中藥黨參及黃芪改善肝臟缺血再灌注損傷的機(jī)制研究

張世斌

缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury, IRI)在1996 年首次被Jennings 等人提出, 是指機(jī)體組織、器官在缺血一段時(shí)間后, 再次恢復(fù)血流狀態(tài)但原來的功能沒有恢復(fù), 組織、器官的功能障礙和結(jié)構(gòu)損傷反而加重, 發(fā)生不可逆損傷的現(xiàn)象。肝臟缺血再灌注損傷(hepatic ischemia reperfusion in-jury, HIRI)是指肝臟組織缺血一段時(shí)間后血流能重新恢復(fù), 但肝臟結(jié)構(gòu)和功能損傷卻更加嚴(yán)重的現(xiàn)象, 臨床上常見于失血性休克、肝臟嚴(yán)重創(chuàng)傷手術(shù)、肝臟腫瘤切除術(shù)、肝臟移植等情況。保護(hù)生物膜和改善微循環(huán)、清除氧自由基、減輕炎癥反應(yīng)是HIRI 選取藥物的主要原則?；钛?、清除氧自由基、減輕炎癥反應(yīng)的中藥, 對(duì)HIRI 具有一定的保護(hù)作用。本文對(duì)近年來有關(guān)中藥黨參及黃芪改善HIRI 機(jī)制的研究進(jìn)行綜述。

1 HIRI 的機(jī)制

HIRI 能降低肝臟代謝功能、肝臟解毒功能, 導(dǎo)致肝臟微循環(huán)出現(xiàn)障礙, 嚴(yán)重者還會(huì)引起肝功能衰竭, 直接影響疾病預(yù)后、手術(shù)成功率以及患者存活率。一般應(yīng)用肝部分切除手術(shù)治療肝臟良惡性腫瘤、肝內(nèi)膽管結(jié)石、肝外傷等疾病, 肝移植是肝病終末期唯一有效的治療方式。但HIRI 是肝切除術(shù)及肝移植的主要制約因素之一, 其病理生理過程復(fù)雜, 如何有效改善HIRI將有助于降低手術(shù)對(duì)肝功能的影響［1］。HIRI 是肝臟外科手術(shù)的常見現(xiàn)象, 而氧自由基過多、炎癥因子以及細(xì)胞凋亡等是引起損傷的重要機(jī)制, 進(jìn)一步研究其機(jī)制, 對(duì)研究肝臟疾病有重要的臨床意義。HIRI 的機(jī)制如下。

1. 1 氧自由基的損傷作用 在正常的生理環(huán)境下, 機(jī)體處在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài), 機(jī)體內(nèi)不斷產(chǎn)生氧自由基, 又將氧自由基不斷清除, 使機(jī)體能保持正常的生理狀態(tài)。一旦機(jī)體處于受損狀態(tài), 氧自由基不能被及時(shí)清除, 組織器官內(nèi)的氧自由基不斷增加, 會(huì)對(duì)組織器官造成損傷。當(dāng)肝臟缺血再灌注時(shí), 氧自由基會(huì)不斷增加, 而氧自由基能改變細(xì)胞膜的流動(dòng)性和通透性, 產(chǎn)生多種脂質(zhì)過氧化物, 直接損害肝細(xì)胞；肝細(xì)胞缺血缺氧使腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)大量分解, 分解產(chǎn)物次黃嘌呤在肝臟中大量堆積, 大量Ca2+進(jìn)入線粒體, 致使線粒體功能受損, 氧自由基大量生成, 打破氧自由基動(dòng)態(tài)平衡, 對(duì)肝細(xì)胞造成損傷；氧自由基能破壞溶酶體、線粒體及微粒體等多種細(xì)胞器結(jié)構(gòu)膜, 損傷肝細(xì)胞。

1. 2 鈣超載的損傷作用 ①過量Ca2+能破壞微循環(huán)：肝臟內(nèi)皮細(xì)胞的鈣超載能導(dǎo)致肝內(nèi)微循環(huán)阻抗增大,造成再灌注微循環(huán)血液流量降低, 出現(xiàn)鈣超載現(xiàn)象, 使肝臟微循環(huán)出現(xiàn)障礙；②肝細(xì)胞內(nèi)高濃度Ca2+和ATP的變化能影響線粒體內(nèi)膜的靜息電位, 大量的Ca2+進(jìn)入線粒體, 形成磷酸鈣沉積, 出現(xiàn)鈣超載現(xiàn)象, 大量減少ATP 合成, 導(dǎo)致肝細(xì)胞線粒體功能障礙；③胞漿內(nèi)高濃度的Ca2+能激活磷脂酶C 和磷脂酶A 等多種鈣依賴性降解酶, Ca2+能加速水解膜磷脂, 破壞細(xì)胞膜雙分子層結(jié)構(gòu), 進(jìn)而對(duì)肝細(xì)胞膜造成損傷；④Caspases-3是凋亡的執(zhí)行者, Caspases-3 的激活依賴于胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的參與, 鈣超載致使大量Caspases-3 激活, 促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡。

