中药党参及黄芪改善肝脏缺血再灌注损伤的机制研究

张世斌

缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury, IRI)在1996 年首次被Jennings 等人提出, 是指机体组织、器官在缺血一段时间后, 再次恢复血流状态但原来的功能没有恢复, 组织、器官的功能障碍和结构损伤反而加重, 发生不可逆损伤的现象。肝脏缺血再灌注损伤(hepatic ischemia reperfusion in-jury, HIRI)是指肝脏组织缺血一段时间后血流能重新恢复, 但肝脏结构和功能损伤却更加严重的现象, 临床上常见于失血性休克、肝脏严重创伤手术、肝脏肿瘤切除术、肝脏移植等情况。保护生物膜和改善微循环、清除氧自由基、减轻炎症反应是HIRI 选取药物的主要原则。活血化瘀、清除氧自由基、减轻炎症反应的中药, 对HIRI 具有一定的保护作用。本文对近年来有关中药党参及黄芪改善HIRI 机制的研究进行综述。

1 HIRI 的机制

HIRI 能降低肝脏代谢功能、肝脏解毒功能, 导致肝脏微循环出现障碍, 严重者还会引起肝功能衰竭, 直接影响疾病预后、手术成功率以及患者存活率。一般应用肝部分切除手术治疗肝脏良恶性肿瘤、肝内胆管结石、肝外伤等疾病, 肝移植是肝病终末期唯一有效的治疗方式。但HIRI 是肝切除术及肝移植的主要制约因素之一, 其病理生理过程复杂, 如何有效改善HIRI将有助于降低手术对肝功能的影响［1］。HIRI 是肝脏外科手术的常见现象, 而氧自由基过多、炎症因子以及细胞凋亡等是引起损伤的重要机制, 进一步研究其机制, 对研究肝脏疾病有重要的临床意义。HIRI 的机制如下。

1. 1 氧自由基的损伤作用 在正常的生理环境下, 机体处在一个动态平衡的状态, 机体内不断产生氧自由基, 又将氧自由基不断清除, 使机体能保持正常的生理状态。一旦机体处于受损状态, 氧自由基不能被及时清除, 组织器官内的氧自由基不断增加, 会对组织器官造成损伤。当肝脏缺血再灌注时, 氧自由基会不断增加, 而氧自由基能改变细胞膜的流动性和通透性, 产生多种脂质过氧化物, 直接损害肝细胞；肝细胞缺血缺氧使腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)大量分解, 分解产物次黄嘌呤在肝脏中大量堆积, 大量Ca2+进入线粒体, 致使线粒体功能受损, 氧自由基大量生成, 打破氧自由基动态平衡, 对肝细胞造成损伤；氧自由基能破坏溶酶体、线粒体及微粒体等多种细胞器结构膜, 损伤肝细胞。

1. 2 钙超载的损伤作用 ①过量Ca2+能破坏微循环：肝脏内皮细胞的钙超载能导致肝内微循环阻抗增大,造成再灌注微循环血液流量降低, 出现钙超载现象, 使肝脏微循环出现障碍；②肝细胞内高浓度Ca2+和ATP的变化能影响线粒体内膜的静息电位, 大量的Ca2+进入线粒体, 形成磷酸钙沉积, 出现钙超载现象, 大量减少ATP 合成, 导致肝细胞线粒体功能障碍；③胞浆内高浓度的Ca2+能激活磷脂酶C 和磷脂酶A 等多种钙依赖性降解酶, Ca2+能加速水解膜磷脂, 破坏细胞膜双分子层结构, 进而对肝细胞膜造成损伤；④Caspases-3是凋亡的执行者, Caspases-3 的激活依赖于胞质内Ca2+的参与, 钙超载致使大量Caspases-3 激活, 促进肝细胞凋亡。

1. 3 Kupffer 细胞激活及中性粒细胞聚集造成的损伤作用 Kupffer 细胞是位于肝血窦内的巨噬细胞。在肝脏缺血再灌注时, 大量激活的Kupffer 细胞引起吞噬功能增强和中性粒细胞聚集, 并产生大量氧自由基, 产生大量毒性介质, 在HIRI 中发挥重要作用。而Kupffer细胞活化抑制剂能明显减轻HIRI 的症状, 保护肝脏,表明Kupffer 细胞对HIRI 有损伤作用。

1. 4 细胞因子的损伤作用 肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、细胞间粘附分子-1(ICAM-1)、白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-10、血小板活化因子等细胞因子,通过多种途径形成协同作用, 对肝细胞造成损伤, 参与HIRI 的过程。

1. 5 核因子-κB(NF-κB)的损伤作用 NF-κB 是一种在B 淋巴细胞中发现的核蛋白因子。在肝脏缺血再灌注的过程中, NF-κB 能被细菌和病毒激活, 与免疫球蛋白的Kappa 轻链基因的κB 序列进行特异性结合, 过量表达和激活的NF-κB 能引起各种疾病的发生。NF-κB能通过调控许多炎症介质和细胞因子的基因转录, 在机体的免疫应答、炎症反应及细胞生长等方面发挥重要作用, 对HIRI 发挥重要作用。

