黃芪心肌保護作用及機制的研究進展

張　霄，李志英

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黃芪心肌保護作用及機制的研究進展

張霄1，李志英2

1.山西醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院(太原 03001)；2.山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院

關(guān)鍵詞：黃芪；心肌保護；缺血-再灌注損傷；白細(xì)胞積聚；氧自由基

心肌保護是心血管疾病治療，尤其是心臟外科手術(shù)的重要技術(shù)之一。20世紀(jì)50年代以低溫進行心肌保護，70年代以低溫晶體停跳液應(yīng)用于臨床，目前較普遍使用含血停跳液以減少心肌缺血缺氧，但是，有關(guān)心肌保護的研究一直方興未艾，人們不斷探索最佳的心肌保護方法，從而降低圍術(shù)期并發(fā)癥和死亡率。在眾多心肌保護研究中，缺血-再灌注損傷(ischemia- reperfusioninjury，I-RI)。是心肌保護研究的一個重要方面。

組織缺血后恢復(fù)血供而引起的更為嚴(yán)重的組織損傷，稱為缺血-再灌注損傷而心肌再灌注損傷的主要表現(xiàn)為電活動異常，如心律失常；其次表現(xiàn)為再灌注心肌收縮性能降低，心肌僵硬度增高；以及生化指標(biāo)異常、超微結(jié)構(gòu)破壞，最終導(dǎo)致心肌三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)含量降低，血漿心肌酶急劇增高；心肌細(xì)胞線粒體腫脹，并有大量不定型顆粒沉淀，部分線粒體崩解；細(xì)胞水腫，膜損傷嚴(yán)重，細(xì)胞內(nèi)Na+、Cl-、Ca2+含量劇增；肌纖維出現(xiàn)攣縮斷裂帶，并有節(jié)段性出血壞死。上述變化使再灌注心肌功能急劇降低，使部分可逆性心肌轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡嫘該p傷。自1960年Jenning首次提出心肌缺血-再灌注損傷以來，探討其發(fā)生機制及預(yù)防措施一直是醫(yī)學(xué)研究的熱點之一。

黃芪為豆科多年生草本植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus (Fisch) Bge.Var.Mongholicus (Bge.) Hsiao 或膜莢黃芪Astragalus membranaceus (Fisch)Bge的干燥根。藥性為甘、微溫，歸脾、肺經(jīng)。功效為補氣生陽，益衛(wèi)固表，利水消腫，托瘡生肌。目前在臨床已廣泛應(yīng)用且取得了很好的療效。本文就黃芪對心肌保護的作用及其機制做一綜述。

1I-RI的發(fā)生機制

I-RI是由多種因素引起的，對I-RI的發(fā)病機制已有相當(dāng)深度的認(rèn)識，且有相應(yīng)措施應(yīng)用于臨床，但是，人們一直在尋找有效藥物解除I-RI。目前研究表明：鈣超載、氧自由基、白細(xì)胞積聚和內(nèi)皮細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)調(diào)控失衡是其主要發(fā)生機制。

