三七总皂苷对脓毒症心肌保护作用的研究进展

高兴慧 汪磊 孔祥英

脓毒症是指由于感染引发宿主反应失调而导致的严重危及生命的器官功能障碍[1]。心脏作为人体最重要的动力器官，是脓毒症状态下极易被侵犯的器官之一。脓毒症心肌病常见于脓毒症患者，后果严重[2]。脓毒血症心肌损伤可导致心脏功能障碍，从而引起心脏射血分数下降，心排出量下降，血容量不足，显著增加脓毒症患者的死亡风险[3]。三七为五加科植物三七的干燥根，性温，味甘、微苦，归肝、胃经。中医学认为三七具有化瘀止血、活血定痛的功效。三七皂苷类成分是三七的主要活性成分，采用常规高效液相色谱法在20分钟内可快速分离出包括人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1、人参皂苷Rd、人参皂苷Re、三七皂苷R1等多种皂苷单体[4]。现代药理学研究表明三七总皂苷具有抑制炎症反应、改善能量代谢障碍、抗血小板异常活化、调节心肌细胞内钙离子浓度、清除氧自由基、抑制氧化应激反应、抑制心肌细胞凋亡等作用。目前对于脓毒症致心肌损伤的作用机制尚未完全明了，近年来诸多研究发现炎症反应、氧化应激损伤和细胞凋亡等在脓毒症所致的心肌损伤过程中起到关键作用。为了进一步探究三七总皂苷对脓毒症心肌保护的机制和疗效，笔者就近年来三七总皂苷对脓毒症心肌保护作用的相关研究进行综述。

1 三七总皂苷可抑制炎症反应以保护心肌细胞

脓毒症是由各种病原微生物侵入机体导致感染引起的全身炎症反应综合征。脓毒症状态下，机体受到内毒素的刺激产生的肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-1、IL-6、IL-18等促炎性因子对心肌的结构和功能都有直接的损害，导致心肌收缩力减弱、心肌细胞肥大[5]。因此，可通过减少炎症因子的释放以减轻炎症反应对心肌细胞的损伤，从而起到改善心脏功能的作用。

吴颖等[6]通过建立急性内毒素心肌损害动物模型，研究三七皂苷R1对小鼠心脏射血分数、心肌炎性细胞浸润情况等的影响，发现三七皂苷R1能有效防止由脂多糖诱导的心肌功能衰退，增强心肌收缩力；另外与脂多糖组相比，三七皂苷R1高剂量组中性粒细胞与巨噬细胞的量明显降低，促炎性因子IL-1β和TNF-α的表达水平明显下降，从而抑制炎症反应的发生，减轻炎症对心肌的损害。

核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一种转录因子，研究表明NF-κB信号通路与心肌细胞的促炎细胞因子释放、缺血/再灌注损伤、肥大和凋亡等多种病理过程有关[7]。NF-κB的活化使多种促炎基因表达上调，进一步激活诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等相关酶类及血管细胞黏附分子，使炎症反应呈级联放大[8]。WANG等[9]研究发现人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1能抑制TNF-α诱导的人冠状动脉内皮细胞炎症反应，抑制TNF-α诱导的NF-κB活化和内皮细胞单核细胞黏附以及细胞黏附分子的表达，起到保护冠状动脉内皮细胞作用。

