丹参抗肺纤维化的系统综述

导读

肺纤维化是以弥漫性肺泡炎和肺泡结构紊乱导致肺间质纤维化为特征的疾病，其引起肺容量的减少和限制性的通气障碍，最终导致低氧血症及呼吸衰竭。在临床指南中，常采用尼达尼布或吡非尼酮进行治疗，两种药物均可减缓病情进展，但不能停止或逆转纤维化，可能会引起多种毒副反应。公元184年-220年，在《名医别录》中记载丹参其功在于活血行血，具有活血散瘀的功效。现代医学研究发现，丹参活性成分具有抗纤维化、抗炎、抗血栓、抗氧化、改善微循环、抗肿瘤及预防心脑血管疾病等作用。本文从信号通路、细胞因子、炎症反应、氧化应激、细胞凋亡、基质金属蛋白酶等方面，介绍了丹参活性成分抗肺纤维化的作用机制，为丹参治疗肺纤维化的进一步研究与应用提供参考。

Citation：Li JW, Jia B, He JC, Xing B, Zhang Y. The anti-pulmonary fibrosis of Salvia miltiorrhiza Bunge: a systematic review. TMR Modern Herbal Medicine. 2022; 5(2):12.

背景

肺纤维化（PF）是以肺成纤维细胞的活化与细胞外基质的异常增多和过度沉积为特征的病理过程，其持续性可致器官结构破坏和功能减退乃至衰竭，严重威胁人类健康和生命。PF的发病机制由多种因素造成，从遗传、免疫缺陷、环境等多种因素均可造成。目前，肺移植是治疗PF最直接有效的方法，但其成本高、供者少、技术风险较大。在临床指南中，化药尼达尼布和吡非尼酮被列为推荐应用PF临床治疗的药物，两种药物都可减缓病情进展，但不能停止或逆转纤维化。同时，长期服用这两种药物会存在一些不良反应，如胃肠道不适、肝功能损害、皮肤过敏反应等。因此，寻找疗效确切且安全有效的治疗药物迫在眉睫。

传统中药对于开发安全有效且价格低廉的PF治疗药物有着广阔的前景。丹参，唇形科鼠尾草属多年生直立草本植物；其主要分布在温带于热带区域，在中国的主要分布于山东、河南、陕西、四川、陕西、河北等地区。公元184年-220年，在《名医别录》记载丹参专入血分，其功在于活血行血。现代药理研究示，丹参具有保护血管内皮细胞，改善微循环，抑制和解除血小板聚集，提高机体耐缺氧能力，抑制胶原纤维的产生和促进纤维蛋白的降解，抗炎，抗脂质过氧化和清除自由基以及抗肺纤维化等作用。同时，丹参作为活血化瘀类药物的代表之一，是以改善和促进血液循环而闻名，已经被美国、欧洲、英国、日本等多各国家的药典收录。丹参的应用不仅局限于中国，也包括其他国家；为充分了解丹参在抗肺纤维化中的作用，本文介绍了丹参在抗肺纤维化的活性成分及其作用机制。

植物化学

自1920年丹参酮首次被人们发现起，丹参已阐明的化学结构总数已超过200余种。丹参的主要成分分为两大类：水溶性丹酚酚类化合物和脂溶性二萜类化合物。1934-1988年，人们从丹参中分离出来了41种脂溶性化合物，主要是丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA和隐丹参酮等。1969年，由于丹参酮ⅡA含量相对较高，约为0.1-0.9%，在中国药典里将丹参酮作为丹参定性定量的标准。丹参中脂溶性成分主要为二萜醌类化合物成分，大多呈现的鲜艳的颜色，具有较强的紫外可见光吸收。

1980年，发现丹参的水溶性成分为丹酚酸类成分，丹酚酸多数是由丹参素和有机酸组成，例如丹酚酸B是由三分子丹参素和一分子的咖啡酸结合而成，含量达到2%-10%。因此，丹酚酸B作为丹参水溶性成分中最主要的指标活性成分已应用到丹参的定性定量控制标准中。同时，大多数的酚酸是无色或棕褐色的无定形粉末，对光和热敏感，并且很容易在空气中被氧化。在本篇综述中，我们只列出了参与抗肺纤维化活性研究的丹参成分的几种化学结构（图1）。

