基于5-脂氧合酶代謝通路的中藥復(fù)方干預(yù)動脈粥樣硬化炎癥的新思路

周銘濤 郭琰

(云南省藥物研究所 云南省中藥和民族藥新藥創(chuàng)制企業(yè)重點實驗室,云南 昆明 650111)

心腦血管疾病的患病率和死亡率一直處于持續(xù)上升狀態(tài),動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)是發(fā)生急性心腦血管事件的病理基礎(chǔ),而目前AS的發(fā)病機(jī)制和確切病因尚未十分明確,現(xiàn)較為公認(rèn)的是“炎癥-損傷-反應(yīng)”學(xué)說。

炎癥是機(jī)體對外來入侵物的一種保護(hù)性反應(yīng),一個完整的炎癥過程包括促炎期和炎癥消散期。促炎期是當(dāng)機(jī)體組織受損或微生物入侵時,機(jī)體釋放促炎介質(zhì),在趨化因子和黏附因子的作用下,單核細(xì)胞進(jìn)入受損部位分化成巨噬細(xì)胞,巨噬細(xì)胞吞噬并殺死外來入侵物,其后進(jìn)入炎癥消散期,在促消散介質(zhì)的作用下,巨噬細(xì)胞將凋亡細(xì)胞吞噬清除,此過程也稱為胞葬作用,并隨淋巴排出炎癥部位,恢復(fù)機(jī)體的穩(wěn)態(tài)平衡。但當(dāng)促炎介質(zhì)分泌過多,導(dǎo)致機(jī)體長期處于炎癥狀態(tài),炎癥消散不足進(jìn)而形成慢性炎癥[1]。普遍認(rèn)為AS是一種發(fā)生在血管壁的慢性炎癥性病理過程,具有慢性炎癥的“共同點”,即炎癥介質(zhì)的持續(xù)釋放和促炎癥消散的缺失?？寡?抑制炎癥介質(zhì)的釋放)一直是防治AS的有效途徑,而促炎癥消散則是近年來研究的熱點。內(nèi)源性促炎癥消散介質(zhì)和促炎介質(zhì)失衡是AS斑塊形成的重要原因。抑制炎癥介質(zhì)的釋放、促進(jìn)炎癥消散和恢復(fù)機(jī)體的穩(wěn)態(tài)平衡是治療AS的關(guān)鍵。但由于炎癥介質(zhì)和促炎癥消散介質(zhì)一般都由不同的信號通路所介導(dǎo),單靶點藥物可能無法做到雙方面的兼顧,而中藥復(fù)方的多成分、多途徑、多靶點的作用特點可能更具優(yōu)勢。5-脂氧合酶(5-lipoxygenase,5-LOX)代謝產(chǎn)物白三烯B4(leukotriene B4,LTB4)和脂氧素(lipoxin,LX)具有相反的作用特點,為中藥復(fù)方抗炎和促炎癥消散的理論提供了依據(jù)。本文從5-LOX代謝產(chǎn)物的角度出發(fā),系統(tǒng)總結(jié)了LTB4和LX在AS炎癥進(jìn)程中的作用機(jī)制,從一條通路出發(fā),以慢性炎癥兩個方面(促炎和炎癥消散)的角度探討中藥復(fù)方防治AS的可能作用途徑和新思路。

1 5-LOX與AS

花生四烯酸(arachidonic acid,AA)代謝通路是體內(nèi)一條重要的炎癥通路,對AS炎癥具有顯著的調(diào)節(jié)作用。生長因子和細(xì)胞因子活化磷脂酶,活化后的磷脂酶類可催化細(xì)胞膜磷脂產(chǎn)生AA,隨后AA可在不同代謝酶的作用下合成具有不同生物學(xué)效應(yīng)的脂質(zhì)介質(zhì)[2]。在這個過程中至少有3種代謝酶參與了AA的代謝：細(xì)胞色素P450酶,脂氧合酶( lipoxygenase,LOX)和環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX),組織和細(xì)胞類型決定了何種代謝酶參與AA代謝。有意義的是,經(jīng)LOX代謝合成的脂質(zhì)介質(zhì)LTB4(促炎介質(zhì))和LX(促炎癥消散介質(zhì))在AS炎癥中具有相反的生物活性[3],而5-LOX是二者合成的關(guān)鍵酶[4]。因此,調(diào)節(jié)5-LOX在細(xì)胞中的活性及表達(dá)對LX和LTB4的合成具有決定性作用。

5-LOX表達(dá)于白細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和粒細(xì)胞[5]等。在AS巨噬細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞中,轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)可上調(diào)5-LOX表達(dá),在樹突狀細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞中,集落刺激因子亦可上調(diào)5-LOX的表達(dá)[6]。

