中药调控细胞死亡治疗肝纤维化的研究进展
肝纤维化并非独立的疾病,而是一种病理生理过程,其本质是肝脏细胞外基质(extracellular matrix,ECM),即胶原蛋白、糖蛋白和蛋白多糖等的合成与降解失衡,几乎所有的慢性肝病都会引起肝纤维化[1]。非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)、大量饮酒、乙型或丙型肝炎病毒感染、自身免疫性肝病、胆汁淤积性疾病及铁或铜过载在内的慢性肝病均会引起肝细胞的损伤,导致肝纤维化及肝硬化的形成。肝纤维化在一定程度上是可逆的,明确肝纤维化消退的细胞分子机制,有利于找到肝纤维化治疗的新靶点[2],其病理生理过程与肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSCs)、肝细胞、肝窦内皮细胞(liver sinusoidal endothelial cell,LSECs)、巨噬细胞等多种细胞相关,HSCs活化是其中心环节,同时伴随有LSECs毛细血管化和巨噬细胞的极化等[3]。HSCs活化作为肝纤维化病理发展过程中最中心的环节,受到多种信号通路及细胞因子的调控,如细胞内核受体、G蛋白偶联受体、先天性免疫信号通路、脂肪细胞因子与细胞因子等,此外,库普佛细胞(Kupffer cell,KCs)、LSECs、B淋巴细胞、胆管上皮细胞等均可通过分泌各类细胞因子或激活相应的信号通路促进HSCs激活。
细胞死亡是一个清除受损或陈旧细胞的过程,细胞死亡既包括由基因程序诱导的如细胞凋亡、焦亡、自噬、坏死性凋亡,也包括由代谢失调引起的铁死亡[4];肝纤维化的发生发展涉及多种细胞死亡机制,细胞死亡通过作用于参与肝纤维化的各种细胞影响纤维化,而中草药在慢性肝病治疗上具有多靶点、不良反应低等特点,近年来发现中药活性成分及中药复方可以通过调节细胞死亡促进肝纤维化的消退。虽然目前关于中药活性成分及复方调控肝纤维化的研究日益增加,但仍缺乏系统归纳梳理。故而基于目前的研究现状,本文着眼于细胞死亡,针对中药活性成分及复方对肝纤维化的研究进展进行综述,为现代医学防治肝纤维化提供一定的理论依据和临床参考,也为肝纤维化治疗药物的临床转化提供更多的科学依据。
1细胞死亡概述
1.1细胞凋亡
细胞凋亡是指细胞在一定的生理或病理条件下,受内在遗传机制控制,按照自身程序主动性、生理性的死亡过程。细胞凋亡受凋亡相关基因调控,是第1个被确定的调节性细胞死亡形式,是细胞在基因控制下主动死亡的过程,这个过程涉及一系列基因的激活、表达及调控,主要通过激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cystein-asparate protease,Caspase)引起细胞死亡[5]。细胞凋亡的过程主要涉及3个阶段,首先靶细胞接收到基因发出的死亡信号,之后细胞内出现一系列的形态和生化变化,如细胞核凝集、细胞缩小、形成膜泡、微绒毛丧失、染色体DNA降解等并形成凋亡小体,最后凋亡小体被周围的吞噬细胞消化吞噬,凋亡完成。细胞凋亡主要通过外源性(死亡受体途径)与内源性(线粒体途径)2种途径发挥作用。
1.2细胞焦亡
细胞焦亡是区别于细胞凋亡的一种新的程序性细胞死亡方式,是一种由膜打孔蛋白Gasdermin(GSDM)家族介导的膜裂解性细胞程序性坏死。在这个过程中,GSDMD被Caspase切割,释放出活性氨基末端片段,随后转移并插入至细胞膜,使得细胞膜形成孔隙,导致细胞膜失去完整性和调控物质进出细胞的能力,最终导致细胞膜溶解破裂,释放细胞内容物,诱发炎症反应[6]。细胞焦亡机制分为Caspase-1激活的经典途径和Caspase-11或Caspase-4/5激活的非经典途径。