基于PI3K/Akt、NF-κB 信號通路探討中醫(yī)藥防治心肌缺血再灌注損傷的機(jī)制

沈子豪，黃益桃，游伊珺，陳嘉敏，黃景一，李濛樂

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是由冠狀動脈閉塞引起心臟長期缺血、缺氧而損傷心功能的一種嚴(yán)重心血管疾病，其死亡率在我國呈上升趨勢［1］。目前，再灌注是AMI的首選治療方法，其主要采取溶栓治療或經(jīng)皮冠狀動脈介入治療來快速恢復(fù)缺血心肌的血流，然而部分患者缺血心肌恢復(fù)血流后會發(fā)生心肌缺血再灌注損傷（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI），這會嚴(yán)重妨礙患者的治療效果和預(yù)后，但至今尚未找到安全有效的解決方案，MIRI已成為臨床亟待解決的問題［2］。MIRI的病因復(fù)雜，其發(fā)生發(fā)展的詳細(xì)分子機(jī)制尚未完全闡明。研究表明，PI3K/Akt、NF-κB信號通路與MIRI的誘因及其病情發(fā)展密切相關(guān)［3］。中醫(yī)藥具有多成分、多途徑、多靶點、價格低、不良反應(yīng)少的優(yōu)勢，可為MIRI的防治提供新思路［4］。基于此，本文首先分析了PI3K/Akt、NF-κB信號通路參與MIRI發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，然后基于PI3K/Akt、NF-κB信號通路探討了中藥單體及其有效成分、中藥復(fù)方及制劑防治MIRI的機(jī)制，以期為臨床采用中醫(yī)藥防治MIRI提供理論支持。

1 PI3K/Akt、NF-κB信號通路參與MIRI發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

MIRI的發(fā)病涉及多種因素的相互作用，目前相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt、NF-κB信號通路主要通過調(diào)控氧化應(yīng)激、鈣超載、炎癥反應(yīng)、心肌細(xì)胞凋亡、鐵死亡等而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展［5-6］。

1.1 氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激指體內(nèi)氧化和抗氧化作用失衡，導(dǎo)致組織損傷的一種狀態(tài)。研究顯示，活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平異常升高可能通過PI3K/Akt信號通路促進(jìn)NF-κB的抑制蛋白（inhibitor of NF-κB，IκB）的泛素化和降解，然后通過促進(jìn)NF-κB的活化來誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致MIRI的發(fā)生［7-8］。CAI等［9］研究發(fā)現(xiàn)，一種由線粒體DNA編碼的內(nèi)源性肽Humanin能通過PI3K/Akt信號通路重新激活酪氨酸激酶2（Janus kinase 2，JAK2）/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信號通路和AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號通路，抑制NF-κB信號通路，從而減輕氧化應(yīng)激，進(jìn)而在MIRI期間起到保護(hù)作用。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調(diào)控氧化應(yīng)激而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。

1.2 鈣超載 鈣超載是細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度異常升高的一種現(xiàn)象，可由各種原因?qū)е碌男募p傷引起，其中心肌細(xì)胞缺氧是其最直接和主要的原因［10］。研究顯示，PI3K/Akt信號通路是間充質(zhì)干細(xì)胞胞外囊泡（mesenchymal stem cell-extracellular vesicles，MSC-EV）介導(dǎo)的缺血性心臟病的主要途徑之一，可防止心肌細(xì)胞內(nèi)的鈣超載［11］。還有研究顯示，主動脈弓縮窄（transverse aortic constriction，TAC）模型小鼠建模成功后1周或2周內(nèi)，其心肌細(xì)胞中鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱδ（calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ δ，CaMKⅡδ）在鈣超載的作用下能通過NF-κB信號通路引起炎癥反應(yīng)，從而造成心臟重塑，進(jìn)一步加重MIRI程度［12］。此外，還有研究顯示，鈣超載與再灌注階段ROS的異常升高互為因果關(guān)系，其均可促進(jìn)MIRI的發(fā)生發(fā)展［13-14］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調(diào)節(jié)鈣超載而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。

