基于TGF-β1信号通路探讨心肌纤维化的中医药防治

边晓红 冯利民

心肌纤维化是致病因子长期作用于心脏,引起心肌组织细胞外基质过度沉积,致使心脏发生严重瘢痕化、组织僵硬和功能受损的一种病理现象。其病理过程同时也是一种慢性炎症逐渐发展的过程[1]。心肌纤维化会引起心肌舒缩、传导功能及代谢异常,并在心室重构中发挥重要作用。其也会造成心力衰竭、各种心律失常等心脏疾病,极大增加心源性猝死和心脏骤停几率,成为人类第一致死疾病。而在发达国家,因缺乏有效手段治疗纤维化,大约45%的死亡归因于纤维化疾病[2]。因此,如何有效防治心肌纤维化已成为现阶段研究热点之一。

各种细胞因子在心脏纤维化发生发展中的作用备受关注。而TGF-β是体内重要的致纤维化细胞因子之一,参与调节成纤维细胞增殖、分化、迁移和细胞外基质生成的整个过程,其水平在一定程度上反映了心肌纤维化的严重程度。TGF-β1是TGF-β家族主要亚型,可以通过激活下游Smads蛋白信号转导分子促进心肌成纤维细胞的Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维表达,介导心肌纤维化。

TGF-β1已被确定为心脏纤维化的关键调节因子,其影响范围广泛,可能影响细胞生长、凋亡和分化;促进胶原蛋白和基质蛋白的产生及胶原蛋白的降解;维持成纤维细胞活力等[3]。通过实验发现TGF-β1是动物心肌成纤维细胞中胶原产生的强有效刺激物,进一步观察心肌梗死动物模型结果显示,TGF-β1表达在心肌梗死模型中显著增加,使用TGF-β1通路抑制剂后可有效阻断TGF-β1通路,抑制其活性,减轻心肌纤维化程度[4,5]。因此,调控TGF-β1信号通路为防治心肌纤维化的关键。近年来,中医药对于心肌纤维化的防治研究及诊疗受到越来越多研究者的关注。

传统中医本无“心肌纤维化”的病名,根据心肌纤维化的临床表现多将其归属于中医学“胸痹”“心悸”“喘证”“水肿”“眩晕”等范畴。病位在心及心络。其病因有外邪侵袭、饮食失调、情志不畅、劳累过度、年老体虚等。针对于病机,有学者将其概括为本虚标实、久病入络。本虚为气虚及阴阳亏虚,标实为瘀血、痰浊、热毒[6,7]。因此以益气温阳、活血化痰化瘀为主要治法。临证时高血压、糖尿病、病毒性心肌炎、冠心病等基础疾病都会导致心肌纤维化的发生。因此在临证治疗时要结合不同原发疾病诱导的心肌纤维化存在着的不同兼夹证候,进行宏观辨证论治,病证结合。如类风湿关节炎所致心肌纤维化多兼脾虚湿盛,故以益气健脾通络为治法[8]病毒性心肌炎多兼夹热毒,治以清热解毒、活血通络[9]。高血压及糖尿病性心肌病可兼有阴虚,故以益气养阴、补益肝肾、活血化瘀为主要治法[10]。因此笔者现从中医药的单味中药、中药复方、中成药三个方面防治心肌纤维化进行总结。

1 单味中药治疗心肌纤维化

据研究发现部分单味中药及有效成分直接抑制TGF-β1信号通路或间接通过AMP活化蛋白激酶(AMPK)、过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)、炎性反应、氧化应激等不同靶点调控该通路起到防治心肌纤维化的作用。

AMPK是一种能量代谢的关键能量传感器,与TGF-β1信号通路存在密切联系[16]。动物实验已证实,AMPK的激活对于心肌细胞的存活及对心肌纤维化的抑制具有重要作用[12]。TGF-β1可激活转化生长因子β-激活激酶1(TAK1),进一步促进AMPK活化,而AMPK的激活又可抑制TGF-β1介导的Smads通路,进而破坏细胞外基质(ECM)重塑[13]。二者共同影响心肌纤维化。栀子苷为清热解毒中药栀子中分离出来的环烯酮类活性成分,其通过激活AMPKα和Sirt1机制,以及抑制体内和体外内质网(ER)应激,对心肌纤维化的防治具有重要作用[14,15]。除此之外,中药虫草素[16]、小檗碱[17]、积雪酸[18]等提取物也具有激活AMPKα的能力,并对心肌纤维化具有潜在的治疗意义。

