中草藥致腎損傷及其相關(guān)成分毒性機制研究進展*

商海濤，龐欣欣，張晴晴，石秀杰，張雅歌，韓佳瑞，鄭威

[1.河南中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，鄭州 450046；2.河南省中醫(yī)院(河南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院)腎病科，鄭州 450002]

中藥大多數(shù)來源于動植物及礦物質(zhì)等。中藥治療各種疾病有數(shù)千年的歷史，人們往往認為這些藥物是“天然、綠色和無毒的”。1993年比利時學(xué)者VANHERWEGHEM等[1]首次在《柳葉刀》雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于中草藥能夠引起間質(zhì)性腎纖維化的文章，“中藥毒性”問題逐漸引起諸多學(xué)者的關(guān)注。

腎臟是藥物和有毒物質(zhì)的濃縮和排泄中心，因其獨特的功能與結(jié)構(gòu)，對藥物毒性作用極其敏感。腎臟異常暴露于高水平的藥物或其代謝產(chǎn)物后，會由于腎臟自身的高血流量、異源生物代謝而導(dǎo)致細胞受損[2]。目前報道中草藥相關(guān)的急性腎損傷的發(fā)生率高達60%[3]。中藥腎損傷的具體機制可能涉及氧化應(yīng)激、細胞凋亡、炎癥反應(yīng)、線粒體損傷、纖維化、Na+-K+-ATP酶以及轉(zhuǎn)運蛋白等多種途徑。本文就中藥腎損傷的主要成分及其所涉及機制進行綜述。

1 腎毒性中藥的毒性成分

中藥毒性分為狹義之毒和廣義之毒，廣義的毒性是指中藥的偏性，狹義的中藥毒性則是指中藥的毒副作用。目前關(guān)于中藥毒性的劃分仍是沿用臨床上傳統(tǒng)經(jīng)驗與古代本草記載[4]，但傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)因其局限性，對一些毒性較強的中藥如川烏、草烏的用法用量記載比較模糊?，F(xiàn)代中藥毒理學(xué)通過一些新興技術(shù)，如生物芯片、血清藥理學(xué)、代謝組學(xué)技術(shù)等，大大提高了對于中藥毒性的認知水平?，F(xiàn)代毒理學(xué)認為中藥導(dǎo)致腎毒性的原因在于其中含有的毒性成分，毒性成分能夠從暴露部位轉(zhuǎn)運至靶部位，與靶分子反應(yīng)，造成腎臟細胞結(jié)構(gòu)與功能異常，從而誘導(dǎo)腎損傷。目前研究顯示，中藥誘導(dǎo)的腎損傷毒性成分主要包括以下幾類：有機酸類[5]、糖苷類[6]、毒性蛋白[7]、生物堿[8]、萜類[9]、木脂素[10]、黃酮[11]、蒽醌[12]等，見表1。

表1 腎毒性中藥的主要活性成分、代表化合物及部分代表中藥

2 中藥腎毒性所涉及的機制

2.1氧化應(yīng)激反應(yīng) 氧化應(yīng)激是機體內(nèi)促氧化分子與抗氧化分子失衡的一種狀態(tài)。無論急性或慢性的腎臟損傷，普遍存在氧化應(yīng)激增強的共同特征。氧化應(yīng)激可以直接或間接影響腎小球濾過率、腎臟血液動力學(xué)及腎小管重吸收等。在藥物引發(fā)的腎損傷中，部分藥物可以明顯增加活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生，破壞細胞生物分子，誘發(fā)氧化應(yīng)激過程。多種中草藥能夠通過刺激腎臟細胞增加ROS水平，破壞穩(wěn)態(tài)，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激導(dǎo)致腎損傷。

2.1.1馬兜鈴酸 馬兜鈴酸是一種在多種中藥中發(fā)現(xiàn)的有毒化合物，包括細辛屬和馬兜鈴屬。目前已知包含馬兜鈴酸的中藥有馬兜鈴、青木香、廣防己、細辛、關(guān)木通、天仙藤、朱砂蓮等。

