槲皮素及其衍生物對(duì)心肌缺血再灌注損傷的作用機(jī)制研究進(jìn)展*

王鵬宇,張 碩,馬官迪,藍(lán) 青,張又枝**

(1.湖北科技學(xué)院醫(yī)學(xué)部藥學(xué)院,湖北 咸寧 437100;2.湖北科技學(xué)院藥學(xué)院鄂南特色中藥湖北省工程研究中心)

2021年《中國(guó)心血管健康與疾病報(bào)告》中指出,我國(guó)約有3.3億心血管疾病患者,且急性心肌梗死死亡率呈快速上升趨勢(shì),嚴(yán)重危害居民健康[1]。目前,通過(guò)溶栓或機(jī)械再通等再灌注策略是急性心肌梗死的首選治療策略,這些方法可以迅速恢復(fù)心臟缺血區(qū)域的血液循環(huán),挽救缺血損傷的細(xì)胞,然而,這將會(huì)造成心肌細(xì)胞的進(jìn)一步損傷,即心肌缺血再灌注損傷(MIRI)[2]。心肌缺血再灌注損傷的病理過(guò)程十分復(fù)雜,主要涉及氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡,細(xì)胞自噬和鈣離子過(guò)載等多種機(jī)制,在臨床上尚未發(fā)現(xiàn)較好的治療手段,因此,心肌缺血再灌注損傷的治療方案需進(jìn)一步研究。

近幾年,祖國(guó)醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展迅猛,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)植物藥物進(jìn)行了深入的發(fā)掘,發(fā)現(xiàn)一些中藥的有效成分對(duì)MIRI治療效果明顯,有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值[3]。槲皮素(quercetin)是一種常見的黃酮類多酚,它具有抗氧化[4]、抗炎[5]、抑制細(xì)胞凋亡[6]等藥理活性,經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究也證實(shí)了槲皮素的有效性。目前,常見的槲皮素類衍生物有異槲皮素(isoquercetin,ISO)和二氫槲皮素(dihydroquercetin,DHQ)。異槲皮素,化學(xué)名是槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷,是槲皮素的主要糖甙形式,其不僅生物學(xué)活性相當(dāng)廣泛,而且在穩(wěn)定性、生物利用率以及某些活性上也比槲皮素具有一定的優(yōu)勢(shì)[7]。異槲皮素在降低高血壓、減輕外周血管脆性、提高外周血管抗性、擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈、增加冠狀動(dòng)脈血流量、降低高血脂等方面具有較好的應(yīng)用前景[8];二氫槲皮素(dihydroquercetin),化學(xué)名是5,7,3',4'-四羥基二氫黃酮,是槲皮素一個(gè)最常見的衍生物,具有顯著的抗氧化特點(diǎn)[9],通常被用于預(yù)防和治療心血管疾病。這兩種化合物在醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是,有關(guān)槲皮素及其衍生物防治MIRI的作用機(jī)制和小分子靶點(diǎn)尚不清楚,因此,本文就近10年槲皮素及其衍生物在MIRI中的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)行了綜述,旨在為MIRI的防治提供一定的理論依據(jù)。

1 槲皮素及其衍生物在防治MIRI中的作用機(jī)制

1.1 抑制氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指機(jī)體內(nèi)氧化過(guò)程和細(xì)胞抗氧化功能失調(diào)的一種病理現(xiàn)象,偏向于細(xì)胞抗氧化,引起中性粒細(xì)胞炎性浸潤(rùn),蛋白酶產(chǎn)生增多,形成了大量的氧化中間物,被認(rèn)為是導(dǎo)致衰老和疾病的主要原因。研究已經(jīng)證實(shí)[10],氧化應(yīng)激也是引起大鼠急性缺氧與再灌注破壞的主要因素之一。心肌壞死是由最初的缺血性損傷引起的,再灌注引起的進(jìn)一步損傷是由于缺血性線粒體對(duì)氧恢復(fù)的代謝變化,再灌注的進(jìn)展可導(dǎo)致活性氧(ROS)過(guò)度積累,ROS隨后充當(dāng)炎癥信號(hào)介質(zhì)并引發(fā)炎癥反應(yīng)。炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激相互加強(qiáng),最終導(dǎo)致心肌程序性細(xì)胞死亡[11]。