图1. 丹参中具有抗肺纤维化活性的化学结构式

在此部分中，我们列出了在中国不同地理区域种植丹参的主要活性成分的含量(图2)。丹参具有较强的生态适应性，分布范围广，生长在海拔；其首选环境是温和的气候、潮湿的空气和充足的光线，通常生长在山坡、森林、草地和溪流旁。因此，丹参活性成分的含量在不同的生长区域可能有所不同。

  图2. 丹参中主要活性成分在不同区域的的含量。x轴代表中国不同的省份。y轴代表Log（有效成分的含量）。

丹参抗肺纤维化的作用机制

肺纤维化的发病机制

肺纤维化的形成具有不可逆性和持续性性特点，伤口愈合反应的失败导致肌成纤维细胞过度产生和细胞外基质蛋白(ECM)沉积。参与纤维的两种关键细胞是肺泡上皮细胞和成纤维细胞。首先，肺泡上皮由I型和II型肺细胞组成，是PF发病早期的初始损伤部位。肺泡上皮细胞损伤，肺泡上皮II增殖分化成为肺泡上皮I细胞以恢复肺泡完整性，促使肺泡上皮细胞发生凋亡。肺泡上皮细胞损伤时会释放多种炎性细胞和促重塑因子，这些因子均与PF的形成机制相关。其次，肺成纤维细胞在PF的发展中也尤为重要，其对于正常肺间质而言数目相对较少。在伤口愈合时，成纤维细胞增殖和转化成为肌成纤维细胞，构建细ECM沉积用于伤口的收缩后，细胞凋亡完成伤口愈合作用。PF病理伤口愈合不同于正常伤口愈合，其修复作用不能停止并持续产生ECM沉积。

同时，成纤维细胞主要通过与损伤的肺泡上皮的密切相互作用而被激活。肺泡上皮细胞可以激活促纤维化细胞因子（TGF-β１），作为正反馈促进进行性纤维的生成，这对肺纤维化的发病是关键因素。TGF-β１的激活可以引起成纤维细胞的增殖、肌成纤维细胞的分化和进行行纤维的形成。肺泡上皮细胞还可以释放生长因子影响成纤维细胞的纤维化；例如血小板衍生生长因子（PDGF）为肺成纤维细胞的有丝分裂原，并且结缔组织生长因子(CTGF)的激活可以刺激肺成纤维细胞的增殖、分化、迁徙。成纤维细胞的促纤维反应也受到炎性细胞的影响。此外，基质金属蛋白酶（MMP）和组织抑制剂MMPS(TIMPs)通常参与调节胶原蛋白变化和ECM的交联。除上述因素外，免疫细胞也影响肺纤维化的组织间质ECM的结构和组成。

调节信号传导通路

研究表明，Smad、NK-kB、MAPKs、JAK-STAT、MEK/ERK、Wnt/β-catenin/Fas、FasL等多种信号传导通路均参与PF的调节过程。在PF的形成过程中，TGF-β1是一种关键纤维生成细胞因子，在纤维化疾病中的细胞增殖、分化、迁移、免疫调节和ECM转化中均发挥重要的调节作用，并同时参与组织修复和纤维化。TGF-β促进纤维化的作用主要是通过磷酸化介导的其下游的Smad蛋白，TGF-β/Smad信号通路被认为肺纤维化的主要通路。隐丹参酮可通过抑制TGF-β1/Smad来缓解PF症状，该途径抑制TGF-β1诱导的PF模型大鼠中Smad 2和转录-3(STAT3)的磷酸化，降低多种蛋白(纤维连接蛋白、α-SMA、COL-I等)，实现ECM的降低。隐丹参酮还具有显著的抗炎和抗纤维化作用，可抑制TGF-β1/Smad3和STAT3通路相关蛋白的上调。丹酚酸B降低了CTGF、PAI-1和α-平滑肌肌动蛋白(α-sma)mRNA的表达，显著抑制ERK和JNK的过度磷酸化，同时还减少了TGF-β1引起的上皮-间充质转化(EMT)。此外，丹参素可能通过抑制MEK/ERK，降低MEK1/2和ERK1/2的磷酸化来缓解肺纤维化。丹参酮II A通过抑制TGF-β1-Smad信号通路减轻二氧化硅诱导的肺纤维化。丹参酮II A被发现通过抑制TGF-β/Smαd信号通路、NADPH氧化酶4(NOX-4)的表达、增强Nrf2/ARE通路的激活来降低大鼠肺组织胶原纤维连接蛋白的表达和氧化应激。丹参酮II A也可与葛根素联合治疗PF，通过靶向IL6-JAK2-STAT3/STAT1信号通路。

