8、MCP-1以及黏附分子VCAM-1、ICAM-1在TNF-α刺激后显著升高[24],从而促进炎症反应,增加单核细胞与血管内皮细胞之间的相互作用,诱导内皮细胞凋亡。TNF-α通过激活NF-κB诱导内皮细胞凋亡。NF-κB是一种转录因子,在ox-LDL和促炎因子刺激的细胞中,通过调节内皮黏附分子的表达而发挥重要作用[25]。通常不活跃的NF-κB与NF-κB抑制蛋白(IκB) 在细胞质中结合;在TNF-α刺激后,IκB被特异性激酶磷酸化并迅速降解,随后释放NF-κB,释放后的NF-κB易位到细胞核调控相关基因表达,促进细胞凋亡[26]。

Xu等[27]发现非苷元花青素可通过增加eNOS和硫氧还蛋白(TRX)的表达以及下调Caspase-3和p35的表达抑制TNF-α诱导的凋亡。Wu等[28]研究表明川芎根中提取的生物碱川芎嗪,通过增加eNOS表达促进NO生成,对TNF-α刺激的内皮细胞凋亡具有保护作用。 Zhou等[29]发现人参皂苷Rb1可有效保护内皮细胞,通过体外实验证实Rb1通过上调Bcl-2,下调Bax、bad、Caspase-3和Caspase-9,抑制JNK和p38的表达以及Cyt-c的释放。此外,Zhang等[24]研究了从树脂中提取的苯丙醇A对TNF-α诱导的HUVECs保护作用,苯丙醇A通过上调Bcl-2、下调Bax和Caspase-9抑制TNF-α诱导的内皮细胞凋亡。

3.3中药单体抑制Hcy诱导的细胞凋亡 同型半胱氨酸(Homocysteinel,Hcy)是一种含硫氨基酸,主要来源于蛋氨酸的代谢,是心血管疾病的独立危险因素[30]。越来越多的证据表明,Hcy引起的病理变化表现为血流介导的血管舒张受损,主要是由于一氧化氮产生和生物利用度降低[31],NO合成不足导致氧化应激和动脉粥样硬化血栓形成。Hcy通过激活未折叠蛋白反应(unfolded protein response,UPR)增加CHOP的表达来诱导细胞凋亡,CHOP表达升高可导致Bcl-2下调,Bax上调,Bax转移到线粒体膜上激活线粒体凋亡通路[32]。

Liu等[33]报道没食子儿茶素没食子酸酯通过调节PI3K/Akt/eNOS信号通路和线粒体凋亡通路,抑制Hcy诱导的内皮细胞凋亡,可有效增加eNOS活性,恢复线粒体膜电位,上调Bcl-2,下调Bax蛋白的表达。此外,Han等[34]发现大豆中的主要活性成分染料木素通过抑制NF-κB p65的表达和降低ROS的释放,从而抑制Hcy诱导的内皮细胞凋亡。苦参碱是苦参的主要活性成分。研究发现,苦参碱可抑制Caspase-3和Caspase-9的表达,增加Bcl-2/Bax比值,促进Akt和eNOS的磷酸化,减少内皮细胞凋亡;其潜在的分子机制与线粒体依赖性凋亡和Akt/eNOS/NO信号通路有关[35]。Fan等[36]报道,从川芎根茎中提取的生物碱川芎嗪,通过上调Bcl-2、下调Bax和Caspase-3抑制Hcy诱导的HUVEC凋亡。此外,Hu等[37]发现梓醇也可以通过调节Bax、Caspase-3、Caspase-9和Cyt-c表达从而抑制Hcy诱导的凋亡。胡黄连苷Ⅱ是玄参的重要活性成分,Wang等[38]报道胡黄连苷Ⅱ通过下调sirt1介导的LOX-1表达来保护内皮细胞的凋亡。

3.4中药单体抑制ROS诱导的细胞凋亡 活性氧(reactive oxygen species,ROS)是细胞氧化还原过程的产物,在正常生理过程中不断产生。内皮细胞中的ROS主要由膜定位蛋白NADPH氧化酶产生。在正常情况下,内源性抗氧化物,如超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX),通过清除ROS来防止内皮细胞损伤。低剂量ROS通过上调氧化还原调节因子硫氧还蛋白-1(Trx-1)发挥抗凋亡作用,该因子对内皮细胞的生长和凋亡起重要作用[39]。然而,当细胞持续暴露于有害的细胞外刺激,诱导过量ROS产生时,激活氧化应激,是内皮细胞损伤的重要致病因素。ROS主要包括过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(·O2-)、羟基自由基(·OH)等[40]。在这些自由基中,H2O2是一种常见的ROS,它很容易穿透质膜并影响邻近细胞。ROS诱导的氧化应激激活NF-κB信号通路,进而降低Bcl-2/Bax比值,以及诱导细胞色素c(Cyt-c)释放[41]。线粒体介导的这种凋亡也被称为内源性凋亡途径。其机制是Bax插入外线粒体膜,导致Cyt-c被释放到细胞质中,并与Apaf-1相互作用,然后该复合物依次激活Caspase-9和Caspase-3,启动Caspase级联反应,导致细胞凋亡[42]。此外,ROS积累引起的氧化应激降低了NO的释放,降低了NO对内皮细胞的保护作用,导致细胞凋亡。综上所述,ROS损伤内皮细胞,在动脉粥样硬化的发病机制中起重要作用。

