張 楊,張浩超,2,郝寶燕,孫敬勇,2**
(1. 濟(jì)南大學(xué) 山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250200; 2.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 藥物研究所山東省罕少見病重點實驗室,山東 濟(jì)南 250062;3. 山東省濟(jì)南市天橋人民醫(yī)院,山東 濟(jì)南 250031)
楊梅素(myricetin,MYR)又名楊梅樹皮素,化學(xué)名為3, 5, 7, 3', 4', 5'-六羥基黃酮,化學(xué)式為C15H10O8,分子量為318.2351,是一種多羥基黃酮類化合物,具有較強(qiáng)的抗癌、抗氧化、抗炎、抗菌和鎮(zhèn)痛作用。楊梅素主要存在于漿果、蔬菜、水果、茶及紅酒中[1],目前楊梅素的來源主要包括植物提取[2]和化學(xué)合成兩種途徑。其中,楊梅素提取的植物種類主要為楊梅科、漆樹科、蓼科、松科和報春花科等[3]。
楊梅素呈黃色針狀晶體,熔點324.0~325.5 ℃,易溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯,微溶于水,難溶于氯仿、石油醚,易被氧化。楊梅素與HCl-Mg反應(yīng)呈紫紅色;與FeCl3反應(yīng)呈深紫色;與Mg(Ac)2反應(yīng)在紫外燈下顯黃色熒光;與ZrOCl2-檸檬酸反應(yīng)出現(xiàn)黃色且不褪色[4],且在375 nm處有最大吸收。楊梅素的IR(KBr)數(shù)據(jù)如下:3581.59,3571.01,3114.79 cm-1(酚羥基);1642.06 cm-1(羰基);1614.59,1542.84,1508.22 cm-1(苯環(huán))[3]。
楊梅素主要具有抗腫瘤、抗氧化、抗微生物、抗神經(jīng)退化、抗高血壓、抗過敏、抗酸、降血糖和抗炎、鎮(zhèn)痛等多種藥理作用。
楊梅素具有抑制肝癌、胃癌、乳腺癌等多種癌細(xì)胞增殖的作用,能調(diào)控多種癌癥發(fā)生過程中起重要作用的酶的活性,具有較強(qiáng)的抗癌活性。
表1 楊梅素部分抗癌作用及其作用機(jī)制
楊梅素不僅可通過上調(diào)細(xì)胞凋亡通路實現(xiàn)抑癌作用,還可上調(diào)促凋亡基因BAX的表達(dá),促使線粒體產(chǎn)生細(xì)胞色素C(cytochrome C),激活細(xì)胞色素C介導(dǎo)的凋亡途徑,細(xì)胞色素C可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)磷酸三肌醇(IP3)受體反應(yīng),使Ca2+濃度升高,Ca2+濃度升高會進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞色素C分泌,后者通過正向調(diào)節(jié)使Ca2+濃度達(dá)到細(xì)胞毒水平,導(dǎo)致細(xì)胞死亡[14]。楊梅素還可降低抑凋亡基因Bcl-2的表達(dá),激活Caspase級聯(lián)反應(yīng),誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,促進(jìn)線粒體分泌凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor,AIF),直接導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。此外,楊梅素的抗癌作用還體現(xiàn)在阻滯細(xì)胞周期和抑制細(xì)胞周期素cyclin B1和D1的分泌,進(jìn)而干擾細(xì)胞周期監(jiān)測[8]。
