黃酮類化合物抗肺動脈高壓的研究進展

陳 迪，方蓮花，杜冠華

(中國醫學科學院北京協和醫學院藥物研究所，北京市藥物靶點研究與新藥篩選重點實驗室，北京 100050)

黃酮類化合物是一類植物次生代謝產物，廣泛存在于各種植物中，屬于多酚類化合物中研究最多的一類，目前報道的黃酮類化合物已超過9 000種[1]。黃酮是一系列以2-苯基色原酮為母核結構的化合物，該類化合物以C6-C3-C6結構為基礎，根據其構象的不同，可將黃酮類化合物分為黃酮醇、黃酮、異黃酮、二氫黃酮、查耳酮等。

黃酮類化合物具有抗氧化、抗炎、心血管保護、神經保護、抗腫瘤、抗病毒、抗過敏等多種藥理作用。黃酮類化合物發揮生物學功能的主要機制包括自由基裂解作用、過渡金屬離子螯合效應、某些存活相關基因及信號通路的激活、對線粒體功能的調節及對炎癥反應的調節等。由于其功能的多樣性，黃酮類化合物一直是新藥研發的熱點。本文將對黃酮類化合物抗肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH)的作用及其機制進行綜述，旨在為PH的治療提供新的候選藥物和治療途徑。

1 PH疾病概況

PH是一種慢性的嚴重的心肺功能障礙，其病因是小肺動脈細胞增殖和纖維化引起肺血管重構，使管腔狹窄，進而增加肺血管阻力，從而導致肺動脈壓及右心室壓升高，右心后負荷增加，右心室壁代償性增厚，進而導致右心衰竭甚至死亡。

根據目前的標準，PH主要分為五類，即動脈性PH、左心疾病相關的PH、肺部疾病或低氧導致的PH、慢性血栓栓塞性PH，及其他各種原因導致的PH[2]。盡管PH的病因不同，但不同類型的PH有著相似的病理形成過程，即由于血管收縮因子(如內皮素-1)與血管擴張因子(如一氧化氮、前列環素)或內皮源性的超極化因子之間的失衡導致的血管收縮、微血栓的形成及血管重構[3]。

在PH的發病過程中，氧化應激及炎癥反應均發揮著關鍵作用。臨床上已批準的PH治療藥物主要靶向與肺血管功能失調相關的信號通路，且目前針對PH的治療策略為在診斷期間聯合用藥，以達到有效改善患者生存質量、延長生存時間的目的[2]。

2 黃酮類化合物從多角度發揮對心肺結構和功能的保護作用

黃酮類化合物具有抗氧化應激、減輕炎癥反應、抑制血栓形成及改善內皮功能的作用[4]，并有效延緩PH的病理進程，乃至逆轉PH的病理改變[5]，有望成為防治PH更為有效的天然藥物。下文將從多角度闡述黃酮類化合物對心肺功能的保護作用，以揭示其防治PH的作用機制。

2.1阻止和逆轉肺纖維化肺纖維化常見于PH患者中，由肺組織中一系列細胞和結構的病變導致。有研究證明，槲皮素在博來霉素誘導的BEAS-2B人正常肺上皮細胞中，可通過激活Nrf2信號通路，發揮調節氧化平衡的作用，且每日攝入一定量的槲皮素，通過調節氧化平衡、減輕炎癥反應，改善特發性肺纖維化患者的疾病進程[6]。

2.2對肺動脈內皮細胞(pulmonaryarterialendothelialcells,PAECs)的作用正常生理狀態下，機械刺激剪切應力和乙酰膽堿、卡巴膽堿等激動劑所引起的內皮層一氧化氮的釋放，在肺動脈張力的調節中發揮著關鍵作用。在各種類型的PH患者中，均可見內皮依賴舒張功能的失調，這一失調一定程度上與內皮損傷有關。內皮發生損傷后，內皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)不能正常發揮作用，導致一氧化氮釋放降低[7]。染料木素是一種來源于大豆具有異黃酮母核的化合物，具有類雌激素樣作用。有研究表明，染料木素可激活雌激素受體，進而激活PI3K-Akt/eNOS信號通路，從而增強PH大鼠肺動脈eNOS的活性[8]，維持一氧化氮誘導的血管舒張作用。