在经典细胞焦亡途径中,NOD样受体热蛋白结构域3(NOD like receptor family pyrin domain containing 3,NLRP3)、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白4、黑色素瘤缺乏因子2等炎症小体被激活,裂解Caspase-1前体并形成具有活性的Caspase-1,Caspase-1裂解GSDMD蛋白形成具有活性的N端与C端,N端可促使细胞膜穿孔、细胞死亡;在非经典途径中,活化的Caspase-4/5/11既可以通过裂解GSDMD蛋白产生N端结构域,介导细胞膜溶解与细胞焦亡,还可以激活NLRP3炎症小体活化Caspase-1,最终产生白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)并外释;同时,活化的Caspase-4/5/11蛋白激活血浆泛连接蛋白1通路,通过释放三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)开放细胞膜通道,诱导细胞焦亡[7]。
1.3自噬
自噬是维持细胞和机体稳态的核心分子途径之一,与人类多种疾病相关[8],是将细胞自身细胞质蛋白和受损细胞器运送到溶酶体进行降解的过程,主要受到自噬相关基因(autophagy-related genes,ATGs)的调控[9]。而根据自噬体包裹物质及运送方式的不同,可以将自噬分为巨自噬、微自噬及分子伴侣介导的自噬。巨自噬是指通过形成具有双层膜结构的自噬体包裹胞内物质,最终使自噬体与溶酶体融合[10],是自噬最主要的类型;微自噬则是通过溶酶体或液泡表面的形态变化直接吞没特定的细胞器[11],其过程主要是溶酶体本身通过溶酶体膜的内陷吞噬细胞质中的小分子;分子伴侣介导的自噬则是依赖于具有KEFRQ样基因序列的蛋白在热休克蛋白70伴侣的帮助下,通过热休克蛋白70-底物复合体与溶酶体相关膜蛋白2A型转运体将被降解底物转运到溶酶体[12]。而根据被降解底物是否具有特异性,自噬又被分为非选择性与选择型自噬,非选择性自噬是溶酶体非特异性摄取细胞质物质进行降解的过程;选择性自噬则是通过ATG8/微管相关蛋白1A/1B-轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,LC3)/γ-氨基丁酸相关受体蛋白家族对细胞质蛋白和受损细胞器发生特异性识别后再发生自噬的过程[13]。
1.4铁死亡
铁死亡是一种区别于其他细胞死亡方式的铁依赖性细胞死亡方式,其本质是谷胱甘肽的耗竭,谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)活性下降,脂质氧化物不能通过GPX4催化的谷胱甘肽还原酶反应代谢,继而导致Fe2+氧化脂质产生活性氧,促使铁死亡的发生。铁死亡受到经典胱氨酸/谷胱甘肽/GPX4调节途径、不依赖GPX4途径调节途径、脂代谢途径、铁代谢等途径的调控,同时细胞对铁死亡的敏感性同多种信号通路和调节因子相关,如铁死亡抑制蛋白1、腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)信号通路及缺氧相关信号通路等[14]。
1.5坏死性凋亡
坏死性凋亡是一种非凋亡形式的细胞死亡,当细胞在炎症、氧化或缺血应激后未能正常发生细胞凋亡时,细胞坏死性凋亡就会作为凋亡的替补发挥作用,且细胞坏死性凋亡清除受损细胞的过程无需Caspase的活化,而是依赖于坏死性小体的激活,肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、受体相互作用蛋白激酶1(receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1,RIPK1)、RIPK3和混合谱系激酶结构域样蛋白(mixed lineage kinase domain-like protein,MLKL)是参与坏死性凋亡的主要分子。其中TNF-α是坏死性凋亡最主要的上游信号元件[15]。