中药成分干预线粒体自噬对慢性心力衰竭影响的研究进展及强心颗粒的潜在作用机制探讨

林 浩1，庞 延，唐梅玲1，余梅平1，卢健棋

慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)是多种原因致使心肌出现损伤，导致心脏射血分数显著降低，进而不能满足机体代谢需要的一种终末期疾病[1]。目前研究表明，CHF的发生及发展的主要机制是心室重构[2]。线粒体自噬是机体的一种保护措施，在应激程度超过生理范围的情况下，线粒体自噬过程过于繁乱，导致功能“不健全”的线粒体基数大量增加，而且该过程不能得到及时干预，常导致左心室重构、血小板活化、血管内皮损伤及炎性因子增高等不良结果，最终导致CHF的发生或加速其进程[3-5]。因此干预线粒体自噬水平对改善CHF的症状及延缓CHF的进展有着重要临床意义，目前中药成分通过调控线粒体自噬以改善CHF心功能等方面的研究取得了令人满意的进展，本研究将近年来相关进展进行归纳总结，并以广西名中医卢健棋教授强心颗粒中君药红参与桂枝为例，基于网络药理学分析两者对CHF疗效影响的潜在作用机制，以期为未来研究提供参考。

1 线粒体自噬与CHF相关的经典通路

普通自噬是细胞将内部缺陷、过剩、衰老的物质输送到溶酶体内降解的过程，是适应外界环境孕育而生的一种“维护稳态清理状态”的措施，具体为与自噬相关的关键蛋白被外部环境刺激后致使线粒体去极化，并被自噬特异体包裹送往溶酶体进行降解的过程[5]。虽然两者自噬过程均受到蛋白分子以及多种机制调控，但线粒体自噬存在高度选择性，因此不同条件下，被激活的通路也不尽相同，但目前公认的哺乳动物中调控线粒体自噬来影响CHF的主要通路有线粒体膜蛋白磷酸酶和PTEN induce putative kinase 1(PINK1)和Parkin基因、Bcl-2、腺病毒E1B19 000结合蛋白(Bc1-2 and adenovirus E1B19 000 interacting protein，BNIP3)/线粒体外膜类NIP3蛋白(NIP3-like protein X，NIX)等，它们共同调控线粒体自噬的整个过程，现就其具体机制进行阐述。

1.1 PINK1/Parkin通路 PINK1和Parkin最先被证明与神经退行性疾病的产生与发展关系密切，例如帕金森综合征[6-8]。随着研究愈来愈多，PINK1和Parkin逐渐被证明与线粒体自噬有着密切关系，PINK1虽然有时可通过外模转运蛋白的介导顺利进入线粒体内，并与线粒体内膜结合，但是随后仍被水解酶降解，所以通常情况下，PINK1在线粒体膜的表达较少。而在病理情况下，PINK1线粒体去极化以致无法进入线粒体，而仅在线粒体外膜聚集。并且自行磷酸化与活化，从而招募Parkin并进行磷酸化来增强RING种类的泛素连接酶E3活性，促进细胞质内的Parkin向线粒体移动，最后在线粒体融合蛋白酶2的介导下与微管蛋白轻链3(LC3)结合后，开始启动线粒体自噬[9-10]。同时相关研究显示，沉默PINK1基因后的心肌细胞中线粒体功能明显受损，氧化应激水平相应增高，引起心力衰竭，而沉默Parkin基因对于心肌细胞的线粒体及心脏功能并没有明显影响[11]。

1.2 BNIP3/NIX通路 BH3蛋白和Bc1-2种族中的促凋亡成员等线粒体标记蛋白，也参与了调控线粒体自噬的整个过程，BNIP3、NIX将自身所含有的LC3结构域(LIR)磷酸化，增强自噬相关因子LC3B间的连接作用，同时与LC3相结合，从而启动线粒体自噬[12]。BNIP3和NIX在调控自噬方面作用显著，并且在缺氧的特定条件下作用更甚。研究显示，BNIP3可通过抑制PINK1的分解来增加心肌线粒体的自噬水平[13]。Dhingra等通过阿霉素诱导的心肌细胞损伤的实验模型，发现BNIP3通路调控可明显降低心肌细胞的坏死率，从而延缓心血管疾病进入终末期的进程，其潜在作用机制可能与改变线粒体信号有关[14]。

