张博雅，高晟

黄芪甲苷（Astragaloside Ⅳ，AS-Ⅳ）是中药材黄芪的重要有效化学成分之一，具有抗氧化、抗癌、抗老化、抗炎症等多种效应［1］。AS-Ⅳ在诸多的药理作用中，以其对心脏的保护作用最为重要，主要表现为抑制心脏重构、改善血管内皮细胞功能、保护心肌缺血以及抑制心肌细胞凋亡等方面的作用［2］。研究显示，AS-Ⅳ抑制急性心肌梗死导致的心室重构及心力衰竭与其参与调节心肌细胞内钙离子水平、调节心肌细胞能量，调控相关信号通路等机制密切相关［3］，AS-Ⅳ可通过调节心肌细胞能量代谢抑制缺血再灌注导致的心功能不全［4］。目前国内外大量研究关注AS-Ⅳ对于心肌细胞的保护机制。本文就AS-Ⅳ对缺血心肌保护机制、心肌细胞线粒体保护机制及抗氧化机制的相关研究进展综述如下。

1 AS-Ⅳ抑制心肌细胞氧化损伤

活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生于心肌及其他组织中，作为细胞代谢产物之一，通过机体的抗氧化途径减少或转化，维持在相对较低的水平。ROS 作为二级信使或信号分子介导心肌细胞凋亡。一般情况下，心肌细胞正常氧化代谢过程中可产生少量ROS。细胞自身的正常防御机制可以维持ROS产生和清除之间的平衡，但是在缺血缺氧或炎症等损伤性因素作用下，ROS会不断堆积，从而对细胞产生毒性作用。当ROS 稳态循环失衡时，自身堆积过多的ROS会造成组织损伤。ROS可通过多种机制促进心肌衰竭的发生，而AS-Ⅳ对心脏的保护机制与细胞中的ROS到底有何相互作用？Li等［5］发现AS-Ⅳ能够抑制心肌细胞中ROS 的产生，从而减少对心肌细胞生物膜的损害，提高细胞生存能力。超氧化物歧化酶（SOD）为心肌组织清除自由基，而丙二醛（MDA）是脂质过氧化反应生成物，SOD 的降低和MDA含量增加会对心肌细胞产生损伤。AS-Ⅳ对心肌梗死的大鼠具有清除自由基、减轻脂质过氧化反应的作用，从而对心肌产生保护作用。Liu等［6］研究发现AS-Ⅳ可有效改善缺氧心肌细胞的损伤程度，可能与其降低心肌细胞内ROS，减轻脂质过氧化损伤，提高SOD 的活性，改善心肌细胞生存能力有关。Wang等［7］研究发现AS-Ⅳ可明显改善缺氧和复氧心肌细胞的生存能力，其机制主要是通过降低心肌细胞内ROS，上调心肌细胞Hesl蛋白表达，进而调控心肌细胞 Notchl/Hesl 信号通路实现的。Mehmood 等［8］研究发现ROS 可降低损伤人主动脉内皮细胞活性，破坏线粒体的抗氧化功能，而AS-Ⅳ可抑制此类作用。

黄芪甲苷能明显提高损伤心肌细胞的存活率，降低细胞内ROS和MDA的含量，抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶（NAPDH）催化亚基的同源物NADPH氧化酶的表达，从而减少高糖对乳鼠心肌所产生的氧化损伤［9］。在阿霉素诱导的心力衰竭大鼠模型中，AS-Ⅳ能明显增加大鼠血清和左心室SOD活性，降低MDA含量，从而清除ROS，降低心肌细胞的氧化损伤。Ma等［10］研究结果表明，AS-Ⅳ可抑制H2O2引起的大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞氧化应激损伤并产生细胞保护作用。

