羥基紅花黃色素A改善心臟和腦部疾病的研究進展

劉小甜，張佩林，李 萍，聞曉東，李 藝

（中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院生藥學(xué)系，江蘇南京210009）

菊科植物紅花（Carthamus tinctoriusL.）是一年生草本，其花和種子在中國、韓國、日本和其他亞洲國家被作為傳統(tǒng)草藥廣泛用于治療各種疾病，如婦科疾病、心腦血管疾病以及骨質(zhì)疏松癥［2］。此外，因其花中含有紅色和黃色色素而被廣泛用于紡織和烹飪行業(yè)中［1］。中藥紅花是植物紅花的干燥花，主產(chǎn)于河南、甘肅、四川、新疆等地，采收季節(jié)為夏季?；ㄓ牲S變紅時，摘取管狀花，陰干或微火烘干。性溫味辛，入心、肝經(jīng)，具有散瘀止痛，活血通經(jīng)的功效，中醫(yī)臨床上常將其用于類風濕關(guān)節(jié)炎、慢性支氣管炎、胃炎、腎炎等炎癥性疾?。?］及急性缺血性腦卒中、心肌缺血、阿爾茨海默病等心腦血管疾病的治療［4］。

紅花黃色素是從紅花中提取的主要水溶性活性成分［5］，羥基紅花黃色素A（Hydroxysafflor yellow A，HSYA）是其中的主要成分，在注射用紅花黃色素原料藥中含量達90%，發(fā)揮主要的藥理作用［6］。HSYA 是一種單查爾酮葡萄糖苷類化合物，是歷版《中華人民共和國藥典》評價紅花質(zhì)量的指標性成分（結(jié)構(gòu)式見圖1）。HSYA 具有保護心腦血管、保護神經(jīng)、抗腫瘤、抗糖尿病等廣泛的藥理作用［7-8］，其對于心臟和腦部相關(guān)疾病的預(yù)防和治療作用已被廣泛關(guān)注。HSYA 注射液在Ⅱ期臨床實驗中對急性缺血性中風具有很好的治療效果，并且療效穩(wěn)定、安全、耐受性好［9］。盡管如此，臨床上仍然缺少HSYA相關(guān)制劑的應(yīng)用，口服生物利用度低和穩(wěn)定性差可能是限制其制劑研發(fā)的重要因素［10-11］。本綜述對近十年來HSYA 治療心臟和腦部相關(guān)疾病的藥理作用及其分子機制進行綜述，以期為HSYA 的臨床應(yīng)用提供一定的研究依據(jù)。

圖1 羥基紅花黃色素A化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of hydroxysafflor yellow A

1 HSYA在心臟相關(guān)疾病中的藥理作用

1.1 HSYA改善心肌缺血/再灌注損傷

心肌缺血時供血動脈血管閉塞，引起機體代謝失調(diào)、心肌組織缺氧，而隨后的再灌注經(jīng)常導(dǎo)致組織損傷加重，造成心肌缺血/再灌注（Myocardial isch?emia/reperfusion，MI/R）損傷。此過程伴隨著心肌細胞氧自由基含量增加、炎性細胞浸潤及心肌血管的損傷。同時，心肌血管受到損壞，血管內(nèi)皮細胞發(fā)生氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)及凋亡［12］。MI/R 是引起心肌梗死（Myocardial infarction，MI）的重要危險因素之一，伴隨動脈粥樣硬化、心肌缺血等病理變化［13］。研究表明，在小鼠MI 模型及SD 大鼠I/R 模型中，HSYA 均能夠縮小心肌梗死面積，并能在不同程度上減輕心肌梗死后的心功能惡化，具體表現(xiàn)為減少心肌細胞凋亡和心肌纖維化［14-15］。其可能機制包括抗氧化應(yīng)激及抑制炎性反應(yīng)保護心肌細胞和血管內(nèi)皮細胞，促進血管內(nèi)皮生長因子（Vascular endo?thelial growth factor，VEGF）釋放以促進血管生成等。