Soumya等[6]將楊梅素作用于N-二乙基亞硝胺(DEN)誘導(dǎo)小鼠原發(fā)性肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)。結(jié)果顯示楊梅素可改善細(xì)胞形態(tài),減輕DEN誘導(dǎo)的肝毒性,降低小鼠體內(nèi)AST、ALT、ALP、LDH和γ-GT的水平,降低Ras信號通路中p21蛋白活化激酶1(p21-activated Kinase 1,PAK1)及多種下游信號通路(包括Wnt、MAPK/ERK和PI3K/AKT等信號通路),從而抑制細(xì)胞無限增殖。Enayatollah等[5]發(fā)現(xiàn)楊梅素可促進(jìn)肝癌小鼠體內(nèi)凋亡分子細(xì)胞色素C釋放,激活肝癌小鼠凋亡蛋白caspase-3,誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞產(chǎn)生H2O2,增加細(xì)胞內(nèi)活性氧化物質(zhì),進(jìn)一步誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
Feng等[8]通過表面等離子體共振分析(surface plasmon resonance analysis)發(fā)現(xiàn)楊梅素可與核糖體S6蛋白激酶2(ribosomal s6 kinase 2,RSK2)緊密結(jié)合,上調(diào)Mad1的表達(dá),抑制人胃癌HGC-27和SGC-7901細(xì)胞的增殖,且作用呈劑量依賴性。此外,楊梅素還可抑制細(xì)胞周期素cyclin B1和D1、細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶CDK 1和細(xì)胞周期蛋白CDC25C的表達(dá),使細(xì)胞周期停滯在G2/M期。
染色體收縮及線粒體功能紊亂是細(xì)胞凋亡的征兆[15]。Jo等[12]發(fā)現(xiàn)經(jīng)楊梅素處理過的人未分化甲狀腺瘤細(xì)胞SUN-80的染色質(zhì)出現(xiàn)明顯的卷曲和收縮,DNA被嚴(yán)重?fù)p傷,細(xì)胞周期出現(xiàn)了Sub-G1峰,細(xì)胞凋亡率明顯升高。
端粒酶在絕大多數(shù)腫瘤細(xì)胞中均有表達(dá)[16]。以端粒酶為靶點的抗癌藥物具有高選擇和低毒的特點。Xue等[9]以楊梅素為先導(dǎo)物,合成了一系列衍生物,部分化合物可調(diào)節(jié)p65和端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(TERT)的表達(dá)。另外,分子對接實驗顯示該化合物可通過疏水鍵和氫鍵與TERT活性中心結(jié)合,對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控,具有較好的端粒酶抑制作用。
Zheng等[11]發(fā)現(xiàn)楊梅素可使人卵巢細(xì)胞A2780和OVCAR3的MDR-1基因表達(dá)量下降,增強(qiáng)癌細(xì)胞對紫杉醇的敏感度。表明楊梅素和紫杉醇聯(lián)合治療可增加治療效果,減少細(xì)胞對紫杉醇產(chǎn)生的耐藥性。
癌細(xì)胞在DNA的復(fù)制,RNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯,蛋白質(zhì)的修飾等過程中均需要嘌呤核苷酸的參與[17]。肌苷-5'-磷酸脫氫酶(human inosine 5'-monophosphate dehydrogenase,hIMPDH)是生物體內(nèi)合成嘌呤核苷酸的限速酶,抑制hIMPDH的活性,可降低癌細(xì)胞中嘌呤核苷酸的含量,抑制細(xì)胞增殖[18]。噻唑羧胺核苷、霉酚酸酯(mycophenolate mofetil)等藥物有良好的hIMPDH抑制能力,因毒性較高阻礙了臨床應(yīng)用[19]。Pan等[10]研究發(fā)現(xiàn)楊梅素對于hIMPDH 1,2均具有較高的抑制率,兩者的IC50值分別為6.98±0.1522 μmol/L和4.10±0.14 μmol/L,數(shù)值較陽性對照藥霉酚酸酯明顯小。
