賈偉偉 趙宇 李清禹 楊浩然 任珊 王淑秋 林巖(齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院 病理生理學(xué)教研室,黑龍江 齊齊哈爾 6006; 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院; 佳木斯大學(xué)病理生理學(xué)教研室)

缺血性心臟病(IHD)又稱(chēng)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病,簡(jiǎn)稱(chēng)冠心病,是一種以心臟血流量減少和心肌氧供不平衡為特征的臨床表現(xiàn)綜合征〔1〕。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)平均每年約有350 萬(wàn)人死于心血管疾病(CVD),而IHD 患者占比超過(guò)30%〔2〕。冠狀動(dòng)脈急性持續(xù)性缺血缺氧,引起心肌壞死稱(chēng)為急性心肌梗死(AMI),AMI 常伴有心肌壞死、炎癥、心肌細(xì)胞肥大、毛細(xì)血管丟失和心肌重塑,最終可導(dǎo)致心力衰竭〔3〕。當(dāng)前,生活方式干預(yù)、強(qiáng)化藥物治療、經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)等治療方式一定程度上可減輕癥狀和延緩病程進(jìn)展,但并沒(méi)有較好的方法能夠逆轉(zhuǎn)AMI后的心肌重塑與心功能的下降〔4〕。在《中國(guó)藥典》(2015年版)中,黃芪用于治療CVD、腎臟疾病、肝炎和皮膚病等。黃芪甲苷(AS)-Ⅳ是黃芪的主要活性成分之一。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和藥理學(xué)研究顯示,AS-Ⅳ對(duì)多種CVD 具有治療作用,如改善心肌纖維化、抑制炎癥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞能量代謝、增強(qiáng)心肌收縮力和抗心肌細(xì)胞凋亡〔5,6〕。心肌重塑是心臟在生理或病理刺激作用下,心肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞外基質(zhì)在細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)量及遺傳表型方面出現(xiàn)的明顯變化即心臟的大小、形狀和功能的變化,是導(dǎo)致心力衰竭發(fā)病和死亡的重要原因〔7〕。本文從IHD 發(fā)生后心室重塑角度對(duì)AS-Ⅳ保護(hù)IHD 的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 AS-Ⅳ抑制心肌細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡在AMI 后心肌細(xì)胞丟失中起重要作用,并參與隨后的心室重構(gòu)和心力衰竭的發(fā)生發(fā)展過(guò)程〔8〕。細(xì)胞凋亡參與多種生理或病理過(guò)程,其中線粒體介導(dǎo)的程序性細(xì)胞壞死和死亡受體依賴性細(xì)胞壞死是細(xì)胞凋亡的兩條主要途徑。B 細(xì)胞淋巴瘤(Bcl)-2 是內(nèi)源性凋亡的重要調(diào)節(jié)因子,阻止線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)的開(kāi)放,減少線粒體細(xì)胞色素(Cyt)-c 的釋放,從而抑制細(xì)胞凋亡〔9,10〕。研究發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄因子GATA-4 對(duì)心肌細(xì)胞在應(yīng)激條件下和適應(yīng)性反應(yīng)中起重要調(diào)節(jié)作用,GATA-4 促進(jìn)Bcl-2表達(dá),抑制細(xì)胞凋亡〔11〕。此外,磷脂酰肌醇-3 激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(PI3K/AKT)和糖原合成酶激酶(GSK)-3β 是細(xì)胞內(nèi)重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,在細(xì)胞凋亡中也起著重要的生物學(xué)作用〔12〕。Luo 等〔13〕研究證實(shí)AS-Ⅳ可抑制凋亡的發(fā)生,給予SD 大鼠AS-Ⅳ(5 mg/kg)連續(xù)灌胃3 w 后,建立離體心臟缺氧/復(fù)氧模型,對(duì)AS-Ⅳ預(yù)處理的H9c2 細(xì)胞進(jìn)行缺氧/復(fù)氧處理,結(jié)果均顯示線粒體中Bcl-2 的表達(dá)上調(diào),穩(wěn)定線粒體膜電位(MMP),阻止mPTP 開(kāi)放,減少Cyt-c 釋放,最終抑制凋亡的發(fā)生。Liu 等〔14〕對(duì)C57BL/6 小鼠進(jìn)行AS-Ⅳ(100 mg/kg)灌胃預(yù)處理,2 w 后腹腔注射柯薩奇病毒B3 誘導(dǎo)病毒性心肌炎,造成心肌損傷,結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)AS-Ⅳ治療后的小鼠脂肪酸合成酶(Fas)、Fas 配體(FasL)、裂解半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-8 和裂解Caspase-3 等促凋亡基因的表達(dá)降低,證明AS-Ⅳ可以抑制Fas/FasL 死亡受體途徑心肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Yang 等〔15〕用AS-Ⅳ治療缺氧/復(fù)氧條件下的心肌細(xì)胞H9c2,結(jié)果顯示AS-Ⅳ可上調(diào)GATA-4 基因表達(dá)和Bcl-2 蛋白的表達(dá),抑制了缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)H9c2 的細(xì)胞凋亡。Wei等〔16〕研究證明,AS-Ⅳ(5、10 mg/kg)可以通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/AKT/ GSK-3β 信號(hào)通路減輕大鼠的心肌損傷。

