基于氧化應激探討中藥活性成分干預蒽環類藥物心臟毒性機制研究進展*

陳濟川，饒顯俊，黃 飛，王智元，于國靜，陳會君

（1.黑龍江中醫藥大學，黑龍江 哈爾濱 150000；2.黑龍江中醫藥大學附屬第二醫院，黑龍江 哈爾濱 150000）

癌癥是一種破壞性疾病，常伴有多器官嚴重損害。化療采用細胞毒性藥物有效殺傷癌細胞，是臨床上抗癌的主要治療手段[1]。蒽環類藥物（anthracycline，ANT）是臨床長期應用的一類高效廣譜抗腫瘤藥物，新的生物、小分子及靶向藥物的出現并沒有取代其應用，反而趨向于將ANT與其他化療藥物聯合以最大化治療效應。這尤其體現在乳腺癌、淋巴瘤、白血病及兒童癌癥的化療方案中[2]。然而，來自臨床研究的結果發現，應用ANT化療方案的患者存在心臟毒性。數據顯示，高達45.61%的應用蒽環類藥物化療方案的兒童患者產生了心臟毒性[3]。

化療藥物心臟毒性是近年來才為學者廣泛重視的交叉學科領域，現代癌癥化療幸存者的數量增長及長期生存使得化療藥物心臟毒性問題愈加尖銳。氧化應激作為ANT心臟毒性的經典機制，與之相對的抗氧化治療成為了現今的研究焦點。盡管目前現代醫學基于臨床前研究的成果斐然，但被評估的藥物中絕大部分未能轉化為臨床應用[4]。從氧化應激的角度探索中藥干預蒽環類藥物心臟毒性的機制，可能成為當下抗氧化治療發展的突破口。筆者檢索了近年來發表的有關中藥通過調控氧化應激干預ANT心臟毒性的文獻，以期為從中藥中找到安全有效的抗氧化劑來為減輕ANT心臟毒性提供思路與參考。

1 蒽環類藥物誘發心肌細胞氧化應激的機制

氧化應激常常在活性氧/活性氮和抗氧化系統之間的平衡被打破時發生，活性氧（ROS）是不穩定的化學分子，如過氧化氫（H2O2）等；活性氮（RNS）屬于分子家族，如一氧化氮（NO）等[5]。ROS在機體內具有“雙刃劍”作用，低水平的ROS可以參與調節多種細胞活動，屬于多效性生理信號劑的一種，而高水平的ROS、RNS可通過耗盡內源性抗氧化劑資源干擾心肌細胞內的信號傳導，造成嚴重的心肌細胞損傷[6]。

1.1 心肌細胞是氧化應激損傷的主要靶細胞 在機體中，線粒體是產生活性氧的主要場所。心肌耗氧量較大，促使線粒體在心肌中具有高密度，然而心肌細胞中的內源性抗氧化劑水平較低。這使得心肌組織中ROS/RNS的平衡被打破時，抗氧化防御將被迅速壓倒，氧化應激反應即時激活[7]。ANT可以還原為不穩定半醌代謝物，因其與線粒體內膜上心磷脂的高親和性而形成復合物，進而在心肌組織造成大量積累，導致線粒體嵴紊亂，抑制電子傳遞鏈中的復合物，從而造成線粒體能量代謝紊亂[8]。線粒體的損傷反過來可能導致線粒體膜通透性增加，以“全或無”的作用形式促使線粒體釋放細胞色素C，介導線粒體膜電位的快速丟失。這種正反饋調節機制進一步增加ROS的產生，并激活半胱天冬酶級聯的細胞凋亡進程[9]。

