仪器信息网APP

选仪器、听讲座、看资讯

立即体验

当前位置：仪器社区 >药物检测 > 中药/天然药检测 > 帖子详情

【金秋计划】雷公藤甲素抗器官纤维化作用机制研究进展

城头变幻大王骑

2024/09/13

中药/天然药检测

器官纤维化是指由于触发或损伤引起的器官内结缔组织成分的过度沉积。富含胶原蛋白的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的持续积累通常会导致器官功能减退和结构破坏，乃至衰竭[1]。纤维化几乎可以发生在任何实体器官或组织中，特别是肺、心、肝、肾等重要器官[2]。据不完全统计，在西方发达国家，几乎一半的死亡是由纤维化疾病造成的[3]。雷公藤甲素（triptolide，TPL）是雷公藤的主要活性成分之一，具有免疫抑制、抗炎和抗纤维化等作用[4]。虽然目前TPL治疗纤维化已有一定的研究，但仍缺乏系统性的概括总结。因此，本文就TPL抗纤维化的药理作用和机制研究进展进行综述，以期为器官纤维化的防治提供新的思路。

1 器官纤维化的发病机制
研究表明，器官纤维化反应主要包含4个阶段，首先是由器官原发损伤引起的炎症阶段，而后是炎症刺激激活效应细胞，再者是细胞外基质的产生，最后是ECM组分（如透明质酸、纤连蛋白、蛋白聚糖和间质胶原）的动态沉积（吸收不足）促进纤维化的进展，最终导致终末器官衰竭[5-7]。纤维化的产生包含了细胞因子、信号通路和基因等多种复杂机制。肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、血管紧张素II（angiotensin II，AngII）等是纤维化进展的关键调节因子。这些调节因子会通过多个相关信号转导通路发挥作用，主要包括磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol-3-hydroxykinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）、Notch通路和TGF-β1、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）、核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）等。此外，氧化应激、内质网应激和自噬途径等机制也能影响器官纤维化的发展[8-9]。这些机制相互作用导致广泛的ECM积累，最终取代并破坏了生理器官的结构。
2器官纤维化的治疗药物
临床上治疗器官纤维化的药物种类少且疗效有限。目前，国内仅批准吡非尼酮和尼达尼布用于特发性肺纤维化的治疗，但这2种药物只是起到延缓病情进展的作用，且患者易产生耐药性并伴发多种不良反应[10]。肝纤维化是慢性肝病发展到肝硬化的必经阶段，常用的抗肝纤维化药物有免疫抑制剂、糖皮质激素、非特异性抗炎药等，但这些药物的不良反应较多，大多数针对肝纤维化发病机制中关键细胞和细胞因子的药物仍处于临床前试验阶段[11-12]。心脏纤维化虽然确定了TGF-β和受体酪氨酸激酶为抗纤维化治疗的靶点，但目前还没有专门针对心脏纤维化的药物[13]。使用抗纤维化策略治疗肾脏疾病的几个临床试验目前正在进行中，但迄今为止，还没有特定的抗纤维化药物被批准用于包括肾脏在内的大多数器官[14]。雷公藤是一种传统中药，具有祛风湿、通络止痛、活血消肿的功效。TPL为雷公藤的主要活性成分之一，是一种环氧化二萜内酯类化合物[15]。TPL能够抑制炎症反应、调节免疫，同时也能调控细胞凋亡影响细胞自噬[16]。TPL不仅能够用来治疗狼疮、癌症、类风湿性关节炎和肾病综合征等各种疾病，同时也被公认为在抗纤维化方面具有良好的研究价值。TPL对主要器官纤维化的相关生物学机制见图1。
图片
3 TPL防治器官纤维化的作用机制
3.1 抗肺纤维化
肺纤维化是一种慢性肺部疾病，主要表现为细胞外间质的过度积聚和肺部结构的重塑。硬皮病（系统性硬化症）、病毒感染和暴露于有毒物质、辐射、粉尘石棉的吸入以及新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，COVID-19）等都能导致肺纤维化的发生。近年来的研究表明肺纤维化的形成主要包括内质网应激、上皮-间质转化（epithelial? mesenchymal transition，EMT）和成纤维细胞活化为肌成纤维细胞（myofibroblasts，MFBs）等[17]。
