中醫(yī)藥干預心肌細胞焦亡研究進展

國現(xiàn)旭，郭兆安，岳桂華

(1.山東中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，山東 濟南 250013；2.山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，山東 濟南 250011；3.廣西中醫(yī)藥大學附屬國際壯醫(yī)醫(yī)院，廣西 南寧 530001)

心肌損傷是多種心臟疾病及其他疾病并發(fā)心臟損害不可忽視的一點，諸如心肌缺血再灌注、慢性心力衰竭、膿毒癥心肌病、多柔比星(Doxorubicin, Dox)心臟毒性等均受到廣泛關(guān)注。近年來眾多研究表明，細胞焦亡參與心肌損傷的發(fā)生發(fā)展，并推動心臟疾病的進程。細胞焦亡是不同于細胞凋亡、壞死等的一種程序性細胞死亡，是機體的天然免疫反應，但其過度的激活則會造成機體損傷，其由Caspases激活啟動，以Gasdermin蛋白家族為執(zhí)行蛋白，形成質(zhì)膜孔，造成細胞以腫脹裂解、胞質(zhì)外流、炎癥因子釋放為特征的細胞死亡。細胞焦亡分為經(jīng)典途徑、非經(jīng)典途徑和近來研究發(fā)現(xiàn)的Caspase-3/GSDME(Gasdermin E)介導的細胞焦亡途徑。這些研究為心肌損傷的治療提供了新的靶點和治療策略，也為中醫(yī)藥干預心肌損傷疾病的研究提供了新方向。

1 細胞焦亡發(fā)生機制及途徑

細胞焦亡經(jīng)典途徑是由Caspase-1介導的，活化的Caspase-1需要模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)經(jīng)多種病原體相關(guān)分子模式(pathogen-related molecular patterns,PAMPs)和(或)損傷相關(guān)分子模式(damage-related molecular patterns,DAMPs)刺激，直接或通過凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-related spotlike protein,ASC)募集Caspase-1前體，形成一種多聚蛋白復合物，即炎癥小體，進而裂解激活。PRRs包括NOD樣受體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白1(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 1,NLRP1)、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)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白C4(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing a caspase recruitment domain 4,NLRC4)，Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)和AIM2樣受體(AIM2-like receptors,ALRs)?；罨腃aspase-1一方面可以裂解白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和白細胞介素-18(interleukin-18,IL-18)的前體，促進二者的活化和分泌，引起炎癥反應；一方面可以剪切GSDMD(Gasdermin D)，使其裂解成C末端片段(C-terminal fragment,GSDMD-C)和N末端片段(N-terminal fragment,GSDMD-N)，GSDMD-N可以與細胞膜上的磷脂酰肌醇、磷脂酸和磷脂酰絲氨酸特異性結(jié)合，募集16個生物小體形成一個10～14 nm的質(zhì)膜孔。質(zhì)膜孔的形成，促使細胞內(nèi)外離子失去平衡，細胞內(nèi)滲透壓升高，水從質(zhì)膜孔內(nèi)流，致使細胞腫脹，細胞膜破裂，大量IL-1β和IL-18等促炎因子外流，造成炎癥級聯(lián)反應。非經(jīng)典焦亡途徑主要是由革蘭氏陰性菌中的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激活化人Caspase-4/5和小鼠Caspase-11介導的焦亡途徑。Caspase-4/5/11一方面可以直接裂解GSDMD，使其發(fā)揮穿孔作用，造成細胞焦亡；另一方面Caspase-4/5/11可以在NLRP3和ASC的介導下促進Caspase-1的功能，增強焦亡作用。近來，有關(guān)Dox心臟毒性的研究發(fā)現(xiàn)，Dox可以致使細胞Caspase-3、GSDME-N表達升高，促使IL-1β、IL-18釋放，造成細胞焦亡，其具體的分子機制還需進一步研究明確。

