川芎嗪防治急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征作用機制的研究進展

李攀

(西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

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·綜述·

川芎嗪防治急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征作用機制的研究進展

李攀

(西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

急性肺損傷(ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)發(fā)病機制錯綜復雜，病程進展快，病死率高，是臨床常見的危重癥疾病。川芎嗪是從中藥川芎中提取的有效成分，目前主要應用于心腦血管疾病的防治。研究認為，川芎嗪可通過減少中性粒細胞數(shù)量，抑制其聚集活化；調節(jié)血管內皮生長因子水平；抑制氧化應激，提高超氧化物歧化酶活性從而清除過量的氧自由基；抑制Rho/ROCK信號通路，降低Fas/FasL基因、Caspase-3表達并增加Bcl-2表達從而抑制細胞凋亡，為川芎嗪用于ALI/ARDS的防治提供了理論依據(jù)。

川芎嗪；急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征；炎癥反應；血管內皮生長因子；抗氧化；細胞凋亡

急性肺損傷(ALI)/急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)為肺泡上皮及毛細血管內皮屏障發(fā)生急性炎癥損傷，富含蛋白質的水腫液滲入肺泡腔，引起肺泡及肺間質水腫，導致急性進行性血氧過低的呼吸窘迫，最終導致呼吸衰竭，甚至死亡[1]。幾十年來，大量學者就ARDS發(fā)病機制及治療措施開展研究，但目前的抗炎治療手段仍不能有效降低其病死率。據(jù)統(tǒng)計[2]，目前ALI/ARDS病死率高達30%～50%，是臨床常見的危重疾病。早期應用無創(chuàng)/有創(chuàng)機械通氣為輔助治療ALI的有效措施，但由于受各種條件限制尚不能普及應用。因此，大量研究以期尋找有效的藥物治療措施。川芎嗪為中藥川芎中提取的主要有效成分，具有清除氧自由基、抑制活性氧、調節(jié)免疫、改善血流循環(huán)(尤其是微循環(huán))、抑制血小板聚集活化、擴張血管及保護血管內皮、抑制纖維化等多種藥理作用，且價格低廉、安全性較高，目前廣泛應用于心腦血管疾病的防治。相關文獻報道，川芎嗪在ALI/ARDS的防治中有極其重要的作用[3]?，F(xiàn)就川芎嗪防治ALI/ARDS的作用機制綜述如下。

1 減輕炎癥反應及內皮損傷

肺部及全身失控性炎癥反應是ALI發(fā)生的重要機制。受炎癥刺激(感染、外傷、吸入有毒氣體等)后，肺泡巨噬細胞首先聚集活化，分泌大量細胞因子如TNF-α。TNF-α是一種強有力的促炎因子，可誘導炎癥介質IL-1β和IL-6產(chǎn)生。此外，肺泡巨噬細胞的活化激活中性粒細胞在肺內聚集，中性粒細胞在炎癥反應發(fā)生發(fā)展中有極其重要作用；其聚集活化可介導多種細胞因子及炎性介質的產(chǎn)生，損傷內皮細胞，使細胞間隙增寬、肺泡上皮和血管內皮屏障受損，導致肺水腫及肺換氣功能障礙。文獻報道[2]，在內毒素誘導的急性炎癥中，清除中性粒細胞幾乎可以完全抑制IL-1β的表達以及TNF-α的產(chǎn)生；并且，中性粒細胞在肺內聚集，可激活產(chǎn)生轉錄調控因子NF-κB。NF-κB是一種在控制DNA轉錄中起重要作用的結構復雜的蛋白質，參與調節(jié)細胞對刺激(創(chuàng)傷、脂多糖等)的應答[1]。靜息狀態(tài)時，NF-κB與其抑制蛋白IκB結合形成復合體，以無活性的形式存在胞質中；當細胞受到外界刺激時，NF-κB與IκB解體呈游離狀態(tài)，并暴露與特異序列結合的核定位點，之后轉入細胞核，通過與特異序列結合誘導靶基因轉錄。NF-κB可根據(jù)不同的刺激和細胞類型激活促炎轉錄程序、促進靶細胞合成細胞因子(IL-6、IL-8、TNF-α等)、黏附分子、趨化因子、免疫受體等，從而參與免疫應答；同時，IL-8、TNF-α等細胞因子又可激活促進NF-κB的表達。二者作用相互促進、逐級放大，廣泛參與炎性反應的調控，加重炎癥損傷[4，5]。目前認為，抑制NF-κB表達、降低中性粒細胞水平可以減輕急性炎癥引起的肺水腫。研究發(fā)現(xiàn)[6]，川芎嗪能顯著降低TNF-α及IL-1β水平，抑制NF-κB的表達，抑制縮血管物質(NO、內皮素等)的分泌，并且降低凝血酶活性，進而抑制血小板聚集及血栓形成，從而減輕血管內皮損傷，改善受損肺血管內皮屏障的功能，降低中性粒細胞外滲及浸潤；同時具有增強抗炎細胞因子IL-10的作用，從而減輕肺水腫、改善ALI/ARDS預后，降低病死率[7]。目前各項研究均顯示，川芎嗪可降低各種炎性介質、炎性細胞及細胞因子水平，減輕ALI/ARDS肺部炎癥反應，是其防治ALI/ARDS的主要機制。

