馮曉明 錢前 李松 顧明華 李紅芳

肺部感染是由多種病原菌引起的肺炎病變,可引起咳嗽、咯痰、呼吸困難、胸痛等,通常經(jīng)抗感染治療后病情可治愈,若抗感染不利將給肺部結(jié)構(gòu)和功能造成不同程度的損傷[1]。黃連是典型的清熱解毒藥物,含有多種活性成分?，F(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn),黃連具有廣泛的抗菌、抗炎作用,臨床可用于感染性肺炎、急性肺損傷等多種病變的治療[2-3]。黃連的抗菌作用已獲得多個研究證實[4],但防治肺部感染的作用機制尚未完全闡明。故本研究通過整理黃連及其提取物用于肺部感染的研究,闡述其作用機制,為黃連的臨床運用提供循證支持。

1 黃連及其提取物對多種病原菌具有抗菌活性

多種細菌、病毒、肺炎支原體等是導致肺部感染的主要原因,其中肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、流感病毒、冠狀病毒是引起肺部感染最常見的病原菌[5]。病原菌可在呼吸道黏膜進行定植,從而引發(fā)局部免疫應激反應,進而造成肺泡水泡、出血等病理損傷[6]。多個研究將黃連及其提取物用于多種主要病原菌的細菌培養(yǎng)實驗,驗證其抗菌活性。黃連及其提取物可通過對肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌、流感病毒、冠狀病毒等多種病原菌發(fā)揮抗菌活性,進而顯著減輕肺部感染程度,降低肺部組織的損傷程度。

1.1 抑制肺炎克雷伯菌感染

程招敏等[7]研究結(jié)果證實,黃連顆粒制劑的水溶液對泛耐藥肺炎克雷伯菌的抑菌圈直徑為12(11,13)mm,黃連的最低抑菌濃度為64 ng/mL。2 mg/mL的黃連可導致細菌細胞外堿性磷酸酶的活性顯著降低,提示黃連抗泛耐藥肺炎克雷伯菌的機制與改變細菌細胞膜通透性有關(guān)。任鵬等[8]研究將黃連水煎劑用于治療產(chǎn)超廣譜β內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯桿菌引起的肺部感染大鼠的實驗,結(jié)果顯示,48 g/L的黃連水煎劑使大鼠的體重比升高,其作用與莫西沙星相當,還能顯著降低大鼠血液中性粒細胞的水平,說明黃連對產(chǎn)超廣譜β內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯桿菌具有一定的抗菌活性。周曉元等[9]將黃連素用于干預肺炎克雷伯菌的體外細菌培養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn),500 mg/L的黃連素在4～10小時可顯著降低肺炎克雷伯菌的細菌繁殖速率,但其作用低于環(huán)丙沙星。Hasan M F等[10]將小檗堿制作成載硒納米粒子的結(jié)構(gòu),顯著提高了小檗堿抗真菌活性,400 mg的小檗堿對肺炎克雷伯菌、白色念珠菌的抗菌效果明顯。載硒納米粒子為提高小檗堿的生物利用度提供了參考。

1.2 抑制銅綠假單胞菌感染

羅予等[11]研究運用黃連水煎液聯(lián)合頭孢菌素用于多種病原菌進行體外實驗,結(jié)果顯示,31.25～125 mg/mL的黃連水煎液聯(lián)合頭孢他啶使用的抑菌環(huán)直徑明顯高于頭孢他啶單獨使用,黃連水煎液有助于降低頭孢他啶的使用率,增強頭孢對肺炎克雷伯菌、金葡萄球菌、銅綠假單胞菌的抗菌作用。

1.3 抑制鮑曼不動桿菌感染

葉冠龍等[12]體外實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),黃連對鮑曼不動桿菌62.50%的高度敏感菌及37.50%中度敏感菌具有抑菌作用,且對產(chǎn)β-內(nèi)酰胺酶鮑曼不動桿菌的最小抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)為13.4～31.6 mg/mL,表現(xiàn)出黃連對鮑曼不動桿菌的體外抑菌效果。