1. 6 游离Fe3+的损伤作用 在肝脏缺血缺氧状态下,组织中的ATP 含量不断下降, 线粒体内产生大量可螯合状态铁, 导致机体内由血红蛋白、脱铁铁蛋白、运铁蛋白等形成的Fe3+系统瓦解, 释放大量Fe3+, 对肝脏造成损伤作用。

1. 7 Bcl-2 基因的作用 Bcl-2 基因是最早被发现与细胞凋亡有着密切联系的基因之一, 是一种编码多功能蛋白的基因, 能与肝细胞生长因子受体结合形成复合物, 能对肝细胞起到抗凋亡作用, 是HIRI 中最重要的抗细胞凋亡基因。

对于HIRI 的防护, 通常使用缺血预处理和药物预处理。缺血预处理是在即将长时间的缺血情况之前,连续多次短时间的缺血, 调动内源性抗损机制, 使肝脏能适应更长时间的缺血情况。药物预处理是利用某些活血的药物直接或间接作用肝脏, 减少肝脏受损。

2 党参和黄芪对HIRI 的作用机制

2. 1 抑制氧自由基, 抗氧化作用 IRI 过程中, 由于肝脏缺血缺氧引起氧化应激发应, 导致大量氧气进入肝脏, 产生过量的氧自由基, 对肝脏造成损伤。中药黄芪和党参可以清除肝脏内羟自由基(OH-)和超氧阴离子自由基(O2-)［2,3］, 抑制氧自由基, 具有抗氧化作用。何敏等［4］的研究中, 利用小鼠建立D-半乳糖致衰老模型,研究党参水煎剂对脾脏细胞的作用, 结果显示党参可以提高小鼠脾脏细胞抗氧化物酶的活性, 降低自由基,起到抗氧化和延缓衰老的作用。李思维等［5］的研究中, 利用体外细胞试验和对α-葡萄糖苷酶及淀粉酶的抑制作用, 研究党参对ABTS、DPPH、羟自由基及超氧阴离子自由基的清除效果, 结果显示党参具有良好的抗氧化效果和降糖活性。王红芹等［6］研究中, 利用5 代脐静脉内皮细胞, 观察黄芪多糖对IRI 的影响,结果显示, IRI 脐静脉内皮细胞活性氧自由基(ROS)、丙二醛(MDA)含量、乳酸脱氢酶(LDH)漏出率均显著升高, 线粒体膜电位、细胞活性下降, 脐静脉内皮细胞ROS、MDA 含量、LDH 漏出率降低。黄芪多糖能通过抑制自由基、脂质过氧化产物的生成, 减少氧化应激从而保护损伤的内皮细胞, 减少内皮细胞氧化应激作用。苗雨丹等［7］研究中, 利用小鼠建立D-gal 诱导致衰老模型, 以黄芪多糖对小鼠灌胃, 经过6 周实验后, 对谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化物酶(POD)、脂褐素(LPF)含量变化进行检测,结果发现黄芪多糖能够明显提高D-gal 致衰老小鼠心、肾组织GSH-Px、GR、POD 活性, 而降低LPF 含量。黄芪多糖能提高衰老小鼠机体抗氧化能力和清除氧自由基, 起到延缓衰老作用。张国欣等［8］研究中,将30 只SD 雄性大鼠随机分为三组, 取大鼠肝脏, 检测肝脏组织匀浆中超氧化物歧化酶(SOD)活性和MDA含量, 检测炎症因子IL-1β、TNF-α、IL-10 水平,免疫组化法检测肝脏组织血红素加氧酶-1(HO-1)的表达水平, 结果显示黄芪多糖组血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、LDH 含量明显升高, 黄芪多糖组肝组织SOD 活性显著下降, MDA 含量显著上升, 黄芪多糖改善大鼠HIRI 的机制可能与上调HO-1 蛋白在肝脏组织中的表达, 有效抑制促炎因子、发挥抗氧自由基作用有关。徐玉彬等［9］研究中,建立肝脏缺血再灌注模型, 结果显示, 黄芪甲苷干预组与HIRI 组相比, ALT 和AST 水平均明显降低, 黄芪甲苷干预组的肝损伤比HIRI 组病理结果明显改善, HIRI组大鼠肝脏出现了不同程度的损伤。

