黄芩及其有效成分治疗脓毒症急性肺损伤机制研究进展*

周 易 陈 广 董若兰

华中科技大学同济医学院附属同济医院中西医结合科,武汉 430030

急性肺损伤(acute lung injury,ALI)是各种致病因素损伤肺微血管内皮细胞和肺泡上皮细胞造成的以弥漫性间质性肺水肿为主要病理特征、以急性低氧性呼吸功能不全为主要临床特征的综合征。引起ALI的原因多种多样,其中脓毒血症被认为是造成ALI最主要的危险因素。脓毒症ALI时肺血管屏障稳定性被破坏,液体和蛋白由血管腔进入肺间质和肺泡,严重时导致致命性的肺水肿甚至呼吸衰竭。尽管近年来在抗感染及脏器功能支持治疗方面有了很大进展,但脓毒症的病死率仍居高不下。目前西医治疗脓毒症ALI的手段相对有限,而中西医结合疗法以其独特优势,历来被广泛应用于各种感染性疾病的治疗。在2003年的“非典”以及2020年的新冠疫情防治过程中,中医药都发挥了重要作用。中医学并无脓毒血症相应的病名,但根据症状、体征及疾病的演变规律,当属中医“温病”范畴,而脓毒症ALI则属于中医“喘证”“暴喘”“喘脱”的范畴。在脓毒血症发病过程中,多有邪热内蕴、火毒炽盛,由气传营入血,内攻脏腑,热与血结,瘀热酿毒,伤阴损阳。由于脓毒症ALI发病急骤、病势凶险、传变迅速、病死率高,在发病之初“及早识别”并“及时干预”以及“既病防变”显得尤为重要。黄连解毒汤是清热解毒治法的代表方剂,出自《外台秘要》,由黄连、黄芩、黄柏、栀子组成,主治三焦火毒证,临床常用于治疗脓毒血症、肺炎、泌尿系感染等。黄芩作为黄连解毒汤中的重要药物组成,主清上焦之火;近年来,越来越多的研究表明,黄芩及其有效成分在治疗脓毒症ALI方面具有显著的效果。现本文就黄芩及其有效成分治疗脓毒症ALI的机制进行综述如下。

1 黄芩及其有效成分

黄芩味苦、性寒,具有清热解毒、抗炎、抗氧化等多种药理作用。其有效成分主要包括黄酮类化合物、苯丙素类化合物、萜类化合物等。其中,黄酮类化合物如黄芩苷、黄芩素、汉黄芩苷等是黄芩的主要有效成分,黄芩素则是体内的有效成分,黄芩素进入动物体内后,在血液中迅速转化为黄芩苷及其他代谢物[1]。

2 黄芩及其有效成分治疗脓毒症ALI的机制

2.1 抗菌、抗病毒

在过去很长一段时间内,中药治疗感染性疾病的机制研究主要集中于其抗菌、抗病毒的作用。有研究发现,黄芩苷能降低H6N6禽流感病毒在肺脏中的复制,调节血清肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)、干扰素-γ(interferon-gamma,IFN-γ)和5-羟色胺含量,减轻H6N6禽流感患鼠的肺损伤[2]。此外,黄芩苷在离体实验以及在体实验中对呼吸道合胞病毒、流感病毒、腺病毒等多种病毒均有抑制作用[3-4]。

有回顾性研究发现,以黄芩单味药制成的黄芩胶囊联合头孢哌酮舒巴坦、替加环素治疗多重耐药鲍曼不动杆菌肺炎可有效减轻菌血症,患者体温恢复正常时间、啰音消失时间、肺部阴影消失时间等明显优于单用抗生素,且联合用药组感染状况、中医证候评分、肺部损伤评分以及不良反应总发生率显著低于单用抗生素组;提示黄芩胶囊辅助头孢哌酮舒巴坦、替加环素治疗鲍曼不动杆菌肺炎效果显著,能减少不良反应发生风险,临床应用价值较高[5]。随着研究的不断深入,学者发现抗菌、抗病毒作用并非黄芩治疗脓毒症ALI的主要机制。虽然黄芩及其有效成分抗感染并非直接抗菌、抗病毒,但最初将研究靶点立足于病原微生物还是促进了相关研究的进展。

2.2 抗炎症反应

黄芩及其有效成分具有显著的抗炎作用,可以通过抑制炎症因子的表达,减轻肺部炎症反应,从而缓解脓毒症ALI的症状及相关的病理改变[6]。吴海荣等[7]研究发现,单味黄芩煎剂能够增加肺组织腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)以及血浆纤维结合蛋白(fibronectin,Fn)的表达,改善内皮功能,减少脓毒症大鼠血浆炎症因子TNF-α、IL-1β的表达,从而有效降低脓毒症ALI的严重程度并改善氧合指数,但与黄芩剂量关系不大。有研究[8]发现,脓毒症小鼠肺组织中炎性细胞浸润增加,肺泡壁明显增厚,黄芩苷可以明显改善这一病理变化;进一步的研究发现,黄芩苷的这一保护作用通过抑制NF-κB信号通路,降低TNF-α、IL-1β等炎症因子的表达来实现。陈文等[9]研究发现,黄芩通过下调肝肺组织炎症信号通路中Toll样受体4(Toll-like receptor-4,TLR4)蛋白的表达来阻止炎症信号的转导,从而减少下游细胞因子IL-1β、TNF-α的表达以发挥对内毒素血症大鼠肝肺损伤的保护作用。此外,还有研究表明,黄芩水提取物能促进乙酰胆碱释放、提高急性肺损伤大鼠血清乙酰胆碱水平,通过胆碱能抗炎通路抑制炎症反应,降低血清TNF-α、一氧化氮(nitric oxide,NO)水平,抑制炎症反应进一步恶化,从而减轻脓毒症ALI的严重程度[10]。此外,脓毒症ALI也是重症胰腺炎患者死亡的重要原因。动物研究发现,黄芩苷对胰腺炎肺损伤具有一定的治疗保护作用,其作用机制可能与抑制细胞间黏附分子-1高表达,减少中性粒细胞在肺脏聚集有关[11]。此外,有研究发现黄芩苷通过降低c-jun、c-fos基因以及蛋白的表达,明显抑制TNF-α、IL-1β的分泌,缓解甲型流感病毒诱导的炎性病理损伤,从而发挥抗流感病毒感染的作用[12]。多项研究表明,抗炎症反应及减少炎性细胞因子表达可能是黄芩及其有效成分治疗脓毒症ALI的主要机制。