1.2 催化金屬誘導氧化應激發生 目前學界普遍認為鐵代謝在誘發ANT心臟毒性的機制中占據主要位置。ANT誘導的氧化應激反應主要由還原型輔酶Ⅱ（NADPH）、細胞色素P450還原酶、黃嘌呤氧化酶等催化，通過將電子轉移給O2產生超氧化物陰離子（·O2-），其可以自行或經由超氧化物歧化酶（SOD）催化加速產生H2O2[10]。H2O2在生理條件下可被過氧化氫酶（CAT）或谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）消除。然而在芬頓反應下，H2O2和·O2-可產生毒性羥基自由基（·OH），在催化金屬如鐵、銅等的影響下其動力學可顯著加快，發生快速氧化應激反應。催化金屬也可以通過形成ANT-Fe復合物誘導氧化應激。在存在氧化還原系統的情況下，ANT-Fe3+復合物可被還原為ANTFe2+，與氧原子反應形成·O2-，進而轉化為H2O2，或催化芬頓反應，產生·OH[11]。其余情況下，ANT-Fe2+能與H發生反應直接產生·OH。ANT-Fe3+也可以通過分子內氧化還原反應，螯合鐵并形成·ANT-Fe2+。

2 中藥活性成分調控氧化應激干預蒽環類藥物心臟毒性機制

2.1 線粒體功能 線粒體電子傳遞鏈（ETC）是線粒體中ROS產生的主要位點。線粒體通過復合物Ⅰ-Ⅳ逐步轉移電子來合成ATP，在氧氣被消耗的同時，建立起質子電化學梯度，存儲在電子中的能量由復合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ逐步提取，同時電子沿ETC穿過線粒體內膜轉移到H泵，構成線粒體膜電位，最終通過復合物Ⅴ（ATP合酶）的作用生成ATP[12]。DOX對線粒體膜的破壞使得線粒體膜電位處于高水平，電子轉移反應中間體在單電子還原O位點的半衰期進一步延長，促使部分電子在復合物Ⅰ、Ⅲ兩個位點脫離ETC，與O2反應形成超氧化物。同時ROS刺激mPTP持續開放，使得線粒體腫脹、外膜破裂，并誘導相鄰的線粒體產生相似的變化，導致ROS暴發[13]。柚皮苷主要來源于蕓香科植物的果肉、果皮。KWATRA M等[14]發現其可提高DOX損傷的心肌細胞中GSH、SOD和CAT的活性，并可改善線粒體呼吸鏈功能，進而抑制ROS過度釋放。環維黃楊星D（CVB-D）是從中藥黃楊中提取的類固醇生物堿。GUO Q等[15]研究發現CVB-D有效阻滯了DOX誘導的心肌細胞PGC-1α和NRF-1表達降低，同時提高了線粒體mtDNA含量，維持線粒體生物合成利用度。姜黃素是從姜黃根莖提取的主要活性成分[16]。五味子乙素（Sch B）是五味子中含量最高的木脂素[17]，兩者均可調控mPTP通道開放狀態，抑制ROS釋放。

2.2 鐵死亡 鐵死亡是一種高度ROS依賴性的細胞死亡，與鐵穩態紊亂和脂質過氧化相關。鐵代謝紊亂可導致DNA氧化損傷、脂質過氧化和膜損傷[18]。在GPX4和Co Q10氧化還原酶FSP1的調控下，芬頓反應所產生的·OH參與了磷脂氫過氧化物（PLOOH）的產生，進而導致磷脂重塑。鐵蛋白是儲存和消除多余鐵以減少細胞損傷和應激的終點蛋白，在鐵穩態中發揮重要作用。NCOA4可沉默下調SFXN1并阻斷SFXN1介導的線粒體Fe2+超載，并與鐵蛋白重鏈1（FTH1）共同介導鐵蛋白自噬。FTH1過表達可下調NCOA4和微管相關蛋白1輕鏈3α，從而抑制鐵死亡[19]。鐵輸出蛋白（FPN1）是介導細胞外排鐵的重要蛋白，可調節細胞內鐵代謝。羥基酪醇（HT）屬橄欖苦苷的主要代謝物，研究發現HT可以通過螯合鐵進而減輕H2O2和游離鐵介導的JNK和p38 MAP激酶的長時間磷酸化[20]。黃芪甲苷Ⅳ（AS-Ⅳ）是從黃芪中提取的萜類化合物。仲媛媛[21]研究發現，AS-Ⅳ可激活Nrf2/GPX4信號通路，并可影響FTH1、FPN1進而調控鐵代謝，減輕自由鐵超載，抑制鐵死亡。