房仙穎等[12]最早提出了ISO的心臟防護(hù)作用,其作用機(jī)理為異槲皮素對(duì)H2O2所引起的H9C2心肌損害大鼠的細(xì)胞的氧化破壞有抑制作用。Wang等[13]指出,ISO通過(guò)抑制TLR4-NF-κB通路,從而保護(hù)氧-葡萄糖剝奪-再灌注中皮質(zhì)神經(jīng)元的誘導(dǎo)損傷,使心肌細(xì)胞避免再次受損。宣學(xué)習(xí)等[14]認(rèn)為槲皮素具有清除自由基、降低過(guò)氧化作用,通過(guò)抑制AMPK/TSC2/mTOR信號(hào)通路,從而降低氧化應(yīng)激對(duì)MIRI心肌的損害。

1.2 抑制炎性因子表達(dá)和改善心肌功能

炎癥反應(yīng)是心血管疾病和心肌功能障礙的關(guān)鍵因素,它在心血管疾病的發(fā)展中處于至關(guān)重要的地位。白細(xì)胞介素6(IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是心肌缺血再灌注期間由中性粒細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子,可在心肌細(xì)胞中成為主要炎性細(xì)胞因子從而引起炎癥反應(yīng)[15]。TNF-α還能促進(jìn)心毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的中性粒細(xì)胞表達(dá),導(dǎo)致心臟毛細(xì)血管內(nèi)栓塞,從而增加心肌缺血再灌注損傷的嚴(yán)重程度。NF-κB是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,它可以參與由再灌注損傷引起的炎癥和壞死反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)降低H9C2細(xì)胞缺氧/復(fù)氧的JNK/NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),可以有效控制促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-6中的mRNA和蛋白質(zhì)水平[16]。

研究表明[17],槲皮素通過(guò)激活mitoKATP通路改善線粒體功能障礙和細(xì)胞死亡,并顯著降低IL6、IL1和TNF-α的表達(dá),從而降低心肌細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。Dai等[18]發(fā)現(xiàn),ISO通過(guò)核因子E相關(guān)因子2(Nrf2)介導(dǎo)的NOX4/ROS/NF-κB通路,減少了缺血后再灌注組織的氧化應(yīng)激和心肌細(xì)胞壞死。同時(shí),有學(xué)者也證實(shí)了異槲皮素顯著抑制心肌缺血大鼠TLR4和NF-κB的基因表達(dá),調(diào)節(jié)TLR4-NF-κB的通道,進(jìn)而減少炎癥反應(yīng),從而保護(hù)心肌細(xì)胞[19]。

1.3 抑制細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡,即細(xì)胞的程序性死亡。在特定的病理?xiàng)l件形成,并有特定的基因調(diào)節(jié)和各種酶的參與[20]。常見的有抗凋亡因子B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(Bcl-2)、促凋亡因子Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bax)和半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)等。心肌缺血-再灌注損傷的嚴(yán)重程度取決于細(xì)胞凋亡的數(shù)量,因此,在介入治療過(guò)程中,通過(guò)調(diào)節(jié)凋亡基因,可以有效抑制細(xì)胞的凋亡,減少心肌的損傷。NAD依賴性蛋白脫乙酰酶Sirtuin-1(SIRT1)作為衰老引起的疾病的潛在治療靶點(diǎn)被廣泛關(guān)注[21]。體內(nèi)研究結(jié)果證實(shí)[22],槲皮素通過(guò)作用于SIRT1/PGC-1α通路,抑制由心肌缺血/再灌注所引起的心肌細(xì)胞壞死,細(xì)胞凋亡也明顯得到了控制(P<0.01)。

有科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)[23],DHQ通過(guò)激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路,降低了心臟損傷、氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞死亡的嚴(yán)重程度,從而改善心肌細(xì)胞的損傷。有學(xué)者通過(guò)western blot分析結(jié)果表明[24],DHQ抑制了細(xì)胞凋亡途徑和促凋亡蛋白CHOP、Caspase-12和p-JNK的表達(dá),具體的機(jī)理很可能是通過(guò)激活PI3K/Akt通道,來(lái)減緩由氧化反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所誘發(fā)的細(xì)胞凋亡,因此,對(duì)MIRI具有保護(hù)作用。同時(shí),異槲皮素可通過(guò)改善心肌細(xì)胞內(nèi)線粒體膜電位的途徑,有效減少缺血/再灌注損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞色素C釋放,進(jìn)而下調(diào)Caspase-9、Caspase-3等凋亡因子的表達(dá),發(fā)揮抗凋亡作用[8]。