3.1.1 阻止MFBs活化 MFBs是纤维化病变的核心效应细胞，MFBs活化和持续性是肺纤维变性的核心事件。其通常由成纤维细胞活化或上皮细胞转化而来，过量的、持续存在的MFBs通过分泌大量的胶原蛋白（collagen，Col）导致ECM过度沉积[18]。Chen等[19]研究显示，在放射性肺纤维化中TPL能够抑制肺泡巨噬细胞分泌活性氧通过旁分泌途径活化MFBs从而缓解纤维化发展。该研究团队通过进一步实验，给予放射性肺纤维化小鼠TPL（0.25 mg/kg）1个月停药后，观察到TPL对常见促MFBs活化的TGF-β1/Smad3途径具有抑制作用，能明显减弱小鼠肺组织的结构紊乱、顺应性下降等病理变化，从而改善纤维化。这表明TPL对放射性肺纤维化具有多靶点效应，能够在细胞和分子水平上阻断MFBs的活化[20]。
3.1.2 抑制EMT进程 EMT本质上是细胞塑性的过程，细胞形态由卵圆形逐渐过渡至纺锤体，最后失去了细胞间的紧密连接。期间伴随着上皮细胞标志物［E-钙黏蛋白（E-cadherin）、细胞角蛋白］表达量下调，细胞骨架重构和间质细胞标志物（N-cadherin、波形蛋白）大量表达。研究表明，EMT是肺纤维化发展过程中的一个关键环节。李全等[21]研究发现，TPL能够结合TGF-β1并抑制下游Smad信号通路的转导，下调波形蛋白、上调E-cadherin，从而改善肺上皮细胞EMT进程。该研究团队发现，TPL能够改善肺纤维化大鼠肺间质支气管壁、血管壁及肺泡隔的胶原沉积，减轻肺组织局部充血水肿现象，抑制NF-κB的核转移而下调Twist1的表达，Twist能够抑制E-cadherin表达并上调纤连蛋白（fibronectin，FN）和N-cadherin。由此表明，TPL能够通过不同的信号通路协同抑制肺纤维化的EMT进程[22]。
3.1.3 影响ECM重塑 ECM重塑受组成、结构、刚度和丰度的定性和定量变化控制，是肺纤维化的特征[23]。MMPs和LOX等特定酶的活性失调是ECM组分降解、修饰和交联的不平衡和畸变的原因，这进一步加剧了纤维化基质沉积和ECM刚度[24-25]。LOX的基因表达受到核转录因子NF-κB的调控[26]。Guo等[27]研究表明，TPL能够抑制NF-κB的转录活性，有效地降低LOX的转录和合成来改善放射性肺纤维化。Lin等[28]发现TPL能够抑制MMPs/LOX/整合素（integrin）轴介导肺纤维化ECM重塑，经TPL治疗的肺纤维化小鼠炎性浸润减少，负责I型胶原切割的MMP14表达增加、LOX的表达减少、生物力学应激转导途径integrin-FAK-Yes相关蛋白（Yes-associated protein，YAP）信号被阻断，从而抑制α-平滑肌肌动蛋白（alpha-smooth muscle actin，α-SMA）、Col-I和FN表达。以上表明，TPL能够多途径、多靶点的协同调控纤维化ECM重塑。
3.1.4 缓解内质网应激内质网应激是特发性肺纤维化及其他各种慢性纤维化疾病发生发展的重要因素之一[29]。宋倩男等[30]观察到TPL能改善小鼠肺功能及内质网应激，通过给予肺纤维化模型小鼠ig TPL，与模型组相比，TPL高浓度（1.0 mg/kg）治疗组和地塞米松治疗组小鼠炎症均有所缓解、胶原沉积减少、肺功能改善、肺泡上皮细胞中内质网应激标志物葡萄糖调节反应蛋白78（glucose regulated protein 78，GRP78）和C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein，CHOP）的表达均减少。