腫瘤細(xì)胞代謝率較高,為了保證營養(yǎng)供應(yīng)及廢物代謝,一般腫瘤的發(fā)生都伴隨著血管的生成,抑制血管生成可產(chǎn)生一定的抗癌作用。Kim[13]發(fā)現(xiàn)楊梅素可抑制人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)的遷移及血管生成,且作用呈劑量依賴性。血管生成受到活性氧物質(zhì)(reactive oxygen species,ROS)調(diào)節(jié),低ROS濃度情況下,可促進(jìn)血管生成。PI3K/Akt/mTOR信號通路可激活癌細(xì)胞的血管生成,在癌癥的發(fā)生過程中起到重要作用[20]。楊梅素處理過的細(xì)胞中PI3K、AKT和mTOR蛋白都有一定程度的減少,所以楊梅素是一個潛在的血管生成抑制劑[13]。
細(xì)胞可通過自我吞噬相關(guān)基因(autophagyrelated gene,ATG)及其上游mTOR信號通路的調(diào)控進(jìn)行自我吞噬,清除錯誤折疊的蛋白質(zhì)、受損的細(xì)胞器,提高細(xì)胞生存能力[21]。Cao等[17]發(fā)現(xiàn)楊梅素在較高濃度下可顯著降低肝癌細(xì)胞HepG2的活力,增加自噬體形成和選擇性吞噬過程中起關(guān)鍵作用的蛋白LC3的表達(dá)[22],降低mTOR及其下游信號分子的磷酸化,促使細(xì)胞的自噬過程進(jìn)行。氯喹(chloroquine,CQ)是細(xì)胞自噬過程的的抑制劑,可抑制自噬體融合,中和溶酶體的pH值,促進(jìn)溶酶體蛋白的降解。研究發(fā)現(xiàn),CQ可抑制楊梅素誘導(dǎo)的自我吞噬,進(jìn)一步降低細(xì)胞的活性,增強(qiáng)了楊梅素的抗癌活性。結(jié)果表明,雖然楊梅素具有多種抗腫瘤活性,但其誘導(dǎo)的自噬過程則有利于腫瘤細(xì)胞存活,所以以楊梅素為骨架進(jìn)行藥物設(shè)計時,應(yīng)當(dāng)考慮其對于自噬過程的影響。
隨著人體的衰老,鐵在體內(nèi)可產(chǎn)生累積效應(yīng)[23]。鐵在腦內(nèi)的積累可誘導(dǎo)組織產(chǎn)生多種ROS,這些物質(zhì)可導(dǎo)致阿爾茨海默病、帕金森氏病、舞蹈病等多種神經(jīng)退行性疾病。Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)楊梅素可降低腦內(nèi)鐵離子的含量,防止攝入過量鐵導(dǎo)致的機(jī)體損傷,且增加小鼠體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和過氧化氫酶(CAT)等多種抗氧化酶的活性,顯著改善實驗小鼠的記憶力。此外,楊梅素也是一個理想的鐵離子螯合劑,與鐵的結(jié)合能力甚至超過EDTA。
研究表明低密度脂蛋白(LDL)的氧化在動脈粥樣硬化形成過程中起重要作用。多酚羥基化合物有助于清除機(jī)體內(nèi)部的ROS,進(jìn)而抑制動脈粥樣硬化的形成。Bertin等[25]以N-乙酰半胱氨酸作為陽性對照,篩選了黃芩苷元(baicalein)、白果內(nèi)酯(bilobalide)、澤蘭黃素(eupatorin)、高良姜素(galangin)、厚樸酚(magnolol)、楊梅素(myricetin)、橄欖苦苷(oleuropein)和水飛薊素(silibinin)8種以黃酮為主的多酚羥基化合物,分別研究了這幾種化合物在機(jī)體內(nèi)的抗氧化作用。其中,楊梅素具有最強(qiáng)的抗氧化能力,其抗氧化能力甚至強(qiáng)于N-乙酰半胱氨酸。在進(jìn)一步的LDL氧化動力學(xué)實驗中,橄欖苦苷、楊梅素和厚樸酚都展現(xiàn)出了較好的延緩氧化反應(yīng)速率的作用。上述結(jié)果表明,楊梅素具有較強(qiáng)的自由基清除和減緩LDL氧化的能力,對治療動脈粥樣硬化藥物的研究具有一定的參考意義。
