三七總皂苷對膿毒癥心肌保護作用的研究進展

高興慧 汪磊 孔祥英

膿毒癥是指由于感染引發(fā)宿主反應失調而導致的嚴重危及生命的器官功能障礙[1]。心臟作為人體最重要的動力器官，是膿毒癥狀態(tài)下極易被侵犯的器官之一。膿毒癥心肌病常見于膿毒癥患者，后果嚴重[2]。膿毒血癥心肌損傷可導致心臟功能障礙，從而引起心臟射血分數下降，心排出量下降，血容量不足，顯著增加膿毒癥患者的死亡風險[3]。三七為五加科植物三七的干燥根，性溫，味甘、微苦，歸肝、胃經。中醫(yī)學認為三七具有化瘀止血、活血定痛的功效。三七皂苷類成分是三七的主要活性成分，采用常規(guī)高效液相色譜法在20分鐘內可快速分離出包括人參皂苷Rg1、人參皂苷Rb1、人參皂苷Rd、人參皂苷Re、三七皂苷R1等多種皂苷單體[4]?，F代藥理學研究表明三七總皂苷具有抑制炎癥反應、改善能量代謝障礙、抗血小板異?；罨?、調節(jié)心肌細胞內鈣離子濃度、清除氧自由基、抑制氧化應激反應、抑制心肌細胞凋亡等作用。目前對于膿毒癥致心肌損傷的作用機制尚未完全明了，近年來諸多研究發(fā)現炎癥反應、氧化應激損傷和細胞凋亡等在膿毒癥所致的心肌損傷過程中起到關鍵作用。為了進一步探究三七總皂苷對膿毒癥心肌保護的機制和療效，筆者就近年來三七總皂苷對膿毒癥心肌保護作用的相關研究進行綜述。

1 三七總皂苷可抑制炎癥反應以保護心肌細胞

膿毒癥是由各種病原微生物侵入機體導致感染引起的全身炎癥反應綜合征。膿毒癥狀態(tài)下，機體受到內毒素的刺激產生的腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、IL-18等促炎性因子對心肌的結構和功能都有直接的損害，導致心肌收縮力減弱、心肌細胞肥大[5]。因此，可通過減少炎癥因子的釋放以減輕炎癥反應對心肌細胞的損傷，從而起到改善心臟功能的作用。

吳穎等[6]通過建立急性內毒素心肌損害動物模型，研究三七皂苷R1對小鼠心臟射血分數、心肌炎性細胞浸潤情況等的影響，發(fā)現三七皂苷R1能有效防止由脂多糖誘導的心肌功能衰退，增強心肌收縮力；另外與脂多糖組相比，三七皂苷R1高劑量組中性粒細胞與巨噬細胞的量明顯降低，促炎性因子IL-1β和TNF-α的表達水平明顯下降，從而抑制炎癥反應的發(fā)生，減輕炎癥對心肌的損害。

核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一種轉錄因子，研究表明NF-κB信號通路與心肌細胞的促炎細胞因子釋放、缺血/再灌注損傷、肥大和凋亡等多種病理過程有關[7]。NF-κB的活化使多種促炎基因表達上調，進一步激活誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等相關酶類及血管細胞黏附分子，使炎癥反應呈級聯放大[8]。WANG等[9]研究發(fā)現人參皂苷Rg1、人參皂苷Rb1能抑制TNF-α誘導的人冠狀動脈內皮細胞炎癥反應，抑制TNF-α誘導的NF-κB活化和內皮細胞單核細胞黏附以及細胞黏附分子的表達，起到保護冠狀動脈內皮細胞作用。