1.1.1 抑制氧化應(yīng)激

HSYA 能夠減少氧化低密度脂蛋白（Oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL）在人臍靜脈內(nèi)皮細胞EA.hy926 中的滯留，并通過電壓依賴性陰離子通道（Voltage-dependent anion channels 2，VDAC2）的抗凋亡作用來顯著改善ox-LDL誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷，抑制氧化應(yīng)激造成的內(nèi)皮細胞凋亡，從而對抗動脈粥樣硬化性心臟?。?6］。研究表明，HSYA 通過增加缺氧誘導(dǎo)因子-1α（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表達及上調(diào)B細胞淋巴瘤/白血病-2蛋白與其相關(guān) X 蛋白的比值（B-cell lymphoma-2/BCL2-Associ?ated X Protein，Bcl-2/Bax），下調(diào)促凋亡蛋白cleaved Caspase-9、cleaved Caspase-3水平，從而減輕缺氧對內(nèi)皮細胞的損傷［17-19］。AngⅡ通過促進內(nèi)皮細胞內(nèi)活性氧（Reactive oxygen，ROS）的生成，介導(dǎo)內(nèi)皮細胞損傷并誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞凋亡。HSYA 可以抑制內(nèi)皮細胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生，保持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的完整，減少細胞色素C 的釋放，抑制對Caspase-3 的激活，從而對抗AngⅡ引起的氧化應(yīng)激，降低內(nèi)皮細胞的凋亡率［20］。同時，HSYA 對于 H2O2誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細胞氧化應(yīng)激損傷也具有保護作用，HSYA 能劑量依賴性的提高細胞存活率，提高細胞內(nèi)超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）的活性和NO 的含 量 ，提 高 Bcl-2 表 達 ，降 低 Bax、Caspase-3 和cleaved Caspase-3的表達［21］。

在心肌缺血/再灌注損傷過程中，心肌細胞本身也會處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。Zhou 等［14］建立體外 I/R 模型，利用HSYA 干預(yù)考察其對心肌細胞的保護作用。研究表明，HSYA 能夠保護SOD 活性并維持正常線粒體膜電位，降低線粒體ROS 水平，從而減少心肌細胞凋亡。在此過程中，HSYA 通過激活內(nèi)皮型一氧 化 氮 合 酶（Endothelial nitric oxide synthase，eNOS），促進NO 生成，從而抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（Mitochondrial permeability transition pore，mPTP）開放，保護心肌細胞免受缺血再灌注損傷［22-24］。進一步研究表明，HSYA 的保護作用可能與3-磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B（Phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB）及其下游靶點己糖激酶II、核因子E2 相關(guān)因子 2（Nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）、糖原合成酶激-3β（Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）等介導(dǎo)的抗氧化作用有關(guān)，最終抑制心肌細胞凋亡［25-27］。此外，HSYA 還能縮小SD 大鼠MI 發(fā)生后的心肌細胞橫截面積，逆轉(zhuǎn)血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥大標志物腦鈉肽和β-肌球蛋白重鏈的表達，減輕心肌梗死后的心肌肥厚，其分子機制可能是通過核因子E2相關(guān)因子2/醌氧化還原酶1/血紅素加氧酶1 通路（Nuclear factor erythroid-2-related factor 2/ quinone oxidoreductase 1/ heme oxygenase 1，Nrf2/NQO1/HMOX1）發(fā)揮抗氧化作用［28］。

1.1.2 抑制炎性反應(yīng)

炎性反應(yīng)過度是導(dǎo)致MI/R 發(fā)生的重要危險因素之一［29］。HSYA干預(yù)能明顯降低缺血/再灌注模型中心肌細胞炎性指標白細胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、髓過氧化物酶（Myeloperoxidase，MPO）、白細胞介素-1β 以及 NOD 樣受體蛋白3（NOD-like re?ceptor family pyrin containing 3，NLRP3）蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）的表達，抑制NLRP3 炎性小體激活發(fā)揮抗 MI/R 的作用［30-32］。同時，HSYA 可顯著抑制內(nèi)皮細胞內(nèi)細胞間黏附分子-1（Intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）、血管細胞粘附分子-1（Vascular cell adhesion mole?cule-1，VCAM-1）、TNF-α、IL-6 mRNA的表達，抑制核轉(zhuǎn)錄因子κB（Nuclear factor kappa B，NF-κB）的激活和核轉(zhuǎn)運，緩解血管內(nèi)皮細胞的炎癥損傷［33］。在TNF-α 刺激的動脈內(nèi)皮細胞中，HSYA 以劑量依賴的方式抑制ICAM-1 表達以及RAW264.7 細胞與內(nèi)皮細胞的粘附，阻斷了 TNFR1 受體介導(dǎo) IκBα 的磷酸化和降解，還阻止了NF-κBp65的核易位［34］。

1.1.3 調(diào)控VEGF促血管生成

HSYA 能促進急性MI 小鼠缺血心肌中核仁素的表達，進而調(diào)節(jié)下游的VEGF 和基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloprotein-9，MMP-9）表達，促進血管生成發(fā)揮抗心肌梗死的作用［35］。研究進一步證實了HSYA 可以提高MI 后小鼠心肌細胞中Bcl-2/Bax 比值，降低cleaved-caspase 3、轉(zhuǎn)化生長因子-β（Trans?forming growth factor-β，TGF-β）和 I 型膠原蛋白的水平，減少小鼠左心室功能受損，并通過HO-1/VEGF-A/SDF-1α 信號級聯(lián)反應(yīng)動員內(nèi)皮祖細胞，促進心肌新血管生成［15］。