1.3 其他相关通路 FUNDC1通过与视神经萎缩相关蛋白(optic atrophy protein，OPA)1及动力相关蛋白(dynamin related protein，DRP)1相结合可调控线粒体的融合和分裂；E3连接酶肿瘤坏死因子受体相关因子(TNF receptor-associated factor，TRAF)2也可单独或与Parkin结合以介导线粒体自噬，最终发挥细胞保护作用；解偶联蛋白(mitochondrial uncoupling protein，Ucp)2；内膜蛋白抗增殖蛋白(prohibitin，PHB)2等通路可通过促进PINK1的表达来增强线粒体自噬程度[15]。此外E3连接酶SMURF(smad ubiquitination regulatory factor)-1、线粒体外膜蛋白破裂后PHB2等蛋白均不同程度的干预线粒体自噬，从而影响心力衰竭的进程[16]。

2 线粒体自噬对CHF及相关疾病发生发展影响的相关机制

CHF是一种以心脏进行性重构为主要病变特点的疾病，同时也是许多疾病发展的终末期。CHF产生时，心肌细胞线粒体自噬增强致使线粒体酶活性降低，导致氧化应激反应、线粒体钙超负荷、基因突变等不良后果，导致线粒体物质结构与生理功能紊乱[17]。国内研究表明，在CHF病人的心脏组织中，Beclin-1和LC3Ⅱ表达显著升高，因为两者负荷降低后表达均有不同程度下降，证实CHF与自噬明显相关[18]。在心脏压力超负荷的开始阶段，应激反应致使心脏代偿性肥厚，线粒体自噬通过清除“故障”的线粒体，介导线粒体能量代谢使心肌细胞产能增加，提高三磷酸腺苷(ATP)的转运能力与利用效率，进而使心肌细胞得到保护。但持续不断的超负荷压力最后发展为失代偿。首先，持续性超负荷压力能致使心肌细胞Beclin-1过度表达，促进自噬水平，进而使ATP的产生和利用障碍，导致心肌纤维化及病理性重构，加速CHF的产生与进程。另一方面，持续性的压力超载使线粒体结构和功能受损，ATP生成和转运失于调控，心室舒缩功能障碍，致使心室肌重构。线粒体自噬在CHF早期可代偿性改善心脏功能，是一种保护心肌的机制，但随着时间的推移，心脏重构也逐渐进展为失代偿，过度的线粒体自噬则使大量的蛋白质降解，加快心力衰竭的发展，并且氧化应激反应、异常的能量代谢活动可致心脏代谢失代偿，加速CHF的进程[19-20]。因此，在CHF发展的整个过程中，需将线粒体自噬水平保持在最佳区域以保持一个平衡点来适应心脏压力负荷的变化，需探究线粒体自噬在心脏功能由代偿转变为失代偿过程中的具体机制，并从线粒体自噬角度揭示CHF的相关分子机制，对线粒体自噬靶向防治CHF具有重要意义，为临床治疗CHF提供新的研究方向。

除CHF以外，目前线粒体自噬也通过基础实验及临床研究证明与心肌梗死(myocardial infarction，MI)、高血压、动脉粥样硬化及糖尿病性心脏病等心血管疾病的发生与发展关系密切，并且近年来研究发现帕金森病发病与PINK1与Parkin等线粒体自噬关键分子基因突变有密切关系，而老年性心肌病与帕金森病有流行病学上的关联性[21-23]。同时国外研究显示，帕金森病人新发心力衰竭的概率是非帕金森病人的两倍或以上[24]。

3 中药成分调节线粒体自噬水平的相关机制研究

非病理性的线粒体自噬过程可及时清除结构或功能缺陷线粒体，是维持心肌细胞稳态及保证线粒体细胞器质量的首要前提，也是防治及延缓CHF与防治心血管疾病进入终末期重要目标。近年来，由于多项研究证实中药成分对心血管疾病存在多靶点、多途径起作用的优势，在CHF的诊疗方面有明显的优势及应用前景，并且多项国内外研究表明，中药成分治疗心血管疾病的关键作用靶点与线粒体有密不可分的关系[25-26]。