TGF-β1信号通路与过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)二者联系密切。PPAR-γ作为结缔组织生长因子(CTGF)的上游调控因子,在多项纤维化疾病中发挥保护作用。PPAR-γ的激活可使CTGF的表达增强,抑制TGF-β1/Smads通路效应,破坏ECM重塑,从而改善心脏纤维化[19]。如:胡椒碱主要通过激活PPAR-γ,抑制Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原的表达,从而抑制AKT/GSK3β磷酸化,及TGF-β1/Smads通路[20],最终达到防治心肌纤维化的目的。中药葛根提取物葛根素同样可加强PPAR-γ的表达,并抑制TGF-β1/Smad2介导的内皮-间质转化(EndoMT),改善心肌纤维化程度[21]。基于PPAR-γ,除上述中药,经随机、双盲、多中心研究证实芪苈强心方也可通过激活PPARγ减弱心肌梗死后心肌重构和纤维化[22],对于临证治疗心衰及心肌纤维化疗效显著[23]。

炎性反应与TGF-β1/Smads通路密切相关,如NLRP3炎性小体可以增加TGF-β1/Smads3信号转导[24]。NLRP3炎症小体作为一种多蛋白低聚物复合物,已被认为是促进纤维化进展的关键中介因素[25]。NLRP3炎性小体被激活后,诱导IL-1β和IL-18的激活与成熟,导致MAPK通路激活,促纤维化基因上调及胶原蛋白合成[26]。部分中药成分通过抑制NLRP3炎性小体及TGF-β1信号通路表现出良好的抗纤维化作用。中药丹参提取物丹参多酚酸酯可通过抑制TGF-1/Smad2/3信号通路和硫氧还蛋白相互作用,通过蛋白(TXNIP)/NLRP3炎性小体及其诱导的IL-1β和IL-18成熟来减轻心肌梗死后大鼠心房颤动[27]。Kang等[28]研究表明,桂皮中分离得到的肉桂醛可通过抑制NLRP3炎症小体激活和调节tlr4/6-白细胞介素1受体相关激酶(IRAK4)/1以及TGF-β1信号通路,减少ECM积聚,以减轻心肌炎症和纤维化的程度。

除了上述的NLRP3炎症小体,中药中的大多数活性成分还可以通过调节核转录因子κB(NF-κB)通路,达到抑制TGF-β1信号途径,缓解炎症及心脏纤维化的目的[29,30]。许多NF-κB抑制剂所表现出的抗炎作用也与心肌纤维化的改善密切相关[31,32]。NF-κB的激活可增加TGF-β1、TNF-α、IL-6和IL-1β的表达,进而激活胶原沉积和心肌纤维化,导致心肌重构和心衰[33,34]。研究表明,中药姜黄主要成分姜黄素,可通过抑制NF-κb激活和促进核因子-红系2相关因子2(Nrf2)表达来减轻肥胖诱导的心肌炎症、重构和纤维化[35]。Wang等[36]认为麝香中最关键的单体成分麝香酮可以通过降低TNF-α、IL-1β和NF-κB的产生来抑制炎性反应,抑制TGF-β1信号,来改善心功能,减轻心肌纤维化[37]。丹参酮Ⅱ A是丹参有效成分之一。有报道称丹参酮IIA可通过抑制IκB磷酸化和NF-κB活化,降低MCP-1、TGF-β1表达,减轻心肌梗死后心肌纤维化病理改变,改善心功能[38,39]。

氧化应激也参与了TGF-β1通路介导的心肌纤维化。其中,TGF-β1是纤维化的核心通路和最具特征的调控因子[40-43]。多项研究表明,苦参中的主要成分苦参碱在多个脏器中具有抗纤维化作用[41-45]。其可通过调控Smad、细胞外信号调节激酶(ERK1/2)和p38MAPK信号通路[46,47],抑制醛固酮或TGF-β1诱导的CFs增殖和肌成纤维细胞分化[48]。据报道,长期使用黄芩和灯盏花中的提取物黄芩素,可抑制TGF-β1表达、p38 MAPK和ERK1/2磷酸化来抑制间质纤维化,从而抑制CFs增殖并改善心肌梗死后的心功能[49]。柴胡重要成分柴胡皂苷A是柴胡中的一类三萜皂苷,柴胡皂苷A不仅可以通过抑制TGF-β/Smad信号通路来减弱TGF-β诱导的CFs激活和功能,还可以通过抑制Wnt/β-catenin信号通路来改善内皮细胞EndMT,减轻氧化应激,缓解心脏纤维化[50]。

此外,尚有许多单味中药及有效成分诸如玄参提取物[51-53]、红花与葶苈子配伍[54]、厚朴提取物和诺酚[55]、银杏叶提取物[56],白藜芦醇[57],三七皂苷[58]等均具有通过调控TGF-β1信号通路发挥抗心肌纤维化的作用。

