姜黃素抗肺纖維化作用的分子機制研究進展

鄭 蕾，黃 紅，吳 涵，張鈞嵐，蔡 雄*，范伏元

姜黃素抗肺纖維化作用的分子機制研究進展

鄭 蕾1, 2，黃 紅2#，吳 涵2，張鈞嵐2，蔡 雄1, 2*，范伏元1*

1. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，湖南 長沙 410007 2. 湖南中醫(yī)藥大學(xué) 科技創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410208

肺纖維化是一種以成纖維細(xì)胞增殖分化、細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）過量沉積、肺結(jié)構(gòu)及功能受損為主要病理特征的慢性肺間質(zhì)疾病。雖然吡非尼酮和尼達(dá)尼布等抗肺纖維化藥物已在臨床應(yīng)用，但仍未達(dá)到滿意的治療效果。因此，尋找一種高效低毒的抗纖維化藥物一直是臨床的迫切需要。姜黃素是從藥用植物姜黃、郁金及莪術(shù)的塊莖中提取的一種天然多酚化合物，具有抗炎、抗菌、抗氧化、調(diào)血脂、抗癌、抗纖維化等藥理活性，研究表明其可通過抑制成纖維細(xì)胞增殖分化、調(diào)控細(xì)胞凋亡、抑制炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子-β、抑制氧化應(yīng)激、抑制ECM沉積等途徑有效緩解肺纖維化進展。主要綜述了姜黃素抗肺纖維化作用分子機制的研究進展，并討論了臨床治療肺纖維化的新靶點和思路，以期為姜黃素進一步抗肺纖維化機制的研究及臨床應(yīng)用提供參考。

姜黃素；肺纖維化；炎癥反應(yīng)；轉(zhuǎn)化生長因子-β；氧化應(yīng)激

肺纖維化是以彌漫性非特異性肺泡炎癥伴間質(zhì)性纖維化為基本病變的疾病，具有慢性進行性加重不可逆、致殘致死率高的特點，其中以特發(fā)性肺纖維化（idopathic pulmonary fibrosis，IPF）最常見，其預(yù)后最差，5年存活率僅有20%[1]。臨床上肺纖維化主要表現(xiàn)為干咳、進行性呼吸困難，最終可發(fā)展為呼吸衰竭而導(dǎo)致死亡。近年來國內(nèi)外大量研究顯示，肺纖維化發(fā)病率呈逐年上升趨勢，已成為全球亟待解決的人類健康問題[2]。尤其是新型冠狀病毒肺炎的反復(fù)爆發(fā)和蔓延，大量患者治愈后檢查出不同程度的肺纖維化病理改變[3]。因此，非常有必要尋找高效防治肺纖維化的策略和新型藥物。

肺纖維化的發(fā)病過程與（?。┏衫w維細(xì)胞、免疫細(xì)胞及肺泡上皮細(xì)胞中炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、膠原蛋白異常生成等密切有關(guān)[4]，病理過程涉及多種細(xì)胞及病理途徑。吡非尼酮和尼達(dá)尼布是目前臨床僅有的抗IPF藥物。吡非尼酮主要通過抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和血小板源生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）等功能蛋白活性而發(fā)揮抗肺纖維化作用；尼達(dá)尼布是一種小分子酪氨酸激酶抑制劑，可調(diào)節(jié)PDGF受體、纖維母細(xì)胞生長因子受體及血管內(nèi)皮生長因子受體等功能蛋白活性，從而阻斷纖維化進程。這2種藥物只能減緩肺功能的退化，對于癥狀緩解及纖維化的逆轉(zhuǎn)幾乎沒有作用且均具有嚴(yán)重的不良反應(yīng)[5]。因此，亟待挖掘藥效更為全面的新型抗肺纖維化藥物分子，以更好地滿足臨床用藥需求。天然植物活性成分一直以來都是藥物挖掘的重要來源，很多天然植物活性成分經(jīng)過一系列研究而被開發(fā)為成熟的臨床藥物，如青藤堿[6]、雷公藤多苷[7]、白芍總苷[8]等。姜黃素是從姜黃屬植物姜黃L.、郁金Y. H. Chen et C. Ling及莪術(shù)Val.的塊莖中提取出來的一種天然多酚化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。其毒性低，具有抗炎、抗菌、抗氧化、調(diào)血脂、抗癌等廣泛的藥理活性[9]。姜黃具有通經(jīng)止痛、破血行氣等功效，多用于治療血瘀證，而中醫(yī)理論認(rèn)為肺纖維化正是以血瘀為標(biāo)。近年來眾多學(xué)者逐漸認(rèn)識到姜黃素在抗肺纖維化方面有著獨特優(yōu)勢，其可通過多環(huán)節(jié)、多通路、多靶點有效控制纖維化的進展[10]。此外，姜黃素不良反應(yīng)小，有望成為抗纖維化藥物研究中的重要活性分子。本文主要從姜黃素抑制成纖維細(xì)胞的增殖分化、調(diào)控細(xì)胞凋亡、抑制炎性反應(yīng)、調(diào)節(jié)促纖維化因子TGF-β、抑制氧化應(yīng)激、抑制細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）沉積等方面對姜黃素發(fā)揮抗纖維化的作用機制進行綜述，以期為姜黃素的進一步抗肺纖維化機制研究及臨床應(yīng)用提供參考。

