張 迪 朱恕強 程 開

(佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154000)

大黃素是從多種藥用植物的根和樹皮中提取的一種蒽醌類衍生物[1],化學(xué)名稱為 1,3,8-三羥基-6-甲基蒽醌,分子式為C15H10O5,是大黃、蘆薈、虎杖、何首烏和虎杖中的主要藥效成分,具有顯著的藥理作用和有效的臨床療效。許多研究表明大黃素具有抗炎、抗病毒、抗菌、免疫調(diào)節(jié)、降脂、抗纖維化、抗腫瘤、抗糖尿病和保護胃腸道黏膜屏障等作用,對多種疾病的治療有療效。作者綜述了近年來大黃素在治療消化系統(tǒng)疾病中潛在的分子機制,對于了解大黃素對消化系統(tǒng)疾病的治療作用有一定的意義。

1 大黃素與胰腺炎

急性胰腺炎(AP)是臨床上常見的炎癥性疾病,能進展為急性重癥胰腺炎(SAP),SAP病情較嚴重,可伴隨發(fā)生全身炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS),甚至還會發(fā)展成為多器官功能障礙綜合征(MODS)。研究表明,大黃素是治療臨床和實驗性AP及SAP的潛在候選藥物,其能夠抑制胰酶分泌、抑制多種炎癥因子,有效減輕胰腺炎癥及水腫。隨著研究的深入,我們發(fā)現(xiàn)了其更多潛在的作用機制。

Xia等[2]發(fā)現(xiàn)AP大鼠胰腺腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細胞介素(IL)-6水平升高與細胞旁通透性增加及claudin-5、occludin表達降低有關(guān)。大黃素可降低AP大鼠胰腺TNF-α和IL-6水平,降低細胞旁通透性,促進claudin-5和occludin表達,在胰腺保護中發(fā)揮重要作用。Ni等[3]的一項體外細胞實驗表明,大黃素顯著增加SAP/SIRS大鼠巨噬細胞細胞間黏附分子3(ICAM-3)蛋白表達,從而促進ICAM-3與CD14的相互作用,增強腹腔巨噬細胞的識別和吞噬能力,緩解炎癥反應(yīng)。該研究還發(fā)現(xiàn)與地塞米松相比,大黃素可增強腹腔巨噬細胞的識別和吞噬能力。Yu等[4]觀察到AP大鼠的胰腺腺泡細胞中存在自噬小體,將大黃素以40 mg·kg-1的劑量對AP大鼠進行灌胃后,發(fā)現(xiàn)可調(diào)節(jié)自噬相關(guān)蛋白LC3(B/A)和p62的表達,減輕胰腺的病理損傷。還有證據(jù)表明,含有大黃素和其他活性物質(zhì)(如黃芩素、腎素或白楊素)的草藥湯劑對抑制與促炎信號通路相關(guān)的mRNA和Toll樣受體4(TLR4)/NLRP3蛋白的表達有作用,可改善AP[5]。一項臨床研究對114例AP患者采用大黃素聯(lián)合奧曲肽治療,結(jié)果顯示大黃素聯(lián)合奧曲肽治療較單用奧曲肽能達到更好的治療效果,能夠改善臨床癥狀并減輕病情,可能是通過下調(diào)患者血清IL-6和TNF-α水平減弱機體過度的炎癥反應(yīng)[6]。用大黃素處理雨蛙素建立的AR42J胰腺腺泡細胞損傷模型發(fā)現(xiàn),大黃素可通過使超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)活性上調(diào)及MDA活性下調(diào)減弱急性胰腺炎胰腺腺泡細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng),并且研究中還發(fā)現(xiàn)大黃素可能是通過減少AP胰腺腺泡細胞中外泌體而發(fā)揮治療作用[7]。同時一項體外實驗研究證明大黃素可能通過調(diào)控JAK2/STAT3信號通路減輕雨蛙素誘導(dǎo)的胰腺腺泡細胞損傷[8]。

Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn),大黃素以劑量依賴性方式降低SAP大鼠血清淀粉酶和脂肪酶水平,抑制P2X7/NLRP3信號通路并降低血漿中促炎因子IL-1β和IL-18的濃度。在SAP大鼠模型中研究大黃素對SAP的影響,研究結(jié)果表明大黃素可顯著抑制核因子NF-κ活性和TNFα、白細胞介素IL-6和IL-1β的血清表達水平,大黃素還降低丙二醛濃度和增加超氧化物歧化酶水平,從而調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng),顯著緩解SAP[10]。有研究發(fā)現(xiàn)SAP患者存在Treg/Th17免疫失衡和細胞因子異常分泌的情況[11]。伍洋等[12]通過對雨蛙素聯(lián)合脂多糖法制備SAP小鼠模型腹腔注射2.5 mg·kg-1·d-1大黃素,實驗結(jié)果表明大黃素可通過調(diào)節(jié)Treg/Th17平衡及相關(guān)炎癥因子分泌治療SAP。楊寶晶[13]也認為大黃素可改善 Treg/Th17免疫失衡,降低疾病的嚴重程度。有研究通過大黃素干預(yù)牛黃膽酸鈉建立SAP大鼠模型的實驗,得出結(jié)論:大黃素可能是通過提高CD4+T細胞含量及CD4+/CD8+值使機體免疫功能增強,或者通過降低Treg比例減輕機體免疫抑制狀態(tài),增加Bregs比例促進IL-10和TGF-β1的分泌和釋放,進而抑制炎性反應(yīng)[14]。

