羟基红花黄色素A改善心脏和脑部疾病的研究进展

2021-09-24刘小甜张佩林闻晓东

中国野生植物资源 2021年8期

刘小甜，张佩林，李萍，闻晓东，李艺

（中国药科大学中药学院生药学系，江苏南京210009）

菊科植物红花（Carthamus tinctoriusL.）是一年生草本，其花和种子在中国、韩国、日本和其他亚洲国家被作为传统草药广泛用于治疗各种疾病，如妇科疾病、心脑血管疾病以及骨质疏松症［2］。此外，因其花中含有红色和黄色色素而被广泛用于纺织和烹饪行业中［1］。中药红花是植物红花的干燥花，主产于河南、甘肃、四川、新疆等地，采收季节为夏季。花由黄变红时，摘取管状花，阴干或微火烘干。性温味辛，入心、肝经，具有散瘀止痛，活血通经的功效，中医临床上常将其用于类风湿关节炎、慢性支气管炎、胃炎、肾炎等炎症性疾病［3］及急性缺血性脑卒中、心肌缺血、阿尔茨海默病等心脑血管疾病的治疗［4］。

红花黄色素是从红花中提取的主要水溶性活性成分［5］，羟基红花黄色素A（Hydroxysafflor yellow A，HSYA）是其中的主要成分，在注射用红花黄色素原料药中含量达90%，发挥主要的药理作用［6］。HSYA 是一种单查尔酮葡萄糖苷类化合物，是历版《中华人民共和国药典》评价红花质量的指标性成分（结构式见图1）。HSYA 具有保护心脑血管、保护神经、抗肿瘤、抗糖尿病等广泛的药理作用［7-8］，其对于心脏和脑部相关疾病的预防和治疗作用已被广泛关注。HSYA 注射液在Ⅱ期临床实验中对急性缺血性中风具有很好的治疗效果，并且疗效稳定、安全、耐受性好［9］。尽管如此，临床上仍然缺少HSYA相关制剂的应用，口服生物利用度低和稳定性差可能是限制其制剂研发的重要因素［10-11］。本综述对近十年来HSYA 治疗心脏和脑部相关疾病的药理作用及其分子机制进行综述，以期为HSYA 的临床应用提供一定的研究依据。

图1 羟基红花黄色素A化学结构式Fig.1 Chemical structure of hydroxysafflor yellow A

1 HSYA在心脏相关疾病中的药理作用

1.1 HSYA改善心肌缺血/再灌注损伤

心肌缺血时供血动脉血管闭塞，引起机体代谢失调、心肌组织缺氧，而随后的再灌注经常导致组织损伤加重，造成心肌缺血/再灌注（Myocardial isch⁃emia/reperfusion，MI/R）损伤。此过程伴随着心肌细胞氧自由基含量增加、炎性细胞浸润及心肌血管的损伤。同时，心肌血管受到损坏，血管内皮细胞发生氧化应激、炎性反应及凋亡［12］。MI/R 是引起心肌梗死（Myocardial infarction，MI）的重要危险因素之一，伴随动脉粥样硬化、心肌缺血等病理变化［13］。研究表明，在小鼠MI 模型及SD 大鼠I/R 模型中，HSYA 均能够缩小心肌梗死面积，并能在不同程度上减轻心肌梗死后的心功能恶化，具体表现为减少心肌细胞凋亡和心肌纤维化［14-15］。其可能机制包括抗氧化应激及抑制炎性反应保护心肌细胞和血管内皮细胞，促进血管内皮生长因子（Vascular endo⁃thelial growth factor，VEGF）释放以促进血管生成等。

