黄芪甲苷对心血管内皮保护作用的研究进展

陈学恒，宋秉春，张金国

(1.济宁医学院临床医学院，山东 济宁 272067； 2.济宁医学院附属医院心内二科，山东 济宁 272092)

心血管疾病在导致人类死亡的慢性疾病中居首位，严重威胁人类健康，给全球经济带来沉重负担[1]。人体的血管负责营养物质和氧的运输、交换以及新陈代谢产物的转运等，促进血管生成对于改善血液灌注、治疗缺血性疾病(如冠心病和心肌梗死)非常关键。血管内皮细胞是血管壁和循环血液之间的选择性屏障，其功能受损存在于心血管疾病的整个过程，因此，改善内皮功能障碍对于降低心血管疾病的发生风险具有重要作用。虽然目前关于心血管疾病发病机制和药理机制的研究已取得一定进展，但其相关的发病率和病死率仍较高，因此寻找疗效更佳、不良反应更小的药物迫在眉睫。与传统的化合物药物相比，天然药物具有不良反应少、长期毒性小、生物利用度可变等优点[2]。现代研究发现，中药在发挥药理作用过程中具有多效性，可有效防治心血管疾病[3]。中药黄芪是膜荚黄芪的干燥根，已有2000多年的应用历史[4]。黄芪甲苷作为从中药黄芪中提取的重要活性单体，具有改善内皮功能障碍和心脏功能、促进血管生成等药理作用[5]。现就黄芪甲苷对心血管内皮保护作用的研究进展予以综述。

1 黄芪甲苷保护心血管内皮功能的机制

黄芪甲苷具有多种药理作用，尤以对心血管内皮的保护作用最显著。血管内皮细胞的完整性对于维持血管的稳态至关重要，包括调节血管收缩舒张、白细胞与血小板之间的相互作用以及促进血管再生等。内皮功能障碍可以定义为内皮源性一氧化氮(nitric oxide，NO)合成、释放及活性受损或乙酰胆碱引起的血管舒张功能降低[6-7]。内皮功能障碍是心血管疾病发生的早期标志，也是糖尿病与心血管疾病之间的桥梁，两者的共同特征是NO的生物利用度受损[8]。NO由内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)产生，是维持血管内稳态的关键介质，NO减少可能因eNOS活性降低所致。氧化应激和炎症的持续存在可导致NO生物利用度降低，是引起内皮功能障碍的主要触发因素。而黄芪甲苷可通过抑制氧化应激和炎症反应以及内皮细胞凋亡等，改善血管舒张功能，进而保护血管内皮功能。

1.1抑制氧化应激 氧化应激是指体内氧化作用与抗氧化作用失衡，主要表现为氧化剂增加、抗氧化剂减少。活性氧类(reactive oxygen species，ROS)是氧化应激的主要参与者，机体通过酶类和非酶类抗氧化剂清除ROS防止氧化应激损伤。但在氧化应激发生发展过程中，这些防御机制均不能抑制ROS的过度生成，而过度生成的ROS与NO结合生成过氧亚硝酸盐，导致NO生物利用度降低，进而引起内皮功能障碍[9]。而黄芪甲苷可通过减少ROS的生成、抑制氧化应激反应通路等保护内皮功能。

四氢生物蝶呤是eNOS合成NO的关键辅助因子，在四氢生物蝶呤缺乏的情况下eNOS可解偶联并产生超氧化物而不是NO，从而导致血管内皮氧化应激的发生[10]。因此，保护四氢生物蝶呤免受氧化应激是减轻血管内皮细胞损伤的有效途径。研究发现，黄芪甲苷可抑制异丙肾上腺素诱导的SD大鼠超氧阴离子的产生、阻止四氢生物蝶呤的氧化、提高血清中eNOS二聚体/单体比值和NO水平，降低核因子κB p65的核质蛋白表达率，其机制可能是通过抑制eNOS解偶联和ROS-核因子κB途径减轻氧化应激和炎症反应，从而改善血管功能，同时抑制心肌肥厚的进展[11]。