5-LOX雖說是合成LX和LTB4的關(guān)鍵酶,但到底合成哪一類與5-LOX在細(xì)胞中的活化有關(guān)。在細(xì)胞未受到刺激時,5-LOX主要表達(dá)于細(xì)胞核質(zhì)和胞質(zhì)中[7]。但當(dāng)細(xì)胞受到刺激時,5-LOX被活化,活化后的5-LOX從核質(zhì)和胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核的核膜上,與核膜上的AA反應(yīng)生成LTB4,這也是LTB4合成的唯一途徑。有文獻(xiàn)[8]報道5-LOX的活化與其在細(xì)胞內(nèi)的磷酸化和Ca2+濃度有關(guān)。5-LOX的磷酸化主要依賴于ERK1/2、PKA、CaMKⅡ和p38 MAPK等信號通路,ERK1/2、CaMKⅡ和p38 MAPK信號通路的活化可促進(jìn)5-LOX轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜的核膜上而合成LTB4,而PKA信號通路的激活則可抑制5-LOX轉(zhuǎn)移至核膜,進(jìn)而促進(jìn)LX的合成[9-11]。

2 5-LOX促炎代謝產(chǎn)物L(fēng)TB4與AS

在生物活性方面,LTB4對多種炎癥性細(xì)胞均具有趨化誘導(dǎo)作用,是導(dǎo)致AS形成的重要趨化因子和致炎因子[16]。文獻(xiàn)報道,5-LOX、FLAP和LTA4H在AS的粥樣硬化病變處均處于高表達(dá)狀態(tài)。在低密度脂蛋白受體基因敲除(LDLR-/-)和載脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)的AS小鼠模型中,LTB4受體抑制劑可顯著下調(diào)AS斑塊面積;在AS炎癥中,LTB4可上調(diào)尿激酶型纖維蛋白酶原激活劑、集落刺激因子、骨橋蛋白、清道夫受體CD36和趨化因子CCL2的表達(dá)[17]。值得一提的是,LTB4與CCL2的相互作用是一個陽性反饋回路：首先,LTB4可上調(diào)CCL2的表達(dá),促進(jìn)單核/巨噬細(xì)胞的聚集;其次,CCL2亦可活化AA代謝通路,合成更多的LTB4。此外,LTB4和CD36的相互作用亦構(gòu)成一個陽性反饋回路,一方面,LTB4可上調(diào)CD36的表達(dá),促進(jìn)單核/巨噬細(xì)胞對氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL)的吸收而形成泡沫細(xì)胞;另一方面,CD36也可促進(jìn)趨化因子的產(chǎn)生而誘導(dǎo)LTB4的合成[18]。

在機(jī)制調(diào)節(jié)方面,LTB4通過活化NF-κB、JNK/MAPK和ERK1/2等信號通路而上調(diào)單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)的表達(dá)[19];通過活化p38 MAPK信號通路而上調(diào)CD36的表達(dá)[20];LTB4還可促進(jìn)超氧陰離子的生成和激活磷脂酶D。此外,BLT1受體可抑制腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase,AC)的活性,進(jìn)而阻斷cAMP-PKA信號通路。

3 5-LOX促炎癥消散代謝產(chǎn)物L(fēng)X與AS

在生物活性方面,LX在AS的防治中發(fā)揮了重要作用。文獻(xiàn)報道,LX可抑制脂多糖誘導(dǎo)的CD11/CD18的表達(dá)和白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-8的釋放;可抑制腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的IL-1β的表達(dá)和超氧陰離子的釋放;可抑制IL-1β誘導(dǎo)的基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá);可下調(diào)趨化因子MCP-1、血管細(xì)胞黏附因子-1和細(xì)胞間黏附因子-1的表達(dá);此外,LX還能上調(diào)抗炎因子TGF-β、IL-13、IL-10和IL-4的釋放[25]。以上生物活性主要體現(xiàn)LX的抗炎作用,而在促炎癥消散方面,LX能促進(jìn)樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞從炎癥病灶處排出;能促進(jìn)巨噬細(xì)胞(M1)向巨噬細(xì)胞(M2)的轉(zhuǎn)化;能抑制中性多形核白細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞的遷移與黏附;促進(jìn)組織修復(fù),調(diào)節(jié)機(jī)體的穩(wěn)態(tài)平衡[26]。