2.3 抗过氧化损伤

脓毒症ALI过程中会产生大量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS),导致氧化应激反应,进一步加重肺损伤。黄芩及其有效成分具有显著的抗氧化作用,可以通过清除ROS、抑制氧化应激反应,从而减轻肺损伤[13]。研究发现,相较于过氧亚硝基阴离子(peroxynitrite,ONOO-)处理的小鼠,黄芩苷预处理的小鼠肺组织病理变化明显减轻,肺系数、肺湿干比、肺含水体积分数和EB质量分数显著降低;提示黄芩苷具有较强的抗自由基氧化能力,能够减轻ONOO-诱导的肺血管内皮屏障功能障碍和弥漫性肺泡萎陷以及间质血管扩张充血[14]。陈文等[9]的研究还发现,黄芩可能通过下调肝肺组织炎症信号通路中TLR4蛋白的表达减少丙二醛(malondialdehyde,MDA)的累积,增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)表达,从而减少过度累积的自由基,发挥对内毒素血症大鼠肝肺损伤的保护作用。另有研究发现,黄芩苷能够显著下调流感病毒感染的小鼠肺匀浆总NO合成酶、MDA水平,上调谷胱甘肽过氧化物酶含量或活性,从而减少流感病毒性肺炎小鼠肺组织NO及过氧化物水平而发挥保护作用[15]。近期研究表明,黄芩素能够通过激活Nrf-2介导的HO-1信号通路,抑制炎症以及氧化应激来缓解脓毒症ALI[16]。因此,抗氧化应激是黄芩及其有效成分改善脓毒症ALI的另一重要机制。

2.4 抗纤维化作用

脓毒症ALI后期常常出现肺纤维化,导致肺部功能严重受损,给全球经济、社会带来巨大挑战。2019年末爆发的新型冠状病毒肺炎,给全球人民带来了健康威胁,肺纤维化是新型冠状病毒感染幸存者长期面临的肺部后遗症,也是导致新型冠状病毒肺炎加重的重要危险因素之一。国内一项回顾性研究发现,C反应蛋白、白介素-6、血清乳酸脱氢酶和D-二聚体等指标水平的升高以及淋巴细胞计数的减少,将促进COVID-19继发肺纤维化[17-18]。此外,还有随访研究提示,TNF-α、IFN-γ和唾液酸化糖链抗原等均与COVID-19继发肺纤维化相关[19-20]。

目前已有研究表明黄芩及其有效成分具有抗纤维化作用,可以通过抑制转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)基因及蛋白表达,抑制成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的合成,从而减轻流感病毒感染所致小鼠肺损伤[21]。此外,黄芩总黄酮可以通过抑制TGF-β1信号通路,减少胶原蛋白的合成,从而减轻肺纤维化[22]。徐明杭[23]将芩百清肺浓缩丸溶液通过Biacore垂钓,富集、再生,回收与TGF-β1结合的活性单体成分,再将其在超高效液相色谱-质谱联用技术下鉴定单体成分,发现芩百清肺浓缩丸中与TGF-β1结合的主要有效成分为黄芩素且具有浓度依赖性;进一步研究发现黄芩素可以与肺纤维化因子TGF-β1结合,降低MMP2、TIMP2的表达,抑制肺纤维化进程,发挥治疗感染后肺纤维化的作用。以上研究结果提示,抗纤维化是黄芩及其有效成分治疗脓毒症ALI的另一重要机制。

2.5 调节免疫功能

脓毒症ALI常常伴随着免疫功能紊乱,导致感染难以控制。有研究表明,黄芩及其有效成分具有调节免疫功能的作用,可以通过调节免疫细胞的活性和免疫因子的表达,从而改善免疫功能紊乱。例如,黄芩素可以通过抑制Th17细胞的分化,增加Th1/Th2细胞因子的比例,从而改善免疫功能紊乱[24]。最近的研究发现,黄芩苷可以通过增加Ⅰ型干扰素的表达,激活固有免疫,发挥抗中性粒细胞炎症的作用[25]。

3 讨论

基于黄芩之清热解毒功效,以其为基本组成的各种方药在临床上被广泛用于治疗各种血热毒盛的疾病,即各种疾病的急性炎症阶段,并获得良好的临床疗效。基于其良好的抗炎、抗氧化以及抗纤维化作用,黄芩也有望应用于一些复杂、难治且伴随炎症反应的感染性疾病中,比如感染性心内膜炎以及一些外伤感染。黄芩及其有效成分发挥抗炎作用涉及的机制广泛,其中炎症、氧化应激、免疫应答失常与纤维化之间存在密切的关系,炎症可以引起氧化应激,而氧化应激又可以激活炎症反应,同时,炎症和氧化应激也可以共同促进纤维化的发生和发展;因此,黄芩抗脓毒症ALI的作用是基于对多种通路共同调控来实现的。随着研究的进一步深入,有望为扩大黄芩及其有效成分的临床适用范围提供充足的依据,也促使中医药的现代化研究更好地指导并应用于临床实践。