黃芪甲苷抗腎纖維化的相關(guān)分子機(jī)制研究

2022-12-06 05:19:16盧海霞覃柞蓮陸麗娟吳炳瑤

西部中醫(yī)藥 2022年3期

盧海霞，覃柞蓮，陸麗娟，吳炳瑤，謝麗，李麗

廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，廣西南寧 530001

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，腎纖維化主要與成纖維細(xì)胞的活化和增殖、炎性細(xì)胞的浸潤及細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的積聚密切相關(guān)，因此，積極開發(fā)阻斷炎癥、抑制細(xì)胞凋亡、減輕間質(zhì)ECM 的過度沉積、提高免疫力的藥物顯得彌足重要［1-5］。目前，抗腎纖維化的西醫(yī)常規(guī)藥物包括免疫抑制劑、激素、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（angiotensin converting enzyme inhibitors，ACEI）/血管緊張素受體阻滯劑（angiotensin receptor blocker，ARB）類等藥物，但這些藥物在抗腎纖維的進(jìn)程方面沒有顯示出抑制腎臟纖維化的優(yōu)勢(shì)。因此，愈來愈多的學(xué)者開始從中醫(yī)藥寶庫中的中藥單體、中藥復(fù)方中尋求治療措施，以彌補(bǔ)現(xiàn)階段腎病常規(guī)藥物治療所面對(duì)的窘迫處境。國內(nèi)外研究［6-8］已證實(shí)黃芪對(duì)保護(hù)腎臟、治療慢性腎臟疾病有顯著效果，具體機(jī)制主要為保護(hù)腎小管細(xì)胞、抑制腎纖維化、保護(hù)足細(xì)胞等方面，其中黃芪甲苷（astragaloside IV，AS-IV）是黃芪中含量最高、活性最為廣泛及占主導(dǎo)地位的有效成分之一。故現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中AS-IV 也被廣大醫(yī)者運(yùn)用于慢性腎臟疾病的治療中。其中，諸多研究證實(shí)AS-IV 具有抑制纖維化［9-12］、抗炎［13-14］、抗凋亡［15-18］等作用，因此在抗腎纖維化領(lǐng)域具有顯著成效，具有廣泛的應(yīng)用前景。故本文通過綜述AS-IV 抗腎纖維化的分子機(jī)制，為該藥進(jìn)一步臨床研究及接下來開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 腎纖維化的病因

腎纖維化主要特征為腎組織的破壞及腎功能由健康到逐漸喪失的漸進(jìn)過程，主要機(jī)制為腎臟由于創(chuàng)傷、感染、免疫反應(yīng)等一系列致病因素，如藥物中毒、糖尿病、高血壓、感冒等刺激，致使ECM產(chǎn)生的重要效應(yīng)器成纖維細(xì)胞被過度激活，以ECM 不斷產(chǎn)生和積累為特點(diǎn)，因此，成纖維細(xì)胞的過度激活被視為腎纖維化發(fā)病機(jī)制的一個(gè)關(guān)鍵拮抗因素［18-19］。

2 腎纖維化的病理生理機(jī)制

原發(fā)性和繼發(fā)性的腎臟病理刺激損傷均可引起腎臟組織內(nèi)微循環(huán)代謝障礙，致使腎組織缺血和缺氧，使腎臟毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞受損，從而誘導(dǎo)炎性細(xì)胞浸潤且釋放類似白細(xì)胞介素1（interleukin-1，IL-1）、白細(xì)胞介素6（interleukin-6，IL-6）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎性介質(zhì)，并逐漸積累可漸進(jìn)性導(dǎo)致腎臟發(fā)生纖維化改變。腎臟組織纖維化后可釋放結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等生長因子和許多毒性細(xì)胞因子。后者可導(dǎo)致表型轉(zhuǎn)化，甚則分泌及合成一系列ECM 類介質(zhì)，如膠原纖維蛋白I 型與Ⅲ型。由于它們不易被降解的特質(zhì)，致使ECM 不斷被生成并大量積累，導(dǎo)致發(fā)生腎小球硬化、腎間質(zhì)及血管纖維化或進(jìn)程加劇。腎纖維化漸行性的不斷發(fā)展，最終發(fā)展成為瘢痕組織，同時(shí)伴隨腎功能的逐步減退，最終形成終末期腎臟?。╡nd-stage renal disease，ESRD）［20］。目前國內(nèi)外研究探討與腎纖維化關(guān)系最為密切的病理生理機(jī)制如下。

