阿霉素的心脏毒性机制及中药防治研究进展

苏 敬，刘东玲，海 洋，刘小凤，侯雯倩，董劲曲，徐 兰

（1.甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃中医药大学科研实验中心，甘肃 兰州 730000）

阿霉素（Doxorubicin，DOX）为一线化疗药物，具有蒽环类结构，广泛参与恶性淋巴瘤、乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌、骨肉瘤、肺癌和神经母细胞瘤等实体肿瘤的临床治疗［1］。DOX 主要通过嵌入DNA 和抑制拓扑异构酶Ⅱ发挥抗肿瘤作用，但DOX 的低选择性，同样能够引起正常组织的凋亡或坏死，涉及大脑、心脏、肝脏和肾脏等多个脏器引起毒性损伤［2］。临床研究发现，DOX 致心脏毒性具有剂量依赖性，当DOX 浓度分别达到400、500、550 mg/m2时，心力衰竭发生率与累积剂量呈正相关增加至5%、16%和26%［3］，最终导致进行性心力衰竭和不可逆的心功能不全［4］。目前研究认为，DOX 致心脏毒性与氧化应激、炎症反应、线粒体损伤、Ca2+稳态失调、凋亡、和自噬等机制相关［5］。本文通过对DOX 的毒性机制及中药防治DOX 心脏毒性的作用研究两个方面进行综述，以期为DOX 的临床应用提供参考。

1 阿霉素致心脏毒性的分子机制

1.1 氧化应激反应和炎症反应

氧化应激是体内活性氧（ROS）与抗氧化作用失衡的一种状态，当机体倾向于氧化反应时，可导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生超氧阴离子（）、羟自由基（·OH）等氧化中间产物［6］。在正常情况下，活性氧生成的主要场所在线粒体，线粒体中的ROS 酶可以将DOX 的醌部分转化为半醌形式，半醌形式的DOX 容易与氧分子（O2）反应生成超氧阴离子（），与超氧化物歧化酶（SOD）结合后，形成相对稳定和低毒的过氧化氢（H2O2），接着产生高度活性的·OH。ROS 与DNA、蛋白质和脂质发生氧化反应，导致DNA 损伤和脂质过氧化，最终引起细胞损伤［7］。

炎症反应和氧化应激呈正相关，从而加速心肌损伤。Abdelgawad 等［8］研究表明DOX 可刺激心肌细胞的炎症因子白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的表达及释放。Zhang 等［9］研究发现髓样分化蛋白1（MD-1）基因敲除小鼠中，DOX 能够过度激活TLR4/MAPKs/NF-κB 信号通路，从而加速心肌细胞的凋亡。Wang 等［10］研究表明，DOX刺激瞬时受体电位A1（TRPA1）离子通道，通过促进氧化应激和炎症引起心脏毒性。

1.2 线粒体损伤

线粒体作为有氧呼吸、为细胞新陈代谢提供能量的场所，具有调控细胞生长的能力，对维持细胞正常功能及机体能量代谢平衡至关重要［11］。DOX可引起线粒体组织结构受损，影响线粒体代谢，使细胞能量供应减少。DOX 与位于线粒体内膜上的心磷脂具有高度亲和力，两者结合形成不可逆的复合物在心肌细胞中堆积，当线粒体内的阿霉素浓度超过50～100 μmol/L 时，ROS 产生增多［12］。线粒体磷酸转运体（MPT）是位于线粒体内膜上的一种重要的蛋白质，MPT 负责将代谢底物无机磷酸通过线粒体内膜从细胞质转移到线粒体基质［13］。MPT 孔（mPTP）可通过DOX 诱导的线粒体氧化损伤和钙超载，导致线粒体内膜电位改变、线粒体三磷酸腺苷（ATP）合成停止、呼吸链解偶联、促进线粒体渗透性肿胀和破裂以及细胞死亡［14］。Catanzaro 等［15］指出，DOX 还可以增强线粒体裂解并加速溶酶体对线粒体的降解，最终导致心脏毒性。

