黃芪甲苷治療心肌梗死后慢性心力衰竭機(jī)制的研究進(jìn)展

徐韞妍，方祝元

心肌梗死是由于冠狀動脈持續(xù)供血不足引起心肌缺血缺氧，最終導(dǎo)致心肌壞死的疾病，其發(fā)病快、致死率高，近年來已成為我國心血管疾病的主要死亡原因[1]。心力衰竭是心肌梗死的主要并發(fā)癥，指心臟收縮或舒張功能障礙，以致心排血量降低不能滿足機(jī)體代謝需要導(dǎo)致的一系列綜合征，主要臨床表現(xiàn)為氣促、乏力、心悸、下肢水腫等，嚴(yán)重危害人類生命健康。黃芪甲苷(Astragaloside Ⅳ，As-Ⅳ)是中藥黃芪的主要活性成分之一，既往研究表明，As-Ⅳ具有心臟保護(hù)、調(diào)節(jié)免疫、缺血保護(hù)、抗炎、抗腫瘤和抗病毒等作用[2]?，F(xiàn)綜述As-Ⅳ治療心肌梗死后慢性心力衰竭機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展。

1 保護(hù)心肌細(xì)胞

1.1 維持心肌細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) Ca2+是心肌細(xì)胞產(chǎn)生興奮-收縮耦聯(lián)的重要媒介，心力衰竭常伴隨心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+調(diào)控異常。有研究表明，Ca2+通過位于心肌細(xì)胞膜的L型鈣通道(L-type calcium channel，LTCC)向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散，而肌漿網(wǎng)上Ryanodine(RyR)受體及心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶2a(sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase 2a，SERCA2a)分別將Ca2+從肌漿網(wǎng)內(nèi)釋放和回收，三者協(xié)同維持心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)[3]。有研究顯示，曲美他嗪聯(lián)合As-Ⅳ灌胃治療的心力衰竭模型犬較曲美他嗪組心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+平均熒光強(qiáng)度顯著降低，SERCA2amRNA表達(dá)增加，表明As-Ⅳ可能通過上調(diào)SERCA2a基因表達(dá)，增加Ca2+回流，防止細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載，從而維持心肌舒張功能[4]。趙美瞇等[5]研究顯示，As-Ⅳ可明顯抑制經(jīng)LTCC的Ca2+內(nèi)流，在無鈣外液條件下，As-Ⅳ處理可升高[Ca2+]i，提示As-Ⅳ可能通過抑制LTCC減少細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流、激活RyR受體促進(jìn)內(nèi)鈣釋放，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣保持穩(wěn)態(tài)，維持心肌生理功能。

1.2 抑制心肌細(xì)胞凋亡 鈣敏感受體(calcium sensing receptor，CaSR)廣泛存在于包括心臟在內(nèi)的人體組織中，參與細(xì)胞凋亡等多個生理過程[6]。缺血/再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)時CaSR通過激活c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)通路引起心肌細(xì)胞凋亡[7]。Yin等[8]研究顯示，As-Ⅳ預(yù)處理可顯著降低CaSR表達(dá)，減少I/R大鼠心肌細(xì)胞凋亡，提高細(xì)胞活力，這種作用被CaSR激動劑氯化釓(GdCl 3)部分抑制，提示As-Ⅳ可能通過抑制CaSR表達(dá)而抑制I/R心肌細(xì)胞凋亡。生長阻滯特異轉(zhuǎn)錄物5(growth arrest-specific transcript 5，GAS5)是一種長鏈非編碼RNA，與糖皮質(zhì)激素競爭結(jié)合糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)，從而抑制GR敏感的下游靶基因轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[9]。Du等[10]研究表明，As-Ⅳ預(yù)處理的H9c2細(xì)胞內(nèi)lncRNA GAS5表達(dá)下降，明顯減輕了缺氧損傷，表明As-Ⅳ可能通過下調(diào)lncRNA GAS5抑制缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。GATA-4是一種心臟基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，在人體心肌細(xì)胞中高度表達(dá)，心臟GATA-4缺失可提高心肌細(xì)胞凋亡水平[11]。Yang等[12]運用As-Ⅳ處理I/R損傷的H9c2細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，與對照組比較，實驗組GATA-4基因表達(dá)及生存因子表達(dá)均上調(diào)，而凋亡和自噬相關(guān)基因受到抑制，這一現(xiàn)象在沉默GATA-4表達(dá)后消失，提示As-Ⅳ心肌保護(hù)作用可能是由GATA-4介導(dǎo)的。B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)家族蛋白質(zhì)通過調(diào)控線粒體外膜的完整性控制細(xì)胞內(nèi)源性線粒體凋亡途徑，其中，Bcl-2相關(guān)蛋白X(Bcl-2-associated X protein，Bax)等誘導(dǎo)凋亡的蛋白通過促進(jìn)線粒體外膜滲透破壞線粒體，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[13]，而Bcl-2通過與線粒體外表面及與促凋亡亞族Bax結(jié)合抑制細(xì)胞凋亡[14]，故Bax/Bcl-2比值認(rèn)為是細(xì)胞易凋亡的指標(biāo)[15]。多項研究顯示，經(jīng)As-Ⅳ處理的心肌細(xì)胞內(nèi)Bax/Bcl-2比值下降，細(xì)胞凋亡減少，且該效應(yīng)呈濃度依賴性，證實As-Ⅳ通過抑制Bax介導(dǎo)的通路抑制心肌細(xì)胞凋亡[16-18]。

