基于TGF-β/Smads信號通路探討中醫(yī)藥防治心肌纖維化的研究進展

張運嬌，趙桂峰

心肌纖維化(myocardial fibrosis，MF)是指心臟成纖維細胞(cardiac fibroblasts，CFs)異常增殖，細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)合成與降解失衡而過度沉積[1]，伴心肌膠原，主要是Ⅰ型膠原(Col-Ⅰ)和Ⅲ型膠原(Col-Ⅲ)比例失調(diào)及排列紊亂的病理改變。心肌纖維化是心室重塑的病理基礎(chǔ)，引起心臟舒縮功能障礙，繼而導(dǎo)致或加重心力衰竭、心律失常，甚至引起心源性猝死。

研究發(fā)現(xiàn)，缺血缺氧、炎癥、機械應(yīng)力等因素刺激均可導(dǎo)致心肌纖維化的發(fā)生，其機制主要涉及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smads信號通路、RhoA/RhoA相關(guān)蛋白激酶(ROCK)信號通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路、核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)炎癥信號通路、氧化應(yīng)激等。研究表明上述多種因素及信號通路共同參與、相互影響，且多以TGF-β/Smads為共同途徑影響心肌纖維化，因此，調(diào)控TGF-β/Smads信號通路為防治心肌纖維化的關(guān)鍵[2]。

TGF-β是由Assoian等[3]于1983年從血小板中提取的一類超家族分子，可激發(fā)細胞多種應(yīng)答反應(yīng)，廣泛參與調(diào)控細胞的增殖、分化、凋亡、免疫等過程[4]。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1是活性最強且分布最廣的亞型，與組織纖維化關(guān)系最為密切[5]。Smads蛋白為TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中下游主要效應(yīng)分子，目前研究發(fā)現(xiàn)共有8種Smads蛋白，包括受體調(diào)節(jié)型(R-Smads)：Smad 1、Smad 2、Smad 3、Smad 5、Smad 8；共同介質(zhì)型(Co-Smads)：Smad 4；抑制型(I-Smads)：Smad 6、Smad 7[6]。活化的TGF-β1與TGF-βⅡ型受體(TβRⅡ)結(jié)合后再激活TGF-βⅠ型受體(TβRⅠ)與其結(jié)合，通過磷酸化Smad2/3蛋白并與Smad4形成復(fù)合體，繼而發(fā)生核轉(zhuǎn)位以調(diào)控相關(guān)基因如Col-Ⅰ、Col-Ⅲ的表達。Smad7則通過與TβRⅠ結(jié)合，與R-Smads發(fā)生競爭，對心肌纖維化起負反饋調(diào)節(jié)作用。TGF-β/Smads通路調(diào)控著心肌纖維化的進展。

近年來，研究發(fā)現(xiàn)多種中藥可通過調(diào)控TGF-β/Smads通路改善心肌纖維化，且以多靶點、多層次的特點展現(xiàn)出廣闊的開發(fā)前景。心肌纖維化貫穿于諸多心系疾病中，歸屬于中醫(yī)學(xué)“胸痹”“心痛”“心悸”等范疇。因其病程長，久病致虛，久病致瘀，心肌纖維化中醫(yī)病機總屬本虛標(biāo)實，本虛即氣血陰陽虧虛，標(biāo)實多為瘀血、痰濁、熱毒等。祁軼斐等[7]認為正虛血瘀為心肌纖維化主要病機，治療上應(yīng)扶正化瘀。楊雪卿等[8]將心肌纖維化歸屬于中醫(yī)學(xué)“絡(luò)病”范疇，病機概括為脈絡(luò)空虛、痰凝瘀結(jié)、積而成毒、絡(luò)風(fēng)內(nèi)動，治療應(yīng)以“通絡(luò)”為第一要務(wù)。柳金英等[9]認為心肌纖維化乃久積不解、瘀毒內(nèi)結(jié)、損傷血絡(luò)，活血解毒應(yīng)為貫穿心肌纖維化治療過程的重要方法之一。故而中醫(yī)防治心肌纖維化多從益氣溫陽、活血解毒、祛風(fēng)通絡(luò)、理氣化痰立法。現(xiàn)分別從中藥單體及有效組分、中藥復(fù)方、中成藥及中藥注射劑4個方面進行總結(jié)。