2 AS-Ⅳ改善心肌肥厚

心肌肥厚是心臟對(duì)多種生理和病理刺激的適應(yīng)性反應(yīng),AMI 發(fā)生后的心肌肥厚在最初階段是代償性的,隨著時(shí)間推移,最后變成失代償性心肌肥厚〔17〕。鈣敏感受體(CaSR)的活化和氧化應(yīng)激均參與心肌肥厚發(fā)展〔18,19〕。氧化應(yīng)激表現(xiàn)為氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡,活性氧(ROS)是心肌細(xì)胞肥大的關(guān)鍵因子。核因子促紅細(xì)胞生成素相關(guān)因子(Nrf)2/血紅素加氧酶(HO)-1 是一種存在于人體所有細(xì)胞中的蛋白質(zhì),其上調(diào)HO-1 的表達(dá)以減少氧化應(yīng)激,從而延緩心肌肥厚的進(jìn)展〔20〕。Lu等〔19〕研究結(jié)果證明AS-Ⅳ通過(guò)抑制CaSR 的激活,下調(diào)了Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴蛋白激酶(CaMK)Ⅱ/鈣調(diào)磷酸酶(CaN)的信號(hào)通路,從而減輕了異丙腎上腺素(ISO)誘導(dǎo)的心肌肥厚。AS-Ⅳ通過(guò)激活Nrf2/HO-1 信號(hào)傳導(dǎo)抑制ROS 的產(chǎn)生,從而保護(hù)心肌細(xì)胞肥大。Nie 等〔21〕研究結(jié)果顯示AS-Ⅳ高劑量組Nrf2 及其下游基因HO-1 的表達(dá)增加,證明AS-Ⅳ通過(guò)上調(diào)Nrf2 來(lái)改善心功能,抑制心肌肥厚,這種作用部分是通過(guò)刺激Nrf2/HO-1 信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3 AS-Ⅳ抑制心肌纖維化

