蒙藥肉桂對LPS誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞損傷的保護性機制的研究進展

宋利華，福 泉，楊 航，包麗麗*

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010100；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院)

肉桂(Cinnamon)即是一種香料，也是一種重要的藥材，屬于傳統(tǒng)蒙藥里的鎮(zhèn)赫依藥物，其生物活性在多種生物功能中得到了廣泛的研究，包括抗菌、抗氧化、抗炎、抗癌、降血糖、抗心血管疾病等作用[1-2]。血管內(nèi)皮細胞(VECs)是構(gòu)成動脈、靜脈和毛細血管的單細胞層，在血管腔內(nèi)的循環(huán)血液和血管壁之間形成一道屏障[3]。VECs功能障礙與心血管、膿毒癥、糖尿病和血管炎等多種疾病的發(fā)病機制有關(guān)。脂多糖(LPS)可通過誘導(dǎo)組織細胞釋放TNF-α、IL-6等細胞因子，促進血管內(nèi)皮細胞的黏附以及炎癥反應(yīng)，進而引起內(nèi)皮細胞的損傷。

1 肉桂及其生物學(xué)特性

肉桂，又稱嘎必拉音·哈利蘇，為樟科樟屬植物肉桂(Cinnamomum cassia Presl)的干燥樹皮，是世界上重要的香料和藥材之一，屬于傳統(tǒng)蒙藥里的鎮(zhèn)赫依藥物，具有祛寒性赫依的功能，多用于配方藥，如與石榴、豆蔻、蓽茇配伍，制成石榴四味散，用于治療各種寒性疾??；與姜、胡椒等配伍，制成肉桂五味湯，用于治療寒性腹瀉[1,4]。肉桂含有肉桂醛等揮發(fā)性成分以及多糖、二萜、多酚、黃酮等非揮發(fā)性成分，肉桂醛是其中最重要的活性成分[2]。肉桂的藥理活性包括抗菌、抗氧化、抗炎、抗癌、降血糖、抗心血管疾病等作用。因此臨床上肉桂常用于糖尿病、腎病、婦科病、腫瘤以及心血管系統(tǒng)疾病等的治療[1]。

2 血管內(nèi)皮細胞

血管內(nèi)皮是一種單層內(nèi)皮細胞，構(gòu)成動脈、靜脈和毛細血管的細胞內(nèi)層，與血液成分和細胞直接接觸[5]。血管內(nèi)皮細胞是血管內(nèi)和血管外組織之間的主要屏障，在許多生理和病理過程中起著關(guān)鍵作用[6]。VECs可通過調(diào)節(jié)血管張力來調(diào)節(jié)局部血流量，還將炎癥細胞引向需要修復(fù)或防御感染的區(qū)域。此外，內(nèi)皮細胞在控制血液流動性、血小板黏附和聚集、白細胞活化、黏附和遷移方面也起著重要作用。它們還保持凝血和纖溶之間的平衡，在免疫反應(yīng)、炎癥和血管生成的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[5]。由于VECs位于血液-血管外組織交界處，經(jīng)常暴露在循環(huán)介質(zhì)中，因此這些介質(zhì)可能會破壞上述內(nèi)皮屏障的功能[6]。其中針對內(nèi)皮細胞的介質(zhì)是細菌LPS，它是一種高度促炎的分子，是所有革蘭氏陰性細菌外膜的重要組成部分。LPS從復(fù)制和死亡的革蘭氏陰性細菌表面釋放到血液循環(huán)中，并與血管壁的內(nèi)皮細胞相互作用，引起內(nèi)皮細胞損傷。

3 LPS及其誘導(dǎo)VECs損傷的機制

LPS，又稱為內(nèi)毒素，是位于革蘭氏陰性細菌表面的雙親性大分子，主要由多糖和脂質(zhì)組成，是革蘭氏陰性菌重要的毒力因子。LPS的脂質(zhì)成分脂類A是其毒性和免疫刺激作用的主要成分[6]。內(nèi)皮細胞是LPS分子的主要靶點，LPS與內(nèi)皮細胞表面結(jié)合導(dǎo)致內(nèi)皮細胞活化，表現(xiàn)為促炎細胞因子和黏附分子的表達，在某些情況下，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞凋亡[7]。LPS還能激活單核細胞和巨噬細胞，刺激TNF-α等促炎介質(zhì)的產(chǎn)生，進而調(diào)節(jié)并影響內(nèi)皮細胞的功能。LPS可通過Toll樣受體4(Toll-Like Receptor 4,TLR4)、CD14和MD2組成的受體復(fù)合物激活內(nèi)皮細胞。連接蛋白髓樣分化因子88(MyD88)的募集啟動了MyD88依賴的途徑，最終導(dǎo)致核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的早期激活。同時，MyD88非依賴性途徑導(dǎo)致NF-κB的晚期激活。其結(jié)果是各種促炎介質(zhì)的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致內(nèi)皮細胞損傷[8]。