1.4 調(diào)控細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬指細(xì)胞中化學(xué)物質(zhì)被溶酶體所分解的總稱,是維持心臟正常結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵[25]。在正常狀況下,人類心肌細(xì)胞處于較低的自噬水平。在心肌缺血發(fā)展階段,細(xì)胞自噬降解為心肌細(xì)胞供給重要營(yíng)養(yǎng)的非功能性細(xì)胞質(zhì)蛋白,進(jìn)而阻止細(xì)胞凋亡和壞死,然而在再灌注階段自噬對(duì)心臟產(chǎn)生負(fù)面影響。mTOR和Beclin1(BECN1)作為MIRI中2種主要的細(xì)胞自噬因子,在MIRI的不同階段發(fā)揮著重要作用。在缺血階段,mTOR通過(guò)AMPK/mTOR和PI3k/Akt/mTOR通路發(fā)揮作用[26],而Beclin1通過(guò)其在就灌注階段發(fā)揮促進(jìn)作用,這可能與Bcl2相關(guān)[27]。

有研究表明,NO可能會(huì)激活細(xì)胞中的自噬反應(yīng),并對(duì)心肌缺血再灌注具有保護(hù)功能[28]。Chang等[29]認(rèn)為線粒體是ROS的重要原料,主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬的活化過(guò)程,槲皮素通過(guò)調(diào)節(jié)SIRT1/TMBIM6通路,抑制TMBIM6的mRNA及蛋白的表達(dá),從而抑制線粒體細(xì)胞自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,進(jìn)而提高了人類心肌細(xì)胞的耐受性。因此,槲皮素通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬尤其是線粒體自噬對(duì)MIRI具有較大的影響,并進(jìn)一步突出槲皮素調(diào)節(jié)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的潛力。

究竟如何調(diào)控自噬對(duì)心肌缺血再灌注損傷進(jìn)行改善,尚未得到定論?，F(xiàn)階段關(guān)于心肌細(xì)胞自噬,爭(zhēng)論的焦點(diǎn)集中于再灌注階段Bcl-2下調(diào)或Bnip3上調(diào)可以通過(guò)Beclin1激活和細(xì)胞死亡激活自噬。然而,Bnip3誘導(dǎo)的自噬激活是否有助于心肌細(xì)胞自噬死亡,或者這種自噬是否與細(xì)胞凋亡途徑相沖突[30-31]。

1.5 抑制鈣離子超載

1972年,Shen等[32]提出“鈣超載”學(xué)說(shuō),該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)犬的心臟冠狀動(dòng)脈短暫閉塞后,再灌注可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+快速聚集這一現(xiàn)象,使人們更加重視Ca2+對(duì)于心肌缺血再灌注損傷的意義。有研究顯示[33],心肌細(xì)胞在缺氧狀態(tài)下,細(xì)胞內(nèi)的酸堿代謝發(fā)生異常,從而導(dǎo)致了體內(nèi)Na+的增加;Na+在心肌細(xì)胞中的聚集,增加了Na+/Ca2+交換蛋白(NCX)的活性,這種作用能降低Na+在細(xì)胞中的積累,但也能將Ca2+轉(zhuǎn)移到胞體中,導(dǎo)致Ca2+在胞漿中的含量增加,從而導(dǎo)致鈣超載。鈣超載引起MIRI可能與以下因素相關(guān):①嚴(yán)重的鈣超載會(huì)導(dǎo)致冠脈的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化,改變血管的通透性,造成中性粒細(xì)胞的聚集和黏附,進(jìn)而釋放炎性因子,對(duì)心肌細(xì)胞造成損傷;②當(dāng)大量的Ca2+在心肌中積累時(shí),磷脂酶A2被活化并發(fā)生過(guò)氧化作用,從而使細(xì)胞膜磷脂降解,產(chǎn)生大量的氧自由基。游離的氧自由基會(huì)對(duì)細(xì)胞中各種物質(zhì)進(jìn)行氧化,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)傳遞受到損害,從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞的凋亡[34]。因此,減輕心肌細(xì)胞內(nèi)的鈣超載對(duì)防治MIRI有著深遠(yuǎn)的意義。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[35],槲皮素可以抑制由A23187胞內(nèi)鈣離子載體引起的鈣過(guò)載的細(xì)胞死亡。無(wú)獨(dú)有偶,Guo等[36]也發(fā)現(xiàn)槲皮素作用于血管緊張素II-L 型鈣通道(Ang II-LTCC)可緩解由鈣超載引起的細(xì)胞損傷,并可減少Ca2+依賴性心肌細(xì)胞死亡。但I(xiàn)SO和DHQ對(duì)心肌細(xì)胞鈣離子過(guò)載的影響還缺少研究,這將為槲皮素衍生物治療MIRI的深入研究提供思路。

