中医药干预心肌细胞焦亡研究进展

国现旭，郭兆安，岳桂华

(1.山东中医药大学第一临床医学院，山东 济南 250013；2.山东中医药大学附属医院，山东 济南 250011；3.广西中医药大学附属国际壮医医院，广西 南宁 530001)

心肌损伤是多种心脏疾病及其他疾病并发心脏损害不可忽视的一点，诸如心肌缺血再灌注、慢性心力衰竭、脓毒症心肌病、多柔比星(Doxorubicin, Dox)心脏毒性等均受到广泛关注。近年来众多研究表明，细胞焦亡参与心肌损伤的发生发展，并推动心脏疾病的进程。细胞焦亡是不同于细胞凋亡、坏死等的一种程序性细胞死亡，是机体的天然免疫反应，但其过度的激活则会造成机体损伤，其由Caspases激活启动，以Gasdermin蛋白家族为执行蛋白，形成质膜孔，造成细胞以肿胀裂解、胞质外流、炎症因子释放为特征的细胞死亡。细胞焦亡分为经典途径、非经典途径和近来研究发现的Caspase-3/GSDME(Gasdermin E)介导的细胞焦亡途径。这些研究为心肌损伤的治疗提供了新的靶点和治疗策略，也为中医药干预心肌损伤疾病的研究提供了新方向。

1 细胞焦亡发生机制及途径

细胞焦亡经典途径是由Caspase-1介导的，活化的Caspase-1需要模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)经多种病原体相关分子模式(pathogen-related molecular patterns,PAMPs)和(或)损伤相关分子模式(damage-related molecular patterns,DAMPs)刺激，直接或通过凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-related spotlike protein,ASC)募集Caspase-1前体，形成一种多聚蛋白复合物，即炎症小体，进而裂解激活。PRRs包括NOD样受体核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白1(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 1,NLRP1)、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白C4(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor containing a caspase recruitment domain 4,NLRC4)，Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)和AIM2样受体(AIM2-like receptors,ALRs)。活化的Caspase-1一方面可以裂解白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和白细胞介素-18(interleukin-18,IL-18)的前体，促进二者的活化和分泌，引起炎症反应；一方面可以剪切GSDMD(Gasdermin D)，使其裂解成C末端片段(C-terminal fragment,GSDMD-C)和N末端片段(N-terminal fragment,GSDMD-N)，GSDMD-N可以与细胞膜上的磷脂酰肌醇、磷脂酸和磷脂酰丝氨酸特异性结合，募集16个生物小体形成一个10～14 nm的质膜孔。质膜孔的形成，促使细胞内外离子失去平衡，细胞内渗透压升高，水从质膜孔内流，致使细胞肿胀，细胞膜破裂，大量IL-1β和IL-18等促炎因子外流，造成炎症级联反应。非经典焦亡途径主要是由革兰氏阴性菌中的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激活化人Caspase-4/5和小鼠Caspase-11介导的焦亡途径。Caspase-4/5/11一方面可以直接裂解GSDMD，使其发挥穿孔作用，造成细胞焦亡；另一方面Caspase-4/5/11可以在NLRP3和ASC的介导下促进Caspase-1的功能，增强焦亡作用。近来，有关Dox心脏毒性的研究发现，Dox可以致使细胞Caspase-3、GSDME-N表达升高，促使IL-1β、IL-18释放，造成细胞焦亡，其具体的分子机制还需进一步研究明确。

2 中医药干预心肌细胞焦亡机制及相关研究

2.1 中医药干预心肌缺血再灌注损伤致心肌细胞焦亡 心脏缺血性疾病常病情凶险，危及生命，需要及时重建血液循环，虽然缺血可以造成心肌损伤，但是缺血再灌注造成的心肌损伤更是不可忽视。Nie等实验证明，NLRP3介导的细胞焦亡和氧化应激参与了心肌缺血再灌注损伤。有研究发现，心肌缺血再灌注大鼠心肌细胞内离子通道1，4，5-三磷酸肌醇受体(ion channel inositol 1,4,5-triphosphate receptor,IP3R1)高表达，可以通过内质网释放Ca，造成心肌细胞Ca超载，进而通过NLRP3/Caspase-1途径引起心肌细胞焦亡，造成心肌损伤。总之，造成心肌缺血再灌注损伤的机制众多，涉及氧化应激、钙超载、炎症、细胞焦亡、线粒体功能障碍等，如需进一步阐明还需更多实验研究。

