大黄素治疗肾脏疾病的分子细胞机制研究进展

齐振强 胡洪贞 王祥生 李伟

·综述·

大黄素治疗肾脏疾病的分子细胞机制研究进展

齐振强 胡洪贞 王祥生 李伟

大黄素是中药大黄的有效单体成分之一,具有多种功效。在治疗肾脏疾病方面,大黄素具有抗增殖,减少细胞外基质集聚,抗肾间质纤维化,抗炎及免疫抑制等多种作用,其作用主要是通过对肾脏细胞、细胞因子、生长因子、细胞外基质等多方面发挥效能而实现的。最新的分子细胞机制研究主要围绕细胞及细胞因子展开,目前已发现大黄素可通过作用于转化生长因子-β、结缔组织生长因子、单核细胞趋化蛋白-1、血小板反应蛋白-1等发挥其抗增殖、抗纤维化的作用,从而达到治疗肾脏疾病的目的。

大黄素; 肾脏疾病; 分子细胞; 机制

大黄素是从蓼科植物虎杖、大黄的干燥根茎和根中提取的一种蒽醌类衍生物,具有抗微生物生长、免疫抑制、抗氧化、清除自由基、抗肿瘤活性等多种作用,在医学上具有广泛的临床应用。近期研究发现,大黄素是大黄、虎杖等中药发挥肾脏保护作用的主要活性成分[1],有关大黄素治疗肾脏疾病的研究也已深入分子细胞水平,特别是对细胞因子、生长因子、肾脏固有细胞、炎症及免疫的干预作用方面的研究取得了丰硕成果。现将近年来有关大黄素治疗肾脏疾病的细胞生物学机制研究进展进行综述,以期为新药研发提供依据。

1 大黄素对细胞因子及生长因子的调节作用

1.1 对转化生长因子-β的影响

转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)属于TGF-β超家族成员,肾脏内所有固有细胞均可分泌和表达,是细胞生长的双向调节因子,具有生长促进和生长抑制双重属性,可精细调节细胞的生长,是调节肾脏炎症及硬化最重要的生长因子[2]。杨君等[3]研究发现大黄酸和大黄素能够抑制人肾小管上皮细胞增殖,当浓度为50 ug/mL时对人TGF-β1基因启动子活性具有一定的抑制作用。朱凌波[4]研究发现氟伐他汀和大黄素均能通过抑制早期糖尿病肾病患者TGF-β1的表达,从而降低蛋白尿,发挥肾脏保护作用。魏建波等[5]研究发现大黄素可以抑制大鼠肾组织TGF-βmRNA表达,从而发挥抗纤维化的作用。

1.2 对结缔组织生长因子的影响

结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF))是即刻早期基因 CCN(CTGF, Cyr61,nov)家族成员之一,广泛存在于人类多种组织器官,尤其在肾脏中含量最高,其生物学效应主要是促进间充质来源细胞(如成纤维细胞)增殖、细胞外基质合成分泌[6],与肾间质纤维化密切相关。研究发现,CTGF是转化生长因子-β(TGF-β)的下游调节因子之一,生物学效应相对单一,可能仅介导TGF-β的促肾脏纤维化效应,通过抑制CTGF的表达可以更有效、更特异地防治肾脏纤维化。陶松青等[7]研究发现,糖尿病大鼠24小时尿蛋白定量及肾组织CTGF的表达均出现显著增加,应用大黄素治疗后,糖尿病大鼠的24小时尿蛋白定量和CTGF表达明显减少,这提示大黄素可能通过下调糖尿病大鼠肾脏CTGF表达而达到肾脏保护作用。

1.3 对单核细胞趋化蛋白-1的影响

单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)在肾脏中主要分布于肾小球系膜细胞、内皮细胞及肾小管上皮细胞,是特异性的单核巨噬细胞趋化因子,其主要作用是募集并激活单核—巨噬细胞在肾组织浸润。研究发现MCP-1在多种肾小球和肾间质疾病表达增高,且与肾功能的持续进展相关[8-10]。何劲松等[11]研究发现,糖尿病大鼠24小时尿蛋白定量及肾组织MCP-1表达明显增加,应用大黄素治疗后,糖尿病大鼠肾组织MCP-1表达及尿蛋白排泄出现明显减少,这表明大黄素可能通过抑制MCP-1的表达而减轻糖尿病大鼠的肾脏病变。

1.4 对血小板反应蛋白-1的影响

血小板反应蛋白-1(thrombospondin-1,TSP-1)是血小板反应蛋白家族重要成员之一,对调节血管生成、增殖、细胞凋亡和蛋白激酶活化有重要作用[12]。在对多种肾脏疾病动物模型的研究中发现, TSP-1广泛参与肾脏疾病的病理生理变化过程,干预TSP-1的产生对防治肾小管间质纤维化有重要意义。赵小萍等[13]研究发现大黄素能抑制大鼠肾小管上皮细TSP-1、TGF-β1的mRNA和蛋白表达,并下调总的和活性TGF-β1,从而达到防治糖尿病肾间质纤维化。

