王倩倩,曹珊

河南中醫(yī)藥大學(xué),河南 鄭州 450046

雙心疾病即心血管疾病與不同程度的精神疾病并存,臨床中多為冠心病伴焦慮抑郁者,主要表現(xiàn)為胸悶痛、心慌、憂慮不安、恐懼、睡眠障礙等,呈陣發(fā)性加重[1]。該病發(fā)病率高,致殘率高,疾病負(fù)擔(dān)重,嚴(yán)重危害患者身心健康,整體防治形勢緊迫,已引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。目前,雙心疾病的病理生理機(jī)制尚未完全闡明,雙心疾病之間的聯(lián)系涉及生物學(xué)(自主神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙、炎癥、脂質(zhì)模式異常、氧化應(yīng)激和血小板反應(yīng)性增加等)、行為學(xué)、心理學(xué)和遺傳機(jī)制(基因位點(diǎn)的潛在多效性效應(yīng))等。其中,生物學(xué)機(jī)制中的炎癥反應(yīng)與其他作用機(jī)制之間有著千絲萬縷的聯(lián)系[2]?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn):(1)白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)以及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎癥生物標(biāo)志物水平的升高可預(yù)測心血管疾病事件,且在精神疾病患者中亦存在升高現(xiàn)象[3];(2)非甾體抗炎藥(non-steroidal anti-inflammatory drugs,NSAIDs)具有一定的抗心血管不良反應(yīng)及抗抑郁作用[4-5];(3)冠心病、精神疾病等屬慢性低度無菌炎癥性疾病[4,6]。由此,表明雙心疾病的發(fā)生發(fā)展過程與炎癥具有密切關(guān)系。

cGAS-STING是機(jī)體重要的宿主先天免疫防御系統(tǒng)相關(guān)炎癥反應(yīng)通路,已成為感染、細(xì)胞應(yīng)激和組織損傷環(huán)境中炎癥的關(guān)鍵介質(zhì)。研究表明,自體胞質(zhì)中異常DNA的反應(yīng)和cGAS-STING通路的異?；蜻^度激活與許多神經(jīng)退行性及炎癥性疾病相關(guān)[7]。炎癥小體是在先天免疫中發(fā)揮核心作用的蛋白質(zhì)復(fù)合物,炎癥小體信號可引起半胱天冬酶-1的激活并增加TNF-α和IL-1β的分泌,而TNF-α和IL-1β是小膠質(zhì)細(xì)胞中的炎性細(xì)胞因子,與抑郁癥狀具有一定的聯(lián)系[8]。同時,心血管疾病、衰老、帕金森綜合征等相關(guān)性疾病與慢性無菌性炎癥因子具有相關(guān)性。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),衰老會導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能衰退,在老年人群中,TNF-α、IL-1和IL-6等炎性細(xì)胞因子低水平緩慢增加,老年人這種輕度慢性炎癥被稱為“炎癥”,是老年人的健康指標(biāo)之一[9]。目前,cGAS-STING通路的傳導(dǎo)失調(diào)以cGAS-STING(TBK1)-NF-κB通路軸下游所產(chǎn)生的 TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥因子及cGAS-STING-TBK1-IRF3通路軸下游所上調(diào)的I型干擾素研究頗多,證明其通路傳導(dǎo)失調(diào)與神經(jīng)性疾病、心血管系統(tǒng)疾病等具有緊密聯(lián)系。