3.1.5 抑制炎症反应炎症反应是纤维化的常见原因。肺泡上皮细胞的反复损伤是肺纤维化发生发展的基础，而损伤的上皮细胞会募集炎症细胞聚集并分泌促炎因子，从而引发炎症，持续的慢性炎症会促进肺纤维化进展。TGF-β1、IL-1β、IL-6、TNF-α等炎症因子是肺纤维化发生发展的关键因子，抑制这些炎性因子能有效缓解或预防肺纤维化。Yang等[31]发现TPL可以减轻肺纤维化模型小鼠的肺泡炎症和纤维化，通过抑制NF-κB活性，减少IL-1β、TGF-β1和IL-13等促纤维化细胞因子的释放，使炎症和纤维化病变减轻。Zhang等[32]研究表明TPL通过调节FAK和钙蛋白酶（calpain）信号通路，降低TGF-β1诱导的炎性细胞因子IL-6的产生、减少Col-Iα和Col-Ⅲ的表达来抑制纤维化。综上所述TPL可以通过调节FAK/calpain和NF-κB信号通路来抑制炎症反应，起到对肺纤维化的保护作用。
TPL抗肺纤维化的作用机制见表1。
图片
3.2 抗心纤维化
心肌纤维化是指心肌中正常心肌细胞减少，心肌成纤维细胞增生，其特征在于心肌重塑和间质纤维化[33]。其与慢性心衰、高血压病等多种心血管疾病有着密切关系，是多种心脏疾病发展到一定阶段所具有的共同的病理改变[34]。
3.2.1 抑制心肌肥大，改善心肌损伤心肌肥厚的发展往往与长期的压力超负荷、心肌损伤、高血压等相关，长期的心肌细胞体积增加往往会造成心肌细胞死亡，从而导致间质和血管周围纤维化[35]。据报道，将调节性T（T regulatory，Treg）细胞转移注入到AngII输注的高血压小鼠可以改善心脏肥大和心脏纤维化[36]。Foxp3是主要控制T细胞表型和功能的关键转录因子，Foxp3可抑制免疫细胞的活化，减少心脏间质炎性细胞浸润和细胞因子的分泌，进而改善心脏肥大和心肌损伤[37]。Ding等[38]通过体内外实验发现，TPL处理能降低心室肌细胞大小，纠正心肌α-肌球蛋白重链（α-myosin heavy chain，α-MHC）和β-MHC的表达失衡，呈剂量相关性地提高Foxp3的表达，降低心肌肥大小鼠心脏指数、左心室指数，改善心肌损伤和纤维化。
3.2.2 抑制免疫途径 Toll样受体（toll-like receptors，TLRs）是一类模式识别受体，代表先天免疫系统受体，它们激活下游炎症反应并启动获得性免疫反应[39]。有研究表明，在动物实验中，TLR4缺乏可以防止心肌梗死后左心室功能障碍和心脏纤维化。Guo等[40]用TPL（50、100、200 μg/kg）治疗链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）诱导的糖尿病性心肌病大鼠，发现左心室的病理结构和功能都显著改善，中、高剂量的TPL治疗明显抑制了TLR4表达，下调了以CD3和CD68为代表的T淋巴细胞和巨噬细胞的促炎反应，进一步检测相关指标发现，TPL可能通过抑制TLR4诱导的NF-κB信号通路来调节先天免疫系统，从而通过NF-κB/TNF-α/血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）通路抑制炎症反应，进而通过TGF-β1/α-SMA/波形蛋白（Vimentin）通路改善心肌纤维化。
3.2.3 抗炎、抗氧化炎症介质在心脏重塑中有着重要的作用，免疫性炎症活化被认为是心肌纤维化和心力衰竭发展的基石。研究证实TPL对心脏抗炎和抗纤维化的作用是通过抑制AngII/TGF-β/Smad3信号通路传导，降低心肌促纤维化因子（TGF-β1、AngII）的产生和炎症激活（IL-1β和IL-6）实现的[41-42]。Nrf2是防御氧化应激的关键调节剂之一。熊纭辉等[43]发现TPL能够减轻结扎冠状动脉左前降支导致的大鼠心肌细胞结构损伤（胞核裂解为碎块、核内空泡增多）、心肌排列紊乱、局灶性梗死化，认为TPL改善急性心肌梗死大鼠心肌坏死及纤维化发展的机制与激活Nrf2/ARE通路，抑制氧化应激和炎症反应有关。NLRP3是心肌重塑发病机制中的关键介质。研究发现TPL通过抑制NF-κB通路来抑制NLRP3活化[44-45]。Li等[46]证实TPL能够调节先天性免疫反应、改善病理变化和心脏机械功能，减轻慢性压力超负荷引起的心肌重构，其机制是通过下调NLRP3/TGF-β/Smad3促纤维化通路，减轻心脏ECM积聚和降低心脏炎症介质的表达。以上提示TPL改善心脏重塑与NF-κB/NLRP3/TGF-β/Smad3信号通路有关。
TPL抗心脏纤维化的作用机制见表2。
图片

