大黃蒽醌類主要有效成分抗腎纖維化作用機制的研究進展*

王 靜,李玉婷,劉大偉,鄒 銘,劉益源

(襄陽市中醫醫院,湖北 襄陽 441099)

腎臟纖維化(renal fibrosis,RF)是各種慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)進展至終末期腎病的共同途徑,包括腎小球纖維化及腎小管間質纖維化。該病由于有效腎單位的丟失,導致代謝產物蓄積、內環境失衡等,引起全身多系統癥狀,最終發展為終末期腎病,嚴重影響人們的生活質量。目前,關于中藥延緩RF的各項探索性研究層出不窮,其中對大黃蒽醌類化合物抗RF的研究是熱點之一。研究[1]表明,大黃蒽醌類化合物在抑制信號通路傳導,調控細胞增殖、凋亡和轉化,減少細胞外基質(extracellular matrix,ECM)堆積,減輕炎癥反應,調節血流動力學,下調氧化應激,清除氧自由基,參與表觀遺傳學修飾,改善高糖、高脂代謝環境等方面發揮重要作用。研究大黃蒽醌類化合物抗RF的作用機制對該病的防治有重要意義。筆者對近年來關于大黃蒽醌類主要有效成分抗腎纖維化作用機制的研究進行綜述,以期為該病的預防、干預和治療提供新的思路。

1 大黃及其主要有效成分

大黃為蓼科植物掌葉大黃、唐古特大黃或藥用大黃的干燥根莖,具有瀉熱攻積、涼血解毒、逐瘀通經、利濕退黃之效[2]。根據炮制方法不同,該藥又可分為生大黃、酒大黃、熟大黃、大黃炭。大黃最早記載于《神農本草經》,書曰:“主下瘀血,血閉,寒熱,破癥瘕積聚,留飲宿食,蕩滌腸胃,推陳致新,通利水谷,調中化食,安和五臟。”其是瀉下劑的代表藥物。

蒽醌類化合物是大黃最主要的活性成分之一。根據母核結構,其可分為單蒽核類蒽醌和雙蒽核類蒽醌,其中單核類蒽醌又分為游離狀態蒽醌和結合狀態蒽醌。大黃根莖中所含蒽醌類化合物約3%。《中華人民共和國藥典》以蘆薈大黃素、大黃酸、大黃素、大黃酚和大黃素甲醚5類蒽醌類化合物為含量測定的指標性成分[2]。因其瀉下作用主要與結合類蒽醌含量有關,故生大黃宜后下,保留其結合類蒽醌成分,方能凸顯瀉下攻積之效。結合類蒽醌在煎煮時間過久及溫度過高等條件影響下易分解成游離類蒽醌。研究顯示,炮制后熟大黃的游離類蒽醌含量較生大黃升高。因游離類蒽醌有抑菌抗炎的作用,與清熱解毒關系密切,故熟大黃瀉下力緩,更善清火熱瘡瘍之毒邪。酒大黃尤善清上焦血分熱毒,常用于暴眼赤痛、咽腫齒衄的治療。大黃炭瀉下作用微弱,炭化后大黃結合類蒽醌含量少,與結合類蒽醌對熱不穩定有關,故專于止血。

