中藥單體川芎嗪在疾病治療中的應(yīng)用與機(jī)制研究進(jìn)展

周 鑫，孫曉瑩，賈禮伊 ，郭 蒙 ，靳 潔， 王引弟，黃 領(lǐng)，李奕衡，何鐘競，曹慧玲,,

(1.西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所 陜西省缺血性心血管疾病重點實驗室，陜西 西安 710021；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，陜西 咸陽 712046；3.西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710069)

川芎嗪(Tetramethylpyrazine，TMPZ)別名四甲基吡嗪，分子式為C8H12N2，是提取自傘形科藁本屬植物川芎(Ligusticum chuanxiong hort)根莖的一種具有生物活性的中藥單體成分，屬于酰胺類生物堿。川芎最早見于公元前200年的中醫(yī)書《神農(nóng)本草經(jīng)》。1962年，川芎嗪曾由Kosuqe等從枯草桿菌培養(yǎng)液中分離，隨后北京制藥工業(yè)研究所從川芎中析出單體川芎嗪并做結(jié)構(gòu)鑒定[1]，傳統(tǒng)發(fā)酵食醋中也富含川芎嗪[2]。

目前已上市的川芎嗪類藥物主要有鹽酸川芎嗪注射液、磷酸川芎嗪片等，川芎嗪除了具有傳統(tǒng)的活血祛瘀、抑制血小板聚集、擴(kuò)張血管、改善血液循環(huán)、緩解疼痛等作用外，隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)川芎嗪還具有心腦血管疾病預(yù)防與治療、多器官如心臟、腦組織和腎臟等的缺血再灌注損傷修復(fù)、血管內(nèi)皮保護(hù)、腫瘤抑制、哮喘患者氣道重塑、鈣超載抑制和免疫調(diào)節(jié)等作用[3]。本文將從川芎嗪在心血管疾病、腦疾病、腎損傷、腫瘤等疾病中的應(yīng)用，對近幾年川芎嗪最新的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為川芎嗪的臨床應(yīng)用提供參考。

1 川芎嗪在心血管疾病中的作用

在我國，川芎嗪單獨或與其他藥物復(fù)方配伍，用于預(yù)防和治療心血管疾病已經(jīng)有30多年歷史。研究表明，川芎嗪可舒張血管，保護(hù)血管內(nèi)皮，抑制炎癥反應(yīng)，改善冠心病，改善缺血再灌注損傷，輔助緩解心絞痛，川芎嗪心血管保護(hù)作用與其抗氧化、抗炎或鈣穩(wěn)態(tài)作用相關(guān)[3]。

董小莉等[4]采用腹腔注射低、中、高劑量組(50、100、200 mg/kg)川芎嗪注射液(20 mg/ml)，研究川芎嗪對冠心病大鼠模型的作用。研究發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，川芎嗪干預(yù)組大鼠的血清總膽固醇、甘油三酯與低密度脂蛋白膽固醇水平顯著降低，高密度脂蛋白膽固醇水平顯著升高，動脈粥樣硬化指數(shù)、血管張力變化值劑量依賴性顯著降低，血漿腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素6和1β水平劑量依賴性顯著降低。組織病理學(xué)染色結(jié)果顯示，川芎嗪干預(yù)后大鼠胸主動脈血管內(nèi)皮完整性改善。研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪各劑量組血管中血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)和VEGF受體2水平顯著上調(diào)。研究表明，川芎嗪可通過改善冠心病模型大鼠的血脂水平、抑制炎癥因子、改善血管內(nèi)皮損傷，改善大鼠冠心病，可能與VEGF信號通路相關(guān)。

陳乘波等[5]通過對SD大鼠左冠狀動脈前降支進(jìn)行結(jié)扎，使缺血30 min后再灌注處理60 min，構(gòu)建心肌缺血再灌注模型，研究川芎嗪對缺血再灌注大鼠的影響。實驗設(shè)置對照組、川芎嗪處理組、川芎嗪并Janus激酶2(Janus kinase 2,JAK2)抑制劑AG490處理組、AG490處理組。結(jié)果顯示，與對照組相比，川芎嗪處理組左心室舒張壓、心率、左心室壓力微分和冠脈血流量明顯升高，總超氧化物歧化酶活性和線粒體膜電位顯著增加，TTC染色法測定發(fā)現(xiàn)，心肌梗死面積顯著減小，TUNEL染色法測定發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞凋亡率顯著降低，心肌組織中的丙二醛、過氧化氫水平明顯降低。JAK2、STAT3和Bcl2蛋白表達(dá)顯著上調(diào)，Bax蛋白表達(dá)顯著下調(diào)。抑制JAK2后，上述指標(biāo)呈現(xiàn)明顯相反的變化趨勢。研究表明，川芎嗪可清除氧自由基，抑制心肌細(xì)胞凋亡，改善大鼠心肌缺血再灌注損傷，其改善作用與激活JAK2/STAT3信號通路相關(guān)。