1.3 炎癥反應(yīng) 炎癥是機(jī)體的一種抗病反應(yīng)，是導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷的重要原因。研究顯示，PI3K/Akt信號通路可以調(diào)控多種炎癥因子，包括IL-6、IL-1β和TNF-α［15］。Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）是一種識別受體，在誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和激活NF-κB信號通路的過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［16］，而PI3K/Akt信號通路的激活可抑制TLR4的表達(dá)［17］，從而抑制NF-κB信號通路的激活［18］，減少心肌組織中IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子的釋放，下調(diào)Bcl2相關(guān)X蛋白質(zhì)（Bcl2-associated X protein，Bax）和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（cysteine aspartate protease，Caspase）-3的表達(dá)水平，進(jìn)而減輕心肌細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和減少心肌細(xì)胞凋亡，最終達(dá)到防治MIRI的目的［19］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調(diào)控炎癥反應(yīng)而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。

1.4 心肌細(xì)胞凋亡 心肌細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡，可參與MIRI發(fā)生發(fā)展的全過程［20］。研究顯示，PI3K/Akt信號通路中的關(guān)鍵因子Akt被激活后會升高低氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia inducible factor 1 alpha，HIF-1α）、Bcl-2的表達(dá)水平，降低Bax的表達(dá)水平，改變線粒體膜通透性，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡和降低ROS水平［21］。還有研究顯示，MIRI發(fā)生過程中，ROS水平異常升高和鈣超載會激活NF-κB信號通路［22］，抑制抗凋亡蛋白Bcl-2的功能，從而促進(jìn)炎癥因子的分泌，引起心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而加重MIRI程度［23］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調(diào)控心肌細(xì)胞凋亡而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。

1.5 鐵死亡 鐵死亡是一種鐵離子依賴性非凋亡形式的細(xì)胞死亡。在MIRI期間，大量鐵從鐵蛋白中釋放出來，可引發(fā)鐵死亡，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞廣泛損傷［24］。而谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）/谷胱甘肽（glutathione，GSH）信號通路是機(jī)體防御鐵死亡的重要通路［25］。研究顯示，PI3K/Akt信號通路被激活后能夠活化HIF-1α并上調(diào)核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），從而通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控的方式促進(jìn)GPX4的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)胞對鐵死亡的抵抗能力［26］。還有研究顯示，NF-κB信號通路被抑制后可以促進(jìn)促炎細(xì)胞因子和GPX4的表達(dá)，從而抑制心肌細(xì)胞鐵死亡［27-28］。因此，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可通過調(diào)控鐵死亡而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展。

2 中醫(yī)藥基于PI3K/Akt、NF-κB信號通路防治MIRI的機(jī)制

2.1 中藥單體及其有效成分 中藥單體及其有效成分主要通過激活PI3K/Akt信號通路以及抑制NF-κB信號通路來減輕MIRI，其中以黃酮類、酚類、苷類、生物堿、萜類為主，其作用機(jī)制主要包括直接作用于PI3K/Akt、NF-κB信號通路中的關(guān)鍵因子以及通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子、細(xì)胞內(nèi)/外蛋白質(zhì)、各類細(xì)胞等方式間接作用于PI3K/Akt、NF-κB信號通路，見表1［3，29-59］。

2.1.1 黃酮類 二氫槲皮素、田薊苷可通過激活PI3K/Akt信號通路而減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，從而減少心肌細(xì)胞凋亡，減輕MIRI［29-30］。芹菜素可以升高Bcl-2水平，降低Bax、Caspase-3水平，激活PI3K/Akt信號通路，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡［31］；葛根素可以激活PI3K/Akt信號通路，促進(jìn)Akt磷酸化，抑制心肌細(xì)胞自噬［32］；木犀草素可通過NF-κB/NOD樣受體家族核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體3（NOD-like receptor family，pyrin domain containing 3，NLRP3）信號通路抑制心肌細(xì)胞焦亡［33］，從而減輕MIRI。羥基紅花黃色素A可通過阻止NF-κB p65核轉(zhuǎn)位而抑制NF-κB信號通路的激活，通過降低IL-6、TNF-α、CRP等炎癥因子水平而減輕炎癥反應(yīng)，從而減輕MIRI［34］。丹參酮ⅡA可以抑制TNF-α、IL-1β和IL-6的產(chǎn)生及降低NF-κB信號通路有關(guān)蛋白質(zhì)的含量，從而減輕MIRI［35］。水飛薊賓能抑制IκB激酶α（IκB kinase alpha，IKKα）磷酸化、核因子κB抑制劑α（nuclear factor-kappa B inhibitor alpha，IκB-α）降解、NF-κB p65核轉(zhuǎn)位，從而抑制NF-κB信號通路的激活，減輕MIRI［36］。落新婦苷可通過抑制高遷移率族蛋白1（high mobility group box 1，HMGB1）的表達(dá)來阻斷NF-κB的磷酸化，從而抑制NF-κB信號通路的激活，減輕MIRI［37］。

