心气虚血瘀的科学内涵和
芪参益气滴丸补气活血的作用机理
韩晶岩
(北京大学医学部中西医结合学系北京)
急性冠脉综合征是严重威胁中国民众健康的病种,溶栓和经皮冠脉介入是其主要救治方法?但是,闭阻的冠状血管再通后,因能量代谢异常和氧化应激损伤等引发的缺血再灌注(IschemiaandReperfusion,I/R)损伤是尚未解决的临床问题?高血压所致的心脏前阻力增加,过度地消耗了心肌能量,引发心肌肥厚,也是尚未解决的临床问题?
芪参益气滴丸是由黄芪?丹参?三七?降香组成的补气活血复方中药制剂,年由国家药品食品监督管理局批准为治疗气虚血瘀型冠心病的新药,临床用于气虚血瘀型冠心病心绞痛的治疗?多中心大样本的临床研究也证明了芪参益气滴丸在冠心病二级预防方面有临床疗效?但是,其能否改善心肌缺血再灌注损伤?逆转心肌肥厚?阻断心肌纤维化,及其补气活血的作用机理尚不清晰?
笔者在1项国家自然科学基金面上项目?1项重大新药创制专项的子课题和1项企业合作项目的支撑下,历时10年,用I/R引起的大鼠心肌损伤?心脏前阻力增加引起的大鼠心肌肥厚模型,通过对能量代谢途径和心肌线粒体呼吸链复合物Ⅰ?Ⅱ?Ⅳ?Ⅴ及其亚基?调控线粒体呼吸链复合物的去乙酰化酶Sirt-1和小G蛋白家族RhoA/ROCK1?细胞骨架?心肌结构?心功能?心脏微循环动态等的综合研究,解析了I/R引起的大鼠心肌损伤?心脏前阻力增加引起的大鼠心肌肥厚的共同病理基础,探讨其心气虚血瘀的科学内涵;揭示芪参益气滴丸及其主要补气成分黄芪甲苷?主要补气活血成分人参皂苷Rb1(Rb1)?人参皂苷Rg1(Rg1)?三七皂苷R1(R1),主要活血成分丹参素,以及行气成分降香油的协同作用的机理?
1I/R导致的心气虚血瘀氣含有氧气和水谷精微,经过三羧酸循环,产生了还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide,NADH)和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸(FlavineAdenineDinucleotide-2,FADH2)?NADH在线粒体呼吸链复合物I,即NADH氧化酶作用下,转化成NADH+,将H+传递给线粒体复合物I,再由复合物I,经由辅酶Q10,将H+传递给线粒体复合物III(细胞色素C还原酶);FADH2将H+传递给线粒体复合物Ⅱ,经由辅酶Q10,将H+传递给线粒体复合物III;经过上述两条途径传递来的H+再经过细胞色素C,传递给复合物Ⅳ(细胞色素C氧化酶),H+离子从复合物Ⅳ溢出,与氧气结合产生水?H+离子在传递过程中蓄积的势能,在线粒体复合物V,即三磷酸腺苷(AdenosineTriphosphate,ATP)合酶的作用下,将二磷酸腺苷(AdenosineDiphosphate,ADP)转化成ATP(图1)?ATP与细胞骨架高亲和,可以将单个的细胞骨架(Gactin)组装成肌动蛋白F-actin?心肌细胞的F-actin是心肌细丝和粗丝的亚结构,维持心肌收缩和舒张功能,发挥行血的作用(图1)?心气行血是指进入心肌线粒体的气(氧气和水谷精微),产生了ATP,促进了F-actin的组装,维持了心肌结构和舒缩功能,发挥了行血作用(图1)?