正常情况下,TNF-α、Fas配体(Fas ligand,FasL)和TNF相关凋亡诱导配体的信号传导将RIPK1募集到质膜上的细胞凋亡抑制剂复合物中,从而导致级联反应,使核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)活化并促进细胞存活,但当这一过程被阻断时,RIPK1与活化的Caspase-8等因子形成二级复合物,诱导细胞凋亡。同时当细胞处于应激状态时,Caspase-8活性被抑制,导致坏死小体形成,RIPK1的调控功能从凋亡转换为坏死性凋亡,这导致RIPK1和RIPK3之间一系列的自动和交叉磷酸化,而RIPK3的磷酸化最终导致MLKL的募集和磷酸化,并转移到质膜形成孔复合物,致使细胞膜破裂,细胞内容物溢出,导致炎症表型的出现和损伤相关分子模式的释放,从而引发免疫应答,最终导致细胞死亡[16]。
1.6铜死亡和泛凋亡
铜死亡作为一种新型细胞死亡方式,主要过程依赖于细胞内铜离子的积累,铜离子直接结合三羧酸循环中的脂酰化成分,导致这些蛋白聚集、失调,阻断三羧酸循环,引发蛋白质毒性应激,并诱导细胞死亡[17]。泛凋亡是最新发现的细胞死亡方式,同时具有细胞焦亡、凋亡和/或坏死性凋亡的关键特征,主要受到泛凋亡复合体的调控[18]。
2中药活性成分调控细胞死亡治疗肝纤维化
2.1细胞凋亡与肝纤维化
在正常生理状态下,肝脏中的细胞不会发生大规模的凋亡,而当肝脏出现炎症时,炎症级联反应被激活,肝脏中肝细胞、HSCs、巨噬细胞等就会出现大范围的凋亡而引起肝纤维化。
2.1.1抑制肝细胞凋亡治疗肝纤维化肝细胞是肝脏中最主要的实质细胞,其死亡被认为是肝纤维化的触发因素[19]。肝细胞凋亡的调节对维持肝脏稳态至关重要,肝细胞凋亡会激活HSCs,引起ECM沉积[20]。因此,抑制肝细胞凋亡是治疗肝纤维化的有效途径。肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)是一种可以促进多种细胞增殖的多功能因子,多项研究已经证实HGF可以延缓肝纤维化的进展[21-23];白藜芦醇是一种非黄酮类多酚有机化合物,具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤及保护心血管等作用,可以通过miR-190a-5p/HGF轴抑制肝细胞凋亡并缓解肝纤维化[24],也可以通过抑制内质网应激反应(endoplasmic reticulum stress,ERS)抑制肝细胞凋亡[25];特女贞苷是植物药物女贞子叶的提取物,有动物实验表明特女贞苷通过激活核因子E2相关因子2(nuclear factor E2 related factor 2,Nrf2)信号抑制氧化应激,减少肝细胞凋亡,从而减轻四氯化碳诱导的小鼠肝损伤[26];橙皮苷则通过上调血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)的表达抑制肝细胞的凋亡、坏死、氧化应激和炎症反应,减轻对乙酰氨基酚诱导的肝损伤[27];川陈皮素提取自芸香科川橘的果皮,可通过调节肝脏氧化应激和线粒体功能障碍来限制肝细胞的调亡并减轻非酒精性脂肪性肝炎导致的肝纤维化[28];马铃薯蛋白水解物通过磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信号通路可有效调节NAFLD引起的肝损伤和肝细胞凋亡[29];β-谷甾醇存在于坚果、植物油及多种中药中,具有抗炎、抗氧化、调血脂、保肝等功能,有研究发现,β-谷甾醇可以通过抑制ERS及促凋亡转录因子C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)通路来减轻肝细胞凋亡,是重要的可以治疗和减轻肝病的天然产物[30];千层纸素A是从黄芩中提取的主要活性成分之一,可以通过AMPK/成纤维细胞生长因子21通路改善炎症,从而减轻肝细胞脂质积累和肝细胞凋亡[31];五倍子酸存在于五倍子、漆树、茶等植物中,体外研究表明可以通过激活肝细胞AMPK通路抑制肝细胞脂质累积,并有效抑制肝细胞凋亡和肝细胞与巨噬细胞相互作用的炎症反应[32];鼠尾草酚是来源于迷迭香的具有抗炎、抗肿瘤、抗氧化的二萜类化合物,可以通过靶向抗线粒体氧化蛋白过氧化物酶3(peroxiredoxin 