2 中醫(yī)藥干預心肌細胞焦亡機制及相關(guān)研究

2.1 中醫(yī)藥干預心肌缺血再灌注損傷致心肌細胞焦亡 心臟缺血性疾病常病情兇險，危及生命，需要及時重建血液循環(huán)，雖然缺血可以造成心肌損傷，但是缺血再灌注造成的心肌損傷更是不可忽視。Nie等實驗證明，NLRP3介導的細胞焦亡和氧化應激參與了心肌缺血再灌注損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺血再灌注大鼠心肌細胞內(nèi)離子通道1，4，5-三磷酸肌醇受體(ion channel inositol 1,4,5-triphosphate receptor,IP3R1)高表達，可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca，造成心肌細胞Ca超載，進而通過NLRP3/Caspase-1途徑引起心肌細胞焦亡，造成心肌損傷?？傊斐尚募∪毖俟嘧p傷的機制眾多，涉及氧化應激、鈣超載、炎癥、細胞焦亡、線粒體功能障礙等，如需進一步闡明還需更多實驗研究。

大黃素是中藥大黃中的有效活性成分。Ye等研究發(fā)現(xiàn)，大黃素能夠通過抑制細胞焦亡減輕體內(nèi)外心肌缺血再灌注損傷；大黃素能夠以濃度依賴性方式顯著下調(diào)原代心肌細胞中缺氧/復氧誘導的MyD88、p-IκBα、p-p65、NLRP3炎癥小體和ASC的表達，抑制TLR4/MyD88/NF-κB/NLRP3炎癥小體通路，下調(diào)GSDMD-N、Caspase-1和IL-1β的水平，從而減少梗死面積、改善心肌細胞形態(tài)。白芍總苷是中藥白芍飲片中提取的有效成分，具有抗氧化活性及抗炎的作用。鄭亞萍等研究發(fā)現(xiàn)，白芍總苷能有效下調(diào)心肌缺血再灌注損傷大鼠心肌細胞中NLRP3、Caspase-1、IL-1β、ASC蛋白表達，降低巨噬細胞浸潤程度，減少心肌梗死面積，具有明顯的缺血再灌注心肌保護作用，其機制可能與減少細胞焦亡有關(guān)。丹參酮ⅡA提取自中藥丹參，其具有抗氧化、抗炎和抗細胞凋亡等作用。易娜等研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮ⅡA可以下調(diào)HO誘導原代小鼠心肌細胞焦亡相關(guān)蛋白GSDMD和Caspase-1表達，顯著降低細胞上清IL-1β和IL-18含量；丹參酮ⅡA還通過上調(diào)心肌細胞AK003290表達，抑制心肌細胞焦亡，發(fā)揮心肌保護作用。桃葉珊瑚苷提取于杜仲、玄參等中藥，具有良好的抗氧化、抗炎和抗凋亡作用。其對心肌細胞焦亡具有抑制作用，馬蒂達等研究發(fā)現(xiàn)，桃葉珊瑚苷可以提高p-AMPK、AMPK蛋白水平，降低ASC、NLRP3、Caspase-1、GSDMD-N蛋白水平，同時減輕心肌炎癥損傷和細胞焦亡，還能通過激活AMPK，抑制NLRP3炎癥小體形成，減少心肌細胞焦亡，發(fā)揮保護心肌梗死大鼠心功能的作用。柚皮苷是化橘紅、骨碎補等中藥的有效成分，是一種黃酮類化合物，具有抗氧化、抗炎、抗細胞凋亡等多重藥理活性。王婷婷等研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷能夠顯著降低細胞焦亡效應分子GSDMD、細胞焦亡通路標志分子NLRP3及炎癥小體通路的標志蛋白Caspase-1和ASC的水平，通過抑制細胞焦亡減少心肌缺血再灌注大鼠心肌梗死面積，減輕其病理改變程度。β-細辛腦是中藥石菖蒲的主要活性成分，其具有抗炎、保護中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多種藥理活性，最近的研究發(fā)現(xiàn)β-細辛腦可以降低心肌缺血再灌注大鼠心肌細胞NLRP3、ASC活性和Caspase-1蛋白表達水平，抑制GSDMD的裂解，減少IL-1β的釋放，從而抑制心肌細胞焦亡，減輕心肌損傷，保護心功能。從人參、三七、黃芪等中藥中提取的有效成分皂苷，從天麻中提取的主要成分天麻素，在抑制心肌缺血再灌注損傷心肌細胞焦亡方面都有良好療效，具有很好的應用前景。