Toll樣受體4(Toll-like receptor-4，TLR4)→腫瘤壞死因子受體相關分子6(tumor necrosis factor-associated factor 6，TRAF6)→p38絲裂素活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase，p38MAPK)→高遷移率族蛋白1(high mobility group protein 1，HMGB1)/TNF-α/IL是一條經典的重要的炎癥信號傳導通路。王卉等[10]在研究三七總皂苷對異丙腎上腺素誘導心肌細胞肥大的保護作用中發(fā)現，三七總皂苷中、高劑量組可減少心肌細胞TLR4蛋白、心房鈉尿肽mRNA的表達，降低心肌細胞外液TNF-α的含量，從而抑制炎癥反應，改善心肌肥大。趙保勝等[11]在探討人參皂苷Rg1對Toll樣受體及其信號轉導通路的影響中觀察發(fā)現，脂多糖可刺激TLR4及其下游通路的髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor88，MyD88)和TRAF-6病理性高表達，在經人參皂苷Rg1干預后，TLR4、MyD88、TRAF-6等細胞因子表達明顯減少，從而起到抗炎癥反應的作用。MA等[12]研究發(fā)現三七總皂苷可逆轉心肌梗死大鼠血清C反應蛋白、TNF-α水平，可能通過調節(jié)轉錄激活因子3/絲裂原激活蛋白激酶激酶-3/p38MAPK和NF-κB信號通路改善心肌梗死大鼠的心功能和纖維化。

以上諸多研究表明，三七總皂苷可通過減少TNF-α、IL-1等促炎性因子的釋放、抑制NF-κB信號通路、抑制TLR4→TRAF6→p38MAPK→HMGB1/TNF-α/IL炎癥信號通路等多種途徑抑制炎癥反應，從而減輕炎癥反應對心肌的損害，發(fā)揮保護心肌細胞的作用。

2 三七總皂苷可保護心肌線粒體，改善能量代謝障礙

心肌線粒體作為心肌氧化代謝的主要場所，是心臟能量產生和轉化的重要樞紐，對于維持心臟功能有著重要意義。因此保護心肌線粒體功能正常，增強心肌能量代謝可以保護心肌細胞、改善心肌損傷。

乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)是糖無氧酵解的重要酶系之一，參與糖酵解和細胞能量代謝，其濃度變化直接影響機體組織的能量代謝[13]。汪夢霞等[14]的實驗結果顯示，在線粒體受損時，三七總皂苷能顯著抑制LDH漏出，并抑制線粒體膜電位的下降和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活化，維護線粒體正常功能，以保證能量的正常合成與釋放。據報道，人參皂苷RK3存在于加工過的三七中。SUN等[15]研究探討RK3對缺氧復氧誘導的H9c2心肌細胞損傷的可能保護作用及其機制，研究結果顯示，與缺氧復氧組相比，人參皂苷RK3預處理可使LDH漏出水平降低，H9c2心肌細胞活力增加。此外，RK3預處理組caspase-3活性降低、TUNEL陽性細胞和Bax表達降低、Bcl-2水平升高，可抑制心肌細胞凋亡。陳社帶等[16]在探討三七總皂苷對缺血心肌的保護及抗氧化作用中研究發(fā)現，三七總皂苷可明顯提高缺血心肌大鼠心肌組織中三磷酸腺苷酶活性，促進心肌細胞三磷酸腺苷的能量代謝，減少因缺血引發(fā)的線粒體能量代謝異常以及心肌細胞損傷。

因此，可以總結出三七總皂苷對心肌細胞能量代謝障礙的改善作用機制主要體現在以下兩個方面：一是抑制凋亡相關蛋白caspase-3的活性以抑制線粒體的凋亡；二是線粒體受損時，抑制LDH的漏出及提高三磷酸腺苷酶活性以改善心肌能量代謝。

3 三七總皂苷可抗血小板異?；罨?，改善微循環(huán)

膿毒癥常常導致微循環(huán)障礙，在誘導多種心血管疾病發(fā)生及發(fā)展過程中扮演重要角色。膿毒癥狀態(tài)下，內毒素刺激機體產生并釋放大量炎性介質，這些炎癥介質作用于血小板表面相關受體使血小板異?；罨?，發(fā)生黏附、變形、聚集等反應，導致微循環(huán)障礙?；罨难“暹€可通過多種途徑促進凝血活性，激活凝血系統(tǒng)，導致機體出現凝血功能障礙，隨著病情進展會出現彌散性血管內凝血、多器官功能障礙綜合征等嚴重危及生命的后果。因此抑制血小板的異?；罨湍到y(tǒng)的異常激活，在一定程度上可以改善微循環(huán)以減輕膿毒癥心肌的損傷。

