黃酮類化合物抗肺動(dòng)脈高壓的研究進(jìn)展

陳 迪，方蓮花，杜冠華

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所，北京市藥物靶點(diǎn)研究與新藥篩選重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100050)

黃酮類化合物是一類植物次生代謝產(chǎn)物，廣泛存在于各種植物中，屬于多酚類化合物中研究最多的一類，目前報(bào)道的黃酮類化合物已超過9 000種[1]。黃酮是一系列以2-苯基色原酮為母核結(jié)構(gòu)的化合物，該類化合物以C6-C3-C6結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，根據(jù)其構(gòu)象的不同，可將黃酮類化合物分為黃酮醇、黃酮、異黃酮、二氫黃酮、查耳酮等。

黃酮類化合物具有抗氧化、抗炎、心血管保護(hù)、神經(jīng)保護(hù)、抗腫瘤、抗病毒、抗過敏等多種藥理作用。黃酮類化合物發(fā)揮生物學(xué)功能的主要機(jī)制包括自由基裂解作用、過渡金屬離子螯合效應(yīng)、某些存活相關(guān)基因及信號(hào)通路的激活、對(duì)線粒體功能的調(diào)節(jié)及對(duì)炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)等。由于其功能的多樣性，黃酮類化合物一直是新藥研發(fā)的熱點(diǎn)。本文將對(duì)黃酮類化合物抗肺動(dòng)脈高壓(pulmonary hypertension，PH)的作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在為PH的治療提供新的候選藥物和治療途徑。

1 PH疾病概況

PH是一種慢性的嚴(yán)重的心肺功能障礙，其病因是小肺動(dòng)脈細(xì)胞增殖和纖維化引起肺血管重構(gòu)，使管腔狹窄，進(jìn)而增加肺血管阻力，從而導(dǎo)致肺動(dòng)脈壓及右心室壓升高，右心后負(fù)荷增加，右心室壁代償性增厚，進(jìn)而導(dǎo)致右心衰竭甚至死亡。

根據(jù)目前的標(biāo)準(zhǔn)，PH主要分為五類，即動(dòng)脈性PH、左心疾病相關(guān)的PH、肺部疾病或低氧導(dǎo)致的PH、慢性血栓栓塞性PH，及其他各種原因?qū)е碌腜H[2]。盡管PH的病因不同，但不同類型的PH有著相似的病理形成過程，即由于血管收縮因子(如內(nèi)皮素-1)與血管擴(kuò)張因子(如一氧化氮、前列環(huán)素)或內(nèi)皮源性的超極化因子之間的失衡導(dǎo)致的血管收縮、微血栓的形成及血管重構(gòu)[3]。

在PH的發(fā)病過程中，氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)均發(fā)揮著關(guān)鍵作用。臨床上已批準(zhǔn)的PH治療藥物主要靶向與肺血管功能失調(diào)相關(guān)的信號(hào)通路，且目前針對(duì)PH的治療策略為在診斷期間聯(lián)合用藥，以達(dá)到有效改善患者生存質(zhì)量、延長生存時(shí)間的目的[2]。

2 黃酮類化合物從多角度發(fā)揮對(duì)心肺結(jié)構(gòu)和功能的保護(hù)作用

黃酮類化合物具有抗氧化應(yīng)激、減輕炎癥反應(yīng)、抑制血栓形成及改善內(nèi)皮功能的作用[4]，并有效延緩PH的病理進(jìn)程，乃至逆轉(zhuǎn)PH的病理改變[5]，有望成為防治PH更為有效的天然藥物。下文將從多角度闡述黃酮類化合物對(duì)心肺功能的保護(hù)作用，以揭示其防治PH的作用機(jī)制。

2.1阻止和逆轉(zhuǎn)肺纖維化肺纖維化常見于PH患者中，由肺組織中一系列細(xì)胞和結(jié)構(gòu)的病變導(dǎo)致。有研究證明，槲皮素在博來霉素誘導(dǎo)的BEAS-2B人正常肺上皮細(xì)胞中，可通過激活Nrf2信號(hào)通路，發(fā)揮調(diào)節(jié)氧化平衡的作用，且每日攝入一定量的槲皮素，通過調(diào)節(jié)氧化平衡、減輕炎癥反應(yīng)，改善特發(fā)性肺纖維化患者的疾病進(jìn)程[6]。