1.4 抑制金黃色葡萄球菌的生長

孟治平等[13]研究將小檗堿制作成粉霧劑并用于金黃色葡萄球菌誘導的肺炎小鼠的治療,結(jié)果顯示,經(jīng)過噴霧干燥制備的粉霧劑的肺部沉降率高達76.4%,12 mg/kg的小檗堿能顯著減輕小鼠肺泡萎縮、膈肌增厚、炎癥細胞浸潤等病理改變,進而降低肺勻漿中白細胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的水平,其效果與青霉素類似,認為小檗堿制作成的粉霧劑可用于金黃色葡萄球菌肺炎的治療。

1.5 抑制肺炎鏈球菌的生長

王蓉等[14]使用小檗堿干預肺炎鏈球菌感染的A549細胞的體外實驗發(fā)現(xiàn),25、50、100、200 μg/mL的黃連素對肺炎鏈球菌的侵襲數(shù)量的降低呈劑量依賴性,達到100 μg/mL時肺炎鏈球菌的侵襲數(shù)為0,可發(fā)揮顯著抗肺炎鏈球菌作用。

1.6 抑制流感病毒感染

Yan Y Q等[15]運用黃連素治療流感病毒感染的小鼠,結(jié)果顯示,20 μg/mL的黃連素對病毒的發(fā)揮細胞毒性作用,強效抑制甲型流感H1N1病毒在肺內(nèi)的復制,減輕病毒引起的肺部細胞壞死、水腫、炎癥浸潤、上皮細胞丟失,減輕肺部細胞的病理改變。

1.7 抑制冠狀病毒的生長

Majdalawieh A F等[16]研究綜述了小檗堿可通過降低細胞因子風暴、調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡、增強細胞免疫反應等途徑降低新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)引起的炎癥反應,還能作用于新型冠狀病毒上的主要蛋白酶、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2受體、刺突蛋白三個靶點,發(fā)揮抑制冠狀病毒的作用。一項使用計算建模技術(shù)尋找黃連素防治COVID-19和重癥急性呼吸綜合征(sever acute respiratory syndrome,SARS)的作用機制研究中,黃連素對COVID-19和SARS的共同生物靶點有19個,基因本體論研究結(jié)果顯示,黃連素可通過細胞凋亡、細胞增殖、調(diào)節(jié)宿主系統(tǒng)反應等方面發(fā)揮療效。經(jīng)化合物靶向途徑疾病網(wǎng)絡研究確認,黃連素可通過作用于核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)p53、甘油醛3磷酸脫氧氫酶等關(guān)鍵蛋白質(zhì),黃連素還能抑制多種炎癥因子的分泌,以降低病毒感染引起的組織損傷,結(jié)果證實黃連素可作為臨床治療COVID-19和SARS感染的候選藥物[17]。

2 黃連及其提取物提高抗生素的抗菌活性

隨著抗生素的廣泛運用,肺部病原菌的耐藥性日益突出,耐多藥肺炎克雷伯菌、多重耐藥鮑曼不動桿菌等耐藥菌的出現(xiàn),限制了常規(guī)抗生素的抗菌活性[18]。多個研究通過將黃連及其提取物與多種抗菌藥物進行單獨和聯(lián)合體外實驗,探討其聯(lián)合抗菌作用。黃連及其提取物可通過與環(huán)丙沙星、亞胺培南、美羅培南、舒巴坦、利福平、多黏菌素B等多種抗菌藥物發(fā)揮協(xié)同作用,不僅能降低病原菌的耐藥性,還能降低抗菌藥物的MIC,提高抗生素的抗菌活性,發(fā)揮協(xié)同或相加的抗菌作用。

