中医药基于转化生长因子-β信号通路在动脉粥样硬化的研究进展

王婷婷 于莉莉 杜 清 孙雪晴 陈玉善 尚莎莎 王 莉

(1 河南中医药大学第一临床医学院,郑州,450000; 2 河南中医药大学中医学院,郑州,450000; 3 河南中医药大学第一附属医院心脏中心,郑州,450008)

动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)是引起急性心脑血管事件的主要病理基础,由于早期症状不明显,大多数患者在确诊时已进入中晚期,最终引起一系列的心脑血管疾病及致命的后果[1]。AS发病机制主要是氧化低密度脂蛋白在大中型动脉内膜下沉积,被巨噬细胞吞噬形成泡沫细胞,随着病变的迁移,造成脂质沉积,引起内皮细胞损伤。此外,炎症反应和损伤刺激平滑肌细胞的增殖、侵袭,表型从收缩型转变为合成型,引起血管壁的异常修复和纤维化,导致斑块的形成和不稳定,最终导致AS的发生发展[2]。转化生长因子β(Transforming Growth Factor-β,TGF-β)信号通路作为一种明星通路是心血管疾病研究中的热点,是体内最重要的信号通路之一,具有复杂多样性,广泛参与体内炎症反应、免疫功能、增殖、分化和细胞凋亡等过程。研究发现,TGF-β在AS中的高表达,通过调节脂质沉积、内皮功能及斑块稳定性,参与调控AS的进展[3]。近年来研究发现,中医药具有靶向性、疗效好、不良反应小等优势,靶向TGF-β信号通路,能抑制炎症反应、减少斑块面积及易损斑块破裂等功效,在治疗AS中有着明显的优势。

1 TGF-β信号通路的组成与分类

TGF-β家族中与AS进展密切相关的配体主要有TGF-β(TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3),其中配体与TGF-β受体Ⅱ结合,从而招募、磷酸化并激活TGF-β受体I(TGF-β Receptor Type-I,TGF-βRI),在配体和受体形成异质复合体后,白细胞抑制因子受体(Receptor-regulated Smad,R-Smad)激活锚定负责招募特异性受体调节的白细胞抑制因子Smad,该受体与TGF-βRI结合,发生磷酸化后R-Smad被分离出来与Smad形成复合体并相互作用,最终进入细胞核调控特定基因转录[4]。Smad蛋白是介导TGF-β超家族细胞信号转导的转导器[5],根据不同受体作用机制分为3种类型。1)受体激活型(R-Smads):包括Smad1/2/3/5/8,其中Smad2/3被TGF-β磷酸化,起到TGF-β信号通路的胞内转导作用。2)共同介质型(Co-Smads):主要为Smad4,与活化的Smad2/3结合,保证Smad2/3在转移过程中始终保持转录活性,辅助TGF-β/Smads信号通路的胞内转导。3)抑制型(I-Smads):包括Smad6/7,其中Smad7起主要作用,能竞争性抑制R-Smad与受体结合,对TGF-β受体信号传递起负调控作用。此外,TGF-β还通过信号中间体直接作用激活其他细胞内途径,称为“非经典途径”[6]。见图1。

图1 TGF-β信号通路发生过程

2 TGF-β信号通路在AS发生中的作用机制

在AS早期,促进脂质沉积,加速泡沫细胞的形成,促进AS的进展。在AS晚期阶段,TGF-β信号通路依据下游激活因子不同对AS进展发挥双向调节作用,参与调控内皮功能、斑块稳定,影响AS的进展[7]。见图2。

