蘇子降氣湯有效成分緩解哮喘氣道炎癥的作用機制*

賈宗月 綜述,白 融,蔡佩良,劉超武 審校

(天津中醫藥大學第一附屬醫院/國家中醫針灸臨床醫學研究中心,天津 300381)

哮喘是全球最常見的慢性非傳染性疾病之一[1]。目前,有研究發現,其發病機制包括慢性氣道炎癥、氧化應激[2]、免疫失調[3]、細胞凋亡[4]等。近年來,隨著發展中國家不斷進步,生活水平和健康意識不斷提高,但現有的醫療水平和環境因素的不足,使哮喘在發展中國家的患病率逐年增加,嚴重危害人體健康,降低人們的生活質量[5]。目前,對哮喘致病機制的研究已逐漸明朗,在過去幾年中生物制劑的出現確實有效控制了嚴重哮喘發作,但由于成本造價昂貴,持續用藥難以維系,且臨床常規藥物種類仍較單一[3]。這些藥物雖然在一定程度上改善了哮喘患者的臨床癥狀,但由于依從性不佳,導致其發展為難治性哮喘的情況屢見不鮮,甚至嚴重危及患者生命安全。

哮喘在傳統醫學中屬“哮病”“咳嗽”等范疇,急性發作期是由于外感六淫邪氣引觸體內宿痰,阻于氣道,導致氣機不暢,痰氣相搏于肺絡,發而為病,治療應以降氣平喘、祛痰止咳為主。在該理論指導下蘇子降氣湯應運而生,其在改善哮喘癥狀、提高生活質量方面療效顯著。臨床常用方源自《太平惠民和劑局方》,以紫蘇子、清半夏、厚樸、前胡、肉桂、當歸、生姜、甘草、大棗等為主,具有成分多、靶點多、活性高、不良反應少等特點,彌補了西藥在治療哮喘方面的不足之處。但由于缺乏蘇子降氣湯成分的基礎研究,故現將蘇子降氣湯單味藥的有效成分干預哮喘發病過程的作用機制進行歸納和總結如下,以期揭示蘇子降氣湯的作用機制。

1 紫蘇子抑制哮喘氣道高反應

紫蘇子化學成分主要包括酚酸類、揮發油、黃酮類等[6]。根據氣相色譜-質譜分析發現,酚酸類中的迷迭香酸、黃酮類中木犀草素活性較高,且能有效緩解氣道炎癥,減輕氧化應激反應,降低細胞自噬水平,改善哮喘的病理過程,控制哮喘癥狀[7]。

藥理研究發現,迷迭香酸具有抗氧化、抗炎等生物活性[8],對哮喘具有良好的防治作用。在哮喘模型小鼠中發現,核因子κB(NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路活性在氣道炎癥中上調,控制促炎介質的合成和分泌。FARHADI等[9]發現,迷迭香酸可降低哮喘模型小鼠中的核因子抑制蛋白和NF-κB的p65,以及細胞外調節蛋白激酶(ERK)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)中p38的磷酸化,抑制NF-κB、激活MAPK信號通路,減少白細胞介素-4(IL-4)、免疫球蛋白E(IgE)和嗜酸性粒細胞趨化因子的分泌,下調趨化因子配體11、趨化因子受體3 mRNA表達,減輕氣道炎癥反應。