2 抑制心臟纖維化

心肌纖維化是細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)及受損組織中成纖維細(xì)胞過度累積的表現(xiàn)，急性局灶性纖維化瘢痕可幫助心肌愈合并防止心臟破裂，慢性彌漫性纖維化可破壞心肌結(jié)構(gòu)，引起心臟機(jī)械、電和血管功能障礙，從而促進(jìn)心力衰竭發(fā)展[19]。轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smads通路(Smads)在心肌纖維化過程中發(fā)揮著重要作用。TGF-βⅡ型受體(TβRⅡ)通過配體TGF-β與TGF-βⅠ型受體(TβRⅠ)結(jié)合后，激活TβRⅠ激酶，使下游的受體相關(guān)Smads(receptor-associated Smads，R-SMADs)如smad2/3蛋白磷酸化并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中促使纖維化基因過表達(dá)發(fā)揮促纖維化作用[20]。Zheng等[21]研究顯示，采用芪參益氣丸(主要成分含As-Ⅳ)對I/R模型大鼠灌胃治療后能明顯下調(diào)TGF-β和Smad3水平，且Masson染色顯示心肌纖維化程度顯著低于對照組，提示As-Ⅳ可能通過抑制TGF-β/Smads通路發(fā)揮抗纖維化作用。炎癥在心肌纖維化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。Wan等[22]研究表明，As-Ⅳ經(jīng)腸道菌群轉(zhuǎn)化后的主要代謝產(chǎn)物環(huán)黃芪醇(cycloastragenol，CAG)不僅能下調(diào)異丙腎上腺素(isoprenaline，ISO)處理后小鼠心臟TGF-β mRNA含量，還能下調(diào)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide binding oligomerization domain like receptor protein 3，NLRP3)及下游白細(xì)胞介素6(IL-6)等炎癥相關(guān)因子mRNA表達(dá)，心臟膠原沉積減少，且該效應(yīng)呈劑量依賴性，表明As-Ⅳ通過抑制NLRP3炎性小體途徑抑制心肌纖維化。

瞬時受體電位M7(transient receptor potential melastatin 7，TRPM7)通道是心肌成纖維細(xì)胞唯一的鈣通道蛋白，其表達(dá)增加導(dǎo)致細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)Ⅰ型、Ⅲ型膠原表達(dá)，是心肌纖維化發(fā)生發(fā)展的重要因子[23]，上游調(diào)控因子微小RNA-135a(micro RNA-135a，miR-135a)表達(dá)水平升高可抑制TRPM7表達(dá)，從而抑制心肌纖維化[24]。Wei等[25]采用As-Ⅳ灌胃處理ISO誘導(dǎo)的心肌纖維化大鼠模型，結(jié)果顯示心?、裥湍z原和α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)表達(dá)均下降，同時miR-135a水平顯著升高而TRPM7降低，并伴有TGF-β/Smads通路抑制，該研究首次證明TGF-β與TRPM7之間可能存在正反饋，提示As-Ⅳ可能通過miR-135a/TRPM7/TGF-β/Smads通路抑制心肌纖維化。