正常生理狀態下，血管內膜分隔了平滑肌層和血液，阻止血液中的細胞及細胞因子的外滲，為維持血管穩態建立了完整的細胞屏障。在PH患者中，均可見內皮層損傷，內皮細胞通過內皮間質轉化(endothelial-to-mesenchymal transition, EndMT)在內皮功能障礙這一病理過程中發揮作用。在EndMT過程中，內皮細胞逐漸由內皮表型轉化為間質樣或肌成纖維細胞母細胞樣表型，細胞間連接逐漸丟失，獲得侵襲和遷移能力，逐漸遷移至周圍組織，從而導致血管病變處平滑肌樣細胞的積累。研究表明，葛根素可通過抑制EndMT過程，影響橫向主動脈縮窄手術后小鼠心肌的纖維化，并能抑制TGF-β1誘導的人臍靜脈內皮細胞EndMT過程[9]。另有研究證明，黃芩苷在野百合堿(monocrotaline, MCT)誘導的大鼠PH模型中，可抑制PAECs的EndMT過程[10]。

2.3對肺動脈平滑肌細胞(pulmonaryarterysmoothmusclecells，PASMCs)的作用PASMCs是血管中膜的主要組成部分，是調節血管功能的重要組分。在PH的病理過程中，均可見PASMCs增殖的進行性增加及對凋亡的耐受，導致肺動脈中膜增厚。有研究證明，槲皮素在實驗性PH大鼠模型中，可明顯降低肺血管中增殖細胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA)和Ki67的表達，PCNA和Ki67均為細胞增殖標志性蛋白，可作為檢測細胞增殖狀況的指標，槲皮素可明顯抑制PASMCs的增殖，并誘導其凋亡，從而從抑制增殖和促進凋亡兩方面，減少PASMCs的增多[11]。另有研究表明，染料木素也可在低氧誘導的PH大鼠中抑制其肺小動脈PCNA的表達[12]，從而發揮抑制PASMCs異常增殖，延緩血管重構的作用。

在PH過程中，除PASMCs增殖這一病理改變外，也存在PASMCs收縮能力的增強。穩心草為藤科金絲桃屬植物，民間多用于心臟病的治療，研究發現穩心草黃酮類化合物具有降低PASMCs中Ca2+濃度的作用，并能降低PASMCs外血管緊張素Ⅱ的濃度，抑制PASMCs增殖[13]，從而降低其收縮能力，并改善肺動脈血管的異常增厚。

整合素是一種促進細胞與細胞外基質黏附的蛋白，發揮促進細胞轉移的作用。槲皮素可明顯降低PASMCs中整合素的水平，提示其具有抑制PASMCs遷移的作用。槲皮素還可通過降低PCNA，從而抑制PASMCs的增殖，并能誘導其凋亡和自噬反應[11,14]。異槲皮素除降低PCNA表達外，還可通過抑制一些細胞周期蛋白如cyclinD1和CDK，將PASMCs的細胞周期阻滯在G0/G1期，從而抑制其增殖[15]。

2.4減輕肺血管重構PH病理過程的核心環節是肺動脈血管的重構過程，該過程涉及肺動脈壁正常的結構和功能的改變，包括肌型的肺動脈進一步肌化，外周血管、正常生理條件下，非肌型的血管以及呼吸腺泡周圍血管的肌化，新生內膜及叢狀病變的形成。這些病變發生的基礎及促進因素為血管壁各層細胞肥大、增殖、遷移以及對凋亡的耐受。

肺泡缺氧及血管活性物質如一氧化氮、5-羥色胺、內皮素-1的失衡，均可導致肺血管收縮，長期的肺血管收縮及體內血栓均可引起肺血管重塑[11]。肺動脈血管主要由外膜、中膜及內膜3層構成，在肺血管重塑的過程中，肺動脈的3個層細胞均產生明顯的病理變化，共同引起管腔狹窄和阻塞，促進PH的發展。有研究表明，黃芩素可明顯緩解PH大鼠肺動脈管腔的狹窄和縮小，明顯降低肺動脈壁厚，對肺血管重構表現明顯的抑制作用，從而有效緩解肺動脈壓的升高，延緩PH的進程[16]。

2.5減輕炎癥反應PH是以血管收縮、血管重塑和微血栓為特征的進行性和多因素的疾病。在PH過程中，由于血管周圍炎性細胞的積累，以及循環促炎性細胞因子的增加，炎癥在這一病理過程中起著重要作用[9]。研究表明，黃芩苷通過抑制Toll樣受體調節的信號通路及下游的NF-κB信號通路，從而降低肺部炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6及黏附分子ICAM-1的表達，從而有效減輕肺部的炎癥和病理損傷[17]。