1 中藥單體及有效組分

研究發(fā)現(xiàn)部分中藥單體及有效組分可能直接抑制TGF-β/Smads信號通路或間接通過AMP活化蛋白激酶(AMPK)、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等不同靶點調(diào)控該通路發(fā)揮防治心肌纖維化的作用。

AMPK是調(diào)節(jié)生物能量代謝的關(guān)鍵分子，與TGF-β信號傳導(dǎo)途徑存在交互串?dāng)_[10]，TGF-β可激活轉(zhuǎn)化生長因子β-激活激酶1(TAK1)而促進AMPK活化，AMPK的激活又可抑制TGF-β介導(dǎo)的Smads通路，共同影響心肌纖維化。黃芩苷為清熱燥濕中藥黃芩的主要成分，具有抗炎、保護血管內(nèi)皮等作用。Xiao等[11]通過腹主動脈縮窄壓力超負荷大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷可通過激活A(yù)MPK，抑制TGF-β、Smad4表達及Smad2/3磷酸化，并通過大鼠心臟成纖維細胞體外培養(yǎng)加入AMPK選擇性抑制劑證實黃芩苷可誘導(dǎo)AMPK與轉(zhuǎn)錄共激活因子p300相互作用，減少Smad3核轉(zhuǎn)位，抑制TGF-β/Smads通路細胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低Col-Ⅰ、Col-Ⅲ、纖維連接蛋白(FN)及結(jié)締組織生長因子(CTGF)蛋白表達。心肌纖維化被認為是糖尿病性心肌病(DCM)的初始病理變化，活血止痛中藥姜黃分離的天然多酚姜黃素具有抗糖尿病的作用。Guo等[12]應(yīng)用姜黃素分別處理糖尿病大鼠及高葡萄糖體外培養(yǎng)的人心臟成纖維細胞，發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠降低TGF-β1產(chǎn)生，減少AMPK磷酸化，下調(diào)TβRⅡ，并增加Smad7表達，抑制Smad2/3磷酸化，減少Col-Ⅰ和Col-Ⅲ沉積。AMPK激活及抑制與否，可能與不同疾病或疾病不同時期有關(guān)，有待進一步研究。

TGF-β過表達可進一步激活MAPK家族成員ERK1/2，增強心臟成纖維細胞增殖，促進間質(zhì)纖維化[13]。人參皂苷Rb1是中藥人參有效成分之一，具有抗炎、抗氧化、改善脂代謝等作用。Zheng等[14]采用腹主動脈縮窄術(shù)誘導(dǎo)大鼠心力衰竭模型，予人參皂苷Rb1高低兩種劑量灌胃8周，發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1可改善心肌纖維化的病理變化，高劑量顯著下調(diào)TGF-β1和核Smad2/3蛋白水平，同時抑制ERK通路并激活蛋白激酶B(Akt)通路，增強GLUT4介導(dǎo)的葡萄糖攝取，恢復(fù)線粒體功能，減輕心肌纖維化和心室重塑。Shao等[15]應(yīng)用化痰平喘中藥馬兜鈴乙酸乙酯提取物，予腹主動脈縮窄心肌纖維化大鼠模型腹腔注射4周，結(jié)果顯示該成分可抑制TGF-β/Smads和ERK通路，降低FN表達，抑制心臟成纖維細胞增殖。ECM過度沉積，一方面來自心臟成纖維細胞增殖，另一方面來自內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)[16]，在這一生物學(xué)過程中，內(nèi)皮細胞失去其蛋白表型(如CD31、CD34)而獲得間充質(zhì)細胞表型表達[如α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)、Col-Ⅰ]，TGF-β/Smads通路激活可促進該過程。Jiang等[17]應(yīng)用異丙腎上腺素建立心肌纖維化小鼠模型，發(fā)現(xiàn)吳茱萸堿可降低TGF-β1、Smad4表達及Smad2/3磷酸化水平，減少ERK和Akt活化，CD34、CD31表達增加，α-SMA表達減少，提示吳茱萸堿可能通過直接阻斷TGF-β/Smads經(jīng)典通路和部分阻斷非Smad依賴性ERK途徑抑制EndMT以減輕心肌纖維化。