在抗炎機(jī)制調(diào)節(jié)方面,LX能抑制血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)的p38 MAPK信號通路的表達(dá);可抑制脂多糖誘導(dǎo)的活化蛋白-1和NF-κB信號通路的活化;通過與TGF-β結(jié)合而抑制ERK和PI3K/Akt信號通路的活性。在促炎癥消散機(jī)制調(diào)節(jié)方面,LX能促進(jìn)細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子-2的釋放;LX能激活A(yù)C,進(jìn)而活化cAMP-PKA信號通路,在LX誘導(dǎo)的胞葬作用中PKA信號通路的活化尤為重要;此外,LX能通過外鈣內(nèi)流和內(nèi)鈣釋放的途徑上調(diào)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度,對Ca2+濃度的調(diào)節(jié)亦是與活化PKA信號通路有關(guān),與PKC通路無關(guān)[27-29]。

4 LTB4與LX失衡

AS作為一種慢性炎癥過程,表現(xiàn)為促炎介質(zhì)的持續(xù)釋放和促消散介質(zhì)分泌不足,二者的失衡是AS炎癥形成和發(fā)展的重要原因。在AA介導(dǎo)的炎癥通路中,5-LOX活化代謝產(chǎn)生的脂質(zhì)介質(zhì)LTB4和LX表現(xiàn)出截然相反的生物學(xué)作用,對AS炎癥起到“雙刃劍”式的調(diào)節(jié)。大量泡沫細(xì)胞的產(chǎn)生以及死亡崩解后留下的粥樣斑塊是AS發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié),而在這個環(huán)節(jié)中巨噬細(xì)胞扮演了舉足輕重的作用。LTB4和LX在AS炎癥中對巨噬細(xì)胞的作用是不同的。LTB4作為趨化因子和促炎介質(zhì),可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向血管內(nèi)皮下的聚集和轉(zhuǎn)移,還可上調(diào)CD36蛋白的表達(dá)從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞吸收ox-LDL形成巨噬細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞。LX同時兼?zhèn)浯傺装Y消散和抗炎活性,能促進(jìn)巨噬細(xì)胞(M1)向巨噬細(xì)胞(M2)的轉(zhuǎn)化,抑制黏附因子和趨化因子的釋放,進(jìn)而阻礙泡沫細(xì)胞的增多,促進(jìn)巨噬細(xì)胞(M2)對泡沫細(xì)胞的吞噬,增強(qiáng)胞葬作用。在AS形成的整個過程中,LTB4和LX合成的趨向取決于組織和細(xì)胞類型及病灶的微環(huán)境、酶的激活條件、不同配體等狀況。在AS炎癥的發(fā)展進(jìn)程中,LTB4在5-LOX催化合成中處于優(yōu)勢表達(dá),同為5-LOX催化產(chǎn)物的LX并未占據(jù)主導(dǎo)地位,無法準(zhǔn)確及時地將AS炎癥介質(zhì)消散進(jìn)而導(dǎo)致AS的持續(xù)惡化。

5 中藥復(fù)方干預(yù)AS炎癥的新思路

針對5-LOX及其代謝產(chǎn)物L(fēng)TB4的研究目前主要集中在咳嗽變異性哮喘、慢性阻塞性肺疾病等呼吸系統(tǒng)變態(tài)反應(yīng)性疾病上。在LTB4或5-LOX與AS關(guān)系方面的研究及藥物開發(fā)方面的研究上,國外研究較多。有文獻(xiàn)報道COX-2抑制劑塞來昔布[30]、5-LOX抑制劑阿曲留通[31]和FLAP抑制劑維夫拉朋[32]等均可通過減少5-LOX和LTB4的產(chǎn)生而抑制AS的發(fā)展。在國內(nèi),中藥或中藥復(fù)方干預(yù)5-LOX介導(dǎo)的AS炎癥的報道并不多見,傳統(tǒng)活血化瘀中藥禿毛冬青葉的成分青心酮能減輕ApoE-/-小鼠AS病變,可能與其抑制5-LOX,減少LTB4有關(guān)[33];中藥止痛貼(pain-relieving plaster)可通過抑制5-LOX和COX-2通路而減輕慢性炎癥性疾病[34];柴樸湯(Saiboku-to)中的黃芩也具有抑制5-LOX和降低LTB4的作用[35]。在有關(guān)5-LOX介導(dǎo)的炎癥性疾病中,尚未見針對促炎癥消散方面的中藥或中藥復(fù)方的研發(fā)報道。

