红景天苷防治高原肺水肿的作用机制研究进展
时间：2023-02-10 22:55:04 来源：千叶帆 本文已影响人
白 倩，寇祎乐 综述 丁 辉 审校
高原肺水肿(high altitude pulmonary edema, HAPE)是指健康人群急性暴露于2500 m以上高海拔环境时发生的一类非心源性肺水肿，常见呼吸困难、咳嗽、发绀、运动不耐受及粉红色泡沫痰等临床表现。研究显示，低海拔官兵急进高原后，在进行正常训练时均会出现不同程度的气短、胸闷、头晕等高原缺氧症状。HAPE起病急、进展快，病死率高达36.36%～90%，已严重威胁批量快速进驻高原部队官兵的健康和生命安全，影响部队作战能力，阻碍高原区域的经济建设和发展。目前研究认为，HAPE的发病主要与缺氧性肺动脉高压(hypoxia pulmonary hypertension, HPH)、氧化应激、肺血管通透性增加、炎症反应、肺泡液体清除受损及遗传等因素相关，然而具体发病机制仍不清楚，防治策略也缺乏针对性。虽然阶梯法进高原是防治HAPE的最有效手段，但耗时较长，短期暴露难以达到预防效果，在抢险救灾及紧急军事行动中应用受限。现有药物多依赖于碳酸酐酶抑制剂和皮质类固醇等，毒副反应明显，临床使用也备受限制。近年来，寻找有效抗HAPE的天然药物成为国内外学者的关注热点，越来越多的中药及活性成分被发现和认可。HAPE是一种多因素诱导的全身性病理损伤，多靶点药物协同作用优于单一靶点药物疗效。红景天苷(salidroside, SAL)作为中药红景天的重要活性成分，具有抗缺氧、抗氧化、抗炎、抗肿瘤及对心血管和神经系统的保护等多种活性，且少见不良反应，近年来被广泛用于抗高原反应。关于SAL抗HAPE的药理作用研究较多，但缺乏系统阐述。本文综合近年来SAL防治HAPE的研究进展，将从SAL缓解HPH、抗氧化应激、抑制炎症反应、保护肺血管通透性及改善肺泡液清除能力等方面进行综述，以期为SAL的临床应用及新药研发提供理论依据，为防治HAPE提供新思路。
HAPE是一种非心源性肺水肿，与缺氧诱导的肺循环阻力增大有关，是驱动水进入肺泡的力量与其除水能力之间持续失衡的结果。肺部积水量取决于肺泡液从肺血管系统排出的速率和肺泡上皮细胞对水的重吸收速率，前者与HPH有关，而后者依赖于肺泡上皮钠转运。低氧会导致肺血管在几秒钟之内发生非均一性的收缩，从而导致肺循环阻力增加、肺动脉压力升高。随着低氧时间延长，持续缺氧会引起肺血管持续收缩和肺血管重构，导致HPH。
缺氧导致的肺血管重构涉及肺动脉的全层，使肺动脉的扩张功能明显受限，在HPH进程中起关键作用。在生理情况下，肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smooth muscle cells, PASMCs)的增殖与凋亡和外膜成纤维细胞的合成与降解均处于动态平衡，而高原缺氧破坏肺动脉内膜的完整性，使内皮屏障功能紊乱，导致促生长因子相对增多，刺激外膜成纤维细胞和中膜PASMCs异常增殖，破坏原有的平衡状态，造成肺动脉外膜和中膜增厚，管腔相对变窄，血流阻力相应变大，最终导致HPH。SAL可通过调节血管内皮细胞功能和抑制PASMCs过度增殖，促进凋亡来缓解HPH。
1.1 调节血管内皮细胞功能 低氧诱发交感神经系统激活过度，使一氧化氮(NO)合成减少，而内皮素-1(ET-1)的合成增加，导致内皮细胞的功能紊乱，肺动脉血管持续收缩，进而引发HPH。研究证实，SAL可通过增强NO的释放或抑制ET-1的释放使HAPE的血流动力学发生变化，减轻缺氧诱导的血管收缩和肺动脉高压。
Chang等发现，SAL可通过AMPK-AKT-eNOS和ERK通路减轻缺氧诱导的NO产生和信号传导受损，增加NO的生物利用度，从而保护内皮细胞免受缺氧损伤。HIF-1α是感应细胞缺氧反应的重要因子，高原缺氧时，其表达明显升高，并编码多种缩血管因子。血管内皮生长因子(vascular endo-thelial growth factor, VEGF)不仅可以收缩血管，还能促进血管内皮细胞的生长、存活和增殖，是促血管生成的关键因子。研究表明，缺氧环境下HIF-1α高表达，可能调控其靶基因ET-1、VEGF等缩血管因子的水平升高，进而引起肺血管收缩和血管重构，导致HPH发生。SAL干预后HIF-1α、ET-1、VEGF的表达下降，而血管内皮舒张因子eNOS表达增加，有效改善了血管内皮的舒缩功能，从而遏制HPH的发展，发挥抗HAPE作用。
