黄芪利水功效药理机制研究进展

吕 琴 ，赵文晓*，孔祥琳，张雅琪，王 媛，王文越，张洪源，王世军，滕佳林*

(1.山东中医药大学，山东 济南 250355；2.曲阜中医药学校，山东 曲阜 273100）

中医所言之水泛指一切体液的总称,包括精、血、髓、汗、泪、唾、涎、尿及乳汁、月经等；狭义专指津液［1］。病理产物之水、湿、痰、饮均为水液不归正化,停积而成。湿聚为水,水停成饮,饮凝成痰,在一定条件下又可相互转化［2］。水谷在脾胃腐熟运化功能作用下,转化为精微物质输布全身发挥各自生理机能维持机体正常功能。同时精微物质不断转化、消耗,形成代谢产物排出体外［3］。如《素问·经脉别论》云:“饮入于胃,游溢精气,上输于脾,脾气散精,上归于肺,通调水道,下输膀胱,水精四布”。以肺、脾、肾为主,三焦为通道,一旦肺失通调、脾失转输、肾失开合、膀胱气化不利,导致体内水液潴留,泛溢于肌肤,临床主要表现头面、眼险、四肢、腹背甚至全身浮肿为特征,严重者还可伴有胸水、腹水等。如同现代医学所说人体内环境受神经系统、体液、免疫调节,各器官、系统协调保持相对稳定状态［4］。

黄芪味甘、性微温,入肺、脾经,善补肺脾之气。肺为水之上源,脾主运化水湿,对于肺脾气虚,输布失常,水湿内停之小便不利、皮肤水肿有较好功效。此外,早在东汉张仲景《金匮要略》 就有记载:“风水,脉浮身重,汗出恶风者,防己黄芪汤主之”。《本经逢原》 言黄芪,“同白术、防风则运脾湿,同防己、防风则祛风湿”。因此,现代临床往往运用其上可补气以气升水降,中可补脾气运化脾湿有权,三焦水道通畅,维持体液代谢居动态平衡状态,达利水消肿之目的。尤其在治疗慢性肾炎、心脏病水肿、风湿病证属气虚湿困或水停者应用广泛［5］。但黄芪化学成分复杂,主要含多糖、皂苷及黄酮类等有效活性成分,利水作用靶点也是多方面奏效,现代药理学对黄芪有关利水功效阐释尚存有不足,就目前已有研究表明可能与调节水与电解质平衡、调控水通道蛋白、保护肾脏微组织结构、修复黏膜损伤、纠正肠道菌群微生态动态平衡等作用有密切联系。因此,本文综述其近年利水药理作用机制,以期为实验研究和临床应用进一步拓展利水功效提供理论依据。

1 调节水与电解质平衡

1.1 维持血浆渗透压动态平衡 渗透压是判断水、电解质代谢紊乱的重要标志之一,也是维持人体内环境稳态的重要因素［6］。尤指血浆胶体渗透压,其中白蛋白占血浆胶体渗透压80%,主要负责调节组织与血管内外水分的动态交换,对维持血容量具有重要作用。黄芪可提高脾虚水湿不化大鼠血清总蛋白 (TP)、白蛋白 (ALB)、球蛋白(GLB) 含量,血浆胶体渗透压恢复平衡,大鼠“湿阻中焦” 状况得到改善,并且多糖组分和水提物组分是升高的物质基础［7］。黄芪通过兴奋气虚盐水负荷模型大鼠的下丘脑—垂体—肾上腺轴,有效循环血量增加,促进心房钠尿肽的分泌,醛固酮的含量减少,促进尿液中Na+、Cl-的排泄,保持体内血浆晶体渗透压平衡［8-9］。可见黄芪使机体内渗透压保持稳定,促进水液的排泄。

1.2 调控离子通道 黄芪注射液可激活NF-κB 信号通路上调钠离子通道(ENaC) 表达,缓解肺水肿,调节肺内水钠平衡［10-11］。复方黄芪汤则是通过激活AMPK-泛素-PIP2/clathrin 通路促使下调肾脏集合管ENaC 的表达量和开放率,影响肾集合管上皮钠离子通道活性,肾病综合征(NS) 水肿症状得以改善［12］。此外,林妮等［13］认为黄芪还竞争性抑制盐水负荷模型小鼠Na+-K+-ATP 酶活力,其中乙酸乙酯组分和正丁醇组分均对小鼠有显著地利尿作用。

