基于NF-κB通路探讨中医药治疗糖尿病心肌病研究进展*

马金玲,冷锦红

辽宁中医药大学,辽宁 沈阳 110847

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM)是一类排除其他心血管疾病后的特异性心肌病[1-2]。临床上,DCM往往与冠脉疾病、高血压等共同存在,单独评估DCM对心功能不全的影响比较困难,最近有研究者提出,DCM应定义为不能完全由其他原因解释,而可能由糖尿病引起的心脏异常。DCM是糖尿病患者的主要死因之一,糖尿病作为威胁人类健康和寿命的严重疾病,国际糖尿病联盟发布的调查报告显示,2019年全球成年(20～79岁)糖尿病患者人数约4.63亿[3]。中华医学会内分泌学会2015—2017年调查结果显示,我国成年糖尿病患病率达11.2%,其中Ⅱ型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)占90%以上[4]。DCM起病隐匿,糖尿病患者机体高糖状态影响多种代谢途径,这些途径相互作用导致心肌纤维化及肥大,心肌细胞凋亡和冠脉微循环灌注减少,逐渐进展为收缩舒张功能障碍,最后表现为糖尿病性心力衰竭。因此,寻求中医药治法防治DCM至关重要,近年来,多项动物实验证实了中药作用于DCM的确切疗效。研究发现,核转录因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)通路的激活是通过控制不同基因参与氧化应激、炎症反应、内皮功能障碍和细胞凋亡等过程调控DCM。故本文基于NF-κB信号通路以中药干预DCM的研究为切入点进行综述,以期为DCM临床治疗提供新思路。

1 中西医治疗糖尿病心肌病

1.1 西医治疗病理活检对糖尿病心肌病具有直接诊断价值,但由于操作有创,患者接受度及临床实用性受到很大限制。近年来,影像学技术的快速发展对了解心脏的病理生理学改变,以及心脏功能的重塑和改变发挥重要作用,针对既往症状不明显的糖尿病患者,可以通过新型斑点追踪超声技术(speckle tracking echocardiogram,STE)测量心肌纵向应变[5]。

目前,关于DCM的预防或治疗方法尚未达成共识,常规疗法为控制血糖、调节血脂、保护心肌、抗心功能不全及中医药治疗等[6]。Zhan等[7]发现,仅靠控制血糖不能完全防范糖尿病患者发生心力衰竭的风险。一项荟萃分析结果显示,新型抗糖尿病药物如钠-葡萄糖共转运体-2(sodium-glucose cotransporter-2,SGLT2)抑制剂对左室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)降低的心力衰竭患者均有明确的疗效,这一疗效与血糖、基线射血分数及基础治疗无关,研究支持SGLT2抑制剂应用于DCM治疗的策略[6,8]。

1.2 中医治疗糖尿病心肌病归属于中医学“消渴病”“心悸”“怔忡”“胸痹”等范畴,现代中医学者明确提出了糖尿病心肌病的中医病名为“消渴心病”[9-10]。2021年中国医师协会中西医结合医师分会内分泌与代谢病学专业委员会提出,本病在消渴病肺、脾(胃)、肾阴虚燥热基础上,经久不愈,耗气伤阴,涉及于心所致,并提出益气、养阴、化瘀、活血、行气、利水的治法[11]。

2 NF-κB信号通路与糖尿病心肌病的关系

NF-κB能够参与机体的炎症反应、免疫应答,调节细胞凋亡、应激反应。NF-κB家族有5个成员,包括NF-κB1(p50)、NF-κB2(p52)、核转录因子-κB p65(RelA/p65)、核转录因子RelB(RelB)和核转录因子c-Rel(c-Rel)。激活NF-κB信号通路主要有经典通路、旁路通路和非典型通路,NF-κB1、RelA、c-Rel由经典通路激活;NF-κB2、RelB由旁路通路激活,还有与DNA氧化损伤等有关的非典型通路;p65的翻译后修饰,也可调节NF-κB通路活性。NF-κB通路可被抑制因子激酶(inhibitor kappa B kinase,IKK)、核转录因子κB抑制蛋白α(inhibitor kappa B protein α,IκBα)、抑制蛋白酶体活性、调控NF-κB等抑制。

糖尿病心肌病发病机制复杂,至今尚未完全阐明,近年来研究发现,DCM的发生可能涉及胰岛素抵抗、脂毒性、氧化应激、炎症、内皮和微血管障碍、线粒体功能障碍等多种途径,进而导致心肌耗氧量增加、心肌纤维化、心肌肥厚和心功能下降。