1.2 抑制PASMCs过度增殖，促进凋亡 缺氧时，PASMCs的凋亡与增殖比例失衡，导致PASMCs过度增殖，肺动脉管壁相对增厚，管腔变窄，引发HPH。
Gui等发现，SAL可逆转缺氧诱导的PASMCs增殖和细胞凋亡抵抗，并可能与通过AMPKα1-mTOR-ULK1和AMPKα1-ULK1通路进一步增加自噬通量有关，进而促进PASMCs凋亡，减少肺动脉重塑，缓解HPH。低氧可以引起PASMCs的增殖和迁移能力增强，还会诱导细胞转变为合成表型。近期研究发现，SAL干预后PASMCs的增殖和迁移速度变缓，并且可能与SAL抑制PASMCs合成标志物的表达、促进收缩标志物的表达有关，从而减轻了肺血管重塑，缓解HPH。此外，线粒体在PASMCs增殖和凋亡中扮演重要角色。研究表明，SAL可通过A2aR相关的线粒体依赖性途径诱导PASMCs凋亡，减轻缺氧所致的血管重构和HPH。
HAPE的发病与氧化应激失衡有着密切关系。高原缺氧促使体内活性氧(ROS)大量蓄积，磷脂酶A2被激活，引发炎症反应，使超氧化物歧化酶(SOD)的生成和活性遭到抑制，而脂质过氧化产物(MDA)的生成增加，肺血管内皮完整性被损坏，通透性增加，造成肺水肿。研究表明，SAL可以减轻氧化应激反应，抑制缺氧诱导的ROS过量生成，且可以降低MDA的含量，增加SOD和MPO等抗氧化酶的活性，从而保护内皮细胞免受缺氧损伤，发挥抗HAPE作用。缺氧诱导的ROS过度生成会造成eNOS解偶联增强，使NO的合成与释放减少；
还会诱导ET-1、前列环素等血管收缩剂的释放增多，导致肺动脉血管持续收缩，促成HPH的发生、发展，加重HAPE进程。李风峰等探讨了SAL对HPH大鼠氧化应激损伤的影响，结果发现SAL处理后的平均肺动脉压明显降低，证实了SAL对HPH大鼠的氧化应激损伤有明显防护效果，可有效缓解HPH肺损伤。
以往研究指出，虽然炎症反应对HAPE起着调控作用，但不能引起HAPE的发生。而近期研究证实，炎症在HAPE发病中可能扮演更关键的角色。如Gojkovic等通过定点敲除小鼠骨髓细胞VHL基因，使骨髓细胞HIF-1α和HIF-2α表达水平升高，以确定在肺水肿中解除低氧反应的影响，结果发现在常氧环境下，肺髓样细胞中VHL的缺失可以引起肺血管通透性增加、炎症细胞聚集、肺含水量增高等类似HAPE的表现，表明骨髓细胞Cxcr1、Cxcl15、Trem、Tnfrsf1b、F2rl1等炎症因子的表达增高所诱发的炎症反应可能是HAPE发病的关键因素。研究显示，在HAPE登山者的支气管肺泡灌洗液里也发现促炎因子TNFα、IL-1β、IL-6、等水平显著增高。此外，缺氧诱导的肺血管内皮损伤，导致炎性介质和ROS的释放均可诱发炎症反应，加重HAPE的肺损伤，提示炎症在HAPE发病中发挥重要作用。关爽在小鼠体外炎症模型中发现，经SAL干预后，小鼠RAW 264.7巨噬细胞浓度、NF-κB活力和ERK、p38 MAPKs蛋白表达明显被抑制，同时抑制了炎性介质PGE2、NO的合成及TNF-α、IL-1β、IL-6等炎性因子分泌，表明SAL能够通过调节炎性信号转导通路MAPKs和炎症因子及炎性介质的分泌，进而抑制炎症反应。NF-κB是炎症反应的关键核转录因子，缺氧时NF-κB与促炎因子IL-1β、iNOS、IL-6等结合后被激活，参与NLRP3炎症小体构成蛋白的基因转录过程，上述炎症因子随着肺血管通透性的增强进入肺组织，从而加剧HAPE的进程。研究表明SAL可以抑制小鼠肺组织中NLRP3炎症小体的活性，且有学者认为SAL对NLRP3炎症小体的活性抑制可能与抑制NF-κB相关，从而减轻内皮炎症和肺损伤程度。