2 调控水通道蛋白表达

水通道蛋白(aquaporin,AQP) 是一种位于细胞膜上的蛋白质组成而具有高度选择性的水孔道特异蛋白质家族,目前在哺乳动物中发现13 种水通道蛋白,其在皮肤、骨骼、血管、脑、肺、肾、胃肠等组织器官中均表达分布。每当机体出现抗利尿激素分泌不当、干燥综合征、充血性心衰、代谢综合征等疾病时常有水液排泄障碍［14-15］,以致学者认为AQPs 是维持体内水液代谢的分子生物学物质基础,也是探究中医理论“水湿运化失常、津液输布不及”机理的靶点蛋白之一［16-18］。已有文献报道黄芪对不同部位AQP1、AQP3、AQP4、AQP5、AQP8 表达异常均有干预调节作用。Zhao 等［19］发现脾虚水湿不化模型大鼠十二指肠内AQP1、AQP5 表达下降,AQP8 表达升高,而给予黄芪及拆分组分干预后明显逆转表达趋势,其中黄芪多糖组分AQP5 上调倍数是其他组分505 倍。意味着肠黏膜对水的吸收减少,减轻了组织水肿。而当黄芪拆分组分与葶苈子配伍后显著改善上焦水饮内停模型大鼠肺脏的水液潴留,认为其机制之一与血浆中肿瘤坏死因子(TNF-α) 含量减少,核内核因子-κB (NF-κB) p65 的磷酸化水平降低,抑制NF-κB 通路有关,促使肺组织p-CREB (Ser133) 和AQP5表达上调,模型大鼠肺功能从而缓解［20］。不仅如此,黄芪甲苷通过下调TNF-α 的表达来影响AQP4 的表达,进而影响星形胶质细胞水肿［21］。也影响肝癌H22 腹水瘤模型小鼠AQP1 表达,降低腹水量［22］。因此,AQPs 的发现是阐释中医“水湿病证” 形成的重要原因之一,也为黄芪利水功效的药理机制的研究提供了科学的理论支持,是目前研究学者仍探寻的研究领域。

3 保护肾脏微组织结构

《素问·逆调论》:“肾者水脏,主津液”,调节体内水液平衡。黄芪含有丰富的微量元素—硒,具有保护肾小球基底膜的机械屏障与电荷屏障的功能,降低通透性,有效改善或消除肾性蛋白尿［23］。汪贤聪等［24］研究发现黄芪可通过显著改善肾病综合征患者精氨酸血管加压素(AVP)系统提高肾小球滤过率,进而实现其利尿作用。黄芪还可通过保护肾小球组织结构,改善肾小球滤过率引起多种疾病状态下的水钠潴留,进而促进尿液排泄。据陆慧瑜等［25］研究,黄芪可以调节足细胞蛋白系nephrin、poducin 的表达及分布,使肾小球硬化过程受阻,从而减少蛋白尿、减轻水肿。实验表明黄芪还可调控白介素-6 (IL-6) 和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF) 的产生或破坏,以减轻缺血-再灌注肾损伤［26］。因此,黄芪能够通过减轻肾脏损伤而减少蛋白尿、缓解水肿症状。以上研究证明黄芪可通过多种方式保护肾脏微组织结构促进尿液的排泄,进而实现利水消肿之效。

4 保护肠黏膜机械屏障

研究表明除特异性通道AQPs 可以转运水分子外,高比例的盐和水的吸收转运还可在上皮细胞之间通过,而完整的肠黏膜上皮细胞和上皮细胞间的紧密连接是肠黏膜机械屏障维持机体营养代谢吸收平衡的重要物质基础［27］。若肠黏膜上皮细胞出现损伤,黄芪可降低TNF-α 的释放,抑制环氧合酶2 (COX-2) 和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达,硝基酪氨酸形成及NF-κB 激活,减少活性氧(ROS) 释放,并激活核因子E2 相关因子2 (Nrf2),具抗氧化应激作用保护上皮细胞减轻炎症［28］。黄芪多糖可显著加速肠黏膜损伤早期修复过程,其机制可能与增加黏膜上皮细胞多胺含量,提升细胞质游离钙离子(［Ca2+］cyto) 的量及细胞骨架蛋白(Rho A) 表达,促进肠黏膜上皮细胞迁移［29-30］。此外,紧密连接是完整肠上皮细胞与相邻肠上皮细胞之间的主要连接方式,调控水和溶质的跨上皮细胞转运［31］。黄芪对比有结构保护特性,如其对LPS 感染的Caco2 细胞中闭锁小带蛋白 (ZO-1) 和闭锁蛋白(Occludin) mRNA 的表达均明显上调,可以用作肠道细胞的预防性治疗［32］。同样臧凯宏［33］实验结果表明黄芪多糖通过升高肠道Occludin、ZO-1 蛋白表达水平改善溃疡性结肠炎大鼠结肠道黏膜屏障功能。

