基于Toll样受体通路与损伤相关分子模式分子炎症机制探讨扩张型心肌病中医药干预作用※

李 军 姜春云 解紫从 王雪娇

(中国中医科学院广安门医院心内科,北京 100053)

扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)是心肌病变的一种,以原因不明、心功能障碍为主要特征。其核心病理改变是心肌细胞凋亡坏死和心肌纤维化引起的心室异常重构,临床表现则以左心室或双心室异常扩大、心室收缩和扩张功能受损、严重心力衰竭和心律失常[1]。治疗方面仅以改善症状为主。美国一项研究表明DCM患者5年生存率不足一半且男性发病率与女性比例为5∶2[2]。阜外医院对全国DCM发病率进行整群分层随机抽样研究显示我国患病人数约为19万[3]。至今DCM心室异常再构机制尚未明确,现代医学普遍认为受多种混合因素影响,如病毒感染、自身免疫反应和家族遗传等[4]。本文通过Toll样受体(TLRs)通路与损伤相关分子模式(DAMPs)分子炎症机制对DCM产生发展及病理生理变化机制进行阐述,并充分发挥中医药优势,为临床干预与治疗DCM提供新靶点和新思路。

1 炎性反应—DCM发生的重要机制

炎症不仅对机体稳定状态的维持及内外病原防御起着重要作用,还参与血管新生、组织修复和再生。强烈炎性反应导致组织损伤,而适度炎性反应有利于组织修复[5]。现代临床研究发现在发病机制和临床表现上DCM和病毒性心肌炎过程类似。病毒性心肌炎是由柯萨奇病毒、腺病毒等感染心肌,导致心肌炎性渗出和心肌纤维性变、溶解的疾病。实验证实柯萨奇B组病毒不仅可以导致心肌炎,还可以产生DCM类似的病理生理改变;除此之外一项临床长期随访观察发现病毒性心肌炎患者转变为DCM的概率明显高于正常人群。在此基础上,有学者提出DCM和病毒性心肌炎可能是一种病的不同过程[6]。

病毒性心肌炎初期,病毒持续入侵和大量复制会导致心肌组织纤维化和心室再构,引发DCM。具体过程为病毒持续入侵造成心肌损伤、溶解,形成局部炎症,引起心肌细胞内自身抗原暴露、释放,同时树突细胞(DCs)表面TLRs对病毒识别结合后促进DCs向T细胞呈递活化自身抗原激活获得性免疫系统效应器细胞产生促炎细胞因子、化学趋化因子、白细胞黏附分子、生长因子和自身抗体等,共同参与组织损伤、修复,进而导致组织纤维化和心室再构,引起DCM[7]。

2 模式识别受体(PRRs)—DCM发生的重要因素

PRRs尤其是TLRs相关免疫应答是引发DCM的重要机制。心脏细胞受损时TLR2、TLR4在心肌组织中的表达骤增[8],其中TLR4信号通道激活参与心肌梗死以及梗死后心肌纤维化等一系列改变,进而对心脏收缩扩张功能产生影响[9]。TLRs是一类具有Ⅰ型穿膜蛋白且能识别大量外源性配基的重要受体家族,其可介导先天免疫反应,还是机体联系先天免疫系统和获得免疫系统的重要过程[10]。TLRs及其信号通路可以决定辅助性T淋巴细胞0(Th0)发育和分化方向,具体为抗原呈递细胞DCs在TLRs作用下成熟,Th0型细胞在其影响下向Th1、Th2、调节性T淋巴细胞(Treg)、Th17型发育和B淋巴细胞分化。感染柯萨奇B组病毒的DCM患者心肌中TLR8及其髓样化蛋白抗原(MyD88)信号分子表达量明显升高同时TLR8 mRNA高表达可大概率预示DCM患者并发心力衰竭及心肌梗死的发生[11],意味着柯萨奇B组病毒引起心肌炎症可能与TLR8对病毒单链RNA识别有关。