UVB(ultraviolet radiation B)是導(dǎo)致皮膚老化主要的外部因素,長期暴露在紫外輻射下,可導(dǎo)致皮膚產(chǎn)生皺紋、松弛、粗糙等多種光老化現(xiàn)象。Kim等[26]發(fā)現(xiàn)楊梅素可顯著改善UVB導(dǎo)致的小鼠皮膚損傷,降低小鼠皮膚內(nèi)髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)的活性,減少皮膚中促炎癥因子,降低IL-1β及IL-10的水平。此外,楊梅素還可提高小鼠皮膚組織內(nèi)谷胱甘肽水平,減少通過脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,減少超氧離子自由基的產(chǎn)生,增強(qiáng)皮膚抗氧化和修復(fù)紫外損傷的能力。
楊梅素也可調(diào)控多種基因的表達(dá)?;|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metaloproteinase,MMP)是一類肽酶,可降解多種細(xì)胞基質(zhì)外成分,在細(xì)胞增殖、遷移、凋亡和血管生成等諸多過程中起重要作用[27]。楊梅素可逆轉(zhuǎn)UV誘導(dǎo)的MMP表達(dá)升高和Nox-2基因的轉(zhuǎn)錄,增加谷胱甘肽還原酶的表達(dá),增強(qiáng)皮膚抗氧化損傷的能力。
有研究表明,楊梅素具有延長壽命、保護(hù)細(xì)胞、抗紫外損傷等生理作用[28]。Büchter等[29]發(fā)現(xiàn)楊梅素及其衍生物(丁香亭,西伯利亞落葉松黃酮,楊梅素三甲醚)可不同程度地延長秀麗隱桿線蟲的壽命,減少脂褐質(zhì)的積累,降低細(xì)胞內(nèi)的ROS濃度,增強(qiáng)機(jī)體自由基清除率。DAF-16是一個跨物種保守基因,同時也是發(fā)揮延長壽命作用的關(guān)鍵基因,在秀麗隱桿線蟲、人和小鼠體內(nèi)均有同源基因。楊梅素及其衍生物可促進(jìn)DAF-16基因在細(xì)胞核內(nèi)的轉(zhuǎn)位,增強(qiáng)DAF-16的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。
胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide,GLP-1)不僅能通過促進(jìn)胰島分泌胰島素來調(diào)節(jié)血糖水平,治療II型糖尿病,而且可有效防止直接使用胰島素而導(dǎo)致的低血糖癥狀[30]。Li等[31]發(fā)現(xiàn)楊梅素能激活GLP-1受體,增加胰島素瘤細(xì)胞(INS-1)內(nèi)cAMP水平,是葡萄糖依賴型胰島素促分泌劑。此外,Glut-2(glucose transporter 2)是編碼葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運蛋白的基因,可調(diào)控細(xì)胞的糖轉(zhuǎn)運能力,楊梅素可上調(diào)Glut-2基因的表達(dá),發(fā)揮降低血糖的作用。
Tong等[32]用乙酸刺激小鼠腹部,使小鼠出現(xiàn)腹部絞痛來研究楊梅素的鎮(zhèn)痛作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)楊梅素和阿司匹林效果一致,均具有明顯的鎮(zhèn)痛效果。通過對小鼠腹膜腔PGE2水平的分析,發(fā)現(xiàn)楊梅素可減少PGE2的產(chǎn)生,防止血管擴(kuò)張帶來進(jìn)一步組織損傷。此外,作者還發(fā)現(xiàn)楊梅素可顯著減輕晚期疼痛,但對早期疼痛無明顯影響。
