黄连素对脏器缺血-再灌注损伤保护研究进展

曾 瑜，邓毅文，尹湘湘，李 娟，罗晶婧，胡 梅，何迎春

（1.湖南中医药大学医学院本科生，湖南 长沙 410208；2.湖南中医药大学医学院，湖南 长沙 410208；3.中医药防治眼耳鼻咽喉疾病湖南省重点实验室，湖南 长沙 410208；4.湖南省中医药防治眼耳鼻喉疾病与视功能保护工程技术研究中心，湖南 长沙 410208）

缺血-再灌注（ischemia-reperfusion，I/R）损伤是指在脏器缺血的基础上恢复血流，不仅未能使脏器原来的功能恢复，反而使功能进一步受损。目前临床上发现有很多脏器组织存在缺血-再灌注损伤现象，其中报道最多的在心肌、脑组织、肝脏、肾脏等，其主要改变发生在组织超微结构、能量代谢和电生理等一系列损伤性变化。研究发现，从黄连中提取的黄连素可通过多种作用机制对损伤器官产生保护或逆转作用，其机制主要与调控PTEN/Akt信号通路、JAK2/STAT3/NF-KB信号通路、Notch1/Hes1-PTEN/Akt信号通路、PI3K/Akt/mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白manmalian target of rapamycin，mTOR）信号通路等密切相关。

1 黄连素对心肌的保护作用

心肌缺血-再灌注（I/R）损伤是临床上常遇的难题，再灌注能使心肌组织损伤呈进行性加重，表现为心功能下降和心肌超微结构的不可逆性损伤，而黄连素（BBR）能够通过抗凋亡、抗炎、抗细胞自噬等方面发挥其对心肌细胞的保护作用。

BBR可对缺血-再灌注心肌细胞发挥抗凋亡作用，其作用主要体现在BBR能够上调细胞内Notch1、Hes1、Bcl-2表达及p-Akt/Akt比值，下调多种凋亡相关蛋白如Bax、Caspase-3等的表达。同时，其可通过上调Notch1/Hes1信号的表达以加速心肌JAK2及STAT3的磷酸化，从而改善心功能［1-3］。而BBR在降低心肌细胞凋亡率的同时，也可明显改善线粒体功能，使细胞中Bax和胞质细胞色素c的活性下降［4］。在糖尿病大鼠I/R心肌细胞中，BBR同样发挥了较强大的保护作用，此时凋亡相关蛋白Bcl-2/Bax比值明显上调，AMPK和PI3K/AKT信号通路被明显激活，且细胞中内皮型一氧化氮合酶（Endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的磷酸化水平有所提高，故PI3K-Akt-eNOS信号在糖尿病大鼠心肌I/R后发挥抗凋亡作用，促进再灌注后心脏舒缩功能的恢复，减少由代谢性疾病所致的心血管疾病的发生率［5-6］。在BBR预处理实验中，发现其还可通过抑制由缺血-再灌注诱导的内质网（Endoplasmic reticulum，ER）压力，活跃心肌的磷酸化水平，同时激活AK2/STAT3信号通路，减弱ER应激所诱导的细胞凋亡，避免心肌细胞损伤加重［7］。

BBR能够通过Smad7通路降低损伤后心肌细胞炎症因子的表达，提高细胞的增殖能力［8-9］。BBR预处理也可明显减轻心肌细胞损伤，其主要通过抑制JAK2/STAT3/NF-B信号通路激活而减少炎症因子的产生［10-12］。此外，BBR通过降低血清肌酸激酶同工酶（CK-MB）、乳酸脱氢酶（LDH）和心肌肌钙蛋白（Cardiac troponin，cTn）水平，上调SIRT1及Bcl-2的表达、下调Bax表达等，同时降低心肌超氧化物生成、心脏炎症标志物和心肌超氧化物歧化酶（SOD）的水平，来发挥对心脏的保护作用［13］。在抑制血浆中心肌肌钙蛋白-I（Cardiac troponin -I，cTn-I）及心房钠尿肽（Atrial natriuretic peptide，ANP）等蛋白因子的活性中有较好疗效，进而缩短缺血再灌注所致心律失常恢复正常的时间及降低心肌细胞损伤的程度［14］。

此外，心肌缺血-再灌注能够诱导细胞自噬，而BBR能够通过降低自噬相关蛋白如SIRT1、BNIP3和Beclin-1的表达水平而抑制细胞自噬。其作用可能与BBR降低暴露于心肌缺血-再灌注的心肌细胞中p-AMPK和p-mTORC2的水平有关［15］。

2 黄连素对脑组织的保护作用

脑缺血-再灌注对神经系统细胞可导致严重的损伤，其机制与细胞凋亡蛋白表达水平变化、氧化应激、钙离子超载及细胞周期的变化等有关，而BBR可通过抗凋亡蛋白生成、抗细胞自噬、抗氧化及抑制钙离子超负荷等发挥对神经细胞的保护作用。

在研究大脑中动脉阻塞（MCAO）后BBR对脑缺血损伤的影响机制中发现，BBR可提高BDNF-TrkB-PI3K/Akt信号通路关键蛋白BDNF、p-Akt和TrkB的表达，进而减少MCAO诱导的凋亡蛋白Caspase-3的生成，达到神经保护作用［16］。BBR还可通过维持较高浓度的视网膜母细胞瘤蛋白的表达，促进小鼠脑缺血再灌注过程中神经元的细胞周期阻滞，减少进入凋亡过程细胞的数量［17］。BBR对脑缺血再灌注的神经保护作用还表现在调节与自噬相关的蛋白质LC3、p62和Beclin-1的表达，及凋亡蛋白Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9、Bcl-2/Bax和PARP的表达，达到促进细胞自噬和减少细胞凋亡的作用［18］。

