黃連及其提取物防治肺部感染的研究進(jìn)展

馮曉明 錢前 李松 顧明華 李紅芳

肺部感染是由多種病原菌引起的肺炎病變,可引起咳嗽、咯痰、呼吸困難、胸痛等,通常經(jīng)抗感染治療后病情可治愈,若抗感染不利將給肺部結(jié)構(gòu)和功能造成不同程度的損傷[1]。黃連是典型的清熱解毒藥物,含有多種活性成分?，F(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn),黃連具有廣泛的抗菌、抗炎作用,臨床可用于感染性肺炎、急性肺損傷等多種病變的治療[2-3]。黃連的抗菌作用已獲得多個(gè)研究證實(shí)[4],但防治肺部感染的作用機(jī)制尚未完全闡明。故本研究通過(guò)整理黃連及其提取物用于肺部感染的研究,闡述其作用機(jī)制,為黃連的臨床運(yùn)用提供循證支持。

1 黃連及其提取物對(duì)多種病原菌具有抗菌活性

多種細(xì)菌、病毒、肺炎支原體等是導(dǎo)致肺部感染的主要原因,其中肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動(dòng)桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、流感病毒、冠狀病毒是引起肺部感染最常見(jiàn)的病原菌[5]。病原菌可在呼吸道黏膜進(jìn)行定植,從而引發(fā)局部免疫應(yīng)激反應(yīng),進(jìn)而造成肺泡水泡、出血等病理?yè)p傷[6]。多個(gè)研究將黃連及其提取物用于多種主要病原菌的細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證其抗菌活性。黃連及其提取物可通過(guò)對(duì)肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動(dòng)桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、流感病毒、冠狀病毒等多種病原菌發(fā)揮抗菌活性,進(jìn)而顯著減輕肺部感染程度,降低肺部組織的損傷程度。

1.1 抑制肺炎克雷伯菌感染

程招敏等[7]研究結(jié)果證實(shí),黃連顆粒制劑的水溶液對(duì)泛耐藥肺炎克雷伯菌的抑菌圈直徑為12(11,13)mm,黃連的最低抑菌濃度為64 ng/mL。2 mg/mL的黃連可導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞外堿性磷酸酶的活性顯著降低,提示黃連抗泛耐藥肺炎克雷伯菌的機(jī)制與改變細(xì)菌細(xì)胞膜通透性有關(guān)。任鵬等[8]研究將黃連水煎劑用于治療產(chǎn)超廣譜β內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯桿菌引起的肺部感染大鼠的實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,48 g/L的黃連水煎劑使大鼠的體重比升高,其作用與莫西沙星相當(dāng),還能顯著降低大鼠血液中性粒細(xì)胞的水平,說(shuō)明黃連對(duì)產(chǎn)超廣譜β內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯桿菌具有一定的抗菌活性。周曉元等[9]將黃連素用于干預(yù)肺炎克雷伯菌的體外細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),500 mg/L的黃連素在4～10小時(shí)可顯著降低肺炎克雷伯菌的細(xì)菌繁殖速率,但其作用低于環(huán)丙沙星。Hasan M F等[10]將小檗堿制作成載硒納米粒子的結(jié)構(gòu),顯著提高了小檗堿抗真菌活性,400 mg的小檗堿對(duì)肺炎克雷伯菌、白色念珠菌的抗菌效果明顯。載硒納米粒子為提高小檗堿的生物利用度提供了參考。

1.2 抑制銅綠假單胞菌感染

羅予等[11]研究運(yùn)用黃連水煎液聯(lián)合頭孢菌素用于多種病原菌進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,31.25～125 mg/mL的黃連水煎液聯(lián)合頭孢他啶使用的抑菌環(huán)直徑明顯高于頭孢他啶單獨(dú)使用,黃連水煎液有助于降低頭孢他啶的使用率,增強(qiáng)頭孢對(duì)肺炎克雷伯菌、金葡萄球菌、銅綠假單胞菌的抗菌作用。

1.3 抑制鮑曼不動(dòng)桿菌感染

葉冠龍等[12]體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),黃連對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌62.50%的高度敏感菌及37.50%中度敏感菌具有抑菌作用,且對(duì)產(chǎn)β-內(nèi)酰胺酶鮑曼不動(dòng)桿菌的最小抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)為13.4～31.6 mg/mL,表現(xiàn)出黃連對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌的體外抑菌效果。