氧化應(yīng)激構(gòu)成了馬兜鈴酸腎臟細胞毒性的常見觸發(fā)事件。ANGER等[13]報道馬兜鈴酸可以刺激腎小管上皮細胞，可導(dǎo)致活性氧簇的水平大大增加。過氧化氫(H2O2)等活性氧作為正常細胞代謝產(chǎn)物，通常被細胞內(nèi)的谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(catalase，CAT)清除。MARIN等[14]用馬兜鈴酸喂養(yǎng)幼豬，可以顯著減少豬腎細胞內(nèi)CAT、SOD和GPx等抗氧化酶的活性。ROS水平升高，能夠氧化細胞的大分子物質(zhì)，破壞細胞穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的發(fā)生和進展。此外，馬兜鈴酸可能通過激活絲裂原活化的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(mitogen-activated extracellular signal-regulated kinase，MEK)/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶 (extracellular signal-regulated kinase，ERK)1/2信號通路和大量消耗谷胱甘肽引起氧化應(yīng)激相關(guān)的DNA損傷，引起細胞周期停滯在G2/M階段，進而引起凋亡[15]。CHEN等[16]發(fā)現(xiàn)馬兜鈴酸會導(dǎo)致抗氧化酶和糖基化酶OGG1的基因表達下調(diào)。OGG1可以有效修復(fù)DNA氧化損傷標志物8-羥基脫氧鳥苷，這表明馬兜鈴酸可以誘導(dǎo)以8-羥基脫氧鳥苷和DNA鏈斷裂為特征的氧化應(yīng)激。

結(jié)合目前的多種研究來看，氧化應(yīng)激是馬兜鈴酸細胞毒性的重要機制。通過減少馬兜鈴酸產(chǎn)生的ROS抗氧化物，從而減少氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，將會使由馬兜鈴酸誘導(dǎo)的細胞毒性減輕。通過深入研究相關(guān)的分子機制，可進一步制定治療策略，來靶向阻斷相關(guān)通路以及機制。

2.1.2雷公藤甲素 雷公藤甲素是中藥雷公藤的主要腎毒性成分。XI等[17]發(fā)現(xiàn)，給大鼠靜脈注射雷公藤甲素(0.1 mg·kg-1)，每日1次，連續(xù)14 d，結(jié)果顯示雷公藤甲素能夠顯著增加血肌酐與尿素氮水平，單次大劑量1 mg·kg-1注射后可造成嚴重的腎損傷，病理表現(xiàn)為腎小管上皮細胞脫離基底膜、腎小管梗阻等。氧化應(yīng)激在雷公藤甲素細胞毒性中起到重要作用，雷公藤甲素會增加ROS的生成，抑制抗氧化劑SOD、GPx、CAT等的活性，于腎臟組織中誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，進一步激活下游蛋白導(dǎo)致腎毒性[18]。HUANG等[19]通過對SD大鼠單次腹腔注射雷公藤甲素(1 mg·kg-1)，檢測到腎臟GPx、SOD活性明顯降低，氧化平衡被打破，雷公藤甲素誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的發(fā)生。

王昊等[20]研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤甲素上調(diào)氧化應(yīng)激水平后，激活絲氨酸激酶 (set-inethreonine kinase，AKT)和p70S6K表達，磷酸化水平升高。這表明雷公藤甲素可能通過激活PI3K/AKT信號通路參與細胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)。WANG等[21]研究表明，雷公藤甲素能夠降低琥珀酸脫氫酶活性，升高丙二醛濃度，降低核因子2相關(guān)因子(NF-E2-related factor 2，Nrf2)的核蛋白表達，這表明雷公藤甲素可以通過激活Nrf2途徑誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)。

2.1.3益母草堿 益母草主要活性成分為益母草堿。孫玲等[22]給小鼠喂藥7 d后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腎組織發(fā)生明顯病理變化，可見腎小管損傷，血清尿素氮(blood urea nitrogen，BUN)、肌酐(creatinine，Cre)水平升高。另外一些研究顯示益母草堿對腎臟的損傷主要以間質(zhì)纖維化、腎小管管腔萎縮為主，且可以使血中丙二醛、谷胱甘肽等表達上調(diào)，SOD、GPx的生物活性下調(diào)[23]。這表明益母草堿的腎損機制與氧化應(yīng)激相關(guān)。

2.1.4大黃蒽醌 蒽醌是中藥大黃主要活性成分。一些研究表明蒽醌毒性靶器官主要是腎臟，可以顯著抑制HK-2細胞增殖[24]。黃婉奕等[25]給小鼠連續(xù)灌胃大黃素(0.8，1.6 g·kg-1)11周后，發(fā)現(xiàn)大劑量組腎小管上皮細胞嚴重腫脹、腎小管管腔中蛋白管型、充血和淋巴細胞小灶性增生，并且給藥組的SOD活力明顯降低，腫瘤壞死因子α(TNF-α)含量增多，表明大劑量蒽醌可以使腎臟谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)功能失衡，誘發(fā)機體氧化應(yīng)激損傷。