同时，丹酚酸A可能通过阻断Notch1信号通路，降低H2O2诱导的MRC-5细胞中Notch1、JAG1、HES1、COL-Ⅰ和COL-Ⅳ的表达，从而减少肌成纤维细胞的合成，减缓PF的进展。迷迭香酸具有抗炎、抗氧化作用，通过上调miR-19b-3p来减弱RhoA/Rock信号，同下调NF-κB磷酸化和活性氧(ROS)水平，减少X射线引起的肺损伤。丹参素可通过抑制TGF-β1/Smads信号通路，减轻博来霉素诱导的大鼠肺纤维化，降低TGF-β1、Smad3、Smad7 mRNA的表达。因此，丹参中的成分，如隐丹参酮、丹参酮IIA、丹酚酸A、丹酚酸B、迷迭香酸和丹参素，已被证明通过不同的信号通路抗肺纤维化。

调节细胞因子

肺纤维化的形成被认为是由反复的肺泡微损伤引起的持续性伤口愈合或结缔组织修复。纤维化的修复过程也是ECM过度沉积的过程，ECM导致肺泡壁和支气管壁增厚。当创面出现异常愈合和纤维化时，成纤维细胞在损伤部位过度增殖并分化为肌成纤维细胞，为组织再生提供了支架。ECM沉积的关键是胶原纤维连接蛋白(如α-SMA、纤维连接蛋白等)过量表达的聚集。研究发现，成纤维细胞和肌成纤维细胞对细胞因子高度敏感，细胞因子可调控不同纤维化形成阶段的发生，如TGF-β1、CTGF、IL、TNF、IFN、趋化因子等细胞因子参与肺纤维化形成。TGF-β1是一种主要引起纤维化的细胞因子，在体外促进成纤维细胞转化为肌成纤维细胞；同时，具有激活EMT转化和保护成纤维细胞凋亡的作用。通过建立体外EMT模型筛选丹参中对肺纤维化具有抑制作用的活性成分。丹酚酸A和丹酚酸B可作为活性成分缓解TGF-β1诱导的A549细胞肺纤维化，抑制FN和COL-I的表达，增加E-Cad的表达。脂多糖刺激的炎症反应诱导成纤维细胞增殖并转化为肌成纤维细胞，丹参酮IIA和丹酚酸B均通过降低IL-1β、TNF-α蛋白的表达来抑制体外炎症反应。丹参酮IIA和丹酚酸B可抑制TGF-β1刺激的MRC-5细胞的增殖，通过抑制a-SMA和COL-l蛋白的过表达缓解了肺纤维化的发生。同时，隐丹参酮可通过抑制体内α-SMA、vimentin、E-cad蛋白表达，还能降低博来霉素诱导的C57BL/6小鼠肺组织中COL-I、STAT3、α-SMA蛋白表达。

研究表明，PDGF、FGF、VEGF等细胞因子均可通过参与细胞生长、代谢、分化、血管生成、EMT等过程参与肺纤维化的形成。养肺活血汤在干预博来霉素诱导的大鼠模型，采用UPLC/QTOF-MS方法检测配方干预后大鼠血浆上清药物代谢的变化。丹参酮通过降低VEFG和IL-1β的蛋白表达参与减轻肺纤维化。丹参酮与女贞子联合可通过下调肺组织及大鼠相关CTGF和FGF的表达来治疗肺泡炎症反应。同时，发现丹参煎剂可抑制大鼠肺组织中VEGF的上调表达，减轻肺纤维化程度。