2.1 TGF-βTGF-β是慢性腎臟病中的一種由許多腎細(xì)胞合成可啟動(dòng)并調(diào)節(jié)一系列病理生理過程的促纖維化細(xì)胞因子。在腎臟疾病中，TGF-β通常可通過有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）及Smad 等信號(hào)通道顯著上調(diào)，以促使腎組織細(xì)胞過度產(chǎn)生ECM蛋白，從而導(dǎo)致腎小管間質(zhì)纖維化。不同類型的腎細(xì)胞誘導(dǎo)后，經(jīng)過一系列的病理生理變化，通常最終致使細(xì)胞肥大，甚至凋亡及足細(xì)胞的足突異常，從而導(dǎo)致腎功能不全［21］。腎纖維化是ECM過度產(chǎn)生與積聚到一定程度后最為常見的結(jié)果，常發(fā)生于糖尿病性腎病和膜性腎病。TGF-β被認(rèn)為是調(diào)控腎小管上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化（epithelialmesenchymal transition，EMT）的重要調(diào)節(jié)因子。除了參與調(diào)控ECM 蛋白合成及腎細(xì)胞凋亡、肥大和增殖外，還參與蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子等多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑［22］。TGF-β家族成員之一TGFβ1刺激腎小管上皮細(xì)胞促進(jìn)ECM 的主要來源之一α-平滑肌肌動(dòng)蛋白α-SMA的表達(dá)。而TGF-β1被阻斷后，α-SMA 表達(dá)減少，表明TGF-β1能夠促進(jìn)ECM過度產(chǎn)生及積累，致使細(xì)胞外基質(zhì)形成，最終促進(jìn)腎小球發(fā)生纖維化［23-26］。

2.2 ECM腎間質(zhì)纖維化通常由生長因子、血管生成因子、纖維細(xì)胞因子和蛋白酶等分子致使發(fā)生慢性炎癥，進(jìn)而刺激ECM 成分過度產(chǎn)生與超負(fù)荷積累，從而導(dǎo)致發(fā)生腎纖維化。其中與生長因子β1（growth factor-β，GF-β1）關(guān)系密切。GF-β1誘導(dǎo)腎間質(zhì)纖維化的具體機(jī)制為GF-β1通過啟動(dòng)EMT通過信號(hào)通路（Smad 為主），致使活化的肌成纖維細(xì)胞與ECM 的過度產(chǎn)生，同時(shí)抑制ECM 降解，使其逐漸堆積［27-28］。

2.3 EMTEMT 在進(jìn)展性腎纖維化發(fā)生及發(fā)展過程中占有舉足輕重的作用［29］。在進(jìn)展性腎纖維化過程中，不完全再生的腎小管上皮細(xì)胞中未成熟的間充質(zhì)表型代替了原本上皮細(xì)胞表型，并逐漸轉(zhuǎn)化為腎纖維化主要病因之一的纖維細(xì)胞及肌成纖維細(xì)胞（myofibroblast，MFB）。MFB 過量合成大量ECM 并堆積，加快腎臟纖維化病變的進(jìn)展［30］。血管緊張素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ）上調(diào)TGF-β的表達(dá)，最終結(jié)果可導(dǎo)致小管上皮細(xì)胞發(fā)生成纖維細(xì)胞活化和EMT［31］。

2.4 其他國內(nèi)外研究表明腎臟間質(zhì)成纖維細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等，細(xì)胞因子如IL-6、血小板衍生生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）、骨形成蛋白7（bone morphogenetic protein 7，BMP-7）、白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）、干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）、肝細(xì)胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、AngⅡ表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、TNF-α、白細(xì)胞介素3（interleukin-3，IL-3）等細(xì)胞間質(zhì)均與腎纖維化關(guān)系密切［32-33］。