對臨床上不穩(wěn)定型心絞痛患者，除常規(guī)抗心絞痛藥物治療外，輔助給予丹參川芎嗪治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，緩解心絞痛總有效率明顯提升，患者心絞痛發(fā)作持續(xù)時間縮短，發(fā)作次數(shù)減少，硝酸甘油用量減少，提示丹參川芎嗪輔助治療，對緩解心絞痛患者的病發(fā)癥狀有積極意義，同時可改善患者的心功能、血流動力學(xué)與炎癥因子等指標(biāo)[6]。

綜上，川芎嗪可保護(hù)冠心病大鼠血管內(nèi)皮功能，改善大鼠冠心病，緩解大鼠心肌缺血再灌注損傷，在臨床上對于心絞痛患者具有積極治療作用。但是目前關(guān)于川芎嗪在心血管疾病中的作用，以動物模型和細(xì)胞模型為研究對象者居多，臨床試驗數(shù)據(jù)較少，因此，對于川芎嗪在心血管疾病中的療效評估還需大規(guī)模的臨床試驗，積累大量數(shù)據(jù)，為川芎嗪的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

2 川芎嗪在腦疾病中的作用

川芎嗪作為一種典型的鈣通道阻滯劑，可擴(kuò)張腦血管，降低血液黏度，抑制血小板聚集。同時川芎嗪也具有清除氧自由基，提高內(nèi)源性的超氧化物歧化酶活性，溶解血栓，抑制血栓形成的功效，早在20世紀(jì)70年代，川芎嗪已用于缺血性腦中風(fēng)的治療[7-10]。川芎嗪在腦疾病中的治療作用較為明確，但是分子機(jī)制尚不明晰。

陳世華等[7]研究了川芎嗪對SD大鼠感染性休克腦損傷的影響。研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪干預(yù)后，感染性休克大鼠血清中的S-100β和神經(jīng)元特異性烯醇化酶的含量降低，HE染色結(jié)果顯示，海馬區(qū)細(xì)胞排列整齊，邊界清晰，細(xì)胞帶完整。ELISA檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，川芎嗪干預(yù)后大鼠腦組織中超氧化物歧化酶表達(dá)增加，丙二醛、腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)與IL-6的表達(dá)降低，同時腦組織中細(xì)胞凋亡明顯改善。Western blot 檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PI3K和Hsp70表達(dá)上調(diào)，AKT蛋白磷酸化程度增加。研究表明，川芎嗪可改善SD大鼠感染性休克造成的腦損傷，其改善作用可能與PI3K/AKT信號通路的活化和Hsp70表達(dá)上調(diào)有關(guān)。

癲癇作為一種慢性腦部疾病，發(fā)病病因復(fù)雜，以反復(fù)抽搐為發(fā)病特點，發(fā)病時患者意識突然喪失，口吐涎沫，強(qiáng)直抽搐，發(fā)病過后如常人。近年來的研究表明，川芎嗪具有抗癲癇作用，川芎嗪還可協(xié)助抗癲癇藥物透過血腦屏障，增強(qiáng)其療效[8]。研究者在動物模型實驗中證實，川芎嗪對癲癇動物模型的癥狀有改善作用，同時可減少因癲癇所致的大鼠學(xué)習(xí)記憶損傷，主要體現(xiàn)在腦電圖和行為學(xué)上。在臨床上，川芎嗪聯(lián)合常規(guī)抗癲癇藥物治療，可明顯改善患者的臨床癥狀。在動物模型和臨床研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪還可抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，保護(hù)神經(jīng)元，抑制P-糖蛋白表達(dá)。P-糖蛋白作為藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白，可促進(jìn)抗癲癇藥物排出，川芎嗪抑制P-糖蛋白表達(dá)，阻礙了其藥物外排作用，增強(qiáng)抗癲癇藥物療效。研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪的抗癲癇作用可能與川芎嗪對炎癥細(xì)胞因子(IL-2、IL-6和TNF-α)和神經(jīng)遞質(zhì)(如γ-氨基丁酸和谷氨酸)的調(diào)節(jié)使神經(jīng)興奮性降低有關(guān)，川芎嗪也可調(diào)控下游靶蛋白如M4型瞬時受體電位通道(TRPM4)和絲裂原激活蛋白激酶(p38 MAPK)，進(jìn)而改善創(chuàng)傷性腦損傷。另外，在動物模型中研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪通過鼻腔、眼途徑給藥同樣有效，同時川芎嗪可透過血腦屏障進(jìn)入腦組織，這些特點使川芎嗪具有較高的臨床應(yīng)用價值。