钙调蛋白激酶（CaMKⅡ）被认为是肾上腺素受体下游靶信号，而异丙肾上腺素通过膜转位后形成G-蛋白偶联受体激酶磷酸化-肾上腺素受体复合物来增加CaMKⅡ的活性［11］。对于钙离子通道来说，ROS 可特异性地作用于CaMKⅡ并降低细胞膜的钙离子通透性，使得心脏兴奋-收缩偶联功能损伤，导致肌浆网钙离子ATP 酶活性降低，最终影响心肌收缩能力［12］。而ROS 对钙通道氧化作用是通过激活钙依赖性钙蛋白酶或氧化CaMKⅡ上的甲硫氨酸残基来实现的［13］。Hool 等［14］研究表明，H2O2通过钙通道上蛋白的直接谷胱甘肽化作用进而实现其氧化功能。细胞膜钙离子通道中富含甲硫氨酸和半胱氨酸，仅α1端就有48个半胱氨酸位点，且其中大部分处于自由状态，因此通道极易被ROS 直接氧化。在心肌氧化应激反应下，通道是最佳的降低氧化活性的作用位点，而通道的直接氧化作用使细胞钙流入增加，此类现象在缺血性心肌细胞中表现明显。另一方面，ROS 对钙通道氧化机制的研究重点还集中在 Ca2+/CaM 的 CaMKⅡ的磷酸化。Liu 等［15］研究在排除Ca2+/CaM 干扰的情况下，发现ROS 可直接氧化CaMKⅡ上的甲硫氨酸。最近研究也发现，H2O2通过直接氧化钙离子通道上的半胱氨酸、甲硫氨酸等来提高通道活性，使心肌细胞钙稳态的失衡进而导致心脏疾病的发生。AS-Ⅳ并未对ROS引起的钙通道直接氧化作用产生影响［16］。该发现对于进一步探究AS-Ⅳ在心肌细胞钙离子通道中作用机制的研究以及心血管疾病预防中的作用具有重要的意义。

2 AS-Ⅳ抗心肌细胞凋亡及其分子机制

线粒体作为能量代谢的重要场所，在抗细胞凋亡方面一直受到广泛关注，也成为了研究的主要方向和热点。bcl-2作为细胞凋亡重要调节因子，可抑制线粒体膜，直接参与细胞能量代谢，调节呼吸链及线粒体通透性转换孔（MPTP）开启和细胞色素C 释放，最终达到抑制细胞凋亡的作用。AS-Ⅳ预处理的心肌细胞可上调线粒体内bcl-2表达，促进心肌功能恢复，减小梗死面积和氧化应激，降低细胞凋亡指数［17］。

线粒体通过多种钙转运机制，从线粒体内膜摄取和释放钙，调节细胞内钙离子浓度，AS-Ⅳ可以有效地减少心肌细胞内游离态钙离子浓度，从而降低心律失常的发生。Yang等［18］发现AS-Ⅳ在心肌细胞发生缺氧的情况下为心脏提供保护作用，是源于其通过pkd1-hdac5-VEGF 信号通路部分促进心肌梗死大鼠心肌组织的血管生成，并通过Ca-ATP 激酶来提高胞内钙离子处理效率，随后激活胞浆内SOD-1 活性，从而达到在缺氧情况下保护氧化应激介导心肌损伤的作用。Zhang 等［19］报道AS-Ⅳ可以通过上调心肌肌浆网钙泵改善慢性心力衰竭等心脏功能性障碍。Wang等［20］研究发现，AS-Ⅳ可减轻大鼠心肌细胞中由异丙肾上腺素（isoproterenol，ISO）或钙敏感受体激动剂（gdcl3）诱导的心肌肥大，降低对心肌功能、线粒体结构和基质金属蛋白酶的损伤，更为重要的是AS-Ⅳ抑制ISO和gdcl3诱导的钙离子电流和钙敏感受体表达。钙敏感受体（CASR）作为一种广泛表达的G 蛋白偶联受体，对细胞维持Ca2+平衡起到关键作用，其潜在机制尚在探讨中。Huang等［21］报道黄芪甲苷通过参与CASR 和CaMKⅡ的钙调节活动，进而激活T细胞活化核因子，并最终达到保护心肌细胞的功能。Shi 等［22］报道，CASR 的过度表达激活了CaMKⅡ和cam信号通路，而由其介导的钙电流和CaMKⅡ的变化参与了AS-Ⅳ对心肌损伤的保护作用。目前，在细胞内钙稳态的研究中，更多的技术手段得到应用。Zhao 等［23］利用膜片钳技术，通过测定豚鼠心肌细胞钙电流以及电荷耦合成像系统动态观察细胞内钙变化，发现AS-Ⅳ可降低L 型钙离子通道活性，并减弱心肌细胞外钙内流，激活细胞内钙离子释放，使细胞内钙保持稳态，维持正常生理功能。