2.3 硝基氧化應激 在心肌細胞中，低水平的NO是調節血流動力學與心肌收縮的重要因子，然而高水平的NO和超氧陰離子的合成可導致過氧亞硝酸鹽形成[22]。作為一種強效細胞氧化劑，過氧亞硝酸鹽可通過觸發proMMPs活化進而導致組織損傷，亦可觸發DNA損傷等細胞毒性機制。一氧化氮合酶（NOS）是NO合成的限速酶，包括3種同工酶：iNOS、eNOS、nNOS。其中iNOS是硝基氧化應激的過量NO的主要來源，eNOS的缺失可顯著改善DOX誘導的左心室功能障礙發展。nNOS是eNOS的下游效應物，在β-腎上腺素能反應中起主導作用，并在eNOS缺失后代償性過表達，進而保護心肌[23]。RNS亦可以單電子反應形式形成硝化酪氨酸（NT），并以此誘導電荷放出與蛋白質構象變化。白楊素主要存在于蜂蜜、蜂膠中。MANTAWY E M等[24]發現其可以同時抑制iNOS及NO水平過度激活，進而維持機體內氮穩態。橄欖苦苷是橄欖葉中的多酚類成分，可通過抑制iNOS表達，上調eNOS表達，維持氮穩態[25]。

2.4 NADPH氧化酶 NADPH氧化酶（NOX）是體內細胞ROS的主要來源之一，是一種多組分酶，由胞漿蛋白（p47phox、p67phox、p40phox、Rac2）和跨膜蛋白（p22phox、gp91phox）組裝而成。gp91phox（NOX2）代表NADPH的催化亞基其需要與p22phox結合形成異二聚體黃細胞色素b558，通過組成活性氧化酶復合物并與其他亞基組裝發揮生物活性[26]。NOX家族均為gp91phox的同系物，可催化電子從NADPH轉移到O2以形成超氧化物，進一步產生H2O2并參與芬頓反應。NADPH依賴性超氧化物的產生主要由NOX2介導。NOX2受到PKC及MAPK的調控并依賴于Rac GTP酶活化，操縱電子從胞質NADPH轉移到O2，并產生超氧化物。NOX4的活性與p22phox強相關，并在DOX 誘導的心肌損傷模型中依賴于NOX2 的表達[27]。THANDAVARAYAN R A等[28]發現Sch B可以抑制p47phox、p67phox、gp91phox蛋白表達。芍藥苷是芍藥中的單萜類化合物。芍藥苷、AS-Ⅳ可抑制NOX2、NOX4表達，從而降低氧化應激水平[29-30]。苦參堿是苦參中的生物堿，可調控p67phox、Gp91phox mRNA表達，進而影響NaDPH氧化酶的組裝[31]。槲皮素是是紅花、黃芪、銀杏葉等多種中藥的主要黃酮成分，可同時阻滯Nox1與p47-phox表達[32]。

2.5 抗氧化防御 機體內的抗氧化防御包含SOD、CAT、GSH-Px、硫氧還蛋白（Trx）及非酶促抗氧化劑等。SOD（CuZn-SOD、Mn-SOD、胞外SOD）在氧化應激狀態下迅速激活，是抗氧自由基的第一道防線。其酶活性依賴酶活性位點催化金屬Cu/Mn的交替還原和再氧化，可將超氧陰離子轉化為O2和H2O2[33]。CuZn-SOD是主要的細胞內SOD，Mn-SOD位于線粒體中，其中CuZn-SOD通過與Rac1結合來影響Nox2活性，Mn-SOD的過表達也可導致Akt的活化并促血管生成、細胞分化。CAT可以將H2O2分解成O2和H2O。GSH-Px可以GSH作為還原劑，形成GSSG發揮抗氧化作用，將H2O2或過氧化物催化成水或相應的醇[34]。其中GPX4是維持GSH/GSSG穩態的重要蛋白，可催化ROOH還原，具有抗脂質過氧化的趨向性。橘皮苷主要存在于柑橘類水果中，可以激活GST亞型GSTP及輔助因子GSH，從而增強對DOX的清除并提高SOD和TBARS水平，同時可上調β-半乳糖苷酶活性減輕細胞損傷[35]。