Ⅰ型和Ⅱ型糖尿病患者发生心肌病的风险较高,心力衰竭是这些患者死亡的主要原因,2/3的糖尿病患者死于心血管合并症。研究发现,各种病因的心力衰竭患者心肌组织表现出NF-κB的激活和NF-κB调节基因的过表达[12]。在DCM中,高浓度体外葡萄糖、极低密度脂蛋白(very lowdensity lipoprotein,VLDL)及低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)能够刺激心肌NF-κB活化[13-15],并导致部分血管活性肽和生长因子从循环和局部细胞中释放[16-18],这些分子可以直接或通过细胞因子介导的表达刺激NF-κB活性。研究表明,糖尿病(diabetes mellitus,DM)大鼠心肌细胞中活化的NF-κB表达水平与心肌超微结构改变和左心室肥厚及相应心功能指标呈显著正相关,证明NF-κB的过度表达参与DCM的形成[19]。

2.1 NF-κB信号通路参与心肌纤维化形成研究表明,糖尿病大鼠心肌细胞排列紊乱,肌纤维间纤维组织增生明显,符合心肌纤维化特征[20]。糖尿病心脏中释放的血管紧张素Ⅱ和转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)可以激活NF-κB,TGF-β能刺激细胞外基质胶原、纤维连接蛋白、黏蛋白等蛋白合成,NF-κB可以与激活蛋白1相互作用,过表达胶原、纤维连接蛋白和TGF-β促进细胞外基质蛋白积累,共同促进心肌纤维化形成[21],这种过程能被NF-κB抑制剂减弱[22]。NF-κB和TGF-β共同调节蛋白酶活性,使促纤维化因子和抗纤维化因子保持动态平衡,这种平衡促进DCM内细胞外基质蛋白沉积,促纤维化细胞因子的上调和细胞外基质蛋白沉积,损害心肌细胞收缩能力,导致心肌僵硬和心力衰竭[15]。

2.2 NF-κB参与氧化应激近年来,研究者在Ⅱ型糖尿病病因与发病机制的研究中提出炎症发病学说,该学说认为：炎症反应在大血管病变及Ⅱ型糖尿病发病中发挥重要作用。有研究表明,炎症在DCM的发病机制中起关键作用[23]。

核转录因子NF-κB是调控基因转录的重要因子,参与炎症及心肌纤维化等多种疾病的病理过程。NF-κB异常激活可以启动异常的自身免疫反应和炎症反应[24],高糖环境下晚期糖化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)与糖化终末产物受体(receptor for advanced glycation end-products,RAGE)结合后能够导致NF-κB的持续活化,而NF-κB又可促进AGEs与RAGE结合,进一步促使DCM的微血管病变恶化[25-26]。NF-κB活化后调控其下游一系列基因的表达,调节多种炎症和纤维化因子,可导致血管内皮损伤、心肌细胞水肿变性、心肌纤维化等病理改变,并参与糖尿病引起的心血管并发症的发展[27-30]。

2.3 NF-κB调控血管内皮功能内皮功能障碍是冠状动脉血管系统动脉粥样硬化发生的主要原因,能加重糖尿病对心脏的直接有害影响。炎症在动脉粥样硬化斑块形成中发挥着核心作用。循环葡萄糖、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、脂蛋白和胆固醇升高会损害内皮细胞层,增强炎症细胞的黏附、滚动、外渗,细胞因子、血管紧张素-Ⅱ和黏附分子从内皮细胞中释放,NF-κB对这些因子都能起到调控作用[31],NF-κB还能调节促进血栓形成的基因。

3 中药对糖尿病心肌病NF-κB信号通路的干预作用

3.1 中药单体成分及提取物对NF-κB信号通路的影响

3.1.1 姜黄素姜黄素具有抗感染、抗氧化、保肝、保护心脑血管、抗肿瘤、保护线粒体等药理作用。徐秋玲等[20]研究证明,姜黄素能有效改善糖尿病心肌纤维化,并且高剂量组改善效果优于低剂量组,推测这一作用可能与姜黄素上调NF-κB依赖微小RNA(miRNA)-146a(miRNA-146a)的表达、抑制NF-κB 的激活有关。研究表明,姜黄素可以降低DCM大鼠空腹血糖[32-33]。多项研究发现,姜黄素能够抑制炎症因子水平,减轻炎症反应[34];不仅如此,姜黄素还能够减少脂滴在心肌细胞内的聚集,减少活性氧表达以降低氧化应激水平,减轻心肌细胞凋亡[35];减弱高糖对心肌细胞增值的抑制作用[36];增加心肌组织的葡萄糖转运蛋白表达及对葡萄糖的摄取能力[37],从抑制DCM炎症反应、氧化应激凋亡、心肌纤维化、脂质聚集等多方面减轻糖尿病心肌损害。