1. 3 Kupffer 細(xì)胞激活及中性粒細(xì)胞聚集造成的損傷作用 Kupffer 細(xì)胞是位于肝血竇內(nèi)的巨噬細(xì)胞。在肝臟缺血再灌注時(shí), 大量激活的Kupffer 細(xì)胞引起吞噬功能增強(qiáng)和中性粒細(xì)胞聚集, 并產(chǎn)生大量氧自由基, 產(chǎn)生大量毒性介質(zhì), 在HIRI 中發(fā)揮重要作用。而Kupffer細(xì)胞活化抑制劑能明顯減輕HIRI 的癥狀, 保護(hù)肝臟,表明Kupffer 細(xì)胞對(duì)HIRI 有損傷作用。

1. 4 細(xì)胞因子的損傷作用 腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、細(xì)胞間粘附分子-1(ICAM-1)、白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-6、IL-10、血小板活化因子等細(xì)胞因子,通過多種途徑形成協(xié)同作用, 對(duì)肝細(xì)胞造成損傷, 參與HIRI 的過程。

1. 5 核因子-κB(NF-κB)的損傷作用 NF-κB 是一種在B 淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的核蛋白因子。在肝臟缺血再灌注的過程中, NF-κB 能被細(xì)菌和病毒激活, 與免疫球蛋白的Kappa 輕鏈基因的κB 序列進(jìn)行特異性結(jié)合, 過量表達(dá)和激活的NF-κB 能引起各種疾病的發(fā)生。NF-κB能通過調(diào)控許多炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的基因轉(zhuǎn)錄, 在機(jī)體的免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)及細(xì)胞生長(zhǎng)等方面發(fā)揮重要作用, 對(duì)HIRI 發(fā)揮重要作用。

1. 6 游離Fe3+的損傷作用 在肝臟缺血缺氧狀態(tài)下,組織中的ATP 含量不斷下降, 線粒體內(nèi)產(chǎn)生大量可螯合狀態(tài)鐵, 導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)由血紅蛋白、脫鐵鐵蛋白、運(yùn)鐵蛋白等形成的Fe3+系統(tǒng)瓦解, 釋放大量Fe3+, 對(duì)肝臟造成損傷作用。

1. 7 Bcl-2 基因的作用 Bcl-2 基因是最早被發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞凋亡有著密切聯(lián)系的基因之一, 是一種編碼多功能蛋白的基因, 能與肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體結(jié)合形成復(fù)合物, 能對(duì)肝細(xì)胞起到抗凋亡作用, 是HIRI 中最重要的抗細(xì)胞凋亡基因。

對(duì)于HIRI 的防護(hù), 通常使用缺血預(yù)處理和藥物預(yù)處理。缺血預(yù)處理是在即將長(zhǎng)時(shí)間的缺血情況之前,連續(xù)多次短時(shí)間的缺血, 調(diào)動(dòng)內(nèi)源性抗損機(jī)制, 使肝臟能適應(yīng)更長(zhǎng)時(shí)間的缺血情況。藥物預(yù)處理是利用某些活血的藥物直接或間接作用肝臟, 減少肝臟受損。

