中藥抗心肌缺血再灌注損傷作用機制研究

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中藥抗心肌缺血再灌注損傷作用機制研究

李文文1，韓向東2

近年來研究人員對各種中藥化學成分及藥理作用進行了深入研究，取得了較大的進展。心肌缺血再灌注損傷(MIRI)的發(fā)病機制尚待進一步明確，心肌缺血再灌注導致線粒體能量合成障礙、Ca2+穩(wěn)態(tài)紊亂和大量自由基產生，最終導致細胞凋亡或死亡?，F對MIRI的作用機制進行綜述。

心肌缺血再灌注損傷；中藥；機制；線粒體能量；自由基

心肌缺血一定時間后可引起組織細胞損傷，甚至發(fā)生不可逆損傷即心肌缺血再灌注損傷(MIRI)。MIRI與氧自由基釋放、細胞內鈣超載、心肌能量代謝障礙、中性粒細胞侵潤、血管內皮細胞損傷和細胞凋亡等有關。研究MIRI的發(fā)生機制，探討在盡早恢復缺血組織血流灌注的同時，減少甚至消除MIRI的發(fā)生成為臨床治療中一個新的挑戰(zhàn)。大量研究證明許多中藥化學成分如黃酮、甘草酸類、皂苷等具有較強的抗MIRI作用。本研究依據近年來各種中藥化學成分抗MIRI的機制進行綜述。

1 自由基損傷學說

在正常生理條件下機體也有自由基生成，自由基對于機體的正常生理活動發(fā)揮著重要作用，可完成體內重要的生物化學過程。自由基的化學性質決定了其作用的無選擇性，大量自由基的產生將對機體產生損傷作用。正常機體內分布著大量可以清除自由基的酶類和具有抗氧化作用的物質，保護機體不會受到自由基的破壞和損傷。當機體損傷產生的自由基超過機體的清除能力時將對機體產生損傷作用。缺血再灌注過程中過量自由基的產生，是眾所周知的MIRI的重要因素之一。細胞內氧化還原狀態(tài)的平衡依賴于氧自由基清除酶系統，包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽(GSH)等。打破這一平衡，如清除氧自由基(OFR)能力降低或OFR產生過多，都會導致OFR蓄積，而引發(fā)氧化應激。

趙潤英等[1]研究發(fā)現阿魏酸川芎嗪后處理能明顯提高血清SOD活性，減少丙二醛(MDA)含量；丹酚酸B鎂能降低乳酸脫氫酶(LDH)活性，增加超氧化物歧化酶活性，減少心肌細胞內活性氧和MDA水平，顯著抑制心肌細胞凋亡[2]；紅景天苷能使超氧化物歧化酶和谷胱甘肽-S-轉移酶的活性增加，并降低丙二醛含量在缺血再灌注損傷。葛根素通過升高SOD，降低MDA、心肌磷酸激酶(CK)來緩解MIRI[3]。絞股藍皂甙(GP)具有保護細胞活性，減少氧化應激、保護線粒(ATP)體功能，GP的保護作用與細胞內線粒體功能的保護有關，如ATP水平表明，復合物Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ酶活性[4]。

上述幾種中藥對大鼠缺血再灌注的心肌具有保護作用，其機制可能與抗氧化作用有關，起到抗MIRI的作用。

2 鈣超載

缺血缺氧時心肌細胞內易發(fā)生酸中毒，細胞內H+增加，恢復再灌注時細胞內外形成pH會存在差異，刺激Na+-H+變換，使過量Na+內流。由于再灌注后能量供應和pH值的恢復，促進Na+-Ca2+交換，細胞外的過量Ca2+內流，造成Ca2+超載。過量Ca2+沉積于線粒體發(fā)生三磷酸腺苷(ATP)耗竭，最終引起線粒體功能障礙；ATP減少使鈉泵、鈣泵功能降低，排Ca2+能力下降，胞內Ca2+增加，鈣濃度過度升高，激活Ca2+依賴性磷脂酶，促進膜磷脂水解，從而使細胞膜和細胞器膜受損而導致心肌損傷。與此同時因為MIRI時血管平滑肌發(fā)生明顯大量Ca2+內流，導致血管收縮痙攣，一旦血管阻力增加則引起缺血區(qū)循環(huán)障礙，導致梗死灶面積更大?？梢钥闯鲡}超載是多種原因導致的細胞損傷和死亡的共同通路。

汪寶軍等[5]研究發(fā)現，巴戟天寡糖(MOO)能使心肌組織中Na+-K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、Mg2+-ATP酶活性升高。簡潔等[6]利用血清藥理學方法，研究發(fā)現從玉郎傘分離出的兩種黃酮單體，能提高體外培養(yǎng)乳鼠心肌細胞膜Na+-K+-ATP酶、Ca2+-Mg2+-ATP酶活力，有效抑制Ca2+超載；丹參酚酸A可劑量依賴性的抑制I-CaL，是一種L-型鈣離子通道抑制劑[7]。這幾種中藥有預防心肌MIRI作用，其機制主要與防止鈣超載有關。

