心力衰竭氧化应激与中医药研究进展

宋琳琳 薛一涛

(1 山东中医药大学，济南，250355；2 山东中医药大学附属医院心病科，济南，250014)

心力衰竭(Heart Failure,HF)是心肌梗死、高血压、心肌病和瓣膜性心脏病等心血管系统常见病的心脏功能失代偿时期的综合征[1]。随着世界人口的老龄化和老年人患病率的逐年增加，HF已成为人们重点关注的世界公共卫生问题，HF的防治也是医学正在面临的严峻挑战。HF是由神经体液机制、细胞因子、氧化应激和心肌细胞凋亡等多种复杂因素共同导致，它们之间又相互联系和影响。大量心血管研究的进展已经表明氧化应激是心力衰竭发生和发展的直接或间接病理生理学途径[2-3]。

1 氧化应激在心力衰竭中的作用机制

1.1 氧化应激的概述 氧化应激是由于活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的过量对细胞蛋白质、脂质和DNA造成损伤，而机体抗氧化防御系统无法消除，导致细胞坏死和凋亡。1956年，HARMAN[4]对ROS在衰老过程中的作用进行了开创性的观察，并且作为细胞损伤介质的ROS概念在衰老理论中开始被广泛接受。ROS包括氧自由基，例如超氧化物、羟基自由基和单线态氧、过氧自由基，以及能够产生自由基的非自由基，例如过氧化氢(Hydrogen Peroxide,H2O2)、次氯酸等。丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是氧自由基作用于脂质发生过氧化反应的终产物，细胞毒性明显，能加剧细胞膜损伤，通常作为氧化应激反应程度及氧自由基生成量的反映指标[5]。正常心肌中配备的各种内源性酶和非酶抗氧化剂系统，足以抵消活性氧的细胞毒性产物，其中抗氧化酶包括：超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)，谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione Peroxidase,GSH-Px)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(Peroxidase,Prx)，非酶系统，例如生育酚/维生素E，β-胡萝卜素等。在生理条件下，细胞内产生少量的ROS，这些ROS在正常传导细胞信号，并且可以很容易地被自身抗氧化系统减少。然而在心力衰竭时，过量浓度的ROS导致脂质过氧化物超量转化，此时MDA水平升增高，触发前馈循环机制后氧化应激水平升高，导致心肌收缩和舒张功能进一步恶化[6]。

1.2 心肌细胞中ROS主要来源

1.2.1 线粒体 线粒体是成人心肌细胞的重要双膜细胞器，俗称细胞的“动力源”。线粒体通过氧化磷酸化产生ATP合成所需的电化学梯度,其能量代谢是氧化剂的主要来源,因此在心脏氧化应激中发挥独特的作用[7]。线粒体呼吸链在正常生理条件下的电子传递过程中，98%的电子产生的电化学梯度被利用转化为ATP并释放能量，仅百分之一到二的电子“泄漏”被氧还原成超氧化物，此时线粒体内源清除机制可正常将其清除[8]。心力衰竭时产生过量的ROS会对线粒体DNA造成破坏，从而导致呼吸复合物的下调，从而表现出呼吸耦合降低和电子从呼吸链泄漏的增加，从而进一步提高ROS的产生[9]。另外，Kohlhaas等[10]在建立的豚鼠心力衰竭动物实验模型中发现，在心力衰竭中升高的细胞溶质钠离子([钠离子]i)加速Ca2+流出来导致降低线粒体Ca2+([Ca2+]m)。抗氧化酶的生成需要还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate,NADPH)，NADPH是克雷布斯循环(Krebs)间接产物，而Krebs循环脱氢酶由[Ca2+]m激活，因此在衰竭的心肌细胞中，升高的[Na2+]i会增加线粒体ROS的形成而导致能量失衡和氧化应激。

1.2.2 还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase,NOX) NADPH氧化酶作为ROS的主要心血管来源，在多种心血管系统疾病的病理生理学中发挥重要的作用[11]。研究发现NOX是它们的核心催化亚基，其中NOX1，NOX2，NOX4和NOX5亚型在心血管系统中表达，NOX2和NOX4在心脏中含量最高，是氧化应激的主要来源。心力衰竭的病理条件下，由于血管紧张素Ⅱ(AngiotensinⅡ,AngⅡ)，α-肾上腺素能激动剂，内皮素-1等不同因素对细胞进行刺激，NADPH氧化酶活性可明显增强[12]。NOX2的激活取决于p22phox、p67phox、p40phox和p47phox基因的调控，一旦NOX2被激活，NADPH就可以与细胞内C末端结合并将电子从NADPH转移到氧气上，从而在膜的另一端产生ROS[13]。在2007年进行的研究中，对NOX依赖性ROS产生和下游信号转导过程有更加详细见解，作为慢性神经激素激活因素之一的AngⅡ，是心力衰竭进展的重要环节[14]。在内皮细胞中，AngⅡ通过促进与NOX2相关的多蛋白复合物装配来增加NOX2活性，并通过增加NOX2和NOX4的活性和表达以促进ROS的产生[15]。Kuroda等[16]构建c-Nox4-/-小鼠实验模型发现内源性Nox4直接利用NADH作为电子供体，调节促进超氧化物产生的反馈机制而参与线粒体氧化应激，并且NOX4的过度表达诱导了心肌成纤维细胞的增殖，加剧了心脏纤维化和功能障碍，结果表明Nox4是线粒体氧化应激的重要来源。