心脏冠状血管的完全或不完全闭锁,引发了末端的缺血缺氧,产生ATP的氧气和水谷精微供应不足,加上线粒体呼吸链复合物V的亚单位三磷酸腺苷合成酶δ亚基(ATP5D)低表达,导致ATP合成减少?同时,血管和心肌组织消耗ATP,ATP降解为ADP或一磷酸腺苷(AdenosineMonophosphate,AMP)?由于ADP和AMP与细胞骨架的亲和性低,导致肌动蛋白Factin解聚为G-actin,引发了心肌细胞细丝和粗丝的降解,心肌纤维断裂和心功能降低?这是心肌缺血期的心气虚不行血的病理基础?AMP的降解产物堆积和线粒体呼吸链的异常,为再灌注后过氧化物的产生提供了基础?
溶栓和介入治疗,可以再通血管,恢复了氧气和营养物质的供应,但是,在再灌注的早期,由于线粒体呼吸链的氢离子传递障碍,导致高能磷酸键蓄积减少,加上线粒体复合物Ⅴ的亚基ATP5D的低表达,将ADP转化成ATP的能力降低,导致ATP生成不足的状态没有缓解,与此同时,堆积在线粒体复合物I和Ⅲ中的氢离子从呼吸链中逸出,与氧气结合,形成过氧阴离子;堆积的次黄嘌呤,在次黄嘌呤氧化酶的催化下,在氧气?水的参与下,产生负氧阴离子;堆积的AMP激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activatedProteinKinase,AMPK)和蛋白激酶C(ProteinKinaseC,PKC),诱导烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NicotinamideAdenineDinucleotidePhosphate,NADPH)氧化酶在细胞浆内的亚基p67和p47膜转位,活化膜上的亚基p91,爆发性地产生过氧化物;过量产生的过氧化物一方面损害DNA,诱导细胞凋亡,另一方面通过脂质过氧化,损伤膜结构,还可启动多种细胞内信号传导途径,引发炎性因子的释放?选择素和粘附分子的过表达?炎性因子又通过细胞膜上的受体,进一步活化细胞内传导途径,引发细胞损伤?白细胞和血管内皮细胞的选择素和粘附分子过表达引发白细胞沿血管壁的滚动和粘附?粘附在血管壁的白细胞释放蛋白酶和过氧化物,损伤血管内皮细胞间连接蛋白?血管内皮细胞和血管基底膜,增加血管通透性,引起血浆白蛋白和红细胞的外漏?再灌注24h内,游出到血管外的白细胞以CD11b和CD18阳性的多形核中性粒细胞细胞为主,诱导了血管周围组织的急性炎性反应?血管外周的肥大细胞脱颗粒释放的炎性因子和血管活性物质,加重了血管的高通透性和血浆蛋白的外漏?暴露的血管基底膜促进了血小板粘附和血栓的形成?
再灌注后24h以后,损伤的血管内皮细胞和血管周围组织细胞释放的单核细胞趋化蛋白-1(MonocyteChemotacticProtein1,MCP-1)和核糖体蛋白S19(RibosomalProtein,RPS19)等趋化因子,作用于单核细胞C5a受体,趋化单核细胞粘附和游出于损伤的血管外?再灌注3日内游出到血管外的单核细胞多分化为M1巨噬细胞,诱导免疫反应;4日以后游出于血管外的单核细胞分化为M2巨噬细胞,释放转化生长因子β1(TransformingGrowthFactor-β1,TGF-β1)?TGF-β1作用于周细胞和成纤维细胞母细胞的TGF-βⅡ受体,启动Smad系统,诱导胶原沉积,形成了血管周围的纤维化?再灌注的慢性期发生在再灌注7日后,CD4阳性的淋巴细胞游出血管外,启动了血管周围慢性炎症过程?
I/R引起的心脏微循环障碍?心肌损伤和心肌纤维化是一个涉及到能量代谢异常?氧化应激损伤?白细胞与血管内皮的粘附?肥大细胞脱颗粒?炎性因子释放?血浆白蛋白漏出?出血?血栓形成?重塑等多个病理环节的复杂过程(图2)?用单一的成分干预I/R的某一个环节的治疗理念和方法,不足以改善I/R引起的等多环节损伤?