1.3 钙稳态失衡

阿霉素及其代谢物可引起细胞内Ca2+浓度增高，使心肌细胞内Ca2+稳态失衡，导致心肌细胞功能受损。肌浆网（SR）是心肌细胞内质网的一种特殊形式，主要负责调节Ca2+通道，控制兴奋-收缩耦合［16］，参与了DOX 诱导的心脏毒性的发展。葡萄糖调节蛋白78（GRP78）既是内质网应激期间未折叠蛋白反应的中心介质，也是内质网Ca2+稳态的调节器，GRP78 过表达可减少钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）激活和p53 积累，保护心肌细胞免受DOX 诱导的细胞凋亡［17］。Llach 等［18］研究表明，低剂量的DOX 可引起射血分数降低，轻度扩张，破坏心脏功能，其机制可能与细胞内游离Ca2+浓度下降有关。

1.4 自噬作用

自噬是一种分解代谢过程，通过调节自噬相关基因（Atg）和溶酶体蛋白水解来消除细胞错误折叠的蛋白质和受损或老化的细胞器，以维持细胞稳态［19］。DOX 可通过内质网应激、氧化应激等多种途径诱导心肌细胞自噬启动［20］。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）为自噬的主要负调节因子之一，DOX 通过激活AMPK 和抑制P38 丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）来增加微管相关蛋白1A/1B 轻链3-Ⅱ（LC3-Ⅱ）、Atg5、Atg6、Atg8 和Atg12 的表达，抑制mTOR 的表达，促进自噬［21］。此外，DOX可通过增加LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的比率刺激自噬，并刺激c-Jun 氨基末端激酶1（JNK1）和p70S6 激酶（p70S6K）的表达，上调p62、Beclin-1 和Atg5 的表达促进自噬［16］。

1.5 细胞凋亡

细胞凋亡是由基因控制的细胞程序性死亡，它在生物体的进化、内环境的稳态和正常细胞更新中起着重要作用。DOX 诱导的心脏毒性与p53 的核易位和p53 依赖性凋亡有关。DOX 激活可细胞外信号调节激酶（ERK），并在Ser15 磷酸化p53。p53的磷酸化可通过下调抗凋亡B 细胞淋巴瘤2（Bcl-2）、上调促凋亡Bcl-2 相关X 蛋白（Bax）以及激活半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）、caspase-9 和ADP 核糖聚合酶而导致心肌细胞凋亡［22］。此外，E2F 转录因子1（E2F1）/AMPKα2 信号通路的激活也参与了DOX 诱导的心肌细胞凋亡［23］。虽然DOX 对心肌细胞凋亡的影响和机制已被广泛研究，但参与DOX诱导凋亡的特定信号通路尚未完全清晰。DOX 诱导的心脏毒性相关机制的示意图见图1。

图1 DOX 诱导的心脏毒性相关机制的示意图Fig 1 Schematic diagram of the mechanism related to DOX induced cardiotoxicity

2 中药及有效成分对阿霉素诱导心脏毒性的防治作用研究

历代中医医著中虽然对症瘕、积聚、瘰疬、癖、岩等病的记载与现代恶性肿瘤有相似之处，但对防治抗肿瘤药物所致的毒性无明确记载，阿霉素致心脏毒性的临床表现为胸闷、心慌、气短、乏力、汗出肢冷等，中医根据临床症状将其归属为“心悸”“胸痹”“心衰”等范畴。阿霉素致心肌损伤的病机多为气阴两虚、气血亏虚，基于《黄帝内经》“正邪观”思想，治疗以扶正祛邪为主，扶正应当补气、养血、温阳、滋阴；祛邪应活血、化痰、理气、祛瘀。

2.1 补虚药

2.1.1 补气药 补气药人参、黄芪、甘草、沙棘、红景天及刺五加等通过抗氧化、调节自噬、改善线体功能参与DOX 致心脏损伤的治疗。

人参具有大补元气、补脾益肺、安神益智的功效，可治疗心肺脾肾气虚证，在补益心气方面可以改善心悸怔忡，胸闷气短，脉虚等心气虚衰症状，其主要有效成分为人参皂苷。Liu 等［24］研究表明人参皂苷Rb1 通过消除兔子心室肌细胞高钙诱导的延迟去极化，抑制细胞内钙离子的增加，缓解钙超载，发挥抗心律失常和保护心肌细胞的作用。