1 cGAS-STING信號通路簡介

cGAS-STING信號通路是以cGAS對異常細(xì)胞質(zhì)DNA發(fā)生反應(yīng),直接或間接刺激干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes,STING)釋放I型干擾素(IFN-α和IFN-β)和產(chǎn)生其他促炎細(xì)胞因子,使細(xì)胞和有機(jī)體穩(wěn)態(tài)失衡[10]。STING是一種先天免疫大分子,為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)的主要受體結(jié)構(gòu)跨膜蛋白質(zhì)[11]。首先,cGAS識別dsDNA后被激活,以胞漿內(nèi)ATP和GTP為原料激活次級信使環(huán)鳥苷單磷酸-腺苷單磷酸酯(cyclic guanosine adenosine monophosphate,cGAMP)合成而發(fā)生活性點(diǎn)構(gòu)變;其次,cGAMP與STING相互作用,并在ER上激活STING,隨后,STING從ER轉(zhuǎn)移到ER-高爾基體中間室(ER-Golgi intermediate compartment,ERGIC),然后轉(zhuǎn)移到高爾基體;再次,STING招募TANK結(jié)合激酶1(TANK binding kinase 1,TBK1),促進(jìn)TBK1在高爾基體中的自磷酸化,啟動下游信號級聯(lián)反應(yīng)。最后,活化的TBK1與STING的復(fù)合物進(jìn)一步招募IRF3以對其進(jìn)行磷酸化,促進(jìn)其二聚化,誘導(dǎo)I型干擾素與NLRP3的表達(dá);另一條常見通路是STING本身促進(jìn)NF-κB活化,或者STING與TBK1結(jié)合后,通過TBK1-IKKα/B激酶觸發(fā)NF-κB活化而產(chǎn)生TNFα、IL-6、IL-1β等炎癥因子[12]。各信號通路之間相互交錯,具有一定的關(guān)聯(lián)性。因此,調(diào)節(jié)機(jī)體不同臟器組織中的 cGAS-TING相關(guān)通路可一定程度上發(fā)揮抗抑郁、抗動脈粥樣硬化作用。

2 cGAS-STING信號通路與雙心疾病的相關(guān)性

隨著研究的深入,越來越多的學(xué)者認(rèn)為炎癥可能是精神疾病和冠心病的共同病因[13-14]。疲勞、快感缺乏、厭食、社交互動減少等疾病行為的存在可能是影響情緒和心血管調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因素。疾病行為對免疫系統(tǒng)的激活具有促進(jìn)作用,促使促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生[15],而cGAS-STING信號通路在過度應(yīng)激時所產(chǎn)生的I型干擾素、IL-6及TNF-α等將這些不良行為轉(zhuǎn)化為一系列炎癥反應(yīng),對雙心疾病的發(fā)病起著重要作用[16-17]。研究發(fā)現(xiàn),小鼠在急性心肌梗死情況下,缺血心肌細(xì)胞鄰近的cGAS-STING信號通路被過度激活,刺激 TBK1-IRF3途徑產(chǎn)生異常IFN-1,對小鼠心肌梗死后的心臟愈合有害[18];同時,通過cGAS-STING-IKKα/β-NF-κB產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)被釋放到體循環(huán)中[19],對心臟產(chǎn)生二次傷害,且可能作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng),誘發(fā)抑郁及內(nèi)分泌和自主神經(jīng)失調(diào)的體征及癥狀[20]。Smith等[21]最初提出了抑郁癥的巨噬細(xì)胞理論,認(rèn)為IL-1、TNF-α和干擾素等的過度分泌有助于抑郁癥的發(fā)生。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),以TNF-α和干擾素α、IL-1β等治療免疫系統(tǒng)疾病可誘導(dǎo)抑郁體征,如疲勞、精神運(yùn)動遲滯、睡眠障礙、易激惹、食欲減退等疾病行為[17,22]。在冠心病的發(fā)生發(fā)展過程中,激活cGAS-STING信號通路可產(chǎn)生大量異常的IFN-1、TNF-α、IL-6、IL-1β等炎性因子進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng),作用于神經(jīng)系統(tǒng),誘發(fā)抑郁前兆。而抑郁患者的疾病行為使體內(nèi)IFN-1、IL-6、IL-1β和TNF-α等炎性因子的表達(dá)不一致,已成為冠心病發(fā)病的危險因素。由此可見,cGAS-STING信號通路對雙心疾病的調(diào)節(jié)具有重要作用。

3 cGAS-STING信號通路在雙心疾病中的潛在靶點(diǎn)

外源性dsDNA(病毒和細(xì)菌)、內(nèi)在dsDNA(nDNA和mtDNA)和其他病原體識別受體后,可能通過激活cGAS-STING信號通路導(dǎo)致或加重雙心疾病的癥狀。參與冠心病或抑郁癥的cGAS-STING通路,如TBK1-IRF3-1型干擾素或NLRP3炎癥小體、TBK1(TBK1-IKKα/B)-IRF3-NF-κB的表達(dá)可促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。此外,研究表明,cGAS-STING的過度激活與細(xì)胞自噬、線粒體損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等細(xì)胞穩(wěn)態(tài)過程密切相關(guān)[16],這些細(xì)胞過程可能參與雙心疾病的發(fā)生發(fā)展。因此,cGAS-STING信號通路與雙心疾病聯(lián)系密切,深入靶向cGAS-STING路徑有望為雙心疾病的治療尋求新的切入點(diǎn)、突破口。