2.6 脂質過氧化 脂質是維持膜完整性的關鍵因子，因此脂質過氧化會改變脂質膜的組成、結構和動力學。脂質過氧化物（ROOH）還可進一步生成ROS，或降解為能夠連接DNA和蛋白質的反應性化合物[36]。同時脂質過氧化是鐵死亡的下游典型特征，鐵死亡是通過抑制半胱氨酸攝取或誘導GPX4失活引起的。該過程增強了胱氨酸/谷氨酸抗轉運蛋白的化學或突變抑制，并最終以ROOH的形式積累。這一特點在DOX誘導的心臟毒性以鐵為主要催化金屬的氧化應激反應中尤其明顯[37]，同時芬頓反應中產生的羥基和過氧自由基也可產生ROOH與碳中心自由基。仙茅多糖[38]、柚皮苷[14]、葛根素[39]、姜黃素[16]、橄欖苦苷[25]、環維黃楊星D[15]、小檗堿[40]、阿魏酸、芹菜素[41]、SchB[28]均可清除MDA。MDA是脂質過氧化產生的活性醛類物質，可與生物大分子形成化合物，進而影響細胞凋亡。其中橄欖苦苷[25]、阿魏酸、芹菜素[41]表現出了改善蛋白質羰基化（PC）的能力。PC是在氧化應激條件下響應超氧化物形成的一種蛋白質氧化過程，可提示氧化應激下的蛋白質損傷。

3 中藥調控氧化應激相關信號因子干預蒽環類藥物心臟毒性

3.1 Nrf-2 核因子E2相關因子2（Nrf2）是調節氧化應激的重要轉錄因子，與藥物代謝酶基因的調控相關。Keap1是Nrf2基因的負調節因子，可將Nrf2與Cul3螯合在復合物中。在氧化條件下，泛素化系統被破壞，Nrf2的特異性絲氨酸或蘇氨酸殘基被磷酸化，使得keap1與Nrf2之間的鍵斷裂。Nrf2易位到細胞核并與抗氧化元件（ARE）結合，啟動NQO1、HO-1、GSTs、Gclc和Gclm等Ⅱ期代謝酶的表達，活化SOD、CAT、GSH-Px、Trx等抗氧化酶[42]。薯蕷皂苷[43]、芒果苷[44]、對香豆酸[45]、AS-Ⅳ[21]、丹參酮ⅡA[46]、丹參酮Ⅰ[47]、白藜蘆醇[48]均被發現是潛在的Nrf2激動劑。薯蕷皂苷來源于穿山龍、薯蕷、重樓、山藥、蒺藜等多種中藥。趙麗莎[43]研究發現其可通過下調miR-140-5p的表達，進而激活Nrf2，抑制Keap1，上調HO-1、NQO1、GST、GCLM、FOXO3a表達。丹參酮Ⅰ來源于丹參根的乙醚提取物。姜茜茜等[47]研究發現其可增強Akt磷酸化進而激活Nrf2、HO-1、NQO1等基因表達，并提高SOD、GSH-Px活性。

3.2 AMPK 蛋白激酶（AMPK）是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可通過影響能量代謝、氧化應激和細胞凋亡參與DOX誘導的心臟損傷進程。PKA是AMPKα的上游因子，可抑制NOX2、NOX4表達，并通過激活Nrf2信號通路提高內源性抗氧化酶的活性[49]。苦參堿可上調AMPKα表達，并通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體激活長鏈脂肪酸轉錄，上調UCP2表達，減少ROS生成并調控脂質代謝[31]。也有研究[25]發現，橄欖苦苷可通過上調AMPK、Akt表達以改善心肌能量代謝。

3.3 SIRT 沉默信息調節因子（Sirt）是重要的能量狀態傳感器，可減輕細胞的代謝壓力。Sirt1以NAD（+）依賴性的方式調控PGC-1α，上調NRF1、Tfam蛋白表達促進線粒體生物合成。Tfam可誘導線粒體mtDNA的轉錄和復制，并與NRF1共同調控線粒體呼吸鏈，改善線粒體能量代謝[50]。Sirt3可激活循環酶異檸檬酸脫氫酶和谷氨酸脫氫酶，產生NADH調控GSH/GSSG穩態，亦可上調Mn-SOD含量并清除超氧陰離子，亦可通過激活融合蛋白視神經萎縮蛋白1維持線粒體超微結構[51]。葛根素是葛根中的黃酮苷。馬超等[39]研究發現其可激活Sirt3表達，進而提高Mn-SOD含量。芝麻素（Ses）是從芝麻中提取的木脂素。SU S等[52]研究發現Ses可通過上調Sirt1表達，進而提高Mn-SOD的含量。