1.4 抑制金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)

孟治平等[13]研究將小檗堿制作成粉霧劑并用于金黃色葡萄球菌誘導(dǎo)的肺炎小鼠的治療,結(jié)果顯示,經(jīng)過(guò)噴霧干燥制備的粉霧劑的肺部沉降率高達(dá)76.4%,12 mg/kg的小檗堿能顯著減輕小鼠肺泡萎縮、膈肌增厚、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)等病理改變,進(jìn)而降低肺勻漿中白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的水平,其效果與青霉素類似,認(rèn)為小檗堿制作成的粉霧劑可用于金黃色葡萄球菌肺炎的治療。

1.5 抑制肺炎鏈球菌的生長(zhǎng)

王蓉等[14]使用小檗堿干預(yù)肺炎鏈球菌感染的A549細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),25、50、100、200 μg/mL的黃連素對(duì)肺炎鏈球菌的侵襲數(shù)量的降低呈劑量依賴性,達(dá)到100 μg/mL時(shí)肺炎鏈球菌的侵襲數(shù)為0,可發(fā)揮顯著抗肺炎鏈球菌作用。

1.6 抑制流感病毒感染

Yan Y Q等[15]運(yùn)用黃連素治療流感病毒感染的小鼠,結(jié)果顯示,20 μg/mL的黃連素對(duì)病毒的發(fā)揮細(xì)胞毒性作用,強(qiáng)效抑制甲型流感H1N1病毒在肺內(nèi)的復(fù)制,減輕病毒引起的肺部細(xì)胞壞死、水腫、炎癥浸潤(rùn)、上皮細(xì)胞丟失,減輕肺部細(xì)胞的病理改變。

1.7 抑制冠狀病毒的生長(zhǎng)

Majdalawieh A F等[16]研究綜述了小檗堿可通過(guò)降低細(xì)胞因子風(fēng)暴、調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡、增強(qiáng)細(xì)胞免疫反應(yīng)等途徑降低新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)引起的炎癥反應(yīng),還能作用于新型冠狀病毒上的主要蛋白酶、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2受體、刺突蛋白三個(gè)靶點(diǎn),發(fā)揮抑制冠狀病毒的作用。一項(xiàng)使用計(jì)算建模技術(shù)尋找黃連素防治COVID-19和重癥急性呼吸綜合征(sever acute respiratory syndrome,SARS)的作用機(jī)制研究中,黃連素對(duì)COVID-19和SARS的共同生物靶點(diǎn)有19個(gè),基因本體論研究結(jié)果顯示,黃連素可通過(guò)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)宿主系統(tǒng)反應(yīng)等方面發(fā)揮療效。經(jīng)化合物靶向途徑疾病網(wǎng)絡(luò)研究確認(rèn),黃連素可通過(guò)作用于核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)p53、甘油醛3磷酸脫氧氫酶等關(guān)鍵蛋白質(zhì),黃連素還能抑制多種炎癥因子的分泌,以降低病毒感染引起的組織損傷,結(jié)果證實(shí)黃連素可作為臨床治療COVID-19和SARS感染的候選藥物[17]。

2 黃連及其提取物提高抗生素的抗菌活性

隨著抗生素的廣泛運(yùn)用,肺部病原菌的耐藥性日益突出,耐多藥肺炎克雷伯菌、多重耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌等耐藥菌的出現(xiàn),限制了常規(guī)抗生素的抗菌活性[18]。多個(gè)研究通過(guò)將黃連及其提取物與多種抗菌藥物進(jìn)行單獨(dú)和聯(lián)合體外實(shí)驗(yàn),探討其聯(lián)合抗菌作用。黃連及其提取物可通過(guò)與環(huán)丙沙星、亞胺培南、美羅培南、舒巴坦、利福平、多黏菌素B等多種抗菌藥物發(fā)揮協(xié)同作用,不僅能降低病原菌的耐藥性,還能降低抗菌藥物的MIC,提高抗生素的抗菌活性,發(fā)揮協(xié)同或相加的抗菌作用。