2 調節(jié)血管內皮生長生子(VEGF)水平

VEGF是一種在促進血管和淋巴管生成中起主要作用的糖蛋白，屬血小板源性的超基因生長因子家族，大多由血管上皮細胞、肺上皮細胞、血小板和白細胞等合成、釋放。相關研究表明，VEGF可直接調節(jié)微小血管對水和蛋白質的通透性,從而導致組織水腫[8]。肺臟許多細胞都可以釋放VEGF，如Ⅱ型肺泡上皮細胞、中性粒細胞、肺泡巨噬細胞、激活的T細胞等。因此，VEGF潛在地影響肺泡上皮和血管內皮屏障功能。目前，VEGF被認為在ALI/ARDS發(fā)病中有著潛在的關鍵性作用，但其對肺組織究竟起保護作用還是損傷作用還存在爭議。ARDS發(fā)生時，血清VEGF水平隨著上皮細胞和內皮細胞受損程度變化而變化[9]。Ⅱ型肺泡上皮細胞中的VEGF使得肺泡上皮細胞免受Caspase依賴性的細胞凋亡，然而，Ⅱ型肺泡上皮細胞產(chǎn)生的VEGF又會增加ALI病程中的血管內皮通透性，促進炎性介質滲透，從而加重肺損傷[10]。更有研究發(fā)現(xiàn)，VEGF過度表達時會誘導肺水腫的發(fā)生[11]。Ware等[12]研究發(fā)現(xiàn)，ARDS患者以及肺水腫患者肺泡灌洗液中VEGF水平增高，其更有可能與肺泡上皮結構的破壞水平相關，而不是與肺損傷程度相關。劉丹等[13]研究發(fā)現(xiàn),川芎嗪通過降低血漿VEGF水平，提高肺組織VEGF水平，有效減輕肺損傷程度，對肺組織起到保護作用。研究推測，VEGF在正常肺組織功能修復中起著重要作用，主要通過促進受損肺組織上皮細胞再生完成；而當肺泡毛細血管屏障完整性破壞時，過度的上皮細胞再生反而破壞肺泡上皮細胞結構，從而導致水腫液通過受損的上皮組織外滲，導致肺損傷發(fā)生發(fā)展[14]。然而，其具體作用機制還有待相關研究進一步深入闡明。