3 AS-Ⅳ改善心肌细胞能量代谢

在正常的人体心脏中，心肌细胞能量三磷酸腺苷（ATP）主要来自脂肪酸的氧化。线粒体是为细胞提供所需能量的重要场所，其功能依赖于内膜的化学电势。其中线粒体膜电位（MMP）的稳态对化学电势的平衡起到重要作用，MMP也被看作线粒体的产能状态的重要参数指标。曲友直等［24］实验发现了AS-Ⅳ抑制大鼠腹主动脉缩窄而导致心肌肥厚产生及对心肌能量代谢的影响。陈靖宇等［25］发现高剂量的AS-Ⅳ具有抑制心肌肥厚，改善心肌能量代谢的作用。线粒体钙离子运载体的激活促进了线粒体钙超载、ATP 耗竭、线粒体活性氧生成，细胞色素C 的释放和快速诱导细胞凋亡。然而，AS-Ⅳ抑制了线粒体Ca2+运载体的激活，导致线粒体Ca2+超载的抵抗和细胞色素 C 的过度释放。Gui 等［26］发现 AS-Ⅳ可增加心肌细胞中 ATP 含量。同样，Du 等［27］报道，AS-Ⅳ可以稳定细胞MMP并通过降低肥大心肌中游离态的脂肪酸和乳酸相对含量，平衡线粒体膜内外pH 梯度，来抑制PTP 孔开放，为细胞能量代谢和ATP的产生提供稳定环境。

4 AS-Ⅳ抑制心肌纤维化及其分子机制

心肌纤维化是源于正常的组织中胶原成分沉积导致的各型胶原浓度升高，成分变化而产生的病理变化，是导致心功能恶化的关键步骤［28］。Lin等［29］提出，AS-Ⅳ可通过增加细胞肌质网钙泵mRNA 的表达并激活钙泵，从而抑制细胞凋亡、病毒性心肌炎以及心肌细胞的纤维化。对于心肌纤维化的预防和保护，更多的研究集中在AS-Ⅳ对蛋白的激活和信号通路调节上。Wang 等［30］发现AS-Ⅳ可抑制和阻断转化生长因子（TGF）-β1 和肌动蛋白α（α-SMA）的生成，降低蛋白多肽TGF-β1 和Smad 通路的活性，从而最终抑制心肌纤维化的形成。同样Che等［31］也报道AS-Ⅳ通过调节凝血酶敏感蛋白（TSP）、TGF-β 3、MMP-13的表达以及通路活性来抑制和改善缺血状态下心肌纤维化。

5 AS-Ⅳ抑制心室重构、心力衰竭及其分子机制

相关动物实验和临床试验均证实，人体在心力衰竭过程中，AS-Ⅳ可抑制心脏收缩力降低等情况的发生，并通过对心肌细胞产生保护作用抑制和缓解心力衰竭，但是未完全揭示具体的分子调控机制。Zhang等［32］研究报道，AS-Ⅳ通过调节能量生物合成来抑制异丙肾上腺素诱导的心脏肥大，并且AS-Ⅳ影响PTEN/PI3K/AKT、NF-κB/PI3K/AKT、CaMKⅡ/CAN、CASR/ERK1/2、TLR4/NF-κB，Notch1/Jagged1等信号通路，激活ATP 敏感性钾通道，减少ROS 生成，促进血管生成，刺激脂肪酸β-氧化，改善心肌能量代谢和线粒体功能，增强心肌收缩，减轻心肌损伤诱导的急性心肌梗死［33］。有研究发现黄芪甲苷可通过PKA 通路减轻缺氧复氧诱导的乳鼠心肌细胞损伤，实验通过不同浓度AS-Ⅳ治疗心肌炎模型小鼠，发现20µmol/L AS-Ⅳ可通过抑制炎症介质、降低肿瘤坏死样因子配体1A（TL1A）的表达发挥治疗急性心肌炎的作用［34］。

综上所述，AS-Ⅳ因其广泛的药理学价值和良好的应用前景吸引了医学研究者们的关注，特别是对心脏功能的保护方面。AS-Ⅳ可起到抑制心肌细胞的纤维化，抗心肌细胞凋亡等作用，以及缺血状态下对心肌细胞进行保护，增加心肌细胞中ATP含量，减少心肌细胞内游离态钙离子浓度，抑制L 型钙离子通道，减少心肌细胞外钙内流，促进胞内钙释放，使细胞内钙保持稳态，维持正常生理功能。AS-Ⅳ还可通过抑制细胞内ROS的产生以及自身的抗氧化功能，有效提升细胞的生存活力。以上机制相互协同并共同作用，为AS-Ⅳ对心脏的有效保护提供保障。随着这些研究的不断深入，其研究成果定会为临床工作提供更多的参考并为筛选更多治疗心脏疾病的有效药物提供可靠的理论基础。