3 能量代謝障礙

一旦缺血缺氧心肌細胞迅速從有氧代謝轉為無氧糖酵解，ATP生成將明顯減少。如果較長時間輕度缺氧或短暫重度缺氧后再給予氧，細胞仍可生成少量ATP，可供給凋亡所需能量，促使細胞發(fā)生凋亡。反之，一旦較長時間重度缺氧，由于ATP驟減導致細胞凋亡所需能量供給障礙而發(fā)生細胞壞死；ATP的生成對于細胞發(fā)生壞死有著直接的作用，提示缺氧對于ATP在誘導細胞死亡過程中是導致細胞死亡的決定性因素之一。

丹參素對于病理狀態(tài)下心肌脂肪酸的氧化起到一定的抑制作用，從而對病理狀態(tài)下的心肌能量代謝起保護作用，發(fā)揮對缺血再灌注心肌的保護作用[8]；薯蕷皂苷對大鼠缺血再灌注心肌能量代謝障礙有明顯改善作用，可提高大鼠心肌ATP含量及腺苷酸池水平，保護心肌細胞[9]。

4 炎癥反應

中性粒細胞浸潤為主的炎癥是造成缺血再灌注損傷的重要因素之一。大量的中性粒細胞和單核細胞聚集在血管，再浸潤血管，造成血管阻塞、氧自由基釋放等，最終造成內皮細胞損傷。中性粒細胞還可與內皮細胞上的黏附因子結合，釋放許多具有趨化作用的炎癥介質，促使血管通透性增加，誘導細胞間黏附分子(ICAM)以及血管細胞黏附分子(VCAM)廣泛表達，造成血管功能障礙及組織損傷。不少中藥可減少中性粒細胞的聚集并抑制黏附分子的表達，有的研究已深入到分子水平。丹參酮ⅡA對心肌缺血再灌注損傷的保護作用可能是通過抑制缺血再灌注引起的活性氧(ROS)的增加，抑制HMGB1的表達，進而抑制炎癥反應而產生[10]。

黃芪甲苷下調Toll樣受體4(TLR4)和核因子κB(NF-κB)抑制細胞凋亡，說明黃芪甲苷通過降低炎性細胞因子來緩解MIRI[11]。

基質金屬蛋白酶(MMPs)是一組Zn2+依賴的內源性蛋白水解酶超家族，被激活后能夠降解細胞外基質(ECM )成分。MIRI時可誘導MMPs的表達增加，通過促進細胞外基質的降解和激活多種細胞因子在心肌I/R損傷中發(fā)揮重要的作用?；|金屬蛋白酶抑制因子(TIMPs)能夠特異性的抑制MMPs的功能。淫羊藿苷使TNF-α表達及IL-1β濃度下降，NF-κB表達減弱，MPO 活性降低[12]。結果表明上述幾種中藥能減輕大鼠MIRI炎癥反應，對心肌缺血再灌注損傷有明顯的保護作用。三七皂苷R1(R1)可以恢復白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-8(IL-8)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，Western印跡法研究表明，R1基本上抑制核因子κB(P-IkBα)，轉錄因子(kNF-kBP65)、蛋白水平和增加維生素D3上調蛋白1(VDUP1)水平。這些結果表明，R1可有效改善心肌缺血再灌注損傷[13]。

5 血管活性因子

丹參酮ⅡA通過抑制脂質過氧化損傷，擴張血管，降低心肌組織血管緊張素Ⅱ含量，進而起到阻止心室重構，緩解大鼠MIRI的作用[14]；紅景天苷在缺血預處理后心肌血管內皮生長因子(VEGF)及mRNA的表達均明顯增強[15]。

調節(jié)內皮舒張因子二氧化氮(NO)是內皮細胞產生的一種舒血管因子，適量的NO可擴張冠脈、抑制血小板聚集、抑制中性粒細胞的黏附與激活，保護心肌細胞。NO可由誘生性一氧化氮合酶(iNOS)合成，正常情況下，iNOS不表達或弱表達，MIRI時多種細胞因子上調iNOS mRNA的表達，導致NO過量生成，加重再灌注損傷。孫經武等[16]研究發(fā)現藏紅花酸能使NO，eNOS及心肌組織eNOS mRNA升高，iNOS及心肌組織iNOS mRNA降低。人參總皂苷通過增加NOS表達，NO的釋放和抑制氧化應激反應能改善心肌缺血再灌注冠狀動脈的損傷[17]。

