大承气汤治疗急性胰腺炎作用机制的研究进展

柯菁菁 闫超 董爱金

急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP),是由一种或几种病因导致的胰腺自身消化引发水肿、出血乃至于坏死等炎性方面损伤的急腹症,且可能伴随多种危重并发症[1]。AP的现代医学常规治疗主要包括禁食、抑酸、抑酶、胃肠减压、补液、预防感染、镇痛等[2]。大承气汤由大黄、厚朴、枳实和芒硝4味药物构成,多数治疗AP的中药方剂均是以大承气汤为基础加减药物化裁而来,如柴芩承气汤、清胰汤、大黄牡丹汤、通腑泄热汤等[3]。大承气汤提取出的有效成分中,大黄素、厚朴酚、大黄酸、儿茶素是辅助治疗AP的主要有效单体。大承气汤通过多靶点途径起效,能够做到在治疗过程中根据不同AP患者的症状及时调整用药,减少并发症,降低致死率[4-6]。因此,大承气汤干预治疗AP有其独特的优势。本文梳理了近年来大承气汤治疗AP机制研究的相关文献,认为其机制主要为调控炎性因子及相关信号通路、调控细胞自噬和凋亡、修复肠道黏膜屏障、缓解氧化应激反应、调控胰腺细胞钙超载等方面,本文对以上主要作用机制的研究进展进行归纳和总结,以期为大承气汤在临床应用上提供一定的参考。

1 调控炎性因子及相关信号通路

炎症损伤是AP对机体最直接的损伤方式,大承气汤通过直接或调控相关信号通路来抑制促炎因子以及促进抗炎因子表达的方式,缓解胰腺组织炎症的相关症状,提高治疗AP的疗效。

1.1 调控炎性因子

促炎因子和抗炎因子之间互相关联又互相拮抗,维持动态平衡并形成机体的炎症调控系统。据相关研究显示:在AP病程中,胰腺细胞会使核转录因子(nuclear factor-kappa, NF-κB)等信号通路高度活化,大量分泌白细胞介素1β(interleukin 1β,IL-1β)、白细胞介素6(interleukin 6, IL-6)、白细胞介素8(interleukin 8, IL-8)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、趋化因子(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)等促炎因子和抑制白细胞介素10(interleukin 10, IL-10)、白细胞介素4(interleukin 4, IL-4)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)等抗炎因子的分泌;多种炎性因子共同作用从而诱发炎症反应,致使患者免疫应答失控,大量炎性因子进入血液循环,导致身体发现全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome, SIRS)和多器官功能衰竭综合征(multiple organ dysfunction syndrome, MOF),甚至可令患者死亡[7]。

IL-1β主要由活化的巨噬细胞产生,是重要的炎性介质之一,具有致热和诱导炎症的作用[8]。IL-1β作为一种关键的促炎细胞因子,参与多种自身免疫性炎症反应和多种细胞活动,通过多种下游机制协调免疫反应。IL-1β还参与IL-6和TNF-α分泌的调节过程,产生级联反应链[9]。有动物实验研究证实,大承气汤通过降低促炎因子IL-1β、TNF-α等的分泌,促进IL-4、IL-10等抗炎因子产生,调整促炎因子和抗炎因子的动态平衡而减轻 AP 引起的各组织损伤[10]。

IL-6是参与AP炎症反应的主要促炎因子之一,在 IL-1和TNF-α等因素刺激下由单核—巨噬细胞、T淋巴细胞等产生,参与急性期炎性反应,IL-6表达水平过高会引起胰腺组织和全身器官组织损伤。有报道显示,AP患者血清IL-6水平明显高于健康个体,是衡量AP严重程度的重要指标[11]。张明敏等[12]大鼠实验表明,大承气汤减少了巨噬细胞释放IL-6,阻断了炎性因子的级联效应,降低胰腺组织的炎性反应,起到减轻AP症状的效果。