抗炎作為抗AS的一條有效途徑,是目前中醫(yī)藥干預(yù)AS及AS炎癥的主要研究方向,本課題組在長期的AS炎癥研究中發(fā)現(xiàn),促炎癥消散的缺失是AS炎癥發(fā)展的重要原因,但目前研究較少。促炎介質(zhì)和促炎癥消散介質(zhì)的失衡是AS血管慢性、非可控炎癥出現(xiàn)的本質(zhì)原因之一,二者的再平衡能有效緩解AS的進(jìn)程。因此,從促炎介質(zhì)和促炎癥消散介質(zhì)的“平衡”和“重塑”的角度開展防治AS藥物的發(fā)現(xiàn)及其作用機(jī)理的研究,將具有重要的理論意義和實用價值[36]。

促炎介質(zhì)和促炎癥消散介質(zhì)一般都是由不同的信號通路所介導(dǎo),同時針對二者開展藥物開發(fā)確實具有難度。然而5-LOX代謝通路介導(dǎo)的脂質(zhì)介質(zhì)LTB4和LX恰好在AS炎癥中分別扮演了促炎和促炎癥消散的角色。將抑制炎癥介質(zhì)的釋放和促進(jìn)炎癥消散的研究轉(zhuǎn)化為對LTB4和LX的研究,可同時使針對促炎和促炎癥消散的研究簡單化,也為針對二者的藥物研發(fā)提供理論支撐和研究捷徑。中藥復(fù)方干預(yù)5-LOX代謝通路促炎和促炎癥消散可能的作用方式詳見圖1。在針對不同的靶點藥物開發(fā)中,中藥復(fù)方較單靶點藥物有著獨特的優(yōu)勢,中藥復(fù)方藥效的特點就是具有多成分、多途徑、多靶點的整合調(diào)節(jié)作用,與促炎和促炎癥消散的研究較為契合。課題組針對AS炎癥性疾病開發(fā)的參蓮方,就具有抗炎和促炎癥消散的雙重作用,不僅可抑制促炎介質(zhì)LTB4,還可上調(diào)促炎癥消散介質(zhì)LX的表達(dá),相關(guān)的研究成果已在發(fā)表中。課題組在長期的研究及前期研究基礎(chǔ)上認(rèn)為中藥復(fù)方干預(yù)5-LOX介導(dǎo)的AS炎癥的途徑可能有：(1)抑制LTB4和增強(qiáng)LX的釋放;(2)抑制LTB4和上調(diào)LX受體的表達(dá);(3)抑制LTB4和增強(qiáng)LX介導(dǎo)的細(xì)胞因子的表達(dá),例如MCP-1和IL-10等;(4)改變5-LOX的磷酸化,抑制p38 MAPK、ERK1/2、CaMKⅡ等信號通路,激活PKA和PPARγ等促炎癥消散信號通路。

圖1 中藥復(fù)方干預(yù)5-LOX代謝通路促炎和促炎癥消散可能的作用方式

6 總結(jié)與展望

在炎癥發(fā)生發(fā)展的過程中,促炎癥消散介質(zhì)和促炎介質(zhì)相輔相成、同等重要,處于一種動態(tài)平衡中,維持著機(jī)體的穩(wěn)定,二者分泌過多或過少都是有害的[37]。AS是體內(nèi)內(nèi)源性促炎癥消散介質(zhì)不足和促炎介質(zhì)持續(xù)釋放引起的慢性炎癥性病理過程。目前,在AS炎癥藥物的研發(fā)中,針對抗炎方面的研究較多,主要是針對其中一條或幾條炎癥通路而開展,相對于AS龐大的炎癥網(wǎng)絡(luò)通路,大多數(shù)研究已進(jìn)入瓶頸期,近年來也未見相關(guān)藥物的上市。而在促炎癥消散方面的研究卻鮮有報道,更未見針對AS炎癥消散的藥物研究。課題組前期大量的工作經(jīng)驗及研究基礎(chǔ)認(rèn)為從抗炎和促炎癥消散兩方面入手開展防治AS藥物的研發(fā)及其作用機(jī)制的研究更具有意義。

5-LOX介導(dǎo)的AS炎癥在AS進(jìn)程中是一把“雙刃劍”,其代謝產(chǎn)物L(fēng)TB4和LX在AS炎癥中分別扮演了促炎和促炎癥消散的角色。因此,將抗炎和促炎癥消散的研究轉(zhuǎn)移到對5-LOX代謝產(chǎn)物的研究上,可為藥物研發(fā)提供理論支撐和研究捷徑。中藥復(fù)方的作用特點與AS炎癥的“穩(wěn)態(tài)”和“平衡”等研究理念更為契合,是研究針對抗炎和促炎癥消散藥物開發(fā)的首選。本文系統(tǒng)總結(jié)了5-LOX代謝產(chǎn)物在AS炎癥中截然相反的生物學(xué)特點,為從抗炎和促炎癥消散兩方面調(diào)節(jié)的角度尋求抗AS中藥復(fù)方研究提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。