黃連素對臟器缺血-再灌注損傷保護(hù)研究進(jìn)展

曾 瑜，鄧毅文，尹湘湘，李 娟，羅晶婧，胡 梅，何迎春

（1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院本科生，湖南 長沙 410208；2.湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖南 長沙 410208；3.中醫(yī)藥防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410208；4.湖南省中醫(yī)藥防治眼耳鼻喉疾病與視功能保護(hù)工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410208）

缺血-再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）損傷是指在臟器缺血的基礎(chǔ)上恢復(fù)血流，不僅未能使臟器原來的功能恢復(fù)，反而使功能進(jìn)一步受損。目前臨床上發(fā)現(xiàn)有很多臟器組織存在缺血-再灌注損傷現(xiàn)象，其中報道最多的在心肌、腦組織、肝臟、腎臟等，其主要改變發(fā)生在組織超微結(jié)構(gòu)、能量代謝和電生理等一系列損傷性變化。研究發(fā)現(xiàn)，從黃連中提取的黃連素可通過多種作用機(jī)制對損傷器官產(chǎn)生保護(hù)或逆轉(zhuǎn)作用，其機(jī)制主要與調(diào)控PTEN/Akt信號通路、JAK2/STAT3/NF-KB信號通路、Notch1/Hes1-PTEN/Akt信號通路、PI3K/Akt/mTOR（哺乳動物雷帕霉素靶蛋白manmalian target of rapamycin，mTOR）信號通路等密切相關(guān)。

1 黃連素對心肌的保護(hù)作用

心肌缺血-再灌注（I/R）損傷是臨床上常遇的難題，再灌注能使心肌組織損傷呈進(jìn)行性加重，表現(xiàn)為心功能下降和心肌超微結(jié)構(gòu)的不可逆性損傷，而黃連素（BBR）能夠通過抗凋亡、抗炎、抗細(xì)胞自噬等方面發(fā)揮其對心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。

BBR可對缺血-再灌注心肌細(xì)胞發(fā)揮抗凋亡作用，其作用主要體現(xiàn)在BBR能夠上調(diào)細(xì)胞內(nèi)Notch1、Hes1、Bcl-2表達(dá)及p-Akt/Akt比值，下調(diào)多種凋亡相關(guān)蛋白如Bax、Caspase-3等的表達(dá)。同時，其可通過上調(diào)Notch1/Hes1信號的表達(dá)以加速心肌JAK2及STAT3的磷酸化，從而改善心功能［1-3］。而BBR在降低心肌細(xì)胞凋亡率的同時，也可明顯改善線粒體功能，使細(xì)胞中Bax和胞質(zhì)細(xì)胞色素c的活性下降［4］。在糖尿病大鼠I/R心肌細(xì)胞中，BBR同樣發(fā)揮了較強(qiáng)大的保護(hù)作用，此時凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2/Bax比值明顯上調(diào)，AMPK和PI3K/AKT信號通路被明顯激活，且細(xì)胞中內(nèi)皮型一氧化氮合酶（Endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的磷酸化水平有所提高，故PI3K-Akt-eNOS信號在糖尿病大鼠心肌I/R后發(fā)揮抗凋亡作用，促進(jìn)再灌注后心臟舒縮功能的恢復(fù)，減少由代謝性疾病所致的心血管疾病的發(fā)生率［5-6］。在BBR預(yù)處理實驗中，發(fā)現(xiàn)其還可通過抑制由缺血-再灌注誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（Endoplasmic reticulum，ER）壓力，活躍心肌的磷酸化水平，同時激活A(yù)K2/STAT3信號通路，減弱ER應(yīng)激所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，避免心肌細(xì)胞損傷加重［7］。

BBR能夠通過Smad7通路降低損傷后心肌細(xì)胞炎癥因子的表達(dá)，提高細(xì)胞的增殖能力［8-9］。BBR預(yù)處理也可明顯減輕心肌細(xì)胞損傷，其主要通過抑制JAK2/STAT3/NF-B信號通路激活而減少炎癥因子的產(chǎn)生［10-12］。此外，BBR通過降低血清肌酸激酶同工酶（CK-MB）、乳酸脫氫酶（LDH）和心肌肌鈣蛋白（Cardiac troponin，cTn）水平，上調(diào)SIRT1及Bcl-2的表達(dá)、下調(diào)Bax表達(dá)等，同時降低心肌超氧化物生成、心臟炎癥標(biāo)志物和心肌超氧化物歧化酶（SOD）的水平，來發(fā)揮對心臟的保護(hù)作用［13］。在抑制血漿中心肌肌鈣蛋白-I（Cardiac troponin -I，cTn-I）及心房鈉尿肽（Atrial natriuretic peptide，ANP）等蛋白因子的活性中有較好療效，進(jìn)而縮短缺血再灌注所致心律失常恢復(fù)正常的時間及降低心肌細(xì)胞損傷的程度［14］。