魏亞琪[9]對缺血性腦卒中住院患者采用阿替普酶，血栓通與川芎嗪聯(lián)合治療，經(jīng)過1個療程14 d治療后發(fā)現(xiàn)，與基礎(chǔ)對照組相比，聯(lián)合川芎嗪治療組總有效率提高，住院時間縮短，美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表評分(NIHSS)、IL-6、TNF-α、超敏C反應(yīng)蛋白顯著降低，不良反應(yīng)發(fā)生率比較無統(tǒng)計學(xué)差異。提示川芎嗪聯(lián)合用藥對缺血性腦卒中的臨床治療效果確切，安全性有保障。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，丹參-川芎用于阿爾茨海默病(AD)治療時，川芎嗪可能的作用靶點約有27個，可通過調(diào)節(jié)Bcl-2、Bax和Caspase-3的表達(dá)與PI3K/AKT信號通路，抑制Aβ25-35誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，改善AD[10]。

綜上，川芎嗪可改善SD大鼠感染性休克腦損傷，改善癲癇動物模型的癥狀，改善因癲癇所致的大鼠學(xué)習(xí)記憶損傷，川芎嗪聯(lián)合用藥對缺血性腦卒中的臨床治療效果確切，安全性高。川芎嗪的腦疾病改善作用，可能與擴(kuò)張腦血管，降低血液黏度，抑制血小板聚集，清除氧自由基，提高內(nèi)源性的超氧化物歧化酶活性，溶解血栓，抑制血栓形成有關(guān)，與調(diào)控PI3K/AKT 與p38 MAPK信號通路，調(diào)控Hsp70、Bcl-2、Bax和Caspase-3表達(dá)相關(guān)。川芎嗪在相關(guān)腦疾病治療中效果明確，安全性好，隨著基礎(chǔ)研究的不斷深入其作用機(jī)制也將逐漸明晰，后續(xù)研究可考慮設(shè)計開展臨床隨機(jī)雙盲安慰劑對照試驗，積累臨床數(shù)據(jù)，深入探討分子作用機(jī)制，為川芎嗪的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

3 川芎嗪在腎損傷中的作用

急性腎損傷(Acute kidney injury，AKI)的主要臨床癥狀為快速下降的腎臟功能和不斷蓄積的代謝廢物，是一個復(fù)雜的病理生理過程。腎臟缺血再灌注損傷(Ischemia-reperfusion，I/R)是導(dǎo)致AKI的主要原因之一，目前臨床上尚無有效治療藥物。腎臟 I/R 的主要病理機(jī)制涉及自由基、細(xì)胞內(nèi)鈣超載[11]、炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡[12]。Sun等[13]采用SD大鼠腎臟I/R模型研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可通過抑制 NLRP3/HIF-1α 和細(xì)胞凋亡減輕急性腎損傷。Jiang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可通過誘導(dǎo)自噬，下調(diào)NOD2 表達(dá)，抑制炎癥反應(yīng)，減少腎細(xì)胞凋亡，改善急性腎損傷。川芎嗪抑制大鼠模型I/R損傷后 NOD2 表達(dá)的上調(diào)，在體內(nèi)對 AKI 發(fā)揮重要的保護(hù)作用。有研究者制備了川芎嗪衍生物，該化合物進(jìn)入大鼠體內(nèi)發(fā)生降解，生成川芎嗪和一氧化氮，可在mRNA水平和蛋白水平降低腎損傷標(biāo)志物表達(dá)，改善大鼠腎臟I/R[15]。王玉潔等[16]采用大鼠膜性腎病模型研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可使大鼠血清中肌酐、血尿素氮、甘油三酯、總膽固醇、白蛋白和丙二醛水平下降，SOD水平升高，減輕腎小球纖維化，提高腎小球結(jié)構(gòu)完整性，下調(diào)Caspase-12、GRP78、p-PERK、p-IRE1、ATF6和CHOP蛋白表達(dá)。提示川芎嗪可調(diào)節(jié)血脂，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，減輕腎小球纖維化，改善膜性腎病大鼠的腎功能。