有研究表明大黃素可能主要通過上調(diào)HIF-1α蛋白的表達,提高腎臟細胞耐缺氧的能力來發(fā)揮對SAP相關(guān)性腎損傷的保護作用[15]。Gao等[16]也同樣為大黃素在AP相關(guān)并發(fā)癥中的保護作用提供了證據(jù),即大黃素通過激活Nrf2/HO-1信號通路抑制NLRP3炎性體激活來保護大鼠免受AP相關(guān)的肺損傷[16]。大黃素還可作用于腸道起到治療作用。有研究表明大黃素通過抑制腸黏膜細胞caspase-1的蛋白表達及其通路下游IL-1β和IL-18等大量炎癥因子和炎癥介質(zhì)的激活和釋放,保護腸道黏膜屏障,減輕腸內(nèi)細菌和內(nèi)毒素易位入血對AP大鼠引起的炎癥風(fēng)暴[17]。AP患者由于大量炎癥介質(zhì)的釋放加之血容量不足,可影響腸道黏膜屏障通透性及其水代謝,導(dǎo)致AQPs表達異常,其中AQP3表達異常會導(dǎo)致腸黏膜屏障受損,通透性增加。陳鋒等[18]通過對SAP大鼠采用大黃素灌胃治療,證實大黃素能夠下調(diào)AQP3表達水平,降低腸黏膜的通透性,從而保護SAP的器官功能,降低炎癥因子釋放。還有研究表明大黃素聯(lián)合奧曲肽可上調(diào)血清AQP-5和AQP-6水平,從而調(diào)節(jié)腸道血管透通性及水代謝等,促進胃腸功能的恢復(fù)[6]。大黃素可以干預(yù)多種機制以治療AP及SAP,并防治相關(guān)并發(fā)癥,具有很高的研究價值。

2 大黃素與潰瘍性結(jié)腸炎

潰瘍性結(jié)腸炎(UC)是一種慢性非特異性腸道疾病。該病病程長,易反復(fù)發(fā)作,嚴重影響患者身心健康及生活品質(zhì)。UC具體病因不明,與機體遺傳、免疫反應(yīng)、腸道菌群、環(huán)境、精神心理狀態(tài)等多種因素有關(guān)。既往報道大黃素有保護腸黏膜的作用,最近的研究首次發(fā)現(xiàn)大黃素通過抑制鞭毛蛋白-TLR5-NF-κB信號通路,降低TLR5和MyD88的表達,上調(diào)IκB水平,抑制NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位,減少IL-8的釋放,從而改善DSS誘導(dǎo)的小鼠UC癥狀[19]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)大黃素治療UC的機制依賴于其對PPARγ信號通路的調(diào)節(jié),從而調(diào)節(jié)包括氧化磷酸化和瓜氨酸代謝在內(nèi)的結(jié)腸代謝,并影響氧和硝酸鹽的腔內(nèi)利用率,促進結(jié)腸上皮細胞缺氧環(huán)境的恢復(fù),從而抑制腸桿菌科的生長和擴張,恢復(fù)腸道穩(wěn)態(tài)[20]。因此大黃素在減輕UC方面有益,其潛在機制還有待繼續(xù)深入研究。