2.2對(duì)肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(pulmonaryarterialendothelialcells,PAECs)的作用正常生理狀態(tài)下，機(jī)械刺激剪切應(yīng)力和乙酰膽堿、卡巴膽堿等激動(dòng)劑所引起的內(nèi)皮層一氧化氮的釋放，在肺動(dòng)脈張力的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在各種類型的PH患者中，均可見內(nèi)皮依賴舒張功能的失調(diào)，這一失調(diào)一定程度上與內(nèi)皮損傷有關(guān)。內(nèi)皮發(fā)生損傷后，內(nèi)皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)不能正常發(fā)揮作用，導(dǎo)致一氧化氮釋放降低[7]。染料木素是一種來源于大豆具有異黃酮母核的化合物，具有類雌激素樣作用。有研究表明，染料木素可激活雌激素受體，進(jìn)而激活PI3K-Akt/eNOS信號(hào)通路，從而增強(qiáng)PH大鼠肺動(dòng)脈eNOS的活性[8]，維持一氧化氮誘導(dǎo)的血管舒張作用。

正常生理狀態(tài)下，血管內(nèi)膜分隔了平滑肌層和血液，阻止血液中的細(xì)胞及細(xì)胞因子的外滲，為維持血管穩(wěn)態(tài)建立了完整的細(xì)胞屏障。在PH患者中，均可見內(nèi)皮層損傷，內(nèi)皮細(xì)胞通過內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial-to-mesenchymal transition, EndMT)在內(nèi)皮功能障礙這一病理過程中發(fā)揮作用。在EndMT過程中，內(nèi)皮細(xì)胞逐漸由內(nèi)皮表型轉(zhuǎn)化為間質(zhì)樣或肌成纖維細(xì)胞母細(xì)胞樣表型，細(xì)胞間連接逐漸丟失，獲得侵襲和遷移能力，逐漸遷移至周圍組織，從而導(dǎo)致血管病變處平滑肌樣細(xì)胞的積累。研究表明，葛根素可通過抑制EndMT過程，影響橫向主動(dòng)脈縮窄手術(shù)后小鼠心肌的纖維化，并能抑制TGF-β1誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞EndMT過程[9]。另有研究證明，黃芩苷在野百合堿(monocrotaline, MCT)誘導(dǎo)的大鼠PH模型中，可抑制PAECs的EndMT過程[10]。

2.3對(duì)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonaryarterysmoothmusclecells，PASMCs)的作用PASMCs是血管中膜的主要組成部分，是調(diào)節(jié)血管功能的重要組分。在PH的病理過程中，均可見PASMCs增殖的進(jìn)行性增加及對(duì)凋亡的耐受，導(dǎo)致肺動(dòng)脈中膜增厚。有研究證明，槲皮素在實(shí)驗(yàn)性PH大鼠模型中，可明顯降低肺血管中增殖細(xì)胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)和Ki67的表達(dá)，PCNA和Ki67均為細(xì)胞增殖標(biāo)志性蛋白，可作為檢測細(xì)胞增殖狀況的指標(biāo)，槲皮素可明顯抑制PASMCs的增殖，并誘導(dǎo)其凋亡，從而從抑制增殖和促進(jìn)凋亡兩方面，減少PASMCs的增多[11]。另有研究表明，染料木素也可在低氧誘導(dǎo)的PH大鼠中抑制其肺小動(dòng)脈PCNA的表達(dá)[12]，從而發(fā)揮抑制PASMCs異常增殖，延緩血管重構(gòu)的作用。

在PH過程中，除PASMCs增殖這一病理改變外，也存在PASMCs收縮能力的增強(qiáng)。穩(wěn)心草為藤科金絲桃屬植物，民間多用于心臟病的治療，研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)心草黃酮類化合物具有降低PASMCs中Ca2+濃度的作用，并能降低PASMCs外血管緊張素Ⅱ的濃度，抑制PASMCs增殖[13]，從而降低其收縮能力，并改善肺動(dòng)脈血管的異常增厚。

