黄芪及当归改善化疗后骨髓抑制的分子机制研究进展

丁欢 吴承杰 潘娅岚 徐桂华 杨敏 史旭芹 王庆

[摘要] 骨髓抑制是化疗后的常见毒副作用，主要与损伤造血干细胞与造血微环境有关。黄芪、当归具有补益气血、扶正补虚的功效，临床常用于改善骨髓抑制。药理研究发现，二者有效成分可通过促进造血细胞增殖、分化而改善化疗后的骨髓抑制，具体机制与多条通路有关，但尚未被阐明，影响进一步的临床应用与推广。本文针对黄芪及当归改善骨髓微环境相关分子机制做出归纳总结，以期为补气血中药改善骨髓抑制的分子机制研究拓展思路，为推广黄芪及当归改善骨髓抑制的临床应用奠定基础。

[关键词] 黄芪;当归;造血干细胞;骨髓抑制;造血微环境

[中图分类号] R273          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）02（b）-0023-04

Advances in molecular mechanism of milkvetch root and Chinese angelica to improve myelosuppression after chemotherapy

DING Huan1   WU Chengjie2   PAN Yalan1   XU Guihua1   YANG Min1   SHI Xuqin3   WANG Qing1

1.College of Nursing， Nanjing University of Chinese Medicine， Jiangsu Province， Nanjing   210023， China; 2.the First School of Clinical Medicine， Nanjing University of Chinese Medicine， Jiangsu Province， Nanjing   210023， China; 3.College of Pharmacy， Nanjing University of Chinese Medicine， Jiangsu Province， Nanjing   210023， China

[Abstract] Myelosuppression is a common toxic and side effect after chemotherapy， mainly related to injury of hematopoietic stem cells and hemopoietic microenvironment. Milkvetch root and Chinese angelica have the functions of benefiting qi and blood， strengthening and supplementing deficiency， and are often used to improve myelosuppression. Pharmacological studies have found that the effective components of the two drugs can improve the myelosuppression after chemotherapy by promoting the proliferation and differentiation of hemopoietic stem cells. The specific mechanism is related to multiple pathways， but it has not been clarified yet， affecting further clinical application and promotion. This paper summarizes the molecular mechanism of milkvetch root and Chinese angelica to improve the microenvironment of bone marrow， so as to expand the research idea of the molecular mechanism of traditional Chinese medicine benefiting qi and blood to improve myelosuppression， and lays a foundation for the promotion of milkvetch root and Chinese angelica to improve the clinical application of myelosuppression.

[Key words] Milkvetch root; Chinese angelica; Hemopoietic stem cells; Myelosuppression; Hemopoietic microenvironment

全球癌症患者总数自2003年以来出现激增，成为全世界面临的重大健康问题[1]，近十年来中国癌症高发，每年由于癌症导致死亡的患者占全部死因导致死亡的1/4，可见其位居死亡之首[2]。据统计，约有80%的癌症患者在放化疗过程中会出现骨髓抑制[3]，表现为贫血、出血、免疫力降低等不良反应。目前西医主要使用药物治疗，存在疗效欠佳、价格昂贵或维持效果短暂且易反复等问题[4]。骨髓抑制属中医“虚劳”或“血虚”范畴，表现为气血亏虚。补气生血的代表方当归补血汤中，重用黄芪与当归配伍，使“阳生阴长，气旺血生”，可填精益髓，故广泛应用于缓解骨髓抑制[5]。骨髓抑制主要与损伤造血干细胞（hemopoietic stem cells，HSCs）及其微环境中骨髓基质干细胞（bone marrow stem cells， BMSCs）有關[6]。有研究显示[7-8]，黄芪、当归的有效成分可通过促进HSCs和BMSCs增殖、分化，进而改善骨髓抑制，但具体的分子机制涉及多条信号通路，现尚未被完全阐明。笔者就二者改善骨髓抑制的相关分子机制进行归纳总结，以期为相关临床应用的推广及其机制的深入研究奠定基础。

1 骨髓抑制的相关信号通路

1.1 Notch信号通路

在HSCs中Notch信号通路高度活化，成骨细胞表达的Notch配体jagged1活化HSCs上Notch受体效应分子Notch1，增加HSCs数量[9]。同时，Notch信号通路下游主要靶分子也在HSCs高表达[10]。有研究发现，针刺、艾灸可上调化疗后骨髓抑制小鼠细胞中Notch信号通路中的numb蛋白，抑制过度活化的Notch信号，改善骨髓造血、对抗骨髓抑制[11]。此外，Notch信号途径还可加快骨髓髓系前体细胞周期進程，正向调控放疗后骨髓谱系造血重建[12]。