3.4 UCP 解偶聯蛋白（UCP）屬于線粒體轉運蛋白家族，可調節由線粒體電化學梯度產生的線粒體膜電位。UCP可通過電子傳遞鏈的通量與線粒體ATP合成解耦連，從而降低底物轉化為高能磷酸鹽的速率[53]。除此之外，UCP對線粒體膜電位具有調節功能并在線粒體產生的ROS解毒機制中發揮作用。UCP2能夠調節線粒體H2O2的產生。UCP3可防止線粒體膜電位上升到ROS形成的閾值以上，并通過輕度線粒體解耦降低線粒體膜電位以減少超氧化物的產生[54]。人參皂苷Rg3是人參的重要成分之一。LI L等[55]發現人參皂苷Rg3膠束可降低ROS、鈣超載水平，并提高ATP合酶和UCP3水平，提示其恢復了ATP耦合器和電子傳遞鏈加速器響應。異甘草素屬甘草中的黃酮類化合物。路文強[56]研究發現異甘草素可顯著提高UCP2表達，具有較強的ROS清除能力。

3.5 Bmi-1 Bmi-1是多梳抑制復合物1的核心蛋白質成分，可調控線粒體功能和ROS生成相關的基因表達，并可修復DNA雙鏈的氧化損傷。Bmi-1缺失可導致ETC流動中斷，增加超氧化物及線粒體還原當量，并可上調Duox1和Duox2的表達，進而激活DNA損傷途徑，誘發細胞凋亡[57]。也有研究[58]發現，ANT誘導的心臟毒性中DNA損傷常導致p53過表達，抵消了Nrf2介導的x-CT、NQO1和GST-α1等含抗氧化反應元件啟動子的轉錄。Bmi-1可通過改善DNA損傷并抑制p53激活來調節抗氧化防御[58]。槲皮素存在于紫花地丁、菟絲子、牡丹皮等多種中藥中。DONG Q H等[32]發現其可改善DOX處理的大鼠胚胎室心肌H9c2細胞的MMP破壞及線粒體去極化，并可上調Bmi-1，維持氧化還原系統平衡。

4 結語及展望

中藥抗氧化劑成分干預ANT心臟毒性，更傾向于預先給藥或與蒽環類藥物共同使用。這提示針對癌癥化療患者，預防性干預心臟毒性的收益要遠超過出現癥狀后的治療性干預。現代醫學評估抗氧化劑的治療效果既需要關注心臟保護作用，還應當兼顧其與化療藥物的聯合效應。多種中藥類抗氧化劑表現出了針對蒽環類藥物良好的增效減毒作用，能通過改善線粒體功能、抗脂質過氧化、清除氧自由基、提高內源性抗氧化酶、抑制過亞硝酸根、抑制NOX氧化酶活性等機制抑制ANT誘導的氧化應激反應，同時能通過調控Nrf2、AMPKα、UCP2、SIRT、Bmi-1等相關信號通路及蛋白的激活，進而展現出心肌保護能力。

目前多種中藥類抗氧化劑僅在實驗中證明了其具有抗氧化應激能力，但作用機制尚不明確，潛在的治療靶點未被完全發掘。同時對于中藥活性成分而言，提取工藝的不成熟及較低生物利用度限制了其作為抗氧化劑的應用，使得其向臨床的轉化較為困難。未來的研究不應局限于提取單純的活性成分，而是應當采用納米制劑、聚合膠束等現代制藥方式增強治療效果。希冀未來的研究能將更多的中藥類抗氧化劑推向臨床，以中藥抗氧化劑為通道構建中西醫結合理論，為中醫藥抗氧化原理提供現代醫學佐證，提升癌癥患者的生存期及生存質量。