2.2細胞凋亡 細胞凋亡是維持人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要機制。腎臟細胞凋亡是腎臟疾病的一個主要特征，腎小管局部缺血與萎縮會誘發(fā)凋亡，而凋亡會增加腎臟細胞浸潤、間質(zhì)細胞增殖與間質(zhì)纖維化。盡管細胞凋亡在細胞正常生理狀態(tài)下有維持穩(wěn)定的作用，但是部分藥物或毒性物質(zhì)能夠異常觸發(fā)凋亡過程并導(dǎo)致病理狀態(tài)。中藥誘導(dǎo)的腎臟細胞凋亡途徑主要涉及TNF-α系統(tǒng)、B淋巴細胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)蛋白以及caspase相關(guān)的酶聯(lián)反應(yīng)。

2.2.1馬兜鈴酸 目前已證實馬兜鈴酸以劑量和時間依賴性方式降低細胞活力并增加細胞凋亡[26]，其具體凋亡通路可能是p38、p53通路。馬兜鈴酸可以增加caspase-3、caspase-9、Bax等凋亡相關(guān)蛋白水平，磷酸化p38蛋白表達[27]，這表明p38MAKP通路參與馬兜鈴酸誘導(dǎo)的腎臟細胞凋亡。KIM等[28]發(fā)現(xiàn)褪黑素能夠抑制腎臟中p53和和Bax蛋白表達的增加，并且敲除了p53基因后的小鼠對馬兜鈴酸引起的腎小管上皮細胞凋亡具有抑制力，這表明p53通路可能參與馬兜鈴酸引起的細胞凋亡過程。

2.2.2馬錢子堿 馬錢子又名番木鱉、士的寧樹等，其生物活性主要是生物堿類，其中生物堿成分又以馬錢子堿為主。張美玉等[29]給SD大鼠灌胃給予馬錢子堿，0.5 h后處死小鼠，病理切片腎臟可見腎小管上皮濁腫、腎小球腫大。雷懷成等[30]研究發(fā)現(xiàn)大鼠在灌胃233 mg·kg-1馬錢子1 d后，腎小管上皮細胞caspase-3與Bcl-2水平上升，此外還發(fā)現(xiàn)caspase-3在表達初期起保護作用，當保護作用不足以代償或修復(fù)細胞時會啟動凋亡程序，誘導(dǎo)細胞凋亡。

2.2.3蓖麻毒素 蓖麻子為植物蓖麻的成熟種子。蓖麻毒素作為一種白蛋白毒素，是其主要生物活性成分，屬于毒素的核糖體失活蛋白家族，由于其高毒性、穩(wěn)定性而被歸類為生物威脅劑。蓖麻毒素可誘導(dǎo)腎臟細胞損傷，導(dǎo)致組織出現(xiàn)出血、水腫等改變。AUTHIER等[31]研究發(fā)現(xiàn)蓖麻毒素可以增加細胞色素C含量，上調(diào)caspase-3和caspase-9，在細胞質(zhì)中富集DNA片段引發(fā)凋亡。蓖麻毒素具有較高的細胞毒性，而關(guān)于腎臟毒性的機制還有待進一步研究。

2.2.4銀杏葉類黃酮 中藥銀杏葉的主要成分是黃酮。LI等[32]研究報道，在體外細胞毒性測試中，銀杏葉類黃酮以劑量依賴性方式降低HK-2細胞的活力。在體內(nèi)實驗中連續(xù)給藥20 mg·kg-1達7 d后，主要病理病變?yōu)槟I小管、腎小球和間質(zhì)損傷。同時，在經(jīng)銀杏葉雙黃酮處理小鼠腎臟組織中，發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)促凋亡蛋白Bax水平增加和抗凋亡蛋白Bcl-2的水平無變化，說明細胞凋亡參與了銀杏葉雙黃酮導(dǎo)致的腎損傷。

2.3炎癥反應(yīng) 腎臟炎癥是腎臟病理機制中常見的因素。多種炎癥因子可以作用于腎臟細胞，造成細胞損傷，進而導(dǎo)致腎小管損傷及間質(zhì)纖維化?？煽氐难装Y反應(yīng)能夠有效清除傷害性刺激，維持正常生理功能，但一些藥物進入機體可導(dǎo)致炎癥因子的水平過度上調(diào)，誘導(dǎo)炎癥級聯(lián)反應(yīng)。中藥誘導(dǎo)的炎癥機制主要是單核細胞、淋巴細胞及巨噬細胞大量增殖，浸潤進入腎臟，導(dǎo)致細胞功能障礙，而趨化因子及促炎癥細胞因子在其中發(fā)揮著重要作用。