IL-8是T淋巴细胞、单核—巨噬细胞和上皮细胞等分泌的细胞因子,IL-8通过结合趋化因子受体白细胞介素-8受体α(interleukin-8 receptor α, IL8Rα)和白细胞介素-8受体β(interleukin-8 receptor β , IL8Rβ)而激活中性粒细胞,在中性粒细胞介导的胰腺组织损伤中起重要作用。有关报道显示IL-8参与了胰腺炎的发病机制,AP的严重程度与IL-8的大量分泌密切相关[13]。吕冠华等[14]指出,采用大承气汤治疗的大鼠胰腺炎症反应均较轻,大承气汤可以拮抗IL-8等主要促炎因子的生成,缓解AP病情。

TNF-α主要由活化的单核—巨噬细胞和T淋巴细胞产生,能够介导胰腺局部和全身性反应,随着TNF-α产生增多,AP病情逐步加重。在AP病程中,TNF-α是炎症反应的始动因子,当血液中TNF-α浓度过高会激发该炎性因子自身活性,诱发和促进多种炎性细胞因子的产生,成为炎症反应的扳机,引发炎症瀑布放大效应,对机体造成严重损伤。王艻等[15]通过大鼠实验研究发现,大承气汤可显著减少机体中TNF-α、IL-6等促炎因子的水平,通过抑制机体的炎症反应来减轻AP对各器官造成的损伤。

IL-10是由单核—巨噬细胞、T辅助细胞和Th1细胞等活化的免疫细胞产生的,IL-10的主要功能是释放免疫介质并传递抗原,通过阻断促炎因子、趋化因子等的基因编码起到抗炎效果,是公认的强效抗炎因子。有报道显示,IL-10表达水平与AP大鼠的炎症严重程度及胰腺组织病理学评分呈正相关,AP发生时机体会分泌IL-10以拮抗IL-1β的分泌,抑制多种炎性反应,维持促炎—抗炎因子动态平衡,同时调节免疫应答,缓解过度免疫反应造成的损伤[16]。曾能壮[17]指出,加味承气汤能显著提高IL-10表达水平,降低促炎因子TNF-α、IL-1β及IL-6等的分泌,抑制胰腺病理损伤,加速AP的治愈。

1.2 调控相关信号通路

1.2.1 Toll样受体(toll-like receptor,TLR)/核因子-κB(nuclear factor, NF-κB)信号通路 NF-κB是炎症信号传导的关键因子之一,在胰腺中主要由P50/P65两个异源二聚体组成。当受到AP炎性刺激后,坏死的胰腺腺泡释放高迁移率族蛋白(HMGB1),HMGB1通过激活TLR4受体后诱导髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88, MYD88)激活,引起人核因子κB抑制蛋白α磷酸化并激活NF-κB,游离的P50/P65二聚体异位至细胞核与DNA结合参与基因转录,诱导TNF-α、IL-6、IL-1β等多种炎性子分泌,抑制抗炎因子IL-4,IL-10和TGF-β的表达[18],大量炎性因子的产生又刺激胰腺细胞坏死并释放HMGB1,形成恶性循环。王艻等[15]指出,大承气汤可明显抑制AP诱导的HMGB1分泌,降低TLR4、髓样分化因子及P50/P65蛋白的表达水平,起到调节TLR/NF-κB信号通路介导的炎症反应的作用。相关研究表明,化裁大承气汤可以有效降低机体HMGB1、人核因子κB抑制蛋白α、NF-κB等基因蛋白的表达水平,抑制该通路的活化来降低TNF-α、IL-6、IL-1β炎性因子的分泌,减轻胰腺和肠道组织的损伤[19]。党琳等[20]指出,承气汤类方可减低TLR4的表达,抑制P-65蛋白活化,抑制TLR/NF-κB通路来降低小鼠血清淀粉酶、脂肪酶活性,缓解胰腺组织水肿和病变。