2.1.2 酚類 丹參素能夠通過PI3K/Akt信號通路介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和氧化應(yīng)激有效拮抗IL-6、IL-12及p65轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，從而通過抑制磷酸化c-Jun氨基末端激酶（phosphorylated c-Jun N-terminal kinase，p-JNK）的激活來抑制NF-κB基因的表達(dá)和NF-κB信號通路的激活，最終減輕MIRI［38-40］。白藜蘆醇可以通過增加p-Akt、Akt、縫隙連接蛋白43（connexin 43，Cx43）的表達(dá)水平來激活PI3K/Akt信號通路［41］，表沒食子兒茶素沒食子酸酯可通過激活PI3K/Akt信號通路而減少心肌細(xì)胞自噬［42］，從而減輕MIRI。厚木酚可通過激活A(yù)kt/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signal regu-lated protein kinase，ERK）信號通路及抑制p38/c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號通路而抑制心肌細(xì)胞凋亡，其激活A(yù)kt后，還可通過抑制線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeablity transition pore，MPTP）的開放和磷酸化糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）來維持線粒體完整性，從而減輕MIRI［43］。丹酚酸A可通過升高Bcl-2水平而抑制Caspase-3的活化，從而激活A(yù)kt并抑制心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而減輕MIRI［44］。阿魏酸鈉可以降低NF-κB p65蛋白的表達(dá)水平，通過抑制NF-κB的生物活性而降低其下游調(diào)控基因的表達(dá)水平，從而減輕MIRI［45］。

2.1.3 苷類 黃芩苷可通過激活PI3K/Akt信號通路而促進(jìn)二氧化碳和環(huán)磷酸鳥苷的釋放，起到保護(hù)心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用，從而減輕MIRI［46］。黃芩苷和黃芪甲苷均能下調(diào)NF-κB p65的表達(dá)，從而抑制NF-κB信號通路的激活及心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而減輕MIRI［3，47］。人參皂苷Rb3能夠抑制細(xì)胞核內(nèi)NF-κB的活化、NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位，減少ROS的產(chǎn)生，抑制心肌細(xì)胞凋亡，從而減輕MIRI［48］。刺五加苷可抑制IκB-α的磷酸化和NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位，從而抑制NF-κB信號通路的激活，進(jìn)而減輕MIRI［49］。芍藥苷可降低MIRI模型大鼠NF-κB的表達(dá)水平，抑制黏附分子的表達(dá)，從而有效保護(hù)心肌細(xì)胞［50］。淫羊藿苷可以降低MIRI模型大鼠血清IL-1β水平及心肌組織TNF-α、髓過氧化物酶（marrow peroxide，MPO）、NF-κB水平，從而減輕MIRI［51］。

2.1.4 生物堿 小檗堿可明顯提高心肌細(xì)胞中PI3K和Akt的表達(dá)水平，從而激活PI3K/Akt信號通路，抑制心肌細(xì)胞凋亡，還可通過降低心肌細(xì)胞中NF-κB p65、IκB-α、IKK-β、NF-κB的表達(dá)水平來減輕炎癥反應(yīng)，從而減輕MIRI［52］。去甲烏藥堿可以上調(diào)Caspase-3、Caspase-9和p-Akt裂解蛋白的表達(dá)，促進(jìn)Akt磷酸化并激活PI3K，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡，減輕MIRI［53］。氧化苦參堿可通過下調(diào)NF-κB p65蛋白的表達(dá)而抑制NF-κB信號通路的激活，從而減輕復(fù)氧后心肌細(xì)胞的損傷及凋亡，發(fā)揮防治MIRI的作用［54］。