调节免疫反应

炎性细胞和炎性介质在肺纤维化发生、发展过程中具有重要作用。巨噬细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等炎性细胞活化后释放大量致纤维化因子和炎性介质,而炎性介质具有趋化作用，引起炎性细胞浸润和致炎致纤维化作用，加剧炎症反应，导致肺纤维化的形成。巨噬细胞可提高TGF-B1、PDGF及CCL8等细胞因子的表达促进纤维化形成，或通过增强MMP的活性或降低TIMP-1活性降解ECM的过度沉积缓解纤维化。中性粒细胞可通过产生中性粒细胞弹性蛋白酶与激活MMP、TGF-B1表达促进纤维化发生。

脂多糖刺激后可观察到肺泡上皮细胞损伤及淋巴细胞聚集，检测到肺中出现细胞因子风暴。丹参酮ⅡA发现可通过抑制巨噬细胞和中性粒细胞因子，从而降低炎症细胞因子水平；同时增加了巨噬细胞M2亚型，通过调节巨噬细胞极化改善肺泡上皮细胞的修复。丹参酮ⅡA也可减轻博来霉素诱导的小鼠胶原沉积和巨噬细胞浸润的症状，通过降低E-cad、α-SMA、Col-Ⅰ、等胶原蛋白的表达，抑制TGF-β１触发的EMT。研究发现，脂多糖显著的增加了小鼠肺中的中性粒细胞和炎症细胞浸润，丹参酮ⅡA通过降低了Hif-1α信号表达，抑制了脂多糖诱导后的小鼠肺中促炎细胞因子的产生，通过抑制炎症反应减轻肺损伤。

此外，当丹参酮IIA治疗博来霉素刺激后的大鼠时，可减少炎症细胞浸润，减少促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)的释放，减少ECM的过度沉积。丹酚酸可减轻单肺通气引起的肺损伤，这可能与抑制COX-2、5-LOX和C-PLA2水平有关。在肺纤维化模型中丹参酮与地塞米松有协同作用。其作用机制可能涉及抑制炎症细胞活化、ECM沉积、调节尿激酶型纤维蛋白原激活剂及其抑制剂。用于治疗硅暴露小鼠时，丹参酮-I通过抑制STAT1和STAT3相关信号转导、调节Th反应、减弱Th1和Th17反应来降低促炎细胞因子表达和免疫细胞浸润。

调节氧化应激反应

氧化应激反应是机体的抗氧化系统不足以清除过多的自由基，导致的氧化过程和抗氧化过程失衡。氧化应激引起PF的主要途径有两种。其一，通过增加前列腺素、白三烯等介质的表达，直接刺激局部肺泡上皮细胞损伤引起过度修复。其二，激活促炎核转录本释放大量炎症介质(NK-KB、AP-1等)，导致ECM沉积。

1987年，证实了PF患者的BALF释放了炎症细胞的增加，BALF中髓过氧化物酶(MPO)和过氧化氢酶(CAT)的表达同时增加。丹参酮IIA通过调节Nrf2抑制博来霉素刺激的ROS产生，Nrf2阻断了介导肌成纤维细胞兴奋和减少ECM的ROS。同时，它可抑制NOX4的表达恢复肺组织氧化还原稳态。此外，作为丹参提取物，丹参酮II A磺酸钠可拮抗二氧化硅诱导的肺纤维化，可能通过降低ROS、MDA和胶原沉积。

丹酚酸B通过增加机体内源性抗氧化能力发挥抗纤维化作用，通过阻止ROS和MDA诱导Nrf-2的核移位，抑制GSH和Nrf-2的表达。丹酚酸B可减轻百草枯诱导的小鼠肺损伤，促进Nrf-2表达和核位移，降低NOX-4的过表达。丹酚酸B还可抑制MDA、MPO、SOD的表达。丹参酚酸盐可逐渐增加百草枯诱导的大鼠肺组织和血浆中HO-1和HYP的水平，减轻急性肺损伤和PF。丹参水提物高剂量组通过降低MDA、SOD、CAT活性，显著降低大鼠PF活性。在大鼠肺组织中，迷迭香酸被发现对SOD、MDA和CAT的紊乱有有效的治疗作用。