图2 TGF-β信号通路在AS中的作用机制

2.1 脂质沉积 动脉壁脂质沉积是AS斑块形成中的关键因素,脂质氧化可诱发炎症反应,导致内皮功能损伤,最终导致斑块形成。在AS早期发病机制中,激活TGF-β1/Smad3信号通路,促进主动脉内膜脂质沉积,加速AS进展。LU等[8]通过基因沉默TGF-β后诱导的高脂血症大鼠AS模型,TGF-β1/Smad3信号通路失活,腹主动脉内膜-中膜厚度较正常组小鼠明显减低。GIALELI等[9]研究发现,TGF-β信号通路激活TGF-βRI/Smad2,刺激糖胺聚糖在蛋白多糖上延伸,促进脂蛋白在平滑肌细胞和巨噬细胞滞留,导致内膜下脂质沉积。此外,非经典通路TGF-β/Ras同源基因(Ras Homolog gene,Rho)/Rho激酶(Rho-kinase,ROCK)通路的激活,促进脂质氧化的发生,导致脂质沉积[10]。因此,TGF-β信号通路通过激活不同的下游靶点,促进脂质沉积,诱发AS斑块的形成。

2.2 内皮功能损伤 内皮细胞通过血管壁脂质积累和炎症介质的暴露而长期激活,引起活化的内皮细胞招募炎症介质,损伤内皮功能,加速AS的发展[11]。研究发现,TGF-β信号通路激活后的内皮-间质转化(Endothelial-to-mesenchymal Transition,EndMT)被认为是内皮功能障碍的关键步骤,损伤内皮功能,减少纤维帽胶原蛋白的含量和破坏斑块稳定性,加速AS的进展[12]。CHEN等[13]经单细胞测序对载脂蛋白缺乏(ApoE-/-)小鼠内皮细胞分析,内皮细胞基因低表达,与炎症反应相关的基因表达显著增加,EndMT高表达,损伤内皮功能,加速AS的进展。而WANG等[14]研究发现TGF-β可激活磷酸肌醇-3激酶(Phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Protein Kinase B,AKT)信号通路,激活下游内皮型一氧化氮合酶(Endothelial Nitric Oxide Synthase,eNOS)的释放,促进eNOS催化生成内皮产生一氧化氮(Nitric Oxide,NO)。NO是一种内源性抗AS的因子,可扩张血管,改变细胞通透性,保护血管内皮细胞,减缓血管内皮细胞功能障碍,保护内皮细胞功能免受损伤,改善AS,进一步证实了TGF-β/PI3K/AKT/eNOS在内皮功能损伤中发挥着相反的作用[15]。因此,这表明不同下游通路的TGF-β信号对内皮功能损伤发挥不同作用,调控AS的内皮功能。

2.3 斑块稳定 TGF-β信号通路对斑块稳定发挥双向作用。YURDAGUL[16]研究发现,有破裂倾向的AS斑块中TGF-β表达水平较低。HE等[17]发现过表达TGF-β信号通路激活TGF-βR/Smad2信号通路增加斑块中胶原蛋白的生成,维持斑块稳定。JUNG等[18]通过调节TGF-βR介导的易损调节因子,Smad2/3的磷酸化的膜蛋白水平下降,促进AS斑块中纤维蛋白溶解,防止斑块破裂,从而促进斑块的稳定性。而LIU等[19]激活TGF-β信号通路,平滑肌细胞增殖明显增强,主动脉组织中斑块和血栓数量减少,坏死核心形成减弱,加速AS的发展。此外,ROCK信号通路通过G蛋白偶联受体激动剂,激活TGF-βRI介导的蛋白多糖合成,促进平滑肌细胞增殖、分化,影响斑块稳定,进一步证实了TGF-β在调节AS斑块稳定过程中的重要作用[20]。综上所述,双向调节机制决定了TGF-β信号通路作为防治AS靶点的不稳定性,靶向调节TGF-β信号通路是防治AS的一个有效策略。

3 中医药靶向TGF-β信号通路防治AS研究现状

3.1 中医对AS的认识 历代中医医家根据AS导致的心血管疾病的临床特点,将其归于“胸痹”“真心痛”等范畴。胸痹首见于《黄帝内经·素问》:“热争则卒心痛。”[21]根据疼痛部位与症状,《黄帝内经》中有“邪在心,则病心痛……”“心病者,胸中痛……”的记载,并提出“卒心痛”“厥心痛”的名称。中医医家认为中医病机为本虚标实,多从痰、瘀、毒、虚等角度来论述AS[22]。治疗AS疾病的临床代表性中草药:补益中草药,如人参、黄芪、当归;活血化瘀中草药,如三七和丹参;清热解毒中草药,如黄连等[23]。在AS的发病机制中,由于TGF-β信号通路的多效性,其成为了一个新的治疗靶点,但完全抑制TGF-β信号通路并不可取,而这种“一正一反”的调节机制与中医理论中的“扶正祛邪”的理念相近[24]。中医药具有靶向调节TGF-β信号通路的作用,通过趋利避害、准确定位、不良反应小等优势在治疗AS中提供重要的帮助。此外,西药常需要明确诊断指征给药,对于早期AS患者往往缺乏有效的帮助,而中医药对临床无症状、无明确体征的AS患者可以补充治疗。

