中医药防治糖尿病心肌纤维化机制研究进展

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2018年01月12日 08:58来源于:中国中医药信息
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...主动脉缩窄大鼠心肌纤维化机制研究.pdf岳星星+谢春毅摘要:糖尿病心肌纤维化主要发生在糖尿病心肌病晚期,与该病的高死亡率密切相关。研究表明,现代医学对本病尚缺乏特效治疗药物,中医药在防治糖尿病心肌纤维化

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岳星星+谢春毅

摘要:糖尿病心肌纤维化主要发生在糖尿病心肌病晚期,与该病的高死亡率密切相关。研究表明,现代医学对本病尚缺乏特效治疗药物,中医药在防治糖尿病心肌纤维化方面优势逐渐显现,其干预机制主要涉及肾素-血管紧张素-醛固酮系统、氧化应激、血管内皮活性、炎症反应、细胞外基质的动态平衡、细胞凋亡和细胞因子的调节等方面。本文对近年来中医药防治糖尿病心肌纤维化的机制研究进展进行综述,为临床防治糖尿病心肌纤维化提供依据。

关键词:糖尿病心肌病;心肌纤维化;作用机制;中医药;综述

DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2017.05.031

中图分类号:R259.872;R259.422 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2017)05-0124-05

Research Progress in Mechanism of Prevention and Treatment of Diabetic Myocardial Fibrosis with TCM YUE Xing-xing1,2, XIE Chun-yi2 (1. Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China; 2. Shanghai TCM-Integrated Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200082, China)

Abstract: Diabetic myocardial fibrosis mainly occurrs at late stage of diabetic cardiomyopathy, which is closely associated with the high mortality of this disease. Studies have shown that this disease is lack of specific treatment medicine, while the advantages of TCM in prevention and treatment of diabetic myocardial fibrosis are increasingly significant. The intervention mechanism mainly involves renin-angiotensin-aldosterone system, oxidative stress, endothelial activity, inflammation response, the dynamic balance of extracellular matrix, cell apoptosis, regulation of cytokines and other aspects. This article reviewed the research progress in mechanism of prevention and treatment of TCM for diabetic myocardial fibrosis, with a purpose to provide scientific basis for prevention and treatment of diabetic myocardial fibrosis with TCM in clinic.

Key words: diabetic cardiomyopathy; myocardial fibrosis; mechanism; TCM; review

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM)是发生于糖尿病患者,不能用高血压、冠心病等其他致病因素来解释的心肌疾病[1-2],早期主要表现为心室舒张功能不全,晚期则以收缩功能不全为主,易引发充血性心力衰竭[3]。糖尿病心肌纤维化(myocardial fibrosis,MF)主要发生在DCM晚期,是最常见和严重的糖尿病心血管并发症[4],表现为心肌成纤维细胞(cardiac fibroblasts,CFs)的过度增殖、间质胶原蛋白大量积聚、各型胶原比例失衡等[5],易引起心肌僵

硬度增加、心室順应性下降,进而导致心室的收缩与舒张功能不全[6],引发心力衰竭、心律失常、心源性休克,甚至猝死。正是由于糖尿病MF危害严重,国内外学者对其研究日趋深入,中医药的防治效果也日益得到肯定。兹就糖尿病MF的中医药防治机制研究进展综述如下。

1 调控肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活

肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin- aldosterone system,RAAS)是机体重要的神经内分泌系统,参与维持和改变心肌结构的过程,与MF有密切联系。其主要效应因子包括血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)和醛固酮。在糖尿病或高糖状态下,心脏局部RAAS被激活,AngⅡ、醛固酮生成增多,后者进一步与相应配体结合,并激活相关纤维化信号分子通路,最终导致CFs增殖和间质胶原沉积,发挥MF效应。

