中醫(yī)藥防治慢性阻塞性肺疾病氣道重塑的潛在分子生物學(xué)機(jī)制

吳葉，史鎖芳

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，江蘇省中醫(yī)院，江蘇 南京 210029；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)，江蘇 南京 210023)

慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是呼吸科常見(jiàn)疾病，以進(jìn)行性發(fā)展的不完全可逆的氣流受限為特征，主要包含慢性支氣管炎和肺氣腫，隨著年齡增長(zhǎng)發(fā)病率增高。2010年有3.84億人患有此病，全球患病率達(dá)11.7%，至2030年COPD將成為全球第三大致死疾病[1]。

慢性炎癥和氣道重塑是COPD特征性的病理改變。COPD患者氣道壁和肺實(shí)質(zhì)內(nèi)持續(xù)存在不同程度炎癥反應(yīng)，主要的炎癥因子有IL-6、IL-8、IL-4、TNF-α以及白三烯B4等。大量臨床及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明中醫(yī)藥可以通過(guò)各種信號(hào)通路，影響相關(guān)炎癥因子的釋放，減輕氣道炎癥反應(yīng)，減緩肺功能的損害[2-5]。但是在改善氣道重塑方面，中醫(yī)藥的研究相對(duì)較少。氣道重塑是指氣道壁和肺實(shí)質(zhì)持續(xù)的慢性炎癥及急性炎癥反復(fù)發(fā)作，組織反復(fù)損傷修復(fù)，導(dǎo)致氣道壁增厚和管腔狹窄，彈性減弱和進(jìn)行性氣流阻塞。其病理改變?yōu)椋盒獾榔交釉龊窠┯?，血管增生，黏膜下腺體增大，過(guò)度分泌黏液、上皮細(xì)胞化生，終末及呼吸性細(xì)支氣管消失，肺泡增大及破壞，中性粒細(xì)胞與T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)[6]。

本文基于氣道重塑這一病理改變，從氣道血管增生和氣道平滑肌增厚的角度出發(fā)論述了中醫(yī)藥減緩COPD發(fā)生發(fā)展中涉及的機(jī)制。中醫(yī)藥在COPD防治方面療效顯著，所以從氣道重構(gòu)的病理改變出發(fā)，探尋中醫(yī)藥防治COPD的機(jī)制對(duì)于COPD的治療、新藥開(kāi)發(fā)具有重要意義。

1 中醫(yī)藥抑制氣道血管增生

參與氣道血管增生的相關(guān)因子包括血管內(nèi)皮素-1(ET-1)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、STAT3等[7]。血管生成是傷口愈合和組織再生的重要過(guò)程，身體能夠通過(guò)平衡生長(zhǎng)和抑制因子控制新血管生成[8]。血管增生是生長(zhǎng)和抑制因子打破后的一種病理狀態(tài)，又是許多疾病如腫瘤、皮膚病、心血管疾病、支氣管哮喘及COPD等的機(jī)制之一[9]。

1.1 抑制ET-1表達(dá)，減少肺血管平滑肌和成纖維細(xì)胞增殖

ET-1是由血管內(nèi)皮細(xì)胞合成和分泌的多肽類(lèi)物質(zhì)，有較強(qiáng)的縮血管作用。缺氧狀態(tài)下低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)能夠介導(dǎo)低氧信號(hào)，刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞中ET-1高表達(dá)，造成血管進(jìn)一步收縮，機(jī)體缺血缺氧加重，肺血管平滑肌分化、鈣化以及成纖維細(xì)胞增殖，促使肺血管重構(gòu)及肺循環(huán)阻力增加，引起COPD及肺動(dòng)脈高壓及[10-11]。研究發(fā)現(xiàn)[12]重樓皂苷Ⅶ能夠通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來(lái)抑制ET-1的表達(dá)，緩解大鼠肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖和遷移。黃芩苷可以通過(guò)抑制AKT/ERK1/2/GSK3信號(hào)通路來(lái)下調(diào)ET-1的表達(dá)，抑制肺血管平滑肌增殖，從而改善肺血管重構(gòu)[13]。研究發(fā)現(xiàn)[14]厚樸酚通過(guò)抑制Akt/ERK1/2/GSK3β/β-catenin通路，減少ET-1的表達(dá)，來(lái)緩解肺血管重構(gòu)，同時(shí)降低肺動(dòng)脈壓力。