此外，血糖升高是心血管疾病的危险因素，高血糖广泛干扰微血管和大血管的正常代谢活动,而黄芪甲苷可改善高血糖引起的内皮功能障碍。钙蛋白酶属于钙依赖蛋白酶家族，参与多种生物学过程，包括内皮功能障碍。研究发现，黄芪甲苷可降低链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠的ROS水平，增加NO的产生和eNOS的表达，并提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，其机制可能是通过减少氧化应激、下调钙蛋白酶-1表达、调节eNOS/NO信号转导，改善糖尿病大鼠的内皮功能障碍[12]。

1.2抑制炎症反应 炎症反应参与心血管疾病发生发展的各个环节，尤其在内皮功能损伤过程中起重要作用。研究表明，肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-18、IL-6、IL-1β等炎症因子可引起内皮功能损伤，促进心血管疾病的发展[13]。黄芪甲苷抑制炎症反应对血管内皮的损伤主要通过抑制相关信号通路的激活、减少炎症因子的释放实现。

血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)等黏附分子存在于包括内皮细胞在内的多种细胞中，参与炎症过程和内皮功能障碍，ICAM-1和VCAM-1均可促进炎症反应过程中白细胞与内皮细胞的黏附[14]。高血糖状态下，黄芪甲苷可通过降低内皮细胞炎症反应过程中IL-6、TNF-α等炎症因子水平，抑制VCAM-1和ICAM-1的表达，发挥内皮功能保护作用，这一保护作用通过抑制Toll样受体4/核因子κB信号通路的激活实现[15]。

P2X7受体是一种表达于质膜上的ATP门控阳离子通道，与多种心血管疾病(动脉粥样硬化、血栓形成等)相关[16]。p38促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)激活可加速炎症和氧化应激的发生。Leng等[17]研究发现，黄芪甲苷可通过抑制P2X7受体/p38 MAPK信号通路的激活减轻炎症和氧化应激，从而逆转高糖诱导的内皮功能障碍。

内皮细胞蛋白C受体(endothelial cell protein C receptor，EPCR)是炎症标志物，而佛波醇-12-豆蔻酸酯-13-乙酸酯是蛋白激酶C的激活剂，可诱导促炎细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6和IL-8的分泌。研究表明，TNF-α和IL-1β等细胞因子可诱导人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)EPCR脱落[18]，提示其可能通过减少TNF-α和IL-1β的产生抑制EPCR脱落。Ma等[19]研究发现，黄芪甲苷可通过MAPK和蛋白激酶C信号通路下调TNF-α转化酶的表达，抑制佛波醇-12-豆蔻酸酯-13-乙酸酯诱导的EPCR脱落，从而发挥对内皮功能的保护作用。

此外，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)在动脉粥样硬化性疾病的发生发展过程中也起重要作用，可通过增强氧化应激、炎症反应以及促进黏附分子的分泌诱导内皮细胞损伤[20]。Zhu等[21]研究发现，黄芪甲苷可通过上调ox-LDL诱导的HUVECs损伤模型核因子红系2相关因子2/血红素加氧酶-1信号通路的表达、抑制氧化应激、减少TNF-α和IL-6等炎症因子的释放，抑制炎症反应。研究发现，ox-LDL还可通过与凝集素样ox-LDL受体结合，影响内皮祖细胞的生物活性和生长过程[22]。内皮祖细胞主要来源于骨髓，是成熟内皮细胞的前体，因此内皮功能障碍可能与内皮祖细胞功能障碍有关[23]。Qian等[24]发现，黄芪甲苷可通过凝集素样ox-LDL受体/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3途径保护内皮祖细胞免受ox-LDL诱导的内皮损伤。

1.3抑制内皮细胞凋亡 正常情况下，为了维持血管内皮细胞的平衡和稳定，血管内皮细胞的凋亡和增殖率均较低。内皮细胞凋亡增加是内皮功能障碍的主要特征之一，可促进平滑肌细胞增殖和迁移，增加白细胞对内皮的浸润，导致内皮功能障碍和动脉粥样硬化[25]。而黄芪甲苷可通过抑制凋亡信号通路、减轻细胞凋亡，改善内皮功能障碍。