一項將黃連素與環(huán)丙沙星聯(lián)合用于肺炎克雷伯菌培養(yǎng)的實驗發(fā)現(xiàn),500 μg/mL的黃連素與1/2MIC的環(huán)丙沙星降低細菌的繁殖速率明顯高于二者單獨使用,且在細菌對數(shù)生長期就可發(fā)揮抗菌活性,可能的原因為黃連素增加了肺炎克雷伯菌對環(huán)丙沙星的敏感性[9]。蘇杞敏等[19]將黃連素聯(lián)合左氧氟沙星用于肺炎克雷伯菌的細菌培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn),500 μg/mL的黃連素能顯著增強左氧氟沙星的抗菌效果,顯著降低耐藥突變選擇窗,是耐藥株和敏感株對左氧氟沙星的MIC降低20%和33.3%。

Zhou X Y等[20]使用小檗堿聯(lián)合環(huán)丙沙星干預耐多藥肺炎克雷伯菌的實驗發(fā)現(xiàn),128～1 024 μg/mL的小檗堿能顯著降低環(huán)丙沙星的MIC至少2倍,二者聯(lián)合使用表現(xiàn)出相加性和協(xié)同作用,減少耐藥菌的發(fā)生。Mahmoudi H等[21]運用黃連素干預耐藥性鮑曼不動桿菌,結(jié)果顯示,鮑曼不動桿菌對環(huán)丙沙星、亞胺培南的耐藥性達94.7%和97.4%,使用2～128 μg/mL黃連素聯(lián)合干預后,顯著降低了鮑曼不動桿菌的耐藥性,提高了環(huán)丙沙星、亞胺培南的抗鮑曼不動桿菌的活性。Li X B等[22]在運用小檗堿聯(lián)合多種抗生素治療抗多重耐藥鮑曼不動桿菌感染的肺炎小鼠的實驗中,發(fā)現(xiàn)20 mg/kg的小檗堿對多重耐藥鮑曼不動桿菌有輕微的抗菌活性,能顯著降低多重耐藥鮑曼不動桿菌對美羅培南、環(huán)丙沙星、舒巴坦的耐藥性,使美羅培南、舒巴坦的MIC從32 mg/L下降至1 mg/L,使環(huán)丙沙星的MIC從64 mg/L降至2 mg/L,證實小檗堿可顯著增強環(huán)丙沙星的抗菌活性。

干鐵兒等[23]對耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌運用黃連素聯(lián)合亞胺培南西司他丁進行體外培養(yǎng)結(jié)果顯示,2 048 μg/mL的黃連素與4～128 μg/mL的亞胺培南西司他丁聯(lián)合分級抑菌濃度(fractional inhibitory concentration,FIC)中位數(shù)為0.875,二者聯(lián)合可發(fā)揮相加的抗菌作用,暴露72小時可顯著降低耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌對亞胺培南西司他丁的耐藥性,進而提高協(xié)同抗菌效果。一項將小檗堿與多種抗菌藥物聯(lián)合治療耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌的實驗發(fā)現(xiàn),10～5 120 μg/mL的小檗堿聯(lián)合利福平、多黏菌素B可發(fā)揮協(xié)同和相加的作用,使抑菌百分率曲線明顯左移,以降低抗菌藥物的單藥所需MIC。結(jié)果證實小檗堿能增強利福平、多黏菌素B對耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌的抗菌效果[24]。

3 黃連及其提取物可降低炎癥反應

病原菌感染可激活宿主的氧化應激反應,尤其發(fā)生于呼吸道、血管、肺部組織等,病原菌可促使大量炎癥細胞激活,促進花生四烯酸的分泌[25]。病原菌感染還能誘導NF-κB信號通路的激活,促使NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)炎癥小體、T細胞活化,進而促使多種炎癥因子的分泌,引起發(fā)炎癥級聯(lián)反應,加重呼吸道的炎癥損傷[26]。黃連及其提取物可通過抑制多種炎癥因子釋放、阻止NF-κB激活、抑制NLRP3炎癥小體活化、調(diào)節(jié)T細胞免疫反應、降低粘附分子的釋放、抑制磷脂酶A2(Phospholipase A2,PLA2)的釋放,降低病原菌引發(fā)的炎癥反應,減輕肺組織和肺泡的損傷,減輕肺部水腫、出血、變性等病理損傷。