戴友平等[7]研究发现,苦参碱具有抗MF的作用,具体作用机制可能与其能显著降低AngⅡ诱导的CCFs中AngⅡ1型受体(AT1R)和结缔组织生长因子(CTGF)的含量,从而抑制细胞增殖和胶原合成增加有关。麻京豫[8]发现抗心衰颗粒能显著降低舒张性心衰大鼠血浆醛固酮、肾素活性及心肌细胞内转化生长因子-β(TGF-β)含量,通过有效抑制RAAS的过度激活发挥抗MF的重要作用。

2 抑制氧化应激反应

有研究表明,机体内氧化-抗氧化因素的失衡在DCM的发展中有重要病理意义,氧化应激因素具有促进DCM发病进程的作用[9]。在高糖状态下,体内具有高分子活性的物质如活性氧簇(ROS)生成增多,其产生和清除的动态平衡遭到破坏,致使过量蓄积,通过氧化应激反应最终导致心肌细胞溶酶体、线粒体损伤,参与DCM的发生与进展过程[10]。此外,还原型辅酶Ⅱ氧化酶介导的内质网氧化应激,上调内质网应激蛋白RNA激活蛋白激酶样内质网激酶(PERK)及CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白(CHOP)的表达,亦在DCM的发病机制中具有重要地位[11]。

刘忠和等[12]研究发现,姜黄素治疗后可明显改善DCM大鼠的体质量下降和空腹血糖升高,抑制心肌中丙二醛(MDA)产生,提高谷胱甘肽过氧化物酶活性,减少血清心肌钙蛋白Ⅰ的释放,下调心肌组织蛋白激酶C蛋白表达,表明姜黄素对大鼠DCM的保护作用可能与抑制氧化应激反应有关。胡哲夫等[13]实验结果表明,橙皮素可能通过直接抑制ROS的产生,进而抑制CFs增殖,有效地发挥抑制MF发生发展的作用。

3 降低血清晚期糖基化终末产物水平

体内的蛋白质、核酸等大分子物质的氨基自发地与葡萄糖等其他还原糖的醛基或酮基发生非酶性糖基化反应所生成的共价化合物即血清晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products,AGEs)。长期高血糖易导致体内AGEs过多蓄积,后者与相应糖基化终末产物的受体(receptor for advanced glycation end products,RAGE)结合,通过诱导生成氧自由基及灭活一氧化氮(NO)等,进而介导细胞的氧化应激、炎性反应和血栓形成过程[14]。研究表明,血清AGEs水平是糖尿病MF的主要危险因素,其测定对于早期DCM的诊断具有重要意义,AGEs参与DCM的发生与发展[15]。

朱德增等[16]研究结果表明,酸味中药复方(由乌梅、吴茱萸、白芍、山楂、五味子按3∶3∶3∶4∶3比例组成)可以有效控制糖尿病大鼠血糖浓度,又可阻止心肌组织中蛋白糖基化的进程,进而减少AGEs的形成,下调RAGE基因的过度表达,发挥防治DCM作用。乔进等[17]研究结果表明,灵芝多糖联合二甲双胍能够升高2型糖尿病大鼠心肌组织内抗氧化酶(过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶)活性及降低血清AGEs含量,减少心肌组织AGEs及CTGF的表达,表明灵芝多糖联合二甲双胍可能通过抑制心肌氧化應激、降低血清AGEs水平及下调心肌AGEs、CTGF的表达来预防MF。

4 调控血管内皮细胞功能

冠状动脉内皮及其所分泌的活性物质,如血管紧张素-缓激肽系统、内皮素-NO系统、血小板衍生生长因子、前列腺素及血栓素A2等,在MF的发生与转归过程中具有极其重要的作用。研究表明,NO具有抗MF的作用,其合成或分泌不足可促进AngⅡ诱发MF[18]。此外,近年来研究表明,内皮-间质转化(endothelia1-to-mesenchymal transition,EndMT)是MF的关键机制[19],因此,调控EndMT相关调控因子及其介导的信号转导机制,对预防MF具有重要意义。