2.6抑制右心重構由于肺動脈壓力的升高，右心室射血困難，隨著疾病的發展，右心室壁代償性增厚，發生心室重構，這一過程主要由心肌細胞的肥大及纖維化導致。在各種類型的PH大鼠中，均可見右心室肥厚指數即RV/(LV+S)的比例明顯上升及右心肥大，有研究證明，預先給予染料木素可明顯延緩MCT誘導的PH的發展。近年來，又證明了染料木素對MCT誘導的大鼠PH具有治療作用，染料木素可有效改善右心室壁的增厚及右心室腔的肥大，阻止疾病由PH向右心衰竭轉化[5]。

此外，在不患有冠心病的PH患者中也發現了右心室心肌缺血，這一現象可能是由右心室毛細血管密度降低導致。染料木素可有效增加MCT誘導的PH大鼠右心室毛細血管密度，逆轉右心重構，維持右心結構和功能的正常[5]。

2.7對心臟血流動力學特征的改善作用與右心收縮功能相關的心臟血流動力學參數包括：心率、右心室最大壓力上升速率、右心室最大壓力下降速率、右心室收縮壓(right ventricular systolic pressure, RVSP)及右心射血分數。在較為嚴重的PH動物模型及患者中，這些參數均發生明顯改變，提示右心功能的衰退。染料木素可有效改善MCT誘導的PH大鼠心臟的血流動力學特征[5]，降低疾病動物的死亡率。

2.8抗氧化作用黃酮類化合物是多酚類化合物的一個亞類，其分子結構中包括酚羥基結構，因此這類化合物具有明顯的抗氧化作用。黃酮類化合物除其直接的抗氧化活性外，還可通過其他途徑發揮抗氧化作用，如酶的翻譯后調節與基因的誘導，包括直接清除活性氧(reactive oxygen species, ROS)、抑制ROS的生成、誘導抗氧化酶等。

在實驗模型中，以ROS水平增加為主要特征的氧化應激可以促進PH病程的發展及繼發的右心室重構，ROS可介導細胞內鈣濃度的增加，從而導致平滑肌細胞收縮增強、肺動脈收縮壓升高，進而引起血管損傷。

在PH大鼠中，氧化應激和炎性標志物的上升往往伴隨著誘導型一氧化氮合酶的上調及eNOS的下調，柚皮素可有效逆轉這一過程[18]，對肺血管呈現保護作用。葡萄籽原花青素提取物(grape seed procyanidin extract, GSPE)可有效降低低氧誘導的PH大鼠PASMCs中的ROS水平。此外，GSPE也可明顯上調肺組織與血清中超氧化物歧化酶的水平，下調丙二醛的水平，減輕PH大鼠體內的氧化應激損傷[19]。

Tab 1 Mechanisms of flavonoids against pulmonary hypertension

2.9對線粒體功能的影響代謝理論已被認為是PH發病的潛在根源，越來越多的證據表明，線粒體功能障礙的過程涉及電子傳遞鏈的主要蛋白質、氧化還原相關酶、質子梯度及鈣穩態調節因子、細胞凋亡調節因子及自噬。線粒體功能障礙會導致ROS的產生增多以及抗氧化應激能力下降，最終將導致線粒體功能受損，并通過線粒體自噬過程將受損的線粒體清除。在這一病理過程中，由于線粒體功能受損，細胞有氧代謝發生障礙，細胞只能通過糖酵解產生能量，而糖酵解可促進線粒體內膜超極化，促進抗凋亡細胞因子的產生，從而導致細胞對凋亡的耐受，這也是推動PH病理進程的重要因素之一。

有研究證明，葛根素可通過降低線粒體膜電位，誘發細胞色素C、caspase-9的釋放及上調Bax/Bcl-2基因的比例，從而誘導PASMCs的凋亡，有效改善PASMCs在低氧條件下對凋亡的耐受[20]。另有研究表明，類黃酮類化合物表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate，EGCG)可通過增加線粒體融合蛋白的表達，促進線粒體融合，從而降低PASMCs中線粒體的數量，發揮抑制PASMCs增殖的作用[21]。

3 抗PH作用的黃酮類化合物研究概況

不同結構類型的黃酮類化合物抗PH作用機制的分析歸納結果見Tab 1。

4 結語與展望

綜上所述，黃酮類化合物可從多角度對不同類型的PH發揮治療作用。不僅延緩其病程的發展，有些黃酮類化合物還可有效逆轉PH的病理過程。黃酮類化合物的這一藥效特點符合目前臨床上對于PH的治療策略，即在診斷期間采用多種機制用藥。鑒于目前臨床上針對PH的藥物均為靶向某一特定機制，黃酮類化合物藥理作用的多樣性可能為研發抗PH的藥物提供新的思路。但目前針對黃酮類化合物抗PH的研究依然有限，還需深入研究發現更多的活性化合物并明確其作用機制。