此外，心肌缺血-再灌注能夠誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，而BBR能夠通過降低自噬相關(guān)蛋白如SIRT1、BNIP3和Beclin-1的表達(dá)水平而抑制細(xì)胞自噬。其作用可能與BBR降低暴露于心肌缺血-再灌注的心肌細(xì)胞中p-AMPK和p-mTORC2的水平有關(guān)［15］。

2 黃連素對腦組織的保護(hù)作用

腦缺血-再灌注對神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞可導(dǎo)致嚴(yán)重的損傷，其機(jī)制與細(xì)胞凋亡蛋白表達(dá)水平變化、氧化應(yīng)激、鈣離子超載及細(xì)胞周期的變化等有關(guān)，而BBR可通過抗凋亡蛋白生成、抗細(xì)胞自噬、抗氧化及抑制鈣離子超負(fù)荷等發(fā)揮對神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用。

在研究大腦中動脈阻塞（MCAO）后BBR對腦缺血損傷的影響機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，BBR可提高BDNF-TrkB-PI3K/Akt信號通路關(guān)鍵蛋白BDNF、p-Akt和TrkB的表達(dá)，進(jìn)而減少MCAO誘導(dǎo)的凋亡蛋白Caspase-3的生成，達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用［16］。BBR還可通過維持較高濃度的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白的表達(dá)，促進(jìn)小鼠腦缺血再灌注過程中神經(jīng)元的細(xì)胞周期阻滯，減少進(jìn)入凋亡過程細(xì)胞的數(shù)量［17］。BBR對腦缺血再灌注的神經(jīng)保護(hù)作用還表現(xiàn)在調(diào)節(jié)與自噬相關(guān)的蛋白質(zhì)LC3、p62和Beclin-1的表達(dá)，及凋亡蛋白Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9、Bcl-2/Bax和PARP的表達(dá)，達(dá)到促進(jìn)細(xì)胞自噬和減少細(xì)胞凋亡的作用［18］。

此外，活性氧也介導(dǎo)了缺血-再灌注損傷的發(fā)生，且具有重要作用，用黃連素、黃芩苷、梔子苷聯(lián)合治療腦缺血再灌注時，該藥可通過Nrf2級聯(lián)放大信號途徑，清除活性氧的作用，提高細(xì)胞抗氧化劑的水平，達(dá)到細(xì)胞保護(hù)作用［19］。BBR與癸酸鈉鹽聯(lián)合使用可顯著降低腦缺血-再灌注損傷的面積，增加超氧化物歧化酶清除氧的功效，減少MDA、NO、p-AMPK、Bax、cleaved Caspase-3的產(chǎn)生，使神經(jīng)系統(tǒng)免受更多的活性氧和誘導(dǎo)凋亡蛋白的影響［20］。在BBR預(yù)處理實驗中，發(fā)現(xiàn)其還可導(dǎo)致缺血再灌注神經(jīng)細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1的增加，并通過激活Sphk2來觸發(fā)S1P的生成，從而保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受缺血的傷害［21］。

少突膠質(zhì)細(xì)胞（Oligodendrocyte）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central nervous system，CNS）的成髓鞘神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，是極易受到興奮性毒性影響的CNS細(xì)胞之一，其損傷機(jī)制可能是由于細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載介導(dǎo)的損傷作用。BBR可減少細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載現(xiàn)象的發(fā)生，保護(hù)OLN-93少突膠質(zhì)細(xì)胞免受由缺血-再灌注誘發(fā)的興奮性損傷［22］。BBR可降低腦缺血損傷后素甲基化轉(zhuǎn)換酶DNMT1和DNMT3a在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的含量及活性，從而下調(diào)神經(jīng)細(xì)胞甲基化水平。與此同時，有研究報道：過氧化物酶體增生物激活受體（Peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）γ是BBR在神經(jīng)細(xì)胞中的作用靶位，BBR發(fā)揮的保護(hù)作用與細(xì)胞中PPARγ的增多相關(guān)［23］。缺血腦組織會導(dǎo)致細(xì)胞中水通道蛋白（Aquaporin，AQP）4表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞水腫嚴(yán)重，預(yù)先用BBR干預(yù)的糖尿病小鼠，在進(jìn)行腦缺血-再灌注造模以后，檢測出其腦內(nèi)AQP4因子表達(dá)明顯降低，水腫情況較輕，腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞丟失情況也相對空白組少［24］。