1.2 HSYA抗高血壓

大量文獻報道HSYA 對心功能和高血壓具有很好的調(diào)控作用。血壓的決定因素主要有心肌的收縮率、有效的血管容量和血管張力。研究表明HSYA 能夠通過調(diào)控心肌收縮或增大有效血管容量及血管張力保護血管穩(wěn)態(tài)和調(diào)控血壓，其對血管內(nèi)皮細胞的保護在此過程中發(fā)揮重要作用。

1.2.1 調(diào)控心肌收縮

一方面，Nie 等［36］利用大鼠離體心臟灌流模型探究了HSYA 對心功能及血壓的影響，發(fā)現(xiàn)HSYA能夠劑量依賴性地降低自發(fā)性高血壓大鼠左心室收縮壓、左心室舒張末壓和心率等參數(shù)，抑制心臟的收縮和舒張功能，降低心輸出量和血壓。另一方面，心肌細胞內(nèi)鈣超載可引發(fā)細胞線粒體對細胞質(zhì)中Ca2+的反復(fù)攝取，導(dǎo)致心肌過度收縮、心律失常等不良癥狀［37］。而HSYA 可降低心肌細胞中鈣超載，抑制心肌過度收縮［38］，從而防止原發(fā)性或繼發(fā)性高血壓。

1.2.2 增大有效血管容量及血管張力

一方面，HSYA 通過血管生成素/酪氨酸激酶受體 -2（Angiogenin/ endothelium-specific receptortyro?sine kinase-2，Ang/Tie-2）信號通路恢復(fù)小鼠缺血后肢組織的灌注，顯著增加缺血區(qū)微動脈和毛細血管密度，促進內(nèi)皮細胞遷移和小管形成，促進缺血區(qū)血管新生［39］。另一方面，HSYA 分別通過阻斷Ras-Raf-絲裂原活化蛋白激酶-細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（Mitogen-activated protein kinase-extracellular sig?nal-regulated kinases1/2，MAPK-ERK1/2）信號通路和Toll 樣受體/Ras 相關(guān)的C3 肉毒素底物1/蛋白激酶 B（Toll-like receptors-4/Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1/protein kinase B，TLR4/Rac1/PKB）信號通路抑制HepG2 細胞培養(yǎng)上清液誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞HUVECs 增殖以及LPS 誘導(dǎo)的大鼠血管平滑肌細胞異常增殖［40-41］，并下調(diào)高糖誘導(dǎo)的VEGF表達，發(fā)揮抗血管生成的作用［42-43］。同時，HSYA 以劑量依賴的方式降低了缺氧性肺動脈高壓（Hypox?ic pulmonary hypertension，HPH）大鼠的平均右心室收縮壓（Right ventricular systolic pressure，RVSP），顯著抑制了大鼠肺動脈平滑肌細胞的增殖，并減弱了肺動脈和右心室肥大的重塑，從而預(yù)防低氧引起的肺動脈高壓［44］。

此外，HSYA 還能通過擴張血管調(diào)節(jié)血壓。HSYA 能夠抑制大鼠腸系膜內(nèi)皮細胞瞬時感受器香草酸受體 4（Transient receptor potential vanilloid 4，TRPV4）介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流，增強cAMP 依賴的蛋白激酶（Cyclin AMP-dependent protein kinase，PKA）介導(dǎo)的eNOS 磷酸化，從而促進NO 產(chǎn)生，發(fā)揮血管擴張作用［45］。Wang 等［46］進一步證實了 HSYA 的舒張血管作用與抑制Ca2+內(nèi)流相關(guān)，其研究發(fā)現(xiàn)HSYA 能激活大鼠腸系膜動脈平滑肌細胞內(nèi)的電壓門控鉀通道和L型鈣通道，降低細胞內(nèi)游離鈣水平，從而發(fā)揮血管擴張作用。