炎癥反應(yīng)與TGF-β/Smads通路密切相關(guān)，NLRP3炎性體可以增加TGF-β1/Smad3信號傳導(dǎo)[18]。Li等[19]應(yīng)用雷公藤內(nèi)酯處理壓力超負荷小鼠心室重塑模型，發(fā)現(xiàn)其通過抑制NLRP3產(chǎn)生，降低心臟炎癥介質(zhì)[白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-18(IL-18)、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)及血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)]表達，下調(diào)TGF-β1/Smad3通路，減少ECM積聚。淫羊藿苷是淫羊藿的主要活性成分之一，淫羊藿次苷Ⅱ是淫羊藿苷在腸道細菌作用下分解的主要代謝產(chǎn)物黃酮醇糖苷。Fu等[20]發(fā)現(xiàn)淫羊藿次苷Ⅱ可顯著改善高血壓大鼠左心室功能，降低左心室心肌膠原面積，其機制可能通過抑制TGF-β1/Smad2信號途徑以及炎癥通路NF-κB發(fā)揮抗心肌纖維化的作用。Tao等[21]發(fā)現(xiàn)葛根素可通過抑制MCP-1抑制巨噬細胞募集，減少TGF-β1表達及Smad2/3磷酸化，減輕心肌梗死小鼠的心肌纖維化。

氧化應(yīng)激也參與了該通路介導(dǎo)的心肌纖維化。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶是內(nèi)源性活性氧的主要細胞來源之一，可刺激TGF-β1分泌，促進心臟成纖維細胞增殖。Zhao等[22]實驗發(fā)現(xiàn)中藥鹿茸活性成分鹿茸肽sVAP32可通過破壞TGF-β1與其受體的結(jié)合阻斷下游分子Smad2/3信號傳導(dǎo)，減弱NADPH氧化酶活性，并推測該成分的3D結(jié)構(gòu)對TGF-β1受體具有高親和力，可插入TβRⅠ的“前螺旋延伸”附近，這可能是TGF-β1與TβRⅡ相互作用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域。Zhao等[23]應(yīng)用自發(fā)性高血壓大鼠模型研究芝麻素對心肌纖維化的作用，發(fā)現(xiàn)心肌組織中TGF-β1及Smad3磷酸化水平降低，Smad7表達增加，該成分同時下調(diào)p47phox(NADPH氧化酶的亞基)，上調(diào)超氧化物歧化酶(SOD)蛋白，降低丙二醛(MDA)，減輕氧化應(yīng)激損傷。

此外，尚有許多中藥單體及有效成分諸如具有攻毒功效的蛇床子提取的活性化合物蛇床子素[24]、藥食同源的大蒜活性物質(zhì)大蒜辣素[25]、息風(fēng)止痙藥鉤藤活性成分鉤藤堿[26]、溫里藥肉桂葉子提取物肉桂醛[27]、黃芪總皂苷[28]、丹參酮ⅡA[29]、積雪草酸[30]等均可通過調(diào)控TGF-β/Smads通路發(fā)揮抗心肌纖維化的作用。

