心力衰竭氧化應(yīng)激與中醫(yī)藥研究進展

宋琳琳 薛一濤

(1 山東中醫(yī)藥大學(xué)，濟南，250355；2 山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院心病科，濟南，250014)

心力衰竭(Heart Failure,HF)是心肌梗死、高血壓、心肌病和瓣膜性心臟病等心血管系統(tǒng)常見病的心臟功能失代償時期的綜合征[1]。隨著世界人口的老齡化和老年人患病率的逐年增加，HF已成為人們重點關(guān)注的世界公共衛(wèi)生問題，HF的防治也是醫(yī)學(xué)正在面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。HF是由神經(jīng)體液機制、細胞因子、氧化應(yīng)激和心肌細胞凋亡等多種復(fù)雜因素共同導(dǎo)致，它們之間又相互聯(lián)系和影響。大量心血管研究的進展已經(jīng)表明氧化應(yīng)激是心力衰竭發(fā)生和發(fā)展的直接或間接病理生理學(xué)途徑[2-3]。

1 氧化應(yīng)激在心力衰竭中的作用機制

1.1 氧化應(yīng)激的概述 氧化應(yīng)激是由于活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的過量對細胞蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA造成損傷，而機體抗氧化防御系統(tǒng)無法消除，導(dǎo)致細胞壞死和凋亡。1956年，HARMAN[4]對ROS在衰老過程中的作用進行了開創(chuàng)性的觀察，并且作為細胞損傷介質(zhì)的ROS概念在衰老理論中開始被廣泛接受。ROS包括氧自由基，例如超氧化物、羥基自由基和單線態(tài)氧、過氧自由基，以及能夠產(chǎn)生自由基的非自由基，例如過氧化氫(Hydrogen Peroxide,H2O2)、次氯酸等。丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是氧自由基作用于脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)的終產(chǎn)物，細胞毒性明顯，能加劇細胞膜損傷，通常作為氧化應(yīng)激反應(yīng)程度及氧自由基生成量的反映指標[5]。正常心肌中配備的各種內(nèi)源性酶和非酶抗氧化劑系統(tǒng)，足以抵消活性氧的細胞毒性產(chǎn)物，其中抗氧化酶包括：超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)，谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione Peroxidase,GSH-Px)和過氧化氫酶(Catalase,CAT)、過氧化物酶(Peroxidase,Prx)，非酶系統(tǒng)，例如生育酚/維生素E，β-胡蘿卜素等。在生理條件下，細胞內(nèi)產(chǎn)生少量的ROS，這些ROS在正常傳導(dǎo)細胞信號，并且可以很容易地被自身抗氧化系統(tǒng)減少。然而在心力衰竭時，過量濃度的ROS導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化物超量轉(zhuǎn)化，此時MDA水平升增高，觸發(fā)前饋循環(huán)機制后氧化應(yīng)激水平升高，導(dǎo)致心肌收縮和舒張功能進一步惡化[6]。

1.2 心肌細胞中ROS主要來源

1.2.1 線粒體 線粒體是成人心肌細胞的重要雙膜細胞器，俗稱細胞的“動力源”。線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP合成所需的電化學(xué)梯度,其能量代謝是氧化劑的主要來源,因此在心臟氧化應(yīng)激中發(fā)揮獨特的作用[7]。線粒體呼吸鏈在正常生理條件下的電子傳遞過程中，98%的電子產(chǎn)生的電化學(xué)梯度被利用轉(zhuǎn)化為ATP并釋放能量，僅百分之一到二的電子“泄漏”被氧還原成超氧化物，此時線粒體內(nèi)源清除機制可正常將其清除[8]。心力衰竭時產(chǎn)生過量的ROS會對線粒體DNA造成破壞，從而導(dǎo)致呼吸復(fù)合物的下調(diào)，從而表現(xiàn)出呼吸耦合降低和電子從呼吸鏈泄漏的增加，從而進一步提高ROS的產(chǎn)生[9]。另外，Kohlhaas等[10]在建立的豚鼠心力衰竭動物實驗?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)，在心力衰竭中升高的細胞溶質(zhì)鈉離子([鈉離子]i)加速Ca2+流出來導(dǎo)致降低線粒體Ca2+([Ca2+]m)?？寡趸傅纳尚枰€原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate,NADPH)，NADPH是克雷布斯循環(huán)(Krebs)間接產(chǎn)物，而Krebs循環(huán)脫氫酶由[Ca2+]m激活，因此在衰竭的心肌細胞中，升高的[Na2+]i會增加線粒體ROS的形成而導(dǎo)致能量失衡和氧化應(yīng)激。