除病毒感染,近年来在临床应用中发现许多如阿霉素、呋喃唑酮等具有心肌毒性药物也会引发DCM。以往研究显示氧自由基、线粒体损伤、细胞凋亡等是阿霉素发生心肌毒性机制。但是,对敲除TLR2基因的DCM动物和正常的DCM动物给予等量阿奇霉素,观察3周发现敲除TLR2基因DCM动物的心脏收缩功能明显优于正常DCM动物。而敲除TLR4基因可明显逆转阿霉素引起的心肌细胞凋亡、心室收缩功能下降等病理改变,主要机制为TLR4基因可促进阿霉素介导的GATA-4的表达[12]。因此病毒感染和药物引起DCM与激活PRRs特别是TLRs及其信号通路密不可分。

3 损伤相关分子模式分子—DCM发生的重要介质

细菌、病毒等病原微生物或博来霉素等抗生素类药物在造成组织损伤的同时损伤组织释放DAMPs分子,进一步使PRRs及其信号通路激活引发炎性反应。研究发现,各种损伤组织释放的DAMPs分子包括S100家族蛋白、高迁移率族蛋白1(HMGB1)、热休克蛋白(HSPs)、白细胞介素(IL) -1、IL-18等[13]。正常情况下,这些分子作为转录因子、分子马达等存在于细胞内外,而当内外病原影响到细胞分泌甚至细胞凋亡、坏死时,上述分子则成为“危险信号”并释放经PRRs识别,激活先天免疫并决定获得免疫,进而导致慢性炎症出现组织损伤和重构。DAMPs分子激活PRRs信号系统成为许多疾病共同的病理学基础已得到众多研究证实,而以下的DAMPs分子作为PRRs内源性配基-促使心肌发生慢性炎性反应,进一步导致心肌纤维化和心室重构可能性最大。

3.1 S100蛋白家族 S100蛋白是一类酸性钙离子结合蛋白,可以和钙离子结合后在细胞内与肌丝、中间纤维等细胞成分共同作用真核细胞运动及分泌。细胞外S100蛋白能引起炎性反应, 参与组织损伤,机制为PRRs可在细胞外激活晚期糖基化经末产物受体(RAGE)主导的信号系统,上调趋化因子、促炎因子、黏附分子表达。S100B可激活apoE-/-小鼠内皮细胞表面RAGE,参与血管动脉粥样硬化早期内皮组织损伤,具体过程为激活后的RAGE经由信号通路JNK或ERK,促进血管内皮细胞黏附分子(VCAM)-1及基质金属蛋白酶(MMP)-2表达,进而引起血管内皮组织损伤。同时,S100分子也是损伤组织修复及重构过程中重要的调节因子。S100A4可在发生炎性反应的血管内皮细胞、单核-巨噬细胞以及平滑肌细胞等中表达显著升高,这些S100A4以旁分泌的方式释放出细胞后激活成纤维细胞,引起相关组织进行性纤维化及重构[14]。

3.2 HMGB1 HMGB1对维持核小体空间结构和功能具有重要作用,主要于真核细胞胞核中通过分子结构中B-box结构域而发挥强大的免疫调节功能。脓毒败血症中组织因坏死释放HMGB1可使DAMPs分子激活TLR4或RAGE,进一步促进炎性因子表达增加,使机体持续高炎症状态,降低血中HMGB1浓度则能明显降低病死率[15]。HMGB1不仅对心肌产生负性肌力作用,其在心肌缺血时被释放同时促进趋因子、促炎因子以及黏附分子表达,加重缺血对心肌组织损伤[16]。然而HMGB1也参与心血管组织病理性重构的多个过程,在血管动脉粥样硬化中期,脂肪条纹中平滑肌细胞在HMGB1刺激下增殖,并向内膜移动破坏血管内皮的正常功能;而在后期斑块组织中RAGE信号被HMGB1活化表达引起斑块稳定性破坏,最终导致血管重构和心血管事件发生。

3.3 HSPs家族成员以分子伴侣、转录因子形式存在于细胞内并发挥作用。研究表明,HSP60、HSP70、HSP90以及Gp96在各种刺激原作用下于胞外[17]激活获得性免疫反应参与组织修复,还可激活先天免疫系统引起巨噬细胞、DCs、B1细胞表达多种炎性因子导致组织损伤。动脉粥样硬化发病过程已表明DAMPs分子可在HSPs作用下激活相应PRRs刺激炎症发生。而心肌细胞凋亡、心脏重构及心力衰竭发生与持续压力过负荷状态心脏组织中HSP60向胞膜或胞外分布密不可分[18]。