3,PRDX3)调节线粒体功能和肝细胞凋亡[33];在环磷酰胺诱导的肝损伤大鼠模型中,高良姜素(高良姜的一种黄酮类活性成分)可通过激活Nrf2信号转导通路减轻氧化应激、炎症和肝细胞凋亡[34];而在一项有关丹参酸A(丹参水溶性成分中的主要药效成分)与肝纤维化的研究中发现丹参酸A能够增强B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)蛋白的表达抑制肝纤维化过程中肝细胞的凋亡[35];虎杖苷是一种来自虎杖的天然有机化合物,可以有效抑制依赖于鞘氨醇激酶1(sphingosine kinase 1,SphK1)途径的HSCs活化和增殖,并缓解四氯化碳诱导的小鼠肝细胞凋亡[36];甲基莲心碱是从莲成熟种子的绿色胚芽中提取出的一种双苄基异喹啉类生物碱,研究表明其具有扩血管、降压、抗心律失常、抗血小板聚集、抗血栓形成、抗氧化等药理作用,且可以通过AMPK通路减少肝细胞早期和晚期的凋亡[37]。
2.1.2诱导活化的HSCs(activated HSCs,aHSCs)凋亡逆转肝纤维化HSCs的激活是肝纤维化的中心环节,抑制HSCs活化和增殖、诱导aHSCs的死亡和静止状态的恢复均能有效逆转肝纤维化[38];对于aHSCs,其失活是肝纤维化消退的关键,调控方式主要包括aHSCs自身的凋亡和衰老及从活化状态恢复到静止状态[39-40]。在众多中药活性成分当中,Chen等[41]发现灵芝多糖具有提高机体免疫力、加速血液循环等功能,在肝纤维化模型中具有促进转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)诱导的aHSCs凋亡的作用,并同时降低Bcl-2水平;五味子乙素则是北五味子中含量最高的联苯环辛烯类木脂素,通过将其作用于TGF-β1诱导活化的大鼠肝星形HSC-T6细胞与人肝星形LX-2细胞,均发现其在抑制HSCs活化的同时亦会促进aHSCs凋亡[42];连翘脂素(一种来自连翘的活性成分)则被证明其促进aHSCs凋亡的分子机制可能与Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)/Bcl-2通路的调控密切相关[43];从党参根中提取出的党参根多糖对肝纤维化的抗炎和促凋亡作用是通过Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/NF-κB和TGF-β1/Smad3信号通路进行的[44];花青素是一种存在于广泛膳食植物中的黄酮类化合物,无论是在体实验还是离体实验,都已证明其具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎及保肝的功能,锦葵素是蓝莓中含量最高的花青素,通过体外实验表明,锦葵素可以改变内质网结构并下调抗凋亡蛋白Bcl-2的水平,上调促凋亡蛋白Bax和Caspase-3的水平,通过ERS和线粒体途径促进aHSCs凋亡,且这种促凋亡作用呈时间和剂量相关性[45];而丹参的提取物隐丹参酮及千层纸素A也被证明可以通过调节ERS信号通路诱导aHSCs凋亡[46-47];从丹参的根及根茎提取而来的天然化合物丹参酸B及从五味子当中提取出的木脂素化合物gomisin D能够通过靶向血小板源性生长因子-β(platelet-derived growth factor-β,PDGF-β),抑制HSCs增殖、活化和迁移,促进aHSCs凋亡,缓解四氯化碳诱导的肝纤维化[48-49];白藜芦醇已被证实对多种脏器纤维化具有预防和缓解作用,如肺纤维化[50-52]、心肌纤维化[53]、肾脏纤维化[54]、系统性硬化[55]等,在肝纤维化的预防和治疗上,研究表明,白藜芦醇可以通过沉寂信息调节因子1(Sirtuin 