圖1 姜黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 抑制成纖維細(xì)胞的增殖分化

成纖維細(xì)胞是肺纖維化的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞，是ECM的主要來源。成纖維細(xì)胞被細(xì)胞因子及生長因子激活誘導(dǎo)增殖，然后分化為肌成纖維細(xì)胞。肌成纖維細(xì)胞分泌大量的膠原蛋白、纖維連接蛋白和彈性蛋白，導(dǎo)致ECM的積累而形成肺纖維化，故抑制成纖維細(xì)胞的增殖分化具有作為抗纖維化治療靶點的潛力。

高蔚等[11]在體外培養(yǎng)肺纖維化大鼠肺成纖維細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)姜黃素呈劑量、時間相關(guān)性地抑制細(xì)胞的存活率。郝小惠等[12]進一步研究顯示姜黃素可導(dǎo)致成纖維細(xì)胞G2/M期的阻滯和S期細(xì)胞的合成減少，從而抑制其增殖。缺氧肺成纖維細(xì)胞中I型膠原（collagen I，Col-I）α1前體蛋白及磷酸化的p38絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）的表達(dá)與纖維化密切相關(guān)，姜黃素能明顯抑制其增殖，推測調(diào)節(jié)肺成纖維細(xì)胞的MAPK信號通路相關(guān)蛋白磷酸化表達(dá)水平可能是姜黃素抗纖維化的機制[13]。分化的肌成纖維細(xì)胞的特征在于α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）的形成，以及產(chǎn)生膠原蛋白、波形蛋白的能力增加[14]。姜黃素的干預(yù)能降低成纖維細(xì)胞中α-SMA、Col-I、Col-II的水平，抑制其分化，而這種作用是通過組織蛋白酶B、L的上調(diào)來介導(dǎo)[15]。Liu等[16]研究顯示核過氧化物酶體增殖物激活受體γ（nuclear peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）配體激活劑羅格列酮和姜黃素以劑量和時間相關(guān)性方式抑制小鼠肺成纖維細(xì)胞的增殖、α-SMA的表達(dá)、Col-I的分泌，此外還上調(diào)mRNA表達(dá)和下調(diào)PDGF受體β（PDGF receptor β，）mRNA表達(dá)，說明姜黃素抑制成纖維細(xì)胞的增殖和分化作用與PPARγ/PDGFRβ信號通路的激活有關(guān)。在人胚肺成纖維細(xì)胞WI-38模型及博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中，Chen等[17]發(fā)現(xiàn)，姜黃素可降低α-SMA和波形蛋白的表達(dá)，抑制成纖維細(xì)胞的增殖和分化，其機制可能與抑制MAPK［包括細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinases，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun-terminal kinases，JNK）和p38 MAPK］蛋白磷酸化有關(guān)。綜上表明，姜黃素對成纖維細(xì)胞增殖分化的抑制作用可能與調(diào)控PPARγ/PDGFRβ信號通路、MAPK信號通路及蛋白酶B、L有關(guān)。