3.1.2 葛根素葛根素具有抗凝、抗变应性、改善微循环、抑制醛糖还原酶活性、降低血糖、清除自由基、降低血清胆固醇等作用,临床上已用于冠心病、心绞痛、心肌梗死及糖尿病肾病等的治疗。

有研究发现,葛根素能够改善糖尿病引起的大鼠心肌结构和功能损伤及糖脂代谢,可能与其减少炎症因子表达有关[19,38]。张义[39]研究发现,葛根素能上调自噬相关蛋白的表达、减少乳酸脱氢酶释放,达到抑制DCM心肌细胞肥大的目的,还可减轻内质网应激,降低内质网应激相关蛋白C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein,CHOP)和内质网应激分子半胱氨酸蛋白酶12(Caspase-12)的表达,从而抑制心肌细胞凋亡,保护DCM心肌[40-41]。

3.1.3 青蒿素及青蒿琥酯青蒿素具有抗感染、调节免疫、抗纤维化和显著的抗疟作用,可明显杀灭血吸虫。研究发现,青蒿素可以抑制NF-κB通路,减轻心梗后的心室重构[42]。李俊龙[43]实验表明,青蒿素能在一定程度上改善DCM大鼠心脏舒缩功能、改善大鼠一般形态,减轻心肌纤维化,抑制NF-κB通路及炎症因子,抑制心肌炎症反应,减轻心室重构和心肌纤维化,从而保护心脏。

青蒿琥酯是青蒿素的一种水溶性衍生物,具备速效、低毒等特点,有抗疟、降糖、抗纤维化、抗肿瘤等药理作用,能通过多种方式改善炎症。Li等[44]研究证明,青蒿琥酯可抑制NF-κB介导的炎症信号通路的降血糖活性。Chen等[45]通过大鼠体内外实验发现,高浓度的青蒿琥酯具有降糖作用,低浓度的青蒿琥酯则可预防心血管并发症,对未来使用青蒿琥酯治疗糖尿病心血管并发症提供参考。但也应注意青蒿琥酯的肝肾毒性,药物蓄积也会对心肌产生不良影响[46]。

3.1.4 甘草苷及甘草素甘草苷具有抗氧化、抗溃疡、抗HIV等药理作用。先前的研究表明,甘草苷在糖尿病血管病变治疗中可显著下调炎症蛋白表达,阻断NF-κB激活[47-48]。Zhang[49]提出了高血糖诱导的糖尿病小鼠心肌纤维化的发病机制为高血糖可激活NF-κB和丝裂原活化酪氨酸蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPKs)信号通路,促进α-平滑肌肌动蛋白和胶原累积,同时阐明了甘草苷可以通过抑制这两个信号通路来改善心肌纤维化。甘草苷可降低糖尿病小鼠核转录因子κB抑制剂激酶α (inhibitor kappa B kinaseα,IKKα)和NF-κB磷酸化水平,降低促炎细胞因子的释放,减轻炎症反应,防治DCM。

甘草素具有抗感染、抗癌、抗氧化等药理作用。Xin等[50]研究发现,甘草素能改善DCM小鼠代谢综合征、心肌纤维化和心肌炎症反应,并发现其对正常细胞没有细胞毒性,这些实验对甘草素预防纤维化形成及炎症反应引起的心脏损伤可能具有重要价值。

3.1.5 雷公藤多苷雷公藤多苷具有抗感染、抑制免疫等作用。唐铭翔等[25]研究发现,与DCM大鼠模型组比较,雷公藤多苷能降低心脏指数、保护心功能、抑制NF-κB和细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)的表达;明显延缓心肌细胞线粒体、心肌纤维细胞的病理改变,认为雷公藤多苷对DCM大鼠心脏保护作用与其抑制炎症因子有关。另一项研究表明,雷公藤多苷还可通过抑制Toll样受体4(Toll-like receptor4,TLR4)/ NF-κB /白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和NF-κB/ 肿瘤细胞坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)/血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)炎症通路、转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)/α-平滑肌肌动蛋白(smooth muscle α-actin,α-SMA)/波形蛋白(vimentin)纤维化通路、葡萄糖调节蛋白78(glucose-regulated protein 78,GRP78)/蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase R-like ER kinase,PERK)/ 转录激活因子4(activating transcription factor 4,ATF4)/CHOP凋亡信号通路减轻心肌损害,改善DCM心肌结构和功能[51]。