3.2 中药单体及中药提取物的干预作用 中药单体及中药提取物靶向TGF-β抗AS的作用大致分为4点。1)影响AS内皮功能障碍:如中药丹参的有效成分丹参酮ⅡA通过激活TGF-β/PI3K/AKT/eNOS通路,促进NO释放增加,引起细胞内游离Ca2+浓度下降,细胞通透性降低,抑制血管内皮细胞功能障碍,延缓AS的进展[25]。2)血管重塑:安石榴苷是从石榴皮中提取的多酚,是常见的抗炎、抗氧化天然化合物,通过抑制小鼠主动脉中TGF-β/Smad1/5的特异性激活,阻止低剪切应力和振荡剪切应力对血流的干扰作用,防止血管重塑[26]。3)心肌细胞损伤:黄芪的主要活性成分为黄芪甲苷,它通过抑制损伤心肌细胞TGF-βR1表达,激活促分裂原活化的蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase,MAPK)级联反应,减弱心肌细胞损伤,改善AS[27]。人参中主要有效成分人参苷Re通过抑制血清中TGF-β1表达,降低心肌细胞中Smad3和I型胶原蛋白表达,抑制心肌细胞纤维化,减慢心肌损伤[28]。此外,丹参酮ⅡA还可以通过下调TGF-β1,缓解心肌细胞纤维化,改善心肌细胞损伤,缓解心功能[29]。4)稳定斑块:丹参酮ⅡA联合黄芪甲苷通过激活PI3K/AKT/eNOS通路减弱ApoE-/-小鼠AS斑块易损性,维持斑块稳定[30]。参连提取物是从红参中提炼而来,它通过激活下游Smad2/3磷酸化,诱导细胞内TGF-β浓度升高,伴随着收缩型平滑肌细胞表型的增加,颈动脉的斑块面积减小,维持AS斑块稳定[31]。黄酮类化合物香青兰的主要成分香青兰总黄酮,将其加入高脂饮食诱导的ApoE-/-小鼠AS模型后,主动脉组织中TGF-β1、Smad2、Smad3基因水平明显下降,观察主动脉组织中可见斑块内脂质减少,内膜明显变薄,纤维帽脂质核心缩小[32]。信盼等[33]也证明了香青兰总黄酮通过干预TGF-β1/Smad2/3信号通路的转导抑制炎症介质表达,抑制平滑细胞增殖及活化,减轻炎症反应,稳定斑块。三七中的活性成分三七皂苷R1通过抑制TGF-β/Smad信号通路,抑制局部炎症介质的浸润,抑制血管内皮损伤后的细胞骨架重排,增强AS斑块的稳定。此外,黄连的有效成分小檗碱通过抑制TGF-β/Smad1/5/8信号通路,抑制瓣膜间质细胞向成骨细胞样细胞的分化,抑制碱性磷酸酶活性和钙化结节形成,为避免斑块内形成钙化提供帮助[34]。TGF-β信号通路调节巨噬细胞与平滑肌细胞表型转换,在功能上重构细胞外基质,稳定斑块,改善AS[35]。因此,中药单体及中药提取物研究显示了靶向TGF-β信号通路的调节作用,进而通过下游信号激活发挥不同抗AS的作用。对中药单体及中药提取物的研究有助于探究中药影响AS形成的具体机制。