2 大黄素对肾脏细胞的影响

2.1 调节系膜细胞生长

多种慢性肾脏疾病的发展过程中都会出现肾小球系膜细胞增殖,增殖的系膜细胞通过产生多种炎症因子,促进细胞外基质(extracellular matrixc, ECM)的过度合成,从而使肾小球炎症和硬化过程进一步加剧。刘友霞等[14]发现,大黄素能通过激活过氧化物酶体增殖物活化受体γ来抑制高糖所诱导的 p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogenactivated protein kinase,p38 MAPK)过度活化进而改善系膜细胞的收缩功能,延缓糖尿病肾病的发生发展。另有研究发现,高糖能够诱导大鼠系膜细胞增殖、上调纤维连接蛋白的表达以及促进 p38 MAPK活化,大黄素可以通过抑制p38MAPK信号通路的活化,从而抑制高糖培养的系膜细胞增殖与纤维连接蛋白高表达,发挥抗糖尿病肾脏纤维化的作用[15]。大黄素对系膜细胞生长调控的干预效应,为抗肾脏纤维化、抗细胞增殖治疗等提供了实验依据及理论基础。

2.2 抑制肾小管上皮细胞转分化

肾小管间质纤维化是肾脏疾病发展到终末期肾脏疾病的共有病理改变。肌成纤维细胞形成是肾脏疾病发展到肾间质纤维化的重要标志。在肾脏损伤病理过程中,肾小管上皮细胞发生肾小管上皮细胞-肌成纤维细胞(间充质细胞)转分化这一过程(tubular epithelialmy-ofibroblast transdifferentiation,TEMT),是肾间质纤维化形成的重要机制[16]。金国华等[17-18]发现大黄素不仅可抑制TGF-β1的表达,还可以通过对TGF-β1/Smad信号通路发挥作用,抑制人白蛋白诱导的肾小管上皮细胞(HK-2)转分化,从而减轻肾间质纤维化。陈廷芳等[19]发现转化生长因子 β1/整合素连接激酶(TGF-β1/ILK)信号通路直接参与肾间质纤维化的发生,IL-1β通过激活TGF-β1//ILK信号通路蛋白而诱导TEMT,大黄素可以通过抑制TGF-β1/ILK信号通路的激活,从而减轻IL-1β诱导的TEMT。综上所述,大黄素可以通过多种机制,抑制TEMT,从而发挥其抗纤维化的作用。

3 大黄素的抗炎及免疫抑制作用

炎症与免疫可以通过多种途径导致肾脏病变,在肾脏疾病的发生发展中起重要作用。杨亚珍等[20-22]研究发现,肾小管上皮细胞能够表达Toll样受体4(toll-like receptor 4,TLR4)、髓样分化因子(myeloid differentiation factor88,MyD88)、核转录因子-κB(nuclear factor'kappa B,NF-κB)和细胞因子(interleukin,IL)-6、肿瘤生长因子(tumor necrosis factor,TNF)-α存在着与其他炎症细胞相同的信号转导途径;脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)能够上调TLR4基因和蛋白的表达,并且通过 MyD88, NF-κB途径,促使IL-6、TNF-α过度产生,大黄素能够抑制LPS诱导的TLR4上调所致的肾小管上皮细胞NF-κB过度活化,以及细胞因子IL-6,TNF-α过度产生,减轻了局部的免疫炎症反应,具有保护肾功能、延缓病程进展的作用。Liu等[23]研究发现,大黄素可以通过拮抗P2X7受体抑制ATP诱导的巨噬细胞的死亡,从而减轻炎症反应,发挥保护肾脏的作用。朱晓玲等[24]研究发现,大黄素可以通过下调TNF-α诱导的肾小管上皮细胞C3 mRNA及蛋白表达水平,抑制肾小管上皮细胞C3的过度产生,减轻肾脏局部的免疫反应,从而保护肾功能、延缓病程的进展。乔振奎等[25]探讨大黄素对犬自体肾移植缺血再灌注损伤的影响及机制,发现大黄素通过抑制丙二醛(malondialdehyde,MDA),髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO),诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)与炎性因子TNF-α,IL-6,IL-8水平以及提高内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS),超氧化物歧化酶(superoxide dismutase orgotein,SOD), IL-10水平来减轻肾移植术后再灌注损伤,以起到保护作用。大黄素通过抑制炎症介质及免疫因子的释放,减轻肾脏局部反应失衡,有效的延缓肾脏病变进展。