2 調(diào)控細(xì)胞凋亡

肺纖維化患者肺泡上皮細(xì)胞容易凋亡，但成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞具有細(xì)胞凋亡抵抗性。在動物模型實驗中，誘導(dǎo)上皮細(xì)胞的凋亡足以引起肺纖維化，但誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞凋亡可以改善纖維化[18]，說明抑制肺泡上皮的凋亡與促進成纖維細(xì)胞的凋亡可防治肺纖維化。在肺纖維化疾病中，細(xì)胞凋亡主要通過2個途徑激活：外在途徑由細(xì)胞膜上的死亡受體（如TNF受體）及其相關(guān)的配體（如TNF-α）構(gòu)成，配體誘導(dǎo)受體激活，從而激活促凋亡的死亡誘導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合體的形成，它們募集并激活效應(yīng)因子如活化的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cystein-asparate protease-3，Caspase-3）以啟動細(xì)胞凋亡；內(nèi)在途徑是由于線粒體通透性的增加，各種壓力因素導(dǎo)致抗凋亡線粒體蛋白B淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）、Bcl-xL的表達(dá)降低，并導(dǎo)致促凋亡線粒體蛋白Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bcl-2-associated X，Bax）的表達(dá)增加[19]。

博來霉素的氣管內(nèi)給藥可誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞的凋亡增加，使用凋亡抑制劑鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白酶II可以減少膠原蛋白沉積和改善纖維化[20-21]，表明抑制肺泡上皮凋亡可成為治療肺纖維化的靶點。既往體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，通過降低Caspase-3蛋白的表達(dá)及減少活化的Caspase-3陽性細(xì)胞的數(shù)量，姜黃素以拮抗肺泡上皮細(xì)胞凋亡通路的激活來改善肺纖維化[22]。Gouda等[23]利用姜黃素干預(yù)博來霉素誘導(dǎo)的肺泡上皮A549細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞遷移和細(xì)胞凋亡明顯減少，Caspase-3的激活被抑制，細(xì)胞因子白介素-17A（interleukin-17A，IL-17A）的分泌及其介導(dǎo)的、纖溶酶原激活物抑制劑-1（plasminogen activator inhibitor-1，）mRNA表達(dá)降低。綜上表明，姜黃素抑制肺上皮細(xì)胞凋亡的作用可能與調(diào)控凋亡蛋白、IL-17A-p53-PAI-1有關(guān)。

肺成纖維細(xì)胞/肌成纖維細(xì)胞具有抗凋亡的能力[24]。如活性氧生成酶還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-reduced，NADPH）氧化酶-4（NADPH oxidase 4，Nox4）可介導(dǎo)成纖維細(xì)胞抗凋亡活性，而靶向Nox4可減弱抗凋亡的成纖維細(xì)胞表型并導(dǎo)致纖維化的逆轉(zhuǎn)[25]，故促進成纖維細(xì)胞的凋亡亦是治療肺纖維化的靶點。高蔚等[26]發(fā)現(xiàn)姜黃素明顯促進成纖維細(xì)胞凋亡，其機制可能與直接促進Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9的表達(dá)升高有關(guān)。并且，姜黃素干預(yù)可增加原代成纖維細(xì)胞中凋亡基因和的表達(dá)[27]。而Tourkina等[28]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素促進硬皮病肺成纖維細(xì)胞凋亡，但不影響正常肺成纖維細(xì)胞，這歸因于姜黃素可使正常肺成纖維細(xì)胞的血紅素加氧酶-1（heme oxygenase 1，HO-1）和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶P1（glutathione-transferase pi-1，GSTP1）表達(dá)增加，防止細(xì)胞凋亡，而硬皮病肺成纖維細(xì)胞中存在蛋白激酶C的ε異構(gòu)體（epsilon isoform of protein kinase C，PKCε）信號傳導(dǎo)異常，姜黃素不能上調(diào)HO-1和GSTP1，從而促進細(xì)胞凋亡。同時，Zhang等[29]研究發(fā)現(xiàn)博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型小鼠經(jīng)姜黃素干預(yù)后，肺組織膠原沉積減少，組織蛋白酶L、K的表達(dá)水平增加；而在細(xì)胞模型中發(fā)現(xiàn)人成纖維細(xì)胞凋亡率增加，Caspase-3的表達(dá)和Bax/Bcl-2分別呈劑量相關(guān)性增加；但在組織蛋白酶抑制劑預(yù)處理后，姜黃素促進成纖維細(xì)胞中Caspase-3表達(dá)和增加Bax/Bcl-2的功能減弱。綜上表明，姜黃素可通過調(diào)控凋亡蛋白和基因、PKCε信號通路及組織蛋白酶L/K促進成纖維凋亡進而抑制肺纖維化（圖2）。