1.1.1 抑制氧化应激

HSYA 能够减少氧化低密度脂蛋白（Oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL）在人脐静脉内皮细胞EA.hy926 中的滞留，并通过电压依赖性阴离子通道（Voltage-dependent anion channels 2，VDAC2）的抗凋亡作用来显著改善ox-LDL诱导的内皮损伤，抑制氧化应激造成的内皮细胞凋亡，从而对抗动脉粥样硬化性心脏病［16］。研究表明，HSYA 通过增加缺氧诱导因子-1α（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）表达及上调B细胞淋巴瘤/白血病-2蛋白与其相关 X 蛋白的比值（B-cell lymphoma-2/BCL2-Associ⁃ated X Protein，Bcl-2/Bax），下调促凋亡蛋白cleaved Caspase-9、cleaved Caspase-3水平，从而减轻缺氧对内皮细胞的损伤［17-19］。AngⅡ通过促进内皮细胞内活性氧（Reactive oxygen，ROS）的生成，介导内皮细胞损伤并诱导内皮细胞凋亡。HSYA 可以抑制内皮细胞内ROS 的产生，保持线粒体结构和功能的完整，减少细胞色素C 的释放，抑制对Caspase-3 的激活，从而对抗AngⅡ引起的氧化应激，降低内皮细胞的凋亡率［20］。同时，HSYA 对于 H2O2诱导的血管内皮细胞氧化应激损伤也具有保护作用，HSYA 能剂量依赖性的提高细胞存活率，提高细胞内超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）的活性和NO 的含量，提高 Bcl-2 表达，降低 Bax、Caspase-3 和cleaved Caspase-3的表达［21］。

在心肌缺血/再灌注损伤过程中，心肌细胞本身也会处于氧化应激状态。Zhou 等［14］建立体外 I/R 模型，利用HSYA 干预考察其对心肌细胞的保护作用。研究表明，HSYA 能够保护SOD 活性并维持正常线粒体膜电位，降低线粒体ROS 水平，从而减少心肌细胞凋亡。在此过程中，HSYA 通过激活内皮型一氧化氮合酶（Endothelial nitric oxide synthase，eNOS），促进NO 生成，从而抑制线粒体通透性转换孔（Mitochondrial permeability transition pore，mPTP）开放，保护心肌细胞免受缺血再灌注损伤［22-24］。进一步研究表明，HSYA 的保护作用可能与3-磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B（Phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/PKB）及其下游靶点己糖激酶II、核因子E2 相关因子 2（Nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）、糖原合成酶激-3β（Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）等介导的抗氧化作用有关，最终抑制心肌细胞凋亡［25-27］。此外，HSYA 还能缩小SD 大鼠MI 发生后的心肌细胞横截面积，逆转血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥大标志物脑钠肽和β-肌球蛋白重链的表达，减轻心肌梗死后的心肌肥厚，其分子机制可能是通过核因子E2相关因子2/醌氧化还原酶1/血红素加氧酶1 通路（Nuclear factor erythroid-2-related factor 2/ quinone oxidoreductase 1/ heme oxygenase 1，Nrf2/NQO1/HMOX1）发挥抗氧化作用［28］。

1.1.2 抑制炎性反应

炎性反应过度是导致MI/R 发生的重要危险因素之一［29］。HSYA干预能明显降低缺血/再灌注模型中心肌细胞炎性指标白细胞介素-6（Interleukin-6，IL-6）、肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、髓过氧化物酶（Myeloperoxidase，MPO）、白细胞介素-1β 以及 NOD 样受体蛋白3（NOD-like re⁃ceptor family pyrin containing 3，NLRP3）蛋白、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（Caspase-1）的表达，抑制NLRP3 炎性小体激活发挥抗 MI/R 的作用［30-32］。同时，HSYA 可显著抑制内皮细胞内细胞间黏附分子-1（Intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）、血管细胞粘附分子-1（Vascular cell adhesion mole⁃cule-1，VCAM-1）、TNF-α、IL-6 mRNA的表达，抑制核转录因子κB（Nuclear factor kappa B，NF-κB）的激活和核转运，缓解血管内皮细胞的炎症损伤［33］。在TNF-α 刺激的动脉内皮细胞中，HSYA 以剂量依赖的方式抑制ICAM-1 表达以及RAW264.7 细胞与内皮细胞的粘附，阻断了 TNFR1 受体介导 IκBα 的磷酸化和降解，还阻止了NF-κBp65的核易位［34］。