整合素是一種促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)黏附的蛋白，發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)移的作用。槲皮素可明顯降低PASMCs中整合素的水平，提示其具有抑制PASMCs遷移的作用。槲皮素還可通過降低PCNA，從而抑制PASMCs的增殖，并能誘導(dǎo)其凋亡和自噬反應(yīng)[11,14]。異槲皮素除降低PCNA表達(dá)外，還可通過抑制一些細(xì)胞周期蛋白如cyclinD1和CDK，將PASMCs的細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期，從而抑制其增殖[15]。

2.4減輕肺血管重構(gòu)PH病理過程的核心環(huán)節(jié)是肺動(dòng)脈血管的重構(gòu)過程，該過程涉及肺動(dòng)脈壁正常的結(jié)構(gòu)和功能的改變，包括肌型的肺動(dòng)脈進(jìn)一步肌化，外周血管、正常生理?xiàng)l件下，非肌型的血管以及呼吸腺泡周圍血管的肌化，新生內(nèi)膜及叢狀病變的形成。這些病變發(fā)生的基礎(chǔ)及促進(jìn)因素為血管壁各層細(xì)胞肥大、增殖、遷移以及對(duì)凋亡的耐受。

肺泡缺氧及血管活性物質(zhì)如一氧化氮、5-羥色胺、內(nèi)皮素-1的失衡，均可導(dǎo)致肺血管收縮，長期的肺血管收縮及體內(nèi)血栓均可引起肺血管重塑[11]。肺動(dòng)脈血管主要由外膜、中膜及內(nèi)膜3層構(gòu)成，在肺血管重塑的過程中，肺動(dòng)脈的3個(gè)層細(xì)胞均產(chǎn)生明顯的病理變化，共同引起管腔狹窄和阻塞，促進(jìn)PH的發(fā)展。有研究表明，黃芩素可明顯緩解PH大鼠肺動(dòng)脈管腔的狹窄和縮小，明顯降低肺動(dòng)脈壁厚，對(duì)肺血管重構(gòu)表現(xiàn)明顯的抑制作用，從而有效緩解肺動(dòng)脈壓的升高，延緩PH的進(jìn)程[16]。

2.5減輕炎癥反應(yīng)PH是以血管收縮、血管重塑和微血栓為特征的進(jìn)行性和多因素的疾病。在PH過程中，由于血管周圍炎性細(xì)胞的積累，以及循環(huán)促炎性細(xì)胞因子的增加，炎癥在這一病理過程中起著重要作用[9]。研究表明，黃芩苷通過抑制Toll樣受體調(diào)節(jié)的信號(hào)通路及下游的NF-κB信號(hào)通路，從而降低肺部炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6及黏附分子ICAM-1的表達(dá)，從而有效減輕肺部的炎癥和病理損傷[17]。

2.6抑制右心重構(gòu)由于肺動(dòng)脈壓力的升高，右心室射血困難，隨著疾病的發(fā)展，右心室壁代償性增厚，發(fā)生心室重構(gòu)，這一過程主要由心肌細(xì)胞的肥大及纖維化導(dǎo)致。在各種類型的PH大鼠中，均可見右心室肥厚指數(shù)即RV/(LV+S)的比例明顯上升及右心肥大，有研究證明，預(yù)先給予染料木素可明顯延緩MCT誘導(dǎo)的PH的發(fā)展。近年來，又證明了染料木素對(duì)MCT誘導(dǎo)的大鼠PH具有治療作用，染料木素可有效改善右心室壁的增厚及右心室腔的肥大，阻止疾病由PH向右心衰竭轉(zhuǎn)化[5]。

此外，在不患有冠心病的PH患者中也發(fā)現(xiàn)了右心室心肌缺血，這一現(xiàn)象可能是由右心室毛細(xì)血管密度降低導(dǎo)致。染料木素可有效增加MCT誘導(dǎo)的PH大鼠右心室毛細(xì)血管密度，逆轉(zhuǎn)右心重構(gòu)，維持右心結(jié)構(gòu)和功能的正常[5]。

2.7對(duì)心臟血流動(dòng)力學(xué)特征的改善作用與右心收縮功能相關(guān)的心臟血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括：心率、右心室最大壓力上升速率、右心室最大壓力下降速率、右心室收縮壓(right ventricular systolic pressure, RVSP)及右心射血分?jǐn)?shù)。在較為嚴(yán)重的PH動(dòng)物模型及患者中，這些參數(shù)均發(fā)生明顯改變，提示右心功能的衰退。染料木素可有效改善MCT誘導(dǎo)的PH大鼠心臟的血流動(dòng)力學(xué)特征[5]，降低疾病動(dòng)物的死亡率。