大黄素是中药大黄中的有效活性成分。Ye等研究发现，大黄素能够通过抑制细胞焦亡减轻体内外心肌缺血再灌注损伤；大黄素能够以浓度依赖性方式显著下调原代心肌细胞中缺氧/复氧诱导的MyD88、p-IκBα、p-p65、NLRP3炎症小体和ASC的表达，抑制TLR4/MyD88/NF-κB/NLRP3炎症小体通路，下调GSDMD-N、Caspase-1和IL-1β的水平，从而减少梗死面积、改善心肌细胞形态。白芍总苷是中药白芍饮片中提取的有效成分，具有抗氧化活性及抗炎的作用。郑亚萍等研究发现，白芍总苷能有效下调心肌缺血再灌注损伤大鼠心肌细胞中NLRP3、Caspase-1、IL-1β、ASC蛋白表达，降低巨噬细胞浸润程度，减少心肌梗死面积，具有明显的缺血再灌注心肌保护作用，其机制可能与减少细胞焦亡有关。丹参酮ⅡA提取自中药丹参，其具有抗氧化、抗炎和抗细胞凋亡等作用。易娜等研究发现，丹参酮ⅡA可以下调HO诱导原代小鼠心肌细胞焦亡相关蛋白GSDMD和Caspase-1表达，显著降低细胞上清IL-1β和IL-18含量；丹参酮ⅡA还通过上调心肌细胞AK003290表达，抑制心肌细胞焦亡，发挥心肌保护作用。桃叶珊瑚苷提取于杜仲、玄参等中药，具有良好的抗氧化、抗炎和抗凋亡作用。其对心肌细胞焦亡具有抑制作用，马蒂达等研究发现，桃叶珊瑚苷可以提高p-AMPK、AMPK蛋白水平，降低ASC、NLRP3、Caspase-1、GSDMD-N蛋白水平，同时减轻心肌炎症损伤和细胞焦亡，还能通过激活AMPK，抑制NLRP3炎症小体形成，减少心肌细胞焦亡，发挥保护心肌梗死大鼠心功能的作用。柚皮苷是化橘红、骨碎补等中药的有效成分，是一种黄酮类化合物，具有抗氧化、抗炎、抗细胞凋亡等多重药理活性。王婷婷等研究发现，柚皮苷能够显著降低细胞焦亡效应分子GSDMD、细胞焦亡通路标志分子NLRP3及炎症小体通路的标志蛋白Caspase-1和ASC的水平，通过抑制细胞焦亡减少心肌缺血再灌注大鼠心肌梗死面积，减轻其病理改变程度。β-细辛脑是中药石菖蒲的主要活性成分，其具有抗炎、保护中枢神经系统等多种药理活性，最近的研究发现β-细辛脑可以降低心肌缺血再灌注大鼠心肌细胞NLRP3、ASC活性和Caspase-1蛋白表达水平，抑制GSDMD的裂解，减少IL-1β的释放，从而抑制心肌细胞焦亡，减轻心肌损伤，保护心功能。从人参、三七、黄芪等中药中提取的有效成分皂苷，从天麻中提取的主要成分天麻素，在抑制心肌缺血再灌注损伤心肌细胞焦亡方面都有良好疗效，具有很好的应用前景。

2.2 中医药干预慢性心力衰竭致心肌细胞焦亡 慢性心力衰竭是多种心血管疾病的终末阶段，心肌损伤坏死后，继续激活NLRP3炎症小体，致使IL-1β含量进行性升高，进一步损害心脏功能，引发心肌损伤。炎症反应是心力衰竭发生发展的重要因素，细胞焦亡又被称为促炎性程序性死亡，在心力衰竭进程中不容忽视。由GSDMD介导的细胞焦亡的发生，伴随着诸如NLRP3炎症小体等炎症因子激活及IL-18、IL-1β等相关细胞因子的释放，这一过程可进一步加重炎症反应，参与心室重构，导致心室扩张，降低射血分数。心肌细胞Ca稳态紊乱参与了NLRP3炎症反应过程，同时Ca可以通过Caspase-1切割细胞膜形成的孔洞外流，导致心肌功能受损。上述关于细胞焦亡在心力衰竭发生发展中的作用机制，为其治疗提供了新的靶点。

中药复方具有多组分的特点，在干预疾病进展方面优势显著。参葵通脉颗粒是由炙黄芪、灵芝、淫羊藿、桂枝、丹参、黄蜀葵花等组成的中药复方制剂，具有益气(温阳)、化瘀(利水)的主要功效。严士海等研究发现，参葵通脉颗粒可以有效下调心力衰竭大鼠心肌细胞TLR4、NF-κB、Caspase-1、IL-1β蛋白表达水平，亦可抑制Caspase-1、IL-1β前体的产生和Caspase-1、IL-1β的活化，可以改善慢性心力衰竭大鼠的心肌重塑，并具有良好的心功能保护作用。张晓青等以具有益气温阳、活血利水之效的鹿芪方(由鹿角片、红花、黄芪、党参、桂枝、葶苈子组成)治疗慢性心力衰竭，发现鹿芪方可降低小鼠心肌组织活性氧(reactive oxygen,ROS)、NLRP3、ASC、Caspase-1蛋白表达水平，抑制IL-1β的表达，减少心肌细胞焦亡，保护心功能。

