黃芩及其有效成分治療膿毒癥急性肺損傷機制研究進展*

周 易 陳 廣 董若蘭

華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院中西醫結合科,武漢 430030

急性肺損傷(acute lung injury,ALI)是各種致病因素損傷肺微血管內皮細胞和肺泡上皮細胞造成的以彌漫性間質性肺水腫為主要病理特征、以急性低氧性呼吸功能不全為主要臨床特征的綜合征。引起ALI的原因多種多樣,其中膿毒血癥被認為是造成ALI最主要的危險因素。膿毒癥ALI時肺血管屏障穩定性被破壞,液體和蛋白由血管腔進入肺間質和肺泡,嚴重時導致致命性的肺水腫甚至呼吸衰竭。盡管近年來在抗感染及臟器功能支持治療方面有了很大進展,但膿毒癥的病死率仍居高不下。目前西醫治療膿毒癥ALI的手段相對有限,而中西醫結合療法以其獨特優勢,歷來被廣泛應用于各種感染性疾病的治療。在2003年的“非典”以及2020年的新冠疫情防治過程中,中醫藥都發揮了重要作用。中醫學并無膿毒血癥相應的病名,但根據癥狀、體征及疾病的演變規律,當屬中醫“溫病”范疇,而膿毒癥ALI則屬于中醫“喘證”“暴喘”“喘脫”的范疇。在膿毒血癥發病過程中,多有邪熱內蘊、火毒熾盛,由氣傳營入血,內攻臟腑,熱與血結,瘀熱釀毒,傷陰損陽。由于膿毒癥ALI發病急驟、病勢兇險、傳變迅速、病死率高,在發病之初“及早識別”并“及時干預”以及“既病防變”顯得尤為重要。黃連解毒湯是清熱解毒治法的代表方劑,出自《外臺秘要》,由黃連、黃芩、黃柏、梔子組成,主治三焦火毒證,臨床常用于治療膿毒血癥、肺炎、泌尿系感染等。黃芩作為黃連解毒湯中的重要藥物組成,主清上焦之火;近年來,越來越多的研究表明,黃芩及其有效成分在治療膿毒癥ALI方面具有顯著的效果?，F本文就黃芩及其有效成分治療膿毒癥ALI的機制進行綜述如下。

1 黃芩及其有效成分

黃芩味苦、性寒,具有清熱解毒、抗炎、抗氧化等多種藥理作用。其有效成分主要包括黃酮類化合物、苯丙素類化合物、萜類化合物等。其中,黃酮類化合物如黃芩苷、黃芩素、漢黃芩苷等是黃芩的主要有效成分,黃芩素則是體內的有效成分,黃芩素進入動物體內后,在血液中迅速轉化為黃芩苷及其他代謝物[1]。

2 黃芩及其有效成分治療膿毒癥ALI的機制

2.1 抗菌、抗病毒

在過去很長一段時間內,中藥治療感染性疾病的機制研究主要集中于其抗菌、抗病毒的作用。有研究發現,黃芩苷能降低H6N6禽流感病毒在肺臟中的復制,調節血清腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)、干擾素-γ(interferon-gamma,IFN-γ)和5-羥色胺含量,減輕H6N6禽流感患鼠的肺損傷[2]。此外,黃芩苷在離體實驗以及在體實驗中對呼吸道合胞病毒、流感病毒、腺病毒等多種病毒均有抑制作用[3-4]。

有回顧性研究發現,以黃芩單味藥制成的黃芩膠囊聯合頭孢哌酮舒巴坦、替加環素治療多重耐藥鮑曼不動桿菌肺炎可有效減輕菌血癥,患者體溫恢復正常時間、啰音消失時間、肺部陰影消失時間等明顯優于單用抗生素,且聯合用藥組感染狀況、中醫證候評分、肺部損傷評分以及不良反應總發生率顯著低于單用抗生素組;提示黃芩膠囊輔助頭孢哌酮舒巴坦、替加環素治療鮑曼不動桿菌肺炎效果顯著,能減少不良反應發生風險,臨床應用價值較高[5]。隨著研究的不斷深入,學者發現抗菌、抗病毒作用并非黃芩治療膿毒癥ALI的主要機制。雖然黃芩及其有效成分抗感染并非直接抗菌、抗病毒,但最初將研究靶點立足于病原微生物還是促進了相關研究的進展。