3.1 cGAS-STING信號通路和線粒體線粒體是一種動態(tài)雙膜細(xì)胞器,廣泛分布于人體中,具有特殊的能量代謝功能,與心血管疾病、情感障礙類疾病相關(guān)。研究表明,心臟系統(tǒng)是一種富含線粒體和代謝活性的器官,是體內(nèi)分子氧的高耗能基地[23]。線粒體為心肌細(xì)胞的源動力,若線粒體受損,則 mtDNA 調(diào)控水平下降,影響心肌細(xì)胞線粒體結(jié)構(gòu)的完整性,使能量代謝紊亂,線粒體應(yīng)激,cGAS-STING 通路被過度激活,釋放大量的I型干擾素和促炎細(xì)胞因子。另有研究表明,情感障礙類疾病患者體內(nèi)的線粒體數(shù)目明顯缺失,可能與發(fā)生氧化應(yīng)激期間活性氧(reactive oxygen species,ROS)損傷增加以及線粒體功能降低有關(guān)[24]。因此,線粒體功能受損會激活cGAS-STING信號通路從而誘導(dǎo)炎癥介質(zhì),對雙心疾病的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮著關(guān)鍵作用,因此通過改善線粒體功能使cGAS-STING 信號通路正常傳導(dǎo)可作為治療雙心疾病的潛在靶點(diǎn)。

3.2 cGAS-STING信號通路和ERER是細(xì)胞功能和代謝功能的關(guān)鍵細(xì)胞器,包括蛋白質(zhì)合成、折疊與分泌。當(dāng)ER穩(wěn)態(tài)被破壞時,一種被稱為未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)的適應(yīng)性信號通路即被激活,在主動脈束帶誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞中,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激不斷被刺激持續(xù)表達(dá)而做出未折疊蛋白適應(yīng)性反應(yīng),激活STING-TBK1-NF-κB炎癥通路,促進(jìn)心臟炎癥,而予以ER應(yīng)激抑制劑可明顯減少心臟炎癥的產(chǎn)生[25]。在動脈粥樣硬化小鼠模型中,給予硝酸酯類藥物可抑制ER應(yīng)激,同時抑制NF-κB信號通路的激活,抑制下游信號級聯(lián)反應(yīng),從而減輕動脈粥樣硬化[26]。抑郁癥患者體內(nèi)炎癥狀態(tài)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)變化密切相關(guān),且已證實(shí)ER應(yīng)激反應(yīng)途徑在抑郁癥患者中持續(xù)激活[27]。由此表明ER應(yīng)激與抑郁癥及心血管疾病具有重要聯(lián)系,故ER應(yīng)激抑制劑可以成為抑制STING表達(dá)以減少下游信號級聯(lián)反應(yīng)從而改善雙心疾病癥狀的分子制劑。

3.3 CGAS-STING信號通路和自噬cGAS-STING信號通路在自噬反應(yīng)中發(fā)揮重要作用,cGAS-STING介導(dǎo)的自噬對心血管疾病及抑郁癥具有雙向作用,這種自噬能夠擴(kuò)散至整個細(xì)胞,以去除胞質(zhì)異常DNA和炎癥信號因子,從而限制自身炎癥反應(yīng),消除細(xì)胞內(nèi)各種微生物;若自噬級聯(lián)反應(yīng)過度傳導(dǎo)則可導(dǎo)致細(xì)胞不可逆的死亡,引起破壞性炎癥性疾病[16,28]。此外,在脂多糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞中,激活的STING-IRF3信號通路可通過增加 NLRP3 炎性小體的表達(dá)以加重心肌細(xì)胞炎癥直至焦亡,但敲低小鼠STING基因不僅能夠抑制心肌和血清炎性細(xì)胞因子、心肌細(xì)胞焦亡,還可顯著提高小鼠的存活率和心臟功能[29]。研究表明,慢性約束應(yīng)激(chronic restraint stress,CRS)小鼠表現(xiàn)出抑郁樣行為,且大腦中TNF-α、IL-6、IL-1β等促炎細(xì)胞因子含量增加,若使用STING激動劑2′3-cGAMP激活STING從而激活STING-TBK1-IRF3信號通路,則可增強(qiáng)RST小鼠大腦中小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬作用,抑制大腦中TNF-α、IL-6和IL-1β等促炎細(xì)胞因子的釋放,從而發(fā)揮抗抑郁作用,改善慢性應(yīng)激期間的抑郁樣行為[30]。因而,靶向STING治療以調(diào)節(jié)自噬對于改善雙心疾病具有重要作用。