1.2.2 Janus 蛋白酪氨酸激酶2(janus activated kinase2 JAK2 )/信号转导与转录激活3(signal transducer and activator of transcriptions3,STAT3) JAK-STAT信号通路是一个重要的细胞因子传导的通路,在许多细胞的增殖、分化、迁移及其凋亡等方面起着及其重要的作用,大多数炎性因子IL-1β、IL-6、IL-10、TNF-α、TGF-β均可通过该信号通路传导。陈卫东[21]指出JAK2-STAT3信号通路与炎症密切相关,参与AP发病全过程的炎症因子调控和释放,是这些炎症因子调控和释放的主要信号通路。大承气汤治疗AP可通过抑制JAK2-STAT3信号通路调控炎性因子表达来实现。何婕等[22]进行的动物活体实验表明,大承气汤能够缓解胰腺组织病理损伤程度,调控胰腺JAK2 mRNA、磷酸化JAK2蛋白、STAT3 mRNA和磷酸化STAT3蛋白的表达水平,且与应用鲁索替尼(JAK2抑制剂)和Stattic(STAT3抑制剂)效果接近,说明大承气汤可以抑制JAK2-STAT3信号通路全过程的表达。沈银峰等[23]指出,大承气汤可下调JAK2 mRNA、磷酸化JAK2蛋白、STAT3 mRNA和磷酸化STAT3蛋白的表达,抑制JAK2-STAT3信号通路的活化,减轻肠道组织粒细胞浸润和绒毛脱落,起到保护胰腺和肠道组织的效果。

1.2.3 磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinsoitide 3-kinase,PI3K) /下游的蛋白激酶B(protein kinase B,AKT/PKB)信号通路 PI3K/AKT是细胞中一个经典的信号通路,PI3K是多种细胞应答的中间的桥梁,在多种上游或下游因子的影响下,对细胞的凋亡、焦亡、自噬、氧化应激等途径起着关键作用。AKT是由AKT1、AKT2、AKT3三种亚型构成的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,活化的PI3K经磷酸AKT磷酸化位点Ser473和Thr308激活的AKT通过磷酸化激活或抑制其下游靶点 NF-κB、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR) 等参与机体的生长生存[24-25]。研究发现,抑制PI3K/AKT信号通路可降低胰蛋白酶活性,减低胰腺水肿、中性粒细胞浸润和腺泡细胞的坏死程度,另一方面,PI3K还会促进NF-κB的激活,进一步加剧胰腺细胞损伤[26]。网络药理富集分析显示PI3K/AKT通路在AP病程中起着重要的作用,大承气汤通过调节PI3K/AKT信号通路缓解炎性反应、加速细胞凋亡的方式促进AP治愈[25]。孙文杰[27]报道指出,大承气汤能起到与PI3K抑制剂Wortmannin类似的作用,其成分大黄素、厚朴酚、儿茶素可以抑制PI3K活性,显著缓解胰腺损伤和坏死程度,PI3K亚基之一的PI3K-γ基因缺失可导致胰腺腺泡细胞凋亡数量增加,还在缓解钙离子超载和调节NF-κB方面发挥作用。

综上所述,大承气汤可通过直接抑制或调节有关信号通路的方式打断或抑制 AP病程中炎症因子作用的级联反应链,调控体内炎症因子平衡,提高患者免疫力,促进病情转归,提高治疗效率。但是大承气汤的有效成分作用于炎性因子及相关通路的分子机制尚无权威研究,尚待进一步探索。

2 调控细胞自噬和凋亡

细胞凋亡和自噬共同维持了细胞的动态稳定性,近年来的研究发现,细胞异常自噬、凋亡在AP病程中有着重要作用。AP患者机体免疫功能障碍,表现为早期过激免疫反应和后期机体免疫抑制,而淋巴细胞亚群减少是AP患者免疫功能减弱的主要原因。AP患者体内淋巴细胞异常自噬、凋亡是导致淋巴细胞亚群改变的主要原因之一[28]。调控胰腺细胞凋亡可以减轻AP的严重程度,而胰腺细胞坏死(细胞被动死亡)与炎症的严重程度呈正相关状态,会导致AP病情加重。凋亡相关因子Caspase-3是调控细胞凋亡的主要因子,常用来作为判定机体细胞凋亡的指标。细胞自噬在异常氧化应激及炎症等病理生理反应刺激的情况下会被过度激活,导致正常细胞死亡,清除p62等炎性小体能力降低,导致核转录因子NF-κB过度激活,TNF-α等炎性因子大量聚积,进一步诱发蛋白酶原,加剧胰腺损伤。