3.3 抗肾纤维化

肾纤维化是各种病因引起的慢性肾脏疾病进展至终末期肾衰的共同通路，主要分为肾小球硬化、肾小管间质纤维化和肾内血管硬化等[47]。其病理改变主要为正常肾单位的破坏、MFBs的增殖和细胞外基质的堆积[48]。其还与肾血管功能障碍、肾小球高血压以及最终肾小管细胞丢失有关[49]。
3.3.1 抑制上皮-间充质转化肾上皮-间充质转化是糖尿病肾脏病（diabetic kidney disease，DKD）中足细胞损伤的早期事件，是涉及蛋白尿和纤维化的肾小球疾病的关键因素[50]。Wnt/β-catenin信号通路能诱导肾小管上皮细胞和足细胞EMT进程，长期活化会加剧纤维化肾脏疾病[51]。研究表明TPL在体外能明显抑制Wnt/β-catenin信号通路的活性，抑制磷脂酶D1（phospholipase D1，PLD-1）、α-SMA蛋白表达水平进而改善高糖诱导的足细胞EMT[52]。NLRP3炎症小体激活后会增强TGF-β/Smad信号传导来促进肾小管EMT进展[53]。而TPL在一定剂量范围内能够正向剂量相关地抑制NLRP3活性进而改善足细胞EMT进程[54]。研究表明TPL对HK-2细胞和SD大鼠均能改善肾小管上皮细胞的EMT进程，这一保护作用可能与TPL降低PI3K/Akt[55]、TGF-β/Smad[56-58]和Hippo[59]信号通路的活性有关。EMT的分子机制复杂多样，受到各种中介物和信号通路的共同调节[60]。TPL能够通过多个靶点和多个途径调控这一进程，然而，是否存在这些通路调控的优先级仍需进一步研究。
3.3.2 减少ECM沉积 ECM是肾纤维化形成的关键因素及典型特征，其主要由Col-I和FN组成，当ECM生成与代谢的动态平衡被打破时ECM会大量堆积，进而加速纤维化发展[61-62]。TGF-β1能够诱导ECM的合成和积累，Smad和MAPK是激活TGF-β1的2个主要下游途径。研究发现TPL能够抑制TGF-β1刺激的Smad2和Smad3而不是MAPK途径来抑制ECM的合成[63-64]。此外，Fan等[65]发现经TPL（50 μg/kg）和氯沙坦（10 mg/kg）治疗的糖尿病肾病小鼠蛋白尿、血清肌酐和血尿素氮水平较模型组明显降低，Western blotting结果显示TPL通过调节GSK-3β/Nrf2/HO-1通路，降低Col-IV、TGF-β、α-SMA的表达水平，逆转肾小球系膜基质中ECM增生。同时也有研究进一步发现TPL抑制Notch1[66]通路和GSK-3β/Nrf2/HO-1轴的上游通路PI3K/Akt[55]，抑制糖尿病条件下的ECM蛋白积聚，从而改善糖尿病肾小球硬化。
3.3.3 调控自噬自噬是细胞稳态的自我降解过程，能够调控肾脏内的炎症反应，以减缓炎症状态下肾间质纤维化进展[67]。同源性磷酸酶-张力蛋白为纤维化的负调节剂与器官纤维化密切相关。其可以通过抑制基质蛋白的合成和积累以及与TGF-β和Akt通路的成员相互作用来减轻肾纤维化，同时也能通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路来激活细胞自噬[68]。Li等[69]研究表明TPL通过miR-141-3p/ PTEN/Akt/mTOR途径恢复自噬标志物微管相关蛋白1轻链3-II（microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3-II）与LC3I的比例，降低Col-IV和FN蛋白的表达，逆转DKD大鼠自噬和纤维化。综上所述，自噬调控是TPL治疗肾纤维化的重要机制。
TPL抗肾纤维化的作用机制见表3。
图片
3.4 抗肝纤维化
肝纤维化是发生在各种慢性肝病中的普遍病理过程，包括病毒性肝炎、脂肪性肝病、酒精性肝炎和胆管炎等[70]。进一步发展会导致肝脏组织结构损害和功能障碍，是各种慢性肝病向肝硬化发展的关键环节[71]。
肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSCs）激活是肝纤维化的中心环节，活化的HSCs是肝纤维化中ECM产生的主要来源，也通过分泌细胞因子参与肝脏炎症反应[72]。Yuan等[73]发现TPL 70、140 μg/kg能有效治疗总胆管结扎所致的肝损伤，其机制可能是TPL抑制IL-1β和TNF-α的表达，显著下调RelB蛋白和mRNA表达水平，以及下游基因Tnfsf14，而Tnfsf14能促进HSCs激活并加剧肝纤维化，提示TPL可能通过抑制HSCs激活及减少肝脏炎性浸润来改善细胞免疫紊乱和肝脏炎性浸润、延缓肝纤维化，治疗肝损伤。研究显示腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）的激活通过多种机制改善肝纤维化[74]。Huang等[75]发现TPL是潜在的变构AMPK激动剂，并通过实验验证ip TPL 50 μg/kg能够抑制与纤维化（FN、α-SMA、TGF-β）和炎症（TNF-α）有关的典型基因和蛋白质的表达。Chong等[76]通过TPL治疗腹膜内注射二甲基亚硝胺诱导的肝纤维化大鼠，发现TPL可显著降低胶原含量及IL-6、TNF-α、α-SMA水平，减弱TNF-α诱导的HSC-T6细胞中NF-κB荧光素酶活性和NF-κB p65核易位，这些结果表明，TPL可能通过抗NF-κB激活途径在体内外发挥抗肝纤维化作用。综上，TPL在一定的剂量范围内能有效防止肝纤维化，但其在肝脏疾病中的剂量-效应关系有待进一步研究。
TPL抗肝纤维化的作用机制见表4。
图片
3.5 其他