為了探究三七總皂苷對凝血酶誘導的大鼠高凝狀態(tài)的治療作用，QIN等[17]研究發(fā)現三七總皂苷通過促進過氧化物酶體增殖物激活受體γ的過度表達和激活磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylin ositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)信號通路以抑制凝血酶誘導的血小板聚集，可顯著改善大鼠體內高凝狀態(tài)。ZHOU等[18]研究了人參皂苷Rg1對血小板活化的影響，研究結果發(fā)現，人參皂苷Rg1能明顯降低凝血酶刺激的血小板聚集率(46%)、凝血酶增強的纖維蛋白原結合(81%)、單個血小板的P-選擇素表達(66%)、血栓收縮率及血小板粘附；另外，人參皂苷Rg1能夠有效抑制細胞外調節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)磷酸化，從而阻斷ERK信號通路，抑制血小板異?；罨翱寡ㄐ纬?。

WANG等[19]研究發(fā)現三七總皂苷可調節(jié)內皮細胞環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)-2表達，增加血小板聚集抑制劑6-酮前列腺素F1α濃度，同時下調血小板COX-1表達，降低上清液血小板聚集誘導劑血栓素B2濃度，從而抑制血小板聚集和抗血管痙攣收縮，且三七總皂苷在保護內皮細胞和抑制血小板與受損內皮細胞粘附方面優(yōu)于阿司匹林。

劉曉春等[20]研究發(fā)現人參皂苷Re能顯著提高血小板內的環(huán)磷酸腺苷水平，抑制二磷酸腺苷誘導的血小板聚集。研究表明，人參皂苷Rg1、Rg2均具有較強的抗血小板聚集活性和一定的抗凝血作用，可增加活化部分凝血活酶時間、凝血酶原時間以延長病程凝血時間；與人參皂苷Rg1相比，人參皂苷Rg2具有相對更強的抗凝作用，并且有潛在的凝血因子X的抑制活性[21]。

三七總皂苷改善微循環(huán)作用機制繁雜，可通過促進過氧化物酶體增殖物激活受體γ和COX-2過度表達、下調COX-1表達、激活PI3K/Akt/eNOS信號通絡、阻斷ERK信號通路、提高血小板內環(huán)磷酸腺苷水平等以抑制血小板異?；罨⒖寡“寰奂?，還可以增加活化部分凝血活酶時間、凝血酶原時間以延長病程凝血時間。

4 三七總皂苷可調節(jié)心肌細胞內鈣離子濃度

在膿毒癥過程中內毒素導致心肌損害，產生能量的機械發(fā)生故障，心肌缺血缺氧，糖無氧酵解產生大量乳酸，致Na+-H+、Na+-Ca2+交換增多使細胞內游離鈣濃度增加；此外，由于缺血引起的細胞膜受損，細胞膜通透性增加引起大量細胞外Ca2+內流進入細胞內，細胞內鈣轉運受損，致細胞內鈣超載，可激活鈣依賴性蛋白引起心肌細胞的凋亡。因此，調節(jié)心肌細胞內鈣離子濃度，維持細胞內鈣穩(wěn)態(tài)，可改善心肌結構和功能的改變，抑制心肌細胞凋亡。

研究表明，Na+-Ca2+交換異常，線粒體內鈣穩(wěn)態(tài)遭到破壞，可繼發(fā)性引起線粒體中電子傳遞鏈紊亂，導致產生過多自由基，加重細胞損傷[22]。朱智勇等[23]在制成大鼠低氧的同時給予有效劑量的三七總皂苷腹腔注射后，記錄大鼠右心室肌細胞鈣電流，實驗結果發(fā)現，三七總皂苷可與Ca2+競爭性地結合心肌細胞膜上的位點，減少Na+-Ca2+交換以及Ca2+內流，從而阻滯低氧引起鈣內流增高，抑制大鼠心肌細胞內鈣超載。研究發(fā)現，人參皂苷Rd能通過調控受體依賴型Ca2+通道，抑制電壓非依賴性鈣離子進入，以達到調節(jié)細胞內Ca2+濃度的目的[24]。

為了探究人參皂苷Re增強豚鼠心室肌細胞延遲整流鉀電流(IKs)和抑制L型鈣電流(ICa,L)的機制，Bai等[25]研究發(fā)現人參皂苷Re對豚鼠心室肌細胞的電生理效應是通過一氧化氮(nitric oxide，NO)作用產生的，NO主要通過通道蛋白的直接S-亞硝基化影響IKs，而ICa,L則通過環(huán)磷酸鳥苷依賴的途徑影響IKs，人參皂苷Re也通過NO作用抑制ICa,L。研究表明，人參皂苷Re能通過抑制ICa,L，增強IKs，以縮短動作電位持續(xù)時間，可改善心肌損傷。