木犀草素具有抗炎、抗氧化等多種藥理作用[10-11]。一氧化氮(NO)作為細胞內的生物信息遞質,參與了組織的炎癥損傷,在哮喘的病理生理過程中具有重要作用。鄒華等[12]發現,哮喘小鼠NO合酶(iNOS)的表達和NO含量顯著升高,致使氣道大量炎癥細胞浸潤。有研究表明,木犀草素通過減少活性氧和活性氮的生成抑制哮喘的氣道炎癥,通過降低iNOS蛋白的表達達到阻止NO釋放的目的;另外,還可通過顯著下調哮喘幼鼠肺組織中的環加氧酶-2(COX-2)、前列腺素E2、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-1β mRNA和蛋白的表達,抑制COX-2信號通路的激活,降低哮喘小鼠NO的表達[13]。此外,減輕機體的氧化應激也是治療哮喘重要途徑之一。有研究發現,以抗氧化,如超氧化物歧化酶(SOD)方式干預氧化應激、減輕氣道高反應可有效減少哮喘小鼠氣道黏液的分泌,達到防治哮喘的目的[14]。鄒華等[12]發現,在哮喘模型小鼠中木犀草素通過上調SOD的表達,增強抗氧化能力,進而減輕氧化應激反應。自噬是真核生物細胞內的降解途徑,現有證據表明,磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素蛋白(PI3K/Akt/mTOR)信號通路調控巨噬細胞自噬,參與了哮喘的病理過程[15-16]。有研究證實,木犀草素可阻斷PI3K/Akt/mTOR信號通路,抑制芐氯素1-Ⅲ型磷脂酰肌醇3-激酶蛋白復合物的產生,從而降低哮喘小鼠巨噬細胞自噬水平,達到改善臨床癥狀的良好效果[17]。

總之,紫蘇子中的主要成分可抑制NF-κB、MAPK信號通路,緩解氣道炎癥,上調SOD的表達,減輕氧化應激反應,阻斷PI3K/Akt/mTOR信號通路,調控巨噬細胞自噬,進而抑制哮喘氣道高反應,緩解哮喘癥狀。

2 清半夏抑制細胞脫顆粒過程降低嗜酸細胞含量

半夏以生物堿、揮發油、甾醇類等成分為主[18]。炮制后的清半夏可降低生半夏的毒性,增強半夏燥濕化痰的功效,但化學成分也發生了變化,其中生物堿含量明顯減少,甾醇類中的β-谷甾醇含量顯著增加,其他成分含量均有不同程度的減少[19]。

β-谷甾醇具有抗炎、抗氧化、抗菌等藥理作用,對治療哮喘具有顯著療效[20]。CHUNG等[21]研究證實,一定劑量的β-谷甾醇通過抑制RBL-2H3細胞的脫顆粒過程干預IL-4、IL-5、IL-13的釋放,繼而減少支氣管肺泡灌洗液中的嗜酸性粒細胞含量,改善哮喘癥狀。但目前關于β-谷甾醇治療哮喘的研究較少見,其確切的藥效作用機制仍需深入研究。

3 厚樸緩解氣道炎癥抑制上皮細胞凋亡

中醫認為,厚樸具有燥濕除滿、降逆平喘等功效[22]?，F代藥理研究發現,厚樸酚具有抗炎、抗氧化、抗重塑、解痙等多種藥效作用[23]。有研究證實,信號傳導及轉錄激活因子3(STAT3)是調節哮喘炎癥和氣道高反應性的關鍵調節因子[24]。在哮喘模型大鼠的肺組織中發現,ERK1/2、JNK蛋白的表達及磷酸化水平均顯著增加[25]。JIANG等[26]發現,厚樸酚在卵清蛋白(OVA)誘導的哮喘模型中顯著抑制了ERK1/2、JNK活性,但對p38的磷酸化無影響,還發現厚樸酚也抑制了STAT3的磷酸化。表明厚樸酚減輕哮喘慢性炎癥與STAT3信號通路有關。

有研究表明,抑制氣道上皮細胞凋亡及DNA損傷可有效控制哮喘病情[27-28]。秦超等[29]發現,厚樸酚可抑制p-JNK、NF-κB、半胱氨酸蛋白酶3(Caspase-3)等細胞凋亡靶點因子的表達,升高抑制細胞凋亡的B淋巴細胞瘤-2基因(Bcl-2)蛋白水平,從而減少氣道上皮細胞凋亡。