4 DCM的中医药干预

近年来,越来越多的研究通过现代科学技术进行中医药改善和治疗DCM炎性反应的机制探讨。现代中医学认为,元气亏虚是DCM基本病机;其发病部位在心,日久心气耗散,可累及肺、脾、肾三脏。发病关键在于正气亏虚,邪毒内侵,耗伤气阴,阳气亏虚,血运滞塞,血不利则化水,血瘀水停而成。从中医药对于DCM炎性反应的治疗研究来看,主要包括以下单味中药及其提取物、中药复方、中成药等。

4.1 单味中药 治疗DCM的中药主要以益气扶正、活血通脉、化痰涤饮为主。代表药物有黄芪、黄芩、乌头、青黛等。黄芪甘,微温,入脾、肺经,补气升阳,利水消肿,生津养血。黄芪中的黄芪甲苷不仅具有调节机体免疫力作用,还可强心利尿降压,降血糖[19]。Treg细胞的特异性转录因子是Foxp3,Th17主要的炎症因子是IL-17,黄芪甲苷可以下调Th17同时增加Foxp3表达量,使Treg的表达量增加,释放抗炎介质,调节PRRs特别是TLRs介导的免疫应答过程,抑制炎性反应对于心肌组织的损害[19]。

4.2 中药复方 经过查阅,古今治疗DCM的复方、经方、验方等均在不同程度上对DCM有改善和治疗作用,代表方剂有升降散、茯苓四逆汤、犀角地黄汤、黄连解毒汤等。《伤寒瘟疫条辨》中记载升降散方为桑蚕、姜黄、蝉蜕、制大黄组成,可散风清热,升清降浊。现代医家用升降散治疗DCM,旨在发挥表里同解、寒热并治、升降并用、透泄并施作用,升降散可通过调控特异性转录因子如Foxp3、RORγ等促使Th17表达下调的同时上调或维持Treg细胞稳定,干预调节抗炎因子与促炎因子,从而阻止心肌组织纤维化和病理性重构发生。其组成药物蝉蜕不仅能降低血管通透性,还有细胞免疫调节作用;桑蚕具有抑制金黄色葡萄球菌功效;姜黄有效成分姜黄素能够抑制炎性反应,帮助机体抵抗病原体;大黄抗炎止血,降低TNF水平。《伤寒论》名方茯苓四逆汤功效回阳益阴,常用于四肢水肿、心阳虚衰之人。现代医学研究表明,茯苓四逆汤可提高心肌病患者体内IL-10、CD4+/CD8+水平,降低IL-6 表达,从而提高心肌病治疗率[20]。

4.3 中成药 中成药是在中医药理论指导下,将规定的处方经过特定制剂工艺加工而成,性质稳定,疗效明确,毒副作用小。在DCM的治疗中,中药注射液主要功效有益气养阴、活血化瘀、复脉固脱等,在改善血管微循环、抗炎、降压等方面有着重要作用,代表药物有生脉注射液、丹红注射液、参附注射液、血必净注射液等。生脉注射液联合丹参注射液可起到益气养阴、活血化瘀、复脉固脱、养心通脉功效,对于DCM患者后期出现的心力衰竭及缺氧等微循环障碍有积极的改善作用。参附注射液源于《济生方》中参附汤,组成药物为人参、附子,有回阳救逆、扶正固脱之效,现代药理研究显示参附注射液不仅对于炎性反应及内毒素具有抑制作用,还能减轻器官的实质性损害和毛细管渗漏[21]。

5 结语

越来越多的现代研究发现“TLRs通路”与DAMPs分子炎症机制与心血管疾病的发生发展有着密切联系。然而目前临床治疗心血管疾病的化学性药物疗效不佳与弊端越来越明显,与此同时中药在DCM防治领域具有独特的优势,既可作为现有西药治疗DCM或术后的有效补充,也可单独作为DCM治疗药物于临床应用。中药应用已有千年历史,但其成分复杂,作用机制亦尚未充分明确,依然面临巨大挑战。不管是单味药、中药有效成分还是复方制剂在未来防治DCM中必将发挥重要的作用。