1.2 Wnt/β-catenin信号通路

通过激活经典Wnt3a/β-catenin信号通路，可使HSCs拥有更广泛的分化及增值潜能，同时提高HSCs的极性和年轻态。另外，Luis等[13]研究发现，Wnt信号通路对HSCs自我更新有强度差异效应，即2～4倍激活β-catenin信号通路，使HSCs自我更新能力提高，而超过4倍激活则会导致HSCs分化障碍，影响其重建造血系统能力，说明过度活化Wnt/β-catenin信号通路反而会严重损伤HSCs的自我更新，因此HSCs增加需要周期性及节律性地恰当活化通路。

1.3 PI3K/AKT/mTOR信号通路

异常激活或使PI3K/AKT/mTOR信号通路失活，都将会破坏HSCs自我更新与定向分化的平衡。该通路的异常激活[14]，会使HSCs过度分化而减少自我更新，造成HSCs耗竭，伴发恶性血液系统疾病;而该通路的异常失活[15]，使HSCs更多处于静息状态，难以进入细胞周期，失去造血分化的能力，阻碍B细胞分化。

1.4 转化生长因子-β（TGF-β）/Smad信号通路

TGF-β能有效抑制HSCs体外生长，是HSCs休眠的主要调节因子。TGF-β能通过降低周期蛋白依赖激酶4（DK4）、增强细胞周期蛋白依靠性激酶抑制剂P21蛋白表达和调整P27蛋白分布，HSCs阻断于G1期，同时通过上调跨膜糖蛋白CD34表达，抑制HSCs的分化[16]。Smad蛋白与激活TGF-β信号通路联系密切，Smad蛋白磷酸化可以上调细胞周期素依赖性激酶抑制剂，从而抑制HSCs的生长[17]。因此当造血系统失衡时，过度活化TGF-β/Smad信号通路即可抑制HSCs的活性，抑制其生长繁殖，影响其分化。

1.5 细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinase，ERK）信号通路

ERK是有丝分裂原激活蛋白激酶MAPK超家族的经典激酶，其在一系列反应刺激中被激活，并持续活化最终促进细胞增殖和恶性转化。若ERK的下调则可促进细胞生长和生长刺激基因转录的抑制，抑制ERK信号通路可显著抑制APLNR+侧板中胚层细胞产生，从而抑制CD43+造血干/祖细胞生成，最终促进人胚胎干细胞造血分化进程[18]。

1.6 FOXO转录因子信号通路

FOXO可调节细胞内活性氧（ROS）的水平，FOXO丧失活性而ROS水平升高，促进HSCs循环和细胞凋亡增加。ROS可激活多条信号通路，翻译修饰FOXO3a，调节FOXO3转录激活及其功能，上调抗氧化酶系基因表达，清除ROS，降低氧化应激损伤[19]。另外，FOXO3能调节毛细血管扩张性共济失调突变基因和抗氧化酶系的表达，调控HSCs中ROS水平，维持HSCs功能[20]。此外，研究发现，FOXO3还参与HSCs中线粒体功能的控制[21]。

2 黄芪、当归改善骨髓抑制的机制研究

2.1 黄芪及其主要成分

黄芪，始载于《神农本草经》，具有补气固表、消肿脱毒等功效，尤为补气良药。研究证实[22]，黄芪可增强机体免疫、抗肿瘤、保护骨髓等。黄芪注射液提取自黄芪，主要物质基础为皂苷类、黄酮类和多糖类。化疗前注射黄芪能有效预防患者的白细胞、红细胞及血小板减少，保护骨髓，减少化疗药物对骨髓有核损伤及骨髓抑制[23]。同时，黄芪注射液可以双向调节免疫力，对机体损伤有防护作用，可促进抗体生成，修复受损细胞[24]。此外，黄芪注射液通过诱导T细胞分化，促进cAMP水平升高，在帮助机体调节免疫力的同时还可促进机体能量代谢和消化吸收，其具有健脾利湿、扶正固本、益气养元等功效，能从多方面改善骨髓抑制的症状[25]。