2. 2 抑制炎症因子的释放 中药黄芪和党参能有效抑制炎症因子释放, 如IL-18、SOD、MDA、TNF-α、IL-6、ALT 等炎症因子, 有效改善肝脏缺血循环。党参对HIRI 的肝脏损伤具有保护作用, 能提高机体抗氧化能力和抑制IL-18、TNF-α 等炎性因子的过度释放,从而保护肝脏。崔龙海等［10］研究中, 采用Pringle 法建立大鼠HIRI 模型, 阻断肝脏血流30 min, 恢复血流再灌注2 h, 检测大鼠肝肾组织中IL-18、SOD、MDA表达水平, 结果显示轮叶党参总皂苷组能有效降低肝肾组织中IL-18、SOD、MDA 水平。徐玉彬［11］的研究中, 利用黄芪甲苷对实验进行预处理, 结果显示黄芪甲苷能降低实验组中大鼠肝脏缺血再灌注后转氨酶水平, 降低炎症因子 TNF-α、IL-6 的表达水平, 从而减轻炎症反应。翟东升［12］研究中, 利用Wistar 大鼠建立IRI 模型, 将肝脏模型缺血1.5 h 后再灌注4 h 后, 注射参芪扶正注射液组鼠的血清 IL-10 水平比对照组增高, 而血清中 TNF-α、ALT 水平明显下降, 参芪扶正注射液可以通过提高 IL-10、抑制 TNF-α 改善HIRI的症状。张新玉等［13］的研究中, 研究黄芪甲苷对乙型病毒性肝炎大鼠免疫炎症反应的抑制作用, 结果发现黄芪甲苷能够显著降低乙型病毒性肝炎大鼠内血清中乙肝表面抗原(HBsAg)、ALT、乙型肝炎病毒e 抗原(HBeAg)及AST 表达水平, 明显降低IL-1β、IL-6 及TNF-α 水平, 减轻肝组织损伤, 增加腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)与IκB 蛋白表达, 显著降低NF-κB 蛋白表达。黄芪甲苷可改善大鼠乙型病毒性肝炎的免疫炎症反应, 其作用机制可能与调控AMPK/NF-κB 信号通路有关, 保护其肝脏功能。

2. 3 抑制肝细胞凋亡 细胞凋亡是指机体内细胞在生理状态下或者病理状态下均能凋亡的一种普遍现象。细胞凋亡对胚胎发育及形态发生、组织内正常细胞群的稳定性、机体的免疫反应、重大疾病或中毒时引起的细胞损伤、老化、肿瘤的发生进展均起着重要作用,可能存在潜在的治疗意义, 至今仍是生物医学研究的一个热点话题。黄芪对于肝细胞的凋亡有抑制作用。黄芪能抑制Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的表达水平, 从而抑制细胞凋亡。顾明等［14］研究中, 建立大鼠HIRI 模型, 检测肝组织中Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的表达水平, 以及对肝细胞凋亡率进行检测,结果显示黄芪甲苷组中ALT 和AST 的表达水平明显低于对照组, 黄芪甲苷实验预处理能减轻大鼠HIRI 症状, 其作用机制可能与其抑制Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9 的表达水平, 从而抑制细胞凋亡有关。党参能抑制肝细胞凋亡, 党参多糖是党参中的有效成分,对人肝癌HepG2 细胞的生长和运动都具有抑制作用,其机制与调节PI3K/AKT 信号通路有关, 从而抑制肝细胞凋亡。刘云鹤等［15］研究中, 采用体外培养人肝癌HepG2, 研究党参多糖(CPP)对HepG2 细胞生长和运动能力的影响, 结果发现党参多糖能促进体外培养HepG2 细胞凋亡, 抑制细胞增殖、迁移和侵袭能力,还能调节E-cadherin、N-cadherin、Vimentin 和PI3K/AKT 相关蛋白表达, 党参多糖和740Y-P 联用能有效逆转740Y-P 对细胞增殖、凋亡、侵袭和迁移能力的调节作用。

2. 4 增强免疫功能, 保护肝脏 黄芪多糖是从豆科植物黄芪中提取出来的一种天然活性物质, 是免疫活性最强的一类物质, 具有免疫调节、抗病毒、抗应激、抗氧化等多种生物学作用［16］。武莎等［17］研究中, 黄芪多糖可通过调控T 淋巴细胞、B 淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞、红细胞等一些免疫细胞的功能, 进而改善细胞亚群平衡、细胞因子和信号通路等方面来增强机体的细胞免疫和体液免疫, 为其抗肿瘤、抗炎、抗病毒以及在自身免疫性疾病领域中的应用提供研究基础。

综上所述, HIRI 能降低肝脏代谢功能、解毒功能,导致肝脏微循环出现障碍, 严重者还可导致肝功能衰竭, 直接影响疾病的预后、手术成功率和患者存活率,选择有效的药物对改善HIRI 有很大的帮助。中药党参和黄芪具有副作用小、毒性低、治疗效果好等优点, 且能抑制氧自由基, 减少脂质过氧化物产生, 抑制炎症因子的释放, 抑制肝细胞凋亡, 更好地保护肝脏机能, 通过多重机制减轻HIRI 症状。希望本文对中药黄芪和党参改善HIRI 的机制探讨, 对临床上改善HIRI 有参考意义。