视网膜下纤维化本质是脉络膜新生血管（choroidal neovascularization，CNV）进展形成纤维化瘢痕，其最终会导致患者的中心视力丧失[77]。有研究在体内通过对激光诱导的CNV视网膜下纤维化小鼠的玻璃体内注射TPL，7 d后发现，与模型组相比，TPL组的视网膜下纤维化面积显著减少；体外实验发现M2巨噬细胞能上调TGF-β/Smad信号通路相关基因（TGF-β1、Smad2、Smad3）表达，下调E-cadherin的表达，经TPL治疗后能改善上述情况，减轻视网膜下纤维化[78]。体外研究表明[79]，TPL通过抑制NF-κB/p65、IL-6蛋白的表达，改善雨蛙素诱导的慢性胰腺炎模型小鼠腺泡细胞结构破坏和炎症细胞浸润程度，缓解胰腺纤维化进程。回结肠吻合术后纤维化是克罗恩病患者进行回盲部切除术后再次手术的主要原因[80]。据报道TPL通过调控miR-16-1/HSP70[80]和TNF-α/miR-155[81]信号轴，阻止经历回盲部切除术的IL-10缺陷小鼠术后纤维化过程的发展，有效抑制吻合部位胶原的合成，降低TNF-α、IL-6和TGF-β1的表达水平。Tao等[82]通过每天给结肠纤维化模型大鼠ip TPL，与纤维化和狭窄严重的模型组相比，TPL治疗组只有轻微的结肠纤维化，ECM沉积面积和总胶原表达量显著降低。
TPL抗其它纤维化的作用机制见表5。
图片
4 结语
综上所述，TPL通过调节TGF-β1等细胞因子，作用于Smad、Wnt、Notch、Akt等各种信号通路，影响其上下游靶点；抑制MFBs活化、上皮-间充质细胞转化、细胞外间质沉积、炎症小体NLRP3活化；调节炎症反应、免疫途径、氧化应激及细胞自噬等来延缓各器官纤维化的发展进程。揭示了TPL通过多种途径、多个靶点作用于肺、心、肾、肝等多个器官，对器官纤维化的治疗起了重要作用。值得注意的是，TPL具有一定的毒性和低水溶性等特点，所以其疗效和毒性并存，安全窗口较窄，滥用可能适得其反，对药物剂量的控制成为确保用药安全的核心问题。TPL的作用靶点往往也可能是其产生不良反应的主要环节，因此明确其活性作用靶标，将为理解其毒性作用机制提供参考，并为以后临床通过使用不同作用机制的药物配伍来增效减毒提供理论依据。
通过中医药理论的配伍减毒从临床角度出发的中药复方研究可能是TPL治疗器官纤维化方面临床转化的关键。因此，深入研究TPL的活性作用靶标，并结合中医药理论进行合理的配伍减毒，有望为提高TPL的治疗效果、减轻其毒性，并促进其在临床实践中更为广泛的应用提供重要的理论基础，对中医药治疗器官纤维化的实际应用产生积极影响。

相关话题

近期热榜

热门活动

猜你喜欢最新推荐热门推荐更多推荐

品牌合作伙伴

日立科学仪器

珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）

珀金埃尔默仪器（上海）有限公司（PerkinElmer）

日本电子株式会社

赛默飞世尔科技

马尔文帕纳科

上海仪电科仪

梅特勒托利多

布鲁克核磁

举报帖子

点赞用户

好友列表

加载中...

正在为您切换请稍后...