3.4 CGAS-STING信號通路與代謝cGAS-STING-TBK1-mTOR信號傳導(dǎo)通過代謝組織與雙心疾病密切相關(guān)。雷帕霉素(mTOR)哺乳動物靶標(biāo)由mTOR復(fù)合物1和mTOR復(fù)合物2兩個復(fù)合物組成,他們對宿主的代謝至關(guān)重要。mTOR復(fù)合物1是一種營養(yǎng)傳感器,其信號傳導(dǎo)可促進(jìn)細(xì)胞合成代謝以調(diào)節(jié)生長和存活,抑制脂肪分解和自噬。慢性STING信號傳導(dǎo)可激活TBK1,下調(diào)mTOR復(fù)合物1,導(dǎo)致細(xì)胞代謝表型失調(diào)[31]。研究證實(shí),脂蛋白的沉積是動脈粥樣硬化和心血管疾病風(fēng)險發(fā)生的決定性因素[32]。亦有研究指出,mTOR信號通路及其傳導(dǎo)過程與精神疾病有關(guān)[33]。同樣,AKT-AMPK信號傳導(dǎo)不足從而慢性激活STING信號亦與雙心疾病相關(guān)[34-35]。

4 中醫(yī)藥通過調(diào)控cGAS-STING信號通路減緩雙心疾病癥狀

cGAS-TING信號通路與冠心病及抑郁癥的發(fā)生發(fā)展具有重要聯(lián)系,各通路之間相互交錯、相互影響。據(jù)文獻(xiàn)報道,中醫(yī)藥可多成分、多靶點(diǎn)、多系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)體不同臟器或組織中的cGAS-TING信號通路,一定程度上發(fā)揮著抗抑郁、抗動脈粥樣硬化作用,為臨床防治雙心疾病提供了新的切入點(diǎn)。

4.1 中藥復(fù)方補(bǔ)中益氣湯[36]、暖心康[37]、四君子湯[38]、腎氣丸[39]、補(bǔ)陽還五湯[40]等可通過增加ATP含量、為細(xì)胞儲備能量以改善線粒體功能,維護(hù)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài),從而使cGAS-TING信號通路正常傳導(dǎo),減少雙心疾病的發(fā)生。穩(wěn)心顆?？赡芡ㄟ^減少ER應(yīng)激條件下UPR的活化發(fā)揮保護(hù)作用,減輕心肌缺血引起的病理損傷,抑制ERS介導(dǎo)的UPR過度激活,減少心肌細(xì)胞凋亡,以改善心臟功能,緩解抑郁情緒和調(diào)節(jié)心律失常[41-42]。越鞠丸可通過降低海馬區(qū)域mTOR水平緩解小鼠抑郁樣行為,改善抑郁癥狀[43],亦可降低血液中IL-6等炎癥性標(biāo)志物水平,減輕動脈粥樣硬化程度及抑郁程度[44]。黃連解毒湯可以通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活、減少炎癥細(xì)胞因子、促進(jìn)抗炎因子分泌,從而改善慢性不可預(yù)期應(yīng)激抑郁大鼠的行為變化[45],亦可通過抑制mTOR相關(guān)信號通路改善主動脈損傷[46]。柴胡疏肝散及其主要提取物meranzin hydrate可通過降低TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎細(xì)胞因子預(yù)防動脈粥樣硬化及抑郁癥并發(fā)癥[47]。柴胡龍骨牡蠣湯可通過下調(diào)核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB),減少下游信號炎癥級聯(lián)反應(yīng),從而改善心臟功能,發(fā)揮抗焦慮抑郁作用[48]。