1.1.3 调控VEGF促血管生成

HSYA 能促进急性MI 小鼠缺血心肌中核仁素的表达，进而调节下游的VEGF 和基质金属蛋白酶（Matrix metalloprotein-9，MMP-9）表达，促进血管生成发挥抗心肌梗死的作用［35］。研究进一步证实了HSYA 可以提高MI 后小鼠心肌细胞中Bcl-2/Bax 比值，降低cleaved-caspase 3、转化生长因子-β（Trans⁃forming growth factor-β，TGF-β）和 I 型胶原蛋白的水平，减少小鼠左心室功能受损，并通过HO-1/VEGF-A/SDF-1α 信号级联反应动员内皮祖细胞，促进心肌新血管生成［15］。

1.2 HSYA抗高血压

大量文献报道HSYA 对心功能和高血压具有很好的调控作用。血压的决定因素主要有心肌的收缩率、有效的血管容量和血管张力。研究表明HSYA 能够通过调控心肌收缩或增大有效血管容量及血管张力保护血管稳态和调控血压，其对血管内皮细胞的保护在此过程中发挥重要作用。

1.2.1 调控心肌收缩

一方面，Nie 等［36］利用大鼠离体心脏灌流模型探究了HSYA 对心功能及血压的影响，发现HSYA能够剂量依赖性地降低自发性高血压大鼠左心室收缩压、左心室舒张末压和心率等参数，抑制心脏的收缩和舒张功能，降低心输出量和血压。另一方面，心肌细胞内钙超载可引发细胞线粒体对细胞质中Ca2+的反复摄取，导致心肌过度收缩、心律失常等不良症状［37］。而HSYA 可降低心肌细胞中钙超载，抑制心肌过度收缩［38］，从而防止原发性或继发性高血压。

1.2.2 增大有效血管容量及血管张力

一方面，HSYA 通过血管生成素/酪氨酸激酶受体 -2（Angiogenin/ endothelium-specific receptortyro⁃sine kinase-2，Ang/Tie-2）信号通路恢复小鼠缺血后肢组织的灌注，显著增加缺血区微动脉和毛细血管密度，促进内皮细胞迁移和小管形成，促进缺血区血管新生［39］。另一方面，HSYA 分别通过阻断Ras-Raf-丝裂原活化蛋白激酶-细胞外信号调节激酶1/2（Mitogen-activated protein kinase-extracellular sig⁃nal-regulated kinases1/2，MAPK-ERK1/2）信号通路和Toll 样受体/Ras 相关的C3 肉毒素底物1/蛋白激酶 B（Toll-like receptors-4/Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1/protein kinase B，TLR4/Rac1/PKB）信号通路抑制HepG2 细胞培养上清液诱导的人脐静脉内皮细胞HUVECs 增殖以及LPS 诱导的大鼠血管平滑肌细胞异常增殖［40-41］，并下调高糖诱导的VEGF表达，发挥抗血管生成的作用［42-43］。同时，HSYA 以剂量依赖的方式降低了缺氧性肺动脉高压（Hypox⁃ic pulmonary hypertension，HPH）大鼠的平均右心室收缩压（Right ventricular systolic pressure，RVSP），显著抑制了大鼠肺动脉平滑肌细胞的增殖，并减弱了肺动脉和右心室肥大的重塑，从而预防低氧引起的肺动脉高压［44］。