Toll样受体4(Toll-like receptor-4，TLR4)→肿瘤坏死因子受体相关分子6(tumor necrosis factor-associated factor 6，TRAF6)→p38丝裂素活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinase，p38MAPK)→高迁移率族蛋白1(high mobility group protein 1，HMGB1)/TNF-α/IL是一条经典的重要的炎症信号传导通路。王卉等[10]在研究三七总皂苷对异丙肾上腺素诱导心肌细胞肥大的保护作用中发现，三七总皂苷中、高剂量组可减少心肌细胞TLR4蛋白、心房钠尿肽mRNA的表达，降低心肌细胞外液TNF-α的含量，从而抑制炎症反应，改善心肌肥大。赵保胜等[11]在探讨人参皂苷Rg1对Toll样受体及其信号转导通路的影响中观察发现，脂多糖可刺激TLR4及其下游通路的髓样分化因子88(myeloid differentiation factor88，MyD88)和TRAF-6病理性高表达，在经人参皂苷Rg1干预后，TLR4、MyD88、TRAF-6等细胞因子表达明显减少，从而起到抗炎症反应的作用。MA等[12]研究发现三七总皂苷可逆转心肌梗死大鼠血清C反应蛋白、TNF-α水平，可能通过调节转录激活因子3/丝裂原激活蛋白激酶激酶-3/p38MAPK和NF-κB信号通路改善心肌梗死大鼠的心功能和纤维化。

以上诸多研究表明，三七总皂苷可通过减少TNF-α、IL-1等促炎性因子的释放、抑制NF-κB信号通路、抑制TLR4→TRAF6→p38MAPK→HMGB1/TNF-α/IL炎症信号通路等多种途径抑制炎症反应，从而减轻炎症反应对心肌的损害，发挥保护心肌细胞的作用。

2 三七总皂苷可保护心肌线粒体，改善能量代谢障碍

心肌线粒体作为心肌氧化代谢的主要场所，是心脏能量产生和转化的重要枢纽，对于维持心脏功能有着重要意义。因此保护心肌线粒体功能正常，增强心肌能量代谢可以保护心肌细胞、改善心肌损伤。

乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)是糖无氧酵解的重要酶系之一，参与糖酵解和细胞能量代谢，其浓度变化直接影响机体组织的能量代谢[13]。汪梦霞等[14]的实验结果显示，在线粒体受损时，三七总皂苷能显著抑制LDH漏出，并抑制线粒体膜电位的下降和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活化，维护线粒体正常功能，以保证能量的正常合成与释放。据报道，人参皂苷RK3存在于加工过的三七中。SUN等[15]研究探讨RK3对缺氧复氧诱导的H9c2心肌细胞损伤的可能保护作用及其机制，研究结果显示，与缺氧复氧组相比，人参皂苷RK3预处理可使LDH漏出水平降低，H9c2心肌细胞活力增加。此外，RK3预处理组caspase-3活性降低、TUNEL阳性细胞和Bax表达降低、Bcl-2水平升高，可抑制心肌细胞凋亡。陈社带等[16]在探讨三七总皂苷对缺血心肌的保护及抗氧化作用中研究发现，三七总皂苷可明显提高缺血心肌大鼠心肌组织中三磷酸腺苷酶活性，促进心肌细胞三磷酸腺苷的能量代谢，减少因缺血引发的线粒体能量代谢异常以及心肌细胞损伤。

因此，可以总结出三七总皂苷对心肌细胞能量代谢障碍的改善作用机制主要体现在以下两个方面：一是抑制凋亡相关蛋白caspase-3的活性以抑制线粒体的凋亡；二是线粒体受损时，抑制LDH的漏出及提高三磷酸腺苷酶活性以改善心肌能量代谢。

3 三七总皂苷可抗血小板异常活化，改善微循环

脓毒症常常导致微循环障碍，在诱导多种心血管疾病发生及发展过程中扮演重要角色。脓毒症状态下，内毒素刺激机体产生并释放大量炎性介质，这些炎症介质作用于血小板表面相关受体使血小板异常活化，发生黏附、变形、聚集等反应，导致微循环障碍。活化的血小板还可通过多种途径促进凝血活性，激活凝血系统，导致机体出现凝血功能障碍，随着病情进展会出现弥散性血管内凝血、多器官功能障碍综合征等严重危及生命的后果。因此抑制血小板的异常活化和凝血系统的异常激活，在一定程度上可以改善微循环以减轻脓毒症心肌的损伤。