高血糖和炎症因子均可损害内皮功能，导致内皮功能障碍和动脉粥样硬化。c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于MAPK家族。JNK与应激反应、细胞凋亡、分化以及各种慢性疾病、肿瘤的发生发展均密切相关。如You等[26]研究发现，黄芪甲苷可通过抑制JNK信号转导通路和线粒体介导的凋亡途径，降低磷酸化JNK、磷酸化凋亡信号调节激酶1、细胞色素C、活化的胱天蛋白酶(caspase)9和caspase-3的表达水平以及B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2)相关X蛋白/Bcl-2的比值，进而减少高糖诱导的HUVECs细胞凋亡和炎症反应。此外，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4依赖的ROS聚集是血管内皮细胞凋亡的主要原因，在心血管疾病的发生发展中具有重要作用；而转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)在多种细胞的凋亡和增殖中发挥重要作用。研究显示，Smad2是TGF-β1下游的细胞因子，TGF-β1激活可导致Smad2激活，而被激活的Smad2可转位至细胞核，调节TGF-β1靶基因的转录[27]。Ma等[28]研究发现，过氧化氢可促进HUVECs中还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4依赖的ROS聚集，上调TGF-β1、Smad2、Bcl-2相关X蛋白和caspase-3的表达，下调Bcl-2的表达，进而促进细胞凋亡。而黄芪甲苷可抑制这一过程，其机制可能是通过抑制TGF-β1/Smad2信号通路激活减少过氧化氢诱导的HUVECs凋亡。同时，微RNA(microRNA，miRNA/miR)在不同的病理生理过程中也发挥关键作用，包括内皮损伤。Qian等[29]研究发现，黄芪甲苷可通过上调miR-140-3p的表达、抑制Krüpple样因子4/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信号通路的表达，减少ox-LDL诱导的HUVECs凋亡，从而保护内皮功能。

1.4抑制内质网应激 内质网稳态失调通常导致内质网应激，也是导致内皮功能障碍的机制之一[30]。氧化应激和炎症均与内质网应激相关，硫氧还蛋白相互作用蛋白/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3激活是内质网应激、炎症、细胞凋亡之间的关键环节[31]。Zhao等[32]研究发现，黄芪甲苷和环黄芪甲酚均可通过调节AMP活化的蛋白激酶活性抑制ROS相关的内质网应激，进而减少硫氧还蛋白相互作用蛋白/核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3活化和炎症因子IL-1β的分泌，减轻内皮细胞炎症反应和细胞凋亡，改善内皮功能障碍。

1.5通过内皮依赖性和非依赖性途径改善血管舒张功能 NO是控制血管舒张的主要内皮源性介质，且主要受eNOS调控。而PI3K和Akt是激活eNOS的关键上游调节因子[33]。Lin等[34]研究发现，黄芪甲苷可通过作用于大鼠胸主动脉环PI3K/Akt/eNOS信号转导通路促进血管舒张。Zhang等[35]发现，果糖喂养的大鼠出现代谢综合征，而高剂量黄芪甲苷可改善糖耐量和内皮依赖性血管舒张功能，增加亚硝酸盐和环鸟苷酸水平，其机制可能与NO/环鸟苷酸相关通路有关。以上研究均表明，黄芪甲苷可通过内皮依赖性途径舒张血管。

激活电压依赖性钙通道和受体依赖性钙通道可导致血管平滑肌收缩，而血管内皮细胞可通过合成和分泌各种生物活性物质，特别是扩张因子(如NO、前列环素和内皮源性超极化因子)调节血管张力。Hu等[36]研究发现，作为一种钙拮抗剂，黄芪甲苷可通过阻断受体依赖性钙通道和电压依赖性钙通道抑制血管收缩，同时还可调节血管内皮细胞中的NO水平，通过内皮依赖性和非依赖性NO通路舒张血管；此外，黄芪甲苷也可通过钾离子和硫化氢介导的内皮超极化反应引起血管舒张。

2 黄芪甲苷促进血管新生的机制

血管新生是在缺氧或其他相关应激状态下组织新生血管的一种主要形式。具有正常功能的内皮细胞是血管新生的关键因素，许多分子和信号通路参与了血管的萌发、成熟以及功能性血管形成的调控[37]。