王庆凯等[20]研究发现,复荣通脉胶囊中、高剂量组能明显增加糖尿病大鼠心肌内皮型一氧化氮合酶(eNOS)蛋白含量,通过减轻内皮细胞损伤与改善心肌微血管内皮细胞功能,发挥DCM心脏保护作用。研究表明,选择性内皮素受体拮抗剂是抗MF合理治疗靶点[21],因此可以推测降低内皮素-1(ET-1)水平具有抗MF的重要作用。陈世健等[22]研究结果表明,参松养心胶囊具有抑制心室电重构及降低MF程度作用,能够显著改善糖尿病大鼠的心功能,具体作用机制可能与其降低糖尿病大鼠血浆ET-1水平有关。Widyantoro B等[23]研究链脲佐菌素致糖尿病小鼠模型发现,ET-1通过刺激内皮细胞发生EndMT,导致MF和心力衰竭。

5 抑制炎症反应

炎症反应是MF的诱发因素,往往贯穿于DCM始终,炎症因子如巨噬细胞趋化性蛋白-1、细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)等在DCM的发生发展中扮演着重要的角色。核因子-κB(NF-κB)是炎症信号通路的关键调控因子,参与多种炎症因子的转录调控,抑制NF-κB通路可以减少细胞外基质(ECM)的沉积及细胞黏附分子的表达,进而减轻MF[24]。

杨海玉等[25]研究结果表明,丹参酮ⅡA磺酸钠能明显降低2型糖尿病大鼠血浆TNF-α水平及心肌组织中NF-κB、TNF-α mRNA的表达,表明丹参酮ⅡA磺酸钠可能通过抑制NF-κB炎症信号通路,发挥心肌保护作用。张哲等[26]研究通心络胶囊对DCM小鼠的心脏保护作用,发现通心络胶囊可能通过上调Krüppel样因子4的表达及抑制NF-κB炎症信号通路的激活,发挥减轻DCM理损伤及改善心功能的作用。该课题组进一步研究结果表明,通心络可能通过降低 p38MAPK蛋白磷酸化水平,抑制炎症反应发挥心脏保护作用[27]。

6 维持细胞外基质的动态平衡

心肌ECM主要由Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白组成,MF的一个主要特征即ECM的沉积。ECM沉积易增加心脏的僵硬度,降低其顺应性,从而致使其正常的舒张与收缩功能受到限制。基质金属蛋白酶(MMPs)及其组织抑制因子(TIMPs)是ECM的主要调控蛋白,它们之间的平衡是维持ECM动态平衡的重要因素[28]。不同的刺激物,包括ROS、AGEs、各种炎症因子等,都能激活MMPs从而促进纤维化的发生。同样,下调TIMPs也会导致纤维化增强。

王蕾蕾等[29]研究结果表明,水飞蓟素能明显降低糖尿病大鼠心肌组织中TGF-β1、MMP-9、TIMP-1及MMP-9/TIMP-1的水平,通过调节参与DCM发病机制中的细胞因子水平及ECM组成,发挥心肌保护作用。闫红等[30]研究结果表明,温阳振衰方通过降低慢性心衰模型大鼠心肌MMP-2和MMP-9水平,进一步改善心脏ECM的环境,进而延缓MF进展,且其作用优于卡托普利。

7 抑制细胞凋亡

心肌细胞具有不可再生性,国内外研究表明心肌细胞凋亡速度随DCM心脏舒缩功能的降低呈加速趋势。心肌细胞凋亡不断积累,引起细胞数目逐渐减少,并被胶原纤维等ECM代替,进而造成心肌修复性纤维化,加速心力衰竭形成。