2.3.1硫化汞 朱砂作為安神類中藥，是應(yīng)用最為廣泛的礦物藥之一，其主要化學(xué)成分為硫化汞。硫化汞與許多蛋白質(zhì)中的巰基結(jié)合，抑制多種酶的活性，沉積在腎臟中可造成腎臟損傷。WANG等[33]研究報道，給大鼠口服朱砂(1 g·kg-1·d-1)，持續(xù)8或12周，在朱砂組中，觀察到的病理變化包括炎癥細胞的浸潤和腎小管細胞空泡化，促炎癥因子TNF-α顯著升高。LI等[34]報道朱砂誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)主要通過調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)因子IL-1β、TNF-α等表達，加入其他中藥配伍后，發(fā)現(xiàn)可以通過抑制炎癥來減輕腎臟毒性。這表明炎癥反應(yīng)是朱砂主要的腎臟損傷機制。

2.3.2梔子苷 梔子中有效成分主要為環(huán)烯醚萜苷類物質(zhì)，梔子苷是中藥梔子中含量最高的環(huán)烯醚萜苷類物質(zhì)。馮筱懿等[35]研究發(fā)現(xiàn)300 mg·kg-1梔子苷可造成大鼠腎臟損傷，可見腎臟指數(shù)升高、腎小管上皮細胞腫脹、空泡化。張海虹等[36]發(fā)現(xiàn)梔子苷給藥后大鼠肝腎組織出現(xiàn)極輕度炎癥細胞浸潤和腎小管嗜堿性變。這表明梔子苷可能通過炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)細胞死亡。

2.4線粒體功能損傷 線粒體普遍存在于細胞中，且在代謝中處于核心地位。腎臟近端小管的重吸收功能使其需要大量的線粒體來提供能量，所以，線粒體功能障礙會使腎臟功能大受影響。線粒體在藥物引起的不良反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，是藥物的主要靶點。一些藥物可以通過增加ROS間接對線粒體造成毒性，或者通過抑制DNA轉(zhuǎn)錄、ATP合成等作用直接損傷線粒體功能。中藥導(dǎo)致的線粒體功能損傷主要集中于線粒體膜通透性的改變、呼吸功能受損以及DNA損傷等多種機制。

蒼術(shù)苷是蒼耳子主要的有毒化合物。欒弘等[37]報道了1例蒼耳子中毒的患者，腎活檢的病理提示腎間質(zhì)及腎小管損傷。YU等[38]分別在昆明小鼠和SD大鼠中觀察蒼耳子的急慢性毒性，研究發(fā)現(xiàn)，蒼耳子中毒的小鼠病理顯示腎小管充血和局灶性壞死，并且蒼耳子可以改變線粒體膜的通透性，影響腎細胞線粒體功能，造成腎小管損傷。

2.5腎臟Na+-K+-ATP酶 Na+-K+-ATP酶廣泛分布于腎臟中，主要位于腎小管上皮細胞的基膜上。Na+-K+-ATP酶主要維持細胞的正常膜電位水平與神經(jīng)沖動傳導(dǎo)，是腎小管水重吸收的主要動力。且Na+-K+-ATP酶和能量代謝之間有緊密的聯(lián)系，一旦腎臟的Na+-K+-ATP酶受到抑制，勢必會造成腎臟的代謝障礙。部分藥物能夠在進入細胞質(zhì)時抑制腎小管細胞中的Na+-K+-ATP活性，一些中草藥影響Na+-K+-ATP酶主要集中在腎臟灌注不足，從而影響內(nèi)外環(huán)境失衡。

澤瀉是澤瀉科植物澤瀉的干燥塊莖，其主要的化學(xué)活性成分之一是澤瀉醇。樂志勇等[39]以不同劑量澤瀉給小鼠灌藥10周，發(fā)現(xiàn)血清BUN、CR、尿N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶水平均顯著升高。祝建輝等[40]通過連續(xù)給正常小鼠與1/2腎切除小鼠20 g·kg-1·d-1灌胃后，病理可見腎間質(zhì)有多量炎癥細胞浸潤，并可見管型，澤瀉損傷腎小管間質(zhì)的機制可能是通過抑制腎臟Na+-K+-ATP酶，干擾水鈉的重吸收，同時也干擾了上皮細胞的能量代謝，造成了細胞內(nèi)外環(huán)境的失衡，導(dǎo)致上皮細胞損傷。