1,SIRT1)和c-Jun氨基末端激酶(c-JunN-terminal kinase,JNK)信号通路,以剂量相关性方式诱导aHSCs凋亡并抑制HSCs活化[56],也可通过Hippo通路促进HSCs的凋亡[57];汉黄芩素则可以上调Caspase-3/9表达水平来促进aHSCs的凋亡[58];吉马酮,一种来自于广西莪术干燥块茎的提取物,实验证实可以通过作用于TGF-β/Smad信号通路,上调Caspase-3蛋白表达和抑制Bcl-2表达促进aHSCs的凋亡[59],并靶向作用于PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路介导aHSCs凋亡[60];银杏素存在于植物银杏的叶、外种皮当中,在硫代乙酰胺(thioacetamide,TAA)和胆管结扎诱导的小鼠肝纤维化模型中,银杏素可以通过激活信号传导及转录激活蛋白1(signal transducer and activator of transcription 1,STAT1)通路诱导aHSCs凋亡,同时通过IL-6/STAT3途径增强继发于aHSCs凋亡之后的肝细胞增殖,从而表现出抗纤维化作用[61];氧化应激是HSCs激活和慢性肝病发生发展的关键性因素之一,在二甲基亚硝胺诱导的大鼠肝纤维化模型中,可以观察到红树莓提取物通过丝裂原活化蛋白激酶/Caspase凋亡途径诱导aHSCs凋亡并通过Nrf2信号级联反应抑制HSCs的转分化[62];有研究证实,双氢青蒿素可以通过miR-29b-3p/血管内皮生长因子A轴抑制HSCs活化并促进aHSCs凋亡[63];补骨脂异黄酮则可以通过生长停滞特异性基因6/酪氨酸激酶受体信号通路促进aHSCs凋亡并抑制HSCs激活[64]。
2.2细胞焦亡与肝纤维化
细胞焦亡主要由炎症小体引发,而炎症小体可以通过直接与间接2种方式诱导肝纤维化,一方面,HSCs中的炎症小体激活直接导致HSCs活化,继而导致ECM的沉积和肝纤维化;另一方面,肝细胞和其他非实质细胞的焦亡和促炎因子的释放同样会导致HSCs活化并引起肝纤维化[65]。
2.2.1抑制肝细胞焦亡治疗肝纤维化肝细胞炎症小体的激活及肝细胞焦亡在肝纤维化的发展中具有关键作用。在已发现的天然活性成分与肝纤维化的相关研究当中发现,姜黄素作为一种从姜黄、余烬、莪术的根茎中提取的天然多酚成分,在黄曲霉素B1诱导的小鼠肝损伤模型中,可以通过肌醇1,4,5-三磷酸受体2型/Caspase-12通路保护肝细胞免受黄曲霉毒素B1所诱导的焦亡[66];活性氧是导致焦亡的关键因素之一,过多的活性氧的产生会导致氧化应激,继而诱导细胞焦亡,Nrf2则是细胞内关键的抗氧化因子。Shi等[67]证明黄芩苷可上调Nrf2的表达,通过激活Nrf2/HO-1通路并抑制NRLP3/Caspase-1/GSDMD通路减少肝细胞焦亡;同样,千层纸素A也被证明可以减少活性氧的生成,抑制NLRP3炎症小体的激活,影响Caspase-1经典途径以抑制肝细胞焦亡[68]。二氢杨梅素在四氯化碳诱导的慢性肝损伤小鼠模型中,已经证明其可以降低IL-1β表达及Caspase-1、GSDMD水平,改善由细胞焦亡引起的炎症反应[69]。
2.2.2靶向调控肝巨噬细胞焦亡治疗肝纤维化在慢性肝病进展到肝纤维化的过程中,肝巨噬细胞的焦亡亦有至关重要的作用[70-71]。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶[nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidases,NOX]是在体内组织和器官中广泛分布的一种膜蛋白,是体内活性氧的主要来源,也是体内唯一直接产生活性氧的酶,NOX2是首个被发现的NOX家族蛋白,在巨噬细胞中高表达,因其具有促进活性氧产生的作用而可以促进肝纤维化[72]。熊果酸,是从中药夏枯草中提取出的具有抗炎、抗氧化、保肝和调节免疫的一种三萜羧酸化合物,其可以通过抑制NOX2/NLRP3炎症小体信号通路在体内和体外缓解KCs焦亡[73];樟芝酸A则是来自牛樟芝的一种三萜类化合物,可以通过靶向作用NLRP3缓解NAFLD中KCs的细胞焦亡和炎症反应[74]。