心肌損傷缺氧使Ca2+內流增加，三七總皂苷一方面能抑制Na+-Ca2+交換，減少Ca2+內流，維持細胞內鈣穩(wěn)態(tài)，抑制心肌細胞損傷，另一方面可以抑制ICa,L，縮短動作電位時間，改善心功能。

5 三七總皂苷可抑制氧化應激反應

氧化應激是機體內氧化損傷與抗氧化保護作用失衡的一種狀態(tài)，可產生大量氧化中間產物，是參與多種疾病炎性病變過程中的重要因素。過量的NO是導致膿毒癥出現兒茶酚胺抵抗性休克的關鍵因素[26]。因此，在膿毒癥狀態(tài)下，阻斷iNOS的合成和NO的過度產生可以改善休克性低血壓以促進血液動力學的恢復，也能減少過氧化合物的產成和改善細胞能量代謝，對心肌細胞的保護起著重要作用。

研究表明NF-κB-iNOS-NO信號通路是人體內重要的氧化應激通路之一[27]。馮曉異等[28]通過建立體外細胞炎癥模型，探究三七總皂苷對脂多糖誘導的RAW264.7細胞iNOS-NO-NF-κB信號通路相關分子的表達及活性的影響，研究結果顯示，三七總皂苷可顯著抑制脂多糖誘導的炎癥因子iNOS、NO的產生，并能顯著下調NF-κB的蛋白表達水平以抑制NF-κB-iNOS-NO信號通路活性、減輕氧化應激反應。三七總皂苷還能通過調節(jié)iNOS-NO-NF-κB信號通路，抑制炎癥反應以減輕心肌損傷。研究發(fā)現，豬圓環(huán)病毒感染顯著增加了iNOS的活性，并提高了細胞中NO的水平，三七總皂苷處理后能下調感染細胞iNOS的活性并抑制NO的過度分泌[29]。

6 三七總皂苷可清除氧自由基，保護心肌細胞

膿毒癥狀態(tài)下，心肌組織處于缺氧狀態(tài)，機體能量代謝障礙，活性氧自由基生成增加，抗氧化劑相對不足。過量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)則會通過氧化損傷使細胞膜及線粒體膜發(fā)生脂質過氧化反應，破壞膜的完整性和影響膜的功能，致使心肌細胞損傷，影響心肌組織功能。因此清除過量的氧自由基可抑制膿毒癥過程中心肌細胞的凋亡，保護心肌功能。

研究表明，三七總皂苷可抑制脂多糖觸發(fā)的ROS的生成以減輕氧化應激反應，同時也可防止脂多糖刺激下單核細胞與內皮細胞粘附[30]。丙二醛是膜脂過氧化作用的重要產物之一，能直接反應ROS產生量和膜的受損程度。另外，ROS誘導的心肌損傷與內源性抗氧化酶的失活也有關。楊達寬等發(fā)現三七總皂苷能夠提高缺血再灌注損傷心肌組織中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶的活性，減少丙二醛、ROS的生成，減少線粒體氧化損傷，保護心肌細胞[31]。

氧自由基的過氧化殺傷主要是破壞細胞膜和線粒體膜的結構和功能，阻斷細胞的能源來源，破壞溶酶體，使細胞自噬。Chen等[32]用毒胡蘿卜素刺激三七總皂苷預處理的原代培養(yǎng)乳鼠心肌細胞，誘導內質網應激反應，測定總ROS、線粒體ROS，評估自噬內流，檢測細胞活力。實驗結果表明三七總皂苷可以調節(jié)ROS過度產生、抑制自噬、減輕線粒體損傷以消除內質網氧化應激反應及抑制心肌細胞凋亡。有研究表明激活PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路可抑制自噬并減少細胞氧化應激的發(fā)生[33]。為了探究三七總皂苷是否能通過PI3K/Akt/mTOR信號通路調控自噬從而減輕H9c2心肌細胞缺氧/復氧損傷，王飄等[34]研究發(fā)現三七總皂苷預處理后H9c2細胞p-PI3K、p-Akt、p-mTOR蛋白表達明顯升高，從而抑制心肌細胞自噬流，起到保護心肌細胞的作用。