1.1鈣超載缺血組織恢復(fù)血供后使細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量顯著增高并引起細(xì)胞損傷的現(xiàn)象稱為鈣超載(calcium overload)或鈣反常(calcium paradox)。再灌注組織中Ca2+濃度升高是再灌注損傷的直接重要原因之一。據(jù)文獻報道：鈣超載是造成細(xì)胞死亡的最后通路[1]。也是引起I-RI的重要機制。再灌注時鈣超載的發(fā)生主要是由于Ca2+內(nèi)流的大幅度增加所致，而非細(xì)胞膜鈣通道過量開放。其確切機制可能為：缺血使心肌細(xì)胞內(nèi)能量代謝障礙，ATP顯著減少，同時無氧酵解增強，產(chǎn)生大量的H+，再灌注時將缺血期間細(xì)胞外聚集的大量代謝廢物很快轉(zhuǎn)運，使心肌細(xì)胞內(nèi)外H+濃度差增大，-pH反常(pH paradox)。它促進細(xì)胞膜H+-Na+交換，使心肌細(xì)胞內(nèi)Na+增高，激活了細(xì)胞膜上Na+-Ca2+交換，這一途徑是再灌注細(xì)胞中Ca2+的主要來源。線粒體受損，胞內(nèi)ATP嚴(yán)重減少，細(xì)胞膜鈣泵和肌漿網(wǎng)鈣泵功能障礙，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+的排出和儲存減少。再灌注過程中生成大量自由基和鈣超載，使磷脂酶激活引發(fā)膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，造成膜結(jié)構(gòu)受損。細(xì)胞膜對Ca2+通透性增高，促成細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流增多；肌漿網(wǎng)膜透性增高，儲存Ca2+釋放增多。缺血時，兒茶酚胺增多，通過α、β受體作用使Ca2+內(nèi)流增加；心肌細(xì)胞局部的腎素-血管緊張素增加，也參與鈣超載的發(fā)生。鈣超載引起線粒體功能受損，減少ATP生成，促進活性氧形成，更進一步加重細(xì)胞損傷。鈣超載激活磷脂酶分解膜磷脂，溶酶體膜穩(wěn)定性降低，造成細(xì)胞損傷[2]。

1.2氧自由基體內(nèi)分子氧在還原過程中，能產(chǎn)生一種外層軌道含有不配對電子的含氧分子或原子團，即氧自由基。氧自由基在體內(nèi)發(fā)生連鎖反應(yīng)，生成多種具有高活性的氧還原中間產(chǎn)物，統(tǒng)稱為活性氧?；钚匝醯难趸芰O強，參與體內(nèi)一些代謝過程，如體內(nèi)一些酶促反應(yīng)，生物活性物質(zhì)的合成，細(xì)胞防御和解毒過程?；钚匝踉隗w內(nèi)堆積會對組織造成直接損傷。近年來研究證實，在心肌再灌注損傷等多種病理過程的發(fā)生、發(fā)展中，活性氧都起著重要的作用。

1.3白細(xì)胞積聚缺血后再灌注早期原缺血區(qū)聚集的白細(xì)胞較再灌注前增多2倍～6倍，甚至更多。有學(xué)者認(rèn)為再灌注損傷是機體的類炎癥狀態(tài)。粒細(xì)胞的大量黏聚使微血管血流阻斷，促使再灌注開始后某些小血管、微血管中無血流灌入，即無復(fù)流現(xiàn)象(no-reflow phenomenon)。黏聚而被激活的粒細(xì)胞產(chǎn)生釋放的大量白細(xì)胞三烯(LT)和氧自由基等，誘發(fā)了血小板的黏附、激活，產(chǎn)生釋放大量血小板激活因子(PAF)。PAF反饋性加重粒細(xì)胞的黏附，促使血小板栓子的形成，并能加重微血管痙攣和通透性增加。

1.4內(nèi)皮細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)調(diào)控失衡血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)除在血管內(nèi)外物質(zhì)交換，維持凝血和抗凝血的平衡中起著重要的作用外，并能產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)，在調(diào)節(jié)血管舒縮運動以及維持血細(xì)胞的正常生物學(xué)反應(yīng)中都發(fā)揮著無可替代的作用。I-RI使內(nèi)皮細(xì)胞的自身穩(wěn)態(tài)失衡，這在再灌注損傷的發(fā)生中起著重要的作用。再灌注使VEC中氧自由基生成，同時使VEC中抗氧化類酶活性降低，內(nèi)皮細(xì)胞中氧自由基增多，是導(dǎo)致再灌注損傷中氧化應(yīng)激的主要因素之一。再灌注造成自穩(wěn)態(tài)失衡，通過生成氧自由基、黏附分子表達上調(diào)、血管活性物失平衡等多種機制，引發(fā)和促進再灌注損傷的發(fā)生、發(fā)展。