支气管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavage fluid，BALF)中的蛋白含量是评价肺泡毛细血管通透性的指标。课题组先前的研究发现，缺氧暴露组大鼠肺组织中W/D和BALF蛋白均显著高于常氧对照组，说明缺氧暴露组大鼠肺水肿的发生和肺泡毛细血管通透性增强。VEGF又称血管通透因子，是维持肺泡-毛细血管膜结构完整和通透性正常的重要细胞类型。低氧暴露时，HIF-1α大量表达，VEGF作为HIF-1α的下游调节因子，其表达水平被显著升高。VEGF能够与内皮细胞相应受体结合，使肺血管通透性增高，导致血管渗出及组织水肿，还易引发炎症反应，加剧肺水肿。课题组之前的研究表明，VEGF在HAPE发病中发挥重要作用，在缺氧暴露期间miR-203a-3p的下调促进VEGF-A表达增加，肺组织中VEGF表达的上调激活了血管生成相关的VEGF/Notch通路，引发一系列促进血管生成的级联反应，导致肺内皮细胞的血管生成增加，随着长时间的缺氧暴露，过度的血管生成导致肺泡毛细血管屏障的通透性增加，从而引发肺水肿。Lee等研究发现，在低压缺氧组小鼠BALF中VEGF水平显著增加，而SAL处理后可显著降低缺氧肺损伤中的VEGF水平，为维持肺泡-毛细血管屏障的完整性提供了有效保护，从而减轻了肺水肿，并发现它是通过减少缺氧诱导的氧化应激来实现的。还有学者在低氧暴露大鼠模型上发现SAL可通过抑制低氧诱导的肺血管渗出及炎症因子、氧化应激因子、细胞粘连分子的表达，减轻HAPE的发生，提高低氧环境的适应能力。
肺水肿的产生与肺泡液体的转运失衡有关。在生理状况下，激活的Na首先经由上皮细胞的钠离子通道(ENaCs)转运到肺泡上皮细胞，然后由胞膜Na-K-ATPase介导将进入肺泡上皮细胞内的Na泵出到肺间质，形成渗透梯度，从而利于水的转运，再由水通道蛋白(AQP)清除肺泡内多余的液体，使肺内液体保持动态平衡。线粒体是活性氧(ROS)产生的主要场所，低压低氧会导致ROS过量蓄积，诱发线粒体能量代谢障碍，引起ATP生成不足以及依赖ATP的肺泡上皮细胞中的Na-K-ATPase被内吞和降解，导致其活性降低，肺水清除功能下降，细胞内Na和水聚集过多，造成肺水肿。研究表明，ROS增加导致线粒体膜受损，从而导致线粒体膜电位下降，而SAL干预后可升高线粒体膜电位，还可减少caspase-3蛋白的表达，表明SAL具有使线粒体功能稳定和抗细胞凋亡的能力。还有研究发现，SAL可通过抑制A549细胞中的ROS-AMPK-PKC ζ 的激活来遏制低氧诱导的Na-K-ATPase的内吞作用，保护Na-K-ATPase活性，改善肺泡液重吸收；
同时，在低压缺氧大鼠模型中也发现SAL具有抑制Na-K-ATPase活性降低的作用，从而有效改善肺泡液清除功能，减轻肺水肿。
高原官兵的身体健康及生命安全一直是部队关注的重点，HAPE是造成高原部队非战斗减员的重要因素之一，确切机制仍未完全阐明，其防治仍是高原医学领域的重大课题。SAL被证明可通过多途径、多靶点有效防治HAPE，但目前研究多停留在基础实验研究阶段，且其靶向调控细胞通路及上下游基因的作用机制研究也相对表浅，主要作用靶点仍需进一步分析和验证。因此，应在已有的研究基础上深入体内外实验研究，加强基因到蛋白水平研究来进一步探讨其确切作用机制，为临床药物研发提供依据。其次，缺氧导致的肺血管重构涉及肺动脉全层，表现为肺血管内皮细胞增生、肿胀，造成内皮功能紊乱；
中膜PASMCs异常增殖，肺血管顺应性降低；
外膜成纤维细胞和胶原蛋白等细胞外基质异常合成，并在血管外异常沉积，在HPH发病中起重要作用。研究证实，SAL可明显减轻肺血管重构，缓解肺动脉高压，但目前研究多是关于SAL对肺血管内皮和中膜的影响，关于SAL通过抑制肺血管外膜成纤维细胞的异常活化及胶原沉积来改善HPH肺血管重构方面的研究还较少，期望未来有更深入地探索。此外，还需对SAL的衍生物及其构效关系进行分析，更需要大规模的随机临床试验来进一步巩固其有效性和安全性，以更好地挖掘SAL的临床价值和促进新药的研发，从而有效防治HAPE。