3 改善心臟血液循環(huán)

心肌梗死發(fā)生后，心肌細(xì)胞大量壞死同時伴有血管損傷，進(jìn)一步加重心臟缺血，最終導(dǎo)致心功能受損[26]，故恢復(fù)心肌梗死病人心臟血液供應(yīng)是治療重點。心臟血管新生可提高心肌梗死區(qū)域血液供應(yīng)和心肌缺血缺氧，有利于病人預(yù)后。

3.1 促進(jìn)心臟血管再生

3.1.1 磷酸酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)/磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/Akt通路 PTEN/PI3K/Akt信號通路在血管生成中發(fā)揮著重要作用?；罨腜I3K及靶標(biāo)Akt磷酸化形式均能提高血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)水平從而促進(jìn)血管生成[27]。第10號染色體上缺失的PTEN是一種腫瘤抑制因子，可抑制PI3K/Akt信號通路。有研究表明，As-Ⅳ灌胃處理的心肌梗死大鼠心肌微血管形成較模型組明顯增多，同時伴有PTEN水平下降，磷酸化PI3K和Akt水平升高，而在體外實驗中，這一效應(yīng)被慢病毒高表達(dá)PTEN拮抗，表明抑制PTEN從而激活PI3K/Akt信號通路可能是As-Ⅳ促進(jìn)心肌梗死后血管再生的機(jī)制之一[28]。

3.1.2 JAK/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)通路 STAT3是血管形成的正向調(diào)節(jié)因子[29]，由Janus激酶(Janus kinase，JAK)激活后轉(zhuǎn)導(dǎo)血管生成信號[30]。Sui等[31]研究采用黃芪注射液對左冠狀動脈結(jié)扎心力衰竭大鼠模型進(jìn)行灌胃治療，血管造影顯示實驗組心臟血管密度明顯增加，且JAK和STAT3磷酸化水平均提高。內(nèi)皮源性一氧化氮合酶(endothelial-derived nitric oxide synthase，eNOS)來源的一氧化氮(nitric oxide，NO)是導(dǎo)致動脈生成和穩(wěn)定血管生成通路的第二信使[32]。Wang等[33]研究顯示，As-Ⅳ對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVEC)增殖、遷移和管狀形成均有促進(jìn)作用，且誘導(dǎo)JAK2、STAT3及eNOS磷酸化，而JAK2抑制劑AG490可明顯抑制上述結(jié)果，提示As-Ⅳ可能通過激活JAK2/STAT3通路促進(jìn)心肌梗死后血管生成。

3.1.3 蛋白激酶D1(protein kinase D1，PKD1)/組蛋白去乙?；?(histone deacetylase 5，HDAC5)通路 PKD1/HDAC5通路在VEGF調(diào)控血管生成中發(fā)揮重要作用。Yang等[34]研究發(fā)現(xiàn)，As-Ⅳ注射治療心肌梗死模型大鼠，與模型組相比心肌細(xì)胞顏色淺、排列紊亂的現(xiàn)象明顯減輕，且逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)、免疫組化、免疫印跡法(Western Blotting)證明PKD1/HDAC5、VEGF蛋白表達(dá)及mRNA水平均上調(diào)，該效應(yīng)能被PKD1阻滯劑CID755673阻斷，表明As-Ⅳ可能通過PKD1/HDAC5/VEGF通路介導(dǎo)心肌梗死心臟血管生成。

3.1.4 缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia induced factor，HIF-1α) HIF-1α是機(jī)體對缺氧的重要應(yīng)答機(jī)制，在慢性缺氧側(cè)支循環(huán)形成中發(fā)揮重要作用。李軍昌等[35]采用As-Ⅳ連續(xù)21 d，2 mg/(kg·d)腹腔給藥心肌梗死小鼠，發(fā)現(xiàn)實驗組小鼠梗死區(qū)及缺血區(qū)面積明顯減小，梗死周邊新生血管密度、HIF-1α及下游VEGF表達(dá)顯著增加，提示As-Ⅳ可能通過促進(jìn)HIF-1α表達(dá)促進(jìn)血管新生。