3.3 中药复方的干预作用 二陈汤合桃红四物汤通过激活TGF-β/PI3K/AKT/eNOS信号通路,使ApoE-/-小鼠AS模型主动脉TGF-β、PI3K蛋白表达水平、AKT、eNOS蛋白磷酸化水平显著降低,抑制炎症反应及氧化应激,改善脂质代谢紊乱,还阻止了主动脉内较大斑块形成[36]。安宫牛黄丸是我国在急危重症救治中最负盛名的经典良方,在《温病条辨》中广泛应用于各种神昏病症,主要成分有牛黄、麝香、朱砂、雄黄、黄连、冰片等中草药成分,具有芳香开窍、解毒豁痰之功效。安宫牛黄丸提高TGF-β信号通路的表达,下调了动脉血管中的趋化因子受体、细胞黏附分子的表达,明显抑制高脂饮食诱导小鼠AS模型中的炎症反应,延缓AS的进展[37]。补阳还五汤作为中医的经典方剂,出自王清任的《医林改错》,是益气活血法的代表方,是由黄芪、川芎、当归、赤芍、桃仁、红花、地龙7味中药组成。研究发现,补阳还五汤通过激活TGF-β/Smad2信号通路转导,发挥抑制炎症反应和稳定斑块的作用,延缓AS的进展[38]。CHEN等[39]研究发现,补阳还五汤通过调节TGF-β/Smad2通路促进调节性T细胞分化,提高CD4+在调节性T细胞中的比例,调节脂质代谢及炎症介质水平,抑制炎症反应,减少斑块面积和胆固醇积累,从抗炎、稳定斑块、抗脂质沉积等多方面改善AS。

蛭龙活血通瘀胶囊由大血藤、黄芪、桂枝、人参、水蛭等5味中药组成,是杨思进教授在“益气祛风通络法”指导下,引入开通玄府的配伍方法,以“重用补气,辅以化痰祛瘀通络,佐以风药”为配伍原则研制而成的纯中药复方制剂,能降低血脂、抑制炎症反应,起到抗AS作用[40]。研究发现,蛭龙活血通瘀胶囊通过TGF-β/Smad通路,可减轻炎症反应和免疫反应,主动脉内膜增厚程度较模型组减轻,可见斑块变薄,泡沫细胞及炎症细胞浸润减少,中外膜不同程度增厚,减轻炎症反应和免疫反应,减少细胞外基质降解,从而稳定易损斑块,改善AS[41]。此外,复方贞术调脂胶囊是郭姣教授在调肝化浊祛瘀的基础上总结出的多年临床经验方。复方贞术调脂胶囊的某些单体成分如小檗碱、三七皂苷R1,在治疗AS疾病中发挥着重要的作用[42]。WANG等[43]采用高脂/高糖/高胆固醇饮食联合链脲佐菌素和冠状动脉球囊损伤的小型猪建立糖尿病-冠状动脉粥样硬化模型,给予复方贞术调脂胶囊后,显著抑制TGF-β激活下游冠脉内皮EndMT,减少对内皮的损伤,同时调节炎症反应,减轻细胞凋亡,减少冠状动脉狭窄和斑块,减缓AS的进展。由此可知,中医药通过调控TGF-β信号通路,减轻炎症反应,抑制平滑肌增殖、活化,减少斑块面积,稳定斑块等方面延缓AS进展,揭示中药具有多靶点、多效应等优势。因此,基于TGF-β信号通路探索中药防治AS疾病方面有着良好的应用前景。

4 小结

基于TGF-β信号通路的研究有助于未来进行精确靶点治疗药物的研发,实现特定的抗AS的疗效。中药在改善AS进展中具有确切的疗效,且不良反应小,安全可靠,为中医药基于TGF-β通路治疗AS提供更精准的方案。TGF-β信号通路中上游因子与下游因子在AS的作用机制复杂多样,目前的研究只是庞大的TGF-β家族信号通路的冰山一角,仍然存在诸多问题有待解决,如需要明确上调通路与下调通路的相互影响,不同时期的TGF-β信号通路持续作用AS的时间以及消失节点机制,将为今后靶向调控TGF-β信号通路提供理论基础。因此,亟须新的研究进一步揭示相关过程,补充目前的研究盲区,以期为临床治疗AS提供更多依据及途径。

利益冲突声明:无。