1.2 減少VEGF釋放，抑制血管增生

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF-2)具有較強(qiáng)的激活血管生成功能，主要表達(dá)于氣道和血管平滑肌中。缺氧條件下,VEGF作為HIF-1α的靶基因之一，能被HIF-1α誘導(dǎo)而轉(zhuǎn)錄激活，氣管、細(xì)支氣管及肺泡中VEGF釋放增加，作用于血管內(nèi)皮，刺激現(xiàn)有血管中的內(nèi)皮細(xì)胞遷移和增殖，致使血管增生[15]。缺氧時(shí)誘導(dǎo)VEGF、FGF-2釋放，導(dǎo)致血管增生有3條通路:1)COPD狀態(tài)下機(jī)體缺氧狀態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后HIF-1α激活表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)，促使參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞的RAS蛋白突變，激活PI3K/AKT通路，從而促使VEGF、FGF-2在肺組織中過(guò)表達(dá)[16]。2)PI3K/AKT-NO通路中AKT使一氧化氮合成酶生成，調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮信號(hào)級(jí)聯(lián)過(guò)程，促使VEGF、FGF-2過(guò)表達(dá)[17]。3)血管生成素(一種主要在內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)的具有血管生成活性的細(xì)胞生長(zhǎng)因子)在肺部疾病缺氧時(shí)通過(guò)激活PI3K通路，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的一氧化氮合酶磷酸化、一氧化氮生成和血管生成[18]。岳勤霏等[19]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)技術(shù)分析得出，金水六君煎治療COPD的機(jī)制在氣道重塑方面涉及VEGFA、HIF-1、EGFR、MAPK3、MAPK8靶點(diǎn)，KEGG通路富集分析得出與氣道重塑有關(guān)通路有VEGF信號(hào)通路、表皮生長(zhǎng)因子受體信號(hào)通路、TGF-β信號(hào)通路。研究表明[20]，中藥積雪草的主要成分積雪草苷對(duì)肺氣腫及纖維化的作用主要通過(guò)抑制TGF-β1對(duì)肺泡上皮細(xì)胞中一氧化氮合酶蛋白表達(dá)，減弱TGF-β1對(duì)VEGF分泌的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[21]，黃芪多糖能夠促使eNOs的合成和NO的分泌，減輕肺血管增生和重構(gòu)，刺激血管擴(kuò)張，同時(shí)降低IL-1、IL-6和TNF-α水平，減輕炎癥反應(yīng)。

1.3 減輕炎癥刺激誘導(dǎo)的血管增生

持續(xù)的炎癥刺激是血管增生的又一主要因素。炎癥致使支氣管上皮和肺微循環(huán)改變，各種炎癥因子，如JAK、STAT、白介素-6(IL-6)、白介素-8(IL-8)等,能夠激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)通路，STAT3磷酸化，并參與血管生成介質(zhì)(如VEGF、FGF-2和HIF1)的上調(diào)，導(dǎo)致血管生成[22]。何飛等[23]研究發(fā)現(xiàn)，保肺定喘湯通過(guò)抑制IL-6/JAK/STAT信號(hào)通路，調(diào)節(jié)肺小動(dòng)脈增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)的表達(dá)，來(lái)減輕COPD大鼠的肺血管重構(gòu)。在COPD研究中JAK-STAT信號(hào)通路不僅參與炎癥反應(yīng)，同時(shí)也與細(xì)胞增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等密切相關(guān)，COPD急性加重過(guò)程中肺組織中STAT3的表達(dá)水平越高，肺部炎癥及肺氣腫的程度越重[24]。有實(shí)驗(yàn)表明，姜黃素治療COPD大鼠后發(fā)現(xiàn)大鼠平均動(dòng)脈壓升高,肺動(dòng)脈管壁厚度、平滑肌細(xì)胞數(shù)量顯著減少，其機(jī)制是姜黃素能夠抑制JAK2/STAT途徑，影響PCNA的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的凋亡[25]。

2 中醫(yī)藥抑制氣道平滑肌層(Airway smooth muscle，ASM)增厚

涉及氣道平滑肌增厚相關(guān)因子主要有細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)、上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化(EMT)等。

2.1 減輕細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)沉淀和增生

COPD小氣道的表現(xiàn)為氣管壁僵硬、厚度增加，主要由平滑肌層的增厚引起[26]。氣道平滑肌層約75%為肌肉，其余為細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)、肥大細(xì)胞和血管。ASM細(xì)胞數(shù)量和大小的增加以及ECM體積的增加都導(dǎo)致了平滑肌層增厚，同時(shí)ECM成分在氣道中的沉積也導(dǎo)致肺功能的降低和氣道重塑[27]。膠原蛋白是ECM中含量最多的蛋白，對(duì)維持正常肺的結(jié)構(gòu)有重要作用。而COPD氣道平滑肌細(xì)胞中膠原蛋白、纖維連接蛋白和層黏連蛋白的表達(dá)增加，膠原蛋白沉積。實(shí)驗(yàn)表明，枇杷葉成分之一的熊果酸(烏索酸)干預(yù)香煙提取物誘導(dǎo)的肺氣腫大鼠,發(fā)現(xiàn)大鼠肺泡壁變薄，肺組織紊亂，氣道壁增厚，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，氣道周?chē)z原沉積增加的現(xiàn)象改善，其緩解肺氣腫和氣道重塑這一過(guò)程涉及到調(diào)整UPR通路、改善下游細(xì)胞凋亡通路以及下調(diào)Smad2和Smad3[28]。有研究者用黃芩苷治療COPD模型大鼠后，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)水平升高，基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)和基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)水平下降，顯著減輕了ECM破環(huán)和重構(gòu)[29]。