2.3自噬与肝纤维化
自噬对维持肝脏稳态维持起重要作用,肝纤维化是一个多种分子、细胞、组织高度整合参与且动态变化的过程,自噬对肝纤维化中的影响作用非常复杂,巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬共同参与调控肝脏能量代谢。自噬通过调节肝脏能量代谢、肝细胞的功能及其他非实质细胞,特别是HSCs的活化来影响肝纤维化[75]。一方面,肝细胞、LSECs和巨噬细胞中的自噬介导细胞保护、抗炎和抗氧化作用,从而抑制纤维化的发生,另一方面,自噬通过促进HSCs的转分化来促进纤维化发生[76]。
2.3.1肝细胞自噬的调控与肝纤维化肝细胞的自噬通常被认为是一种保护肝脏的方式,可以缓解肝纤维化的进程[77]。在正常生理状态下,肝细胞自噬的活性较低,然而当细胞处于氧化应激状态时,自噬则被激活。姜黄素可以通过调节氧化应激和自噬上游AMPK/PI3K/Akt/mTOR信号通路激活肝细胞自噬,钝化肝细胞上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),减轻肝纤维化[78]。
2.3.2肝纤维化过程中的HSCs自噬有研究表明自噬可以通过促进静息的HSCs细胞中脂滴的消化激活HSCs并促进肝纤维化[79];也有研究表明,自噬可以通过抑制aHSCs释放细胞外囊泡而缓解肝纤维化[80],这些研究都证明了自噬对HSCs影响的复杂性。白藜芦醇可通过激活SIRT1和JNK信号通路调节自噬和细胞凋亡抑制HSCs活化[56];mTOR是自噬调控的核心枢纽,PI3K/Akt信号通路则是mTOR的关键上游信号通路,已成为通过自噬治疗疾病的新靶点[81],姜黄素能通过激活PI3K/ Akt/mTOR信号通路抑制HSCs自噬[82];人参的主要活性成分人参皂苷Rg3也被证明在TAA诱导的小鼠损伤模型和HSC-T6细胞中通过PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制自噬而发挥抗肝纤维化作用[83];人参皂苷Rg2则通过抑制Akt/mTOR介导的自噬,改善高脂饮食诱导的小鼠肝纤维化和脂多糖诱导的HSC-T6细胞活化[84]。
TGF-β1是促HSCs活化的重要炎症因子之一,也与HSCs自噬密切相关,可以通过细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)和JNK信号通路激活HSCs,因此,靶向作用TGF-β1和HSCs自噬是肝纤维化治疗的新途径[85-86]。桔梗皂苷D是从桔梗中分离得到的皂苷类化合物,通过促进JNK/c-Jun信号通路的磷酸化,调控HSCs自噬和凋亡来缓解肝纤维化[87];丹参酸B则可以通过抑制MARK信号通路上调自噬通量,继而抑制TGF-β1诱导的HSCs活化和自噬,缓解肝纤维化[88];红景天苷、和厚朴酚也被证明可以通过TGF-β1/ Smad信号通路调节自噬,影响HSCs的活化和肝纤维化[89-90];二氢杨梅素则可以通过芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)/NF-κB/STAT3/γ干扰素信号通路诱导自噬和增强自然杀伤细胞介导的杀伤功能,从而抑制HSCs活化[91]。
miRNA影响包括细胞凋亡、细胞焦亡和自噬在内的多种细胞调节机制,ATG5是一种在自噬过程中起关键作用的蛋白质,有研究表明,小檗碱(从中药黄连中分离的一种季铵生物碱)能够通过上调miR-30a-5p表达抑制ATG5的表达,抑制自噬的同时触发aHSCs的细胞凋亡,继而减轻肝纤维化[92]。