總之,厚樸酚通過緩解氣道炎癥、改善氧化應激反應、抑制上皮細胞凋亡達到緩解哮喘癥狀的目的。

4 前胡介導氧化應激反應

前胡經化學分析發現其主要成分為香豆素類化合物[30],且已被列為哮喘治療的候選藥物[31]。其具有抗炎、抗氧化、免疫調節等多種作用[32]。

已知炎癥介質可誘導MAPK、ERK、JNK中p38的磷酸化,激活多條信號通路。據文獻報道,阻斷ERK、JNK、MAPK通路可降低巨噬細胞中iNOS和COX-2的表達及TNF-α和IL-1β的產生,其中COX-2刺激前列腺素E2的激活是炎癥過程中的核心步驟,iNOS是產生促炎性細胞因子NO的關鍵[33]。HSIA等[34]研究表明,香豆素類化合物通過調節MAPK、JNK、ERK途徑,抑制巨噬細胞iNOS、COX-2、IL-1β、TNF-α的表達,從而減輕氣道炎癥。此外,2017年WANG等[35]研究也證實了香豆素類化合物可抑制NF-κB激活減弱OVA誘導的過敏性哮喘炎癥。支持香豆素類化合物在治療哮喘和其他氣道炎癥疾病方面的潛在應用價值。

5 肉桂減少炎癥細胞浸潤緩解氣道痙攣

肉桂在中醫學中有引火歸元、散寒止痛、補火助陽等作用[22],其主要含有揮發性成分、多酚類成分、倍半萜及糖苷類成分和黃酮類成分等,經氣相色譜-質譜分析鑒定揮發油中的主要成分是肉桂醛(又稱為桂皮醛),大約占72.54%,多酚類中以A型原花青素多酚為主[36]。

有研究表明,肉桂能減少內皮素、NO、IL-2、IL-5等炎癥介質的產生,改善肺組織的病理變化,緩解氣管平滑肌痙攣,控制哮喘急性期癥狀[37]。ARBATI等[38]研究表明,肉桂醛能促進兒茶酚胺釋放,具有舒張平滑肌的作用。又有研究證實,肉桂中A型原花青素多酚可顯著抑制哮喘小鼠支氣管杯狀細胞增生,減少嗜酸性粒細胞和肥大細胞炎癥介質的釋放,減輕炎癥細胞浸潤,從而改善氣道炎癥,減少黏液分泌,緩解臨床癥狀[39]。該作用機制使肉桂有望用于哮喘的治療。

6 當歸調節免疫平衡減輕上皮細胞的炎癥損傷

藥理實驗發現,當歸具有抗炎、增強免疫功能、平喘等作用,經分析儀器檢驗發現,揮發油中的藁本內酯及多糖類中的當歸多糖含量極為豐富[40]。

藁本內酯具有抗炎、神經保護、抗氧化等多種生物活性[41]。姚楠等[42]發現,當歸揮發油可抑制鈣離子內流,從而緩解豚鼠氣管平滑肌痙攣。根據免疫機制發現,由于CD4+T淋巴細胞的活化、輔助性T淋巴細胞1(Th1)與Th2,以及IFN-γ、IL-4等細胞因子的失衡導致哮喘變態炎癥的發生。LI等[43]研究表明,當歸揮發油可降低炎性細胞因子TNF-α、COX-6、IL-65和p65的水平,發揮抗炎作用。此外,Th17在慢性炎癥中也發揮著重要作用。視黃酸相關孤兒受體γt是Th17分化的特異性調節因子,能誘導T0細胞向Th17分化并分泌大量IL-17。IL-17募集并活化中性粒細胞、巨噬細胞,發揮促炎作用參與哮喘的炎癥反應過程。妥海燕等[44]研究證實,當歸揮發油可抑制視黃酸相關孤兒受體γt的過度表達,調節Th17的免疫活性,減少IL-17的分泌,從而改善肺組織病理變化,緩解哮喘癥狀。而藁本內酯是當歸揮發油中最主要的化學成分。因此,藁本內酯在緩解哮喘氣道平滑肌痙攣及免疫學機制方面的應用值得進一步研究。