3 抑制腎臟纖維化

無論是復(fù)發(fā)性還是續(xù)發(fā)性蛋白尿的原發(fā)性或續(xù)發(fā)性的慢性腎病發(fā)病過程，腎小管萎縮和腎小管間質(zhì)纖維化都在此病發(fā)病過程中起關(guān)鍵作用［34-36］。因此，無論是哪種性質(zhì)的蛋白尿均可看做腎小球疾病嚴(yán)重程度和腎小球及腎小管間質(zhì)更進(jìn)一步損傷的主要因素。同時(shí)，大量的蛋白尿浸潤，在蛋白超負(fù)荷的環(huán)境下，致使近端小管的上皮細(xì)胞凋亡及誘導(dǎo)腎間質(zhì)炎癥反應(yīng)相關(guān)因子施放與補(bǔ)體激活，如細(xì)胞因子、趨化因子和血管活性分子。管狀細(xì)胞最終分化為肌成纖維細(xì)胞，加重原有腎間質(zhì)纖維化進(jìn)程，腎功能漸行性惡化［37-38］。

3.1 抑制MAPK/核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factorκB，NF-κB)信號(hào)通路慢性炎癥反應(yīng)引起的成纖維細(xì)胞增生及腎臟組織被刺激后致使ECM 的過度產(chǎn)生和超負(fù)荷積聚與腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生及進(jìn)展密切相關(guān)。ECM是由纖連蛋白、膠原蛋白、層黏連蛋白等纖維蛋白和蛋白多糖組成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外相關(guān)研究證實(shí)TGF-β可在抗腎間質(zhì)纖維化的過程中發(fā)揮重要作用，具體機(jī)制為TGF-β信號(hào)途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)至Smad 途徑及非經(jīng)典途徑后，通過激活P38絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinase，p38MAPK）等APK 家族信號(hào)通路抑制基質(zhì)降解及上調(diào)基質(zhì)蛋白合成［39-42］。此外，國外研究表明AS-IV主要以劑量依賴性方式抑制大鼠腎成纖維細(xì)胞的分化，機(jī)制可能與AS-IV可下調(diào)細(xì)胞增殖標(biāo)志物增殖細(xì)胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）的表達(dá)及抑制TGF-β1誘導(dǎo)的α平滑肌肌動(dòng)蛋白（α smooth muscle actin，α-SMA）增多，進(jìn)而加強(qiáng)抑制TGF-β1誘導(dǎo)的大鼠腎成纖維細(xì)胞活性及效能的作用，同時(shí)，研究證實(shí)AS-IV可降低TGF-β1活性，進(jìn)而抑制腎纖維化密切相關(guān)的腎成纖維細(xì)胞中ERK1/2、p38MAPK和JNK 的活化程度及抑制TGF-β1誘導(dǎo)NF-κB p65亞基的核轉(zhuǎn)位［37，43］。IκBα是IκB家族中NF-κB的上游關(guān)鍵分子的主要家族成員，而NF-κB p65對(duì)調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄及NF-κB 占有舉足輕重的地位［36，44-45］。以上研究表明，AS-IV 可通過調(diào)控MAPK、NF-κB 及p38MAPK 信號(hào)通路途徑阻滯ECM 過度生成及堆積和腎成纖維細(xì)胞分化及膠原蛋白、纖連蛋白、α-SMA 合成等方式在抗腎纖維化領(lǐng)域發(fā)揮顯著作用［19-20］。

3.2 抑制TGF-β/Smad 信號(hào)通路TGF-β受體是活化后可通過Smad 依賴性和非Smad 依賴性傳遞信號(hào)的絲氨酸/蘇氨酸激酶跨膜異型受體復(fù)合物［46-47］。其中，腎臟的纖維化與Smad 信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的Smad2/3 等分子明顯升高關(guān)系密切［48］。TGF-β/Smad 信號(hào)通路被激活后，使腎纖維化過程中細(xì)胞外基質(zhì)的主要來源之一腎小管上皮細(xì)胞EMT 產(chǎn)生過程的間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物α-SMA 蛋白表達(dá)增加［49-50］，因此，其濃度水平可一定程度反映腎纖維化發(fā)展的程度。此外，大量研究［22，49］已證實(shí)AS-IV 可通過降低DN 小鼠腎組織中TGF-β1、Smad2/3 和α-SMA 蛋白表達(dá)抑制TGF-β/Smad 信號(hào)通路，最終抑制腎臟纖維化和腎小管上皮細(xì)胞EMT。