此外,千层纸素A可以通过环鸟苷酸腺苷酸合成酶/干扰素基因刺激因子信号通路调节aHSCs铁蛋白自噬,促使aHSCs衰老,产生抗纤维化作用[93];香草酸是香草豆、香草荚和胡黄莲等的活性成分之一,Qin等[94]证实香草酸可以通过巨噬细胞迁移抑制因子/CD74信号通路抑制HSCs的自噬,缓解肝纤维化。
2.4铁死亡与肝纤维化
肝脏是铁代谢的主要器官,因此铁稳态的维持对肝脏至关重要[95]。目前铁死亡对于肝纤维化的影响仍然具有争议,可能与作用不同的靶细胞、肝纤维化形成原因及肝纤维化进展阶段相关。而目前肝纤维化与铁死亡相关性的研究主要集中在肝细胞与HSCs。
2.4.1抑制肝细胞铁死亡治疗肝纤维化肝细胞铁死亡是肝纤维化过程中导致肝损伤的重要机制,能够促进肝纤维化[96];丹参酸B通过上调ECM1,抑制肝细胞铁死亡,缓解肝纤维化[97];山柰酚则通过激活Nrf2通路抑制肝细胞铁死亡,缓解对乙酰氨基酚引起的肝损伤[98]。
2.4.2促进aHSCs铁死亡缓解肝纤维化对于HSCs而言,尤其是aHSCs,其铁死亡可能具有抗肝纤维化作用,诱导aHSCs铁死亡的发生已经成为了新的肝纤维化治疗策略[99]。雷公藤红素是具有多种生物活性的天然产物,通过与PRDX和HO-1直接结合并抑制其酶活性,诱导aHSCs铁死亡[100],改善肝纤维化;异甘草素是从甘草属植物的根中分离得到的生物活性成分之一,在四氯化碳诱导的小鼠肝纤维化模型中,发现异甘草素通过靶向调节小窝蛋白介导的铁死亡缓解肝纤维化[101];人参皂苷Rh2是一种源自人参的抗炎、抗氧化、抗肿瘤的天然活性物质,可以通过上调干扰素调节因子1,抑制溶质载体家族7成员11(solute carrier family 7 member 11,SLC7A11),促进aHSCs铁死亡,抑制肝纤维化进展[102];五味子乙素作为一种潜在的抗肝纤维化物质,在抑制HSCs活化的同时可以通过Wnt信号通路介导aHSCs铁死亡[103];莪术醇在抑制HSCs活化的同时,上调核受体共激活因子4(nuclear receptor coactivator 4,NCOA4)表达,介导NCOA4和铁蛋白重链1复合物降解,释放铁离子,导致铁超载,诱导aHSCs铁死亡,发挥其抗肝纤维化作用[104];蓝莓花青素则通过三结构域蛋白7调节NCOA4泛素化调控aHSCs铁死亡,继而改善肝纤维化[105];双氢青蒿素可以通过诱导aHSCs的铁死亡抑制肝纤维化[106],其机制可能与m6A修饰和NCOA4表达水平上调有关,而其水溶性半琥珀酸酯衍生物青蒿虎酯则通过调节HSCs中的铁蛋白自噬缓解肝纤维化[107];小檗碱通过调节自噬/活性氧和泛素-蛋白酶体系统中的铁蛋白降解来诱导aHSCs中的铁发生破坏,从而诱导aHSCs铁死亡以减轻肝纤维化[108];银杏酸是一种银杏提取物,通过靶向SUMO激活酶亚基1这一潜在的抗纤维化靶蛋白发挥抗肝纤维化作用,并诱导aHSCs铁死亡[109];香芹酚(普遍存在于多种植物中的一种单萜酚)则能够通过缺氧诱导因子-1α/SLC7A11轴诱导aHSCs铁死亡,进而发挥抗肝纤维化的作用[110]。
2.5坏死性凋亡与肝纤维化
坏死性凋亡是具有被动或主动促炎功能的调节性坏死[111],是多种炎症的诱因,在肝病的发病过程中起着重要作用[19],然而,靶向坏死性凋亡治疗肝纤维化仍具有细胞和组织异质性。
2.5.1激活肝细胞坏死性凋亡防治肝纤维化肝细胞坏死性凋亡具有促纤维化作用,因此,抑制肝细胞坏死性凋亡是肝纤维化治疗的新途径。在乙醇诱导的人正常肝L02细胞模型中,从植物紫檀当中提取的活性成分紫檀芪通过SIRT2介导的活化T细胞核因子c4去乙酰化减弱酒精性肝病中RIPK3依赖性肝细胞坏死性凋亡,继而缓解肝脏炎症[112];五倍子酸则能通过上调Nrf2的表达抑制肝细胞坏死性凋亡[113];而在甘胺去氧胆酸诱导的体外肝细胞损伤模型中,牡荆素来源于牡荆叶和牡荆子的天然黄酮类化合物,通过激活SIRT6和作用于Janus激酶2(Janus kinase,JAK2)/STAT3通路抑制肝细胞坏死性凋亡[114]。