綜上，針對腎損傷相關(guān)疾病目前尚無有效治療藥物，臨床上多采用腎臟替代療法。多項動物實驗研究表明，川芎嗪可調(diào)節(jié)大鼠血脂，抑制炎癥反應(yīng)，減少腎細(xì)胞凋亡，改善急性腎損傷，減輕腎小球纖維化，改善膜性腎病大鼠的腎功能，可能與抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，抑制 NLRP3/HIF-1α，下調(diào)NOD2 表達(dá)有關(guān)。川芎嗪治療腎損傷的相關(guān)研究目前尚缺少臨床試驗數(shù)據(jù)，機(jī)制也不明晰，隨著臨床數(shù)據(jù)積累，研究的不斷深入，其分子作用機(jī)制將逐漸明晰，川芎嗪可望為腎損傷的臨床治療提供新選擇。

4 川芎嗪在腫瘤治療中的作用

在體內(nèi)和體外多項研究表明，川芎嗪具有抗腫瘤、抑制血管生成和逆轉(zhuǎn)多重藥物耐藥性等活性。研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可促進(jìn)人源乳腺癌細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長[17]，可調(diào)節(jié)AKT和Caspase-3活性，抑制人源乳腺癌細(xì)胞的活力、遷移、侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[18]。川芎嗪可抑制人卵巢癌細(xì)胞SKOV3的遷移，可能與調(diào)控 ERK1/2、p38 和 AP-1 信號通路，降低IL-8 表達(dá)有關(guān)[19]。川芎嗪可抑制人源黑色素瘤細(xì)胞B16F10轉(zhuǎn)移，抑制血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)的血管生成[20]。川芎嗪可通過p53 依賴性線粒體途徑，使細(xì)胞周期停滯在 G0/G1期，誘導(dǎo)人結(jié)腸癌細(xì)胞SW480 和小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞CT26的細(xì)胞凋亡[21]。Chen等[22]首次報道了川芎嗪可下調(diào)趨化因子受體CXCR4表達(dá)，抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞遷移和增殖，抑制耐藥膠質(zhì)瘤生長。同時可減少腦神經(jīng)細(xì)胞釋放谷氨酸，保護(hù)腦神經(jīng)細(xì)胞。提示，川芎嗪對神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞具有多重功能，或可成為治療耐藥性惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤的潛在候選藥物。

腫瘤轉(zhuǎn)移是癌癥死亡的重要原因之一，腫瘤細(xì)胞代謝模式變化如能量代謝重構(gòu)，體內(nèi)微環(huán)境改變等均可影響腫瘤轉(zhuǎn)移。腫瘤代謝模式變化和線粒體損傷關(guān)系密切，癌細(xì)胞對抗凋亡和免疫逃逸可導(dǎo)致線粒體損傷，線粒體膜通透性改變，活性氧自由基(ROS)生成異常，線粒體內(nèi)酶表達(dá)異常，腫瘤細(xì)胞內(nèi)糖酵解供能途徑異常活躍，以有利于癌腫瘤細(xì)胞適應(yīng)周圍環(huán)境的缺氧狀態(tài)，促進(jìn)腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。研究者將川芎嗪和傳統(tǒng)化療藥物順鉑聯(lián)合使用，研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可影響人源肺癌細(xì)胞A549的線粒體功能和侵襲能力，與細(xì)胞能量代謝的關(guān)鍵調(diào)控因子PI3K/AKT/mTOR信號通路有關(guān)[23]。