1.2.2 還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase,NOX) NADPH氧化酶作為ROS的主要心血管來源，在多種心血管系統(tǒng)疾病的病理生理學(xué)中發(fā)揮重要的作用[11]。研究發(fā)現(xiàn)NOX是它們的核心催化亞基，其中NOX1，NOX2，NOX4和NOX5亞型在心血管系統(tǒng)中表達，NOX2和NOX4在心臟中含量最高，是氧化應(yīng)激的主要來源。心力衰竭的病理條件下，由于血管緊張素Ⅱ(AngiotensinⅡ,AngⅡ)，α-腎上腺素能激動劑，內(nèi)皮素-1等不同因素對細胞進行刺激，NADPH氧化酶活性可明顯增強[12]。NOX2的激活取決于p22phox、p67phox、p40phox和p47phox基因的調(diào)控，一旦NOX2被激活，NADPH就可以與細胞內(nèi)C末端結(jié)合并將電子從NADPH轉(zhuǎn)移到氧氣上，從而在膜的另一端產(chǎn)生ROS[13]。在2007年進行的研究中，對NOX依賴性ROS產(chǎn)生和下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程有更加詳細見解，作為慢性神經(jīng)激素激活因素之一的AngⅡ，是心力衰竭進展的重要環(huán)節(jié)[14]。在內(nèi)皮細胞中，AngⅡ通過促進與NOX2相關(guān)的多蛋白復(fù)合物裝配來增加NOX2活性，并通過增加NOX2和NOX4的活性和表達以促進ROS的產(chǎn)生[15]。Kuroda等[16]構(gòu)建c-Nox4-/-小鼠實驗?zāi)Ｐ桶l(fā)現(xiàn)內(nèi)源性Nox4直接利用NADH作為電子供體，調(diào)節(jié)促進超氧化物產(chǎn)生的反饋機制而參與線粒體氧化應(yīng)激，并且NOX4的過度表達誘導(dǎo)了心肌成纖維細胞的增殖，加劇了心臟纖維化和功能障礙，結(jié)果表明Nox4是線粒體氧化應(yīng)激的重要來源。

1.2.3 黃嘌呤氧化還原酶(Xanthine Oxidoreductase,XOR) XOR屬于鉬酶，能夠催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)化為黃嘌呤，黃嘌呤轉(zhuǎn)化為尿酸，生成超氧化物代謝產(chǎn)物。XOR的基因表達受細胞因子和糖皮質(zhì)激素的調(diào)節(jié)，此外缺氧和高氧狀態(tài)下其表達也不同。XOR具有2種可相互轉(zhuǎn)換的形式：黃嘌呤氧化酶和黃嘌呤脫氫酶，它們將電子從黃嘌呤轉(zhuǎn)移到氧和NAD+分別產(chǎn)生超氧化物，過氧化氫和NADH。另外，XOR也可以通過NADH氧化酶活性產(chǎn)生超氧化物[17]。Landmesser等[18]在心力衰竭患者和對照組的細胞外SOD和黃嘌呤氧化酶活性測定中發(fā)現(xiàn)與內(nèi)皮相關(guān)SOD活性顯著降低，而與內(nèi)皮結(jié)合的XOR活性提高了雙倍以上，結(jié)果表明XOR的增加與CHF患者血管氧化應(yīng)激的增加密切相關(guān)。

1.2.4 一氧化氮合酶(Nitric Oxide Synthase,NOS) 一氧化氮(Nitric Oxide,NO)是來源于內(nèi)皮細胞的血管舒張因子，由NO合酶的3種同工型利用左旋精氨酸(L-精氨酸)和分子氧作為底物產(chǎn)生的，分別是內(nèi)皮型一氧化氮合酶(Endothelial Nitric Oxide Synthase,eNOS)、神經(jīng)型一氧化氮合酶(Neural Nitric Oxide Synthase,nNOS)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase,iNOS)，其中eNOS是與心血管疾病相關(guān)聯(lián)的重要基因，正常生理條件下，eNOS參與調(diào)控血管舒張和血壓，具有保護血管和內(nèi)皮功能的作用[19]。NOS的酶活性取決于底物和輔因子的可用性，四氫生物蝶呤(Tetrahydrobiopterin,BH4)作為eNOS功能的關(guān)鍵調(diào)控表明BH4可能是血管疾病狀態(tài)下的合理治療靶標。在心血管疾病因素導(dǎo)致的內(nèi)皮危險微環(huán)境中，由于缺少輔因子BH4，NOS會降低分子氧而不是L-精氨酸含量，從而導(dǎo)致合成的是超氧化物而不是NO，這種現(xiàn)象稱為“NOS解偶聯(lián)”。同時，這種現(xiàn)象將內(nèi)皮NOS的必需輔因子(BH4)氧化為三氫生物蝶呤自由基(Trihydrobiotic Trexate Free Radical,BH3·)，并導(dǎo)致進一步的ROS和活性氮形成[20]。