2.2 抗炎癥反應

黃芩及其有效成分具有顯著的抗炎作用,可以通過抑制炎癥因子的表達,減輕肺部炎癥反應,從而緩解膿毒癥ALI的癥狀及相關的病理改變[6]。吳海榮等[7]研究發現,單味黃芩煎劑能夠增加肺組織腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)以及血漿纖維結合蛋白(fibronectin,Fn)的表達,改善內皮功能,減少膿毒癥大鼠血漿炎癥因子TNF-α、IL-1β的表達,從而有效降低膿毒癥ALI的嚴重程度并改善氧合指數,但與黃芩劑量關系不大。有研究[8]發現,膿毒癥小鼠肺組織中炎性細胞浸潤增加,肺泡壁明顯增厚,黃芩苷可以明顯改善這一病理變化;進一步的研究發現,黃芩苷的這一保護作用通過抑制NF-κB信號通路,降低TNF-α、IL-1β等炎癥因子的表達來實現。陳文等[9]研究發現,黃芩通過下調肝肺組織炎癥信號通路中Toll樣受體4(Toll-like receptor-4,TLR4)蛋白的表達來阻止炎癥信號的轉導,從而減少下游細胞因子IL-1β、TNF-α的表達以發揮對內毒素血癥大鼠肝肺損傷的保護作用。此外,還有研究表明,黃芩水提取物能促進乙酰膽堿釋放、提高急性肺損傷大鼠血清乙酰膽堿水平,通過膽堿能抗炎通路抑制炎癥反應,降低血清TNF-α、一氧化氮(nitric oxide,NO)水平,抑制炎癥反應進一步惡化,從而減輕膿毒癥ALI的嚴重程度[10]。此外,膿毒癥ALI也是重癥胰腺炎患者死亡的重要原因。動物研究發現,黃芩苷對胰腺炎肺損傷具有一定的治療保護作用,其作用機制可能與抑制細胞間黏附分子-1高表達,減少中性粒細胞在肺臟聚集有關[11]。此外,有研究發現黃芩苷通過降低c-jun、c-fos基因以及蛋白的表達,明顯抑制TNF-α、IL-1β的分泌,緩解甲型流感病毒誘導的炎性病理損傷,從而發揮抗流感病毒感染的作用[12]。多項研究表明,抗炎癥反應及減少炎性細胞因子表達可能是黃芩及其有效成分治療膿毒癥ALI的主要機制。

2.3 抗過氧化損傷

膿毒癥ALI過程中會產生大量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS),導致氧化應激反應,進一步加重肺損傷。黃芩及其有效成分具有顯著的抗氧化作用,可以通過清除ROS、抑制氧化應激反應,從而減輕肺損傷[13]。研究發現,相較于過氧亞硝基陰離子(peroxynitrite,ONOO-)處理的小鼠,黃芩苷預處理的小鼠肺組織病理變化明顯減輕,肺系數、肺濕干比、肺含水體積分數和EB質量分數顯著降低;提示黃芩苷具有較強的抗自由基氧化能力,能夠減輕ONOO-誘導的肺血管內皮屏障功能障礙和彌漫性肺泡萎陷以及間質血管擴張充血[14]。陳文等[9]的研究還發現,黃芩可能通過下調肝肺組織炎癥信號通路中TLR4蛋白的表達減少丙二醛(malondialdehyde,MDA)的累積,增加超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)表達,從而減少過度累積的自由基,發揮對內毒素血癥大鼠肝肺損傷的保護作用。另有研究發現,黃芩苷能夠顯著下調流感病毒感染的小鼠肺勻漿總NO合成酶、MDA水平,上調谷胱甘肽過氧化物酶含量或活性,從而減少流感病毒性肺炎小鼠肺組織NO及過氧化物水平而發揮保護作用[15]。近期研究表明,黃芩素能夠通過激活Nrf-2介導的HO-1信號通路,抑制炎癥以及氧化應激來緩解膿毒癥ALI[16]。因此,抗氧化應激是黃芩及其有效成分改善膿毒癥ALI的另一重要機制。