一項(xiàng)將黃連素與環(huán)丙沙星聯(lián)合用于肺炎克雷伯菌培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),500 μg/mL的黃連素與1/2MIC的環(huán)丙沙星降低細(xì)菌的繁殖速率明顯高于二者單獨(dú)使用,且在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期就可發(fā)揮抗菌活性,可能的原因?yàn)辄S連素增加了肺炎克雷伯菌對(duì)環(huán)丙沙星的敏感性[9]。蘇杞敏等[19]將黃連素聯(lián)合左氧氟沙星用于肺炎克雷伯菌的細(xì)菌培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn),500 μg/mL的黃連素能顯著增強(qiáng)左氧氟沙星的抗菌效果,顯著降低耐藥突變選擇窗,是耐藥株和敏感株對(duì)左氧氟沙星的MIC降低20%和33.3%。

Zhou X Y等[20]使用小檗堿聯(lián)合環(huán)丙沙星干預(yù)耐多藥肺炎克雷伯菌的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),128～1 024 μg/mL的小檗堿能顯著降低環(huán)丙沙星的MIC至少2倍,二者聯(lián)合使用表現(xiàn)出相加性和協(xié)同作用,減少耐藥菌的發(fā)生。Mahmoudi H等[21]運(yùn)用黃連素干預(yù)耐藥性鮑曼不動(dòng)桿菌,結(jié)果顯示,鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)環(huán)丙沙星、亞胺培南的耐藥性達(dá)94.7%和97.4%,使用2～128 μg/mL黃連素聯(lián)合干預(yù)后,顯著降低了鮑曼不動(dòng)桿菌的耐藥性,提高了環(huán)丙沙星、亞胺培南的抗鮑曼不動(dòng)桿菌的活性。Li X B等[22]在運(yùn)用小檗堿聯(lián)合多種抗生素治療抗多重耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌感染的肺炎小鼠的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)20 mg/kg的小檗堿對(duì)多重耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌有輕微的抗菌活性,能顯著降低多重耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)美羅培南、環(huán)丙沙星、舒巴坦的耐藥性,使美羅培南、舒巴坦的MIC從32 mg/L下降至1 mg/L,使環(huán)丙沙星的MIC從64 mg/L降至2 mg/L,證實(shí)小檗堿可顯著增強(qiáng)環(huán)丙沙星的抗菌活性。

干鐵兒等[23]對(duì)耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌運(yùn)用黃連素聯(lián)合亞胺培南西司他丁進(jìn)行體外培養(yǎng)結(jié)果顯示,2 048 μg/mL的黃連素與4～128 μg/mL的亞胺培南西司他丁聯(lián)合分級(jí)抑菌濃度(fractional inhibitory concentration,FIC)中位數(shù)為0.875,二者聯(lián)合可發(fā)揮相加的抗菌作用,暴露72小時(shí)可顯著降低耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌對(duì)亞胺培南西司他丁的耐藥性,進(jìn)而提高協(xié)同抗菌效果。一項(xiàng)將小檗堿與多種抗菌藥物聯(lián)合治療耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),10～5 120 μg/mL的小檗堿聯(lián)合利福平、多黏菌素B可發(fā)揮協(xié)同和相加的作用,使抑菌百分率曲線明顯左移,以降低抗菌藥物的單藥所需MIC。結(jié)果證實(shí)小檗堿能增強(qiáng)利福平、多黏菌素B對(duì)耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌的抗菌效果[24]。

3 黃連及其提取物可降低炎癥反應(yīng)

病原菌感染可激活宿主的氧化應(yīng)激反應(yīng),尤其發(fā)生于呼吸道、血管、肺部組織等,病原菌可促使大量炎癥細(xì)胞激活,促進(jìn)花生四烯酸的分泌[25]。病原菌感染還能誘導(dǎo)NF-κB信號(hào)通路的激活,促使NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)炎癥小體、T細(xì)胞活化,進(jìn)而促使多種炎癥因子的分泌,引起發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),加重呼吸道的炎癥損傷[26]。黃連及其提取物可通過(guò)抑制多種炎癥因子釋放、阻止NF-κB激活、抑制NLRP3炎癥小體活化、調(diào)節(jié)T細(xì)胞免疫反應(yīng)、降低粘附分子的釋放、抑制磷脂酶A2(Phospholipase A2,PLA2)的釋放,降低病原菌引發(fā)的炎癥反應(yīng),減輕肺組織和肺泡的損傷,減輕肺部水腫、出血、變性等病理?yè)p傷。