3.3 抑制TLR4/NF-κB 途徑當(dāng)腎臟受到不可忽視的破壞時(shí)，包括成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞及腎小管上皮細(xì)胞等腎臟細(xì)胞幾乎都會(huì)參與ECM的生成與腎臟修復(fù)的過程，同時(shí)，炎癥細(xì)胞包括淋巴細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞等細(xì)胞均通過不同途徑參與腎纖維化的異常修復(fù)，表現(xiàn)為成纖維細(xì)胞增殖、炎癥細(xì)胞浸潤及ECM積累，其中NF-κB是調(diào)控促炎介質(zhì)產(chǎn)生，促使這一系列炎癥反應(yīng)發(fā)生及可用于確定炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子［51］。國外研究顯示AS-IV 能高效能抑制可誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)的前饋關(guān)鍵因子，如IL-1β、促炎介質(zhì)TNF-α的活性，致使浸潤性巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)量、炎癥細(xì)胞因子IL-1βmRNA及TNF-α水平相應(yīng)減少［52］，以降低單側(cè)輸尿管梗阻（unilateral ureteral obstruction，UUO）腎纖維化模型小鼠纖連蛋白和膠原蛋白I 含量，從而遏制炎性細(xì)胞浸潤和炎癥細(xì)胞因子分泌。國外體外研究表明AS-IV 可抑制脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的人腎小管近段上皮細(xì)胞中TNF-α和IL-1βmRNA 水平［53］。TLR 家族主要成員之一TLR4（TLR是LPS的受體之一），它可通過誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子表達(dá)及激活NF-κB 致使炎癥反應(yīng)發(fā)生及發(fā)展［54］。此外，相關(guān)研究通過小鼠實(shí)驗(yàn)，明確表明AS-IV 抑制劑IκBβ表達(dá)抑制了UUO小鼠TLR4 受體及NF-κB 表達(dá)，上調(diào)NF-κB，與TLR4抑制劑TAK-242 高度相似［52-53］。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，AS-IV 可通過抑制TLR4/NF-κB 信號(hào)通路減弱腎臟炎癥反應(yīng)［55］。綜上所述，AS-IV 可通過TLR4/NF-κB 途徑減少腎纖維化發(fā)生或發(fā)展中伴隨的炎癥反應(yīng)，達(dá)到延緩甚至改善腎纖維化進(jìn)展的目的。

4 含黃芪的抗腎間質(zhì)纖維化的中藥制劑及中成藥

4.1 腎康注射液腎康注射液是一種臨床上常見且有效成分主要由黃芪、大黃、丹參、紅花中提取與精制而成的中藥注射劑，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)主要用于治療慢性腎衰、糖尿病腎病及腎病綜合征等腎臟領(lǐng)域疾病。相關(guān)研究［56-58］表明SKI具有抗纖維化、抑制TGF-β1、骨形成蛋白7（bone morphogenetic protein-7，BMP-7）及抗炎的作用，在降低患者血清中肌酐和尿素氮水平、延遲腎小球硬化、提高腎小球?yàn)V過率、抑制腎間質(zhì)纖維化及提高腎血流量等腎臟疾病病因方面也具有顯著成效。

4.2 黃芪當(dāng)歸合劑黃芪當(dāng)歸合劑是一種由黃芪和當(dāng)歸組成的中成藥，LI S 等［59］研究表明，黃芪當(dāng)歸合劑能夠通過降低CKD 病患的血肌酐和尿素氮、提高腎小球?yàn)V過率，最終達(dá)到改善腎臟功能的目的。黃芪當(dāng)歸合劑還具備抑制5/6Nx 大鼠細(xì)胞外基質(zhì)的聚集、纖連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）、腎小球硬化及膠原IV（Col-IV）表達(dá)的作用，進(jìn)而阻滯腎纖維化發(fā)生及發(fā)展［60］。