为了探究三七总皂苷对凝血酶诱导的大鼠高凝状态的治疗作用，QIN等[17]研究发现三七总皂苷通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ的过度表达和激活磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylin ositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)信号通路以抑制凝血酶诱导的血小板聚集，可显著改善大鼠体内高凝状态。ZHOU等[18]研究了人参皂苷Rg1对血小板活化的影响，研究结果发现，人参皂苷Rg1能明显降低凝血酶刺激的血小板聚集率(46%)、凝血酶增强的纤维蛋白原结合(81%)、单个血小板的P-选择素表达(66%)、血栓收缩率及血小板粘附；另外，人参皂苷Rg1能够有效抑制细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)磷酸化，从而阻断ERK信号通路，抑制血小板异常活化及抗血栓形成。

WANG等[19]研究发现三七总皂苷可调节内皮细胞环氧化酶(cyclooxygenase，COX)-2表达，增加血小板聚集抑制剂6-酮前列腺素F1α浓度，同时下调血小板COX-1表达，降低上清液血小板聚集诱导剂血栓素B2浓度，从而抑制血小板聚集和抗血管痉挛收缩，且三七总皂苷在保护内皮细胞和抑制血小板与受损内皮细胞粘附方面优于阿司匹林。

刘晓春等[20]研究发现人参皂苷Re能显著提高血小板内的环磷酸腺苷水平，抑制二磷酸腺苷诱导的血小板聚集。研究表明，人参皂苷Rg1、Rg2均具有较强的抗血小板聚集活性和一定的抗凝血作用，可增加活化部分凝血活酶时间、凝血酶原时间以延长病程凝血时间；与人参皂苷Rg1相比，人参皂苷Rg2具有相对更强的抗凝作用，并且有潜在的凝血因子X的抑制活性[21]。

三七总皂苷改善微循环作用机制繁杂，可通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ和COX-2过度表达、下调COX-1表达、激活PI3K/Akt/eNOS信号通络、阻断ERK信号通路、提高血小板内环磷酸腺苷水平等以抑制血小板异常活化、抗血小板聚集，还可以增加活化部分凝血活酶时间、凝血酶原时间以延长病程凝血时间。

4 三七总皂苷可调节心肌细胞内钙离子浓度

在脓毒症过程中内毒素导致心肌损害，产生能量的机械发生故障，心肌缺血缺氧，糖无氧酵解产生大量乳酸，致Na+-H+、Na+-Ca2+交换增多使细胞内游离钙浓度增加；此外，由于缺血引起的细胞膜受损，细胞膜通透性增加引起大量细胞外Ca2+内流进入细胞内，细胞内钙转运受损，致细胞内钙超载，可激活钙依赖性蛋白引起心肌细胞的凋亡。因此，调节心肌细胞内钙离子浓度，维持细胞内钙稳态，可改善心肌结构和功能的改变，抑制心肌细胞凋亡。

研究表明，Na+-Ca2+交换异常，线粒体内钙稳态遭到破坏，可继发性引起线粒体中电子传递链紊乱，导致产生过多自由基，加重细胞损伤[22]。朱智勇等[23]在制成大鼠低氧的同时给予有效剂量的三七总皂苷腹腔注射后，记录大鼠右心室肌细胞钙电流，实验结果发现，三七总皂苷可与Ca2+竞争性地结合心肌细胞膜上的位点，减少Na+-Ca2+交换以及Ca2+内流，从而阻滞低氧引起钙内流增高，抑制大鼠心肌细胞内钙超载。研究发现，人参皂苷Rd能通过调控受体依赖型Ca2+通道，抑制电压非依赖性钙离子进入，以达到调节细胞内Ca2+浓度的目的[24]。

为了探究人参皂苷Re增强豚鼠心室肌细胞延迟整流钾电流(IKs)和抑制L型钙电流(ICa,L)的机制，Bai等[25]研究发现人参皂苷Re对豚鼠心室肌细胞的电生理效应是通过一氧化氮(nitric oxide，NO)作用产生的，NO主要通过通道蛋白的直接S-亚硝基化影响IKs，而ICa,L则通过环磷酸鸟苷依赖的途径影响IKs，人参皂苷Re也通过NO作用抑制ICa,L。研究表明，人参皂苷Re能通过抑制ICa,L，增强IKs，以缩短动作电位持续时间，可改善心肌损伤。

