黃芩素防治感染性肺炎的作用機制研究進(jìn)展

馮金連，梁本娟，夏紅，劉家驥

重慶市大足區(qū)人民醫(yī)院 感染科，重慶 402360

感染性肺炎已成為重大的全球健康問題，嚴(yán)重影響數(shù)百萬人的身心健康[1]。黃芩作天然藥物，具有清熱燥濕、解毒，止血等功效，被廣泛用于心腦血管、糖尿病、神經(jīng)退行性病變等多種臨床病變的治療[2]。黃芩素是黃芩中的黃酮類成分，具有抗炎、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗凋亡、抗菌等多種活性[3]。黃芩素可以減輕病原微生物感染介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，抑制多種炎癥因子的分泌，直接抗病毒和協(xié)同抗病毒作用，抗細(xì)胞凋亡，促進(jìn)肺上皮細(xì)胞修復(fù)減輕肺部病理損傷。本文總結(jié)了黃芩素防治感染性肺炎的作用機制，為指導(dǎo)黃芩素的臨床使用提供參考。

1 減輕病原微生物感染介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)

黃芩素可以通過抑制Toll 樣受體（TLRs）/核因子-κB（NF-κB）、p38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）/NF-κB 等多種信號通路和抑制炎癥因子而分泌發(fā)揮抗炎活性，減輕肺部病原微生物感染引起的炎癥損傷。

1.1 抑制TLRs/NF-κB 信號通路激活

TLRs 是一種關(guān)節(jié)特殊識別分子，多種肺炎感染菌可通過TLRs 路徑激活NF-κB 信號通路，進(jìn)而引發(fā)組織細(xì)胞的炎癥損傷[4]。黃芩素可通過抑制TLRs/NF-κB 信號通路激活發(fā)揮抗炎作用。1 項黃芩素治療多重耐藥肺炎克雷伯桿菌感染大鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，32、64 μg/mL 黃芩素可顯著降低大鼠血清和肺組織中白細(xì)胞介素（IL）-1β、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、IL-6 的水平，提高血清和肺組織IL-10 的水平，顯著下調(diào)肺組織中TLR4、NF-κB 基因的表達(dá)，提示黃芩素可通過抑制TLR4/NF-κB 信號通路降低多重耐藥肺炎克雷伯桿菌感染引起的過度炎癥反應(yīng)[5]。Shi 等[6]將黃芩素用于治療結(jié)核分枝桿菌誘導(dǎo)的肺結(jié)核小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，25 mg/kg 黃芩素有助于促進(jìn)巨噬細(xì)胞去極化，顯著促進(jìn)神經(jīng)前體細(xì)胞表達(dá)發(fā)育調(diào)控樣蛋白4（NEDD4L）蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步抑制干擾素12p40、TLR1 的水平，提示黃芩素可通過促進(jìn)NEDD4L 的表達(dá)，進(jìn)而阻止TLR2 泛素化，抑制JNK 信號通路激活，顯著減輕結(jié)核分枝桿菌引起的肺部炎癥。

