冠心病(coronary heart disease,CHD)是由冠状动脉粥样硬化引发血管腔狭窄或阻塞,从而导致心肌缺血、缺氧乃至坏死的心脏疾病
[1]。尽管现代医学在抗血小板、调脂、抗缺血及血运重建等领域成效显著,但仍难以规避术后再狭窄、个体疗效差异及长期用药副作用等瓶颈
[2]。中医药遵循“整体观念”与“辨证论治”原则,将其归为“胸痹”“真心痛”等范畴,采用活血化瘀、化痰通络、益气养阴等治法展现出多靶点调控的独特优势
[3]。然而,中药多成分、多途径的复杂作用机制尚未被系统阐明,这在一定程度上制约了其现代化与国际化的进程
[4]。
蛋白质组学技术能够系统性解析蛋白质的表达、修饰与相互作用,其整体性研究策略与中医药的多靶点、整体调节理念高度契合,为在分子层面系统性地揭示中药复方及活性成分的作用机制提供了强大工具
[5]。近年来,相关研究已积累了相当数量的数据,但这些发现仍呈碎片化分布,缺乏对领域发展脉络、核心进展与关键空白的清晰勾勒。因此,本文旨在对蛋白质组学技术在中医药防治CHD研究中的应用进行整合性综述,重点围绕能量代谢、氧化应激与炎症、心肌细胞凋亡与纤维化以及细胞自噬等核心病理环节,系统构建中医药多靶点干预的分子机制图谱,并对该领域当前面临的挑战与未来发展方向进行展望,以期为后续的机制探索与临床转化提供理论参考。
1 蛋白质组学技术体系及其在中医药研究中的应用
蛋白质组学是以前瞻性、系统性地研究生物体在特定时空条件下所表达的全部蛋白质及其功能的一门学科,旨在揭示蛋白质的表达水平、翻译后修饰、相互作用网络及功能活动,从而在整体层面解析生命过程的分子基础
[6]。在中医药现代化研究中,蛋白质组学技术为阐明中药多成分、多靶点、整体调节的作用特点提供了强有力的工具,尤其在CHD等复杂疾病的机制研究与药效评价中发挥着不可替代的作用。
1.1 蛋白质组学技术平台的发展与创新
蛋白质组学以大规模、高通量的方式对生物体内蛋白质进行系统鉴定、定量及功能解析,其技术平台经历了从传统二维电泳到现代质谱技术的重大变革。早期主要依靠二维凝胶电泳结合质谱进行蛋白鉴定,但通量低、重复性差
[7]。二维差异凝胶电泳(two-dimensional difference gel electrophoresis,2D-DIGE)通过荧光标记显著提高了定量的准确性和重复性
[8]。近年来,基于质谱的定量技术如同位素标记相对和绝对定量(isobaric tags for relative and absolute quantitation,iTRAQ)、串联质谱标记(tandem mass tag,TMT)及无标记定量(label-free quantitation)方法大幅提升了蛋白质鉴定与定量的通量和精度
[9]。
目前,液相色谱-串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)因其高灵敏度、高分辨率及高速扫描能力,已成为蛋白质组学研究的主流平台,能够有效鉴定低丰度蛋白及多种翻译后修饰
[10]。连续窗口采集所有理论碎片离子质谱(sequential window acquisition of all theoretical fragment ion spectra,SWATH-MS)等新发展的数据非依赖采集模式实现了对样品中几乎所有肽段的系统性检测,极大提高了数据的覆盖面和可重复性,为解析中药复杂体系的作用机制提供了坚实的技术基础
[11]。
1.2 蛋白质组学在中医药研究中的实施策略
在中医药机制研究中,蛋白质组学的典型实施流程包括实验设计、样品制备、数据采集与生物信息学分析。首先需建立能模拟疾病病理并能体现中药整体调节特点的模型,如心肌缺血/再灌注(ischemia/reperfusion,I/R)损伤动物模型、载脂蛋白E基因敲除动脉粥样硬化模型或缺氧复氧处理的H9c2细胞模型。
样品制备时需优化蛋白质提取流程,以保持蛋白修饰状态并避免中药成分对质谱的干扰。数据采集后,需借助生物信息学工具进行深度解析,包括基因本体(gene ontology,GO)功能注释、京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集及蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络构建等
[12]。近年来,网络药理学与蛋白质组学的整合应用,为系统揭示中药的多靶点调控网络提供了新视角。
2 中医药防治CHD的蛋白质组学研究与分子机制:从碎片化证据到网络化认知
蛋白质组学技术的应用为系统阐释中医药防治CHD的多靶点机制提供了有力工具。目前,研究主要围绕能量代谢、氧化应激与炎症、心肌细胞凋亡与心肌组织纤维化、细胞自噬等核心病理环节展开。以下结合病理基础与蛋白质组学发现,对中药干预机制进行逐层分析。
