肺炎相关信号通路及中医药治疗的研究进展

罗 成 叶远航 盛国光 李晓东 郑 岚 柯 佳

(1 湖北中医药大学中医临床学院,武汉,430060; 2 湖北省中医院/湖北中医药大学附属医院/湖北省中医药研究院肺病科,武汉,430074)

肺炎是由一种或多种病原体引起的急性呼吸道感染性疾病。其主要症状为咳嗽、发热、胸痛等,若处理不当,失治误治,易出现脓毒血症、多器官衰竭、急性呼吸窘迫综合征等多种并发症[1]。2019年的全球疾病负担研究的数据显示,全球有4.89亿人受肺炎的影响,其中5岁以下儿童和70岁以上的老人发病率最高[2]。当前,肺炎已成为全球高度关注的公共卫生问题,具有重大的临床和经济影响[3]。现代临床研究表明,中医药凭借多成分、多靶点、多通路的优势能有效调节肺炎相关信号通路降低肺炎的病死率以及多种并发症的发生率。现将肺炎相关信号通路及中医药防治的相关研究综述如下,以期为治疗肺炎提供理论依据,并可为后续临床药物研发和精准治疗提供新的靶点。

1 肺炎的中医认识

中医学并无肺炎病名相关记载,结合其临床表现,可将其归属于“肺炎喘嗽”“咳嗽”“风温肺热病”等范畴。其中风温肺热病在古籍中症状描述与现代医学肺炎发热、咳嗽、胸痛等临床表现最为相似,《素问·刺热篇》曰：“肺热病者,先淅然厥,起毫毛,恶风寒,舌上黄,身热,热争则咳喘,痛走胸膺背,大得大息,头痛不堪,汗出而寒。”陈平伯《外感温病篇》曰：“风温为病,春月与冬季居多,或恶风,或不恶风,必身热、咳嗽、烦渴,此风温证之提纲也。”对于肺炎的中医病因,历代医家普遍认为感受外邪是本病的直接因素,其中以风温为主。由此可见,本病多因风温犯肺,虚者多以肺、脾、肾三脏亏虚为主,实者多夹有伏痰、瘀血、气滞、湿浊等病理产物。

2 有关信号通路影响肺炎的机制

2.1 酪氨酸蛋白酶/信号转导和转录激活因子(Janus Kinase Signal Transduction and Transcription Activator,JAK/STAT)信号通路与肺炎 JAK/STAT信号通路是一种胞内普遍表达的信号转导通路,该信号通路是由多种细胞因子和生长因子传递信息,主要参与细胞增殖、分化、凋亡和免疫调节等重要生物过程[4]。在正常情况下,具有SH2结构域的STAT蛋白存在于细胞质内,且是无活性的,当细胞因子受体刺激时,介导JAK磷酸化,从而诱导无活性的STAT蛋白磷酸化,形成活性的同源二聚体、异源二聚体或四聚体,活性的STAT蛋白被转运到细胞核内,作为转录因子促进细胞凋亡、免疫调节、炎症反应、细胞周期分化和基因转录[5]。而炎症介质过度激活是肺炎及其并发症发病的主要原因之一,白细胞介素(Interleukin,IL)中IL-6、IL-1β以及肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)

等是引起肺炎肺组织损伤的主要炎症介质[6]。有研究表明,JAK/STAT信号通路的激活会促进炎症介质的释放,导致巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞大量产生并浸润肺组织,导致“细胞因子风暴”产生,从而加重肺组织的损伤[7]。

2.2 核因子κB(Nuclear Factor-kappa B,NF-κB)信号通路与肺炎 NF-κB信号通路是一种促炎通路,而NF-κB是一种普遍存在的转录因子。NF-κB信号通路包括经典和非经典2种通路,主要参与炎症和免疫反应中的各种细胞因子、趋化因子和黏附分子的基因表达[8]。正常情况下,NF-κB与NF-κB抑制蛋白(Inhibitor of Nuclear Factor Kappa B,IκB)在细胞质中形成稳定的IκB激酶(IkappaB Kinases,IKKs)复合物,若受到外界刺激,如感染,则抑制性IκB蛋白被磷酸化,并受到蛋白酶体的泛素化依赖性降解,导致NF-κB转录因子的释放,并转移到细胞核内激活靶基因的转录和蛋白合成[9]。有研究表明,肺炎中包括巨噬细胞在内的多种细胞会激活NF-κB信号通路,从而释放NF-κB转录因子,导致IL-1、IL-2、IL-6、IL-12、TNF-α、淋巴毒素-α(lymphotoxin-α,LT-α)、LT-β、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和各种趋化因子的产生,引起“细胞因子风暴”,加重肺部炎症反应和损伤[10]。