此外，HSYA 还能通过扩张血管调节血压。HSYA 能够抑制大鼠肠系膜内皮细胞瞬时感受器香草酸受体 4（Transient receptor potential vanilloid 4，TRPV4）介导的Ca2+内流，增强cAMP 依赖的蛋白激酶（Cyclin AMP-dependent protein kinase，PKA）介导的eNOS 磷酸化，从而促进NO 产生，发挥血管扩张作用［45］。Wang 等［46］进一步证实了 HSYA 的舒张血管作用与抑制Ca2+内流相关，其研究发现HSYA 能激活大鼠肠系膜动脉平滑肌细胞内的电压门控钾通道和L型钙通道，降低细胞内游离钙水平，从而发挥血管扩张作用。

2 HSYA在脑相关疾病中的药理作用

2.1 HSYA改善缺血性脑卒中损伤

缺血性脑卒中是脑、脊髓或视网膜范围的梗塞，占全球脑卒中总数的71%，其发病率高、病理机制十分复杂，动脉粥样硬化等多种心血管疾病亦是其发病诱因。缺血性脑卒中的产生伴随着血脑屏障功能的破坏，由脑缺血损伤形成的缺血半暗带区逐渐转化为缺血核心区，造成神经元血氧供应不足进而萎缩，可能会给脑组织造成不可逆的损伤［47］。HSYA 能够透过血脑屏障［48］，对缺血性脑卒中起到很好的保护作用，其作用机制可能与HSYA 对血脑屏障及缺血性脑卒中的保护相关。

2.1.1 保护血脑屏障功能

急性缺血性脑卒中引发的能量代谢改变、细胞内钾升高、谷氨酸释放等都会引起血脑屏障（Blood brain barrier，BBB）损坏［49］。HSYA 可以保护 MCAO大鼠缺血半暗带区星形胶质细胞［50］以及改善脑内神经结构和神经纤维密集程度，减少脑缺血/再灌注引起的IgG 和伊文思蓝渗漏，减少脑含水量［51］，保护紧密连接蛋白从而减轻缺血性脑卒中小鼠BBB 功能障碍［52］。另外，HSYA 下调脑缺血/再灌注损伤后大鼠脑部缺血半影区MMP-9 的表达并抑制下游底物claudin-5的降解，减轻血-脑脊液屏障损伤［53］，通过PI3K/Akt/mTOR 信号通路抑制氧糖剥夺/复氧刺激下脑微血管内皮细胞凋亡，提高其存活率［54］。HSYA 通过调节前列环素 I2/血栓素 A2（Prostacycli⁃nI2/thromboxane A2，PGI2/TXA2）信号通路、改善血液流变学和抑制血小板聚集来抑制血栓的生成，缩小局部病灶脑梗死面积［55］，并且通过扩张脑血管、改善脑血管通透性［56］以及调节自噬［57］来预防缺血性脑卒中的发生。临床实验表明服用了HSYA 的脑卒中患者病后痴呆的几率大大下降，认知能力和生活自理能力也得到了改善［58］。

2.1.2 保护神经元功能

研究表明，HSYA 能有效促进神经干细胞增殖［59］，对抗大脑中动脉堵塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAO）大鼠脑部神经元损伤和功能障碍，其分子机制可能是通过清除过氧亚硝酸盐和减少诱导型一氧化氮合酶（Inducible nitric oxide syn⁃thase，iNOS）产生等发挥作用［60］。在体外研究中，HSYA 能够抑制糖氧剥夺后小胶质细胞内的核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路和p38蛋白的磷酸化［61］，并抑制突触后N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）受体，保护神经元免受缺血影响［62］。HSYA 还通过抑制TLR4、TLR9、凝血酶等介导的炎性反应［63-65］，抑制PI3K/AKT/GSK3β 信号通路介导的缺血半影区神经元凋亡［66］，抑制氧化应激和线粒体mPTP的开放［67-69］等，对局灶性缺血再灌注发挥神经保护作用。Xu等［70］通过蛋白质组学分析了 HSYA 对 MCAO 大鼠治疗作用的潜在靶点，发现HSYA 抗脑缺血再灌注作用相关的潜在关键蛋白及信号通路为延长因子结合蛋白（Elongation factor Tu GTP binding domain con⁃taining 2，Eftud2）、雷帕霉素靶蛋白（Mammalian tar⁃get of rapamycin，mTOR）、Rab11、蛋白质磷酸酶2 调节亚基E 亚型（Protein phosphatase 2，regulatory sub⁃unit B´，epsilon isoform，Ppp2r5e）和HIF-1信号通路。Chen 等［71］提出了一种新的脑缺血/再灌注损伤的生物指标-苯丙氨酸，高浓度的苯丙氨酸能抑制大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤分化细胞株（Pheochromocytoma，PC12）线粒体功能和细胞增殖，而HSYA 通过上调线粒体裂变所需的动力蛋白相关蛋白1（Dynamin-1-like protein，DRP1）含量，降低苯丙氨酸水平，从而保护PC12细胞线粒体功能。