国内外相关研究发现，对于缺血再灌注损伤模型大鼠，参族提取物人参皂苷Rg1具有抑制心肌细胞凋亡、延缓线粒体结构损伤、促进自噬水平、调节ATP代谢、改善心肌血流量的作用[27-29]。线粒体自噬能够清除MI后细胞内有“故障”的线粒体，因此提高线粒体自噬程度可保持细胞内正常ATP水平、防治细胞凋亡、延缓MI后心肌重构的进程，对MI后心脏功能起保护作用，这意味着调控线粒体自噬水平将成为MI后进展成CHF的一个重要策略[30]。Wang等[31]发现党参中的提取物可致使心肌线粒体内脂质过氧化物、H2O2及丙二醛含量明显下降，表明党参提取物可通过抗氧化酶活性而抑制运动造成的线粒体氧化损伤。同时研究发现丹酚酸B可以通过增进PI3K/Akt信号通路的表达来增加mortalin蛋白含量，从而维持心肌细胞线粒体结构及功能的稳定性，同时还可通过增进LC3Ⅱ和Beclin-1以及Parkin的表达，提升线粒体自噬效率，减少受损线粒体的积累，进而保护缺血心肌细胞[32-33]。此外，大量研究显示，白藜芦醇、人参皂苷、木犀草素、紫荆黄酮、黄芪甲苷等中药成分可通过多途径调控心肌细胞线粒体自噬水平及相关蛋白的表达发挥心肌细胞的保护作用，从而达到延缓CHF疾病的进展及相关心血管疾病的发生及发展[34-38]。总之，挖掘中药成分干预线粒体自噬水平治疗CHF的相关潜在机制及相关靶点为未来研究的重要方向之一。

4 基于BATMAN-TCM分析卢健棋教授经验方强心颗粒中君药红参-桂枝治疗CHF的潜在机制

强心颗粒是广西名中医卢健棋教授在总结CHF的病因病机基础上改进的经验方，方中红参补气、桂枝温阳，为君药。现基于网络药理学对强心颗粒君药治疗CHF的潜在作用机制进行剖析。

4.1 分析红参-桂枝的疾病富集 在BATMAN-TCM系统中，将“Adjusted P-value”设置0.05，并将“Score cutoff”设置80，得到红参与桂枝富集的疾病共139种，与CHF疾病关系密切相关的有10种，得到相关靶点13个(其中红参1个，桂枝12个)。详见表1。

表1 红参-桂枝的疾病富集

4.2 探析红参-桂枝潜在作用信号通路 在BATMAN-TCM系统中，通过KEGG通路途径得到红参和桂枝的生物学通路共有19条(红参中设置连接化合物的目标≥1，桂枝中设置的连接化合物≥1)，其中与红参相关的信号通路为Tryptophan Metabolism、Glycolysis/Gluconeogenesis、Arginine and Proline Metabolism、Fatty Acid Degradation、Metabolism of Xenobiotics by Cytochrome P450、Retinol Metabolism、Tyrosine Metabolism；与桂枝相关的信号通路为Inflammatory Mediator Regulation of TRP Channels、Calcium Signaling Pathway、AMPK Signaling Pathway、One Carbon Pool by Folate、Adipocytokine Signaling Pathway、Retinol Metabolism、Neuroactive Ligand-Receptor Interaction、CGMP-PKG Signaling Pathway、Adrenergic Signaling in Cardiomyocytes。红参与桂枝的全部靶点-通路-疾病网络化展示(见图1、图2)。

图1红参靶点-通路-疾病网络化展示图

图2桂枝靶点-通路-疾病网络化展示图

5 展 望

大量国内外的实验及文献证据表明，中药成分可通过调控线粒体自噬的方式改善CHF的症状或延缓该病的进程。虽然线粒体自噬、结构缺损及功能损伤在心肌损伤的机制中起着关键作用。但线粒体自噬也是一把锋利的“双刃剑”，自噬过度对机体有害，适度自噬有益于机体代谢。目前，针对CHF疾病线粒体自噬的相关中药成分干预研究仍处于初级探索阶段，以卢健棋教授强心颗粒为例，现阶段应当尽力挖掘并利用有益的一面，接着根据初级成果以期更多专家学者及团队开展更深层次的探索，为其防治CHF疾病提供对临床有指导意义的理论和新靶点，同时提高医疗资源使用效率。