3 黃連素對肝臟的保護(hù)作用

目前臨床上肝移植失敗較常見的原因是由于肝臟的缺血-再灌注損傷，損傷原因與肝實質(zhì)線粒體功能紊亂有關(guān)，而BBR可通過保護(hù)線粒體功能和生物能量，保護(hù)肝臟免受I/R造成的有害影響［25］。為了解BBR是否通過PI3K/Akt/mTOR信號通路影響大鼠肝I/R介導(dǎo)的凋亡而發(fā)揮保護(hù)作用。以I/R大鼠為模型動物，發(fā)現(xiàn)BBR能夠顯著增加Bcl-2/Bax比值、抑制肝I/R大鼠cleaved Caspase-3表達(dá)，降低肝細(xì)胞凋亡率，同時p-Akt的表達(dá)隨著p-mTOR的表達(dá)受到抑制而明顯上調(diào)［26］。除發(fā)揮抗凋亡作用外，BBR還可通過抗細(xì)胞自噬，降低血清中多種炎性因子的釋放，從而在一定程度上恢復(fù)肝功能［27］。

此外，在大鼠冷缺血-再灌注實驗中，通過加入BBR干預(yù)，發(fā)現(xiàn)BBR可通過發(fā)揮抗炎作用降低大鼠冷缺血-再灌注損傷肝臟的炎癥反應(yīng)，減少肝細(xì)胞損傷［28］。

4 黃連素對腎臟的保護(hù)作用

腎缺血-再灌注損傷（Renal ischemia-reperfusion injury）是導(dǎo)致缺血性急性腎功能衰竭疾病最常見的病因之一，其預(yù)后不良，損傷作用難以逆轉(zhuǎn)，并可導(dǎo)致腎臟出現(xiàn)硬結(jié)。BBR和黃連素納米粒（BBR-NP）均可對缺血-再灌注損傷的腎臟產(chǎn)生臟器保護(hù)作用，具體是通過降低腎小管上皮細(xì)胞的凋亡率。BBR-NP可通過降低線粒體應(yīng)激通路的蛋白表達(dá)，逆轉(zhuǎn)腎細(xì)胞的氧化應(yīng)激，抑制腎細(xì)胞凋亡，并且具有明顯的劑量依賴性，同時BBR-NP的作用優(yōu)于BBR［29］。此外，BBR還可通過Caspase-線粒體依賴途徑對腎缺血-再灌注損傷的腎產(chǎn)生保護(hù)作用，其機(jī)制主要是逆轉(zhuǎn)腎臟缺血-再灌注所產(chǎn)生的KIM-1 mRNA，NGAL，Caspase-3，TNF-α以及Bcl-2表達(dá)水平的變化［30］。

5 小 結(jié)

黃連素可減少缺血器官再灌注后的進(jìn)一步損傷，故可作為臨床臟器移植手術(shù)的輔助治療，降低某些臟器移植的失敗率。目前研究可以證實其保護(hù)作用多與調(diào)控JAK2/STAT3/NF-KB信號通路、PI3K/Akt/mTOR信號通路，影響凋亡相關(guān)蛋白Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9以及Bcl-2等分泌表達(dá)和細(xì)胞氧化應(yīng)激，進(jìn)而發(fā)揮抗細(xì)胞自噬和抗炎作用有關(guān)。黃連素在腦、肝、腎缺血-再灌注損傷中的研究及臨床應(yīng)用較少，很大程度與其生物利用率低有關(guān)。雖然在提高BBR生物利用率方面開始了一些研究工作，如近期發(fā)現(xiàn)黃連素納米粒用于腎缺血-再灌注損傷的新型治療比黃連素更有效［29］，未來研究可在提高黃連素的生物利用率方面下更大功夫。此外，BBR對細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用與維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體的功能密切相關(guān)，其作用是否與其它細(xì)胞器如溶酶體、高爾基體、核糖體等有關(guān)，都是進(jìn)一步研究的方向。