大承气汤能减少炎性因子释放,改善胰腺微循环,调控胰腺腺泡细胞自噬和凋亡。郇义超等[29]的报道指出,加味大承气汤组大鼠IL-1β、IL-6、TNF-α指标下降明显,胰腺腺泡细胞凋亡指数明显升高,且随着大承气汤剂量呈正相关线性关系。张宁等[30]选取100只SD大鼠模拟AP造模,采用不同剂量对大鼠进行大黄灌胃。结果表明,大黄治疗组大鼠线粒体自噬标志蛋白、内质网应激相关蛋白水平均有不同幅度的减低,且随着大黄剂量的增加各指标降幅也更为明显,呈线性相关。同时,各组大鼠炎性因子IL-1β、IL-6、TNF-α指标也显著降低,且大黄剂量越高,降幅越大。

综上,大承气汤通过降低单核—巨噬细胞释放炎性因子,阻断炎性症状的级联扩大效应,调控细胞自噬和凋亡,减少胰腺腺泡细胞坏死,从而起到保护胰腺组织,控制AP病情的积极效果。

3 修复肠道黏膜屏障

肠道黏膜是机体抵抗外来病原体入侵的重要防线,主要由机械屏障、生物屏障、免疫屏障和化学屏障4道防线构成。各屏障功能、构造和机制均不相同,但又可通过各自的信号通路整合,构成完成的防线。AP会损坏患者肠道屏障而使肠道菌群移位,导致局部组织坏死和全身感染,从而引发全身炎症反应综合征(SIRS)和多器官功能衰竭综合征[31]。

Qi L等[32]指出大承气汤的主要有效成分大黄素可以通过抑制缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1 HIF-1α)和NF-κB信号通路缓解缺氧及炎症带来的肠道黏膜机械屏障损伤。Yao P等[33]发现中药大黄可能通过抑制Toll样受体,对大鼠的肠道黏膜屏障进行修复,促进肠道菌群的恢复,改善AP的炎症反应,促进AP转归。唐义爽等[34]的研究表明,大承气汤可以改善胰腺组织病变程度,减少炎性细胞浸润,缓解肠道上皮绒毛脱落,修复肠道上皮细胞紧密连接结构,降低TNF-α mRNA、IL- 6 mRNA、细胞间粘附分子-1(intercellular adhesion molecules, ICAM1) mRNA等炎性因子指标,且效果明显优于其他组。宁建文[35]的研究指出,大黄素能起到类似半胱氨酸蛋白酶-1抑制剂的作用,通过抑制半胱氨酸蛋白酶-1信号通路的表达,抑制下游炎性因子和炎症介质的激活和释放,缓解肠道细胞过度凋亡,从而减轻肠道黏膜的炎症反应,修复肠道黏膜屏障。

综上,大承气汤通过维持上皮细胞完整性、改善血流微循环、恢复肠黏膜屏障、降低肠黏膜通透性、调节肠道菌群以维持肠内菌群动态平衡、调整分泌型免疫免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A ,sIgA)、免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM)分泌等方面来修复肠黏膜屏障,从而减轻AP患者胃肠道及胰腺等组织损伤,降低MOF的风险[36]。

4 缓解氧化应激反应

当机体遭受到有害刺激后会破坏体内氧化与抗氧化反应的动态平衡,NADPH氧化酶(reduced nicotinamide adennine dinucleotide phosphate oxidase,NOX)过量激活,氧化反应加剧,抑制抗氧化反应,活性氧(reactive oxygen species,ROS)和活性氮(reactive nitrogen species,RNS)产生过多,形成氧化应激反应,是导致衰老和疾病的重要因素之一。AP会引起炎性因子浸润胰腺组织的中性粒细胞,加速分泌NADPH氧化酶,大量产生氧化中间产物,生成大量氧自由基,引起胰腺组织过氧化产物蓄积,又加重胰腺损伤,发生SAP比例升高[37]。大量产生的ROS经颗粒吞噬或经三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)触发炎性小体NLRP3过度激活,NLRP3调控半胱氨酸蛋白酶-1的活化,促进IL-1等炎性因子的分泌,产生恶性循环,进一步加剧炎症[38]。