1.2 抑制MAPK/NF-κB 信號通路激活

MAPK 能從細(xì)胞表面?zhèn)鬟f信號至細(xì)胞核內(nèi)部，能通過激活NF-κB 信號通路參與肺部感染引起的炎癥反應(yīng)。黃芩素通過抑制MAPK/NF-κB 信號通路減輕炎癥反應(yīng)。許鵬飛等[7]使用黃芩素治療肺炎鏈球菌引起的肺炎小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)100、200、400 mg/kg黃芩素呈劑量相關(guān)性抑制肺炎鏈球菌的活性，提高小鼠的存活率，減輕降低小鼠肺部的病理損傷，下調(diào)肺組織中MAPK、NF-κB基因的表達(dá)，降低TNFα、IL-6、IL-8 等炎癥因子的水平，提示黃芩素能通過抑制NF-κB 信號通路降低肺炎鏈球菌引起炎癥損傷。1 項黃芩素干預(yù)銅綠假單胞菌體外培養(yǎng)的實驗中，32、64、128 μg/mL 黃芩素能劑量相關(guān)性降低銅綠假單胞菌中IL-1β、IL-8、IL-5、TNF-α 等炎癥因子的產(chǎn)生，抑制銅綠假單胞菌誘導(dǎo)的IκBα 降解、NF-κB（p65）核易位和NFκB 結(jié)合，通過抑制MAPK 和NF-κB 信號通路發(fā)揮銅綠假單胞菌感染中的保護(hù)性抗炎作用[8]。Chen 等[9]將黃芩素用于肺感染大鼠，氣管內(nèi)注射5、10 mg/kg 黃芩素可顯著減輕肺部組織的病理學(xué)變化，降低小鼠死亡率，顯著降低肺部組織中IL-1、血管細(xì)胞黏附分子-1（VCAM-1）、IL-6、TNF-α炎癥因子基因表達(dá)，下調(diào)肺組織中TLR4、髓系分化因子2（MD2）的表達(dá)，進(jìn)一步降低肺組織中磷酸化ERK、JNK 和P38 的水平，提示黃芩素可通過靶點作用于MD2，顯著抑制TLR4-MD2 二聚化以及下游MAPKs 和NF-κB 通路的激活，進(jìn)而顯著降低肺感染引起的炎癥反應(yīng)。

1.3 抑制多種炎癥因子的分泌

多種病原微生物可造成肺炎感染，可刺激組織T 細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、B 細(xì)胞等炎癥細(xì)胞分泌多種炎癥因子，參與肺炎病變的發(fā)生、發(fā)展，因此黃芩素通過抑制多種炎癥因子的分泌發(fā)揮抗炎作用。Guo 等[10]將黃芩素用于治療肺炎鏈球菌誘發(fā)的肺炎小鼠，25、50、100 mg/kg 黃芩素能顯著降低小鼠的死亡率，具有劑量相關(guān)性，可下調(diào)肺組織中IL-1β、TNF-α、IL-6、干擾素（IFN）-γ、趨化因子（CXC基序）配體（CXCL）1、CXCL2 的水平，減少肺部巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的浸潤，繼而顯著降低小鼠肺部的病理損傷，證實黃芩素可通過調(diào)節(jié)炎癥因子的分泌減輕肺炎鏈球菌誘發(fā)的肺部炎癥損傷。

2 抗病原微生物活性

黃芩素通過靶向作用于金黃色葡萄球菌的α-溶血素、血管性血友病因子結(jié)合蛋白，肺炎鏈球菌的溶血素、分選酶A，冠狀病毒的底物結(jié)合位點L141、5-OH，β-拉卡他酶肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（blaKPC），銅綠假單胞菌群體感應(yīng)（QS）系統(tǒng)活性，發(fā)揮抗菌活性；還能抑制β-內(nèi)酰胺酶活性，發(fā)揮協(xié)同抗菌作用，調(diào)節(jié)腸道微生物群相關(guān)精氨酸的合成發(fā)揮抗多重耐藥銅綠假單胞菌的作用。

2.1 靶向相關(guān)標(biāo)志物

金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、冠狀病毒、喹諾酮假單胞菌、肺炎克雷伯桿菌是引起肺炎的主要病原微生物，而黃芩素雖無法直接抑制多種病原微生物的生長，但可通過靶向作用于相關(guān)標(biāo)志物發(fā)揮抗病原微生物活性。