2.3 磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatei-Dylinositol 3 Kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Protein Kinase B,AKT)信号通路与肺炎 PI3K/AKT信号通路是细胞内主要信号转导通路之一,在许多细胞功能中发挥着关键作用,包括细胞增殖、凋亡、代谢、免疫重塑以及炎症反应等[11]。GUO等[12]研究发现重症H1N1肺炎患者中miR-4485表达下调,下调的miR-4485会通过激活PI3K/AKT信号通路促进H1N1感染引起的A549细胞损伤。研究发现,参与COVID-19反应的许多免疫细胞受PI3K/AKT信号通路的调节,如CD8、调节性T细胞、B细胞、肥大细胞和中性粒细胞,COVID-19患者可以通过抑制PI3K/AKT信号通路不仅减少病毒的进入与复制,还降低PI3K和AKT蛋白表达水平,从而增强抗病毒免疫力[13]。还有研究表明,SARS-CoV-2刺突蛋白激活细胞内活性氧的表达,抑制PI3K/AKT信号通路,从而诱导了自噬反应,促进感染细胞的炎症与凋亡[14]。

2.4 NOD样受体蛋白3(NOD-like Receptor Protein 3,NLRP3)信号通路与肺炎 NLRP3炎症小体是一种细胞内蛋白复合物,由NLRP3、ASC及胱天蛋白酶-1(Caspase-1)前体组成,与各种疾病的发病和进展有关,包括代谢紊乱、多发性硬化症、炎症性肠病以及其他自身免疫性和自身炎症性疾病[15]。NLRP3炎症小体能识别广泛的刺激,包括各种真菌、细菌和病毒,这些刺激会激活胞质中固有免疫信号受体NLRP3,促进NLRP3炎症小体的组装,从而激活Caspase-1,导致细胞死亡的过程被称为细胞焦亡,并使蛋白质水解,促进炎症IL-18和IL-1β的释放[16]。有研究表明,新型冠状病毒核衣壳蛋白能激活NLRP3信号通路与NLRP3直接相互作用,促进NLRP3炎症小体的组装,从而导致大量炎症介质、趋化因子的产生以及肺损伤的发生[17]。此外还有研究发现,长链非编码RNA H19,能靶向NLRP3信号通路调节脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)诱导肺炎小鼠中炎症介质IL-1β和IL-18的下降以及细胞死亡[18]。

2.5 核因子E2相关因子2(Nuclear Factor-E2-related Factor 2,Nrf2)/抗氧化反应元件(Antioxidant Response Element,ARE)信号通路与肺炎 Nrf2/ARE信号通路是目前公认抗氧化和外源性损伤最重要细胞防御机制之一,对包括炎症性疾病在内的多种疾病的恢复都起着重要的作用,如阿尔茨海默病、帕金森病、神经退行性疾病、糖尿病肾病、心脑血管疾病、类风湿关节炎等[19-21]。当机体出现氧化应激时,Nrf2与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated Protein-1,Keap1)相互作用,游离和新合成的Nrf2进入到细胞核并与小肌肉腱膜纤维肉瘤蛋白异源二聚化形成复合物,Nrf2/巨噬细胞活化因子(Macrophage Activating Factor,Maf)复合物可以激活ARE依赖的一系列抗氧化和细胞保护蛋白靶基因的转录[22]。有研究表明,激活Nrf2/ARE信号通路会降低耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus Aureus,MRSA)肺炎小鼠模型中TNF-α、IL-1β、IL-6和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的表达,抑制中性粒细胞等免疫细胞的浸润,减轻了肺损伤[23]。