赫小龙等[31]研究表明,黄芪失笑散对缺血心肌的保护作用与调节Bax/Bal-2有关。刘长山等[32]实验发现,牛蒡颗粒剂能明显升高DCM大鼠心肌组织中超氧化物歧化酶(SOD)活性水平,降低MDA含量,上调抗凋亡蛋白Bcl-2表达,下调促凋亡蛋白Bax表达,表明牛蒡颗粒可能通过抑制心肌组织氧化应激及调节Bcl-2、Bax蛋白的表达而抑制心肌细胞凋亡,发挥防治DCM的作用。马伟斌等[33]研究表明,葛根素通过减轻DCM大鼠内质网应激,抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶12的表达,进而抑制心肌细胞凋亡,发挥心脏保护作用。陈英男等[34]实验表明,芒果苷可抑制糖尿病大鼠心肌细胞凋亡,具体机制可能与其下调血糖水平及内质网应激中肌醇依赖酶1介导的JNK信号通路的表达有关。

8 调节相关细胞因子表达

各种生长因子,如TGF-β1、CTGF、TNF-α、胰岛素样生长因子-1、血管内皮生长因子(VEGF)等与MF的关系密切,在糖尿病MF的发生机制中具有重要地位[35]。此外,最新研究表明,脂肪组织分泌的多种生物活性物质如网膜素等,亦在DCM的发生发展过程中具有重要意义,具体作用机制可能与其通过影响RAAS、心肌胰岛素抵抗、心肌能量代谢及心肌血管内皮功能等途径直接或间接影响MF过程[36]。

程梅等[37]研究发现,经葡萄籽原花青素药物治疗后,糖尿病大鼠血清AGEs水平、心肌组织RAGE、NF-κB和CTGF蛋白表达显著下降,表明葡萄籽原花青素可能通过抑制糖尿病大鼠AGEs-RAGE、NF-κB和CTGF的表达,发挥心肌保护作用。陈艳芬等[38]研究发现,黄芪葛根汤能显著抑制TGF-β1与Smad3 mRNA和蛋白的表达,减少糖尿病大鼠心肌羟脯氨酸含量,从而抑制胶原增生,提示该方干预糖尿病MF病变的作用机制可能与其调控TGF-β1/Smad3信号通路有关。

9 其他

糖尿病MF是DCM的特征性病理改变,DCM早期病理表现主要为心肌细胞功能异常和心肌肥大,随着疾病的进展,晚期则主要表现为MF[39],是多种因素相互作用的共同结果。李俊峽等[40]研究结果表明,复方鳖甲软肝方对家兔单个心室肌细胞L-型钙通道有浓度依赖性抑制作用,可能是其抗MF的部分机制。谷氧还蛋白1(Grx1)在体内具有广泛的抗氧化、抗凋亡作用,张春晶等[41]研究结果表明,抑制自噬蛋白Beclinl并维持抗凋亡蛋白Bcl-2的高表达水平可能是Grxl保护心肌细胞对抗高糖引起损伤,发挥糖尿病心脏保护功能的一个重要机制。

10 小结

DCM的发生发展是一个复杂的过程,中医药对糖尿病MF的作用机制表现在调控RAAS激活、抑制氧化应激及炎症反应、调控血管内皮细胞功能、抑制心肌细胞凋亡、维持ECM动态平衡、调控相关细胞因子生成、抑制相关信号通路等方面,是从整体出发的多环节、多方位、多靶点的全面治疗。应当清楚地认识到,中医药对糖尿病MF的相关作用环节是紧密联系、相互作用、相互影响的。目前,中医药抗糖尿病MF多数相关研究仍停留于基础研究阶段,缺乏标志性的临床试验,且多数为药效学研究,具体表达调控机制的系统研究尚不足。因此,后续研究应从不同生物学水平,对中医药抗糖尿病MF的上下游相关调控因子进行更广泛和深入的研究,探索关键作用靶点;同时开展转化医学研究,运用循证医学理念探讨中医药防治糖尿病MF的疗效,从而为临床治疗提供科学依据。

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