2.3 中医药干预脓毒症心肌病致心肌细胞焦亡 脓毒症造成的心肌损伤是脓毒症中不可忽视的并发症，在最近的研究中发现，细胞焦亡参与脓毒症心肌损伤的发生发展。LPS可以通过非经典焦亡途径结合人的Caspase-4/5和小鼠的Caspase-11并激活，活化的Caspase-4/5/11通过裂解GSDMD诱导心肌细胞焦亡。Li等研究发现，LPS刺激触发了干扰素基因刺激物(stimulator of interferon genes,STING)的核周移位，进而与Ⅰ型干扰素调节因子3(type-Ⅰ interferons regulatory factor 3,IRF3)和磷酸化的IRF3结合，磷酸化的IRF3随后移位到细胞核，并促进NLRP3的表达；同时，LPS刺激还促进了细胞内ROS的产生，进而诱导NLRP3从细胞核向胞浆移位，进而诱发细胞焦亡，造成心肌损伤。最近，长链非编码RNA调节脓毒症心肌细胞焦亡减轻心肌损伤的研究为这一并发症的治疗提供了新的靶点和策略。脓毒症诱导的心肌功能障碍与不受控制的炎症反应及随后的心肌细胞凋亡和焦亡密切相关。

栀子苷是中药栀子的有效活性成分，其能够通过激活AMP活化蛋白激酶α(AMP-activated protein kinase α，AMPKα)以抑制心肌ROS积累，从而阻断NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡，并改善脓毒症小鼠的心功能。五味子丙素是中药五味子的主要有效成分之一，其具有抗炎、免疫激活等多种药理作用。有研究报道，五味子丙素能够通过减少细胞焦亡缓解LPS诱导的心肌细胞损伤，采用五味子丙素干预LPS刺激的小鼠心肌细胞后，Cleaved Caspase-1、GSDMD-N、NLRP3的蛋白水平呈剂量依赖性降低。相关研究发现，大黄素可通过抑制小鼠心脏组织中NLRP3、GSDMD的表达，减轻炎症反应和心肌细胞焦亡，从而改善LPS诱导的心肌损伤和心功能不全，这也为预防和治疗脓毒症心肌损伤提供了可行的策略。

2.4 中医药干预Dox心脏毒性致心肌细胞焦亡 Dox是一种蒽环类抗生素，在多种恶性肿瘤的化学治疗中被广泛应用，其主要的不良反应之一就是心脏毒性。有关Dox导致心脏毒性的分子机制尚不完全明确，但有研究表明，其与Caspase-3/GSDME信号通路有关。张蕊等将H9c2细胞分为空白对照组、Dox组、GSDME转染对照组和GSDME干扰组，比较各组细胞焦亡发生率，细胞中LDH、IL-1β、IL-18释放水平，以及细胞中Cleaved Caspase-3、GSDME-N、IL-1β、IL-18蛋白表达水平，发现Dox组、GSDME转染对照组细胞焦亡发生率和细胞中LDH、IL-1β、IL-18释放水平显著大于GSDME干扰组、空白对照组(

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05)，Dox组与GSDME转染对照组上述指标比较，差异均无统计学意义(

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05)；Dox组、GSDME转染对照组细胞中Cleaved Caspase-3、GSDME-N、IL-1β、IL-18蛋白表达水平均高于空白对照组，GSDME干扰组GSDME-N蛋白表达水平低于Dox组，而Dox组和GSDME转染对照组各指标比较，差异均无统计学意义(

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05)。结果表明，Dox可以通过GSDME依赖性途径诱导细胞焦亡，导致心肌损伤，这可能是Dox引起心脏毒性的分子机制。

中医药对Dox心脏毒性的干预，能够更好地保护心功能，辅助肿瘤患者的治疗。姜黄素广泛存在于郁金、姜黄、莪术等中药之中，具有抗炎和抗氧化的作用。Dox引发心肌细胞焦亡，表现为焦亡蛋白标记物(包括NLRP3、Caspase-1和IL-18)的上调，姜黄素可部分逆转Dox诱发的NLRP3、Caspase-1和IL-18变化，然而，与100、200 mg/kg姜黄素干预相比，400 mg/kg姜黄素联合Dox处理显示出更差的结果。上述实验证明中药剂量是影响疗效的重要因素。鲁斯可皂苷元是从中药麦冬中提取的一种甾体皂苷元，其具有抗炎等多重药理作用。研究发现，鲁斯可皂苷元可通过抑制NLRP3的表达，降低细胞焦亡标志物Caspase-1、IL-1β、IL-18 mRNA表达水平，减少细胞焦亡，从而减轻Dox心脏毒性，保护心功能。

3 结语

细胞焦亡广泛参与各种因素所导致的心肌损伤，根据诱因不同，激活启动的细胞焦亡途径不尽相同，其需要干预的靶点及治疗措施也各不相同。Caspase-1介导的经典途径、Caspase-4/5/11介导的非经典途径及Caspase-3/GSDME介导的细胞焦亡途径靶点众多。研究表明，中医药以其多靶点为优势，抑制细胞焦亡，减轻心肌损伤，从而保护心功能。同时，中医药以多组分、多通路等特点有效干预心肌细胞焦亡，抑制炎症级联反应，减少氧化应激，发挥保护心功能的作用。学者对众多中药提取物的研究证明，中医药对于靶点众多的细胞焦亡有明确优势，但是目前有关中药复方干预心肌细胞焦亡的实验证据相对缺乏，有待进一步研究。