3.1 通過(guò)抑制多種炎癥因子的釋放

王嵩等[27]使用黃連素治療肺炎衣原體滴鼻感染的模型小鼠,結(jié)果顯示,18 mg/kg的黃連素能顯著降低小鼠IL-1β、超敏C反應(yīng)蛋白的表達(dá),降低小鼠血管內(nèi)皮中浸潤(rùn)單核細(xì)胞的數(shù)量,降低熱休克蛋白-70的染色系數(shù),提示黃連素可通過(guò)抑制肺炎衣原體引起多種炎癥因子的表達(dá),以降低炎癥反應(yīng)。

3.2 抑制NF-κB的激活減輕炎癥反應(yīng)

朱雪娟等[28]運(yùn)用黃連素治療銅綠假單胞菌誘導(dǎo)的肺炎大鼠的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),200 mg/kg的黃連素能顯著降低大鼠白細(xì)胞的數(shù)量,降低大鼠支氣管肺泡灌洗液中的IL-6、TNF-α的水平,明顯減輕大鼠髓過(guò)氧化物酶的活性,抑制NF-κB、NF-κB抑制蛋白的表達(dá),提示黃連素能通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路激活降低銅綠假單胞菌誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng),降低肺組織的白細(xì)胞聚集。

3.3 抑制NLRP3炎癥小體活化減輕炎癥反應(yīng)

An C等[29]使用黃連素治療流感病毒性肺炎小鼠的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),10 mg/kg的黃連素能有助于減輕小鼠體重降低,減少小鼠的存活率,使小鼠免受H1N1的攻擊,還能降低肺充血、間質(zhì)性水腫、炎癥細(xì)胞滲出等肺部病理改變,降低肺勻漿中IL-6、TNF-α的水平,但對(duì)病毒增殖抑制作用不明顯。結(jié)果證實(shí),黃連素可通過(guò)阻止NLRP3炎癥小體活化,降低肺部多種炎癥介質(zhì)的分泌,進(jìn)而減輕肺部的炎癥反應(yīng)。Liu H等[30]使用小檗堿治療流感病毒引起的肺部感染小鼠的實(shí)驗(yàn)中,16.8 μmol/L的小檗堿能顯著抑制小鼠肺組織中NLRP3炎癥小體的活化,降低線粒體活性氧的水平,增強(qiáng)線粒體微管相關(guān)蛋白輕鏈3II、p62的水平,促進(jìn)線粒體自噬,進(jìn)一步減輕肺部水腫、出血、變性等病理?yè)p傷,證實(shí)小檗堿可通過(guò)阻止NLRP3炎癥小體活化以降低流感病毒引起的肺部炎癥損傷。

3.4 調(diào)節(jié)T細(xì)胞免疫反應(yīng)減輕炎癥反應(yīng)

一項(xiàng)黃連素用于病毒誘導(dǎo)的小鼠肺部感染的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),20 mg/kg的黃連素能組織病毒引起的肺部Toll樣受體7、NF-κB、髓樣分化因子88蛋白的表達(dá),顯著降低Th1/Th2、Th17/Treg的比例,進(jìn)而抑制γ干擾素、TNF-α、IL-1β的表達(dá),結(jié)果證實(shí)黃連素通過(guò)抑制T細(xì)胞免疫反應(yīng)降低病毒引起的炎癥反應(yīng),減輕肺組織損傷[31]。

3.5 降低粘附分子的釋放減輕炎癥反應(yīng)

一項(xiàng)小檗堿治療流感病毒性肺炎小鼠的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),0.005 g/kg的小檗堿能顯著降低小鼠肺組織中細(xì)胞間粘附分子-1、血管細(xì)胞粘附因子-1的表達(dá),進(jìn)而降低肺泡灌洗液中單核細(xì)胞、嗜酸粒細(xì)胞的水平,結(jié)果證實(shí),小檗堿可通過(guò)調(diào)控粘附分子的表達(dá)以減輕流感病毒引起的肺部炎癥反應(yīng)[32]。

3.6 降低PLA2的釋放減輕炎癥反應(yīng)

吳瑩等[33]使用小檗堿治療流感病毒性肺炎小鼠的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),0.005 g/kg的小檗堿可顯著降低肺水腫和肺血管通透性,降低支氣管肺泡灌洗液蛋白的水平,顯著降低肺組織中白三烯B2、PLA2、前列腺素E2的表達(dá)。結(jié)果表明,小檗堿通過(guò)抑制PLA2的表達(dá),進(jìn)而減輕流感病毒引起肺部的炎癥損傷。