2 中藥防治心力衰竭的研究進展

中醫(yī)藥對心血管系統(tǒng)的作用機制是我國重要的研究課題之一。大量國內(nèi)外文獻表明中藥單體及有效成分、中成藥和中藥復(fù)方可通過增強心肌細胞SPD活性、降低過氧化脂質(zhì)含量和調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激因子和信號通路等機制減少ROS產(chǎn)生，從而提高機體抗氧化能力，防治心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展。

2.1 中藥單體及有效成分

2.1.1 葛根素 欒博等[21]通過對大鼠心力衰竭實驗?zāi)Ｐ脱芯堪l(fā)現(xiàn)葛根素通過上調(diào)抗氧化應(yīng)激核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2通路、減少ROS積聚，提高內(nèi)源性抗氧化物GSH-Px及SOD的活性，增加機體清除自由基的能力，從而改善心力衰竭損傷細胞后的氧化應(yīng)激反應(yīng)，對心力衰竭起保護作用。

2.1.2 山莨菪堿 宋艷玲等[22]觀察了山莨菪堿對心肌缺血再灌注大鼠氧化應(yīng)激、心肌損傷的影響，實驗發(fā)現(xiàn)從本實驗中可以看出，使用山莨菪堿處理的各組可以反映機體內(nèi)MDA水平降低、SOD水平升高，說明山莨菪堿可以通過抑制氧化應(yīng)激保護心肌缺血再灌注損傷。

2.1.3 白藜蘆醇 陳玨等[23]通過SD心力衰竭大鼠實驗?zāi)Ｐ桶l(fā)現(xiàn)白藜蘆醇干預(yù)模型氧自由基清除酶活性提高，且和白藜蘆醇劑量正比，表明白藜蘆醇通過調(diào)控氧化應(yīng)激相關(guān)基因以抑制氧化應(yīng)激狀態(tài)，改善心功能。

2.1.4 紅花醇提物 楊艷[24]建立原代培養(yǎng)的大鼠乳鼠心肌細胞損傷模型，實驗發(fā)現(xiàn)紅花中藥醇提物能減輕黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶抗氧化機制的損傷，提高心肌細胞存活率，可能通過提高機體的抗氧化酶活力來清除體內(nèi)過多的氧自由基，或是抑制脂質(zhì)過氧化的發(fā)生,減少對生物膜的損傷,達到對細胞的保護作用。

2.1.5 槲皮素 Dugas等[25]利用總氧自由基清除能力(Total Oxygen Radical Scavenging Capacuty,TOSC)測定法確定黃酮類化合物槲皮素可與超氧陰離子(Superoxide Anion,ONOO-)結(jié)合而減少氧自由基產(chǎn)生，降低NADPH消耗，從而提高機體抗氧化能力。

2.2 中成藥

2.2.1 速效救心丸 速效救心丸的主要組成是川芎和冰片,其中川芎行氣活血止痛，冰片清熱解毒、開竅止痛。段飛鵬[26]對速效救心丸的有效成分進行分析并且建立體外糖氧剝奪細胞模型實驗，結(jié)果表明速效救心丸能提高缺血心肌細胞內(nèi)線粒體含量和線粒體復(fù)合物Ⅰ和復(fù)合物Ⅱ的活性，增加氧化磷酸化效率，降低線粒體內(nèi)ROS水平，對缺血心肌起到保護保用。

2.2.2 養(yǎng)心氏片 養(yǎng)心氏能夠扶正固本，益氣活血，行脈止痛，主要由黃芪、靈芝、黨參、丹參、葛根、當歸等13味藥物組成。袁煒婷等[27]選取80例心力衰竭患者設(shè)置不同藥物觀察組觀察養(yǎng)心氏對其血流動力學(xué)及氧化應(yīng)激的影響，結(jié)果表明養(yǎng)心氏能夠提高心肌細胞中CAT、SOD、琥珀酸脫氫酶(Succinate Dehydrogenase，SDH)等氧化應(yīng)激相關(guān)因子水平，減少心肌耗氧量，改善機體氧化應(yīng)激損傷。

2.2.3 復(fù)方丹參滴丸 復(fù)方丹參滴丸主要成分為丹參、三七、冰片，具有活血化瘀、理氣止痛的作用。范寶晶等[28]通過動物實驗?zāi)Ｐ桶l(fā)現(xiàn)復(fù)方丹參滴丸能提高大鼠心肌細胞血清中SOD活性和抗自由基損傷能力，降低MOD的含量和缺血再灌注心肌的氧化應(yīng)激水平，促進心血管微循環(huán)。