心肌损伤缺氧使Ca2+内流增加，三七总皂苷一方面能抑制Na+-Ca2+交换，减少Ca2+内流，维持细胞内钙稳态，抑制心肌细胞损伤，另一方面可以抑制ICa,L，缩短动作电位时间，改善心功能。

5 三七总皂苷可抑制氧化应激反应

氧化应激是机体内氧化损伤与抗氧化保护作用失衡的一种状态，可产生大量氧化中间产物，是参与多种疾病炎性病变过程中的重要因素。过量的NO是导致脓毒症出现儿茶酚胺抵抗性休克的关键因素[26]。因此，在脓毒症状态下，阻断iNOS的合成和NO的过度产生可以改善休克性低血压以促进血液动力学的恢复，也能减少过氧化合物的产成和改善细胞能量代谢，对心肌细胞的保护起着重要作用。

研究表明NF-κB-iNOS-NO信号通路是人体内重要的氧化应激通路之一[27]。冯晓异等[28]通过建立体外细胞炎症模型，探究三七总皂苷对脂多糖诱导的RAW264.7细胞iNOS-NO-NF-κB信号通路相关分子的表达及活性的影响，研究结果显示，三七总皂苷可显著抑制脂多糖诱导的炎症因子iNOS、NO的产生，并能显著下调NF-κB的蛋白表达水平以抑制NF-κB-iNOS-NO信号通路活性、减轻氧化应激反应。三七总皂苷还能通过调节iNOS-NO-NF-κB信号通路，抑制炎症反应以减轻心肌损伤。研究发现，猪圆环病毒感染显著增加了iNOS的活性，并提高了细胞中NO的水平，三七总皂苷处理后能下调感染细胞iNOS的活性并抑制NO的过度分泌[29]。

6 三七总皂苷可清除氧自由基，保护心肌细胞

脓毒症状态下，心肌组织处于缺氧状态，机体能量代谢障碍，活性氧自由基生成增加，抗氧化剂相对不足。过量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)则会通过氧化损伤使细胞膜及线粒体膜发生脂质过氧化反应，破坏膜的完整性和影响膜的功能，致使心肌细胞损伤，影响心肌组织功能。因此清除过量的氧自由基可抑制脓毒症过程中心肌细胞的凋亡，保护心肌功能。

研究表明，三七总皂苷可抑制脂多糖触发的ROS的生成以减轻氧化应激反应，同时也可防止脂多糖刺激下单核细胞与内皮细胞粘附[30]。丙二醛是膜脂过氧化作用的重要产物之一，能直接反应ROS产生量和膜的受损程度。另外，ROS诱导的心肌损伤与内源性抗氧化酶的失活也有关。杨达宽等发现三七总皂苷能够提高缺血再灌注损伤心肌组织中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性，减少丙二醛、ROS的生成，减少线粒体氧化损伤，保护心肌细胞[31]。

氧自由基的过氧化杀伤主要是破坏细胞膜和线粒体膜的结构和功能，阻断细胞的能源来源，破坏溶酶体，使细胞自噬。Chen等[32]用毒胡萝卜素刺激三七总皂苷预处理的原代培养乳鼠心肌细胞，诱导内质网应激反应，测定总ROS、线粒体ROS，评估自噬内流，检测细胞活力。实验结果表明三七总皂苷可以调节ROS过度产生、抑制自噬、减轻线粒体损伤以消除内质网氧化应激反应及抑制心肌细胞凋亡。有研究表明激活PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路可抑制自噬并减少细胞氧化应激的发生[33]。为了探究三七总皂苷是否能通过PI3K/Akt/mTOR信号通路调控自噬从而减轻H9c2心肌细胞缺氧/复氧损伤，王飘等[34]研究发现三七总皂苷预处理后H9c2细胞p-PI3K、p-Akt、p-mTOR蛋白表达明显升高，从而抑制心肌细胞自噬流，起到保护心肌细胞的作用。