3 抑制炎癥反應(yīng)

炎癥反應(yīng)貫穿肺纖維化全過程。在肺纖維化早期，炎癥損傷刺激肺泡上皮細(xì)胞釋放TGF-β1和IL等細(xì)胞因子，并誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，招募炎癥細(xì)胞和免疫細(xì)胞到受損部位進行修復(fù)；隨后持續(xù)的炎癥刺激導(dǎo)致炎癥浸潤，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞過度分泌細(xì)胞因子，如細(xì)胞因子TNF-α、γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）等，可引發(fā)纖維化；過度的細(xì)胞因子釋放促進肺泡上皮細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和成纖維細(xì)胞的活化，加速纖維化的進展[30]。因此，減少炎癥損傷糾正免疫障礙和是預(yù)防和治療肺纖維化的有效方法。

Xu等[31]研究表明姜黃素250或500 mg/kg在治療肺纖維化大鼠方面具有與氫化可的松相當(dāng)?shù)男Ч?，其能顯著抑制博來霉素誘導(dǎo)的肺部炎性損傷，并且減少誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）及TGF-β1的表達(dá)。因而推測姜黃素與皮質(zhì)類固醇一樣，可調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)中相同的關(guān)鍵細(xì)胞因子，在肺纖維化治療中發(fā)揮相似的作用。在胺碘酮誘導(dǎo)大鼠肺纖維化模型中，姜黃素通過抑制肺泡巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞浸潤肺組織來改善肺纖維化[32]。外界刺激可導(dǎo)致中性粒細(xì)胞聚集，從而釋放髓過氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）。在環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)肺纖維化大鼠模型中，姜黃素干預(yù)能顯著降低肺組織MPO活性，減少支氣管肺泡灌洗液中IL-1β的蛋白表達(dá)[33]，同時阻斷肺泡巨噬細(xì)胞釋放TNF-α[34]。輔助T細(xì)胞（helper T cell，Th）1/Th2參與肺纖維化的形成，調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡能夠?qū)Ψ卫w維化起到保護作用[35]；姜黃素可通過降低IL-4、提高INF-γ、糾正Th1/Th2失衡從而延緩大鼠肺纖維化進程[36]。前列腺素J2（prostaglandin J2，PGJ2）是一種抗炎前列腺素，研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可通過誘導(dǎo)PGJ2而激活PPARγ和cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白（cAMP response element bound protein，CREB）途徑來促進肝細(xì)胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）進入肺部并發(fā)揮抗肺纖維化作用[37]。

圖2 姜黃素調(diào)控細(xì)胞凋亡

核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路是一條經(jīng)典的炎癥通路，在肺纖維化中起關(guān)鍵作用，驅(qū)動T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌炎癥細(xì)胞因子，加重炎癥損傷，促進肺纖維化的進展[38-39]。在呼腸孤病毒1/L誘導(dǎo)的急性病毒性肺炎模型中出現(xiàn)膠原蛋白沉積及肺間質(zhì)纖維化，姜黃素可逆轉(zhuǎn)這種改變，并通過降低NF-κB/p65的磷酸化抑制肺組織的細(xì)胞因子IL-6、IL-10、IFN-γ和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）的表達(dá)[40]。在肺泡上皮細(xì)胞實驗中，Biswas等[41]發(fā)現(xiàn)姜黃素可以抑制NF-κB的逆轉(zhuǎn)錄和與核內(nèi)DNA的結(jié)合來減少IL-8的釋放。楊茂憲等[42]研究表明姜黃素可以逆轉(zhuǎn)脂多糖誘導(dǎo)的急性呼吸窘迫綜合征大鼠氣道杯狀細(xì)胞化生，改善肺組織纖維化，抑制Toll 樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）/NF-κB信號通路蛋白表達(dá)及其下游的TNF-α的過表達(dá)，減輕炎癥反應(yīng)，從而發(fā)揮抗肺纖維化的作用。此外，姜黃素還可以通過調(diào)節(jié)其他炎癥靶點如Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（Janus kinase/signal transducers and activators of transcription，JAK/STAT）來調(diào)節(jié)肺纖維化[22]。綜上表明，姜黃素通過抑制炎癥細(xì)胞分泌炎癥因子、抗炎前列腺素和NF-κB信號通路來發(fā)揮抗肺纖維化作用（圖3）。