3 抗氧化

氧化應激是指體內氧化及抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導致機體損傷的狀態(tài)。氧化系統(tǒng)中活性氧(ROS)在ALI發(fā)病機制中扮演重要角色[15]，不僅可直接損傷線粒體及細胞膜使機體受損，且大量ROS的產(chǎn)生能激活中性粒細胞，從而加重炎癥反應及肺損傷。因此，抗氧化治療已成為治療ALI的新手段。

3.1 降低ROS ROS包括氫氧自由基,超氧化物陰離子、過氧化氫、單線態(tài)氧，可由激活的中性粒細胞產(chǎn)生[16]。ROS對機體的損傷作用較廣泛,其最大的危害就是引發(fā)脂質過氧化。一旦引發(fā)脂質過氧化反應,就不停地形成新的、更多的自由基,這種擴散的自由基反應是致傷的主要環(huán)節(jié)。肺血管內皮細胞和肺泡上皮細胞均是ROS作用的重要靶細胞，其受損后屏障功能減弱,對液體和大分子物質的通透性增高,形成通透性肺水腫。因此，抑制ROS分子生成、清除氧自由基，可以減輕肺泡血管屏障的損害，降低其對炎癥介質及細胞因子的通透性。研究發(fā)現(xiàn)[17]，川芎嗪具有抑制ROS產(chǎn)生的作用，故可進一步抑制氧化應激，有效防止肺微血管內皮屏障破壞，對肺微血管內皮細胞功能產(chǎn)生保護作用，從而減輕肺水腫、改善ALI預后。

3.2 增加超氧化物歧化酶(SOD) SOD是一種具有清除氧自由基作用的銅蛋白，廣泛存在于幾乎所有生物細胞中。其催化超氧化物轉化為氧氣和過氧化氫，從而保護暴露于氧氣中的細胞。SOD也是細胞對抗自由基的第一道防線，從而被稱為最重要的抗氧化劑之一。動物實驗研究[18，19]發(fā)現(xiàn)，川芎嗪能提高肺損傷大鼠SOD活性，具有抗氧化作用，從而減低炎癥損傷作用，可減輕ALI所致的肺損傷。

4 抑制Rho/ROCK信號通路

Rho家族蛋白是一組具有鳥苷三磷酸(GTP)酶活性的GTP結合蛋白，Rho與GTP結合激活ROCK。ROCK是Rho的下游靶效應分子，在人體廣泛表達，具有ROCK1和ROCK2兩種亞型，其中ROCK1在炎癥細胞的黏附及聚集中起著重要作用。ROCK信號通路在肌動蛋白動力學中有著極其重要的監(jiān)管作用，參與調解血管的功能變化(細胞遷移、收縮、增殖及黏附，基因表達，囊泡運輸及微粒子形成等過程)，介導多種生物學行為及功能[20]。McGown等[21]建立脂多糖誘導膿毒癥小鼠模型，發(fā)現(xiàn)抑制ROCK可增加內皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達，并降低誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的表達，從而使NO生成減少，致使血管內皮細胞收縮。并且，使用ROCK抑制劑法舒地爾后eNOS水平降低，從而減輕肺血管內皮損傷及肺水腫。另有研究發(fā)現(xiàn)，ROCK可被多種細胞因子及炎性介質激活，通過介導Na+-H+交換依賴的肌球蛋白輕鏈磷酸化而參與控制細胞遷移及運動過程，最終導致內皮細胞屏障功能受損[22，23]。ROCK在中性粒細胞活化表達中起著重要作用，其激活后明顯增強中性粒細胞活性，而激活的中性粒細胞釋放細胞因子又可促進ROCK活化，使用ROCK抑制劑可減少中性粒細胞在肺內聚集[20]。因此，抑制ROCK活性成為治療ALI/ARDS的有效靶點。川芎嗪具有抑制ROCK活性的作用，Zhao等[24]在模擬“二次打擊”導致小鼠ALI模型中，發(fā)現(xiàn)川芎嗪通過抑制Rho/ROCK通路，抑制炎癥細胞遷移、降低血管內皮通透性，從而保護肺血管內皮屏障，減輕肺水腫及肺內炎癥發(fā)展，對ALI起到防治作用。