Liu 等[11]研究證實，4、8、16 μg/mL 黃芩素能顯著降低α-溶血素的活性，對金黃色葡萄球菌的生長無影響，可保護(hù)小鼠免受金黃色葡萄球菌肺炎的侵害。Zhang 等[12]將黃芩素用于金黃色葡萄球菌的體外實驗發(fā)現(xiàn)，32、64、128 μg/mL 黃芩素能顯著抑制血管性血友病因子結(jié)合蛋白的活性，但對金黃色葡萄球菌的生長無影響，經(jīng)熒光熱位移測定黃芩素與血管性血友病因子結(jié)合蛋白可發(fā)生物理相互作用，與Lys-80、ASP-75 兩個殘基發(fā)生強結(jié)合，顯著減輕金黃色葡萄球菌誘導(dǎo)的感染肺炎小鼠的病理損傷，提高小鼠的生存率，表明黃芩素可通過靶點作用于血管性血友病因子結(jié)合蛋白發(fā)揮抗金黃色葡萄球菌的活性。1 項將黃芩提取物用于新冠病毒的體外實驗發(fā)現(xiàn)，黃芩中的黃芩素能強烈抑制非典型性冠狀病毒-CoV2 中Vero 細(xì)胞的復(fù)制，通過與底物結(jié)合位點L141、5-OH 相結(jié)合[13]。Weng 等[14]將黃芩素用于肺炎克雷伯菌和大腸桿菌菌株進(jìn)行體外細(xì)胞培養(yǎng)，結(jié)果顯示，0.4、4、40、400 μg/mL黃芩素呈劑量相關(guān)性降低細(xì)菌對美羅培南的耐藥性，顯著降低質(zhì)粒中β-拉卡他酶肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（blaKPC）的表達(dá)，對兩種病原菌的生長無直接影響，提示黃芩素通過阻斷質(zhì)粒介導(dǎo)的blaKPC傳遞來抑制美羅培南耐藥性。Luo 將[8]黃芩素用于銅綠假單胞菌的體外實驗發(fā)現(xiàn)，黃芩素的最小抑菌濃度為128 μg/mL，顯著降低銅綠假單胞菌的化膿青素、LasA 蛋白酶、LasB 彈性蛋白酶鼠李糖脂等細(xì)胞外獨立因子的水平，有助于降低銅綠假單胞菌的平均蜂擁和抽搐直徑，降低該菌的運動性，顯著降低銅綠假單胞菌黏附、生物膜和藻酸鹽產(chǎn)生，有效抑制QS 系統(tǒng)中l(wèi)asI、lasR、rhlI、rhlR基因的產(chǎn)生，表明黃芩素能通過抑制QS 活性發(fā)揮抗銅綠假單胞菌感染的作用。

2.2 作為協(xié)同抗菌劑發(fā)揮抗菌作用

病原微生物的耐藥性提高成為限制廣譜抗生素療效的主要原因之一，黃芩素可抑制多種病原微生物的耐藥性，對多重耐藥病原微生物具有較好抗菌作用。

1 項黃芩素與青霉素聯(lián)合用于金黃色葡萄球菌的實驗發(fā)現(xiàn)，8、16、32 μg/mL 黃芩素與青霉素可發(fā)揮協(xié)同抗菌作用，通過保護(hù)青霉素免受青霉素酶的損害，以劑量相關(guān)性增強青霉素的抗菌活性，可與β-內(nèi)酰胺酶抑制劑發(fā)揮相似的作用，從而抑制金黃色葡萄球菌對青霉素的耐藥性[15]。Liu 等[16]將利奈唑胺和黃芩素聯(lián)合用于耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）感染的大鼠，結(jié)果顯示，100 mg/kg黃芩素聯(lián)合40 mg/kg 利奈唑胺呈時間相關(guān)性降低MRSA 的菌落數(shù)，減輕降低MRSA 引起的炎癥浸潤，顯著降低大鼠血清中腸毒素A（SEA）、降鈣素原（PCT）、C-反應(yīng)蛋白（CRP）的水平，黃芩素組也顯示出上述效果，但利奈唑胺組未發(fā)現(xiàn)PCT、CRP的下降，結(jié)果證實，黃芩素可抑制輔助基因調(diào)節(jié)因子（Agr）系統(tǒng)，抑制SEA 的表達(dá)，破壞MRSA 形成的生物膜，以抑制MRSA 的耐藥性。

Wang 等[17]將黃芩素用于多重耐藥革蘭陰性病原體的體外實驗發(fā)現(xiàn)，62.5 μg/mL 黃芩素能顯著增強多西環(huán)素對多重耐藥革蘭陰性病原體的抗菌活性，經(jīng)電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，黃芩素能破壞多重耐藥革蘭陰性病原體的內(nèi)膜、外模和細(xì)胞壁，呈濃度相關(guān)性提高mgtA 的表達(dá)，還能促進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生來增加細(xì)胞內(nèi)氧化損傷，重新對多西環(huán)素敏感。