2 黨參和黃芪對(duì)HIRI 的作用機(jī)制

2. 1 抑制氧自由基, 抗氧化作用 IRI 過程中, 由于肝臟缺血缺氧引起氧化應(yīng)激發(fā)應(yīng), 導(dǎo)致大量氧氣進(jìn)入肝臟, 產(chǎn)生過量的氧自由基, 對(duì)肝臟造成損傷。中藥黃芪和黨參可以清除肝臟內(nèi)羥自由基(OH-)和超氧陰離子自由基(O2-)［2,3］, 抑制氧自由基, 具有抗氧化作用。何敏等［4］的研究中, 利用小鼠建立D-半乳糖致衰老模型,研究黨參水煎劑對(duì)脾臟細(xì)胞的作用, 結(jié)果顯示黨參可以提高小鼠脾臟細(xì)胞抗氧化物酶的活性, 降低自由基,起到抗氧化和延緩衰老的作用。李思維等［5］的研究中, 利用體外細(xì)胞試驗(yàn)和對(duì)α-葡萄糖苷酶及淀粉酶的抑制作用, 研究黨參對(duì)ABTS、DPPH、羥自由基及超氧陰離子自由基的清除效果, 結(jié)果顯示黨參具有良好的抗氧化效果和降糖活性。王紅芹等［6］研究中, 利用5 代臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞, 觀察黃芪多糖對(duì)IRI 的影響,結(jié)果顯示, IRI 臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞活性氧自由基(ROS)、丙二醛(MDA)含量、乳酸脫氫酶(LDH)漏出率均顯著升高, 線粒體膜電位、細(xì)胞活性下降, 臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞ROS、MDA 含量、LDH 漏出率降低。黃芪多糖能通過抑制自由基、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物的生成, 減少氧化應(yīng)激從而保護(hù)損傷的內(nèi)皮細(xì)胞, 減少內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激作用。苗雨丹等［7］研究中, 利用小鼠建立D-gal 誘導(dǎo)致衰老模型, 以黃芪多糖對(duì)小鼠灌胃, 經(jīng)過6 周實(shí)驗(yàn)后, 對(duì)谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽還原酶(GR)、過氧化物酶(POD)、脂褐素(LPF)含量變化進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃芪多糖能夠明顯提高D-gal 致衰老小鼠心、腎組織GSH-Px、GR、POD 活性, 而降低LPF 含量。黃芪多糖能提高衰老小鼠機(jī)體抗氧化能力和清除氧自由基, 起到延緩衰老作用。張國(guó)欣等［8］研究中,將30 只SD 雄性大鼠隨機(jī)分為三組, 取大鼠肝臟, 檢測(cè)肝臟組織勻漿中超氧化物歧化酶(SOD)活性和MDA含量, 檢測(cè)炎癥因子IL-1β、TNF-α、IL-10 水平,免疫組化法檢測(cè)肝臟組織血紅素加氧酶-1(HO-1)的表達(dá)水平, 結(jié)果顯示黃芪多糖組血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)、LDH 含量明顯升高, 黃芪多糖組肝組織SOD 活性顯著下降, MDA 含量顯著上升, 黃芪多糖改善大鼠HIRI 的機(jī)制可能與上調(diào)HO-1 蛋白在肝臟組織中的表達(dá), 有效抑制促炎因子、發(fā)揮抗氧自由基作用有關(guān)。徐玉彬等［9］研究中,建立肝臟缺血再灌注模型, 結(jié)果顯示, 黃芪甲苷干預(yù)組與HIRI 組相比, ALT 和AST 水平均明顯降低, 黃芪甲苷干預(yù)組的肝損傷比HIRI 組病理結(jié)果明顯改善, HIRI組大鼠肝臟出現(xiàn)了不同程度的損傷。

2. 2 抑制炎癥因子的釋放 中藥黃芪和黨參能有效抑制炎癥因子釋放, 如IL-18、SOD、MDA、TNF-α、IL-6、ALT 等炎癥因子, 有效改善肝臟缺血循環(huán)。黨參對(duì)HIRI 的肝臟損傷具有保護(hù)作用, 能提高機(jī)體抗氧化能力和抑制IL-18、TNF-α 等炎性因子的過度釋放,從而保護(hù)肝臟。崔龍海等［10］研究中, 采用Pringle 法建立大鼠HIRI 模型, 阻斷肝臟血流30 min, 恢復(fù)血流再灌注2 h, 檢測(cè)大鼠肝腎組織中IL-18、SOD、MDA表達(dá)水平, 結(jié)果顯示輪葉黨參總皂苷組能有效降低肝腎組織中IL-18、SOD、MDA 水平。徐玉彬［11］的研究中, 利用黃芪甲苷對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)處理, 結(jié)果顯示黃芪甲苷能降低實(shí)驗(yàn)組中大鼠肝臟缺血再灌注后轉(zhuǎn)氨酶水平, 降低炎癥因子 TNF-α、IL-6 的表達(dá)水平, 從而減輕炎癥反應(yīng)。翟東升［12］研究中, 利用Wistar 大鼠建立IRI 模型, 將肝臟模型缺血1.5 h 后再灌注4 h 后, 注射參芪扶正注射液組鼠的血清 IL-10 水平比對(duì)照組增高, 而血清中 TNF-α、ALT 水平明顯下降, 參芪扶正注射液可以通過提高 IL-10、抑制 TNF-α 改善HIRI的癥狀。張新玉等［13］的研究中, 研究黃芪甲苷對(duì)乙型病毒性肝炎大鼠免疫炎癥反應(yīng)的抑制作用, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷能夠顯著降低乙型病毒性肝炎大鼠內(nèi)血清中乙肝表面抗原(HBsAg)、ALT、乙型肝炎病毒e 抗原(HBeAg)及AST 表達(dá)水平, 明顯降低IL-1β、IL-6 及TNF-α 水平, 減輕肝組織損傷, 增加腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)與IκB 蛋白表達(dá), 顯著降低NF-κB 蛋白表達(dá)。黃芪甲苷可改善大鼠乙型病毒性肝炎的免疫炎癥反應(yīng), 其作用機(jī)制可能與調(diào)控AMPK/NF-κB 信號(hào)通路有關(guān), 保護(hù)其肝臟功能。