3.1.6 芥子酸芥子酸又称白芥酸,具有清除自由基、抑制脂质过氧化、抗菌、抗癌、消炎、抗焦虑、改善记忆力等药理作用。研究表明,芥子酸慢性治疗能够改善心肌的组织学变化,也可抑制炎症、氧化应激和细胞凋亡,恢复DM大鼠心肌的抗氧化防御[52],还可改善糖尿病小鼠心肌细胞排列紊乱、肿胀、纤维化等情况[53],对糖尿病心脏功能障碍和心肌病的预防具有治疗作用。

3.1.7 红芪多糖红芪多糖具有调节免疫、降糖、抗感染、抗氧化等药理作用。张花治[54]研究发现,红芪多糖可显著减轻模型动物DCM心肌组织的炎症反应,改善心肌氧化应激状态,并发现过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)/NF-κB及所调控的下游炎症反应、氧化应激、脂肪酸代谢等64个表型基因参与了DCM小鼠心肌纤维化的病理过程。推测红芪多糖可能通过调控PPARγ/NF-κB信号通路及下游相关细胞因子而抑制糖尿病心肌纤维化进程。有研究发现,红芪多糖还可通过调节DCM db/db小鼠心肌凋亡蛋白,Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白和氧化应激水平,多通路减轻心肌胶原沉积和纤维化,改善心肌损伤[55-57]。

3.2 中成药对NF-κB信号通路的影响

3.2.1 丹蛭降糖胶囊丹蛭降糖胶囊(安徽中医药大学第一附属医院院内制剂)由太子参、丹皮、生地、泽泻、菟丝子、水蛭等组成,具有益气养阴、活血化瘀之功,并能防治T2DM心血管并发症[58]。一项临床研究表明,丹蛭降糖胶囊对糖尿病心脏微血管内皮具有保护作用[59]。动物实验表明,丹蛭降糖胶囊可减轻DCM大鼠心肌氧化应激损伤,改善糖脂代谢水平,以延缓心肌纤维化[60],并能通过调控TLR4-髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88) -NF-κB信号通路抑制心肌细胞凋亡,抑制心肌成纤维细胞增殖,从而防治DCM[61-63]。

3.2.2 芪蛭降糖片芪蛭降糖片由黄芪、水蛭、地黄、黄精组成,用于防治气阴两虚兼血瘀型糖尿病血管并发症的上市药物,对糖尿病合并冠心病心绞痛具有明显疗效,并能改善大鼠肾组织和血管结构的病理损害。芪蛭降糖片能通过降低心脏组织 NF-κB 水平,阻止心肌细胞纤维化,改善炎症,减少心肌细胞凋亡。闫桂溪等[64]研究表明,芪蛭降糖片不仅能降低糖尿病大鼠血糖、血压水平,还能改善其心功能异常,这种改善作用是通过减轻炎症反应实现的。

3.2.3 通心络胶囊通心络胶囊由人参、水蛭、全蝎、蜈蚣、土鳖虫、蝉蜕、赤芍等组成,多项研究表明,通心络胶囊对冠脉微血管损伤和DCM心肌重构、血流动力学及心脏功能恢复具有正向作用。有研究发现,通心络胶囊能从改善心脏结构、减轻心肌细胞凋亡、调节糖脂代谢、改善心肌纤维化、调节血管内皮细胞功能、降低氧化应激损伤、减轻炎症反应、提高心肌对急性心肌缺血的抵抗能力等多种途径对抗糖尿病心肌损伤[65-67]。

3.3 中药复方对NF-κB信号通路的影响

3.3.1 中药复方益糖康中药复方益糖康是辽宁中医药大学石岩教授在中医名家梁国卿教授的“降糖丹”基础上改良而成的经验用方,由人参、黄芪、丹参、枸杞、赤芍、黄连等组成,具有健脾益气,养阴生津的功效,可降低糖尿病大鼠糖脂及胰岛素水平、抑制炎症及糖异生、抑制氧化应激等,对糖尿病及各类并发症均具有良好的效果[68]。张冰冰等[69]实验结果表明,益糖康治疗组能显著降低糖尿病大鼠主动脉NF-κB p65 mRNA含量,抑制蛋白水平表达及NF-κB活化,部分阻断NF-κB下游靶基因转录,减少黏附因子和炎症因子等的表达,控制动脉粥样硬化,从而改善DCM心血管损伤。