5 纠正肠道菌群微生态平衡

正常人体约有10 万亿个细菌寄生在肠道,形成一个复杂的微生态系统。参与碳水化合物、蛋白质、脂类、维生素以及微量元素等多种营养物质的消化和吸收,水则是最终氧化产物之一［34］。当多种原因导致肠内菌群比例失调、定位转移或内源性感染,即出现腹泻、腹痛、腹胀或便秘、臭味重等相应病理状态。黄芪多糖治疗经鼠伤寒沙门氏菌建立的小鼠腹泻模型后,肠内有益菌乳杆菌和双歧杆菌的数量显著增加,腹泻临床症状明显好转［35］。张宇等［36］进一步评估了不同分子量黄芪多糖的微生态调节作用,除了有益菌含量增加,有害菌肠杆菌、肠球菌含量也均显著下降,10～6 kDa 多糖调节菌群平衡效果最好。当黄芪与丹参配伍不仅增加了菌群丰度和多样性,且激活肠道菌群内有益代谢,含花生四烯酸代谢,色氨酸代谢,类固醇激素的生物合成和谷胱甘肽代谢,驱动增加血容量,降低血压,这对黄芪利尿降压机制也提供了新的见解［37］。同样肠道菌群的变化也改变血浆分布,进而影响黄芪潜在药效益处［38］。肠道微生态系统的研究已是国内外学者的热门课题,然黄芪与肠道菌群及水液代谢三者之间的内在关联还尚无报道。

6 小结

中医认为水液代谢是指水液的生成、输布以及水液被人体利用后的剩余水分和代谢废物的排泄的过程［1,4］。黄芪利水功效药理效应要点则在于促进且维持了水液代谢循环。水液代谢主要以脾、肺、肾三脏为中心完成。代谢途径包括经肺宣发肃降作用形成汗液、呼吸排出体外；经肾气化作用化生成尿液排出体外；经脾升清转输传小肠的“分清泌浊” 作用,在大肠中以粪便废物形式排出体外,这与医籍记载的黄芪可治风水浮肿、气虚水肿、脾虚泄泻等证吻合。基于此,本文对其相应药理机制进行了概括。首要在于黄芪可调节水电解质紊乱,具有维持血浆渗透压、调节离子通道的作用,决定了水通过生物膜(半透膜-细胞膜、血管内皮) 扩散或渗透程度。水通道蛋白又作为一种特殊水转运孔道,黄芪更是对分布全身组织器官AQPs 的生理功能和物质代谢具有调控作用。这成为黄芪利水功效研究的关键靶点蛋白。排尿排便是体内水液代谢的主要途径,主要涉及肾与肠,黄芪不仅恢复了肾小球滤过率,保护了肾脏微组织结构,还保护肠黏膜上皮细胞和紧密连接结构的完整性发挥了屏障功能。随着科研及临床的纵横深入研究,还涉及调节肠道菌群微生态系统,促进脂质与能量代谢,然而目前黄芪与肠道微生物之间水液代谢的内在关联尚无文献报道。综上,黄芪利水作用药理特点虽有些许研究,但就目前主要热点研究,如水通道蛋白、紧密连接、肠道菌群等内在联系仍处于不充分不完全阶段。并且许多学者着重于该品的补气健脾功效特点。然中医诊断治疗不仅强调疾病证候的整体观念、辨证施治,中药的择选也是根据草药的四气、五味性味特点辨析入药。自古黄芪对气、血、津液皆可补之行之助之,素有气能生津、行津、摄津,津能载气、生气。因此,对于补气利水、利水健脾的阐释还需多维度的思考,深度的动物实验研究。随着科学研究中各组学的新兴发展,如蛋白组学、基因组学、代谢组学等多组学交叉应用研究。就某味或某类中药的性味功效,进行了性味组分的拆分、寻找物质基础,再进行药效靶点的分子学实验研究,确实是科学的诠释了药效特点。与此同时,这也需要了学者广度视角、高维立体的思想,对传统中药进行多方位的诠释,也是传统中药持续不断创新发展的着力点。