Yu JH等[39]的研究发现,过量氧自由基会提升AP炎性因子级联反应、加速炎性因子的聚集并造成相应组织的创伤,氧化应激通过激活炎症反应的NF-κB等相关信号通路,加剧AP症状的发展。故应通过抗氧化应激治疗减轻AP的症状,并抑制AP的进一步发展。黄野[40]指出大承气汤通过抑制氧化酶激活,减弱氧化应激反应,降低炎症小体和炎性因子的表达水平,起到保护胰腺组织,加速AP治疗效果。蔡青云等[41]进行的动物实验表明大承气汤可提高核转录因子 E2 相关因子 (nuclear transcription factor E2 related factors,Nrf2)、血红素加氧-1(heme oxygen-1,HO-1)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)表达水平,同时降低氧化应激标志物丙二醛(malondialdehyde,MDA)活性,起到缓解胰腺组织的氧化应急反应的效果,从而达到治疗AP的目的。

综上所述,大承气汤通过干预核转录因子E2相关因子/ 血红素加氧-1信号通路降低NADPH氧化酶分泌,减少机体过量氧自由基的生成,同时提高酶抗氧化系统种物质的含量,缓解氧化应激反应,抑制AP诱发的炎症瀑布反应,减轻胰腺及肺组织出血、坏死及炎症细胞浸润,达到治疗AP的效果。

5 调控胰腺细胞钙超载

钙离子是调控细胞内正常功能、维持细胞生长作用等机体各项生理活动不可或缺的重要离子。炎性因子、缺血、活性氧等外部作用一方面会引起胰腺腺泡细胞损伤并破坏内质网膜的完整性,增加其通透性,钙库和细胞质外的钙离子大量进入细胞质内,造成细胞质内钙离子超负荷;另一方面,以上因素也会抑制胰腺腺泡细胞钙—镁ATP酶的表达和活性,导致胞内钙离子浓度升高,形成钙离子超载现象,进一步引起胰腺酶分泌被抑制,导致胰蛋白酶原被溶酶体激活并过度活化,诱导胰腺组织产生恶性自我消化,造成胰腺腺泡细胞损伤甚至坏死,因此,钙超载不仅是AP的症状表现,同时也是AP发病的主要机制之一[42],彭兰等[43]的动物活体实验也验证了以上观点,胰腺组织损伤程度与钙浓度呈剂量以来关系,钙超载会引起胰酶过度激活从而造成胰腺腺泡细胞损伤。

因此,恢复细胞质内钙离子的动态平衡是减轻AP病情的关键环节,大承气汤可以有效提高钙—镁ATP酶的活性,减少胰腺细胞钙超载现象。赵展等[44]的研究表明大承气汤在调抗胰腺细胞钙超载作用显著,加速AP患者的治愈。何峰等[45]发现加味大承气汤可以有效改善钙—镁ATP酶的活性,恢复胰腺腺泡细胞钙离子稳态,保护患者胰腺和肝胆等器官,促进AP转归。黄定鹏等[46]指出加味大承气汤可以恢复钙—镁ATP活性,降低胰腺腺泡细胞内钙离子浓度,缓解钙超载现象,改善机体炎性反应状态,促进AP转归。

6 总结和展望

大承气汤作为通里攻下的代表药方,长期以来一直应用于AP等急腹症的治疗,但其现在医学机理却不甚明确。本文对大承气汤治疗AP的作用机制进行整理论述,旨在找出其具体发挥的作用,即通过调控炎性因子及相关信号通路、调控细胞自噬和凋亡、修复肠黏膜屏障、缓解氧化应激反应、调控胰腺细胞钙超载等效果,同时各机制之间互相作用,多靶点、多途径的治疗AP。与常规现代医学疗法相比,中西医结合干预治疗可以更有效的控制病情,缓解患者临床症状,改善生命体征,降低并发症发病率和致死率,值得推广运用。但是当前的研究仍存在许多不足,如AP发病机制不明、中医理论研究尚不充分,炎性因子IL-10、TGF-β等的相关实验及作用机制研究较少,大承气汤在AP的作用靶点、分子机制和信号通路的研究不够丰富等问题。因此,关于大承气汤的作用机制仍需进行大量深层次的实验研究,明确其在AP防治方面的机制系统,以期为临床治疗提供更多的参考依据。