2.5.2诱导aHSCs坏死性凋亡逆转肝纤维化诱导aHSCs坏死性凋亡可以显著减轻肝纤维化。ERS与包括坏死性凋亡在内的多种细胞功能障碍和细胞死亡相关,而活性氧可以改变线粒体通透性,导致坏死性凋亡,在关于姜黄醇的两项研究中发现,姜黄醇通过JNK1/2-活性氧信号通路促进RIPK1/RIPK3复合物的形成,继而促进aHSCs坏死性凋亡,同时,通过SIRT1/Notch受体胞内部分通路诱导ERS介导的aHSCs坏死性凋亡,从而缓解肝纤维化[115-116]。
3中药复方调控细胞死亡在肝纤维化中的研究
中医经典方剂茵陈蒿汤通过抑制RNA蛋白激酶样内质网激酶(protein kinase RNA-like endoplasmicreticulumkinase,PERK)-CHOP-生长停滞和DNA损伤诱导蛋白34通路的激活和下调Bax/Bcl-2改善肝功能并减少肝细胞凋亡[117]。片仔癀(中药传统配方,主要由三七、牛黄、麝香组成)则通过抑制NF-κB信号通路来抑制HSCs的激活并通过调节Bcl-2家族蛋白的表达和Caspase-3活性诱导aHSCs细胞凋亡[118];同时,片仔癀被证明可以通过TGF-β1/Smad信号通路调节自噬,影响HSCs活化和肝纤维化[119];中药复方四逆软肝方则可以通过线粒体途径和Caspase途径诱导人肝星形LX-2细胞凋亡[120];益气健脾方被证实可以通过抑制肝脏炎症和肝细胞焦亡来减轻肝损伤,并通过NLRP3/Caspase-1/GSDMD这一经典的细胞焦亡途径来改善肝细胞焦亡,同时,该研究还证实了益气健脾方可以通过调节三羧酸循环恢复线粒体功能障碍,进而减少肝细胞焦亡[121],益气健脾方还通过调控活性氧,靶向抑制RIPK1/RIPK3复合物的形成在体内和体外抑制肝细胞坏死性凋亡[122];四物汤可以通过影响影响线粒体DNA的肝内合成、释放和细胞间转移来抑制NAFLD中肝细胞泛凋亡和巨噬细胞极化,减轻肝脏炎症和纤维化[123]。
总之,由于肝细胞、LSECs、HSCs、肝巨噬细胞等多种细胞共同参与肝纤维化的形成过程,导致细胞死亡多种方式与肝纤维化的相互作用机制极其复杂(图1),故而需要更多的研究明确中药调控细胞死亡治疗肝纤维化的具体机制。
4结语与展望
总之,目前针对于细胞死亡同肝纤维化的相关研究甚多,而中药活性成分同中药复方治疗肝纤维化的实验研究已经取得了一定成果,本文将多种细胞死亡方式同参与肝纤维化的多种细胞相联系,对近年来中药单体及复方通过调控细胞死亡治疗肝纤维化进行了总结,为中药单体及复方治疗肝纤维化的新药开发提供了理论依据和参考价值。
虽然目前已经明确了细胞死亡的多种方式和参与肝纤维化过程中的多种细胞之间的相互作用可以作为肝纤维化治疗的潜在新靶点。但在临床上依然缺乏有效的抗肝纤维化药物,究其原因一方面是由于中药活性单体成分因其提取工艺、有效剂量等原因较少进行临床试验,另一方面则是因为中医更注重辨证论治、理法方药,而使部分中药复方无法进行大规模、多中心的临床研究,因此,在未来的研究中,更应该着眼于临床,注重中药单体药物的技术开发及中药复方的临床转化,开展大量真实、可靠的临床研究,借助现代医学技术如生物信息学、网络药理学、代谢组学、纳米载体技术等,增加抗肝纤维化药物的成药性、靶向度和精准度,促进抗肝纤维化新药的研究与开发,增强中医药在抗肝纤维化领域的应用。
利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突
参考文献(略)
来 源:赵 芯,牛 群,董海舰,陶雨静,曾子键,李 晖.中药调控细胞死亡治疗肝纤维化的研究进展[J]. 中草药, 2024, 56(2): 1016-1027.