2.2 中醫(yī)藥干預慢性心力衰竭致心肌細胞焦亡 慢性心力衰竭是多種心血管疾病的終末階段，心肌損傷壞死后，繼續(xù)激活NLRP3炎癥小體，致使IL-1β含量進行性升高，進一步損害心臟功能，引發(fā)心肌損傷。炎癥反應是心力衰竭發(fā)生發(fā)展的重要因素，細胞焦亡又被稱為促炎性程序性死亡，在心力衰竭進程中不容忽視。由GSDMD介導的細胞焦亡的發(fā)生，伴隨著諸如NLRP3炎癥小體等炎癥因子激活及IL-18、IL-1β等相關(guān)細胞因子的釋放，這一過程可進一步加重炎癥反應，參與心室重構(gòu)，導致心室擴張，降低射血分數(shù)。心肌細胞Ca穩(wěn)態(tài)紊亂參與了NLRP3炎癥反應過程，同時Ca可以通過Caspase-1切割細胞膜形成的孔洞外流，導致心肌功能受損。上述關(guān)于細胞焦亡在心力衰竭發(fā)生發(fā)展中的作用機制，為其治療提供了新的靶點。

中藥復方具有多組分的特點，在干預疾病進展方面優(yōu)勢顯著。參葵通脈顆粒是由炙黃芪、靈芝、淫羊藿、桂枝、丹參、黃蜀葵花等組成的中藥復方制劑，具有益氣(溫陽)、化瘀(利水)的主要功效。嚴士海等研究發(fā)現(xiàn)，參葵通脈顆?？梢杂行抡{(diào)心力衰竭大鼠心肌細胞TLR4、NF-κB、Caspase-1、IL-1β蛋白表達水平，亦可抑制Caspase-1、IL-1β前體的產(chǎn)生和Caspase-1、IL-1β的活化，可以改善慢性心力衰竭大鼠的心肌重塑，并具有良好的心功能保護作用。張曉青等以具有益氣溫陽、活血利水之效的鹿芪方(由鹿角片、紅花、黃芪、黨參、桂枝、葶藶子組成)治療慢性心力衰竭，發(fā)現(xiàn)鹿芪方可降低小鼠心肌組織活性氧(reactive oxygen,ROS)、NLRP3、ASC、Caspase-1蛋白表達水平，抑制IL-1β的表達，減少心肌細胞焦亡，保護心功能。

2.3 中醫(yī)藥干預膿毒癥心肌病致心肌細胞焦亡 膿毒癥造成的心肌損傷是膿毒癥中不可忽視的并發(fā)癥，在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，細胞焦亡參與膿毒癥心肌損傷的發(fā)生發(fā)展。LPS可以通過非經(jīng)典焦亡途徑結(jié)合人的Caspase-4/5和小鼠的Caspase-11并激活，活化的Caspase-4/5/11通過裂解GSDMD誘導心肌細胞焦亡。Li等研究發(fā)現(xiàn)，LPS刺激觸發(fā)了干擾素基因刺激物(stimulator of interferon genes,STING)的核周移位，進而與Ⅰ型干擾素調(diào)節(jié)因子3(type-Ⅰ interferons regulatory factor 3,IRF3)和磷酸化的IRF3結(jié)合，磷酸化的IRF3隨后移位到細胞核，并促進NLRP3的表達；同時，LPS刺激還促進了細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，進而誘導NLRP3從細胞核向胞漿移位，進而誘發(fā)細胞焦亡，造成心肌損傷。最近，長鏈非編碼RNA調(diào)節(jié)膿毒癥心肌細胞焦亡減輕心肌損傷的研究為這一并發(fā)癥的治療提供了新的靶點和策略。膿毒癥誘導的心肌功能障礙與不受控制的炎癥反應及隨后的心肌細胞凋亡和焦亡密切相關(guān)。

梔子苷是中藥梔子的有效活性成分，其能夠通過激活AMP活化蛋白激酶α(AMP-activated protein kinase α，AMPKα)以抑制心肌ROS積累，從而阻斷NLRP3炎癥小體介導的細胞焦亡，并改善膿毒癥小鼠的心功能。五味子丙素是中藥五味子的主要有效成分之一，其具有抗炎、免疫激活等多種藥理作用。有研究報道，五味子丙素能夠通過減少細胞焦亡緩解LPS誘導的心肌細胞損傷，采用五味子丙素干預LPS刺激的小鼠心肌細胞后，Cleaved Caspase-1、GSDMD-N、NLRP3的蛋白水平呈劑量依賴性降低。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，大黃素可通過抑制小鼠心臟組織中NLRP3、GSDMD的表達，減輕炎癥反應和心肌細胞焦亡，從而改善LPS誘導的心肌損傷和心功能不全，這也為預防和治療膿毒癥心肌損傷提供了可行的策略。