2 中藥復(fù)方

辨證配伍施治的中藥復(fù)方在干預(yù)該通路防治心肌纖維化的研究也取得了一定進展。通過益氣活血、益氣養(yǎng)陰、解毒散瘀、溫陽利水、回陽救逆等治法可改善高血壓性心力衰竭、糖尿病性心肌病、擴張型心肌病的心肌纖維化進展。氣虛血瘀為心力衰竭的主要病機，Chen等[31]觀察補陽還五湯對壓力超負荷模擬的高血壓性心力衰竭大鼠的影響，結(jié)果顯示，該方可顯著下調(diào)TβRⅠ，抑制MAPKs及Smad3磷酸化，可能通過降低促炎細胞因子白細胞介素-6(IL-6)及腫瘤壞死因子-α(TNF-α)表達抑制炎癥反應(yīng)，從而保護心臟。氣陰兩虛為糖尿病病機之本，Zhao等[32]應(yīng)用益氣養(yǎng)陰的生脈散治療2型糖尿病小鼠24周，發(fā)現(xiàn)TGF-β1蛋白表達降低，Smad2/3磷酸化減少，同時抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)的下調(diào)及金屬蛋白酶組織抑制劑-2的上調(diào)，左室舒張功能及心肌纖維化程度得到顯著改善。Sun等[33]應(yīng)用保心湯(黃芪30 g，丹參10 g，決明子6 g，茯苓10 g，連翹10 g，龜甲10 g，當(dāng)歸10 g，黨參10 g，麥冬10 g，五味子6 g)治療阿霉素制備的擴張型心肌病大鼠4周，TGF-β1、Smad3表達降低，同時下調(diào)與成纖維細胞和巨噬細胞活化相關(guān)的炎癥因子半乳糖凝集素-3，改善心肌纖維化。心力衰竭后期氣虛及陽，水濕泛濫，仲景創(chuàng)制治療“心水”之真武湯可溫陽化氣利水。劉中勇等[34]發(fā)現(xiàn)該方以劑量依賴方式下調(diào)腹主動脈結(jié)扎心力衰竭大鼠TGF-β1的表達，減少Col-Ⅰ、Col-Ⅲ沉積，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)。以附子、干姜相伍的四逆湯可回陽救逆，用治少陰寒厥之證。陳宇等[35]應(yīng)用異丙腎上腺素建立大鼠心肌纖維化模型，發(fā)現(xiàn)該方可抑制TGF-β1及ICAM-1的表達，上調(diào)抑制炎癥反應(yīng)的PPARα、PPARγ蛋白表達，改善心肌纖維化。

3 中成藥

研究發(fā)現(xiàn)，目前抑制TGF-β/Smads通路防治心肌纖維化的中成藥多集中在以治療冠心病、心力衰竭為主的藥物中。趙桂峰等[36]應(yīng)用益氣通脈、活血止痛的芪參益氣滴丸治療心肌梗死大鼠4周，病理結(jié)果顯示心肌纖維化明顯改善，心肌間質(zhì)膠原體積分數(shù)降低，同時發(fā)現(xiàn)治療后心肌組織中TGF-β1、Smad2表達下調(diào)，Smad7表達上調(diào)，調(diào)控TGF-β1/Smads通路相關(guān)因子表達可能是其發(fā)揮心臟保護作用的潛在機制之一。楊泉等[37]發(fā)現(xiàn)芪參益氣滴丸在抑制TGF-β1/Smads通路的同時，通過抑制炎性因子胞質(zhì)型磷脂酶A2釋放減輕急性心肌梗死大鼠的炎癥反應(yīng)，并且可通過下調(diào)Bax、上調(diào)Bcl-2抑制心肌細胞凋亡。冠心病心肌缺血缺氧導(dǎo)致心室重構(gòu)，可進一步引起心臟電生理學(xué)改變即“電重構(gòu)”，誘發(fā)心律失常。益氣養(yǎng)陰、活血通絡(luò)的參松養(yǎng)心膠囊是用于治療冠心病期前收縮的常用中成藥。研究發(fā)現(xiàn)參松養(yǎng)心膠囊通過抑制TGF-β/Smad信號傳導(dǎo)途徑不僅可預(yù)防壓力超負荷引起的心肌肥厚，并且可以改善糖尿病性心肌病的心肌纖維化程度[38-39]，抑制心肌纖維化可能為其發(fā)揮控制期前收縮的機制之一。通心絡(luò)膠囊組成以水蛭、全蝎、土鱉蟲、蜈蚣等蟲類藥為主，加強了逐瘀通絡(luò)之效。Wang等[40]研究通心絡(luò)膠囊對糖尿病大鼠心肌纖維化的作用，發(fā)現(xiàn)其可下調(diào)TGF-β1和Smad3蛋白水平及mRNA表達水平，上調(diào)Smad7表達，阻止Smad2/3磷酸化和TGF-β1細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。芪藶強心膠囊用于治療心力衰竭證屬陽氣虛衰、絡(luò)瘀水停者，Han等[41]發(fā)現(xiàn)該藥可抑制急性心肌梗死大鼠TGF-β1/ Smad3及NF-κB通路減輕心肌纖維化。Ma等[42]應(yīng)用心復(fù)力顆粒治療急性心肌梗死后心力衰竭大鼠，發(fā)現(xiàn)其可下調(diào)Smad2/3表達，減少Smad3磷酸化，增加Smad7表達，表現(xiàn)出與卡維地洛類似的抑制心肌纖維化的作用。