4 大黄素对细胞外基质的影响

细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)可以维持组织器官的正常结构,其组成与构成的变化还直接影响细胞的功能,并参与疾病的病变过程。肾脏细胞外基质合成与降解失衡及其组织重塑导致的ECM积聚,是各种肾脏疾病发展至肾间质纤维化与肾小球硬化乃至终末期肾病的共同病理表现。李冬梅等[26]研究发现,大黄素可以通过提高基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)的表达,促进ECM的降解来发挥其延缓肾间质纤维化进程的作用。进一步研究发现大黄素还可以通过抑制金属蛋白酶组织抑制剂(tissue inhibitor ofmetalloproteinase,TIMP)-1的表达来发挥其延缓肾间质纤维化进程的作用[27]。Yang等[28]研究发现,大黄素通过抑制系膜细胞纤维连接蛋白表达NF-κB信号通路的激活来抑制TGF-β1和纤维连接蛋白的过度表达,减轻细胞外基质的积聚,从而治疗和预防糖尿病肾病。大黄素通过不同作用途径,或加速ECM降解,或抑制ECM的积聚,能有效地延缓肾间质纤维化及肾小球硬化。

5 大黄素的肾毒性

大黄素在治疗肾脏疾病的同时,还具有一定的肾毒性,美国“国家毒理学规划处(NTP)”研究发现长期应用大黄素可促进大鼠肾小管透明小滴生成,诱发肾病和肾小管色素沉积等[29]。体外实验证实,大黄素可以诱导肾小球系膜细胞凋亡,且与药物浓度及时间成正相关[30]。李奇等[31]发现,大黄素会引起肾小管上皮细胞水肿颗粒样变性,肾小球体积增大,系膜细胞及基质增生,从而引起肾损伤。雷荣辉等[32]证实,大黄素能够引起细胞内空泡状变性,通过引起脂肪和能量代谢紊乱的途径,参与大黄素致肾毒性的机制。亦有研究发现大黄素能诱导人肾上皮细胞(HK-2细胞)的凋亡,关翠雯等[33]对大黄素诱导HK-2细胞凋亡的作用及其机制进行了进一步研究,发现大黄素能诱导HK-2细胞凋亡,其作用机制与内质网应激有关。长期大剂量应用大黄素致肾毒性的报道逐渐增多,这为临床工作中合理应用大黄素带来警示,在获得治疗作用的同时要有效规避不良反应的发生。

6 结语

大黄素治疗肾脏疾病的分子细胞机制包括“作用于相关细胞因子(TGF-β、CTGF、MCP-1、TSP-1等)调节肾脏固有细胞生长,减轻肾脏炎症与免疫反应,调节细胞外基质的合成降解”。目前,有关大黄素治疗肾脏疾病的研究已深入至分子水平,特别是在对细胞因子、生长因子、肾脏固有细胞、炎症及免疫的干预作用方面收获颇丰,但鲜有揭示大黄素对肾脏血流动力学、肾脏凝血与纤溶异常方面影响的研究。另外,在关注大黄素治疗肾脏疾病方面的积极作用的同时,还应该看到其在肾毒性方面的不良反应,以期更合理、有效地发挥其肾保护作用。

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第二天下午，才让领着我们上了一辆敞篷东风大卡车，他带我们去甘加草原。我仰面躺在一个软软的大麻包袋上，一路颤簸着，看着蓝天上偶尔飘过的云，听着那些完全听不懂的语言，不知不觉中睡着了。当我被唤醒时，夕阳西下，映照着山花烂漫的草原。草地上活跃着一群蚂蚱，烘托着惊喜的心情，我们来到了传说中的草原小木屋——才让在牧区的房子。

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Review on molecular and cellu lar mechanism researches of em odin for treating kidney disease

QI Zhen-qiang,HU Hong-zhen,WANG Xiang-sheng,et al.First school of clinical medicine,Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Jinan 250000,China

LIWei,E-mail:lweidw@163.com

Emodin is an importantmonomer from traditional Chinese medicine radix et rhizoma rhei,which has many functions.In the treatment of kidney disease,emodin has anti-proliferation, inhibition of excessive deposition of glomeruli extracellular matrix,anti-renal interstitial fibrosis,anti-inflammatory and immune suppressive functions,which are realized through regulating kidney cells, cytokines,growth factors,and extracellular matrix,etc.Latest studies on molecular and cellular mechanisms of emodin mainly involve cells and cytokines,like TGF-β,CTGF,MCP-1,and TSP-1 to achieve the purpose of treating kidney diseases.

Emodin; Kidney disease; Molecular and cellular; Mechanism

R285

A

10.3969/j.issn.1674-1749.2015.09.033

2015-03-31)

(本文编辑:蒲晓田)

山东省中医药科技发展计划(2011-034)

250000济南,山东中医药大学第一临床学院[齐振强(硕士研究生)];山东省中医院肾病科(胡洪贞、李伟);济宁市中医院(王祥生)

齐振强(1990-),2013级在读硕士研究生。研究方向:中西医结合治疗肾脏疾病。E-mail:mrqizhenqiang@163.com

李伟(1962-),女,博士,主任医师。研究方向:中西医结合治疗肾脏疾病。E-mail:lweidw@163.com