當歸多糖具有增強免疫力、抗炎、抗氧化、抗衰老等藥理作用[45]。哮喘小鼠肺組織過氧化物及其氧化產物丙二醛增多,當歸多糖可通過降低丙二醛含量、增強支氣管肺泡灌洗液中SOD、過氧化氫酶活性提高機體抗氧化水平,保護氣道上皮組織,減輕哮喘炎癥損傷[46]。然而,目前有關當歸多糖治療哮喘的文獻報道較少見,仍需進一步探索。

7 生姜調節苦味受體10(T2R10)/三磷酸肌醇受體1(IP3R1)/活化T細胞1(NFAT1)通路改善哮喘氣道高反應

祖國傳統醫學認為,生姜具有解表散寒、祛痰止咳等功效?，F代研究發現,生姜含有揮發油、姜辣素等成分,具有抗氧化、抑制細胞衰老、抗菌等藥理作用[47]。姜辣素中的主要成分6-姜烯酚可調節免疫失衡、抑制氣道炎癥等。

Th1/Th2失衡是哮喘免疫機制的基礎。有研究發現,6-姜烯酚通過抑制Th2,降低IL-4、IL-5、IL-13和IgE水平,增強Th1活性,提高血清IFN-γ水平,減輕炎癥,改善氣道高反應[48]。

T2R是G蛋白偶聯受體的一個亞家族。T2R也被證實與氣道的幾種細胞類型有關,包括纖毛上皮細胞、孤立化學感覺細胞和氣道平滑肌細胞,T2R激動劑是孤立性氣道平滑肌松弛的基礎。因此,T2R可作為治療哮喘的一種更有效的新型激動劑前瞻性靶點?？辔秳┩ㄟ^激活典型苦味信號級聯(IP3R1)使孤立性氣道平滑肌細胞內鈣離子含量降低,從而誘導氣道平滑肌細胞弛緩,同時還發現,6-姜烯酚可上調T2R10 mRNA水平,抑制其關鍵下游靶點IP3R1激活;此外,6-姜烯酚還可通過抑制鈣釋放激活鈣調節蛋白1 mRNA的表達,減少鈣離子的釋放,下調T2R通路最下游的促炎信息表因子核蛋白類癌基因c和NFAT1的表達[49]。提示6-姜烯酚可通過抑制T2R10/IP3R1/NFAT1信號通路的激活,改善炎癥反應。

總之,6-姜烯酚通過調節T2R10/IP3R1/NFAT1通路,降低Th2、IgE水平,抑制氣道炎癥,改善氣道高反應。同時,還可逆轉哮喘大鼠肺組織的病理變化。證實生姜在治療哮喘和氣道炎癥性疾病方面具有重要意義。

8 甘草緩解哮喘癥狀的作用機制

甘草具有祛痰止咳、緩急止痛等多種功效[22]。其包含了三萜類、黃酮類、多糖類等化學成分,具有抗炎、調節免疫等多種藥理活性。三萜類中的18β甘草次酸和黃酮類中的7,4′-二羥基黃酮含量較為豐富,可為哮喘的治療提供新的用藥方案[50]。