黄芪多糖（Astragalus polysaccharide，APS）是从中药黄芪中分离提取的主要有效补气成分。其在抗氧化、调节免疫、抗肿瘤、促进造血等方面均有显著作用[26]。李秀等[27]证实，APS能增强细胞因子白细胞介素-3（IL-3）、促红细胞生成素（EPO）因子分泌，促进非受体型酪氨酸蛋白激酶（JAK20）、信号传导及转录激活蛋白5（STAT5）mRNA的表达，通过激活JAK2-STAT5信号通路，促进红系细胞增殖分化成熟，提高骨髓细胞增殖率。此外，黄芪的重要单体成分黄芪甲苷还参与高糖条件下Dll4/Notch-VEGF信号通路的调控，保护造血细胞活性，减少凋亡;黄芪皂苷介导PI3K/AKt/mTOR信号通路，同时作用于通路中和HSCs造血重建有关的FOXO基因和B细胞发育有关的PTEN基因。崔运浩等[28]研究也表明，黄芪甲苷、毛蕊异黄酮能上调EPO、TGF-β、白细胞介素-4（IL-4）的蛋白含量及CDK4蛋白的含量，提高G1/S-特异性周期蛋白-D1（CyclinD1）mRNA的表达，并下调白细胞介素-6（IL-6）的蛋白含量及细胞周期抑制因子FOXO mRNA的表达，进而促进化疗性骨髓抑制小鼠骨髓干细胞的增殖;二者还可通过提高pJAK2、pSTAT5的蛋白含量，下调细胞因子信号抑制物（SOCS3）mRNA的表达，促进骨髓造血功能的修复[29]。

2.2 当归及其配伍和主要成分

当归是“补血活血”要药，针对骨髓抑制患者“脾肾虚损、毒瘀互结、阴阳两伤”的主要病机[30]，选用《内外伤辨惑论》的经典名方——当归补血汤，得以“扶正固本、祛瘀生新、阴阳得生”。肖遥[31]给予40例直肠肿瘤术后患者以当归补血汤治疗，6周后发现治疗组出现Ⅲ～Ⅳ级骨髓抑制例数少于对照组，且免疫力、体力、症状改善明显，说明当归补血汤对防治肿瘤化疗后骨髓抑制有作用。

当归多糖（Angelica sinensis polysaccharide，ASP）是当归重要藥效成分之一。其在抗辐射损伤、促进造血、免疫调节及抗肿瘤等方面均有作用[32]。这可能与ASP上调造血微环境中的BMSCs分泌造血生长因子，促进造血细胞生成、动员HSCs、抑制白细胞增殖，同时诱导其往红系、粒系等分化，提高辐射损伤后外周血象并促进造血功能恢复有关[33]。此外，当归的活性成分阿魏酸，可促进白细胞和骨髓造血组织面积的恢复，并增加血小板数、EPO、血清粒-巨噬细胞集落刺激因子、促红细胞生成素等的含量，从而改善骨髓抑制，且黄芪及当归的活性成分配伍对促进造血可发挥增效作用[34]。Ma等[35]研究表明，阿魏酸可增强HSCs的活性，加速血细胞的恢复，其可能与增加粒细胞集落刺激因子及EPO的水平有关。

3 讨论

目前中医理论尚未有对骨髓抑制的具体病名，多归为“虚劳”或“血虚”范畴，临床表现为少气懒言、头晕目眩等。中医认为“肾藏精，精者，血之所成也”“骨髓坚固，则气血皆从”，而化疗药作为邪毒侵损脏腑，引起肾不固精，脾失健运无以化精，髓无以充，精血无以互化，全身失养，则现骨髓抑制之象[36]，当“扶正补虚、益气养血”。武凤震[37]采用数据挖掘技术分析了化疗后骨髓抑制方剂621首，结果显示频数最多的药物依次为黄芪、白术、当归、茯苓、党参等补虚药，其代表方为当归补血汤、四物汤、八珍汤等，此外，临床常用的中成药包括芪术口服液、双黄升白颗粒、黄芪扶正颗粒等，均以黄芪为君药或主药，可培补正气以提高机体免疫力。药理实验已广泛证实，APS等多种有效成分均具有免疫活性和抗肿瘤等作用。当归补血汤为黄芪与当归配伍的补气生血经典名方[38]，也是应用于骨髓抑制的基础方，促气血相生且疗效确切。当归的有效成分ASP、阿魏酸等在改善骨髓抑制方面的作用机制也逐渐被揭示。