现代药理学研究表明,一些天然产物通过减少ROS诱导的内皮细胞凋亡来缓解动脉粥样硬化。白藜芦醇是存在于不同植物中的一种多酚类物质,Sui等[43]的研究表明白藜芦醇显著提高了H2O2处理后的CRL-1730细胞的存活率,这种对内皮细胞的保护作用是通过逆转H2O2对miR-126基因的沉默和激活PI3K/Akt信号通路来实现的。王不留行黄酮苷通过抑制Notch 1信号通路和Caspase-3的表达,减少H2O2处理后的EA.hy926细胞的凋亡[44]。异槲皮素通过上调抗凋亡蛋白Mcl-1的表达,抑制Caspase-3和Caspase-9的表达,从而降低H2O2诱导的EA.hy926细胞的凋亡;但这种抗凋亡作用被PI3K/Akt抑制剂阻断,提示异槲皮素可能通过调节PI3K/Akt/GSK3β信号通路对EA.hy926细胞产生抗凋亡作用[45]。Hao等[46]的研究中,罗布麻中提取的金丝桃苷通过下调Bax和Caspase-3,抑制p38磷酸化,增加Bcl-2 mRNA表达来保护内皮细胞免受H2O2诱导的凋亡。此外,Mo等[47]报道灯盏花素通过其抗氧化活性来预防动脉粥样硬化,其具体机制是上调超氧化物歧化酶(SOD),下调NADPH氧化酶4 (Nox4)。Gu等[48]研究大豆衍生肽对H2O2刺激的EA.hy926细胞的作用,发现它通过减少Cyt-c的释放,降低Caspase-3和Caspase-9的表达,下调Bax,上调Bcl-2来抑制凋亡。续断中分离的三萜皂苷阿克通皂苷D通过上调Bcl-2下调Bax和Caspase-3的表达抑制HUVEC凋亡[49]。

3.5中药单体抑制AngⅡ诱导的细胞凋亡 血管紧张素Ⅱ(AngiotensinⅡ,AngⅡ)是一种重要的生物活性激素,被认为是动脉粥样硬化的重要危险因素,可诱导内皮细胞凋亡,引起内皮功能障碍。研究发现,AngⅡ通过产生过量ROS引起氧化应激介导的内皮细胞损伤,进而通过线粒体途径诱导细胞凋亡。在病理条件下,AngⅡ与其受体AngⅡ 1型受体(AT1R)结合,进而增加NADPH氧化酶的产生,这是内皮细胞ROS的主要来源[50]。此外,AngⅡ通过降低内皮细胞中抗氧化酶(如SOD、GPX)的活性来促进ROS的产生,进而破坏血管内皮细胞。相反,增加抗氧化酶的表达和活性可以减轻AngⅡ诱导的血管功能障碍[51]。可见,AngⅡ可通过增加ROS的产生诱导内皮细胞凋亡。近年来,越来越多的证据表明,通过抑制AngⅡ诱导的损伤可有效保护内皮细胞。

Wang等[52]报道了从红花中提取的天然黄酮类化合物红花黄色素B,通过上调Bcl-2和抑制NADPH氧化酶产生ROS来保护内皮细胞免受AngⅡ诱导的凋亡。槲皮素可抑制AngⅡ诱导的HUVECs凋亡,且呈剂量依赖性,其机制可能与恢复线粒体膜电位,下调Cyt-c和Bax,上调Bcl-2,抑制Caspase-9和Caspase-3的表达有关[53]。雷公藤红素是从雷公藤色氨酸中提取的一种具有抗氧化活性的天然化合物。研究发现,雷公藤色氨酸可通过抑制NOX2/AT1受体,增加ERK1/2磷酸化,减少ROS的产生,从而保护AngⅡ刺激的内皮细胞凋亡,其作用机制可能与调节Nrf2/ERK1/2/NOX2信号通路密切相关[54]。此外,五味子的主要活性成分五味子苷通过激活Nrf2抑制AngⅡ诱导的大鼠主动脉内皮细胞凋亡[55]。

内皮细胞损伤与动脉粥样硬化的发生发展密切相关,抑制内皮细胞凋亡可有效防治动脉粥样硬化的发生发展。目前已有多个研究表明多个中药单体成分可通过抑制血管内皮细胞凋亡减轻动脉粥样硬化发生发展。然而目前的大多数研究仍停留在基础研究层面,未来的临床转化药物安全性将是重要考察因素,尚需更多的循证证据证实药物的安全性和有效性。目前研究提示,减少血管内皮细胞凋亡可有效减轻动脉粥样硬化发生发展,多个中药成分具有抑制内皮细胞凋亡的作用,是动脉粥样硬化防治的潜在药物,可为进一步探究动脉粥样硬化治疗药物提供科学依据。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。