2.1.5 萜類 京尼平苷能夠激活胰高血糖素樣肽-1受體（glucagon like peptide-1 receptor，GLP-1R）和PI3K/Akt信號通路，從而逆轉(zhuǎn)線粒體功能障礙并減少心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而減輕MIRI［55］。雷公藤內(nèi)酯醇可通過抑制NF-κB信號通路的激活而發(fā)揮抗炎、抗細(xì)胞凋亡作用，進(jìn)而減輕MIRI［56］。新穿心蓮內(nèi)酯可降低炎癥因子、磷酸化核因子κB（phosphorylated nuclear factor kappa B，p-NF-κB）等的水平，并阻止NF-κB p65亞基從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，提示新穿心蓮內(nèi)酯通過抑制NF-κB信號通路的激活而減輕MIRI［57］。

2.1.6 其他 洋川芎內(nèi)酯H可通過上調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤-XL（B cell lymphoma-XL，Bcl-XL）水平和抑制Caspase-3的激活而激活PI3K/Akt信號通路，從而抑制心肌細(xì)胞凋亡，減輕MIRI［58］。大黃素通過上調(diào)TLR4、髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）、NF-κB、NLRP3而抑制NF-κB/NLRP3信號通路的激活和IκB-α的磷酸化，從而抑制心肌細(xì)胞焦亡，減輕MIRI［59］。

2.2 中藥復(fù)方及制劑 目前，西藥治療MIRI存在一定局限性，常療效不佳，而中醫(yī)藥治療MIRI具有獨特的優(yōu)勢［60］。中藥復(fù)方及制劑對于組織灌注不足類疾病具有活血、化瘀、通絡(luò)、理氣、止痛、化痰、養(yǎng)陰、補(bǔ)陽的效果，其中冠心丹參方、通心絡(luò)膠囊、栝樓薤白半夏湯、生脈散和干姜附子湯等可能通過PI3K/Akt、NF-κB信號通路減輕MIRI［2，61］。

2.2.1 冠心丹參方 冠心丹參方由丹參、三七、降香油組成，其部分成分對心血管有重要的保護(hù)作用［62］。LI等［63］研究發(fā)現(xiàn)，冠心丹參方通過降低炎癥因子和減少細(xì)胞死亡而減輕MIRI模型大鼠心肌組織炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，從而對心臟起到保護(hù)作用。DENG等［64］研究顯示，相對于冠心丹參方低劑量組，冠心丹參方中、高劑量組雌激素受體β（estrogen receptor β，ERβ）水平明顯升高，表明ERβ是冠心丹參方治療MIRI的主要靶點，且冠心丹參方可能通過PI3K/Akt信號通路上調(diào)ERβ，從而減輕MIRI。

2.2.2 通心絡(luò)膠囊 通心絡(luò)膠囊的主要成分有人參、水蛭、土鱉等，其能補(bǔ)氣通絡(luò)、活血止痛，其通過提高冠狀動脈血流量而有效減輕心肌缺血［65］。研究顯示，通心絡(luò)膠囊可以提高M(jìn)IRI患者心肌收縮力，降低心肌損傷酶濃度，預(yù)防受損心肌組織缺血壞死［66］。李菊香等［67］通過MIRI模型大鼠實驗發(fā)現(xiàn)，與模型組相比，通心絡(luò)膠囊組再灌注性心律失常發(fā)生率降低，心肌梗死范圍縮小；應(yīng)用PI3K信號通路阻斷劑抑制PI3K/Akt信號通路后，通心絡(luò)膠囊對MIRI模型大鼠心肌的保護(hù)效果明顯減弱，提示通心絡(luò)膠囊對MIRI有保護(hù)作用，且可能是通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt信號通路實現(xiàn)的。