4.2 中藥單體三七及其有效活性成分人參炔醇和人參環(huán)氧炔醇可抑制cGAS-STING信號通路,抑制STING激動劑誘發(fā)的干擾素的產(chǎn)生,特異性地抑制小鼠細(xì)胞中由自身DNA引起的干擾素表達(dá),發(fā)揮抗炎、抗抑郁、保護(hù)神經(jīng)元等作用,可作為治療心血管疾病及情感類疾病潛在的小分子藥物[49]。黃芩苷可通過下調(diào)cGAMP從而一定程度上抑制由STING通路活化引起的TNF-α、IL-6等免疫效應(yīng)分子的泌出[50],亦可通過抑制NF-κB/NLRP3信號通路的激活減少炎癥的產(chǎn)生,從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用,減少抑郁樣行為[51]。柴胡-白芍藥對可通過抑制NLRP3炎癥小體的表達(dá)及減少IL-1β、IL-6、TNF-α的分泌發(fā)揮抗抑郁作用[52]?；诰W(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法分析,柴胡-芍藥藥對可通過37條生物學(xué)通路對冠心病合并抑郁患者發(fā)揮治療效果[53]。天麻素[54]、冬凌草[55-56]、丹參酸B[57-58]、紅景天[59-60]等均可通過激活自噬抑制NLRP3炎癥小體的活化及ROS積累從而改善抑郁癥行為,減輕心肌細(xì)胞損傷。廣藿香發(fā)揮抗抑郁樣作用與其激活mTOR信號通路從而抑制自噬密切相關(guān)[61],亦可通過抑制巨噬細(xì)胞及炎癥反應(yīng)抗動脈粥樣硬化[62]。當(dāng)歸可顯著上調(diào)AMPK表達(dá),減弱促炎細(xì)胞因子水平,從而保護(hù)心臟缺血性損傷[63-64],亦可改善能量代謝,發(fā)揮解郁作用[65]。

5 總結(jié)與展望

炎癥是機(jī)體對于刺激的一種免疫防御程序反應(yīng),而cGAS-STING信號通路與細(xì)胞應(yīng)激及組織損傷引起的炎癥具有重要聯(lián)系。cGAS-STING途徑的廣泛參與依賴于其感知和調(diào)節(jié)細(xì)胞對異常DNA的反應(yīng)能力,一些異常DNA是無處不在的危險相關(guān)分子,以cGAS對胞質(zhì)異常DNA作出反應(yīng),刺激干擾素基因STING或直接刺激STING釋放I型干擾素(IFN-α和IFN-β),產(chǎn)生其他促炎細(xì)胞因子,使機(jī)體穩(wěn)態(tài)失衡,對雙心疾病的發(fā)生發(fā)展具有促進(jìn)作用。cGAS-STING信號途徑可通過調(diào)控細(xì)胞穩(wěn)態(tài)過程如細(xì)胞自噬、線粒體損傷、ER應(yīng)激等干預(yù)雙心疾病。

中醫(yī)藥基于整體觀念和辨證論治可有效改善雙心疾病患者臨床癥狀,提高患者生活質(zhì)量,具有療效佳、穩(wěn)定性強(qiáng)、不良反應(yīng)少、患者依從性好等獨(dú)特優(yōu)勢。隨著研究的逐漸深入,今后中醫(yī)藥可以選擇性靶向cGAS或STING首個小分子藥物,為首批臨床候選藥物的研發(fā)開辟新的路徑,以改善線粒體功能,下調(diào)I型干擾素(IFN-α和IFN-β)和炎性物質(zhì)(TNF-α、IL-1β等)的產(chǎn)生,發(fā)揮抗炎、抗抑郁、抗動脈粥樣硬化作用,為雙心疾病的防治提供新的理論基礎(chǔ)。

基于cGAS-STING通路與雙心疾病的關(guān)系,今后可進(jìn)行更為深入系統(tǒng)的研究:結(jié)合分子生物學(xué)、代謝組學(xué),探究cGAS-STING通路及其相關(guān)通路與雙心疾病的科學(xué)聯(lián)系、上下游通路與蛋白的聯(lián)系、細(xì)胞之間的聯(lián)系等,歸納、分析其對雙心疾病的作用機(jī)制,尋找關(guān)鍵靶標(biāo);開展中醫(yī)藥治療雙心疾病等無菌性炎癥性疾病多中心、大樣本、前瞻性的臨床研究,以期探索中醫(yī)藥防治雙心疾病的有效方案。