3.3.2 益气生津活血颗粒益气生津活血颗粒是山东省中医研究院孙付军老师的临床验方,由黄芪、三七、红花、川芎、牛膝、肉桂等组成,具有补气、生津、活血之功效,对糖尿病及心血管并发症疗效确切。已知高血糖能激活NF-κB,上调黏附分子及炎性因子转录,NF-κB又能引起一系列参与炎症和免疫反应基因的表达增加;血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)可以增加血管通透性,是糖尿病血管病变的危险因子[70]。郑启德等[71]研究发现,益气生津活血颗粒能显著降低糖尿病大鼠心肌NF-κB、内皮素(endothlin,ET)、TNF-α、VEGF等的含量,认为其可通过减轻炎症反应达到防治心肌微血管疾病的目的。

3.3.3 解毒通络浸膏解毒通络浸膏由麦冬、人参、丹参、葛根、五味子等组成,是长春中医药大学附属医院邓悦教授的临床经验方,邓教授认为,毒损心络是DCM的核心病机,机体不能及时化解排出体内病理生理产物,聚积体内,遂生毒邪。金宝兰[72]研究解毒通络浸膏对DCM作用机制发现,其可通过降低心肌组织中NF-κB、Toll样受体4(TLR4)、Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原及转化生长因子-β1(TGF-β1)蛋白表达,抑制心肌纤维化,改善心功能,保护糖尿病受损心肌。

3.3.4 桂枝汤桂枝汤出自《伤寒论》,是调和营卫的代表方剂,由桂枝、芍药、甘草、生姜、大枣五味中药组成,配伍精当,酸甘化阴,辛甘化阳,不仅善治太阳中风表虚证,失眠、心悸、自汗,皆可投之。有学者研究显示,桂枝汤具有解热抗炎、增加心肌血流量的作用[73],姜萍[74]研究显示,桂枝汤能降低糖尿病大鼠心肌NF-κB、IL-1、TNF-α、ET-1含量,推测桂枝汤可通过改善血流瘀滞、减少炎症因子释放,从而保护心肌,并能降低心肌Ⅳ型胶原表达和基膜厚度,保护心肌细胞和毛细血管[75]。

3.3.5 黄连解毒汤黄连解毒汤出自《肘后备急方》,由黄连、黄芩、黄柏、栀子组成,多项研究表明,黄连解毒汤具有降糖、降脂、抗感染、抗氧化等作用,能够调节糖尿病大鼠肠道菌群、改善胰岛素和皮质醇水平、减少肝脏脂肪堆积和肝脏纤维化。以往的研究表明,黄连解毒汤能降低GK大鼠心肌NF-κB及多种炎症因子含量[76-77],降低心肌Ⅳ型胶原表达和基膜厚度,在防治DCM中发挥重要作用。

3.3.6 四妙勇安汤四妙勇安汤由玄参、金银花、当归、甘草等组成,具有降血脂和心血管保护作用。Li等[78]研究发现,四妙勇安汤可以提高糖尿病小鼠胰岛素敏感性,抑制心肌肥大、纤维化、凋亡、炎症和脂质蓄积,维持心肌纤维排列和线粒体完整性,下调糖尿病小鼠心肌胰高血糖素受体、过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助活化因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1α,PGC-1α)、过氧化物酶激活物受体α(peroxisome proliferator-activated receptor α,PPARα)的表达和NF-κB的磷酸化,上调AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)的磷酸化,推测四妙勇安汤可能通过调节糖尿病小鼠葡萄糖(glucose,GLC)/AMPK/NF-κB和GLC/PPARα/PGC-1α信号通路,改善糖脂代谢和心功能,从而改善DCM。

4 结语

近年来,西医针对DCM并没有明确的治疗方案,一般采取常规治疗DM结合对抗心肌病的方法控制DCM,中医药控制DCM疗效确切,但中药成分复杂,作用靶点多,所以作用机制难以阐明。目前,靶向作用于NF-κB信号通路传导途径治疗DCM的中药单体、中成药、中药复方的相关研究存在以下问题：(1)相关研究多针对中药提取物,单味中药、复方及中药制剂的作用研究较少;(2)这些研究一般只针对NF-κB这一个通路,并未就通路间相互复杂联系进行交叉研究,明确各通路之间相互作用是阐明中药作用机制的重点;(3)大部分研究以体外细胞实验和动物实验为主,缺乏临床研究来进一步验证和支持。

因此,针对以上问题,今后应逐步拓宽研究对象范围,不仅包含中药单体,还应涉及单味中药、中药复方及中药制剂,也应涵盖多种剂型,突出中药区别于西药的特色;并且,研究应该注重信号通路之间的关联,能明确中药作用于疾病的完整作用机制;最后,对于实验结果明确的研究应转向临床研究,指导未来用药和新药研发。还应着重于从分子学、细胞学、生物学等多角度多学科对这一通路调控作用进行更深入的实验和临床研究。