2.1促进血管再生 血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和碱性成纤维细胞生长因子是促进内皮细胞生长和分化的关键因子，在血管生成中具有重要作用。VEGF可诱导内皮细胞的分化和成熟，而碱性成纤维细胞生长因子可上调整合素的表达，进而促进细胞的黏附和迁移，最终导致新生血管的形成[38]。Yu等[39]研究发现，黄芪甲苷可通过上调VEGF和碱性成纤维细胞生长因子等内皮细胞有丝分裂因子信使RNA和蛋白的表达，增加微血管密度，促进心肌梗死大鼠血管生成。Yang等[40]研究发现，给予心肌梗死模型大鼠黄芪甲苷后，大鼠心肌形态明显改善，新生血管增加，心肌组织中蛋白激酶D1、组蛋白去乙酰化酶5以及VEGF信使RNA和蛋白的表达均显著增加，表明黄芪甲苷可通过蛋白激酶D1-组蛋白去乙酰化酶5-VEGF途径促进血管生成。此外，人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)过表达也可引起内皮功能障碍，导致血栓形成，下调PTEN表达则可增加VEGF的表达，进而通过增强VEGF结合细胞的相关信号转导诱导血管生成[41]。Cheng等[42]发现，黄芪甲苷Ⅳ可显著改善急性心肌梗死大鼠心功能、提高存活率、缩小梗死面积、减轻病理改变和纤维化沉积，同时，还可抑制细胞凋亡、减轻超微结构损伤、促进血管生成，其机制涉及PTEN/PI3K/Akt信号通路的激活。此外，Wang等[43]研究显示，黄芪甲苷可通过胞外信号调节激酶1/2通路调节VEGF的合成，进而促进EA-Hy926细胞增殖和血管生成。Sui等[44]研究发现，黄芪甲苷可通过酪氨酸蛋白激酶-信号转导及转录活化因子3通路促进左冠状动脉结扎大鼠的血管生成，缓解其心力衰竭。

音猬因子(sonic hedgehog，Shh)是维持冠状动脉血管系统所必需的，同时也是缺血性疾病中的促血管生成因子。因此，Shh可能成为心肌梗死治疗中的一个有前途的候选靶点。Wang等[45]研究发现，川芎嗪和黄芪甲苷可协同改善大鼠心肌梗死模型左心室重构并保护其心功能，具体机制可能是通过上调Shh和Shh通路相关的信号分子诱导心脏血管生成。

2.2促进干细胞向血管内皮细胞分化 目前，间充质干细胞移植在心血管疾病治疗中广泛应用[46]。间充质干细胞可分化为成熟细胞并发挥生理功能。连接蛋白是一个结构相关的跨膜蛋白家族，其聚集在一起形成缝隙连接，连接相邻细胞的细胞质。通过缝隙连接分子构成的细胞间缝隙连接通讯，在调节新陈代谢以及细胞增殖、分化中起重要作用[47]。Li等[48]研究发现，丹参酮和黄芪甲苷可通过上调缝隙连接蛋白37、缝隙连接蛋白40和缝隙连接蛋白43的表达增强细胞间缝隙连接通讯功能，促进内皮细胞样细胞的血管生成。该研究为在冠心病细胞治疗中联合使用传统药物促进干细胞向血管内皮细胞分化以及改善血液供应重建提供了初步的实验依据。

3 小 结

黄芪甲苷可通过减轻氧化应激、抑制炎症反应和细胞凋亡以及促进血管生成预防血管内皮细胞功能障碍。且黄芪甲苷具有多层次、多靶点的药理作用，符合疾病复杂的发病机制，因此有可能成为治疗疾病及相关并发症的潜在临床候选药物。但黄芪甲苷在临床新药的研发和利用方面还存在一些问题，如黄芪甲苷在心血管疾病治疗中的作用机制复杂，某些可能涉及多个途径的治疗效果尚不清楚；黄芪甲苷水溶性和口服生物利用度均较低等。因此，未来还应继续黄芪甲苷的新药研发和作用机制研究，为保护血管内皮和治疗心血管疾病提供新思路。