2黃芪治療I-RI的機制

黃芪為傳統(tǒng)中藥，臨床用于冠心病、心絞痛的治療，已取得顯著療效。近年來研究發(fā)現(xiàn)：黃芪對心肌的缺血再灌注損傷有良好的保護作用，可降低心率；縮小心肌缺血范圍并顯著改善心肌缺血再灌注時左室的舒張及收縮功能；具有良好的清除氧自由基和抗脂質(zhì)過氧化作用；減輕鈣超載；減輕白細(xì)胞聚集；維持內(nèi)皮細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)等作用。

2.1減輕鈣超載黃芪可影響心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)鈣泵功能，心肌肌鈣蛋白I(cTnI)是心肌損傷敏感而特異性指標(biāo)，其含量可反映心肌損害的嚴(yán)重程度，當(dāng)心肌損傷時，鈣通道活化，Ca2+內(nèi)流增加，細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度(Ca2+)i升高，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載[3]，此外，心肌SERCA(肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶)是將胞漿內(nèi)游離鈣主動轉(zhuǎn)運至肌漿網(wǎng)內(nèi)的一種鈣調(diào)節(jié)蛋白，對調(diào)節(jié)(Ca2+)i非常重要[4]。陸曙等[5]在動物實驗中證明：黃芪可以使血清中cTnI含量降低，使小鼠心肌SERCA(肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶)活力增強，有利于(Ca2+)i的回降和細(xì)胞內(nèi)鈣超載的減輕。眾多研究顯示：黃芪甲甙、總皂甙和總黃酮能夠使心肌缺血-再灌注心肌組織中Na+-K+-ATP酶活性降低，對缺氧所致大鼠的心肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)改變及線立體均有明顯保護作用[6]。并能使人心肌細(xì)胞乳酸脫氫酶及琥珀酸脫氫酶含量有不同程度的增高[7]。使再灌注時ATP消耗減少，保證細(xì)胞膜鈣泵和肌漿網(wǎng)鈣泵功能，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+減少，從而減輕鈣超載。

2.2清除氧自由基缺血再灌注時黃芪具有清除氧自基的作用。 近年來研究證實：黃芪可使抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)活性提高，過氧化脂質(zhì)(LPO)含量減少，從而減輕自由基造成的損傷。雷春利等[8-9]在犬急性心肌梗死模型中發(fā)現(xiàn)黃芪使SOD含量有增高趨勢，而LPO含量有減少趨勢，并能縮小心肌梗死面積，增加冠脈流量，認(rèn)為黃芪是通過抑制氧自由基生成而起到保護作用。張光平等[10]研究顯示：黃芪能增加人紅細(xì)胞膜脂流動性，清除自由基，從而使人紅細(xì)胞膜免受自由基的攻擊，同時還能提高膜脂和膜蛋白抗御自由基的能力。周吉燕等[11]研究發(fā)現(xiàn)黃芪注射液能改善心肌能量代謝，保護細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)，特別是線粒體結(jié)構(gòu)，提高細(xì)胞內(nèi)SOD活性，減輕氧自由基對心肌細(xì)胞膜的損傷，減少乳酸脫氫酶(LDH)漏出。儲里勝等[12]利用大鼠離體心臟模型研究發(fā)現(xiàn)，黃芪可使再灌注時冠脈流出液中LDH、肌酸激酶(CK)的活性明顯減低，心肌細(xì)胞的SOD活性明顯增高，而LPO含量降低。上述研究表明黃芪有明顯的抗氧自由基作用，保護心肌細(xì)胞膜，減少心肌酶的漏出。

此外，氧自由基的半衰期雖然很短，但氧化性極強，易與不飽和脂肪酸中雙鍵間亞甲基反應(yīng)生成脂質(zhì)過氧化物，亦稱為脂性自由基，同時釋放出降解產(chǎn)物丙二醛(MDA)。MDA易引發(fā)膜大分子物質(zhì)，如蛋白、脂質(zhì)等相互交聯(lián)、聚合，加重膜變性和功能障礙。周吉燕等[11，13]研究發(fā)現(xiàn)：黃芪能抑制I-RI心肌的MDA生成，并證實黃芪可使心肌組織中MDA含量明顯減少。