2 HSYA在腦相關(guān)疾病中的藥理作用

2.1 HSYA改善缺血性腦卒中損傷

缺血性腦卒中是腦、脊髓或視網(wǎng)膜范圍的梗塞，占全球腦卒中總數(shù)的71%，其發(fā)病率高、病理機制十分復(fù)雜，動脈粥樣硬化等多種心血管疾病亦是其發(fā)病誘因。缺血性腦卒中的產(chǎn)生伴隨著血腦屏障功能的破壞，由腦缺血損傷形成的缺血半暗帶區(qū)逐漸轉(zhuǎn)化為缺血核心區(qū)，造成神經(jīng)元血氧供應(yīng)不足進而萎縮，可能會給腦組織造成不可逆的損傷［47］。HSYA 能夠透過血腦屏障［48］，對缺血性腦卒中起到很好的保護作用，其作用機制可能與HSYA 對血腦屏障及缺血性腦卒中的保護相關(guān)。

2.1.1 保護血腦屏障功能

急性缺血性腦卒中引發(fā)的能量代謝改變、細胞內(nèi)鉀升高、谷氨酸釋放等都會引起血腦屏障（Blood brain barrier，BBB）損壞［49］。HSYA 可以保護 MCAO大鼠缺血半暗帶區(qū)星形膠質(zhì)細胞［50］以及改善腦內(nèi)神經(jīng)結(jié)構(gòu)和神經(jīng)纖維密集程度，減少腦缺血/再灌注引起的IgG 和伊文思藍滲漏，減少腦含水量［51］，保護緊密連接蛋白從而減輕缺血性腦卒中小鼠BBB 功能障礙［52］。另外，HSYA 下調(diào)腦缺血/再灌注損傷后大鼠腦部缺血半影區(qū)MMP-9 的表達并抑制下游底物claudin-5的降解，減輕血-腦脊液屏障損傷［53］，通過PI3K/Akt/mTOR 信號通路抑制氧糖剝奪/復(fù)氧刺激下腦微血管內(nèi)皮細胞凋亡，提高其存活率［54］。HSYA 通過調(diào)節(jié)前列環(huán)素 I2/血栓素 A2（Prostacycli?nI2/thromboxane A2，PGI2/TXA2）信號通路、改善血液流變學(xué)和抑制血小板聚集來抑制血栓的生成，縮小局部病灶腦梗死面積［55］，并且通過擴張腦血管、改善腦血管通透性［56］以及調(diào)節(jié)自噬［57］來預(yù)防缺血性腦卒中的發(fā)生。臨床實驗表明服用了HSYA 的腦卒中患者病后癡呆的幾率大大下降，認知能力和生活自理能力也得到了改善［58］。

2.1.2 保護神經(jīng)元功能

研究表明，HSYA 能有效促進神經(jīng)干細胞增殖［59］，對抗大腦中動脈堵塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）大鼠腦部神經(jīng)元損傷和功能障礙，其分子機制可能是通過清除過氧亞硝酸鹽和減少誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（Inducible nitric oxide syn?thase，iNOS）產(chǎn)生等發(fā)揮作用［60］。在體外研究中，HSYA 能夠抑制糖氧剝奪后小膠質(zhì)細胞內(nèi)的核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）信號通路和p38蛋白的磷酸化［61］，并抑制突觸后N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）受體，保護神經(jīng)元免受缺血影響［62］。HSYA 還通過抑制TLR4、TLR9、凝血酶等介導(dǎo)的炎性反應(yīng)［63-65］，抑制PI3K/AKT/GSK3β 信號通路介導(dǎo)的缺血半影區(qū)神經(jīng)元凋亡［66］，抑制氧化應(yīng)激和線粒體mPTP的開放［67-69］等，對局灶性缺血再灌注發(fā)揮神經(jīng)保護作用。Xu等［70］通過蛋白質(zhì)組學(xué)分析了 HSYA 對 MCAO 大鼠治療作用的潛在靶點，發(fā)現(xiàn)HSYA 抗腦缺血再灌注作用相關(guān)的潛在關(guān)鍵蛋白及信號通路為延長因子結(jié)合蛋白（Elongation factor Tu GTP binding domain con?taining 2，Eftud2）、雷帕霉素靶蛋白（Mammalian tar?get of rapamycin，mTOR）、Rab11、蛋白質(zhì)磷酸酶2 調(diào)節(jié)亞基E 亞型（Protein phosphatase 2，regulatory sub?unit B′，epsilon isoform，Ppp2r5e）和HIF-1信號通路。Chen 等［71］提出了一種新的腦缺血/再灌注損傷的生物指標-苯丙氨酸，高濃度的苯丙氨酸能抑制大鼠腎上腺髓質(zhì)嗜鉻瘤分化細胞株（Pheochromocytoma，PC12）線粒體功能和細胞增殖，而HSYA 通過上調(diào)線粒體裂變所需的動力蛋白相關(guān)蛋白1（Dynamin-1-like protein，DRP1）含量，降低苯丙氨酸水平，從而保護PC12細胞線粒體功能。