2.8抗氧化作用黃酮類化合物是多酚類化合物的一個(gè)亞類，其分子結(jié)構(gòu)中包括酚羥基結(jié)構(gòu)，因此這類化合物具有明顯的抗氧化作用。黃酮類化合物除其直接的抗氧化活性外，還可通過其他途徑發(fā)揮抗氧化作用，如酶的翻譯后調(diào)節(jié)與基因的誘導(dǎo)，包括直接清除活性氧(reactive oxygen species, ROS)、抑制ROS的生成、誘導(dǎo)抗氧化酶等。

在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校訰OS水平增加為主要特征的氧化應(yīng)激可以促進(jìn)PH病程的發(fā)展及繼發(fā)的右心室重構(gòu)，ROS可介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的增加，從而導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞收縮增強(qiáng)、肺動(dòng)脈收縮壓升高，進(jìn)而引起血管損傷。

在PH大鼠中，氧化應(yīng)激和炎性標(biāo)志物的上升往往伴隨著誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的上調(diào)及eNOS的下調(diào)，柚皮素可有效逆轉(zhuǎn)這一過程[18]，對(duì)肺血管呈現(xiàn)保護(hù)作用。葡萄籽原花青素提取物(grape seed procyanidin extract, GSPE)可有效降低低氧誘導(dǎo)的PH大鼠PASMCs中的ROS水平。此外，GSPE也可明顯上調(diào)肺組織與血清中超氧化物歧化酶的水平，下調(diào)丙二醛的水平，減輕PH大鼠體內(nèi)的氧化應(yīng)激損傷[19]。

Tab 1 Mechanisms of flavonoids against pulmonary hypertension

2.9對(duì)線粒體功能的影響代謝理論已被認(rèn)為是PH發(fā)病的潛在根源，越來越多的證據(jù)表明，線粒體功能障礙的過程涉及電子傳遞鏈的主要蛋白質(zhì)、氧化還原相關(guān)酶、質(zhì)子梯度及鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)因子、細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)因子及自噬。線粒體功能障礙會(huì)導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生增多以及抗氧化應(yīng)激能力下降，最終將導(dǎo)致線粒體功能受損，并通過線粒體自噬過程將受損的線粒體清除。在這一病理過程中，由于線粒體功能受損，細(xì)胞有氧代謝發(fā)生障礙，細(xì)胞只能通過糖酵解產(chǎn)生能量，而糖酵解可促進(jìn)線粒體內(nèi)膜超極化，促進(jìn)抗凋亡細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)凋亡的耐受，這也是推動(dòng)PH病理進(jìn)程的重要因素之一。

有研究證明，葛根素可通過降低線粒體膜電位，誘發(fā)細(xì)胞色素C、caspase-9的釋放及上調(diào)Bax/Bcl-2基因的比例，從而誘導(dǎo)PASMCs的凋亡，有效改善PASMCs在低氧條件下對(duì)凋亡的耐受[20]。另有研究表明，類黃酮類化合物表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate，EGCG)可通過增加線粒體融合蛋白的表達(dá)，促進(jìn)線粒體融合，從而降低PASMCs中線粒體的數(shù)量，發(fā)揮抑制PASMCs增殖的作用[21]。

3 抗PH作用的黃酮類化合物研究概況

不同結(jié)構(gòu)類型的黃酮類化合物抗PH作用機(jī)制的分析歸納結(jié)果見Tab 1。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，黃酮類化合物可從多角度對(duì)不同類型的PH發(fā)揮治療作用。不僅延緩其病程的發(fā)展，有些黃酮類化合物還可有效逆轉(zhuǎn)PH的病理過程。黃酮類化合物的這一藥效特點(diǎn)符合目前臨床上對(duì)于PH的治療策略，即在診斷期間采用多種機(jī)制用藥。鑒于目前臨床上針對(duì)PH的藥物均為靶向某一特定機(jī)制，黃酮類化合物藥理作用的多樣性可能為研發(fā)抗PH的藥物提供新的思路。但目前針對(duì)黃酮類化合物抗PH的研究依然有限，還需深入研究發(fā)現(xiàn)更多的活性化合物并明確其作用機(jī)制。