2.3減輕白細(xì)胞積聚白細(xì)胞積聚可導(dǎo)致缺血-再灌注損傷，也是導(dǎo)致無復(fù)流現(xiàn)象的重要原因，無復(fù)流現(xiàn)象進一步加重微血管痙攣和使其通透性增加。鈣超載、氧自由基增加均可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷、血小板黏附率增加、白細(xì)胞積聚；黃芪可減少鈣超載、抑制氧自由基增加，既可減少白細(xì)胞聚積。血小板內(nèi)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)對血小板具有穩(wěn)定作用；研究發(fā)現(xiàn)：黃芪通過抑制磷酸二酯酶的活性，從而使血小板內(nèi)cAMP水解減少，含量增高[14]。血小板穩(wěn)定則能使PAF釋放減少，抑制血小板栓子的形成，白細(xì)胞積聚減少，維持血管內(nèi)皮細(xì)胞功能及完整性，減少微血管痙攣和通透性，從而防止無復(fù)流現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4維持內(nèi)皮細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)目前的研究表明：內(nèi)皮細(xì)胞的穩(wěn)定依賴于血栓素B2(TXB2)/前列環(huán)素(PGI2)的比值；再灌注過程中TXB2增高導(dǎo)致TXB2/PGI2的比值改變，進而使內(nèi)皮細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)失衡。一些研究發(fā)現(xiàn)黃芪可抑制再灌注損傷后升高的磷脂酶A2(PLA2)的活性，使TXB2/PGI2的比值降低，從而使全身循環(huán)功能恢復(fù)，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[15-16]。

一氧化氮(nitric oxide，NO)是一種無機小分子物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)血管張力，傳遞神經(jīng)信息，抑制血小板凝聚，介導(dǎo)細(xì)胞免疫和細(xì)胞毒等多種生理活性作用[17]。有研究表明：NO與缺血再灌注損傷關(guān)系密切，可能通過阻礙中性粒細(xì)胞的黏附而減輕缺血再灌注損傷程度[18]。汪德清等[15]研究發(fā)現(xiàn)黃芪總黃酮(TFA)可提高NO濃度。福田一典發(fā)現(xiàn)：黃芪的水溶性提取物可誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)產(chǎn)生一氧化氮合酶(NOS)，刺激NO的生成；并影響血管壁NO的信息傳遞系統(tǒng)。Kazunori等研究發(fā)現(xiàn)黃芪水溶性提取物能使VSMC中的誘導(dǎo)型NO合酶(iNOS)基因轉(zhuǎn)錄及iNOS蛋白質(zhì)的顯著增加，并使VSMC中依賴于NO的環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)的積聚。該研究提示：黃芪水提取物調(diào)節(jié)VSMC的功能可能是經(jīng)由NO-鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)-cGMP介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)換通道而實現(xiàn)的。周蘇寧等[19]在臨床研究中也發(fā)現(xiàn)黃芪注射液具有升高再灌注后NO及NOS的活力作用。李志英等[20-21]在實驗研究中發(fā)現(xiàn)黃芪預(yù)處理對未成熟心肌有保護作用，且其作用機制之一是黃芪通過開放KATP通道來完成的。

3小結(jié)

黃芪在心肌保護方面有減少鈣超載、抗氧自由基、減少白細(xì)胞黏聚、防止無復(fù)流發(fā)生、穩(wěn)定血管內(nèi)皮細(xì)胞自穩(wěn)態(tài)的作用；另外，黃芪是否通過激發(fā)機體內(nèi)源性保護物質(zhì)，來達到藥物預(yù)處理的作用，目前還是一個新的課題。

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(本文編輯郭懷印)

通訊作者：李志英，E-mail：leezhiyingcpb@sina.com

中圖分類號：R329R285.5

文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1672-1349.2016.11.015

文章編號：1672-1349(2016)11-1230-04

(收稿日期：2016-02-08)