此外，活性氧也介导了缺血-再灌注损伤的发生，且具有重要作用，用黄连素、黄芩苷、栀子苷联合治疗脑缺血再灌注时，该药可通过Nrf2级联放大信号途径，清除活性氧的作用，提高细胞抗氧化剂的水平，达到细胞保护作用［19］。BBR与癸酸钠盐联合使用可显著降低脑缺血-再灌注损伤的面积，增加超氧化物歧化酶清除氧的功效，减少MDA、NO、p-AMPK、Bax、cleaved Caspase-3的产生，使神经系统免受更多的活性氧和诱导凋亡蛋白的影响［20］。在BBR预处理实验中，发现其还可导致缺血再灌注神经细胞中缺氧诱导因子HIF-1的增加，并通过激活Sphk2来触发S1P的生成，从而保护神经细胞免受缺血的伤害［21］。

少突胶质细胞（Oligodendrocyte）是中枢神经系统（Central nervous system，CNS）的成髓鞘神经胶质细胞，是极易受到兴奋性毒性影响的CNS细胞之一，其损伤机制可能是由于细胞内钙离子超载介导的损伤作用。BBR可减少细胞内钙离子超载现象的发生，保护OLN-93少突胶质细胞免受由缺血-再灌注诱发的兴奋性损伤［22］。BBR可降低脑缺血损伤后素甲基化转换酶DNMT1和DNMT3a在神经细胞内的含量及活性，从而下调神经细胞甲基化水平。与此同时，有研究报道：过氧化物酶体增生物激活受体（Peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）γ是BBR在神经细胞中的作用靶位，BBR发挥的保护作用与细胞中PPARγ的增多相关［23］。缺血脑组织会导致细胞中水通道蛋白（Aquaporin，AQP）4表达上调，细胞水肿严重，预先用BBR干预的糖尿病小鼠，在进行脑缺血-再灌注造模以后，检测出其脑内AQP4因子表达明显降低，水肿情况较轻，脑内神经细胞丢失情况也相对空白组少［24］。

3 黄连素对肝脏的保护作用

目前临床上肝移植失败较常见的原因是由于肝脏的缺血-再灌注损伤，损伤原因与肝实质线粒体功能紊乱有关，而BBR可通过保护线粒体功能和生物能量，保护肝脏免受I/R造成的有害影响［25］。为了解BBR是否通过PI3K/Akt/mTOR信号通路影响大鼠肝I/R介导的凋亡而发挥保护作用。以I/R大鼠为模型动物，发现BBR能够显著增加Bcl-2/Bax比值、抑制肝I/R大鼠cleaved Caspase-3表达，降低肝细胞凋亡率，同时p-Akt的表达随着p-mTOR的表达受到抑制而明显上调［26］。除发挥抗凋亡作用外，BBR还可通过抗细胞自噬，降低血清中多种炎性因子的释放，从而在一定程度上恢复肝功能［27］。

此外，在大鼠冷缺血-再灌注实验中，通过加入BBR干预，发现BBR可通过发挥抗炎作用降低大鼠冷缺血-再灌注损伤肝脏的炎症反应，减少肝细胞损伤［28］。

4 黄连素对肾脏的保护作用

肾缺血-再灌注损伤（Renal ischemia-reperfusion injury）是导致缺血性急性肾功能衰竭疾病最常见的病因之一，其预后不良，损伤作用难以逆转，并可导致肾脏出现硬结。BBR和黄连素纳米粒（BBR-NP）均可对缺血-再灌注损伤的肾脏产生脏器保护作用，具体是通过降低肾小管上皮细胞的凋亡率。BBR-NP可通过降低线粒体应激通路的蛋白表达，逆转肾细胞的氧化应激，抑制肾细胞凋亡，并且具有明显的剂量依赖性，同时BBR-NP的作用优于BBR［29］。此外，BBR还可通过Caspase-线粒体依赖途径对肾缺血-再灌注损伤的肾产生保护作用，其机制主要是逆转肾脏缺血-再灌注所产生的KIM-1 mRNA，NGAL，Caspase-3，TNF-α以及Bcl-2表达水平的变化［30］。

5 小 结

黄连素可减少缺血器官再灌注后的进一步损伤，故可作为临床脏器移植手术的辅助治疗，降低某些脏器移植的失败率。目前研究可以证实其保护作用多与调控JAK2/STAT3/NF-KB信号通路、PI3K/Akt/mTOR信号通路，影响凋亡相关蛋白Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9以及Bcl-2等分泌表达和细胞氧化应激，进而发挥抗细胞自噬和抗炎作用有关。黄连素在脑、肝、肾缺血-再灌注损伤中的研究及临床应用较少，很大程度与其生物利用率低有关。虽然在提高BBR生物利用率方面开始了一些研究工作，如近期发现黄连素纳米粒用于肾缺血-再灌注损伤的新型治疗比黄连素更有效［29］，未来研究可在提高黄连素的生物利用率方面下更大功夫。此外，BBR对细胞产生保护作用与维持内质网、线粒体的功能密切相关，其作用是否与其它细胞器如溶酶体、高尔基体、核糖体等有关，都是进一步研究的方向。