2芪参益气滴丸及其主要成分改善心肌I/R损伤?补气活血的作用机理芪参益气滴丸是含有补气的黄芪?活血的丹参?补气活血的三七?行气的降香组成的复方中药制剂,其所含有的黄芪甲苷(黄芪的主要成分之一)?Rb1?Rg1?R1(三七的主要成分之一)?丹参素(丹参的主要成分之一)等成分,有可能通过多靶点的作用,综合地改善I/R引起的心脏微循环障碍?心肌损伤和心肌纤维化,发挥补气活血的作用?
在心肌缺血期间,芪参益气滴丸和黄芪甲苷可以抑制线粒体复合物Ⅴ的低表达,抑制ATP/ADP?ATP/ADP比值的降低,改善心肌能量代谢;抑制了心肌组织cTnI含量的降低,抑制外周血cTnI含量的升高,改善心肌结构和心功能?Rb1也可以抑制线粒体复合物Ⅴ的低表达和ATP含量的降低,改善心肌结构和心功能?这说明芪参益气滴丸在缺血期间就发挥了补气行血的作用,其主要补气成分黄芪甲苷和Rb1承担其补气行血的作用?
芪参益气滴丸对I/R引起的大鼠心肌损伤也有改善作用?用结扎大鼠心脏冠状血管前降支30min,解除结扎,再灌注90min建立的心肌I/R损伤模型,提前给予芪参益气滴丸可以抑制I/R引起的心肌梗死?改善心功能和心脏灌流量?该作用与其上调心肌线粒体复合物5的亚基ATP5D,改善心肌能量代谢底?抑制心肌肌动蛋白和心肌纤维的断裂相关?
芪参益气滴丸的主要补气成分黄芪甲苷可抑制缺血期30min?缺血30min/再灌注90min大鼠心肌线粒体呼吸链Ⅴ的亚基ATP5D的蛋白和mRNA的低表达,改善心肌能量代谢,抑制心肌细胞内cTnI含量的降低和外周血cTnI含量的增加,抑制心肌细胞F-actin的断裂和MLC2的磷酸化,减少心肌梗死面积,改善心功能和心肌灌流量(图3)?
芪参益气滴丸的主要补气活血成分R1可以抑制I/R大鼠心肌梗死?抑制心肌细胞凋亡?心肌肌动蛋白和心肌纤维的断裂?该作用与其抑制ROCK1的高表达和MYPT1的磷酸化,解除其对心肌线粒体呼吸链Ⅴ的亚基ATP5D的抑制,抑制AMPK的磷酸化,改善心肌能量代谢相关(图3)?
Rb1对I/R引起的大鼠心肌梗死?抑制心肌细胞凋亡?心肌肌动蛋白F-actin和心肌纤维的断裂,抑制心肌细胞内肌钙蛋白cTnI含量的降低?外周血cTnI含量的升高,抑制心脏细静脉红细胞流动速度的降低?改善心脏灌流量?该作用与其抑制小G蛋白家族的RhoAROCK1的活化,解除其对ATP5D的抑制作用,改善心肌能量代谢相关(图3)?
Rg1也可减轻I/R引起的大鼠心肌梗死?减轻心肌损伤,改善心功能和心脏灌流量?Rg1改善心肌能量代谢的作用除了与其抑制RhoA-ROCK1的活化,解除其ATP5D的抑制作用外,还与其抑制I/R引起的心肌糖酵解途径的醛缩酶(AldolaseA,ALDOA)?胚胎型烯醇化酶(Enolaseα,ENOα)的增加,抑制野生型烯醇化酶(Enolaseβ,ENOβ)和脂肪酸代谢途径的辅酶二烯酰辅酶A异构酶(Delta(3,5)-Delta(2,4)-dienoyl-CoAisomerase,ECH1)的降低,改善心肌能量代谢途径相关(图3)?