2.4 中醫(yī)藥干預Dox心臟毒性致心肌細胞焦亡 Dox是一種蒽環(huán)類抗生素，在多種惡性腫瘤的化學治療中被廣泛應用，其主要的不良反應之一就是心臟毒性。有關(guān)Dox導致心臟毒性的分子機制尚不完全明確，但有研究表明，其與Caspase-3/GSDME信號通路有關(guān)。張蕊等將H9c2細胞分為空白對照組、Dox組、GSDME轉(zhuǎn)染對照組和GSDME干擾組，比較各組細胞焦亡發(fā)生率，細胞中LDH、IL-1β、IL-18釋放水平，以及細胞中Cleaved Caspase-3、GSDME-N、IL-1β、IL-18蛋白表達水平，發(fā)現(xiàn)Dox組、GSDME轉(zhuǎn)染對照組細胞焦亡發(fā)生率和細胞中LDH、IL-1β、IL-18釋放水平顯著大于GSDME干擾組、空白對照組(

P

<0

.

05)，Dox組與GSDME轉(zhuǎn)染對照組上述指標比較，差異均無統(tǒng)計學意義(

P

>0

.

05)；Dox組、GSDME轉(zhuǎn)染對照組細胞中Cleaved Caspase-3、GSDME-N、IL-1β、IL-18蛋白表達水平均高于空白對照組，GSDME干擾組GSDME-N蛋白表達水平低于Dox組，而Dox組和GSDME轉(zhuǎn)染對照組各指標比較，差異均無統(tǒng)計學意義(

P

>0

.

05)。結(jié)果表明，Dox可以通過GSDME依賴性途徑誘導細胞焦亡，導致心肌損傷，這可能是Dox引起心臟毒性的分子機制。

中醫(yī)藥對Dox心臟毒性的干預，能夠更好地保護心功能，輔助腫瘤患者的治療。姜黃素廣泛存在于郁金、姜黃、莪術(shù)等中藥之中，具有抗炎和抗氧化的作用。Dox引發(fā)心肌細胞焦亡，表現(xiàn)為焦亡蛋白標記物(包括NLRP3、Caspase-1和IL-18)的上調(diào)，姜黃素可部分逆轉(zhuǎn)Dox誘發(fā)的NLRP3、Caspase-1和IL-18變化，然而，與100、200 mg/kg姜黃素干預相比，400 mg/kg姜黃素聯(lián)合Dox處理顯示出更差的結(jié)果。上述實驗證明中藥劑量是影響療效的重要因素。魯斯可皂苷元是從中藥麥冬中提取的一種甾體皂苷元，其具有抗炎等多重藥理作用。研究發(fā)現(xiàn)，魯斯可皂苷元可通過抑制NLRP3的表達，降低細胞焦亡標志物Caspase-1、IL-1β、IL-18 mRNA表達水平，減少細胞焦亡，從而減輕Dox心臟毒性，保護心功能。

3 結(jié)語

細胞焦亡廣泛參與各種因素所導致的心肌損傷，根據(jù)誘因不同，激活啟動的細胞焦亡途徑不盡相同，其需要干預的靶點及治療措施也各不相同。Caspase-1介導的經(jīng)典途徑、Caspase-4/5/11介導的非經(jīng)典途徑及Caspase-3/GSDME介導的細胞焦亡途徑靶點眾多。研究表明，中醫(yī)藥以其多靶點為優(yōu)勢，抑制細胞焦亡，減輕心肌損傷，從而保護心功能。同時，中醫(yī)藥以多組分、多通路等特點有效干預心肌細胞焦亡，抑制炎癥級聯(lián)反應，減少氧化應激，發(fā)揮保護心功能的作用。學者對眾多中藥提取物的研究證明，中醫(yī)藥對于靶點眾多的細胞焦亡有明確優(yōu)勢，但是目前有關(guān)中藥復方干預心肌細胞焦亡的實驗證據(jù)相對缺乏，有待進一步研究。