3.1 通過抑制多種炎癥因子的釋放

王嵩等[27]使用黃連素治療肺炎衣原體滴鼻感染的模型小鼠,結(jié)果顯示,18 mg/kg的黃連素能顯著降低小鼠IL-1β、超敏C反應蛋白的表達,降低小鼠血管內(nèi)皮中浸潤單核細胞的數(shù)量,降低熱休克蛋白-70的染色系數(shù),提示黃連素可通過抑制肺炎衣原體引起多種炎癥因子的表達,以降低炎癥反應。

3.2 抑制NF-κB的激活減輕炎癥反應

朱雪娟等[28]運用黃連素治療銅綠假單胞菌誘導的肺炎大鼠的實驗發(fā)現(xiàn),200 mg/kg的黃連素能顯著降低大鼠白細胞的數(shù)量,降低大鼠支氣管肺泡灌洗液中的IL-6、TNF-α的水平,明顯減輕大鼠髓過氧化物酶的活性,抑制NF-κB、NF-κB抑制蛋白的表達,提示黃連素能通過抑制NF-κB信號通路激活降低銅綠假單胞菌誘導的炎癥反應,降低肺組織的白細胞聚集。

3.3 抑制NLRP3炎癥小體活化減輕炎癥反應

An C等[29]使用黃連素治療流感病毒性肺炎小鼠的實驗發(fā)現(xiàn),10 mg/kg的黃連素能有助于減輕小鼠體重降低,減少小鼠的存活率,使小鼠免受H1N1的攻擊,還能降低肺充血、間質(zhì)性水腫、炎癥細胞滲出等肺部病理改變,降低肺勻漿中IL-6、TNF-α的水平,但對病毒增殖抑制作用不明顯。結(jié)果證實,黃連素可通過阻止NLRP3炎癥小體活化,降低肺部多種炎癥介質(zhì)的分泌,進而減輕肺部的炎癥反應。Liu H等[30]使用小檗堿治療流感病毒引起的肺部感染小鼠的實驗中,16.8 μmol/L的小檗堿能顯著抑制小鼠肺組織中NLRP3炎癥小體的活化,降低線粒體活性氧的水平,增強線粒體微管相關(guān)蛋白輕鏈3II、p62的水平,促進線粒體自噬,進一步減輕肺部水腫、出血、變性等病理損傷,證實小檗堿可通過阻止NLRP3炎癥小體活化以降低流感病毒引起的肺部炎癥損傷。

3.4 調(diào)節(jié)T細胞免疫反應減輕炎癥反應

一項黃連素用于病毒誘導的小鼠肺部感染的實驗發(fā)現(xiàn),20 mg/kg的黃連素能組織病毒引起的肺部Toll樣受體7、NF-κB、髓樣分化因子88蛋白的表達,顯著降低Th1/Th2、Th17/Treg的比例,進而抑制γ干擾素、TNF-α、IL-1β的表達,結(jié)果證實黃連素通過抑制T細胞免疫反應降低病毒引起的炎癥反應,減輕肺組織損傷[31]。

3.5 降低粘附分子的釋放減輕炎癥反應

一項小檗堿治療流感病毒性肺炎小鼠的實驗發(fā)現(xiàn),0.005 g/kg的小檗堿能顯著降低小鼠肺組織中細胞間粘附分子-1、血管細胞粘附因子-1的表達,進而降低肺泡灌洗液中單核細胞、嗜酸粒細胞的水平,結(jié)果證實,小檗堿可通過調(diào)控粘附分子的表達以減輕流感病毒引起的肺部炎癥反應[32]。

3.6 降低PLA2的釋放減輕炎癥反應

吳瑩等[33]使用小檗堿治療流感病毒性肺炎小鼠的實驗發(fā)現(xiàn),0.005 g/kg的小檗堿可顯著降低肺水腫和肺血管通透性,降低支氣管肺泡灌洗液蛋白的水平,顯著降低肺組織中白三烯B2、PLA2、前列腺素E2的表達。結(jié)果表明,小檗堿通過抑制PLA2的表達,進而減輕流感病毒引起肺部的炎癥損傷。