2.2 HSYA治疗神经退行性疾病

中枢神经系统损伤会引起精神分裂症、神经退行性疾病、多发性硬化、癫痫、脑缺血等神经疾病的发生［72-73］。据文献报道，HSYA 能减少帕金森病（Parkinson ´s disease，PD）大鼠旋转次数，增加黑质区域酪氨酸羟化酶的含量，提高多巴胺及其代谢物的水平，诱导脑内胶质细胞源性神经营养因子和脑源性神经营养因子的内源性表达或其信号转导，发挥神经保护作用［74］。在对Aβ 诱导的阿尔兹海默症（Alzheimer disease，AD）模型大鼠的研究中发现，HSYA 能够改善谷氨酸循环障碍，增强脑组织突触结构可塑性，从而改善AD 模型大鼠的学习记忆能力和行为缺陷［75-76］。在HSYA 抗神经退行性疾病的机制研究中，HSYA 抗氧化应激及抑制炎性反应保护神经元细胞的作用受到广泛关注。

2.2.1 抑制氧化应激损伤

HSYA 是一种公认的神经保护剂，能够通过抑制过氧化物酶体增殖剂激活受体γ（Peroxisome pro⁃liferators-activated receptors γ，PPAR-γ）磷酸化过程，抵御亚硝化应激和氧化应激，保护退行性疾病中的神经元功能［77-78］。在 1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）诱导的小鼠实验性PD 模型中，HSYA 通过提高超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性和谷胱甘肽（Glutathione，GSH）水平预防氧化应激介导的多巴胺能神经元变性，从而发挥抗PD的作用［79］。孔等［80-81］利用 Aβ25-35 诱导 PC12 细胞在体外部分模拟了AD 的病理过程：在Aβ25-35 的作用下，PC12 细胞株出现存活率下降、GSH 水平和Bcl-2/Bax 比值下降、贴壁细胞脱落以及形态改变等一系列病理变化，而HSYA 能够逆转这种改变，发挥神经保护作用。

2.2.2 抑制炎性反应

在大鼠脊髓压迫损伤模型、大鼠急性脊髓损伤模型及家兔脊髓缺血/再灌注模型中，HSYA 能够减轻脊髓损伤程度和神经功能障碍，降低丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、NO、MPO 和促炎细胞因子TNF-α 的水平，抑制 caspase-3 活性［82-84］。并且，HSYA 调节PD 大鼠和人神经母细胞瘤细胞SHSY5Y 细胞中MAPK 炎症信号通路，减少iNOS、环氧合酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）等炎性蛋白表达以及多巴胺能神经元的凋亡［85］。HSYA 还可以降低脑组织中炎性因子IL-6和TNF-α的水平，抑制炎性反应，提高脑组织神经元抗炎能力，从而改善AD 大鼠的记忆功能［86］，此过程可能与Janus激酶2/信号转导及转录激活因子3/NF-κB（Janus kinase 2/signal transducer and activator oftranscription3，JAK2/STAT3/NF-κB）信号通路相关［87-88］。