4 中藥注射劑

該研究也多集中在益氣溫陽、活血化瘀為治法的中藥注射劑。參附注射液可回陽救逆、益氣固脫，臨床多用于治療心力衰竭心陽虛衰證。Ni等[43]予心肌梗死后心力衰竭大鼠模型肌內(nèi)注射參附注射液4周后評測心臟功能和結(jié)構(gòu)變化及TGF-β/Smads通路相關(guān)因子表達情況，發(fā)現(xiàn)該注射劑可降低Smad2、Smad3表達，增加Smad7表達，心功能及心肌組織學(xué)形態(tài)得到明顯改善。Chen等[44]應(yīng)用丹紅注射液治療左前降支結(jié)扎心肌梗死大鼠，發(fā)現(xiàn)在抑制TGF-β表達的同時減少Caspase-3表達，上調(diào)Bal-2、血管內(nèi)皮生長因子表達，增加毛細血管生成，抗心肌細胞凋亡，抑制心肌纖維化進展。Zhang等[45]研究發(fā)現(xiàn)丹參注射液可減少鐵過載性心肌病小鼠模型TGF-β1表達，改善心肌纖維化，其機制可能與抑制鐵沉積、提高SOD活性、降低MDA含量、抑制氧化應(yīng)激有關(guān)。丹皮酚為清熱涼血中藥牡丹皮的有效成分，時召平等[46]觀察丹皮酚注射液對急性心肌梗死大鼠心肌纖維化的作用，實驗顯示該藥處理的心肌組織TGF-β1、Smad2 mRNA及蛋白表達降低，左心指數(shù)較模型組下降，心肌纖維化程度改善。

5 小 結(jié)

心肌纖維化是心臟在受到炎癥、氧化應(yīng)激等不良刺激時的適應(yīng)性反應(yīng)，有利于損傷修復(fù)，但過度的纖維化代償又會導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能受損，中醫(yī)藥相關(guān)基礎(chǔ)研究已展現(xiàn)出較優(yōu)越的防治心肌纖維化的作用，以其多靶點的優(yōu)勢從不同角度調(diào)控TGF-β1/Smads信號通路保護心臟。但是目前研究多處于動物或體外細胞實驗階段，雖然對中藥的開發(fā)利用提供了契機，尚需進一步臨床實驗以證實其療效及明確其分子機制。此外，多條信號通路猶如復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，各分子之間存在交互作用，在不同疾病、同種疾病不同階段以及病程進展的急慢性過程等，激活的分子通路的途徑、順序及程度亦有不同，因此，如何適時適度地調(diào)控TGF-β/Smads信號通路成為防治心肌纖維化亟待解決的問題。