调节细胞凋亡

肺泡上皮细胞过度凋亡导致肺泡结构破坏，成纤维细胞异常增生，导致局部炎症持续。肺泡上皮细胞的凋亡导致成纤维细胞覆盖区域的持续增殖，导致肺组织向纤维化进展。研究表明TGF-B1、TNF-a等炎症因子可诱导肺泡上皮细胞FasL受体表达，激活caspase引起外源性凋亡信号诱导凋亡。丹酚酸IIA通过抑制细胞凋亡降低BALF中Caspase-3的表达，减轻lps诱导的小鼠肺损伤。丹参酮IIA抑制成纤维细胞增殖和迁移的作用与P13K和AMPK-mTOR介导的自噬诱导有关。丹酚酸A通过抑制成纤维细胞增殖和诱导细胞凋亡来缓解PF，这可能是由于随着细胞周期相关蛋白(cyclin D1、cyclin B1、cyclin E1)和Bcl-2蛋白的减少，p53表达增加了诱导的生长阻滞作用。丹酚酸B抑制内皮细胞凋亡，显著降低H2O2诱导的ERK、JNK和p65的过度磷酸化，通过降低内皮细胞的通透性来保护内皮细胞，减少炎症因子和氧化应激对内皮细胞的损伤。同时，高剂量组丹酚酸B抑制COL-I表达和EMT分化。迷迭香酸与丁香酸具有协同作用，可影响通过肺成纤维细胞和肌成纤维细胞的凋亡来降低ECM。

调节基质金属蛋白酶作用

MMPs是依赖于Zn2+的细胞外内肽酶，在ECM的重构中发挥关键作用。MMPs和TIMPs主要来源于巨噬细胞。巨噬细胞指的是通过调节细胞因子、生长因子、趋化因子、炎症介质和细胞表面受体的活化和失活，如炎症、免疫、修复和ECM重构等过程。MMP-3通过E-cad的裂解激活β-连接蛋白信号通路，从而在PF中启动EMT转换。同时，MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-8和MMP-9在PF中具有潜在的上调作用。MMP-9的增加伴随着BALF中TIMP-1的显著降低。丹参注射液通过降低MMP-9 mRNA的表达来减弱PF。隐丹参酮干预TGF-β1诱导的A549细胞可通过抑制MMP-9和MMP-9/TIMP-1比值来抑制EMT转化。博来霉素可增加小鼠肺组织中MMP-2的表达，其显性表达明显高于空白对照组，丹参提取液可通过抑制MMP-2的表达来缓解PF。

总结与展望

PF是肺系疾病中的顽疾，其发病呈逐年上升的趋势，严重威胁着人类的生活质量和生命健康。现代医学对PF的发病机制尚不明确，并未发现对PF有诊治有效且无副作用的药物。中药因具有多成分这一特点，从而可通过多途径、多靶点、多通路治疗疾病，对PF防治突显出了独特的优势。丹参具有抗肺纤维化作用的活性成分和治疗潜力不断引起研究者的关注。其中，丹酚酸、丹参酮、丹参酮ⅡA、丹酚酸A、丹酚酸B、隐丹参酮等活性成分研究较多。对其作用机制研究显示，这些活性成分通过调控多条信号通路参与了抗氧化应激、抗炎和抑制ECM沉积等多个环节作用，并且这些信号通路之间相互交织形成复杂网络，共同有效地缓解和改善了纤维化的发展进程（图3）。

图3. 丹参抗肺纤维化的作用机制。

丹参在抗纤维化作用及其机制研究取得了一定进展，但仍有许多研究有待深入。丹参中丹参酮类和丹酚酸类结构复杂多样，同样其作用机制也具有多样性。不同的活性成分通过多种机制和信号发挥作用，呈现多靶点的特点，我们应多水平、多角度、深层次地探讨丹参抗纤维化活性成分及其构效关系，揭示其抗纤维化的作用机制，才可为抗纤维化研究提供实验依据和有价值的发现。此外，丹参作为活血化瘀类的代表药物，若能通过相关研究深入阐明丹参及其有效成分在改善微循环过程中所涉及到确切的细胞信号通路，将可能为其防治纤维化提供更广阔的前景。