2.1 能量代谢的重编程:从能量危机到稳态恢复
心肌能量代谢障碍是CHD,特别是缺血性心脏病的核心病理改变之一,其本质是心肌细胞在缺血缺氧环境下,线粒体功能障碍导致的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)合成衰竭
[13]。蛋白质组学研究揭示,中药的干预策略并非针对单一代谢酶,而是系统性地重塑整个能量代谢的感应与调控网络。
核心调控轴的发现:多项高质量研究共同指向腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha,PGC-1α)轴在这一过程中的核心地位。刘莹等
[14]利用大鼠I/R模型证实,温心方能显著上调心肌组织中沉默信息调节因子1(sirtuin 1,SIRT1)及PGC-1α的蛋白表达,进而增强线粒体生物合成与呼吸链功能,最终提升ATP产量。这一发现得到了杨丁等
[15]在细胞模型中的补充,其研究发现稳心颗粒通过同一SIRT1/PGC-1α轴,协同上调了负责脂肪酸摄取的分化簇36(cluster of differentiation 36,CD36)、催化脂肪酸β-氧化的肉碱棕榈酰转移酶1α(carnitine palmitoyltransferase 1α,CPT-1α)以及促进葡萄糖摄取的葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter type 4,GLUT4)的表达,实现了从燃料供应到氧化代谢的全流程优化。
代谢通路的协同调控:除了上述核心轴,过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors,PPARs)家族也是关键靶点。黄家豪等
[16]报道,金丝桃苷通过激活PPARα,同步调节了脂肪酸氧化与葡萄糖代谢通路中的关键酶,纠正了心肌梗死后的能量底物利用失衡。而翟雪芹等
[17]的研究则揭示了另一条重要通路,即芪红胶囊可通过调控蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/AMPK-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信号,改善线粒体功能,缓解能量代谢障碍。
能量代谢的崩溃直接导致细胞内环境稳态失衡,进而触发了两个密切关联的次级损伤过程:氧化应激与炎症反应。蛋白质组学研究表明,中药对这两个过程的干预同样具有协同性。
2.2 氧化应激与炎症的协同遏制:打破恶性循环
在CHD进程中,过量活性氧(reactive oxygen species,ROS)不仅直接损伤细胞组分,更是炎症反应的重要激活剂,二者构成恶性循环。突破此循环的关键在于同时强化抗氧化防御并抑制炎症激活。蛋白质组学证据表明,这正是中药的作用优势所在。
抗氧化与抗炎通路的交汇调控:安伟乔等
[18]的研究提供了一个典型范例。其研究发现茯苓多糖在大鼠MIRI模型中,能激活核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)/血红素加氧酶1(heme oxygenase 1,HO-1)这一核心抗氧化通路,显著提升超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性,同时又能抑制促炎中枢核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)的活化,降低肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、白细胞介素6(interleukin 6,IL-6)等细胞因子水平。这种通过单一干预实现双重获益的现象,在芒柄花素(通过激活Akt/Nrf2/HO-1通路)和地骨皮甲素[通过抑制Akt/糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)通路]等研究中被反复验证
[19-21],提示其可能是中药作用的共性机制之一。
当氧化应激与炎症失控,其下游的必然结果便是触发程序性细胞死亡和组织结构重塑,即细胞凋亡与纤维化。
2.3 细胞凋亡与纤维化的并行阻遏:遏制心室重构
心肌细胞凋亡与心肌组织纤维化是CHD发展为心力衰竭的直接路径。二者在分子机制上相互促进,共同导致心室重构。
生存信号与死亡信号的平衡:陈伟佳等
[22]和赵丹丹等
[23]的研究分别通过参丹方和鹿红方证明,激活磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/Akt这条经典的细胞生存信号通路,是中药抑制心肌细胞凋亡、改善心功能的关键机制。与此同时,彭亮等