4 調(diào)節(jié)TGF-β

TGF-β是一種調(diào)節(jié)性細(xì)胞因子，是目前發(fā)現(xiàn)最強的致纖維化因子，可誘導(dǎo)許多促纖維化生長因子和細(xì)胞因子的表達(dá)增加；在肺纖維化小鼠模型和IPF患者的支氣管肺泡灌洗液中，TGF-β水平升高，升高的TGF-β顯著促進成纖維細(xì)胞和其他間充質(zhì)細(xì)胞的增殖和肺泡上皮細(xì)胞經(jīng)歷間充質(zhì)特征的表型轉(zhuǎn)變。此外，TGF-β信號傳導(dǎo)在介導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞活化以及隨后產(chǎn)生膠原蛋白和其他ECM成分方面起核心作用[43]。

圖3 姜黃素抑制炎癥作用

Zhang等[29]發(fā)現(xiàn)在博來霉素誘導(dǎo)肺纖維化的小鼠和人肺上皮細(xì)胞中加入姜黃素可導(dǎo)致TGF-β1的生成減少，從而減少肺組織中膠原的沉積，增加人肺上皮細(xì)胞的凋亡率，影響人肺上皮細(xì)胞的增殖和遷移速率。Shaikh等[44]用博來霉素干預(yù)肺泡上皮A549細(xì)胞導(dǎo)致了TGF-β1的激活，TGF-β1信號的激活可以下調(diào)過氧化物酶如氧異構(gòu)體生物發(fā)生因子13（eroxisomal biogenesis factor 13，PEX13）、PEX14、PEX19和酰基輔酶a氧化酶1（acyl-CoA oxidase 1，ACOX1），從而使炎癥加重?fù)p害肺泡上皮，最終導(dǎo)致肺纖維化，而姜黃素能夠逆轉(zhuǎn)這一過程，并且分子對接研究顯示，姜黃素能與TGF-β1蛋白結(jié)合，表明姜黃素表現(xiàn)出抑制TGF-β1介導(dǎo)的肺泡上皮損傷的能力。過度的EMT被認(rèn)為在IPF的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，大約1/3的肺纖維化成纖維細(xì)胞被確定為上皮起源，故抑制肺泡EMT可以治療肺纖維化。Tyagi等[45]在細(xì)胞實驗中也觀察到TGF-β參與了百草枯誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞標(biāo)記α-SMA產(chǎn)生增加和上皮標(biāo)記E-鈣黏蛋白的表達(dá)減少，從而促進肺EMT，姜黃素干預(yù)后可以逆轉(zhuǎn)這一過程，并降低TGF-β和基質(zhì)金屬蛋白酶-9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）的表達(dá)。Shaikh等[46]研究表明姜黃素還可降低卵圓形肺泡上皮細(xì)胞變成紡錘形間充質(zhì)細(xì)胞的比列，并且下調(diào)EMT相關(guān)的鋅指轉(zhuǎn)錄因子SNAIL和SLUG的表達(dá)。