黄芪具有补气生血，扶助正气的功效，可治疗气血亏虚诸证，其主要成分为黄芪多糖，可以增强机体免疫功能和造血功能。Cao 等［25］通过建立DOX 诱导的大鼠心肌细胞损伤模型和小鼠心力衰竭模型，发现黄芪多糖通过调节AMPK/mTOR 通路减轻DOX 诱导的心脏毒性。

甘草具有补脾益肺、调和诸药的功效，可治疗心气不足所致的脉结代、心悸，主要有效成分甘草酸能够抑制高迁移族蛋白B1（HMGB1）介导的AMPK/mTOR 自噬信号通路降低DOX 诱导的心脏毒性［26］。

沙棘具有活血散淤的功效，可治疗胸痹心痛，其有效成分沙棘总黄酮可以降低心肌耗氧量并改善心肌微循环。研究表明［27］，沙棘总黄酮通过抑制自由基引起的脂质过氧化，提高心肌抗氧化的能力，减轻DOX 致心肌损伤。Zhou 等［28］通过建立DOX 诱导H9c2 细胞凋亡模型，发现香豆素-4-氨基丁醇（alk-A）和稀有吡啶吲哚生物碱（alk-B）能抑制ROS 的产生，抑制细胞凋亡和改善线粒体功能，从而发挥保护心肌细胞的功能。

红景天具有益气生血、活血化瘀的功效，其主要有效成分为红景天苷。曹向明等［29］建立阿霉素心肌损伤模型，以红景天给药干预后发现，红景天通过升高心肌肌钙蛋白Ⅰ（cTn Ⅰ）、B 型钠尿肽（BNP）、心肌细胞凋亡指数（AI）等改善DOX 致心脏毒性。

刺五加具有补益心气的功效，主要有效成分为多种糖苷。刺五加及苷类提取物有抗应激，抗心律失常的作用，能降低细胞脂质过氧化［30］。张珊等［31］通过DOX 诱导大鼠心脏毒性模型，以不同剂量的刺五加注射液进行干预，结果发现刺五加注射液能增强DOX 致心肌损伤大鼠的心脏收缩功能障碍，改善心脏功能，减轻心肌组织超微结构损伤。

2.1.2 补阳药 补阳药鹿茸、仙茅、冬虫夏草、巴戟天可通过抗氧化、抗炎、抗凋亡等机制有效改善DOX 致心脏功能损伤。

鹿茸具有补气血、益精髓的功效，其主要成为为鹿茸多肽。Shi 等［32］研究表明鹿茸通过改善大鼠的心肌纤维化和心室重构，恢复心脏功能。李鑫等［33］研究表明，鹿茸多肽通过调控转化生长因子-β（TGF-β1）、SMAD7、PKC 蛋白表达量，对DOX 诱导的H9c2 损伤细胞起到保护作用。

仙茅具有温肾阳的功效，主要有效成分为仙茅苷、仙茅素等成分。现代药理研究发现仙茅具有抗氧化应激的作用，且与NF-κB 信号通路有关［34］。姚佳等［35］研究表明，仙茅多糖可提高小鼠心肌损伤模型血清肌酸激酶（CK）、乳酸脱氢酶（LDH）、谷草转氨酶（AST）和一氧化氮合酶（NOS）活力，增加心肌SOD 活力和降低丙二醛（MDA）含量，对DOX 引起的心肌损伤具有明显保护作用。