4 黃連及其提取物對(duì)肺部血管的影響

肺炎衣原體是種常見(jiàn)的革蘭氏陰性菌,通過(guò)引發(fā)肺部感染,促使肺部血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生炎性損傷,進(jìn)而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化和新生血管的形成,提高機(jī)體并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[34]。黃連及其提取物可通過(guò)降低肺部血管內(nèi)皮損傷,抑制新血管形成,阻止肺纖維化,以降低肺部損傷,對(duì)肺部血管發(fā)揮保護(hù)作用,延緩動(dòng)脈粥樣板塊的形成。

4.1 減輕血管內(nèi)皮損傷

王嵩等[27]在運(yùn)用黃連素治療肺炎衣原體感染的小鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),10 mg/kg的黃連素能促使高密度脂蛋白的水平升高,促使三酰甘油、低密度脂蛋白的水平降低,顯著降低小鼠動(dòng)脈硬化指數(shù),其作用與立普妥的作用相當(dāng)。電鏡下觀察發(fā)現(xiàn),黃連素能保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的完整性,降低細(xì)胞破壞和空泡的出現(xiàn),結(jié)果證實(shí)黃連素能通過(guò)降低肺炎衣原體感染引起的血管內(nèi)膜損傷,延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。

4.2 抑制新血管的形成

權(quán)偉等[35]將黃連素用于肺炎衣原體的體外研究發(fā)現(xiàn),100、150、200 mmol/L的黃連素能呈濃度依賴性和時(shí)間依賴性阻止血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移的距離和數(shù)量,降低內(nèi)皮細(xì)胞中磷脂酰肌醇-3激酶基因的表達(dá)及酶的活性,提示黃連素能抑制肺炎衣原體誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)皮遷移,進(jìn)而有助于降低病理性血管新生及動(dòng)脈粥樣硬化變化。

5 黃連及其提取物阻止肺纖維化進(jìn)程

COVID-19造成的肺部損傷與肺纖維化密切相關(guān),肺部瘢痕形成可導(dǎo)致呼吸道壁增厚,導(dǎo)致呼吸道狹窄,影響呼吸功能減退[36]。黃連及其提取物可通過(guò)阻止肺纖維化進(jìn)程,減輕COVID-19引起的肺部癥狀,提高患者的呼吸功能。

Cao J等[37]研究利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子學(xué)分析黃連素對(duì)COVID-19肺炎的肺纖維化的作用機(jī)制發(fā)現(xiàn),黃連素可作用于COVID-19肺炎纖維化23個(gè)靶向基因,經(jīng)STRING數(shù)據(jù)庫(kù)分析結(jié)果顯示顯示,黃連素可通過(guò)作用于轉(zhuǎn)錄激活劑3、IL-6、趨化因子配體2、TNF-α四個(gè)核心基因調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝,發(fā)揮抗肺炎纖維化進(jìn)程。

6 結(jié)語(yǔ)

肺部感染是導(dǎo)致人類肺炎相關(guān)性死亡的重要原因,尤其是近年來(lái)的COVID-19大流行,給人類的生命健康造成嚴(yán)重威脅[38]。中醫(yī)藥在肺部感染的治療中具有良好優(yōu)勢(shì),中醫(yī)藥成為國(guó)內(nèi)外多位學(xué)者的研究方向[39]。黃連及其提取物能通過(guò)抗菌、增強(qiáng)抗生素抗菌活性、降低炎癥反應(yīng)、減輕肺血管內(nèi)皮損傷、組織肺纖維化等多種途徑,發(fā)揮防治肺部感染的作用。黃連的水提液和顆粒劑的成分較為復(fù)雜,混合藥液中發(fā)揮藥效的成分尚不明確。目前針對(duì)黃連有效成分的研究集中于黃連素,對(duì)黃連其他有效成分研究尚不足,建議后續(xù)研究多從黃連堿、甲基黃連堿等其他成分進(jìn)行研究,以擴(kuò)大對(duì)黃連臨床使用的循證支持。同時(shí)針對(duì)黃連素發(fā)揮藥效的最低有效藥物濃度也存在較大差異,其毒效關(guān)系也需進(jìn)一步探究。望后續(xù)研究者開(kāi)展黃連用于肺部感染的多樣本的臨床研究,為黃連的臨床運(yùn)用提供更佳的證據(jù)。