大黄蒽醌类主要有效成分抗肾纤维化作用机制的研究进展*

王 静,李玉婷,刘大伟,邹 铭,刘益源

(襄阳市中医医院,湖北 襄阳 441099)

肾脏纤维化(renal fibrosis,RF)是各种慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)进展至终末期肾病的共同途径,包括肾小球纤维化及肾小管间质纤维化。该病由于有效肾单位的丢失,导致代谢产物蓄积、内环境失衡等,引起全身多系统症状,最终发展为终末期肾病,严重影响人们的生活质量。目前,关于中药延缓RF的各项探索性研究层出不穷,其中对大黄蒽醌类化合物抗RF的研究是热点之一。研究[1]表明,大黄蒽醌类化合物在抑制信号通路传导,调控细胞增殖、凋亡和转化,减少细胞外基质(extracellular matrix,ECM)堆积,减轻炎症反应,调节血流动力学,下调氧化应激,清除氧自由基,参与表观遗传学修饰,改善高糖、高脂代谢环境等方面发挥重要作用。研究大黄蒽醌类化合物抗RF的作用机制对该病的防治有重要意义。笔者对近年来关于大黄蒽醌类主要有效成分抗肾纤维化作用机制的研究进行综述,以期为该病的预防、干预和治疗提供新的思路。

1 大黄及其主要有效成分

大黄为蓼科植物掌叶大黄、唐古特大黄或药用大黄的干燥根茎,具有泻热攻积、凉血解毒、逐瘀通经、利湿退黄之效[2]。根据炮制方法不同,该药又可分为生大黄、酒大黄、熟大黄、大黄炭。大黄最早记载于《神农本草经》,书曰:“主下瘀血,血闭,寒热,破癥瘕积聚,留饮宿食,荡涤肠胃,推陈致新,通利水谷,调中化食,安和五脏。”其是泻下剂的代表药物。

蒽醌类化合物是大黄最主要的活性成分之一。根据母核结构,其可分为单蒽核类蒽醌和双蒽核类蒽醌,其中单核类蒽醌又分为游离状态蒽醌和结合状态蒽醌。大黄根茎中所含蒽醌类化合物约3%。《中华人民共和国药典》以芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、大黄酚和大黄素甲醚5类蒽醌类化合物为含量测定的指标性成分[2]。因其泻下作用主要与结合类蒽醌含量有关,故生大黄宜后下,保留其结合类蒽醌成分,方能凸显泻下攻积之效。结合类蒽醌在煎煮时间过久及温度过高等条件影响下易分解成游离类蒽醌。研究显示,炮制后熟大黄的游离类蒽醌含量较生大黄升高。因游离类蒽醌有抑菌抗炎的作用,与清热解毒关系密切,故熟大黄泻下力缓,更善清火热疮疡之毒邪。酒大黄尤善清上焦血分热毒,常用于暴眼赤痛、咽肿齿衄的治疗。大黄炭泻下作用微弱,炭化后大黄结合类蒽醌含量少,与结合类蒽醌对热不稳定有关,故专于止血。

2 大黄蒽醌类成分抗RF的机制

2.1 干预信号通路传导

大量研究证实,转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β1是促进RF发生的关键启动因子[3]。TGF-β1可直接激活其下游核心分子Smad蛋白,通过调控基因转录,从而导致纤维化基因过度表达[4]。TGF-β1/Smad信号通路的激活广泛参与了RF的发生发展,如促进系膜细胞增殖、ECM堆积、诱导足细胞足突融合、介导上皮细胞-间充质转化等。体外细胞研究[5]证实,大黄素能通过抑制TGF-β1/Smad蛋白及基因表达来延缓RF进展,且相关基因的表达与大黄素的浓度呈一定量效关系。此外,研究[6]显示,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号同样是TGF-β1下游的重要信号介质,参与RF进程。一方面,mTOR信号通过促进成纤维细胞增殖,使胶原沉积,进而使TGF-β1和结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)表达上调;另一方面,mTOR信号是调控细胞自噬关键信号通路[7],细胞自噬能启动受损细胞自我凋亡和降解程序,对维持细胞正常功能稳态有重要作用。涂玥等[8]研究发现,大黄酸可以调控mTOR信号通路活性,抑制肾小管上皮细胞自噬,推测其作用机制是大黄酸通过减少上皮细胞的损伤及凋亡减轻RF。研究[9]证实,大黄酚能上调磷酸化哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的表达,可能与其能调控mTOR信号通路、抑制自噬过度激活有关。除此之外,还有Wnt/β-连环蛋白信号通路、p38丝裂原活化蛋白激酶信号通路、Notch信号通路、Hippo信号通路共同参与RF的发生发展,各条通路交互作用,存在一定的交叉靶点及反馈调节机制,但仍需更多实验验证。