补骨脂具有补肾壮阳，温脾止泻的功效，主要有效成分为补骨脂酚和异补骨脂素等成分。庄华梅等［36］研究表明，补骨脂通过调控Bcl-2/Bax 及Caspase-9 和Caspase-3 转录水平，减轻慢性心力衰竭大鼠的心肌损伤，提高SOD 活力、降低MDA 水平，对心肌细胞起到保护作用。任何等［37］研究表明，补骨脂酚可通过激活SIRT3/SOD2 信号通路，抑制DOX 引起的氧化应激损伤和细胞凋亡。

冬虫夏草具有补益肺肾，止咳化痰的功效，主要有效成分为腺苷、多糖等成分。吉家钗等［38］研究发现，虫草素可以抑制NF-κB 信号通路降低阿霉素引起的炎症反应和心肌细胞凋亡，改善阿霉素诱导的心功能不全。

巴戟天具有补肾阳、强筋骨的功效，主要有效成分为蒽醌、低聚糖等成分。顾冰［39］研究表明，巴戟天寡糖通过抗氧化作用减轻DOX 致心肌损伤的程度，保护受损的心肌细胞。

2.1.3 补血药 补血药当归可通过抗凋亡、增强ATP 酶活性改善DOX 致心脏功能损伤。

当归具有有活血止痛的功效，主要有效成分为当归多糖、挥发油等。Jeon 等［40］研究表明，当归中性油对心肌缺血有明显的保护作用。畅艳娜［41］等研究表明，不同浓度（3.75、7.5、15 g/L）的当归超滤物通过增强细胞ATP 酶活性、降低胞内LDH 活性、抑制凋亡因子释放，拮抗阿霉素致心脏毒性的作用。

2.1.4 补阴药 补阴药枸杞子、麦冬可通过抗氧化、抗凋亡等机制有效改善DOX 致心脏功能损伤。

枸杞子具有有滋补肝肾的作用，主要有效成分为枸杞多糖。Deng 等［42］研究表明，枸杞多糖能够降低DOX 的免疫毒性并增强其抗肿瘤活性。刘楷曦等［43］研究表明，不同浓度枸杞多糖能显著降低阿霉素对心肌细胞的损伤作用，减少心肌细胞的变性和坏死。

麦冬具有益胃养阴，清心除烦的功效，主要有效成分为麦冬皂苷。孟晨等［44］研究表明，麦冬皂苷D 通过降低DOX 诱导的ROS 累积、缓解内质网应激对心肌细胞产生保护作用。

2.2 活血化瘀药

活血化瘀药川芎、丹参、红花、益母草、姜黄可通过抗氧化、调节自噬、保护线粒体功能、等机制有效改善DOX 致心脏功能损伤。

川芎具有活血行气，祛风止痛的功效，主要有效成分为川芎嗪。丁雪明等［45］研究表明，川芎嗪通过上调细胞14-3-3γ 及线粒体Bcl-2 表达，抑制心肌细胞氧化应激，保护线粒体功能，减少DOX 诱导心肌细胞的凋亡。

丹参具有活血祛瘀止痛的功效，主要有效成分为丹参酮。丹参酮Ⅱ A 可通过调控AMPK 信号通路介导的自噬减轻心肌细胞氧化应激，防治阿霉素所致的心肌细胞损伤［46，47］。

红花具有活血祛瘀止痛的功效，主要有效成分为丹参酮、丹参素等。童彩玲等［48］研究表明，不同浓度红花黄色素（2.5、5、10 g·kg-1·d-1）能显著增加心肌Cx43 表达水平，其作用机制是通过上调Cx43 的表达而发挥保护作用。

益母草具有活血祛瘀的功效，主要有效成分为益母草碱。陈瑜萍等［49］研究表明，益母草通过抗脂质过氧化反应，减轻心肌细胞膜由氧自由基引发的损伤，降低细胞膜的通透性，对DOX 诱导心肌损伤具有保护作用。

姜黄具有活血行气的功效，主要有效成分为姜黄素。张新慰等［50］研究表明，姜黄素通过提高心肌细胞SOD 活性，降低MDA 水平和Caspase-3 表达而保护心肌细胞。