Smad家族蛋白是TGF-β家族受體下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，TGF-β/Smad通路在纖維化發(fā)展中也起著重要作用，敲除小鼠的基因能夠抑制EMT，并抑制和延緩肺纖維化的發(fā)生發(fā)展[47]。Chen等[36]在百枯草誘導(dǎo)大鼠肺纖維化實驗中發(fā)現(xiàn)，姜黃素升高動脈血中氧分壓，降低二氧化碳分壓，減少血清中Smad4、Smad泛素化調(diào)節(jié)因子2（Smad ubiquitination regulatory factor，Smurf2）等水平，說明姜黃素能夠改善肺纖維化大鼠的呼吸功能，其機制涉及到抑制Smad介導(dǎo)的信號通路。朱楊陽等[48]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素通過下調(diào)TGF-β1、Smad2/3蛋白和上調(diào)Smad7蛋白，抑制TGF-β1/Smads信號傳導(dǎo)，進而緩解大鼠肺炎癥浸潤和膠原沉積。Smith等[49]研究表明，姜黃素能使S期肺成纖維細(xì)胞數(shù)量呈劑量相關(guān)性減少，G0/G1期細(xì)胞成比例增加；減少肺纖維小鼠肺組織中的總細(xì)胞、單核細(xì)胞和多形核細(xì)胞數(shù)目，降低肺羥脯氨酸、α-SMA表達(dá)；抑制TGF-β誘導(dǎo)的Smad2/3和ERK1/2的磷酸化，說明姜黃素能夠通過抑制TGF-β/Smad2/3和ERK1/2通路降低肺成纖維細(xì)胞的增殖分化、炎癥和減少膠原沉積而抗肺纖維化。綜上表明，姜黃素可通過抑制TGF-β分泌及其信號通路發(fā)揮抗肺纖維化作用（圖4）。

5 抑制氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是由于機體氧化和抗氧化之間的不平衡而產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）增多，最終引起細(xì)胞功能障礙和組織損傷。谷胱甘肽（glutathione，GSH）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）是體內(nèi)重要的抗氧化酶，能清除機體自由基，丙二醛（malondialdehyde，MDA）是脂質(zhì)過氧化的代謝產(chǎn)物，研究顯示IPF患者中氧化應(yīng)激的主要標(biāo)志物SOD、GSH等抗氧化酶活性降低，以及MDA和ROS積累。氧化應(yīng)激介導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞損傷、成纖維細(xì)胞的增殖和分化、細(xì)胞凋亡抵抗和ECM的沉積參與肺纖維的疾病過程，ROS清除劑和調(diào)節(jié)劑已經(jīng)在臨床前體內(nèi)外實驗中作為肺纖維化的潛在治療方法進行了研究[50]。

圖4 姜黃素調(diào)節(jié)TGF-β

姜黃素的分子結(jié)構(gòu)中同時具有酚基團和β-二酮基團，可以消除活性氧自由基和含氧化合物、螯合金屬離子等，是天然的抗氧化劑。雙氧化酶（dual oxidase，DUOX）是一種專門產(chǎn)生ROS的酶，能夠受細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程的調(diào)控來產(chǎn)生ROS。在輻射誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化模型實驗中發(fā)現(xiàn)肺勻漿中基因表達(dá)增加41倍、的表達(dá)增加則超過60倍，而姜黃素的干預(yù)能夠有效抑制基因表達(dá)[51]。姜黃素能促進GSH水平上升并下調(diào)MDA表達(dá)水平，以減輕二氧化硅或博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠的氧化應(yīng)激狀態(tài)，從而保護肺臟[52-53]。HO-1是一種重要的抗氧化酶，姜黃素能增加原代肺內(nèi)皮和成纖維細(xì)胞中HO-1的水平并阻斷輻射誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，抑制氧化應(yīng)激[54]。核因子E2相關(guān)因子2（nuclear erythroid 2-related factor 2，Nrf2）受Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（kelch like-ECH-associated protein 1，Keap1）的調(diào)控，是細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵因子。在氧化應(yīng)激條件下，Nrf2從Keap1中分離，然后進入細(xì)胞核與抗氧化反應(yīng)元件結(jié)合，增加了II相解毒酶如HO-1的表達(dá)，保護細(xì)胞免受氧化損傷。IPF微環(huán)境中的氧化應(yīng)激會降低肺間充質(zhì)干細(xì)胞的存活率，從而導(dǎo)致疾病進展；而Ke等[55]研究顯示姜黃素對小鼠肺間充質(zhì)干細(xì)胞具有抗氧化保護作用，減少了細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，抑制細(xì)胞凋亡，這可能與姜黃素促進蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）磷酸化，增加p-Akt/Akt和Nrf2表達(dá)，最終導(dǎo)致HO-1釋放增加有關(guān)。姜黃素抑制氧化應(yīng)激的機制見圖5。