2.6 高迁泳动族蛋白B1(High Mobility Group Box 1,HMGB1)-Toll样受体4(Toll-likeReceptor 4,TLR4)/糖基化终产物受体(Receptor For Advanced Glycation End Products,RAGE)信号通路与肺炎 HMGB1-TLR4/RAGE信号通路是一种炎症信号通路[24]。HMGB1是炎症进展中重要的晚期炎症介质,RAGE与TLR4与多种炎症疾病的发病有关[25]。当HMGB1在细胞受到外界损伤时可从细胞核释放到细胞质,TLR4/RAGE作为HMGB1的识别受体,三者相互作用,进一步介导众多下游信号通路,释放多种炎症介质和趋化因子,参与炎症性疾病的发生。一项临床数据发现,重症肺炎组肺泡灌洗液中TLR4、表达于髓样细胞的可溶触发受体(Soluble TriggeringReceptor Expressed on Myeloid Cells-1,sTREM-1)、HMGB1水平均高于轻症组,且TLR4、sTREM-1、HMGB1水平联合检测对肺炎严重程度的评估价值及预后的评估价值较高,有重要的参考意义[26]。

3 中医药调控有关信号通路治疗肺炎

近年来,随着中医药与肺炎深入研究,大量基础实验发现,中医药凭借多成分、多靶点的优势,可以通过调节肺炎有关信号通路来发挥提高免疫力、降低炎症介质、缓解症状、抗病毒、减轻炎症反应等优势,并且中医药治疗简便安全、经济有效。临床上常见肺炎包括病毒性肺炎、细菌性肺炎、支原体肺炎等。

3.1 病毒性肺炎 随着急性呼吸系统综合征、中东呼吸系统综合征、禽流感病毒感染疾病、甲型流感病毒感染和新型冠状病毒感染的出现,呼吸道病毒引起的肺炎已引起世界范围的广泛关注。目前针对病毒性肺炎并无特效药,因此寻找有效的抗病毒的中药、中药复方及中成药成为了研究的热点。李娟等[27]运用麻杏石甘汤加减治疗病毒性肺炎患儿疗效显著,能改善患儿临床症状和肺功能。此外有学者进一步研究发现麻杏石甘汤能有效抑制IL-6介导的JAK/STAT信号通路的表达,减少p-JAK2、p-STAT3、BCL-2相关X蛋白(BCL-2-associated X Protein,Bax)和Caspase3蛋白的表达水平,增加了B淋巴细胞瘤2(B-cell Lymphoma-2,Bcl-2)蛋白的表达水平,从而减轻了IL-6诱导的大鼠肺上皮Ⅱ型细胞的损伤。其甘草甜素、苦杏仁苷与血管紧张素转化酶2(Angiotensin Converting Enzyme 2,ACE2)、主蛋白酶(Main Protein,Mpro)和RNA依赖性RNA聚合酶(RNA-dependent RNA Polymerase,RdRp)有较好的亲和力,这可能是一种潜在的抗冠状病毒药物[28]。王思源等[29]研究发现感染甲型流感病毒的肺炎小鼠,非结构蛋白1(Non-structural Protein 1,NS1)和STAT1蛋白的表达增强,JAK/STAT信号通路处于激活状态,而银翘散组中NS1和STAT1蛋白减少,MxA(Myxovirus Resistant A)蛋白表达增强,肺组织的损伤减轻,这可能与抑制JAK/STAT信号通路的表达有关。有研究表明,连翘苷能显著阻断病毒的复制,并且通过抑制NF-κB信号通路相关蛋白NF-κB p65、p-NF-κB p65、p-核因子B抑制蛋白(NF-κB Inhibitor Protein α,IκBα)的表达,来下调SARS-CoV-2和HCoV-229E诱导的相关炎症介质,减轻病毒性肺炎的症状[30]。还有研究表明,穿心莲内酯硫酸盐能抑制Poly 1：C诱导的肺炎小鼠中NF-κB信号通路的激活,抑制肺组织中黏蛋白5AC(Mucin 5 Subtype AC,MUC5AC)和MUC5B的表达,减少炎症介质IL-6、TNF-α、IL-1β的产生,减轻肺炎肺组织的损伤[31],说明穿心莲内酯硫酸盐可以用于治疗病毒诱导的肺炎。MA等[32]通过甲型流感病毒诱导的肺炎小鼠发现,六神丸通过调节TLR4/NF-κB信号通路,来抑制TLR4、NF-κB p65、p-NF-κB p65、p-IκBα的表达,增加IκBα的表达,不仅能够显著抑制病毒的复制,而且还能降低炎症介质水平,从而减轻肺炎的损伤。XIA等[33]研究发现疏风解毒胶囊能显著降低HCoV-229E诱导的肺炎小鼠中病毒数量及肺中炎症介质IL-6、TNF-α和IFN-γ的表达,并增加CD4+T细胞和CD8+T细胞的数量,这可能与抑制NF-κB信号通路的活化有关。CUI等[34]研究发现苍麻化毒颗粒能显著降低HCoV-229E和H1N1诱导的2组肺炎小鼠中TNF-α、IL-6、IL-1β的表达,增加IL-4、CD4+T细胞和CD8+T细胞的表达,抑制肺组织中p-NF-κB p65/NF-κB p65蛋白的表达,其作用机制与抑制NF-κB信号通路有关。SHEN等[35]研究发现大黄酸能通过抑制NF-κB信号通路来抑制NLRP3激活,从而减少呼吸道合胞病毒诱导的BALB/c小鼠血清和肺组织中炎症介质IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-18和IL-33的释放,减轻肺组织的损伤程度。刘双等[36]研究发现清肺通络膏能有效抑制流感病毒感染的大鼠肺炎中PI3K/AKT信号通路的激活,与模型组比较,中药组能抑制PI3K、AKT、NF-κB p65蛋白的表达,改善大鼠畏寒、呼吸急促等症状,减轻肺组织结构及功能的损伤。