3.2 改善血管舒縮 NO是重要的血管舒張因子，有研究顯示，As-Ⅳ在穴位導(dǎo)入及體外實驗中可提高微血管舒縮活動振幅，改善皮下及心臟微循環(huán)狀態(tài)，其機(jī)制可能與NO及血管收縮因子內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)分泌增加有關(guān)[36]。As-Ⅳ可能通過改善血管內(nèi)皮功能障礙提高動脈內(nèi)皮依賴性舒張功能，其機(jī)制可能是As-Ⅳ促進(jìn)eNOS產(chǎn)生的NO水平升高[37]。上述研究均表明As-Ⅳ通過改善血管舒縮功能而維持心臟血液循環(huán)。

4 改善心肌細(xì)胞能量代謝

心臟對能量需求較高，超過95%的能量來自三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)，其余來自糖酵解。超過60%的ATP來自游離脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FA)氧化[38]，F(xiàn)FA是心臟能量的主要來源。終末期心力衰竭中，心臟代謝底物由FFA的氧化轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟堑臒o氧酵解[39]，而糖酵解釋放能量少，不能滿足心臟需求。Tang等[40]動物實驗研究表明，As-Ⅳ能上調(diào)心力衰竭大鼠心肌FFA氧化的關(guān)鍵酶——中鏈酰輔酶A脫氫酶(medium-chain acyl-CoA dehydrogenase，MCAD)和肌肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(muscle carnitine palmitoyl transferase-1，MCPT-1)及其調(diào)控因子——核因子過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator-activated receptor alpha，PPARα)蛋白表達(dá)及mRNA水平，且治療組大鼠血清和心肌FFA濃度明顯降低。許放等[41]研究顯示，As-Ⅳ可能顯著減少ISO誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞中FFA表達(dá)，同時增加ATP/單磷酸腺苷(adenosine monophosphate，AMP)比值，上述結(jié)果均提示As-Ⅳ能改善心肌能量代謝從而改善心功能。

5 改善血管內(nèi)皮功能

內(nèi)皮功能障礙是心力衰竭的重要伴發(fā)特征，是病情惡化的獨立預(yù)測因子[42]，內(nèi)皮促炎狀態(tài)是重要特征之一。內(nèi)皮細(xì)胞表面的凝集素樣氧化型低密度脂蛋白受體(lectin-like oxidized LDL receptor，LOX-1)被血液氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)激活后誘導(dǎo)NLRP3炎性小體激活，從而導(dǎo)致內(nèi)皮炎癥。Qian等[43]研究顯示，經(jīng)As-Ⅳ處理的小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙明顯減輕，且As-Ⅳ以濃度依賴方式抑制ox-LDL誘導(dǎo)的LOX-1表達(dá)及下游NLRP3炎性小體激活，提示As-Ⅳ可能通過抑制LOX-1/NLRP3途徑改善血管內(nèi)皮功能。

Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)存在于微血管內(nèi)皮細(xì)胞及心肌細(xì)胞，其下游核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)炎癥反應(yīng)信號通路的激活促進(jìn)血管黏附和炎癥細(xì)胞激活，從而導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙。有研究顯示，As-Ⅳ在體內(nèi)外實驗中均可抑制高糖誘導(dǎo)的NF-κBp65核轉(zhuǎn)位，降低TLR4 mRNA表達(dá)，阻斷TLR4/NF-κB信號通路改善內(nèi)皮功能[37]。

6 小 結(jié)

綜上所述，As-Ⅳ通過保護(hù)心肌細(xì)胞、抑制心肌纖維化、改善心臟血液循環(huán)、心肌細(xì)胞能量代謝及血管內(nèi)皮功能等多方面發(fā)揮改善心肌梗死后心功能的作用，在傳統(tǒng)心力衰竭藥物治療基礎(chǔ)上起到輔助和補(bǔ)充作用，其藥理作用處于實驗研究階段，治療心血管疾病方面具有廣闊的研究前景，值得進(jìn)一步深入研究。