圖5 姜黃素抑制氧化應(yīng)激

Fig. 5 Oxidative stress suppressed by curcumin

6 抑制ECM的沉積

ECM主要成分包括膠原蛋白、糖蛋白和蛋白聚糖，其大量堆積是肺纖維化組織重構(gòu)混亂的標(biāo)志，可使肺泡結(jié)構(gòu)消失，進而形成或加重纖維化。Sun等[56]在肺成纖維細(xì)胞實驗中檢測膠原蛋白水平，經(jīng)姜黃素處理后羥脯氨酸、脯氨酸羥化酶、Col-I、Col-III、Col-I N端前肽、Col-III N端前肽的含量均有不同程度的降低；同時，姜黃素可降低博來霉素大鼠血清中Col-III、Col-IV、層黏連蛋白和透明質(zhì)酸的水平，并刺激纖維組織的增殖[57]。進一步研究表明，姜黃素抑制病毒誘導(dǎo)的急性呼吸窘迫綜合征小鼠模型中的后續(xù)纖維化，減少了α-SMA和腱糖蛋白-C的表達(dá)[40]。與正常肺相比，博來霉素肺中糖蛋白的含量和參與糖蛋白代謝的酶活性增加，而姜黃素可抑制博來霉素誘導(dǎo)的糖蛋白代謝[58]。

MMPs和金屬蛋白酶的組織抑制劑（tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMPs）參與ECM的合成與降解，其中MMPs的主要作用是降解ECM，而TIMPs能特異性抑制其活性。Chauhan等[59]發(fā)現(xiàn)姜黃素可以通過降低MMP-9的活性和表達(dá)來抑制肺纖維化的發(fā)展。而在百枯草誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠中發(fā)現(xiàn)，姜黃素不止可降低MMP-9的水平，且可調(diào)節(jié)肺組織中TIMP-1的表達(dá)，進而改變MMP-9/TIMP-1之間的平衡來緩解肺纖維化[60]。研究表明肺結(jié)核分枝桿菌感染會導(dǎo)致肺纖維化，從而導(dǎo)致肺功能不可逆地降低。Lee等[61]研究發(fā)現(xiàn)肺結(jié)核分枝桿菌刺激TLR2以激活JNK信號級聯(lián)，進而增加激活蛋白-1與結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）啟動子區(qū)域的結(jié)合能力，最終誘導(dǎo)人肺成纖維細(xì)胞中CTGF和ECM的表達(dá)；而姜黃素可以抑制肺結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)的CTGF表達(dá)，推測其可通過抑制TLR2信號通路介導(dǎo)的ECM沉積發(fā)揮抗肺纖維化作用。綜上表明，姜黃素可以通過減少ECM中的各種成分來緩解肺纖維化。