2.2 減緩肺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是上皮樣細(xì)胞向間質(zhì)樣轉(zhuǎn)化的過(guò)程。肺上皮細(xì)胞發(fā)生向間質(zhì)樣轉(zhuǎn)化后獲得遷移能力，誘導(dǎo)氣道重建，發(fā)生COPD[30-31]。

用苦杏仁苷干預(yù)暴露于香煙煙霧中的小鼠和人支氣管上皮細(xì)胞后,發(fā)現(xiàn)肺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程被抑制，考慮該過(guò)程通過(guò)抑制TGF-β/Smad通路實(shí)現(xiàn)[32]。研究發(fā)現(xiàn)[33]，人參皂苷通過(guò)抑制TGF-β1/Smad通路減輕COPD大鼠支氣管上皮細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。研究發(fā)現(xiàn)[34]，穿心蓮內(nèi)酯加入香煙煙霧提取物刺激的人支氣管上皮細(xì)胞后，IL-6水平降低，肺上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化被逆轉(zhuǎn)。給COPD大鼠飼喂穿心蓮內(nèi)酯后，發(fā)現(xiàn)大鼠炎癥減輕,小氣道重塑改善，表明穿心蓮內(nèi)酯可能通過(guò)降低IL-6水平來(lái)逆轉(zhuǎn)EMT，改善小氣道重塑。

3 總結(jié)與展望

本文基于氣道重塑這一特征性病理改變，從抑制血管增生和抑制氣道平滑肌增厚方面直觀的論述了中醫(yī)藥對(duì)COPD的治療作用。目前西醫(yī)對(duì)COPD的治療穩(wěn)定期推薦長(zhǎng)期使用吸入性糖皮質(zhì)激素聯(lián)合支氣管擴(kuò)張劑[35]。這些藥物的使用能夠減少患者發(fā)作頻率，減緩肺功能退化速度，但是不能從本質(zhì)上治療疾病，患者最終產(chǎn)生心肺功能衰竭。長(zhǎng)期糖皮質(zhì)激素使用導(dǎo)致電解質(zhì)紊亂，維生素D缺乏，老年人骨質(zhì)疏松癥的產(chǎn)生[36]，因此迫切需要安全有效的替代藥物。

中醫(yī)藥秉承著“整體觀念，辨證論治”思維，在COPD緩解期體現(xiàn)出優(yōu)越性，其標(biāo)本同治的理念有獨(dú)特治療優(yōu)勢(shì)。根據(jù)COPD發(fā)作時(shí)特點(diǎn)，中醫(yī)將其納入“喘證”“肺脹”的范疇，緩解期以本虛標(biāo)實(shí)為主，治療主張扶正祛邪，以補(bǔ)肺、健脾、補(bǔ)腎為主，化瘀祛痰為輔。對(duì)反復(fù)易感，喘促短氣，咳聲低弱，自汗畏風(fēng)等癥狀以補(bǔ)肺為主，使氣機(jī)宣降功能正常，并增強(qiáng)抵御外邪之力；對(duì)于神疲乏力，消瘦腹脹，食欲減退等癥狀以健脾為主，增強(qiáng)脾的運(yùn)化功能；對(duì)于動(dòng)則氣喘，下肢水腫，汗出肢冷等癥狀以補(bǔ)腎為主，增強(qiáng)腎的納氣及輸布水液的功能。

對(duì)于“氣道重塑”這個(gè)概念，如何用中醫(yī)的理論去解釋呢？在中醫(yī)學(xué)中，氣道重塑的病因病機(jī)正合“肺脹”的久病肺虛，痰瘀潴留。肺虛不能布津，脾虛失于運(yùn)化，腎虛不能蒸化，使津液停積，痰濁乃成。肺主氣不利以至氣滯，腎不納氣以至氣逆，氣機(jī)升降失調(diào)，滯于胸中，壅于肺內(nèi)，氣不行血，血澀不利，瘀血形成。中醫(yī)在扶正驅(qū)邪的基礎(chǔ)上，結(jié)合辨證，佐以行氣化痰，活血化瘀能夠控制病情進(jìn)展。

近年來(lái)系統(tǒng)生物學(xué)潮流及網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析方法的廣泛應(yīng)用，不僅闡述了中藥分子在疾病蛋白及通路中的作用，更為中藥治療疾病提供了客觀的分子生物學(xué)的證據(jù)，為中醫(yī)藥的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和方法，使中醫(yī)藥的發(fā)展更加完善合理。