6 細胞凋亡

6.1 Bcl-2基因 Bcl-2基因家族是最先被注意到與細胞凋亡有密切關系的基因之一。Bcl-2通過防止受損DNA翻譯成參與細胞凋亡基因的信號，或者通過這些基因產物的活動來阻斷細胞凋亡的最后通路，起到保護細胞的作用。Bax在功能上與Bcl-2相反，其促進細胞凋亡的機制一方面可能是與Bcl-2結合形成異源二聚體，抑制Bcl-2的功能。研究顯示丹酚酸A可減小缺血再灌注大鼠心肌梗死面積，可以通過上調Bcl-2的表達，增加磷脂酰肌醇3激酶(PI3K/Akt)和細胞外信號調節(jié)激酶(Erk1/2)抗凋亡生存激酶信號級聯相關蛋白的磷酸化，抑制心肌細胞凋亡[18]；呂紀華等[19]發(fā)現玉郎傘黃酮(FYLS)能起到下調Bax蛋白表達、增加Bcl-2/Bax的作用。黃芪甲苷預處理顯著降低Bax的表達，升高Bcl-2的表達[20]。

小檗堿(BBR)的保護作用通過改善缺血心臟功能，減少心肌梗死面積，降低細胞凋亡指數，降低血清肌酸激酶和乳酸脫氫酶水平，上調Bcl-2的表達，下調Bax的表達[21]。

6.2 Caspase家族蛋白酶、p38分裂原激活蛋白激酶(p38MAPK) Caspase家族蛋白酶具有半胱氨酸蛋白酶類和特異酶切天冬氨酸氨基位點兩大特點，被認為是凋亡過程中關鍵的通路。丹參酮ⅡA[22]及菟絲子黃酮[23]預處理能夠下調Caspase-3蛋白表達，抑制心肌細胞凋亡；葛根素能夠通過提高 Bcl-2、Caspase3 的表達及降低 Bax的表達起到調控心肌組織細胞的凋亡目的，最終起到保護心肌組織的功能[24]。藏紅花提取物預處理顯著緩解心肌細胞凋亡和改善缺血再灌注后左心功能的恢復，藏紅花提取物能明顯促進細胞自噬并在缺血過程中伴有尿酸激酶(AMPK)活化。與此同時，藏紅花提取物明顯抑制自噬并在缺血再灌注過程中伴隨著PI3K/Akt的激活，藏紅花提取物對缺血再灌注心肌的保護作用可能是通過調節(jié)AMPK和PI3K/Akt信號轉導過程，調節(jié)自噬來達到的[25]。當歸多糖的保護作用可能是由于其抗氧化能力CT-1，上調、下調Caspase-12 mRNA和所有這些機制相結合[26]。人參皂苷Rb1作為p38 MAPK抑制劑介導抑制p38 MAPK通路對MIRI進行預防[27]。

6.3 p53 p53是一種重要的抑癌基因，同時在心肌細胞凋亡的信號通路中起重要作用。劉斌等[28]發(fā)現銀杏葉提取物可明顯下調P53基因的蛋白表達，從而顯著抑制MIRI后心肌細胞凋亡。

6.4 Fas Fas為細胞死亡受體，Fas L為Fas的天然配體，Fas及Fas L與細胞凋亡有著密切關系。藏藥三味檀香散由檀香、肉豆蔻及廣棗三味組成，原載于《四部醫(yī)典》。韻海霞等[29]利用Western blot法檢測發(fā)現三味檀香散使得Fas下降，表明藏藥三味檀香散可通過下調Fas來抑制缺血再灌注后心肌細胞的凋亡。

6.5 c-fos原癌基因 c-fos原癌基因是基因家族中的一員，存在于心肌、血管平滑肌和內皮細胞中，是心血管系統應激反應必須的基因，正常情況下能夠起到一定的應激和細胞保護作用。但c-fos基因過度表達能促進下游基因腫瘤壞死因子β基因表達，激活核酸內切酶，導致細胞凋亡。Chen等[30]研究發(fā)現參附注射液使大鼠缺血再灌注心肌c-Fos蛋白表達水平顯著降低。

7 結 語

在相當一部分程度上中藥藥效作用表現的多樣性僅顯示了中藥奇功特效的一部分。而且大量的實驗研究從不同方面證實了各種中藥對MIRI心肌的保護作用，并凸顯出中藥有效成分在MIRI治療上的一定優(yōu)勢，對其機制的探討已經深入到對其分子和基因水平的探討，這些研究將為中藥在心肌缺血性疾病方面的研究提供更加完整的藥理學實驗基礎，相信各種中藥抗缺血再灌注損傷的研究將會為其在心肌缺血方面的應用提供了更為充分的理論依據。心肌缺血再灌注損傷的機制研究已取得了很大的進展，相信在廣大醫(yī)藥研究人員的不斷努力下，將會在中藥寶庫中發(fā)現對MIRI有更好預防及治療作用的藥物。

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2016-08-22)

(本文編輯 王雅潔)

1.上海中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院(上海201210)，E-mail：15221370237@163.com；2.上海中醫(yī)藥大學

信息：李文文，韓向東.中藥抗心肌缺血再灌注損傷作用機制研究[J].中西醫(yī)結合心腦血管病雜志，2017，15(18)：2273-2276.