2.2 抑制炎症反应

研究[10]发现,巨噬细胞广泛浸润肾小管、肾小球及肾间质是RF特征性表现之一。在肾脏细胞受损时,可分泌趋化因子及黏附因子介导巨噬细胞大量聚集,促使巨噬细胞与血管内皮细胞黏附,血管内皮受损,进一步导致炎症介质大量释放,如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、白细胞介素(interleukin,IL)-1、IL-6等,加重炎症反应的发生,最终导致TGF-β1及CTGF大量增殖、ECM蓄积,从而形成纤维化。与此同时,内环境炎症状态下,巨噬细胞可转化为成纤维细胞,多方面促使RF进展。大量动物模型实验[11-12]证实,减少巨噬细胞的产生能减轻肾小管间质纤维化病变。细胞实验[13]显示,大黄酚能抑制细胞炎症反应可能与其能下调Toll样受体4/核因子-κB信号通路有关。小鼠炎症模型实验[14]证实,大黄酚能改善脂多糖诱导的小鼠模型炎症状态,抑制巨噬细胞表达TNF-α。孙禄等[15]对大鼠肾纤维化模型的实验研究表明,大黄酸能上调骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)-7的表达,而BMP-7能调控炎症因子,维持肾上皮细胞表型,从而起到延缓RF的作用[16]。

2.3 抑制氧化应激反应

氧化应激(oxidative stress,OS)反应是RF进程中的关键枢纽。OS是指在炎症状态、高糖环境、细胞缺氧、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)激活等一系列病理条件刺激下,活性氧产物激增,导致机体氧化与抗氧化功能失衡的一种应激状态。OS可激活多条信号通路[17],促使纤维化基因过度表达,产生级联放大效应,进一步加重肾固有细胞炎症反应及氧化损伤,导致肾小球肥大、肾小管萎缩,最终加速RF进展。Lin等[18]实验研究结果显示,大黄素能够通过抑制OS降低肾小管上皮细胞水肿发生率,减轻糖尿病肾病小鼠肾损伤,进而改善肾功能。大黄酚能通过对过氧化物歧化酶和谷胱甘肽的正向调控,减轻活性氧介导的细胞损伤,抑制细胞内OS[19]。

2.4 改善血流动力学

血流动力学的改变与RF的发生发展密不可分,而RAAS激活则被认为是血流动力学改变的直接因素。RAAS激活可分泌血管紧张素(angiotensin,Ang)Ⅱ并使其活性增强,Ang-Ⅱ可选择性地收缩出球小动脉,造成肾小球高内压、高滤过、高灌注状态。长期高灌注状态可诱发血管内皮功能障碍、血液高凝状态、组织缺血缺氧等血流动力学改变,促使肾小球基底膜增厚、足细胞凋亡启动、肾小管萎缩,加速有效肾单位的丢失,导致肾功能进行性下降,最终形成RF。既往研究显示,大黄对血流动力学有双向调节作用。陈敏远等[20]研究证实,大黄素能降低Ang-Ⅰ、Ang-Ⅱ及血管内皮生长因子的表达,且血管生成因子的表达与大黄素呈一定的剂量依赖。有报道[21]显示,大黄素通过抑制血小板聚集、调节微循环、血栓形成等作用改善肾脏的血流动力学,达到保护肾脏的作用。陈莉等[22]关于抗血小板聚集活性成分筛选的实验显示,大黄酸抑制血小板聚集的作用较大黄酮差异有统计学意义(P<0.05)。