2 大黃蒽醌類成分抗RF的機制

2.1 干預信號通路傳導

大量研究證實,轉化生長因子(transforming growth factor,TGF)-β1是促進RF發生的關鍵啟動因子[3]。TGF-β1可直接激活其下游核心分子Smad蛋白,通過調控基因轉錄,從而導致纖維化基因過度表達[4]。TGF-β1/Smad信號通路的激活廣泛參與了RF的發生發展,如促進系膜細胞增殖、ECM堆積、誘導足細胞足突融合、介導上皮細胞-間充質轉化等。體外細胞研究[5]證實,大黃素能通過抑制TGF-β1/Smad蛋白及基因表達來延緩RF進展,且相關基因的表達與大黃素的濃度呈一定量效關系。此外,研究[6]顯示,哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號同樣是TGF-β1下游的重要信號介質,參與RF進程。一方面,mTOR信號通過促進成纖維細胞增殖,使膠原沉積,進而使TGF-β1和結締組織生長因子(connective tissue growth factor,CTGF)表達上調;另一方面,mTOR信號是調控細胞自噬關鍵信號通路[7],細胞自噬能啟動受損細胞自我凋亡和降解程序,對維持細胞正常功能穩態有重要作用。涂玥等[8]研究發現,大黃酸可以調控mTOR信號通路活性,抑制腎小管上皮細胞自噬,推測其作用機制是大黃酸通過減少上皮細胞的損傷及凋亡減輕RF。研究[9]證實,大黃酚能上調磷酸化哺乳動物雷帕霉素靶蛋白的表達,可能與其能調控mTOR信號通路、抑制自噬過度激活有關。除此之外,還有Wnt/β-連環蛋白信號通路、p38絲裂原活化蛋白激酶信號通路、Notch信號通路、Hippo信號通路共同參與RF的發生發展,各條通路交互作用,存在一定的交叉靶點及反饋調節機制,但仍需更多實驗驗證。

2.2 抑制炎癥反應

研究[10]發現,巨噬細胞廣泛浸潤腎小管、腎小球及腎間質是RF特征性表現之一。在腎臟細胞受損時,可分泌趨化因子及黏附因子介導巨噬細胞大量聚集,促使巨噬細胞與血管內皮細胞黏附,血管內皮受損,進一步導致炎癥介質大量釋放,如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白細胞介素(interleukin,IL)-1、IL-6等,加重炎癥反應的發生,最終導致TGF-β1及CTGF大量增殖、ECM蓄積,從而形成纖維化。與此同時,內環境炎癥狀態下,巨噬細胞可轉化為成纖維細胞,多方面促使RF進展。大量動物模型實驗[11-12]證實,減少巨噬細胞的產生能減輕腎小管間質纖維化病變。細胞實驗[13]顯示,大黃酚能抑制細胞炎癥反應可能與其能下調Toll樣受體4/核因子-κB信號通路有關。小鼠炎癥模型實驗[14]證實,大黃酚能改善脂多糖誘導的小鼠模型炎癥狀態,抑制巨噬細胞表達TNF-α。孫祿等[15]對大鼠腎纖維化模型的實驗研究表明,大黃酸能上調骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-7的表達,而BMP-7能調控炎癥因子,維持腎上皮細胞表型,從而起到延緩RF的作用[16]。

2.3 抑制氧化應激反應

氧化應激(oxidative stress,OS)反應是RF進程中的關鍵樞紐。OS是指在炎癥狀態、高糖環境、細胞缺氧、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)激活等一系列病理條件刺激下,活性氧產物激增,導致機體氧化與抗氧化功能失衡的一種應激狀態。OS可激活多條信號通路[17],促使纖維化基因過度表達,產生級聯放大效應,進一步加重腎固有細胞炎癥反應及氧化損傷,導致腎小球肥大、腎小管萎縮,最終加速RF進展。Lin等[18]實驗研究結果顯示,大黃素能夠通過抑制OS降低腎小管上皮細胞水腫發生率,減輕糖尿病腎病小鼠腎損傷,進而改善腎功能。大黃酚能通過對過氧化物歧化酶和谷胱甘肽的正向調控,減輕活性氧介導的細胞損傷,抑制細胞內OS[19]。

2.4 改善血流動力學

血流動力學的改變與RF的發生發展密不可分,而RAAS激活則被認為是血流動力學改變的直接因素。RAAS激活可分泌血管緊張素(angiotensin,Ang)Ⅱ并使其活性增強,Ang-Ⅱ可選擇性地收縮出球小動脈,造成腎小球高內壓、高濾過、高灌注狀態。長期高灌注狀態可誘發血管內皮功能障礙、血液高凝狀態、組織缺血缺氧等血流動力學改變,促使腎小球基底膜增厚、足細胞凋亡啟動、腎小管萎縮,加速有效腎單位的丟失,導致腎功能進行性下降,最終形成RF。既往研究顯示,大黃對血流動力學有雙向調節作用。陳敏遠等[20]研究證實,大黃素能降低Ang-Ⅰ、Ang-Ⅱ及血管內皮生長因子的表達,且血管生成因子的表達與大黃素呈一定的劑量依賴。有報道[21]顯示,大黃素通過抑制血小板聚集、調節微循環、血栓形成等作用改善腎臟的血流動力學,達到保護腎臟的作用。陳莉等[22]關于抗血小板聚集活性成分篩選的實驗顯示,大黃酸抑制血小板聚集的作用較大黃酮差異有統計學意義(P<0.05)。