細胞損傷的主要形式為細胞凋亡和自噬。細胞凋亡的特征是半胱氨酸天冬酶(Caspase)的激活，這是一種高度特異的蛋白酶，可以裂解廣泛的細胞內(nèi)底物[9]。上游Caspase的激活啟動了蛋白水解級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致DNA斷裂和關(guān)鍵調(diào)控蛋白的裂解，最終導(dǎo)致細胞死亡。Choi等人[10]報道，LPS可刺激人微血管內(nèi)皮細胞(HMEC-1)的Caspase介導(dǎo)的細胞凋亡途徑，并且是通過招募一種新的含有DD的受體而誘導(dǎo)CD14依賴的FADD介導(dǎo)內(nèi)皮細胞凋亡。也有研究發(fā)現(xiàn)，在蛋白質(zhì)合成抑制劑放線菌酮(CHX)存在下，LPS主要誘導(dǎo)HUVECs依賴于Caspase的細胞凋亡。LPS能在不依賴MyD88和 Toll樣受體相關(guān)干擾素誘導(dǎo)因子的情況下，激活HUVECs依賴的Cat-B程序性細胞凋亡[11]。也有研究發(fā)現(xiàn)，LPS可刺激HUVECs中鈣蛋白酶介導(dǎo)的細胞凋亡途徑，該途徑是通過激活Na+/H+交換劑1(NHE1)介導(dǎo)的[12]。最近研究發(fā)現(xiàn)，MIR-599可明顯阻斷LPS介導(dǎo)的Caspase 3和p53的表達進而抑制LPS誘導(dǎo)的HUVECs細胞凋亡[13]。Rb2可通過GPR120/AMPK/HO-1途徑抑制LPS介導(dǎo)的HUVECs細胞凋亡和THP-1細胞與HUVECs的黏附，從而減輕炎癥和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[14]。

自噬是一種進化上保守的細胞過程，它可促進細胞內(nèi)成分的持續(xù)循環(huán)，并在營養(yǎng)稀缺時提供另一種能量來源。自噬是由自噬相關(guān)蛋白(ATG基因)促進的，并通過起始、成核、延伸和成熟四個階段來完成。ATG5-ATG12結(jié)合物、Beclin1和微管相關(guān)蛋白-1輕鏈-3(LC3)是自噬小體形成所必需的蛋白質(zhì)[15]。有研究表明，LPS可通過誘導(dǎo)自噬來損傷血管內(nèi)皮細胞，LPS誘導(dǎo)的 HUVECs自噬是在含有20%血清和成纖維細胞生長因子2(Fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF-2)情況下存在的，LPS通過上調(diào)BIRC2進而增加p53的核內(nèi)水平介導(dǎo)HUVECs發(fā)生自噬[16]。Zhang等人[17]研究表明，LPS刺激肺微血管內(nèi)皮細胞可使自噬水平升高，抑制自噬則加重LPS誘導(dǎo)的肺微血管內(nèi)皮細胞損傷，進一步破壞肺微血管內(nèi)皮細胞屏障的完整性，加劇炎癥反應(yīng)。最近的研究表明，HMBOX1參與了小鼠主動脈內(nèi)皮細胞的功能維持，HMBOX1 KO小鼠主動脈內(nèi)皮細胞經(jīng)LPS處理后凋亡增加，自噬減少[18]。

4 蒙藥肉桂對LPS誘導(dǎo)細胞損傷的保護性機制

蒙藥肉桂及其活性成分具有多種生物活性。研究發(fā)現(xiàn)，肉桂水提取物(CWE)體外處理可降低LPS處理巨噬細胞后TNF-α的mRNA表達。CWE還可抑制LPS誘導(dǎo)的IκBα降解及JNK、p38和ERK1/2的活化，從而起到抗炎的作用[19]。另外，肉桂提取物肉桂醛和肉桂酸可對異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠急性缺血性心肌損傷具有心臟保護作用[20]。肉桂醛可通過激活Nrf2和上調(diào)下游靶蛋白對高糖條件下的內(nèi)皮功能障礙起到保護性作用，可降低糖尿病患者發(fā)生血管并發(fā)癥的風(fēng)險[21]。肉桂醛還可通過TRPA1依賴和非依賴機制對LPS誘導(dǎo)的全身性炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)具有保護作用[22]。最近的研究表明，反式肉桂醛可降低LPS誘導(dǎo)巨噬細胞的NO生成。此外，TCA可通過抑制細胞內(nèi)ERK、JNK和p38 MAPKs磷酸化而發(fā)揮抗炎作用[23]。TCA處理還可顯著降低THP-1單核細胞分泌LPS依賴的IL-8，能抑制AKT和IκBα的磷酸化，進而起到抗炎的作用[24]。肉桂乙酸乙酯提取物可對內(nèi)毒素中毒小鼠全身炎癥和肺損傷具有保護作用，還可降低LPS誘導(dǎo)的IL-18和TNF-α水平，并降低肺組織中NLR家族、Caspase-1和IL-1b的mRNA以及蛋白表達，對內(nèi)毒素中毒小鼠有良好的抗炎作用[25]。劉源等人[26]研究表明，桂皮醛可改善LPS誘導(dǎo)的HUVECs的炎癥反應(yīng)與細胞凋亡，其機制可能與抑制NF-κB信號通路的活化有關(guān)。

5 小結(jié)及展望

越來越多的研究表明，蒙藥肉桂及其提取物對LPS誘導(dǎo)的炎癥及細胞損傷具有一定的保護性作用，其可通過JNK、p38和ERK1/2等信號通路抑制炎癥反應(yīng)，并且可通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路抑制HUVECs的細胞凋亡，雖然蒙藥肉桂及其提取物對LPS誘導(dǎo)的細胞凋亡屢有報道，但其具體的分子機制尚未完全清楚，而且對于其對LPS誘導(dǎo)的自噬的保護性機制研究報道甚少，因此探討蒙藥肉桂及其提取物對LPS誘導(dǎo)細胞損傷的影響及分子機制，為深入研究其保護性機制提供理論依據(jù)和實驗依據(jù)，對革蘭陰性菌感染所致的多種疾病的預(yù)防和治療具有重要意義。