3.2 细菌性肺炎 细菌性肺炎为临床高发的肺系疾病。目前西医以抗感染等对症治疗为主,由于抗生素的普遍使用、耐药菌的广泛流行等原因,因此在今后临床工作中,为提高临床疗效,中西医结合治疗细菌性肺炎值得临床进一步研究和应用。贾盼红等[37]通过临床数据发现中药地胆头有抗炎作用,能改善肺炎患者发热、咳嗽、咳痰等症状,血清中TNF-α、IL-6、IL-8、TLR4、NF-κB表达水平降低,临床疗效显著,这可能与抑制TLR4/NF-κB信号通路有关。张鹏等[38]研究发现秦皮的提取物秦皮苷能抑制肺炎链球菌肺炎感染幼鼠的肺组织p-JAK2、p-STAT1、PSTAT5蛋白水平的表达,减少炎症介质IL-6、IL-1β的释放,减轻炎症反应及肺组织损伤,其机制可能与抑制JAK/STAT信号通路有关。有研究发现,清肺消炎丸能有效调节PI3K/AKT信号通路,抑制细胞因子和趋化因子的释放,减少免疫细胞浸润肺组织,从而改善铜绿假单胞菌诱导小鼠的肺水肿和坏死[39]。此外,还有研究发现,泻白散在治疗小儿肺炎主要是通过上调Bcl-2和下调p-AKT/AKT、Bax、Caspase-3蛋白的表达来抑制细胞凋亡,减少炎症介质IL-6、IL-1β的释放,这是由PI3K/AKT信号通路介导的[40]。卫丽等[41]研究发现紫草素能减轻肺炎链球菌肺炎小鼠肺损伤以及减少炎症介质IL-1β、TNF-α的表达,抑制肺组织中NLRP3蛋白的表达,降低肺血管通透性,这可能与抑制NLRP3信号通路有关。XU等[42]研究发现桂皮乙酸乙酯提取物能减轻LPS诱导小鼠的炎症反应以及肺损伤,并降低血清中IL-18、TNF-α和中性粒细胞的数量,增加IFN-γ的水平,并抑制肺中NLRP3、Caspase-1和IL-1β的mRNA表达,这可能与拮抗NLRP3炎症小体抑制NLRP3信号通路有关。此外,黄芪活性成分黄芪甲苷能通过激活Nrf2/ARE信号通路来明显升高肺组织中超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione Peroxidase,GSH-Px)的活性,降低髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性、减少MDA含量,以及下调Keap1蛋白表达,上调Nrf2、血红素氧合酶1(Heme Oxygenase 1,HO-1)蛋白表达,从而减轻肺组织损伤[43]。