2. 3 抑制肝細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡是指機(jī)體內(nèi)細(xì)胞在生理狀態(tài)下或者病理狀態(tài)下均能凋亡的一種普遍現(xiàn)象。細(xì)胞凋亡對(duì)胚胎發(fā)育及形態(tài)發(fā)生、組織內(nèi)正常細(xì)胞群的穩(wěn)定性、機(jī)體的免疫反應(yīng)、重大疾病或中毒時(shí)引起的細(xì)胞損傷、老化、腫瘤的發(fā)生進(jìn)展均起著重要作用,可能存在潛在的治療意義, 至今仍是生物醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)話題。黃芪對(duì)于肝細(xì)胞的凋亡有抑制作用。黃芪能抑制Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的表達(dá)水平, 從而抑制細(xì)胞凋亡。顧明等［14］研究中, 建立大鼠HIRI 模型, 檢測(cè)肝組織中Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的表達(dá)水平, 以及對(duì)肝細(xì)胞凋亡率進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示黃芪甲苷組中ALT 和AST 的表達(dá)水平明顯低于對(duì)照組, 黃芪甲苷實(shí)驗(yàn)預(yù)處理能減輕大鼠HIRI 癥狀, 其作用機(jī)制可能與其抑制Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的表達(dá)水平, 從而抑制細(xì)胞凋亡有關(guān)。黨參能抑制肝細(xì)胞凋亡, 黨參多糖是黨參中的有效成分,對(duì)人肝癌HepG2 細(xì)胞的生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)都具有抑制作用,其機(jī)制與調(diào)節(jié)PI3K/AKT 信號(hào)通路有關(guān), 從而抑制肝細(xì)胞凋亡。劉云鶴等［15］研究中, 采用體外培養(yǎng)人肝癌HepG2, 研究黨參多糖(CPP)對(duì)HepG2 細(xì)胞生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)能力的影響, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)黨參多糖能促進(jìn)體外培養(yǎng)HepG2 細(xì)胞凋亡, 抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力,還能調(diào)節(jié)E-cadherin、N-cadherin、Vimentin 和PI3K/AKT 相關(guān)蛋白表達(dá), 黨參多糖和740Y-P 聯(lián)用能有效逆轉(zhuǎn)740Y-P 對(duì)細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲和遷移能力的調(diào)節(jié)作用。

2. 4 增強(qiáng)免疫功能, 保護(hù)肝臟 黃芪多糖是從豆科植物黃芪中提取出來的一種天然活性物質(zhì), 是免疫活性最強(qiáng)的一類物質(zhì), 具有免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗應(yīng)激、抗氧化等多種生物學(xué)作用［16］。武莎等［17］研究中, 黃芪多糖可通過調(diào)控T 淋巴細(xì)胞、B 淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、紅細(xì)胞等一些免疫細(xì)胞的功能, 進(jìn)而改善細(xì)胞亞群平衡、細(xì)胞因子和信號(hào)通路等方面來增強(qiáng)機(jī)體的細(xì)胞免疫和體液免疫, 為其抗腫瘤、抗炎、抗病毒以及在自身免疫性疾病領(lǐng)域中的應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。

綜上所述, HIRI 能降低肝臟代謝功能、解毒功能,導(dǎo)致肝臟微循環(huán)出現(xiàn)障礙, 嚴(yán)重者還可導(dǎo)致肝功能衰竭, 直接影響疾病的預(yù)后、手術(shù)成功率和患者存活率,選擇有效的藥物對(duì)改善HIRI 有很大的幫助。中藥黨參和黃芪具有副作用小、毒性低、治療效果好等優(yōu)點(diǎn), 且能抑制氧自由基, 減少脂質(zhì)過氧化物產(chǎn)生, 抑制炎癥因子的釋放, 抑制肝細(xì)胞凋亡, 更好地保護(hù)肝臟機(jī)能, 通過多重機(jī)制減輕HIRI 癥狀。希望本文對(duì)中藥黃芪和黨參改善HIRI 的機(jī)制探討, 對(duì)臨床上改善HIRI 有參考意義。