心肌纖維化的特征是心臟內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白沉積過(guò)多。在缺血損傷時(shí),心臟經(jīng)歷了一個(gè)由大量細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)重塑過(guò)程,這些細(xì)胞主要包括心肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞〔22〕。心肌成纖維細(xì)胞在受損傷組織內(nèi)過(guò)度沉積,增加心臟硬度,導(dǎo)致心臟功能障礙。研究發(fā)現(xiàn),NLRP3 炎癥小體信號(hào)及其下游細(xì)胞因子反應(yīng)在心臟纖維化中起著重要作用。NLRP3 炎癥小體激活后,NLRP3、Caspase-1 和白細(xì)胞介素(IL)-18 的分泌增加,進(jìn)而刺激肌成纖維細(xì)胞合成大量膠原〔23〕,AS-Ⅳ能顯著降低小鼠心臟組織中NLRP3、Caspase-1 和IL-18 的mRNA 水平,提示其抗纖維化作用可能是通過(guò)抑制NLRP3 炎癥途徑介導(dǎo)的。Wan 等〔24〕研究結(jié)果顯示AS-Ⅳ可以通過(guò)NLRP3 炎癥途徑抑制心肌纖維化。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β/Smads 信號(hào)是導(dǎo)致各種組織纖維化的主要途徑〔25〕,瞬時(shí)受體電位(TRPM)7 作為一種重要的促成纖維細(xì)胞增殖和分化的介質(zhì),可促進(jìn)ECM 樣膠原Ⅰ的合成〔26〕。Lu等〔27〕研究證明缺氧刺激可以增加TRPM7 蛋白的表達(dá),AS-Ⅳ通過(guò)抑制TRPM7 蛋白的升高而對(duì)抗缺氧誘導(dǎo)的心肌纖維化。miR-135a 是TRPM7 的上游調(diào)節(jié)因子,通過(guò)TRPM7 通道具有抗心肌纖維化的作用〔26〕。Wei 等〔28〕研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)AS-Ⅳ治療后miR-135a 水平恢復(fù)到正常狀態(tài),同時(shí)TRPM7 的表達(dá)顯著降低,證明AS-Ⅳ可通過(guò)TGF-β/Smads 途徑抑制心肌纖維化。研究表明,AS-Ⅳ通過(guò)抑制ROS 介導(dǎo)的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)的激活,有效地抑制了ISO 誘導(dǎo)Ⅰ型膠原合成,抑制纖維化的發(fā)展,保護(hù)心肌〔29〕。

4 AS-Ⅳ促進(jìn)血管生成

血管生成是在原有血管基礎(chǔ)上形成新的血管,已被證明可以重建缺血心臟組織的血運(yùn),減少組織梗死的進(jìn)展, IHD 的主要病理生理原因是動(dòng)脈粥樣硬化,冠狀動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈阻塞,導(dǎo)致心肌缺血、心肌梗死(MI)和IHD〔30〕。PKD-HDAC5 通路在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)轉(zhuǎn)錄調(diào)控和血管生成中起重要作用,蛋白激酶(PKD)1 在體內(nèi)外均表現(xiàn)出明顯的血管生成作用〔31〕,PKD1 與HDAC5 相互作用,上調(diào)HDAC5 調(diào)節(jié)的基因表達(dá),以促進(jìn)心肌細(xì)胞VEGF 基因的特異性表達(dá)〔32〕。研究表明,AS-Ⅳ可能通過(guò)PKD1-Ⅱa 類(lèi)組蛋白脫乙?；?HDAC)5-VEGF 途徑促進(jìn)MI 大鼠心肌組織的血管生成〔33〕。研究發(fā)現(xiàn), AS-Ⅳ 〔 0.1、0.3 和1.0 mg/(kg·d)〕治療6 w 后可促進(jìn)缺血心臟血管生成,血管密度增加,特異性內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物CD31和VEGFmRNA 表達(dá)增加。此外,AS-Ⅳ還誘導(dǎo)Janus激酶(JAK)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3磷酸化,AS-Ⅳ通過(guò)JAK-STAT3 途徑促進(jìn)血管生成〔34〕。Cheng 等〔35〕研究證明,AS-Ⅳ促進(jìn)血管生成是通過(guò)調(diào)節(jié)PTEN/PI3K/Akt 信號(hào)通路發(fā)揮的。

綜上,當(dāng)發(fā)生心肌缺血時(shí),會(huì)發(fā)生一個(gè)心肌組織重塑的過(guò)程,包括細(xì)胞成分、信號(hào)分子、ECM 之間復(fù)雜的病理生理的相互作用,心肌組織重塑的進(jìn)程越早被中斷,心臟功能就越可能完全恢復(fù)正常。AS-Ⅳ及其衍生物涉及多種IHD 保護(hù)作用,研究仍處于動(dòng)物和細(xì)胞模型基礎(chǔ)研究階段,深入了解AS-Ⅳ在IHD 中分子機(jī)制仍需引起重視。由于AS-Ⅳ的“多靶點(diǎn)”效應(yīng),使其有望發(fā)展成為治療IHD 藥物。