2.2 HSYA治療神經(jīng)退行性疾病

中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷會引起精神分裂癥、神經(jīng)退行性疾病、多發(fā)性硬化、癲癇、腦缺血等神經(jīng)疾病的發(fā)生［72-73］。據(jù)文獻報道，HSYA 能減少帕金森?。≒arkinson ′s disease，PD）大鼠旋轉(zhuǎn)次數(shù)，增加黑質(zhì)區(qū)域酪氨酸羥化酶的含量，提高多巴胺及其代謝物的水平，誘導(dǎo)腦內(nèi)膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的內(nèi)源性表達或其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮神經(jīng)保護作用［74］。在對Aβ 誘導(dǎo)的阿爾茲海默癥（Alzheimer disease，AD）模型大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，HSYA 能夠改善谷氨酸循環(huán)障礙，增強腦組織突觸結(jié)構(gòu)可塑性，從而改善AD 模型大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力和行為缺陷［75-76］。在HSYA 抗神經(jīng)退行性疾病的機制研究中，HSYA 抗氧化應(yīng)激及抑制炎性反應(yīng)保護神經(jīng)元細胞的作用受到廣泛關(guān)注。

2.2.1 抑制氧化應(yīng)激損傷

HSYA 是一種公認的神經(jīng)保護劑，能夠通過抑制過氧化物酶體增殖劑激活受體γ（Peroxisome pro?liferators-activated receptors γ，PPAR-γ）磷酸化過程，抵御亞硝化應(yīng)激和氧化應(yīng)激，保護退行性疾病中的神經(jīng)元功能［77-78］。在 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）誘導(dǎo)的小鼠實驗性PD 模型中，HSYA 通過提高超氧化物歧化酶活性、過氧化氫酶活性和谷胱甘肽（Glutathione，GSH）水平預(yù)防氧化應(yīng)激介導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元變性，從而發(fā)揮抗PD的作用［79］?？椎龋?0-81］利用 Aβ25-35 誘導(dǎo) PC12 細胞在體外部分模擬了AD 的病理過程：在Aβ25-35 的作用下，PC12 細胞株出現(xiàn)存活率下降、GSH 水平和Bcl-2/Bax 比值下降、貼壁細胞脫落以及形態(tài)改變等一系列病理變化，而HSYA 能夠逆轉(zhuǎn)這種改變，發(fā)揮神經(jīng)保護作用。

2.2.2 抑制炎性反應(yīng)

在大鼠脊髓壓迫損傷模型、大鼠急性脊髓損傷模型及家兔脊髓缺血/再灌注模型中，HSYA 能夠減輕脊髓損傷程度和神經(jīng)功能障礙，降低丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、NO、MPO 和促炎細胞因子TNF-α 的水平，抑制 caspase-3 活性［82-84］。并且，HSYA 調(diào)節(jié)PD 大鼠和人神經(jīng)母細胞瘤細胞SHSY5Y 細胞中MAPK 炎癥信號通路，減少iNOS、環(huán)氧合酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）等炎性蛋白表達以及多巴胺能神經(jīng)元的凋亡［85］。HSYA 還可以降低腦組織中炎性因子IL-6和TNF-α的水平，抑制炎性反應(yīng)，提高腦組織神經(jīng)元抗炎能力，從而改善AD 大鼠的記憶功能［86］，此過程可能與Janus激酶2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3/NF-κB（Janus kinase 2/signal transducer and activator oftranscription3，JAK2/STAT3/NF-κB）信號通路相關(guān)［87-88］。

3 總結(jié)與展望

本綜述對近十年來HSYA 的心臟和腦保護作用進行了總結(jié)與分析（總結(jié)見圖2）。HSYA 通過抑制炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、促進血管生成等多種機制，發(fā)揮抗心肌缺血/再灌注損傷、缺血性腦損傷、心肌梗死的作用，并且具有內(nèi)皮保護、神經(jīng)保護等作用，對高血壓、PD和AD等疾病具有很好的治療效果。

圖2 羥基紅花黃色素A對抗心臟和腦部疾病作用Fig.2 The effect of hydroxysafflor yellow A on heart and brain diseases

盡管HSYA 對心臟和腦部相關(guān)疾病的治療展現(xiàn)出較好的作用潛力，但相關(guān)的分子機制和信號通路還需要進一步的深入研究。同時，關(guān)于HSYA 毒性表現(xiàn)及有效治療窗的濃度范圍還缺乏系統(tǒng)、深入的動物學(xué)實驗和臨床研究。隨著藥效學(xué)、藥動學(xué)、制劑學(xué)的進一步深入研究，將會促使HSYA 具有更大的應(yīng)用前景。