1.2.3 黄嘌呤氧化还原酶(Xanthine Oxidoreductase,XOR) XOR属于钼酶，能够催化次黄嘌呤转化为黄嘌呤，黄嘌呤转化为尿酸，生成超氧化物代谢产物。XOR的基因表达受细胞因子和糖皮质激素的调节，此外缺氧和高氧状态下其表达也不同。XOR具有2种可相互转换的形式：黄嘌呤氧化酶和黄嘌呤脱氢酶，它们将电子从黄嘌呤转移到氧和NAD+分别产生超氧化物，过氧化氢和NADH。另外，XOR也可以通过NADH氧化酶活性产生超氧化物[17]。Landmesser等[18]在心力衰竭患者和对照组的细胞外SOD和黄嘌呤氧化酶活性测定中发现与内皮相关SOD活性显著降低，而与内皮结合的XOR活性提高了双倍以上，结果表明XOR的增加与CHF患者血管氧化应激的增加密切相关。

1.2.4 一氧化氮合酶(Nitric Oxide Synthase,NOS) 一氧化氮(Nitric Oxide,NO)是来源于内皮细胞的血管舒张因子，由NO合酶的3种同工型利用左旋精氨酸(L-精氨酸)和分子氧作为底物产生的，分别是内皮型一氧化氮合酶(Endothelial Nitric Oxide Synthase,eNOS)、神经型一氧化氮合酶(Neural Nitric Oxide Synthase,nNOS)和诱导型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase,iNOS)，其中eNOS是与心血管疾病相关联的重要基因，正常生理条件下，eNOS参与调控血管舒张和血压，具有保护血管和内皮功能的作用[19]。NOS的酶活性取决于底物和辅因子的可用性，四氢生物蝶呤(Tetrahydrobiopterin,BH4)作为eNOS功能的关键调控表明BH4可能是血管疾病状态下的合理治疗靶标。在心血管疾病因素导致的内皮危险微环境中，由于缺少辅因子BH4，NOS会降低分子氧而不是L-精氨酸含量，从而导致合成的是超氧化物而不是NO，这种现象称为“NOS解偶联”。同时，这种现象将内皮NOS的必需辅因子(BH4)氧化为三氢生物蝶呤自由基(Trihydrobiotic Trexate Free Radical,BH3·)，并导致进一步的ROS和活性氮形成[20]。

2 中药防治心力衰竭的研究进展

中医药对心血管系统的作用机制是我国重要的研究课题之一。大量国内外文献表明中药单体及有效成分、中成药和中药复方可通过增强心肌细胞SPD活性、降低过氧化脂质含量和调节氧化应激因子和信号通路等机制减少ROS产生，从而提高机体抗氧化能力，防治心力衰竭的发生和发展。

2.1 中药单体及有效成分

2.1.1 葛根素 栾博等[21]通过对大鼠心力衰竭实验模型研究发现葛根素通过上调抗氧化应激核转录因子红系2相关因子2通路、减少ROS积聚，提高内源性抗氧化物GSH-Px及SOD的活性，增加机体清除自由基的能力，从而改善心力衰竭损伤细胞后的氧化应激反应，对心力衰竭起保护作用。

2.1.2 山莨菪碱 宋艳玲等[22]观察了山莨菪碱对心肌缺血再灌注大鼠氧化应激、心肌损伤的影响，实验发现从本实验中可以看出，使用山莨菪碱处理的各组可以反映机体内MDA水平降低、SOD水平升高，说明山莨菪碱可以通过抑制氧化应激保护心肌缺血再灌注损伤。

2.1.3 白藜芦醇 陈珏等[23]通过SD心力衰竭大鼠实验模型发现白藜芦醇干预模型氧自由基清除酶活性提高，且和白藜芦醇剂量正比，表明白藜芦醇通过调控氧化应激相关基因以抑制氧化应激状态，改善心功能。

2.1.4 红花醇提物 杨艳[24]建立原代培养的大鼠乳鼠心肌细胞损伤模型，实验发现红花中药醇提物能减轻黄嘌呤/黄嘌呤氧化酶抗氧化机制的损伤，提高心肌细胞存活率，可能通过提高机体的抗氧化酶活力来清除体内过多的氧自由基，或是抑制脂质过氧化的发生,减少对生物膜的损伤,达到对细胞的保护作用。

2.1.5 槲皮素 Dugas等[25]利用总氧自由基清除能力(Total Oxygen Radical Scavenging Capacuty,TOSC)测定法确定黄酮类化合物槲皮素可与超氧阴离子(Superoxide Anion,ONOO-)结合而减少氧自由基产生，降低NADPH消耗，从而提高机体抗氧化能力。