4 黃連及其提取物對肺部血管的影響

肺炎衣原體是種常見的革蘭氏陰性菌,通過引發(fā)肺部感染,促使肺部血管內(nèi)皮細胞發(fā)生炎性損傷,進而促進動脈粥樣硬化和新生血管的形成,提高機體并發(fā)癥的發(fā)生風險[34]。黃連及其提取物可通過降低肺部血管內(nèi)皮損傷,抑制新血管形成,阻止肺纖維化,以降低肺部損傷,對肺部血管發(fā)揮保護作用,延緩動脈粥樣板塊的形成。

4.1 減輕血管內(nèi)皮損傷

王嵩等[27]在運用黃連素治療肺炎衣原體感染的小鼠的實驗中發(fā)現(xiàn),10 mg/kg的黃連素能促使高密度脂蛋白的水平升高,促使三酰甘油、低密度脂蛋白的水平降低,顯著降低小鼠動脈硬化指數(shù),其作用與立普妥的作用相當。電鏡下觀察發(fā)現(xiàn),黃連素能保護血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞的完整性,降低細胞破壞和空泡的出現(xiàn),結(jié)果證實黃連素能通過降低肺炎衣原體感染引起的血管內(nèi)膜損傷,延緩動脈粥樣硬化進程。

4.2 抑制新血管的形成

權(quán)偉等[35]將黃連素用于肺炎衣原體的體外研究發(fā)現(xiàn),100、150、200 mmol/L的黃連素能呈濃度依賴性和時間依賴性阻止血管內(nèi)皮細胞遷移的距離和數(shù)量,降低內(nèi)皮細胞中磷脂酰肌醇-3激酶基因的表達及酶的活性,提示黃連素能抑制肺炎衣原體誘導的細胞內(nèi)皮遷移,進而有助于降低病理性血管新生及動脈粥樣硬化變化。

5 黃連及其提取物阻止肺纖維化進程

COVID-19造成的肺部損傷與肺纖維化密切相關(guān),肺部瘢痕形成可導致呼吸道壁增厚,導致呼吸道狹窄,影響呼吸功能減退[36]。黃連及其提取物可通過阻止肺纖維化進程,減輕COVID-19引起的肺部癥狀,提高患者的呼吸功能。

Cao J等[37]研究利用網(wǎng)絡藥理學和分子學分析黃連素對COVID-19肺炎的肺纖維化的作用機制發(fā)現(xiàn),黃連素可作用于COVID-19肺炎纖維化23個靶向基因,經(jīng)STRING數(shù)據(jù)庫分析結(jié)果顯示顯示,黃連素可通過作用于轉(zhuǎn)錄激活劑3、IL-6、趨化因子配體2、TNF-α四個核心基因調(diào)節(jié)細胞的代謝,發(fā)揮抗肺炎纖維化進程。

6 結(jié)語

肺部感染是導致人類肺炎相關(guān)性死亡的重要原因,尤其是近年來的COVID-19大流行,給人類的生命健康造成嚴重威脅[38]。中醫(yī)藥在肺部感染的治療中具有良好優(yōu)勢,中醫(yī)藥成為國內(nèi)外多位學者的研究方向[39]。黃連及其提取物能通過抗菌、增強抗生素抗菌活性、降低炎癥反應、減輕肺血管內(nèi)皮損傷、組織肺纖維化等多種途徑,發(fā)揮防治肺部感染的作用。黃連的水提液和顆粒劑的成分較為復雜,混合藥液中發(fā)揮藥效的成分尚不明確。目前針對黃連有效成分的研究集中于黃連素,對黃連其他有效成分研究尚不足,建議后續(xù)研究多從黃連堿、甲基黃連堿等其他成分進行研究,以擴大對黃連臨床使用的循證支持。同時針對黃連素發(fā)揮藥效的最低有效藥物濃度也存在較大差異,其毒效關(guān)系也需進一步探究。望后續(xù)研究者開展黃連用于肺部感染的多樣本的臨床研究,為黃連的臨床運用提供更佳的證據(jù)。