2.5 调控表观遗传学

近年来,表观遗传学在RF进展中扮演着十分重要的角色。表观遗传学[23]是指脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)序列不改变但基因表达发生了可遗传变化,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、微小核糖核酸(micro ribonucleic acid,miRNA)修饰等方式。Bechtel等[24]研究发现,RASAL基因甲基化是导致成纤维细胞持续活化和RF的关键,且高甲基化与RF呈不可逆性相关。Sun等[25]研究表明,TGF-β1和高糖环境可促使系膜细胞(mesangial cell,MC)中基因启动子组蛋白修饰,并诱导ECM蓄积及相关基因启动子的募集,参与RF发病机制,从而抑制相关组蛋白修饰,有潜在肾脏保护作用。Kölling等[26]研究证实,miRNA-21拮抗剂能抑制MC肥大、足细胞凋亡、炎症细胞浸润、间质纤维化及尿白蛋白、纤维化和炎症基因表达,推测miR-21拮抗剂可能是糖尿病肾病治疗的新方案。研究[27]显示,大黄酸可促使RAS结构相关家族基因1A等多个基因去甲基化,是潜在抑制表观遗传学修饰的有希望的药物。

2.6 改善糖脂代谢

强化控制CKD患者血糖、血脂、血压及蛋白尿一直是防治RF进展的常规策略和重要措施。持续高糖代谢紊乱[28]可促使晚期糖基化终末产物增多、炎症反应和氧化应激反应增强、促纤维化因子过度表达,如TGF-β1、CTGF、α-平滑肌肌动蛋白及纤维连接蛋白,导致MC、足细胞、肾小管损伤,启动并加速RF发生程序。脂质代谢异常可诱发细胞功能障碍和细胞凋亡,并扩大氧化损伤,对足细胞和近端小管有直接脂毒性[29],促使糖尿病肾脏疾病纤维化。研究[30]证实,大黄酸、大黄素、大黄酮能激活糖原合成通路,改善胰岛素抵抗。研究[31]显示,大黄酸可通过降低血脂、增强胰岛素的敏感性、调控信号通路传导等方式改善糖脂代谢紊乱,从而达到保护MC、降低蛋白尿、减轻肾组织损伤的作用。

3 大黄蒽醌类药物肝肾毒性

药理研究[32]显示,大黄蒽醌类成分具有肝肾毒性,其效应物质为体内代谢产生的结合型蒽醌及体外原形游离型蒽醌。有研究[33]观察大黄酸对小鼠肾脏的毒性,将30只昆明小鼠随机分为空白组、低剂量组、高剂量组,每组10只,雌雄各半,连续灌胃给药60 d,结果显示,大黄酸长期大剂量给药对小鼠肾脏存在一定毒性,在0.35 g/(kg·d)剂量下毒性作用明显,且毒性在雄性机体上更加明显。此提示临证用药者,大黄蒽醌类成分既可延缓RF进程,又可加重肾损伤,临床用药应提高警惕。

4 小 结

综上所述,RF发病机制十分复杂,涉及多通路、多靶点、多因素,是一个动态发展过程,包括信号通路的传导、成纤维细胞的增殖和分裂、上皮细胞向成纤维细胞转化、ECM堆积、氧化应激反应、炎症介质的参与、RAAS系统的激活、血液高凝状态、氧自由基增加、表观遗传学的修饰、脂质代谢异常、高糖环境等。各种因素互为因果,相互作用,共同参与RF的发生和发展。研究RF的发病机制有利于指导临床治疗及预后,也为大黄蒽醌类主要成分治疗RF的临床应用提供有利依据。大黄蒽醌类成分能作用于多通路,存在优势,有望为新药的临床合理开发提供新的靶点和方向,但具体如何作用,仍需更多实验探究。