4.3 尿毒清顆粒尿毒清顆粒是以黃芪為主要成分用于慢性腎臟病變領(lǐng)域的常用中成藥物，具有抗凝、促纖溶、免疫調(diào)節(jié)的功效［61-62］，文豐等［63］通過臨床對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)常規(guī)西醫(yī)治療輔助尿毒清顆粒可通過改善鈣磷代謝及腎功能指標(biāo)延緩腎纖維進(jìn)程；譚菲等［64］構(gòu)建糖尿病腎病SD 大鼠模型實(shí)驗(yàn)，表明尿毒清顆粒能夠通過調(diào)控TGF-β1/p38MAPK，改善大鼠腎功能和減輕腎臟組織的病理損傷，具體為下調(diào)TGF-β1、p38MAPK、Caspase-3 mRNA，抑制TGF-β1/p38MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等一系列內(nèi)容。

4.4 腎康丸楊愛成等［65］研究表明腎康丸通過可下調(diào)DN 大鼠腎臟組織下調(diào)DN 大鼠腎臟組織中TRAIL 系統(tǒng)的主要的調(diào)節(jié)因子NF-κB mRNA，蛋白表達(dá)NF-κB mRNA 及蛋白表達(dá)，對(duì)大鼠的腎功能具備一定保護(hù)作用，可延緩腎纖維的進(jìn)展。此外，相關(guān)研究表明，腎康丸可通過阻斷Smad2/3 信號(hào)致使End MT 進(jìn)程受阻的方式最終達(dá)到抑制End MT 促腎臟纖維化的進(jìn)程［66］。

4.5 黃芪三七合劑鄧小芳［67］通過構(gòu)建慢性腎臟疾?。╟hronic kidney disease，CKD）大鼠模型，認(rèn)為黃芪三七合劑可延緩慢性腎纖維的進(jìn)程，其中與減弱p38MAPK 蛋白表達(dá)密切相關(guān)，由此對(duì)大鼠腎臟具有保護(hù)作用。王露等［68］的研究表明黃芪三七合劑具備降低CKD 大鼠肌酐(serum creatinine，SCr)、尿素氮(blood urea nitrogen，BUN)的作用，降低腎組織α-SMA、TGF-β1蛋白的表達(dá)，以恢復(fù)CKD 大鼠腎功能并延緩其腎纖維化進(jìn)程。

4.6 黃芪丹參顆粒付旭等［69］通過大鼠研究證實(shí)黃芪丹參顆粒可在一定程度上改善大鼠的腎功能及保護(hù)腎臟組織，作用機(jī)制可能與黃芪丹參顆?？捎行Ы档蚖nt4和β-catenin在腎組織中的表達(dá)，進(jìn)而影響腎間質(zhì)纖維化過程中腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化以干預(yù)Wnt/β-catenin 信號(hào)通路，最終達(dá)到保護(hù)UUO 大鼠腎小管功能的目的，且存在一定量效關(guān)系。

5 結(jié)語與展望

腎纖維化病理生理機(jī)制主要為腎臟膠原蛋白合成增加、降解減少，EC大量積累［70-72］。過往研究表明，由于腎纖維化發(fā)病機(jī)制過于復(fù)雜，病勢(shì)纏綿難愈，病久必虛，病久必瘀，甚至部分患者不可避免地發(fā)展成為ESRD。黃芪甲苷在慢性腎臟疾病的治療中，尤其在抗腎纖維化進(jìn)展中得到廣泛應(yīng)用。因此，更多的分子機(jī)制將有待研究證實(shí)。明確黃芪甲苷抗腎纖維化產(chǎn)生及發(fā)展的相關(guān)靶標(biāo)和途徑能夠?yàn)槠湓谀I臟系統(tǒng)或其他系統(tǒng)疾病中的運(yùn)用提供依據(jù)。另外，已有研究證實(shí)AS-IV 主要通過劑量依賴等方式阻止及防范足細(xì)胞凋亡及抑制腎臟纖維化［73-75］，因此需要學(xué)者從AS-IV其劑量和安全性問題方面作進(jìn)一步探索研究。