2.4 抗纖維化作用

膿毒癥ALI后期常常出現肺纖維化,導致肺部功能嚴重受損,給全球經濟、社會帶來巨大挑戰。2019年末爆發的新型冠狀病毒肺炎,給全球人民帶來了健康威脅,肺纖維化是新型冠狀病毒感染幸存者長期面臨的肺部后遺癥,也是導致新型冠狀病毒肺炎加重的重要危險因素之一。國內一項回顧性研究發現,C反應蛋白、白介素-6、血清乳酸脫氫酶和D-二聚體等指標水平的升高以及淋巴細胞計數的減少,將促進COVID-19繼發肺纖維化[17-18]。此外,還有隨訪研究提示,TNF-α、IFN-γ和唾液酸化糖鏈抗原等均與COVID-19繼發肺纖維化相關[19-20]。

目前已有研究表明黃芩及其有效成分具有抗纖維化作用,可以通過抑制轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)基因及蛋白表達,抑制成纖維細胞的增殖和膠原蛋白的合成,從而減輕流感病毒感染所致小鼠肺損傷[21]。此外,黃芩總黃酮可以通過抑制TGF-β1信號通路,減少膠原蛋白的合成,從而減輕肺纖維化[22]。徐明杭[23]將芩百清肺濃縮丸溶液通過Biacore垂釣,富集、再生,回收與TGF-β1結合的活性單體成分,再將其在超高效液相色譜-質譜聯用技術下鑒定單體成分,發現芩百清肺濃縮丸中與TGF-β1結合的主要有效成分為黃芩素且具有濃度依賴性;進一步研究發現黃芩素可以與肺纖維化因子TGF-β1結合,降低MMP2、TIMP2的表達,抑制肺纖維化進程,發揮治療感染后肺纖維化的作用。以上研究結果提示,抗纖維化是黃芩及其有效成分治療膿毒癥ALI的另一重要機制。

2.5 調節免疫功能

膿毒癥ALI常常伴隨著免疫功能紊亂,導致感染難以控制。有研究表明,黃芩及其有效成分具有調節免疫功能的作用,可以通過調節免疫細胞的活性和免疫因子的表達,從而改善免疫功能紊亂。例如,黃芩素可以通過抑制Th17細胞的分化,增加Th1/Th2細胞因子的比例,從而改善免疫功能紊亂[24]。最近的研究發現,黃芩苷可以通過增加Ⅰ型干擾素的表達,激活固有免疫,發揮抗中性粒細胞炎癥的作用[25]。

3 討論

基于黃芩之清熱解毒功效,以其為基本組成的各種方藥在臨床上被廣泛用于治療各種血熱毒盛的疾病,即各種疾病的急性炎癥階段,并獲得良好的臨床療效?；谄淞己玫目寡?、抗氧化以及抗纖維化作用,黃芩也有望應用于一些復雜、難治且伴隨炎癥反應的感染性疾病中,比如感染性心內膜炎以及一些外傷感染。黃芩及其有效成分發揮抗炎作用涉及的機制廣泛,其中炎癥、氧化應激、免疫應答失常與纖維化之間存在密切的關系,炎癥可以引起氧化應激,而氧化應激又可以激活炎癥反應,同時,炎癥和氧化應激也可以共同促進纖維化的發生和發展;因此,黃芩抗膿毒癥ALI的作用是基于對多種通路共同調控來實現的。隨著研究的進一步深入,有望為擴大黃芩及其有效成分的臨床適用范圍提供充足的依據,也促使中醫藥的現代化研究更好地指導并應用于臨床實踐。