2.3 收涩药

补阴药金樱子、五味子可通过抗氧化、抗炎、抗凋亡等机制有效改善DOX 致心脏功能损伤。

金樱子具有固崩止带的功效，主要有效成分为多糖、黄酮类化合物。罗卫民等［51］研究表明，金樱子通过抗氧化、抗炎症及抗凋亡途径降低大鼠血清中AST、LDH、CK-MB、TC 水平对DOX 诱导心肌损伤产生保护作用。

五味子具有益气生津，补肾宁心的功效，主要有效成分为木脂素类化合物。张旻昱等［52］研究表明，五味子提取物可以提高SOD 活性，抑制DOX 诱导心肌细胞的脂质过氧化，从而减轻DOX 对心脏的毒性。陈虹竹等［53］研究表明，五味子木脂素能降低LDH、CK 水平，改善DOX 诱导的心肌损伤。

2.4 止血药

止血药艾叶、三七可通过抗氧化有效改善DOX致心脏功能损伤。

艾叶具有温经止血，散寒止痛的功效，主含挥发油、黄铜类成分。王中晓等［54］研究表明，艾叶提取物能够降低LDH、AST、CK-MB、CK、MDA 水平，提高SOD 水平，增强大鼠的抗氧化应激能力，从而降低阿霉素所致的心肌损伤程度。

三七具有散瘀止血，消肿定痛的功效，主要有效成分为三七皂苷。李炜莉等［55］研究表明，不同浓度（50、100 mg/kg）三七皂苷有效降低大鼠LDH、CK、CK-MB 水平，改善DOX 所致大鼠心肌组织松散和萎缩形态，对阿霉素所致心肌损伤具有保护作用。

2.5 清热药

清热药黄芩可通过抗氧化、抗炎、抗凋亡、调节自噬等机制有效改善DOX 致心脏功能损伤。

黄芩具有清热止血的功效，主要有效成分为黄芩素。Zhou 等［56］研究表明，黄芩根提取物可以通过诱导自噬保护细胞凋亡。代渊等［57］研究表明，发黄芩素能够抑制NF-κB 和JNK 的磷酸化水平，减少DOX 引起的心肌细胞凋亡。

2.6 其它中药

吴茱萸、豨莶草、罗汉果可通过抗氧化、抗凋亡等机制有效改善DOX 致心脏功能损伤。

王丽等［58］研究表明，吴茱萸次碱通过增强DOX损伤后H9c2 细胞的活力，抑制ROS 的释放，抑制细胞凋亡，对DOX 引起H9c2 心肌细胞的损伤具有保护作用。于静［59］等研究表明，豨莶草醇提物能够降低小鼠的心脏系数，增加心率，降低血清中生化指标（CK、LDH、TC），改善DOX 诱导的心脏毒性。黄文蔚等［60］研究表明，罗汉果皂苷通过增加Bcl-2蛋白表达，降低mRNA 的表达，增强DOX 心肌损伤大鼠的抗氧化能力，抑制心肌细胞凋亡。

3 总结与展望

DOX 诱导心脏毒性的病因在于“虚”，《黄帝内经》言“虚则补之，损者益之”，治疗则以“补虚顾本、护心减毒”为主。目前研究发现，DOX 的毒性不会仅以心脏毒性的方式存在，而中药兼顾整体，在降低心脏毒性的同时有效改善整体毒性，中药以整体观的角度，对机体系统性的进行治疗，兼顾多个脏器的损伤作用，在DOX 引起的毒性反应中具有独特的优势。补虚药、活血化瘀药等中药通过扶正驱邪的方式，有效防止DOX 引起的心脏毒性，其作用机制多与抗氧化应激和炎症反应、防止线粒体损伤、维持Ca2+稳态、抑制心肌细胞凋亡等有关。但中药具有多组分、多途径、多靶点的特点，治疗心脏毒性的机制复杂，因而具体的药效物质基础及作用机制还有待进一步的研究。

作者贡献度说明：

苏敬：论文选题及执笔；刘东玲，海洋：论文修改；董劲曲，徐兰：文献收集；侯雯倩，刘小凤：文献整理。

所有作者声明不存在利益冲突关系。