[24]的研究则更直接地作用于凋亡的执行阶段,发现祛痰化瘀中药复方可通过上调抗凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2(b-cell lymphoma-2,Bcl-2)、下调促凋亡蛋白Bcl-2相关X蛋白(bcl-2 associated X-protein,Bax),并抑制半胱天冬酶-3(caspase-3)的活化,从而有效阻遏凋亡进程。
纤维化信号的抑制:在抗纤维化方面,上述祛痰化瘀复方在调控凋亡的同时,也显著降低了Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原的沉积
[24]。陶进孺等
[25]则发现参附香芍汤能通过抑制核心促纤维化因子转化生长因子-β
1(transforming growth factor-beta 1,TGF-β
1)的表达及胶原合成,改善心肌纤维化。
在细胞命运决策中,与凋亡密切相关的另一个关键过程是细胞自噬。其对CHD的贡献具有明显的“双刃剑”特性,而中药展现了精准的调控能力。
2.4 细胞自噬的双向调控:从概念到精准干预
细胞自噬在心肌缺血损伤与修复过程中扮演着复杂的双重角色:适度的自噬可清除受损细胞器并提供能量底物,对细胞产生保护作用;而自噬过程的过度激活或功能失调则可能加剧细胞死亡
[26]。蛋白质组学研究证实,中药能够根据病理状态的需要,对其进行“双向精准调控”。
抑制过度自噬:在自噬过度激活导致细胞损伤的模型中,丹参通络解毒汤含药血清可通过上调微小核糖核酸-126(microRNA-126,miR-126)来抑制自噬关键蛋白自噬相关蛋白5(autophagy related 5,Atg5)和酵母Atg6同系物(Beclin-1)的表达,从而减轻细胞损伤
[27]。甘草甜素则通过抑制高迁移率族蛋白B1(high mobility group box 1,HMGB1)/晚期糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end-products,RAGE)信号通路,降低自噬水平
[28]。
增强保护性自噬:反之,当保护性自噬不足时,甲基莲心碱可通过激活SIRT1/AMPK/mTOR通路促进自噬流,发挥抗凋亡效应
[29]。银杏黄酮苷则揭示了一条新颖的核受体亚家族4 A组成员2(nuclear receptor subfamily 4 group A member 2,NR4A2)/p53/Bax通路来增强自噬
[30]。
2.5 整合视角:构建多靶点、多通路的网络化调控体系
综上所述,蛋白质组学所揭示的中医药防治CHD分子机制,是一个高度整合的网络化调控体系。该体系的核心特征在于各信号通路之间存在广泛的交叉对话,例如,AMPK在感知能量状态的同时,可磷酸化激活Nrf2,从而将能量代谢与抗氧化应激两大过程紧密联通;而促炎的NF-κB通路与抗凋亡的PI3K/Akt通路之间则存在精细的拮抗与平衡。基于此,中药复方或活性成分能够通过同时作用于网络中的多个关键节点,对能量代谢、氧化应激、炎症、细胞凋亡、纤维化及自噬等多个病理环节实施协同干预,而非孤立地纠正单一异常。这种多靶点、多层级的协同作用,最终体现为对CHD紊乱信号网络的系统性“重编程”与功能“再平衡”,使其从病理状态向生理稳态回归。这一网络药理学的作用模式,从分子层面深刻诠释了中医药“整体观”与“辨证论治”治疗复杂疾病的科学内涵。
3 总结与展望
蛋白质组学以其系统性、整体性的研究策略,与中医药“整体观”和“多靶点”治疗理念高度契合,已成为系统揭示中药防治CHD复杂分子机制的关键技术。本文综述表明,基于蛋白质组学的研究已从描述单一蛋白变化,深化至构建中药干预下的多靶点、多通路调控网络。现有证据表明,中药通过协同调控能量代谢重编程、遏制氧化应激与炎症、抑制心肌细胞凋亡与组织纤维化,以及对细胞自噬进行双向精准调控等核心环节,发挥其对CHD的网络化治疗优势。
尽管进展显著,该领域仍面临关键挑战:1)中药复杂成分与其蛋白质组响应间的直接因果关联尚未明确;2)当前研究多局限于临床前模型,缺乏来自临床研究的验证;3)多组学数据整合分析的深度仍有不足。基于上述现状与挑战,并结合本团队的研究基础,未来应聚焦以下方向:1)靶点垂钓与因果确认:运用化学蛋白质组学等技术,精准鉴定中药活性成分的直接作用靶点;2)临床转化与生物标志物探索:推动临床蛋白质组学研究,构建中医证候相关的蛋白标志物体系;3)多组学整合与AI分析:深化多组学数据整合,系统性构建“药物-靶点-通路-疾病”互作网络;4)功能机制纵深:拓展对蛋白质翻译后修饰等精细调控机制的研究。
随着技术的不断创新与交叉融合,蛋白质组学必将为阐明中医药科学内涵、加速新药研发和临床转化提供核心动力,最终推动中医药现代化与国际化进程。
国家自然科学基金项目(82374195)
天津市教委科研计划项目(2021ZD019)