Latief等[33]從烏墨蒲桃中提取到了三聚楊梅素鼠李糖苷(trimeric myricetin rhamnoside,TMR)并測試其抗炎活性。結(jié)果表明TMR可通過調(diào)節(jié)多種促炎癥物質(zhì)來改善炎癥癥狀。髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)的活性反映了炎癥過程中細(xì)胞趨化性及中性粒細(xì)胞浸潤等過程。氮氧化物NOx具有高度反應(yīng)活性,可在體內(nèi)氧化產(chǎn)生ROS,造成嚴(yán)重的氧化損傷。腫瘤壞死因子α(TNF-α)和IL-1β可募集更多免疫細(xì)胞進(jìn)入受損部位,造成受損部位的炎癥損傷。機(jī)體發(fā)炎會導(dǎo)致其發(fā)炎部位PGE2濃度上升,PGE2可增加血流量、擴(kuò)張血管和增加炎癥反應(yīng)。TMR處理過的小鼠炎癥組織中MPO的活性和NOx、TNF-α、IL-1β與PGE2的濃度降低,表明TMR是一個多效的抗炎化合物。
長期攝入醋酸脫氧皮質(zhì)酮(deoxycorticosterone acetate,DOCA)可誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生高血壓及氧化應(yīng)激。Borde等[34]切除小鼠單側(cè)腎臟,并使其連續(xù)4周攝入DOCA,小鼠Na+排泄顯著減少,收縮壓上升。服用楊梅素可消除DOCA導(dǎo)致的Na+排泄降低,收縮壓升高現(xiàn)象,改善小鼠的高血壓情況。楊梅素對于正常的小鼠則不會產(chǎn)生該系列變化。有研究表明5-羥色胺2B受體(5-HT2B)和血管緊張素Ⅱ與高血壓的產(chǎn)生有密切關(guān)系。通過對5-HT和AngⅡ的量效曲線的研究,發(fā)現(xiàn)楊梅素可抑制這兩種物質(zhì)受體的活性,從而抑制高血壓的發(fā)生。
Miyazaki等[35]通過研究發(fā)現(xiàn)楊梅素可抑制H+-K+-ATP酶的活性,其IC50值為0.58±0.14 μmol/L,且抑制小鼠胃酸分泌的作用優(yōu)于質(zhì)子泵抑制劑奧美拉唑 (IC50為1.5 μmol/L)。此外,楊梅素還可以抑制Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶兩種P2型ATP酶。作者篩選了包括楊梅素在內(nèi)的16種不同的黃酮類化合物,發(fā)現(xiàn)化合物的3'- 和5'-位羥基是抑制P2型ATP酶活性的必須基團(tuán),同時2'-位及6-位羥基可增加抑制活性。其中楊梅素以其安全性高、毒性低和分布廣泛等特點,具有很好的開發(fā)成抗胃潰瘍藥物的潛力。
長期處于壓力應(yīng)激狀態(tài)下會導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力和記憶能力的下降,影響機(jī)體的下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis,HPA axis),使壓力相關(guān)激素水平發(fā)生紊亂[36]。Wang等[37]采用Morris水迷宮試驗探究了楊梅素對于小鼠記憶能力的影響。結(jié)果表明,楊梅素對于受損的學(xué)習(xí)能力沒有明顯的治愈作用,但可改善慢性應(yīng)激導(dǎo)致的小鼠空間記憶損傷。小鼠在長期的束縛應(yīng)激下,體內(nèi)的促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)有明顯的上升,楊梅素可降低束縛應(yīng)激誘導(dǎo)的ACTH水平紊亂,且不影響正常小鼠的ACTH分泌。小鼠在長期應(yīng)激下還會導(dǎo)致海馬體內(nèi)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)蛋白減少,楊梅素可逆轉(zhuǎn)此過程,使BDNF蛋白的表達(dá)增加。