有研究表明,18β甘草次酸在炎癥反應、細胞凋亡及其他生物過程中均具有藥理活性[51]。LIU等[52]發現,哮喘是一種氧化應激障礙,促炎性細胞因子、活性氧和生長因子的分泌增多是哮喘的主要特征,血紅素加氧酶1是NF-E2相關因子的一種抗氧化劑,可促進抗氧化分子的產生,血紅素加氧酶1的表達可降低NF-κB水平,抑制iNOS的產生,并通過抑制活性氧的產生減輕哮喘的氧化應激反應,發揮治療哮喘的作用;18β甘草次酸也可抑制嗜酸粒細胞活性,降低IgE和促炎性細胞因子分泌水平,緩解氣道炎癥。ZHANG等[53]發現,氣道中過度的ERK1/2激活與哮喘的發生有關,而18β甘草次酸可通過阻斷ERK1/2通路的激活,抑制哮喘過程中支氣管平滑肌細胞的過度增殖;此外,氣道平滑肌細胞中的線粒體凋亡與哮喘密切相關,Bax和Bcl-2通過激活Caspase-9、誘導Caspase-3活化等一系列級聯活化反應促進以線粒體介導為主的細胞凋亡,18β甘草次酸可在哮喘過程中調節局部氣道中的Bax/Bcl-2平衡,促進支氣管平滑肌細胞的凋亡,緩解哮喘癥狀。

有研究表明,氣道的黏蛋白/黏液層是先天免疫系統的一部分,但黏液分泌過多造成氣道黏液阻塞是致命性哮喘發作的常見原因。NF-κB途徑和STAT6信號通路在正常免疫反應和Th2介導的炎癥性疾病(如哮喘)的黏蛋白分泌過程中具有重要作用,組蛋白去乙?；?可抑制NF-κB激活,7,4′-二羥基黃酮可通過活化組蛋白去乙?；?抑制NF-κB和STAT6的激活,減少黏蛋白的分泌[54]。

總之,甘草是緩解氣道炎癥、減少黏液分泌、改善哮喘癥狀的潛在治療選擇。

9 大棗調節Th1/Th2平衡改善哮喘免疫機制

大棗含有糖類、蛋白質、生物堿等多種成分。大棗多糖是一類重要的活性成分,具有提高免疫力、抗衰老等作用[55]。

有研究表明,大棗多糖可增加IL-12含量,誘導初始T淋巴細胞增殖并向Th1分化,使Th2轉化為Th1,并增加NK細胞活性,調節Th亞群平衡,在免疫機制中具有關鍵性作用[56]。

總之,大棗多糖可通過調節Th1/Th2平衡改善哮喘免疫機制,但由于目前相關臨床研究較少見,其具體療效尚有待于考察。

10 小結與展望

哮喘的發病機制極為復雜,目前普遍認為,炎癥反應、氣道重塑、氧化應激、免疫失調、細胞凋亡是其發病的關鍵環節。近年來,隨著國家對中藥的大力提倡,傳統方劑中中藥化學成分的研究不斷深入,其為哮喘的治療也提供了新的方案。

酚酸類、黃酮類、甾醇類、木脂素、香豆素、揮發油、多酚類、三萜類、姜辣素類、多糖類等是蘇子降氣湯中的主要有效成分,通過共同調節NF-κB、MAPK、COX-2、PI3K/Akt/mTOR、JNK、STAT3、T2R10/IP3R1/NFAT1等多條信號通路緩解氣道炎癥和氧化應激反應,促進上皮細胞凋亡,調節免疫平衡,在哮喘防治過程中功不可沒。當然在該方的實際應用中也發現了一些不足之處：(1)大多數研究尚處于動物模型階段,缺乏臨床試驗的佐證,導致其確切療效不明確;(2)對單一成分的研究脫離了中醫的整體觀念;(3)方劑中的中藥化學成分雖涉及多條信號通路,但相互之間的關聯性尚未得到證實。

針對目前研究中存在的相關問題,作者提出以下建議：(1)擴大臨床試驗樣本量,明確其確切療效并與整體方劑療效進行對比,以期為哮喘的治療提供新的臨床用藥方案;(2)在中醫思想的指導下結合中藥有效成分的藥理活性對方劑進行深入研究;(3)充分采用基因敲除技術、過表達技術等研究一條信號通路對其他信號通路的影響,以期從多角度闡述化學成分治療哮喘的作用機制。