2.5 調控表觀遺傳學

近年來,表觀遺傳學在RF進展中扮演著十分重要的角色。表觀遺傳學[23]是指脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)序列不改變但基因表達發生了可遺傳變化,主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾、微小核糖核酸(micro ribonucleic acid,miRNA)修飾等方式。Bechtel等[24]研究發現,RASAL基因甲基化是導致成纖維細胞持續活化和RF的關鍵,且高甲基化與RF呈不可逆性相關。Sun等[25]研究表明,TGF-β1和高糖環境可促使系膜細胞(mesangial cell,MC)中基因啟動子組蛋白修飾,并誘導ECM蓄積及相關基因啟動子的募集,參與RF發病機制,從而抑制相關組蛋白修飾,有潛在腎臟保護作用。K?lling等[26]研究證實,miRNA-21拮抗劑能抑制MC肥大、足細胞凋亡、炎癥細胞浸潤、間質纖維化及尿白蛋白、纖維化和炎癥基因表達,推測miR-21拮抗劑可能是糖尿病腎病治療的新方案。研究[27]顯示,大黃酸可促使RAS結構相關家族基因1A等多個基因去甲基化,是潛在抑制表觀遺傳學修飾的有希望的藥物。

2.6 改善糖脂代謝

強化控制CKD患者血糖、血脂、血壓及蛋白尿一直是防治RF進展的常規策略和重要措施。持續高糖代謝紊亂[28]可促使晚期糖基化終末產物增多、炎癥反應和氧化應激反應增強、促纖維化因子過度表達,如TGF-β1、CTGF、α-平滑肌肌動蛋白及纖維連接蛋白,導致MC、足細胞、腎小管損傷,啟動并加速RF發生程序。脂質代謝異常可誘發細胞功能障礙和細胞凋亡,并擴大氧化損傷,對足細胞和近端小管有直接脂毒性[29],促使糖尿病腎臟疾病纖維化。研究[30]證實,大黃酸、大黃素、大黃酮能激活糖原合成通路,改善胰島素抵抗。研究[31]顯示,大黃酸可通過降低血脂、增強胰島素的敏感性、調控信號通路傳導等方式改善糖脂代謝紊亂,從而達到保護MC、降低蛋白尿、減輕腎組織損傷的作用。

3 大黃蒽醌類藥物肝腎毒性

藥理研究[32]顯示,大黃蒽醌類成分具有肝腎毒性,其效應物質為體內代謝產生的結合型蒽醌及體外原形游離型蒽醌。有研究[33]觀察大黃酸對小鼠腎臟的毒性,將30只昆明小鼠隨機分為空白組、低劑量組、高劑量組,每組10只,雌雄各半,連續灌胃給藥60 d,結果顯示,大黃酸長期大劑量給藥對小鼠腎臟存在一定毒性,在0.35 g/(kg·d)劑量下毒性作用明顯,且毒性在雄性機體上更加明顯。此提示臨證用藥者,大黃蒽醌類成分既可延緩RF進程,又可加重腎損傷,臨床用藥應提高警惕。

4 小 結

綜上所述,RF發病機制十分復雜,涉及多通路、多靶點、多因素,是一個動態發展過程,包括信號通路的傳導、成纖維細胞的增殖和分裂、上皮細胞向成纖維細胞轉化、ECM堆積、氧化應激反應、炎癥介質的參與、RAAS系統的激活、血液高凝狀態、氧自由基增加、表觀遺傳學的修飾、脂質代謝異常、高糖環境等。各種因素互為因果,相互作用,共同參與RF的發生和發展。研究RF的發病機制有利于指導臨床治療及預后,也為大黃蒽醌類主要成分治療RF的臨床應用提供有利依據。大黃蒽醌類成分能作用于多通路,存在優勢,有望為新藥的臨床合理開發提供新的靶點和方向,但具體如何作用,仍需更多實驗探究。