综述现有相关文献，黄芪与当归改善骨髓抑制的作用机制可能为：①上调Notch信号通路，激活Notch受体及其配体表达，促进淋巴细胞发育，缓和骨髓氧化应激损伤，维持骨髓组织稳态，促进机体造血功能恢复;②抑制Wnt/β-catenin信号通路过度激活，促进癌细胞凋亡的同时改善造血微环境，拮抗HSCs衰老;③激活PI3K，使下游蛋白AKt进一步将信号传至核内，通过PI3K/AKt/mTOR信号通路，引起血管内皮生长因子（VEGF）、抑癌基因PTEN等靶基因的表达，产生促血管生成、促血细胞发育等效应;④通过调控FOXO转录因子信号通路，下调FOXO的表达，促进干细胞增殖。然而，相关药理机制研究较分散，单一通路的研究较多，中药具体作用的多靶点和途径尚未能完全揭示。

4 总结与展望

中药是中华的文化瑰宝，在造血方面理论与实践经验丰富，黄芪与当归从古沿用至今，并取得了良好成效，且价格低廉，在改善骨髓抑制方面拥有极大的潜力及优势。为了更好地推广祖国医学，二者作用于造血微环境的机制值得深入研究。目前认为中医药的疗效机制往往是多组分、多靶点、全方位的综合作用。通过本文综述，黄芪与当归改善造血的机制可能与调控细胞因子、改善造血微环境、影响细胞周期、增强免疫等环节有关，然而具体如何调节相关信号传导途径，综合影响靶基因表达从而改善骨髓抑制，对其深入的研究仍有所欠缺，因此仍需在药理机制、通路转导、基因层面上做深入研究，以期为临床提供更加科学和完善的证据。

[参考文献]

[1]  王宁，刘硕，杨雷，等.2018全球癌症统计报告解读[J].肿瘤综合治疗电子杂志，2019，5（1）：87-97.

[2]  Torre LA，Bray F，Siegel RL，et al. Global cancer statistics，2012 [J]. CA Cancer J Clin，2015，65（2）：87-108.

[3]  范奎，代良敏，伍振峰，等.放化疗所致骨髓抑制的研究进展[J].中华中医药杂志，2017，32（1）：210-214.

[4]  田兆兴，杨倩.中医药防治肿瘤放化疗后骨髓抑制的应用及研究进展[J].中国医院药学杂志，2017，37（2）：190-193.

[5]  丁香，王丽帆，刘志强，等.当归补血汤干预NRF2-Notch信号调控辐射旁效应“毒损髓络”的机制研究[J].时珍国医国药，2018，29（5）：1042-1045.

[6]  徐正阳，柴烁，张小晴，等.化疗抑制下骨髓BMP4对造血干/祖细胞周期、凋亡的调控及其机制[J].中国实验血液学杂志，2019，27（4）：1265-1271.

[7]  陈凌波，张珂胜，黄小平，等.黄芪当归配伍对骨髓造血功能抑制小鼠造血祖细胞增殖的影响[J].中草药，2016， 47（24）：4395-4400.

[8]  Mu X，Zhang Y，Li J，et al. Angelica Sinensis Polysaccharide Prevents Hematopoietic Stem Cells Senescence in D-Galactose-Induced Aging Mouse Model [J]. Stem Cells Int，2017，2017：3508907.

[9]  Mizuno S，Iino T，Ozawa H，et al. Notch1 expression is regulated at the post-transcriptional level by the 3 untranslated region in hematopoietic stem cell development [J]. Int J Hematol，2018，107（3）：311-319.

[10]  Kim AD，Melick CH，Clements WK，et al. Discrete Notch signaling requirements in the specification of hematopoietic stem cells [J]. EMBO J，2014，33（20）：2363-2373.

[11]  路玫，杜雪源，滕迎春，等.针灸对环磷酰胺化疗小鼠骨髓造血细胞中Notch信号传导通路相关差异基因Numb1、Numb2的影响[J].中华中医药学刊，2018，36（9）：2055-2058.

[12]  陈娟娟，周思朗，夏鸳鸯，等.Notch信号途径对放疗后骨髓谱系造血重建的影响及其机制[J].山东医药，2018， 58（8）：26-30.

[13]  Luis TC，Naber BA，Roozen PP，et al. Canonical wnt signaling regulates hematopoiesis in a dosage-dependent fashion [J]. Cell Stem Cell，2011，9（4）：345-356.

[14]  Zheng P，Chang X，Lu Q，et al. Cytopenia and autoimmune diseases： A vicious cycle fueled by mTOR dysregulation in hematopoietic stem cells [J]. J Autoimmun，2013，41：182-187.

[15]  曾慧红，朱清仙，匡渤海，等.造血干细胞老化与mTOR信号通路[J].中国细胞生物学学报，2017，39（6）：811-818.