川芎嗪具有抗腫瘤、抑制血管生成和逆轉(zhuǎn)多重藥物耐藥性等活性，但是其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，半衰期約為 1.5 h，缺乏適宜藥物遞送系統(tǒng)，限制了川芎嗪在腫瘤治療中的應(yīng)用。研究者設(shè)計合成了負(fù)載川芎嗪的葉酸-殼聚糖納米顆粒，靶向葉酸受體陽性腫瘤細(xì)胞，改善了其療效[24]。

綜上，川芎嗪對多種腫瘤細(xì)胞具有抗腫瘤、抑制血管生成和逆轉(zhuǎn)多重藥物耐藥性等活性，可抑制腫瘤細(xì)胞活力、遷移、侵襲，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，改變細(xì)胞微環(huán)境，影響細(xì)胞能量代謝，可能與調(diào)控 ERK1/2、p38 和 AP-1 信號通路，細(xì)胞能量代謝關(guān)鍵調(diào)控因子PI3K/AKT/mTOR信號通路有關(guān)。目前川芎嗪抗腫瘤研究多為細(xì)胞或動物實驗，缺乏臨床試驗數(shù)據(jù)，機(jī)制也不明晰，隨著臨床數(shù)據(jù)積累，研究的不斷深入，其分子作用機(jī)制將逐漸明晰，川芎嗪可望成為臨床抗腫瘤治療的候選藥物。

5 川芎嗪在其他疾病治療中的作用

除了在上述心腦血管疾病、腎損傷和癌癥中的治療作用外，川芎嗪還具有抑制瘢痕形成，改善骨關(guān)節(jié)炎，改善哮喘患者氣道重塑，改善視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷等活性。王楠等[25]研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可呈濃度依賴性抑制大鼠皮膚成纖維細(xì)胞生長，可能與下調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子β1和堿性成纖維細(xì)胞因子表達(dá)相關(guān)。目前臨床上已使用川芎嗪預(yù)防燒傷后的瘢痕形成。另外，川芎嗪能通過抑制Caspase-3/-9介導(dǎo)的凋亡信號通路抑制肌肉骨骼疾病大鼠模型比目魚肌細(xì)胞的凋亡。川芎嗪可提高Ca2+-ATPase活性，增加RyR1的表達(dá)，抑制L-型鈣離子通道Cav1.3的表達(dá)從而發(fā)揮維持鈣離子穩(wěn)態(tài)的作用[26]。王會含等[27]提取患者膝關(guān)節(jié)軟骨組織中的軟骨細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，川芎嗪以濃度依賴性抑制患者軟骨細(xì)胞凋亡，可能與調(diào)控Trx-2/ASK-1/Caspase-3信號通路增強(qiáng)軟骨細(xì)胞活力有關(guān)。研究表明，川芎嗪可下調(diào)人支氣管上皮細(xì)胞中哮喘易感基因血清類黏蛋白1樣蛋白3的表達(dá)，改善哮喘患者氣道重塑[28]。川芎嗪不僅能夠減輕心肌、腦和腎臟缺血再灌注損傷，對視網(wǎng)膜缺血再灌注引起的損傷也具有保護(hù)作用。采用高眼壓法制備大鼠視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷模型，采用川芎嗪治療，可明顯緩解損傷。研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可抑制視網(wǎng)膜組織中的促炎細(xì)胞因子IL-17和IL-23表達(dá)，發(fā)揮抗炎作用。同時研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪上調(diào)Bcl-2表達(dá)，下調(diào)Bax與Caspase-3表達(dá)，川芎嗪改善大鼠視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷可能與抑制線粒體途徑凋亡有關(guān)[29]。

川芎嗪作為一種來自中藥川芎的生物活性成分，在心腦血管保護(hù)、腎損傷、腫瘤等疾病中發(fā)揮有益作用。目前臨床上將川芎嗪與丹參素制成丹參川芎嗪注射液使用，與厄貝沙坦氫氯噻嗪聯(lián)合使用可用于治療難治性高血壓，與曲美他嗪聯(lián)合使用可用于不穩(wěn)定性心絞痛治療，與活血化瘀劑聯(lián)合使用，可有效控制患者癥狀，穩(wěn)定病情[30]。但是，目前川芎嗪研究多以細(xì)胞與動物實驗為主，缺乏臨床研究數(shù)據(jù)，分子作用機(jī)制尚不明晰。相信隨著臨床研究數(shù)據(jù)的積累與分子作用機(jī)制研究的深入開展，川芎嗪將會具有廣闊的應(yīng)用前景。