Cai 等[18]將黃芩素與頭孢噻肟聯(lián)合用于多重耐藥肺炎克雷伯桿菌，發(fā)現(xiàn)黃芩素與頭孢噻肟發(fā)揮中等協(xié)同作用，雖然32、64 μg/mL 黃芩素對肺炎克雷伯桿菌無單獨抑制作用，但黃芩素能抑制肺炎克雷伯桿菌上KP1、KP30、KP80、CTX-M-1等基因的表達(dá)，尤其是CTX-M-1基因抑制率高達(dá)100%，提示黃芩素通過抑制CTX-M-1基因以降低肺炎克雷伯桿菌的耐藥性，可作為新型協(xié)同抗菌劑。

3 直接抗病毒和協(xié)同抗病毒作用

流感病毒、冠狀病毒是引起肺炎最主要的病原微生物，容易引起局部地區(qū)甚至全球的大流行，嚴(yán)重威脅人類生命健康，黃芩素可為抗病毒的治療帶來了新的治療思路。

Xu 等[19]將黃芩素用于多種流感病毒的實驗發(fā)現(xiàn)，240、480、960 mg/kg 黃芩素可顯著降低甲型流感病毒A/FM1/1/47(H1N1)引起的小鼠死亡，顯著降低病毒的復(fù)制率，提高肺指數(shù)抑制率，對病毒的生長發(fā)揮顯著的抑制作用，提示黃芩素對流感病毒具有顯著抑制作用。吳修華等[20]將黃芩素用于甲流感染的小鼠的實驗中發(fā)現(xiàn)，1、10、100 μg/kg 黃芩素能呈劑量相關(guān)性提高肺指數(shù)抑制，100 μg/kg 黃芩素能顯著降低肺指數(shù)，顯著降低小鼠的死亡率，進(jìn)一步減輕肺泡炎性滲出和炎癥細(xì)胞浸潤，發(fā)揮良好的抗甲型流感活性。Dou 等[21]將黃芩素用于仙臺病毒（SeV）感染的肺炎小鼠，結(jié)果顯示，200、400、800 mg/kg 黃芩素可顯著提高小鼠感染后的存活率，呈濃度相關(guān)性提高小鼠體質(zhì)量、肺部病毒滴度，對病毒附著（HA 活性）和釋放（NA 活性）具有明顯抑制作用，結(jié)果表明黃芩素能通過抑制病毒血清釋放NA 與利巴韋林發(fā)揮協(xié)同抗菌作用，尤其是用于耐藥性病毒。Chen 等[22]將黃芩素與利巴韋林聯(lián)合用于甲型H1N1 流感病毒感染的小鼠，0.125 μg/mL 黃芩素和12.5 μg/mL 利巴韋林均可顯著降低甲型H1N1流感病毒的活性，降低病毒RNA 的合成，二者聯(lián)合可發(fā)揮協(xié)同作用，顯著提高小鼠的存活率，降低肺指數(shù)，減輕肺組織病理損傷，提示黃芩素與利巴韋林具有協(xié)同抗病毒作用。

Song 等[23]將黃芩素預(yù)處理暴露于SARS-CoV-2 的Vero E6 細(xì)胞和肺感染小鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，黃芩素能顯著減輕SARS-CoV-2 對Vero E6 細(xì)胞的損傷，可直接殺死病毒，濃度在2 μmol/L 下均保持抗SARS-CoV-2 的活性，50、100、200 mg/kg 黃芩素可呈時間相關(guān)性和濃度相關(guān)性降低小鼠肺組織中的病毒載量，緩解肺組織損傷和炎癥細(xì)胞浸潤，顯著降低IL-1β、TNF-α 和IL-6 的水平，表明黃芩素對COVID-19 具有直接抗病毒作用和炎癥抑制作用。1 項基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析黃芩素治療新型冠狀病毒肺炎的研究顯示，黃芩可通過23 個共同靶點作用于新冠靶點，且包括80 個PPI 核心網(wǎng)絡(luò)基因和1 648 條GO 生物學(xué)過程，結(jié)果顯示黃芩素可通過多靶點作用于新型冠狀病毒感染，通過多種途徑發(fā)揮抗病毒作用[24]。