蜂蜜是一種具有抗過敏活性的傳統(tǒng)藥物,其原因可能是蜂蜜中存在某種抗過敏活性的黃酮化合物。楊梅素占蜂蜜中酚類化合物總量的2 %,為了驗證楊梅素的抗過敏活性,Medeiros等[38]采用乳清蛋白誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生過敏反應(yīng),分別驗證了蜂蜜提取物與楊梅素的抗過敏活性。蜂蜜提取物可產(chǎn)生多種抗過敏反應(yīng),包括減輕乳清蛋白誘導(dǎo)的水腫,改善過敏性休克癥狀,減少IgE和IgG1的產(chǎn)生及淋巴細(xì)胞向支氣管淋巴細(xì)胞的遷移和抑制嗜酸性粒細(xì)胞過氧化物酶活性等。結(jié)果表明,楊梅素可產(chǎn)生多種抗過敏效應(yīng),包括減輕淋巴細(xì)胞向支氣管淋巴細(xì)胞的遷移,減少血清免疫球蛋白E(IgE)和G1(IgG1)的產(chǎn)生等。
Ortega等[39]采用HIV-1和人T細(xì)胞白血病細(xì)胞(MT4)對楊梅素、楊梅素3-鼠李糖苷和楊梅素3-(6-鼠李糖基半乳糖苷) 3種化合物進(jìn)行抗HIV病毒活性研究。楊梅素及其糖苷類衍生物對MT4細(xì)胞的細(xì)胞毒活性較弱,但抗HIV逆轉(zhuǎn)錄酶活性顯著。特別是楊梅素的逆轉(zhuǎn)錄酶抑制活性最高,IC50值為7.6μmol/L。作者進(jìn)一步將逆轉(zhuǎn)錄酶和楊梅素及其衍生物進(jìn)行分子對接,發(fā)現(xiàn)楊梅素可與HIV逆轉(zhuǎn)錄酶A鏈的101位賴氨酸、180位異亮氨酸和B鏈138位谷氨酸形成5個氫鍵;與A鏈101位酪氨酸、100位亮氨酸、106位纈氨酸、34位亮氨酸和179位纈氨酸產(chǎn)生范德華力作用。上述結(jié)果表明楊梅素與HIV逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合最穩(wěn)定。
噻二唑具有抗菌、抗病毒、抗驚厥、抗焦慮和鎮(zhèn)痛作用。Zhong等[40]使用白葉枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.Oryzae,Xoo)和雷氏青枯病菌(Ralstonia solanac-earum)衡量楊梅素的1, 3, 4-噻二唑系列衍生物的抗菌活性。多種噻二唑楊梅素衍生物的抗菌活性高于噻菌銅(thiadiazole copper),抗煙草花葉病毒的能力高于寧南霉素。噻二唑類楊梅素衍生物具有發(fā)展成新型低毒性農(nóng)藥的潛力。
楊梅素可有效地調(diào)控多種腫瘤細(xì)胞的增殖,使其細(xì)胞周期紊亂,停滯;可對多種凋亡相關(guān)基因進(jìn)行調(diào)控,包括促凋亡基因p53、BAX、抑制抑凋亡基因Bcl-2、激活凋亡蛋白Caspase級聯(lián)反應(yīng)等;可抑制多種細(xì)胞信號通路,防止細(xì)胞產(chǎn)生過度的增殖訊號,抑制細(xì)胞的無限增殖。
楊梅素是自然界存在的一種結(jié)構(gòu)簡單、來源廣泛的化合物,具有較為廣闊的發(fā)展前景。在今后的研究中,筆者認(rèn)為應(yīng)從以下兩個方面進(jìn)行研究:首先是尋找一種高效的楊梅素制備方法。楊梅素主要是從天然植物中提取獲得,部分植物中楊梅素含量較低,加之求大于供,造成價格相對較高,高效、低成本的提取方法和合成方法顯得尤為重要。其次,楊梅素穩(wěn)定性較差,很多藥理作用機(jī)制尚不明確,且有關(guān)楊梅素劑型的研究較少,造成生物利用度偏低、安全性較差。因此,未來應(yīng)在楊梅素的藥代動力學(xué)、藥效學(xué)的研究基礎(chǔ)上對其劑型進(jìn)行研究,使其在體內(nèi)適時釋放出楊梅素,提高生物利用度、增強(qiáng)安全性。