2 中药复方防治心肌纤维化

在遵从传统中医的辨证论治之下,基于TGF-β1信号通路,中药复方在防治心肌纤维化的研究中也取得了一定进展。经临床实验观察,加味真武汤加减治疗心肾阳虚证型的心肌纤维化患者可通过降低TGF-β1、CTGF、TNF-α、IL-1β1等水平,显著缓解临床症状,增强心肌功能,日常活动能力得到有效提高,发挥抗纤维化的作用[59,60]。而具有益气养阴、活血化瘀之效的参元益气活血方以及益气养阴活血方联合常规西药治疗均可有效改善患者心悸、气短、胸闷痛、面肢水肿等症状,凝血酶、TGF-β1、Col-Ⅰ、Col-Ⅲ水平显著降低,此方为临床防治心肌纤维化做出了重要贡献[61,62]。

中医认为心肌梗死后心力衰竭为本虚标实之证,上焦心阳虚日久所致气滞、血瘀、痰浊等有形实邪的形成[63]。这些情况与胶原沉积、间质纤维化的心肌病理改变一致。芪苈强心汤是由葶苈子、黄芪、附子、丹参、香加皮、泽泻、泽兰、红花、桂枝等中药组成。具有益气温阳、活血化瘀、通络消肿之效。据实验报道,用芪苈强心方治疗心肌梗死的大鼠,经观察,大鼠心脏内的Col-I、a-SMA、TGF-β1和p-Smad3的水平明显降低,p-Smad7的表达水平增高。因此,芪苈强心方可通过抑制TGF-β1/Smad3和NF-κB信号通路,减轻炎性反应。对于心肌纤维化的防治以及心肌细胞的保护具有重要作用[64]。对于心肌梗死后心肌纤维化瘀血较重的患者,可选用桃红四物汤进行加减治疗。研究表明,桃红四物汤可通过抑制TGF-B1信号通路和smad2,3、减少胶原沉积、抑制纤维化增殖,显著降低心肌纤维化,对于心功能起到保护作用[65]。除上述中药复方外,由人参、苍术、茯苓、山药、低聚木糖等组成的人参定志汤经实验研究,其能够有效地抑制NLRP3炎症小体的激活和心肌胶原沉积的形成,降低TGF-α和TGF-β1水平,达到减轻心力衰竭,改善心肌纤维化以及防治糖尿病的功效[66]。

3 中成药防治心肌纤维化

中医学认为心主血脉,慢性心系疾病必然影响血液运行,血行不利则易成瘀血,而津血同源,瘀血亦可化生痰饮,从而形成痰瘀互结之势,痰瘀日久不化易蕴生热毒。因此痰、瘀、毒为心肌纤维化的关键病理因素,三者相互影响,最终形成恶性循环,共同导致了心肌纤维化的发生[67,68],故瘀阻心络为心肌纤维化发病的关键,气血亏虚,阴阳失调为其基础。因此目前治疗心肌纤维化等心血管疾病的中成药大多以活血化瘀为主,以益气养阴,行气止痛等治则为辅。除通心络胶囊[69]、抗心衰颗粒[70]、芪参益气滴丸[71]、参松养心胶囊[72]等中成药外,活心丸对心肌纤维化,冠心病等疾病也具有显著疗效。经研究发现,活心丸能够通过抑制TGF-β1/Smads 信号通路以及NF-κB信号通路,下调 Smad2/3,有效减轻心脏炎性反应,缓解心肌纤维化及心肌损伤的程度[73,74],目前抑制TGF-β1/Smads通路防治心肌纤维化中成药的实验研究已取得一定进展。陈慧洋等[75]通过大鼠模型实验,发现芪丹利心丸可通过上调miR-133a,抑制TGF-β1、Smad3 、CTGF蛋白及mRNA的表达,减少胶原合成,延缓心室重构和心肌纤维化,改善大鼠心功能。祁轶斐等[76]发现扶正化瘀胶囊通过促进miRNA-29表达,抑制过度激活的TGF-β1/smads信号通路产生的不良作用,下调 MMP-2、MMP-9、TIMP-1、TIMP-2 蛋白及mRNA表达,减少因基质金属蛋白酶系统间的失衡所导致的Ⅰ、Ⅲ型胶原过度沉积,从而防治心肌纤维化。另一项临床试验调查中医治疗心脏纤维化的疗效,发现麝香保心丸可显著改善心衰患者心功能和临床症状,其作用机制与降低TGF-β1、sST2、MMP-2、AngⅡ等全身纤维化生物标志物水平,缓解心肌纤维化,保护心肌细胞有关[77]。

中医根据患者临床特征将心肌纤维化归属于“胸痹”“心悸”和“喘证”等范畴。因其导致的心肌肥厚、僵硬形态学表现,又可归属于“微型癥积”[78]。病位在心及心之络脉。临证时常常从虚、瘀、痰、毒四个方向进行防治心肌纤维化,且强调“病证结合”,结合心肌纤维化基础疾病的不同,辨证论治。近年来,中医药治疗心肌纤维化可有效缓解患者临床症状,治疗该病具有“标本兼治”的优势。并且中药较西药治疗费用较低,药物不良反应较小。