5 調節(jié)細胞凋亡

細胞凋亡在ALI發(fā)病機制中有著一定作用。中性粒細胞凋亡延遲，使炎性介質過度表達，延長炎性反應時間，加重炎癥反應。肺泡巨噬細胞凋亡增加，吞噬能力下降，不能及時清除壞死及凋亡細胞，引發(fā)遲發(fā)性超敏反應，加重組織損傷。肺泡上皮細胞、血管內皮細胞凋亡增加，致使屏障功能受損，內皮細胞間隙增寬，通透性增加，蛋白質及液體外滲，導致?lián)Q氣功能障礙。因此，調控肺組織靶細胞凋亡對治療ALI有一定的意義。

5.1 抑制Fas/FasL基因表達 Fas/FasL同屬TNF家族，二者組成Fas系統(tǒng)，在細胞凋亡事件中起著重要作用。相關文獻報道，ALI支氣管肺泡灌洗液中的Fas/FasL水平大大增加，且Fas與FasL結合后，可活化NF-κB，從而使促炎介質大量釋放，引發(fā)炎癥反應，而促炎因子又可增加支氣管肺泡上皮細胞對FasL的敏感性，引起細胞凋亡[25]。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可通過下調肺組織中Fas/FasL mRNA表達從而減少上皮細胞凋亡，對上皮屏障起到一定的修復作用，減輕炎癥反應及肺水腫。

5.2 降低Caspase-3水平 Caspase家族在細胞凋亡中有著中樞性作用，其中Caspase-3是細胞凋亡過程中最重要的終末剪切酶。其通過對某些主要蛋白質的切割，從而使細胞失去與環(huán)境的聯(lián)系，進而致使細胞凋亡[27]。川芎嗪通過降低Caspase-3水平及增加Bcl-2表達，進而抑制細胞凋亡，減輕炎癥反應，對肺損傷起到防治作用[4]。

5.3 增加Bcl-2表達 Bcl-2是一種通過線粒體途徑調控細胞凋亡的抗凋亡蛋白。其通過與促凋亡蛋白結合，抑制促凋亡蛋白寡聚及線粒體外膜透化的發(fā)生從而阻斷線粒體途徑的凋亡，還能通過調節(jié)細胞內鈣離子穩(wěn)態(tài)及氧化應激水平等發(fā)揮抗凋亡作用[23，28]。有關文獻報道，川芎嗪通過增加燙傷大鼠ALI中Bcl-2表達，抑制細胞凋亡，起到保護肺組織的作用[18]。

6 其他

川芎嗪具有抑制血管生成、血栓形成及纖維化的作用[29]。有研究表明，在百草枯中毒患者及動物模型實驗中，早期聯(lián)合川芎嗪治療能夠抑制肺纖維化、降低病死率。在胸部放療后患者肺損傷研究中發(fā)現(xiàn)，川芎嗪對預防急性放射性肺炎及放射性肺纖維化有一定作用，且具有較好的安全性[30,31]。

ALI/ARDS發(fā)病機制復雜，病死率高，是臨床中常見的危重癥疾病。然而，目前的抗炎治療手段(皮質醇類激素、巨噬細胞集落刺激因子、他汀類藥物、ω-3脂肪酸以及改善肺動力學的措施等)均未成功降低該病病死率[1]。研究認為，川芎嗪可通過減少中性粒細胞數(shù)量，抑制其聚集活化；調節(jié)VEGF水平；抑制氧化應激，提高SOD活性從而清除過量的氧自由基；抑制Rho/ROCK信號通路降低Fas/FasL基因、Caspase-3表達并增加Bcl-2表達從而抑制細胞凋亡，為川芎嗪能夠用于ALI/ARDS的防治提供有力證據(jù)。

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