3.3 支原体肺炎 支原体肺炎是由肺炎支原体感染引起的肺系疾病,多发于儿童,临床上治疗首选大环内酯类抗生素。中西医结合治疗不仅能增强大环内酯类抗生素的抑菌作用,还能减轻其不良反应及减少耐药毒株出现[44]。沈毅韵等[45]运用清肺通络方治疗小儿肺炎支原体肺炎,表明其临床疗效优于单用阿奇霉素,并可缩短病程,减轻炎症反应。有学者对此进行进一步探讨发现清肺通络方对肺支原体肺炎小鼠具有抗氧化作用,通过激活Nrf2/ARE信号通路,促进Nrf2、Keap1及Nrf2下游因子HO-1、依赖性辅酶还原酶/醌氧化还原酶1蛋白的表达,从而达到抗氧化应激、减轻肺损伤的作用[46]。有研究发现,清肺透邪汤通过抑制NF-κB信号通路介导的NLRP3炎症小体的表达,使肺炎支原体肺炎小鼠肺组织中NLRP3、ASC、Caspase-1、社区获得性呼吸窘迫综合征毒素(Community-acquired Respiratory Distress Syndrome Toxin,CARDS TX)蛋白水平降低,NF-κB蛋白水平升高,从而抑制炎症介质IL-1β释放,减轻肺组织损伤[47]。此外,有学者发现肺炎支原体能激活NLRP3炎症小体相关蛋白,诱导下游因子IL-1β、IL-18水平上升,引起免疫炎症反应,而清肺通络方能降低NLRP3炎症小体各相关蛋白ASC、Caspase-1、NLRP3的含量和下游因子IL-1β、IL-18水平以及A549细胞的凋亡率[48]。

4 小结与展望

综上所述,肺炎的发病与多种信号通路有关,包括JAK/STAT、NF-κB、PI3K/AKT、Nrf2/ARE、NLRP3、HMGB1-TLR4/RAGE等信号通路。在肺炎的发生发展过程中,NLRP3、JAK/STAT、NF-κB、HMGB1-TLR4/RAGE、PI3K/AKT等信号通路的激活具有放大信号传递的作用,降低这些通路分子的磷酸化将有助于改善肺炎的发生发展,而Nrf2/ARE信号通路的激活则相反将抑制肺炎的发生发展。中医学认为阴的属性为抑制,阳的属性为激活,在肺炎发病、发展中这些通路的抑制和激活与中医阴阳理论中对立制约、消长平衡等内涵高度相似,通路的抑制属阴,激活属阳。正常情况下,人体阴阳自和,相关信号通路亦无异常表达。正如《素问·至真要大论》曰：“谨察阴阳所在而调之,以平为期。”在此基础可推测“一正一反”的通路反馈信号与中医阴阳理论关系密切。《素问·生气通天论》曰：“阴平阳秘,精神乃治。”指出调和阴阳为治病总纲。因此运用中医理论辨证用药调整人体阴阳,进而针对肺炎有关信号通路进行调节,对于肺炎的治疗有一定的帮助。后期本团队将进一步运用中医阴阳理论去探讨肺炎有关信号通路之间的内在联系和规律,或为肺炎的认识和防治提供新思路与方向。近年来,随着免疫抑制剂和抗生素的使用增多,耐药菌的广泛流行,导致部分患者的耐药性增高,临床抗感染治疗效果欠佳,不良反应较多。而中医药调控肺炎相关信号通路治疗肺炎显示出独特的优势,中药单体、中药复方以及中成药具有多通路、多靶点、多通道发挥药效以及不良反应少等优点,并受到了广泛认可。见表1～2。

表1 中药单体调控肺炎相关信号通路及作用

表2 中药复方调控肺炎相关信号通路及作用

中医药治疗肺炎虽然疗效确切,但仍存在一些问题：1)中药成分、中药复方以及中成药的组成复杂,其具体活性成分针对具体信号通路的发挥抗炎作用机制还需要进一步研究;2)中医药治疗肺炎机制颇多,涉及多个信号通路,但大多讨论单一通路,对于通路之间协同参与的联系讨论还不够深入;3)目前,肺炎相关信号通路的研究大多局限于体外细胞实验或动物实验,相关临床研究尚且缺乏;4)中医整体观念和辨证施治,与信号通路之间是否存在相关性?信号通路的“一正一反”与中医“阴阳”理论是否存在一定的关联?5)目前对于有关信号通路与肺炎潜在治疗靶点的研究程度尚且不够深入。

由此可见,在今后临床研究中,中医药对肺炎的治疗上仍需要深入研究,将临床研究与实验研究有效结合,建立统一的临床标准。深入研究中药活性成分及潜在治疗靶点,尽可能阐明中药及中药复方针对具体信号通路发挥药效作用的物质基础。基于中医药理论,在确保疗效与安全性的前提下,倡导中医内治法与中医外治法结合使用,研究新剂型,并且基于肺炎相关信号通路分子作用机制的研究,有利于中药新药针对具体靶点的研发,从而使中医药能精准靶向治疗肺炎,能极大幅度提高临床疗效,提高患者生命质量,将为中医药治疗肺炎的下一步研究提供参考。

利益冲突声明：无。