1.6 基因組學(xué)與RNA測(cè)序在MIRI中的應(yīng)用

隨著高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn),基因組學(xué)和RNA測(cè)序的研究進(jìn)入了一個(gè)新階段。最新研究表明[37],長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用,Gm18840(lncRNA)具有編碼蛋白質(zhì)的潛力,它與組蛋白H2B結(jié)合后參與MIRI細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,敲低其表達(dá)能夠上調(diào)Junb和BCL3的表達(dá),從而抑制MIRI中HL-1細(xì)胞的凋亡。Ge等[38]發(fā)現(xiàn)circRNA主要參與心肌損傷后的炎癥調(diào)節(jié),主要涉及的通路有Eph/Ephrin信號(hào)通路,TGF-β受體復(fù)合物和內(nèi)源性膽固醇信號(hào)通路。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為一個(gè)circRNA可以作用于許多miRNA,且一個(gè)miRNA可以作用于多個(gè)circRNA,這將為circRNA-miRNA網(wǎng)絡(luò)在MIRI治療機(jī)制的進(jìn)一步研究提供了基礎(chǔ)。

最新的研究顯示[39],槲皮素通過(guò)促進(jìn)miR-135b的表達(dá),抑制TGF-β/Smads通路,從而抑制心肌的纖維化,改善心肌缺血損傷,進(jìn)而緩解房顫。He等[40]通過(guò)RNA測(cè)序得出,槲皮素可以抑制FOS的表達(dá),從而改善心肌缺血再灌注損傷。目前,尚未有研究通過(guò)基因組學(xué)探討槲皮素及其衍生物對(duì)MIRI的作用機(jī)制。

2 總結(jié)與展望

近年來(lái),隨著生活水平的不斷提高,MIRI在心血管疾病中的地位日益凸顯。生物信息學(xué)的發(fā)展日益完善,通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、基因組學(xué)和RNA測(cè)序預(yù)測(cè)藥物作用于MIRI的靶點(diǎn)成為不可或缺的一部分,整合體內(nèi)或體外實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證結(jié)果,使得MIRI的機(jī)制探究體系得到進(jìn)一步完善。

槲皮素及其衍生物等化學(xué)成分的藥理作用在不斷挖掘,且ISO和DHQ在治療心肌缺血再灌注損傷明顯優(yōu)于槲皮素。從本文總結(jié)來(lái)看槲皮素及其衍生物治療MIRI機(jī)制廣泛,包括抑制氧化應(yīng)激、抑制心肌細(xì)胞凋亡、抑制炎性因子表達(dá)、調(diào)控細(xì)胞自噬和抑制鈣離子超載等。因此,槲皮素及其衍生物對(duì)于治療MIRI具有良好的發(fā)展空間。

但是,對(duì)于抑制鈣離子超載機(jī)制,國(guó)內(nèi)外研究多集中于槲皮素,在其衍生物方面研究較少。另外,關(guān)于MIRI細(xì)胞的自噬機(jī)制,尚未有定論?？傊?本文對(duì)槲皮素及其衍生物治療MIRI的藥理作用機(jī)制進(jìn)行綜述,旨在為進(jìn)一步深入研究提供一定的理論基礎(chǔ)。