氧自由基可直接损伤心肌细胞膜，破坏心脏功能，三七总皂苷能增加内源性抗氧化酶的活性以减少ROS的生成，从而起到保护线粒体膜和心肌细胞膜的作用。另一方面，三七总皂苷通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制心肌细胞自噬并减少细胞氧化应激。

7 三七总皂苷可抑制心肌细胞凋亡

脓毒症小鼠模型中观察到，脂多糖诱导的小鼠脓毒症心肌病中，心肌细胞中的caspase-3、caspase-8、Bax活性明显增强，使小鼠心肌细胞凋亡率明显升高[35]。在新生大鼠心肌细胞建立脂多糖诱导的脓毒症模型中发现，脂多糖可显著降低新生大鼠心肌细胞的活性和抑癌基因Bcl-2的表达，而分别增强凋亡相关蛋白caspase-3和Bax的活性和表达，从而促进心肌细胞凋亡[36]。因此抑制癌症基因的异常表达以减少心肌细胞凋亡和坏死对脓毒症心脏功能的保护具有重要意义。

凋亡发生时，Bax通过促进细胞色素C的释放，诱导细胞凋亡；Bcl-2表达增多时可通过抑制细胞色素C的过度释放，从而抑制下游caspase-3的激活，抑制细胞凋亡。Bcl-2/Bax的比例常被用来衡量凋亡水平[37]。顾国嵘等[38]通过研究三七总皂苷预处理对大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护机制，发现三七总皂苷能明显减少大鼠TUNEL阳性细胞数、Bax蛋白表达，提高Bcl-2/Bax比值，通过调节线粒体膜的通透性抑制细胞色素C的释放,以抑制心肌细胞凋亡。实验结果显示三七总皂苷预处理能明显减少肌酸激酶同工酶的释放以及减轻心肌细胞超微结构损伤。

miR-30c-5p是近年来在心肌缺血再灌注损伤发病机制中备受关注的miRNA之一，有研究揭示了miR-30c-5p在心肌缺血/再灌注后心肌细胞损伤和凋亡中的关键作用，在三七总皂苷处理的H9C2细胞中miR-30c-5p表达水平显著升高，P53蛋白表达水平降低，从而起到增加缺血再灌注损伤心肌细胞的存活率，减少心肌细胞的凋亡的作用[39]。

有研究者通过研究三七总皂苷对衰老大鼠心肌细胞的抗凋亡作用，发现三七总皂苷能显著抑制衰老大鼠心肌的形态学改变，阻止心肌细胞凋亡的增加，并以剂量依赖的方式改善与衰老相关的线粒体功能障碍。三七总皂苷还显著逆转FoxO3a基因和锰超氧化物歧化酶的下调以及过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子-1α、LC3β和Beclin-1水平的上调[40]。

以上研究表明三七总皂苷能通过提高Bcl-2/Bax比值、增加miR-30c-5p表达水平、上调PGC-1α、自噬标志物LC3β和Beclin-1蛋白水平等多途径抑制心肌细胞凋亡，增加脓毒症心肌细胞存活率。

8 结语和展望

三七总皂苷对脓毒症心肌损害具有积极的治疗意义，通过抑制炎症反应、改善能量代谢障碍、抗血小板异常活化、调节心肌细胞内钙离子浓度、清除氧自由基、抑制氧化应激反应、抑制心肌细胞凋亡等多个方面发挥其对心脏的保护作用，具有很好的研究和应用价值。然而，目前对三七总皂苷在脓毒症心肌保护中应用的研究仍不够深入，尚缺乏多成分、多靶点、多通路药理作用的研究，不利于广泛推广应用。借助于现医学研究技术，深入地研究和探索中医药对脓毒症的作用机制，将有助于更好地推广应用中医药治疗脓毒症，寻求治疗脓毒症心肌损伤的新方法。