丹参素改善I/R引起的大鼠心肌梗死作用是通过调控线粒体呼吸链I的表达和活性,抑制心肌凋亡实现的?I/R可引起乙酰化酶Sirt-1的低表达,心肌线粒体复合物I及其亚基NDUFA10表达和活性降低,影响了氢离子的传递,诱导过氧化物的产生,减少了能量的蓄积?丹参素可以抑制Sirt-1的低表达,抑制心肌线粒体复合物I及其亚基NDUFA10表达和活性降低,促进了氢离子的传递,不仅抑制氧化应激损伤,也为ATP产生提供了势能(图3)?
芪参益气滴丸还可抑制大鼠心肌纤维化?芪参益气滴丸补气活血的作用是通过其主要补气?活血?补气活血成分协同作用实现的(图3)?
年在《世界中医药》发表了一篇题为“芪参益气滴丸治疗冠心病介入术后合并高血压患者的预后研究”的论文,证实了芪参益气滴丸与西医规范化治疗联用6个月,随访6个月,可减少冠心病介入术后合并高血压患者12个月内心血管终点事件的发生,提高12个月内患者的生存率,改善患者血瘀证积分和生命质量?芪参益气滴丸改善心肌I/R作用在临床上得到了验证?
芪参益气滴丸可以改善缺血期?缺血再灌注急性期?亚急性期的心脏微循环障碍?心肌能量代谢异常和氧化应激损伤,抑制心肌坏死?凋亡,阻断心肌纤维断裂,对心肌I/R损伤的全程都有改善作用(图4)?
芪参益气滴丸已被纳入了急性心肌梗死(真心痛)中医临床实践指南()?中西医结合急性心肌梗死诊疗专家共识()?经皮冠状动脉介入治疗(PCI)术后胸痛中医诊疗专家共识()?经皮冠状动脉介入治疗(PCI)围手术期心肌损伤中医诊疗专家共识()?急性心肌梗死中西医诊疗指南()?冠心病合理用药指南()?中西医结合心脏康复Ⅰ期专家共识()?
3心脏前阻力增加引起的心肌肥厚和心气虚血瘀用内径为10毫米的银夹,夹闭大鼠的主动脉4周,出现心肌肥厚,8周出现心肌纤维化?用蛋白组学和生物信息学分析差异蛋白,用免疫印迹法验证相关蛋白,发现心脏压力负荷?前阻力增加引起的心肌肥厚与心肌糖酵解酶ALDOA?ENOα的增加?ENOβ和脂肪酸代谢酶ECH的降低导致的心肌能量代谢途径的异常?心肌线粒体呼吸链ATP合成酶的亚基ATP5D蛋白低表达,ATP减少?ADP和AMP增多,心肌细胞F-actin断裂?心肌肌丝和心肌纤维断裂?氧化应激损伤增加?心功能低下?心肌灌流量降低(图5)?心脏前阻力增加消耗了心肌能量,改变了心肌能量代谢底物,增加了氧化应激损伤,与心肌缺血再灌注引起的心气虚血瘀的病机类似?