2.2 中成药

2.2.1 速效救心丸 速效救心丸的主要组成是川芎和冰片,其中川芎行气活血止痛，冰片清热解毒、开窍止痛。段飞鹏[26]对速效救心丸的有效成分进行分析并且建立体外糖氧剥夺细胞模型实验，结果表明速效救心丸能提高缺血心肌细胞内线粒体含量和线粒体复合物Ⅰ和复合物Ⅱ的活性，增加氧化磷酸化效率，降低线粒体内ROS水平，对缺血心肌起到保护保用。

2.2.2 养心氏片 养心氏能够扶正固本，益气活血，行脉止痛，主要由黄芪、灵芝、党参、丹参、葛根、当归等13味药物组成。袁炜婷等[27]选取80例心力衰竭患者设置不同药物观察组观察养心氏对其血流动力学及氧化应激的影响，结果表明养心氏能够提高心肌细胞中CAT、SOD、琥珀酸脱氢酶(Succinate Dehydrogenase，SDH)等氧化应激相关因子水平，减少心肌耗氧量，改善机体氧化应激损伤。

2.2.3 复方丹参滴丸 复方丹参滴丸主要成分为丹参、三七、冰片，具有活血化瘀、理气止痛的作用。范宝晶等[28]通过动物实验模型发现复方丹参滴丸能提高大鼠心肌细胞血清中SOD活性和抗自由基损伤能力，降低MOD的含量和缺血再灌注心肌的氧化应激水平，促进心血管微循环。

2.2.4 复方天芪航力片 复方中药天芪航力片主要由红景天、黄芪、当归、白芍、丹参等组成，具有补气养血、活血调经止痛的功效。陈良恩等[29]在研究中发现复方中药天芪航力片能够在增强心肌线粒体抗氧化酶的活性，抑制脂质过氧化反应的同时降低MDA含量，从而提高线粒体呼吸功能和抗氧化能力。

2.3 中药复方及注射剂

2.3.1 生脉真武救心汤 生脉真武救心汤由茯苓、丹参、党参、麦冬、熟附子、五味子、炙甘草等组成，具有益气温阳、活血利水的功效。谢健燕[30]对比生脉真武救心汤对心力衰竭患者观察组和对照组的氧化应激状态不同影响后，发现生脉真武救心汤能改善患者心肌重构，降低过氧化脂质含量，增强自由基清除效果，诱导血清MDA水平下降，提高GSH-Px、CAT、SOD含量，维持机体氧化-抗氧化系统平衡。

2.3.2 丹红注射液 丹红注射液由红花、丹参提取物组成,其主要成分包括丹酚酸、丹参酮、红花等,具有活血通脉、通脉舒络等功效。王景[31]使用丹红注射液治疗老年慢性心力衰竭时，发现丹红注射液中丹参酮对NADH/还NADPH氧化系统激活具有阻断作用，并抑制了氧自由基生成，减轻了心肌细胞的脂质过氧化损伤，心脏收缩与舒张功能得到增加。

2.3.3 生脉注射液 生脉注射液由红参、麦冬和五味子组成，具有益气养阴，复脉固脱作用。Zhu等[32]在建立的H2O2诱导的心肌细胞氧化应激模型研究中发现生脉注射液可以减少ROS和MDA的产生，恢复H2O2抑制的SOD活性，并降低NADPH氧化酶产量来减轻细胞内氧化应激水平。

2.3.4 益气解毒方 益心解毒方是由黄芪、丹参、白术、金银花等组成，具有益气活血、清热解毒的功效。冯玄超等[33]研究发现益气解毒方可显著下调心力衰竭气虚血瘀证大鼠心肌组织中NOX2及NOX4的蛋白表达，调控心肌氧化应激水平而保护心肌细胞。

3 小结

氧化应激是多种心血管疾病的共同生理病理基础之一，也是贯穿于心力衰竭病情发展的全过程，其参与机制的信号分子和调控通路复杂，因此抗氧化应激在预防和改善心力衰竭中发挥关键作用。西医对于心力衰竭的治疗主要依赖于通过用β受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素Ⅱ1型拮抗剂等药物靶向来减少心脏工作量，虽然这些干预措施缓解部分症状，但对心力衰竭的病死率和病情预后的影响有局限性[34]。中药具有多靶点、整合调控的特色优势，从中医药角度探究可应用于抗氧化应激、改善心力衰竭预后损伤的药物空间较大，然而,中草药作用于心力衰竭氧化应激的机制复杂，国内外学者对抗氧化应激中药的多种类、细胞因子活性和信号通路的多样性欠缺具体的深入研究。本研究总结了心力衰竭与氧化应激相关的作用机制，归纳了中药单体及有效成分、中成药和中药复方在抗氧化应激方面的研究进展，希望抗氧化应激中药可作为中西医沟通研讨的纽带之一，为未来心力衰竭抗氧化的新药物和针对不同氧化应激位置和性质研究出靶向化诊疗方案提供参考思路。