2.6促纖維化 纖維化是諸多腎病共同終點。腎臟細胞間基質(zhì)在間質(zhì)中過多沉積，誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進成纖維細胞因子釋放，損傷了腎小管上皮細胞修復(fù)與再生能力。部分藥物能夠造成腎臟固有細胞結(jié)構(gòu)與功能改變，釋放促纖維因子，誘導(dǎo)纖維化的過程。一些中藥能夠影響纖維化細胞因子及許多細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑，來促使腎臟細胞損傷，向纖維化方向發(fā)展。

馬兜鈴酸能夠引起腎小管損傷，影響促纖維因子的表達。馬兜鈴酸可通過激活TGF-β/Smad非依賴信號通路(TGF-β/ERK信號通路)、PTEN/p-AKT途徑以及過度自噬過程，誘導(dǎo)細胞外基質(zhì)積聚及成纖維細胞的增殖，促進腎小管間質(zhì)纖維化[27]。CHEN等[41]使用大鼠馬兜鈴酸腎病和NRK-52E細胞系模型，發(fā)現(xiàn)與纖維化相關(guān)的尾加壓素和TGF-β1在細胞內(nèi)表達均明顯升高。這表明纖維化在馬兜鈴酸誘導(dǎo)的腎臟細胞毒性中具有至關(guān)重要的作用。

2.7轉(zhuǎn)運蛋白功能異常 轉(zhuǎn)運蛋白是一類通過細胞膜運輸各種內(nèi)外源性化合物的功能性蛋白質(zhì)。有機陰離子轉(zhuǎn)運體(organic anion transporters，OA-Ts)是腎臟重要的轉(zhuǎn)運蛋白，其主要功能是將血液中的有機陰離子轉(zhuǎn)運到腎小管上皮細胞。故一旦OA-Ts功能受到藥物或毒物的抑制，人體正常的生理活動就會受到干擾甚至傷害。

2.7.1雷公藤甲素 DAN等[42]發(fā)現(xiàn)通過給大鼠灌胃600 mg·kg-1·d-1雷公藤甲素可減少腎皮質(zhì)切片中對氨基馬尿酸鹽的積聚以及腎Oat1和Oat3的 mRNA表達，對氨基馬尿酸鹽積累的顯著減少表明雷公藤甲素破壞了位于近端小管特別是S(2)段的有機陰離子轉(zhuǎn)運蛋白系統(tǒng)，從而導(dǎo)致了腎小管的節(jié)段特異性功能障礙。SHEN等[43]通過暴露TNF-α或IL-1β構(gòu)建HK-2和HEK-293T細胞系的細胞炎癥模型，結(jié)果表明，TNF-α暴露加重了雷公藤甲素的毒性，并上調(diào)了兩種細胞系中有機陽離子轉(zhuǎn)運蛋白表達，從而將更多的雷公藤甲素轉(zhuǎn)運至腎皮質(zhì)，導(dǎo)致腎臟損傷。

2.7.2二硫化二砷 雄黃的主要成分是二硫化二砷，砷離子(As2+)可以通過基底外側(cè)膜中的轉(zhuǎn)運蛋白Oat1和Oat3進入近端小管細胞。YU等[44]研究報道，通過對小鼠進行口服60 mg·kg-1雄黃5 d，發(fā)現(xiàn)雄黃可能通過抑制Oat1和Oat3介導(dǎo)的腎臟排泄而影響氨基馬尿酸的藥動學(xué)。這說明，改變Oat1/3的表達可能是降低汞腎毒性的有效治療策略。

3 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，中草藥的毒性機制將進一步深入研究。這勢必將有助于指導(dǎo)研究者進一步深入思考如何更安全、更有效地使用中草藥。腎臟是中草藥的重要的靶器官之一，正確全面認識中藥的腎毒性，對于進一步研發(fā)新藥、規(guī)避腎臟惡化風險具有重要意義。但同時中藥不僅僅是單一的個體，在臨床應(yīng)用中其往往會與其他中藥配伍，此外還有不同的加工與炮制，必然會導(dǎo)致中藥的具體作用機制復(fù)雜化，這是多途徑、多種因素相互作用的結(jié)果。目前的研究仍有許多不足之處，難以覆蓋全面，中藥腎毒性的具體機制仍需進一步探討。