4芪参益气滴丸及其主要成分逆转心肌肥厚和阻断心肌纤维化的机理在夹闭大鼠的主动脉4周,出现心肌肥厚后,连续4周,灌胃给予芪参益气滴丸,按芪参益气滴丸中黄芪?丹参?三七?降香的比例,给予黄芪甲苷?丹参素?R1?降香油,以及前述成分的两两和三三配伍?芪参益气滴丸可以逆转心肌肥厚?阻断心肌纤维化?改善心肌灌流量?蛋白组学分析的结果显示芪参益气滴丸可影响大鼠的54种蛋白的表达,涉及到8条信号途径,其中,黄芪甲苷可抑制心脏前阻力增加引起的低氧诱导因子-1(HypoxiaInducibleFactor-1,HIF-1)?心肌糖酵解相关的6-磷酸果糖激酶2(6-phosphateFructoseKinase2PFK2)?ALDOA和ENOα的增加?ENOβ和ECH1的降低?心肌能量代谢途径的异常?心肌ATP5D的低表达?心肌ATP含量减少?ADP和AMP含量增多?心肌细胞F-actin和心肌肌丝断裂,改善心脏灌流量,阻断心肌纤维化,发挥补气的君药作用?丹参素抑制了压力负荷引起的心肌氧化应激损伤?R1既可部分地抑制心肌能量代谢?又可部分地抑制氧化应激损伤,与丹参素共同承担了臣药的作用?降香油抑制了线粒体膜上的促进脂酰辅酶A进入线粒体的CPT1A的低表达,促进了脂肪酸β氧化,发挥了佐使药的作用(图6)?黄芪甲苷?丹参素?R1?降香油两两和三三配伍增加部分作用,芪参益气滴丸逆转心肌肥厚和阻断心肌纤维化的作用最佳?
血管内皮细胞和心肌损伤后释放的趋化因子可趋化单核细胞游出?释放TGF-β1,作用于周细胞和成纤维细胞母细胞的TGF-βⅡ受体,启动Smad系统,诱导胶原沉积,形成了血管周围的纤维化?芪参益气滴丸可以抑制心脏前阻力增加引起的单核细胞游出?TGF-β1的释放,进而,抑制了心肌纤维化?
一项纳入17项随机对照临床研究?共例慢性心力衰竭患者的系统评价结果显示,与西医常规治疗组相比,西医常规治疗+芪参益气滴丸组显著地改善了心功能,表现为提高左心射血分数?6min步行距离?降低BNP?该系统分析的结果提示芪参益气滴丸可以改善慢性心力衰竭患者的心功能?
芪参益气滴丸已经进入了慢性心力衰竭中医诊疗专家共识()?慢性心力衰竭中西医结合诊疗专家共识(),年的国家基本用药目录?
5小结心肌I/R损伤和心脏前阻力增加引起心肌肥厚有着共同的病理基础,即能量代谢途径由正常状态的脂肪酸氧化和糖氧化途径,转为糖酵解途径,心肌线粒体复合物Ⅴ亚基ATP5D低表达,心肌能量代谢异常,氧化应激损伤增加,心肌结构和功能异常,心脏灌流量降低?心气虚血瘀是其共有的病机?
芪参益气滴丸及其主要补气成分黄芪甲苷抑制了线粒体复合物V的亚基ATP5D低表达;Rb1?Rg1?R1抑制了RhoA的活性,抑制了线粒体复合物V的亚基ATP5D低表达;Rg1调控心肌能量代谢途径,抑制了心肌肌动蛋白和心肌纤维的断裂,改善了I/R引起的心肌结构的损伤和功能低下,发挥了补气行血作用其主要活血成分丹参素抑制Sirt-1低表达诱导的线粒体复合物I及其亚基NDUFA10的低表达,改善线粒体呼吸链,抑制过氧化物产生和心肌细胞凋亡?
芪参益气滴丸及其主要补气成分黄芪甲苷抑制了能量代谢途径的异常,丹参素抑制了氧化应激损伤,R1既部分地改善了心肌能量代谢?又部分地抑制了氧化应激损伤,降香油上调了CPT1A,综合地发挥了补气活血作用,逆转了心肌肥大?阻断了心肌纤维化?
具有补气活血作用的芪参益气滴丸不仅可用于治疗气虚血瘀型的冠心病心绞痛,用于冠心病的二级预防,还可扩展应用到具有心气虚血瘀病机的心肌I/R损伤和心肌肥厚的防治,用于心衰的防治?
版权声明：本文来源于《世界科学技术—中医药现代化★思路与方法》，21（2）。中药大品种联盟（BBTCML）编校发布。编辑：远志。转载请标注作者及出处。本
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