[16]  Naka K，Hirao A. Regulation of Hematopoiesis and Hematological Disease by TGF-β Family Signaling Molecules [J]. Cold Spring Harb Perspect Biol，2017，9（9）：a027987.

[17]  Blank U，Karlsson S. TGF-β signaling in the control of hematopoietic stem cells [J]. Blood，2015，125（23）：3542-3550.

[18]  王洪涛，刘鑫，王梦鸽，等.ERK信号通路在人胚胎干细胞造血分化中的作用研究[J].中国细胞生物学学报，2017，39（6）：725-731.

[19]  李昂，邢雅琪，李晓霞，等.氧化应激中ROS对FOXO3a转录因子的调控作用研究进展[J].中国药理学通报，2016， 32（9）：1203-1207.

[20]  Xu G，Wu H，Zhang J，et al. Metformin ameliorates ionizing irradiation-induced long-term hematopoietic stem cell injury in mice [J]. Free Radic Biol Med，2015，87：15-25.

[21]  Liang R，Ghaffari S. Mitochondria and FOXO3 in stem cell homeostasis，a window into hematopoietic stem cell fate determination [J]. J Bioenerg Biomembr，2017，49（4）：343-346.

[22]  张琼.足三里穴位注射黄芪注射液对胃癌化疗患者免疫功能的影响[D].南京：南京中医药大学，2014.

[23]  李明尧，朱土福，张春宁.注射用黄芪多糖对宫颈癌化疗患者骨髓抑制的效果分析[J].广州医药，2016，47（5）：36-38.

[24]  毛丹，黄立中，周春花，等.穴位注射黄芪注射液防治化疗毒副反应的疗效观察[J].中国中医急症，2014，23（6）：1133-1135.

[25]  傅金龙，汪勇，胡可，等.黄芪对腹腔镜下胃大部切除术后胃癌患者T细胞亚群的影响[J].中华中医药学刊，2017，35（10）：2654-2656.

[26]  刘素霞.黄芪多糖对非小细胞肺癌患者髓源性抑制细胞的影响[D].杭州：浙江大学，2018.

[27]  李秀，初杰，李影迪，等.当归/黄芪多糖对腹腔注射环磷酰胺小鼠骨髓造血影响随机平行对照研究[J].实用中医内科杂志，2017，31（5）：52-58.

[28]  崔运浩.黄芪甲苷、毛蕊异黄酮调控化疗性骨髓抑制小鼠骨髓干细胞机制研究[D].沈阳：辽宁中医药大学，2016.

[29]  崔运浩，初杰，范颖，等.黄芪甲苷、毛蕊异黄酮及其配伍对化疗性骨髓抑制小鼠骨髓干细胞JAK2/STAT5信号转导通路的影響[J].中华中医药学刊，2016，34（7）：1576-1580.

[30]  王书韵.养血健脾浓煎剂防治TP方案化疗所致骨髓抑制的临床研究[D].南京：南京中医药大学，2019.

[31]  肖遥.加味当归补血汤治疗结直肠癌化疗后骨髓抑制及免疫功能下降的临床研究[D].南京：南京中医药大学，2018.

[32]  熊丽溶.当归多糖对5-氟尿嘧啶损伤骨髓基质细胞的保护作用[D].重庆：重庆医科大学，2017.

[33]  张雁.当归多糖促进急性放射损伤小鼠造血功能恢复及机制研究[D].重庆：重庆医科大学，2010.

[34]  徐昊，黄小平，张伟，等.黄芪和当归的主要活性成分配伍对骨髓抑制小鼠造血功能的影响[J].中国药理学通报，2019，35（5）：707-713.

[35]  Ma ZC，Hong Q，Wang YG，et al. Effects of ferulic acid on hematopoietic cell recovery in whole-body gamma irradiated mice [J]. Int J Radiat Biol，2011，87（5）：499-505.

[36]  杨容华，王芳.黄芪注射液穴位注射防治卵巢癌化疗后骨髓抑制的临床疗效观察[J].针灸临床杂志，2015，31（3）：50-53.

[37]  武震凤.基于数据挖掘的骨髓抑制组方用药规律研究[D].广州：广州中医药大学，2018.

[38]  姚静，施钧瀚，桂新景，等.基于HPLC指纹图谱评价的当归补血汤传统汤剂与配方颗粒汤剂的成分差异分析[J].中草药，2019，50（11）：2567-2574.

（收稿日期：2019-11-08  本文编辑：顾家毓）