氧自由基可直接損傷心肌細胞膜，破壞心臟功能，三七總皂苷能增加內源性抗氧化酶的活性以減少ROS的生成，從而起到保護線粒體膜和心肌細胞膜的作用。另一方面，三七總皂苷通過激活PI3K/Akt/mTOR信號通路抑制心肌細胞自噬并減少細胞氧化應激。

7 三七總皂苷可抑制心肌細胞凋亡

膿毒癥小鼠模型中觀察到，脂多糖誘導的小鼠膿毒癥心肌病中，心肌細胞中的caspase-3、caspase-8、Bax活性明顯增強，使小鼠心肌細胞凋亡率明顯升高[35]。在新生大鼠心肌細胞建立脂多糖誘導的膿毒癥模型中發(fā)現，脂多糖可顯著降低新生大鼠心肌細胞的活性和抑癌基因Bcl-2的表達，而分別增強凋亡相關蛋白caspase-3和Bax的活性和表達，從而促進心肌細胞凋亡[36]。因此抑制癌癥基因的異常表達以減少心肌細胞凋亡和壞死對膿毒癥心臟功能的保護具有重要意義。

凋亡發(fā)生時，Bax通過促進細胞色素C的釋放，誘導細胞凋亡；Bcl-2表達增多時可通過抑制細胞色素C的過度釋放，從而抑制下游caspase-3的激活，抑制細胞凋亡。Bcl-2/Bax的比例常被用來衡量凋亡水平[37]。顧國嶸等[38]通過研究三七總皂苷預處理對大鼠心肌缺血再灌注損傷的保護機制，發(fā)現三七總皂苷能明顯減少大鼠TUNEL陽性細胞數、Bax蛋白表達，提高Bcl-2/Bax比值，通過調節(jié)線粒體膜的通透性抑制細胞色素C的釋放,以抑制心肌細胞凋亡。實驗結果顯示三七總皂苷預處理能明顯減少肌酸激酶同工酶的釋放以及減輕心肌細胞超微結構損傷。

miR-30c-5p是近年來在心肌缺血再灌注損傷發(fā)病機制中備受關注的miRNA之一，有研究揭示了miR-30c-5p在心肌缺血/再灌注后心肌細胞損傷和凋亡中的關鍵作用，在三七總皂苷處理的H9C2細胞中miR-30c-5p表達水平顯著升高，P53蛋白表達水平降低，從而起到增加缺血再灌注損傷心肌細胞的存活率，減少心肌細胞的凋亡的作用[39]。

有研究者通過研究三七總皂苷對衰老大鼠心肌細胞的抗凋亡作用，發(fā)現三七總皂苷能顯著抑制衰老大鼠心肌的形態(tài)學改變，阻止心肌細胞凋亡的增加，并以劑量依賴的方式改善與衰老相關的線粒體功能障礙。三七總皂苷還顯著逆轉FoxO3a基因和錳超氧化物歧化酶的下調以及過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子-1α、LC3β和Beclin-1水平的上調[40]。

以上研究表明三七總皂苷能通過提高Bcl-2/Bax比值、增加miR-30c-5p表達水平、上調PGC-1α、自噬標志物LC3β和Beclin-1蛋白水平等多途徑抑制心肌細胞凋亡，增加膿毒癥心肌細胞存活率。

8 結語和展望

三七總皂苷對膿毒癥心肌損害具有積極的治療意義，通過抑制炎癥反應、改善能量代謝障礙、抗血小板異?；罨?、調節(jié)心肌細胞內鈣離子濃度、清除氧自由基、抑制氧化應激反應、抑制心肌細胞凋亡等多個方面發(fā)揮其對心臟的保護作用，具有很好的研究和應用價值。然而，目前對三七總皂苷在膿毒癥心肌保護中應用的研究仍不夠深入，尚缺乏多成分、多靶點、多通路藥理作用的研究，不利于廣泛推廣應用。借助于現醫(yī)學研究技術，深入地研究和探索中醫(yī)藥對膿毒癥的作用機制，將有助于更好地推廣應用中醫(yī)藥治療膿毒癥，尋求治療膿毒癥心肌損傷的新方法。