2.2.3 栝樓薤白半夏湯 栝樓薤白半夏湯由栝樓、薤白、半夏和黃酒組成，可行氣化痰、解郁寬胸，常用于防治胸痹或冠心病心絞痛等疾病［68］。MIRI模型大鼠實驗結(jié)果表明，與模型組相比，栝樓薤白半夏湯給藥組心肌酶學(xué)指標(biāo)肌酸激酶同工酶（creatine kinase isoenzymes，CK-MB）、乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）、心肌肌鈣蛋白T（cardiac troponin T，cTnT）水平及Bax水平降低，Bcl-2、p-Akt水平升高，提示栝樓薤白半夏湯或許通過調(diào)控PI3K/Akt信號通路來調(diào)節(jié)Bcl-2和Bax的表達(dá)，從而減少心肌細(xì)胞凋亡，進(jìn)而減輕MIRI［69］。

2.2.4 生脈散 生脈散由人參、麥門冬、五味子組成，有益氣生津、斂陰止汗的作用，臨床常用于治療AMI、冠心病等疾?。?0］。源自生脈散的新藥組合成分GRS由人參皂苷Rb1（ginsenoside Rb1，G-Rb1）、魯斯可皂苷元（ruscogenin，Rus）和五味子醇甲（schisandrin，SA）制成，研究顯示，MIRI模型小鼠Caspase-3活性和表達(dá)水平明顯升高，Bcl-2/Bax比值降低，而GRS可明顯抑制MIRI模型小鼠Caspase-3活性、增加Bcl-2/Bax比值，且G-Rb1能通過激活A(yù)MPK信號通路而抑制心肌細(xì)胞凋亡，并通過抑制NF-κB信號通路的激活和調(diào)節(jié)ERK1/2、Akt-Bad-14-3-3信號通路而發(fā)揮抗炎和抗氧化的作用，從而減輕MIRI［71］。

2.2.5 干姜附子湯 干姜附子湯由附子和干姜組成，考慮其具有回陽救逆的功效，臨床上主要用于治療缺血性心臟病［72］。XIE等［73］研究表明，與MIRI組相比，干姜附子湯灌胃組PI3K、Akt、GSK-3β表達(dá)水平明顯升高，細(xì)胞色素C（cytochrome C，Cyt-C）、Caspase-9表達(dá)水平明顯降低；化合物-靶點-通路（compound-target-pathway，C-T-P）網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果顯示，干姜附子湯可通過作用于多個核心靶點防治MIRI，如AKT1、NFKB、TNF、NFKBA、GSK3β等，這些靶點均與細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)有關(guān)，提示干姜附子湯對MIRI模型大鼠的心肌組織具有保護(hù)作用，且其機(jī)制與調(diào)節(jié)PI3K/Akt、NF-κB信號通路有關(guān)。

3 小結(jié)及展望

綜上所述，PI3K/Akt、NF-κB信號通路可以通過調(diào)控氧化應(yīng)激、鈣超載、炎癥反應(yīng)、心肌細(xì)胞凋亡以及鐵死亡等而參與MIRI的發(fā)生發(fā)展，而中藥單體及其有效成分和中醫(yī)藥復(fù)方及制劑可能通過調(diào)控PI3K/Akt、NF-κB信號通路而防治MIRI。雖然目前關(guān)于中醫(yī)藥通過調(diào)控PI3K/Akt、NF-κB信號通路而減輕MIRI的研究取得了一定成果，但其仍存在一定局限性：第一，關(guān)于MIRI的研究以動物實驗為主，臨床研究較少；第二，針對多成分及多靶點的中藥復(fù)方研究較少，許多中藥復(fù)方亟待進(jìn)一步開發(fā)和研究。未來，隨著生物信息學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和更多高質(zhì)量研究成果的發(fā)表，中醫(yī)藥治療MIRI的有效性和安全性及其機(jī)制將被逐漸闡明。

作者貢獻(xiàn)：沈子豪、黃益桃進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計；沈子豪、游伊珺、陳嘉敏進(jìn)行文章的可行性分析；游伊珺、陳嘉敏、黃景一、李濛樂進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集；沈子豪撰寫、修訂論文；黃益桃負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，并對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。