4 抗細(xì)胞凋亡

病原微生物感染可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生，多種途徑促進(jìn)組織細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致組織損傷或壞死，增強細(xì)胞自噬能減輕細(xì)胞凋亡，黃芩素可通過抗細(xì)胞凋亡對肺部組織發(fā)揮保護(hù)作用。Ning 等[25]將黃芩素用于結(jié)核分枝桿菌的體外實驗中發(fā)現(xiàn)，50 μmol/L黃芩素能顯著下調(diào)巨噬細(xì)胞中GSDMD基因的表達(dá)，降低IL-1β、裂解半胱天冬酶-1 的表達(dá)，抑制結(jié)核分枝桿菌引起的巨噬細(xì)胞凋亡，證實黃芩素可通過抑制NLRP3/AIM2 信號通路抑制結(jié)核分枝桿菌引起的巨噬細(xì)胞凋亡，還能有效抑制細(xì)胞中蛋白激酶B（Akt）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的磷酸化，通過抑制Akt/mTOR 的激活以增強細(xì)胞自噬發(fā)揮抗凋亡作用。Lin 等[26]將黃芩素用于巨噬細(xì)胞的體外實驗中，25、50、100 μmol/L 黃芩素能顯著提高巨噬細(xì)胞中血紅素氧合酶-1（HO-1）的表達(dá)，通過激活ERK 信號通路，可顯著降低巨噬細(xì)胞生成ROS 的水平，降低過氧化氫引起的細(xì)胞凋亡，表明黃芩素通過抑制HO-1 的表達(dá)阻止過氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

5 促進(jìn)肺上皮細(xì)胞修復(fù)減輕肺部病理損傷

肺炎支原體感染可造成肺部組織發(fā)生病理損傷，表皮因子（EGF）可激活STAT、Ras/Raf 多種信號通路，促進(jìn)肺部上皮細(xì)胞增殖，加快肺部上皮組織修復(fù)。袁紅霞等[27]將黃芩素用于肺炎支原體肺炎小鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，80 mg/kg 黃芩素能顯著減輕小鼠的肺部組織病理改變，顯著下調(diào)支原體P1 黏附分子基因和蛋白的表達(dá)，還能上調(diào)小鼠肺組織中EGF基因的表達(dá)，表明黃芩素能通過促使肺上皮細(xì)胞修復(fù)對肺炎支原體感染發(fā)揮保護(hù)作用。

6 結(jié)語

肺部感染引起的肺炎相關(guān)死亡仍是導(dǎo)致人類死亡的重要原因之一，抗感染是臨床治療感染性肺炎最主要的治療方式，而隨著病原微生物的不斷進(jìn)化和變異，顯著限制了臨床抗感染的治療效果[28]。中藥憑借著天然、多途徑、安全等優(yōu)勢，已成為廣大呼吸內(nèi)科學(xué)者研究的重點趨勢。黃芩素通過抗炎、抗病原微生物、抗細(xì)胞凋亡、促進(jìn)肺上皮修復(fù)等多種途徑多靶點發(fā)揮防治感染性肺炎的作用，為黃芩素的臨床運用提供循證支持。然而目前黃芩素用于感染性肺炎的研究以基礎(chǔ)研究為主，對人體的作用機制還需進(jìn)一步探討。目前缺乏黃芩素的成品藥物，臨床還需加大對其成分的提取分離，結(jié)合現(xiàn)代制藥工藝，盡早研制出相關(guān)新藥。此外，還需要確定黃芩治療的最佳劑量和持續(xù)時間以及各活性成分之間相互作用的可能性。隨著對黃芩素作用機制、長期效應(yīng)、應(yīng)用領(lǐng)域的深入研究，其價值將繼續(xù)被挖掘和研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突