7 結(jié)語與展望

肺纖維化的發(fā)病率呈逐年升高趨勢，其最終導(dǎo)致呼吸衰竭，嚴(yán)重影響患者生存質(zhì)量和生存率。肺纖維化的發(fā)病機制尚不完全清楚，目前臨床上尚無有效的治療手段。因此，尋找更加有效的治療靶點及藥物研發(fā)是當(dāng)下的首要任務(wù)。姜黃素在體內(nèi)外實驗研究中都表現(xiàn)出較好的抗纖維化作用[62]，可抑制成纖維細(xì)胞的增殖分化、調(diào)控細(xì)胞凋亡、抑制炎性反應(yīng)、調(diào)節(jié)TGF-β、抑制氧化應(yīng)激、抑制ECM沉積等，其作用機制主要與調(diào)控TGF-β信號通路、NF-κB信號通路、MAPK信號通路、TLRs信號通路、PPARγ/PDGFβ的信號傳導(dǎo)通路有關(guān)，提示姜黃素在防治肺纖維化方面具有良好的研究開發(fā)價值。但是，姜黃素抗肺纖維化作用和分子機制研究中多數(shù)信號通路研究尚不完整，大多停留在檢測蛋白或基因表達(dá)的層面，進一步的研究需要借助轉(zhuǎn)基因和基因敲除動物、細(xì)胞模型激動或抑制關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)藥理學(xué)研究方法明確其抗肺纖維化的作用靶點和結(jié)合位點。更多研究表明Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路、音猬因子蛋白信號通路、Notch信號通路參與了肺纖維化的發(fā)生與發(fā)展，但姜黃素是否可調(diào)控這些信號通路還未見報道，后續(xù)可以借助于代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)等探究其與疾病之間潛在而復(fù)雜的關(guān)系，通過體內(nèi)外實驗進一步驗證研究。此外，姜黃素的水溶性較差，阻礙其口服吸收利用，以姜黃素作為先導(dǎo)化合物，研發(fā)其衍生物、類似物或全合成產(chǎn)物及其構(gòu)建納米遞藥系統(tǒng)[63]，使其性能優(yōu)良、溶解性能好、生物利用度高、代謝穩(wěn)定、不良反應(yīng)小、生物活性顯著，將為姜黃素開發(fā)成治療肺纖維化的新藥提供臨床科學(xué)依據(jù)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress on molecular mechanism of curcumin against pulmonary fibrosis

ZHENG Lei1, 2, HUANG Hong2, WU Han2, ZHANG Jun-lan2, CAI Xiong1, 2, FAN Fu-yuan1

1. The First Hospital, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410007, China 2. Institute of Innovation and Applied Research in Chinese Medicine, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China

Pulmonary fibrosis is a chronic lung interstitial disease characterized by fibroblast proliferation and differentiation, excessive deposition of extracellular matrix (ECM), and impaired lung structure and function. Although some anti-fibrotic drugs such as pirfenidone and nintedanib have been used in clinic, they have not achieved satisfactory therapeutic effects. Therefore, there is an increasingly urgent need to develop anti-fibrotic drugs with promising clinical efficacy and favorable safety profile. Curcumin is a natural polyphenolic compound isolated from the medicinal plants,, and, and demonstrates significant anti-inflammatory, anti-bacterial, antioxidant, anti-lipid, anti-fibrotic and other pharmacological activities. Curcumin alleviates the progression of pulmonary fibrosis by inhibiting fibroblast proliferation and differentiation, regulating cell apoptosis, inhibiting inflammatory response, regulating transforming growth factors, inhibiting oxidative stress, and inhibiting ECM deposition. Research progress on molecular mechanism of curcumin against pulmonary fibrosis was summarized, and new targets and ideas for treatment of fibrotic diseases in clinic were discussed in this paper, in order to provide reference for further study of mechanism of curcumin against pulmonary fibrosis and its clinical application.

curcumin; pulmonary fibrosis; inflammatory response; transforming growth factor-β; oxidative stress

R282.710.5

A

0253 - 2670(2022)21 - 6909 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.21.030

2022-08-08

湖南省科技創(chuàng)新重大項目（2020SK1020）；湖南省“芙蓉學(xué)者獎勵計劃”資助項目（湘教通[2020]58號）；湖南省121創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程資助項目（湘人社函[2019]192號）；湖南省“劉良院士專家工作站”資助項目（湘科協(xié)通[2020]34號）；湖南中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)國內(nèi)一流建設(shè)學(xué)科項目（校行科字[2018]3號）

鄭 蕾（1990—），女，博士研究生，研究方向為中醫(yī)藥防治急重呼吸疾病研究。E-mail: 578574340@qq.com

范伏元（1962—），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為中醫(yī)藥防治急重呼吸疾病研究。E-mail: ffy023@163.com

蔡 雄（1976—），男，博士生導(dǎo)師，湖南省“芙蓉學(xué)者”特聘教授，研究方向為中藥抗炎免疫藥理研究。E-mail: caixiong@hnucm.edu.cn

#共同第一作者：黃 紅（1998—），女，碩士研究生，研究方向為中藥抗炎免疫藥理研究。E-mail: aquakcc@qq.com

[責(zé)任編輯 崔艷麗]