2.2.4 復(fù)方天芪航力片 復(fù)方中藥天芪航力片主要由紅景天、黃芪、當歸、白芍、丹參等組成，具有補氣養(yǎng)血、活血調(diào)經(jīng)止痛的功效。陳良恩等[29]在研究中發(fā)現(xiàn)復(fù)方中藥天芪航力片能夠在增強心肌線粒體抗氧化酶的活性，抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的同時降低MDA含量，從而提高線粒體呼吸功能和抗氧化能力。

2.3 中藥復(fù)方及注射劑

2.3.1 生脈真武救心湯 生脈真武救心湯由茯苓、丹參、黨參、麥冬、熟附子、五味子、炙甘草等組成，具有益氣溫陽、活血利水的功效。謝健燕[30]對比生脈真武救心湯對心力衰竭患者觀察組和對照組的氧化應(yīng)激狀態(tài)不同影響后，發(fā)現(xiàn)生脈真武救心湯能改善患者心肌重構(gòu)，降低過氧化脂質(zhì)含量，增強自由基清除效果，誘導(dǎo)血清MDA水平下降，提高GSH-Px、CAT、SOD含量，維持機體氧化-抗氧化系統(tǒng)平衡。

2.3.2 丹紅注射液 丹紅注射液由紅花、丹參提取物組成,其主要成分包括丹酚酸、丹參酮、紅花等,具有活血通脈、通脈舒絡(luò)等功效。王景[31]使用丹紅注射液治療老年慢性心力衰竭時，發(fā)現(xiàn)丹紅注射液中丹參酮對NADH/還NADPH氧化系統(tǒng)激活具有阻斷作用，并抑制了氧自由基生成，減輕了心肌細胞的脂質(zhì)過氧化損傷，心臟收縮與舒張功能得到增加。

2.3.3 生脈注射液 生脈注射液由紅參、麥冬和五味子組成，具有益氣養(yǎng)陰，復(fù)脈固脫作用。Zhu等[32]在建立的H2O2誘導(dǎo)的心肌細胞氧化應(yīng)激模型研究中發(fā)現(xiàn)生脈注射液可以減少ROS和MDA的產(chǎn)生，恢復(fù)H2O2抑制的SOD活性，并降低NADPH氧化酶產(chǎn)量來減輕細胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平。

2.3.4 益氣解毒方 益心解毒方是由黃芪、丹參、白術(shù)、金銀花等組成，具有益氣活血、清熱解毒的功效。馮玄超等[33]研究發(fā)現(xiàn)益氣解毒方可顯著下調(diào)心力衰竭氣虛血瘀證大鼠心肌組織中NOX2及NOX4的蛋白表達，調(diào)控心肌氧化應(yīng)激水平而保護心肌細胞。

3 小結(jié)

氧化應(yīng)激是多種心血管疾病的共同生理病理基礎(chǔ)之一，也是貫穿于心力衰竭病情發(fā)展的全過程，其參與機制的信號分子和調(diào)控通路復(fù)雜，因此抗氧化應(yīng)激在預(yù)防和改善心力衰竭中發(fā)揮關(guān)鍵作用。西醫(yī)對于心力衰竭的治療主要依賴于通過用β受體阻滯劑、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑和血管緊張素Ⅱ1型拮抗劑等藥物靶向來減少心臟工作量，雖然這些干預(yù)措施緩解部分癥狀，但對心力衰竭的病死率和病情預(yù)后的影響有局限性[34]。中藥具有多靶點、整合調(diào)控的特色優(yōu)勢，從中醫(yī)藥角度探究可應(yīng)用于抗氧化應(yīng)激、改善心力衰竭預(yù)后損傷的藥物空間較大，然而,中草藥作用于心力衰竭氧化應(yīng)激的機制復(fù)雜，國內(nèi)外學(xué)者對抗氧化應(yīng)激中藥的多種類、細胞因子活性和信號通路的多樣性欠缺具體的深入研究。本研究總結(jié)了心力衰竭與氧化應(yīng)激相關(guān)的作用機制，歸納了中藥單體及有效成分、中成藥和中藥復(fù)方在抗氧化應(yīng)激方面的研究進展，希望抗氧化應(yīng)激中藥可作為中西醫(yī)溝通研討的紐帶之一，為未來心力衰竭抗氧化的新藥物和針對不同氧化應(yīng)激位置和性質(zhì)研究出靶向化診療方案提供參考思路。