3 大黃素與非酒精性脂肪性肝病

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是一種代謝綜合征,患病率在全球范圍內(nèi)持續(xù)上升。NAFLD的階段范圍從單純性脂肪變性(NAFL)到非酒精性脂肪性肝炎(NASH),后者可發(fā)展為肝硬化和肝細胞癌[21]。目前尚無批準用于治療該病的藥物。改善生活方式和加強鍛煉可以緩解癥狀,但患者依從性較差[22]。越來越多的研究表明:大黃素具有治療NAFLD和代謝綜合征方面的潛力。過去的研究表明大黃素能夠調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)合成基因和上調(diào)脂肪酸氧化基因的表達;降低血清瘦素水平,提高胰島素敏感性,改善胰島素抵抗;增加肝內(nèi)脂聯(lián)素受體R2表達,這些都是改善NAFLD脂質(zhì)沉積可能的潛在機制。有報道稱大黃素可能通過調(diào)節(jié)NF-κB的激活,下調(diào)肝臟 IL-1,TNF-α的表達,從而改善NASH的炎癥病變程度[23]。大黃素通過抑制全身炎癥和巨噬細胞炎癥,抑制受到LPS攻擊的高脂血癥小鼠從NAFL向NASH的轉(zhuǎn)變[24]。劉濤等[25]研究結(jié)果顯示,大黃素可能通過抑制TLR4-MyD88-TRAF6信號通路的表達及TNF-α、IL-1等炎性因子的分泌,改善NAFLD大鼠肝臟脂質(zhì)沉積。大黃素能夠通過ERS-SREBP1c途徑改善果糖誘導(dǎo)的NAFLD中的脂質(zhì)積累[26]。Li等[27]證明大黃素通過降低高脂飲食(HFD)小鼠肝臟和脂肪組織中SREBP1和SREBP2的表達改善HFD引起的肥胖和代謝紊亂,從而進一步抑制脂質(zhì)生物合成和攝取。大黃素通過激活CaMKK-AMPK-mTOR-p70S6K-SREBP1 信號通路有效改善肝脂肪變性[28]。有研究表明大黃素可上調(diào)AMPK抑制SREBP-1c及其下游脂肪酸合成相關(guān)蛋白的表達,減少肝臟脂質(zhì)沉積對NAFLD 早期病變的作用[29]。還有研究發(fā)現(xiàn)大黃素可通過激活A(yù)MPK/m TOR信號通路抑制IL-17/IL-23調(diào)控軸介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),防止NAFLD往NASH方向發(fā)展[30]。這些研究表明大黃素可作為一種新型的AMPK激動劑,在NAFLD的治療中有著重大意義和研究價值。最新文獻表明大黃素還可通過激活FXR信號來緩解HFD誘導(dǎo)的NAFLD,從而改善脂質(zhì)積累、胰島素抵抗、炎癥和氧化應(yīng)激[31]。

4 大黃素與消化系統(tǒng)腫瘤

癌癥是21世紀威脅人類健康的主要疾病,據(jù)全球癌癥統(tǒng)計報告顯示,亞洲是癌癥的多發(fā)地區(qū),其中消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)病率、死亡率位居前列[32]。癌癥的常規(guī)治療包括化學(xué)療法和放射療法,這些治療通常費用昂貴且有很多副作用。研發(fā)安全有效的抗腫瘤藥物刻不容緩。越來越多的研究表明,大黃素具有通過復(fù)雜的機制發(fā)揮抗多種人類惡性腫瘤的抗癌潛力,臨床已顯示出作為治療癌癥的天然抗癌劑的前景。近年來大量研究表明大黃素在消化系統(tǒng)腫瘤治療上發(fā)揮出很大作用。

4.1 大黃素與胃癌

早期很多體外實驗表明大黃素能夠抑制各種胃癌細胞的生長。大黃素可顯著抑制人胃腺癌細胞SGC-7901的生長,誘導(dǎo)凋亡,影響細胞周期[33],亦可使人胃癌BGC-823細胞的增殖周期停滯于G0/G1期并明顯抑制其遷移[34]。Chihara等[35]檢測了0.05 mmol·L-1蘆薈大黃素和0.05 mmol·L-1大黃素對人胃癌細胞系MKN45增殖的抑制作用,結(jié)果表明,蘆薈大黃素和大黃素均能顯著抑制MKN45細胞的增殖。雖然蘆薈大黃素和大黃素具有非常相似的結(jié)構(gòu),但大黃素的抑制作用強于蘆薈大黃素。隨著研究的深入,發(fā)現(xiàn)了大黃素的潛在抑癌機制,其可能通過調(diào)控癌基因PRL-3mRNA及蛋白表達抑制人胃腺癌細胞SGC-7901的增殖、促進其凋亡,同時也表明大黃素通過調(diào)控PI3K/AKT信號通路中相關(guān)信號分子蛋白的表達,促進胃癌細胞凋亡的機制[36]。大黃素促進人胃癌細胞MKN45發(fā)生凋亡的機制是p53依賴性的,并且p53、p21/WAF1蛋白水平隨著藥物濃度的不斷增加而表現(xiàn)出明顯的逐漸增強趨勢[37]。據(jù)報道,Prx V的過表達通過增加細胞增殖和侵襲性以及減少細胞凋亡來增強胃癌的致癌性[38]。研究表明,大黃素能濃度依賴性地抑制BGC-823細胞增殖、葡萄糖消耗、降低乳酸水平,并降低己糖激酶Ⅱ的表達,促進凋亡蛋白Bax表達。PI3K抑制劑可抑制胃癌細胞糖酵解水平。將大黃素與PI3K抑制劑聯(lián)合使用后,與單一抑制劑對比,對細胞糖酵解抑制水平進一步加強;大黃素可下調(diào)PI3K下游蛋白及HIF-α的表達,對人胃癌BGC-823細胞的增殖有抑制作用。其作用機制與調(diào)節(jié)PI3K途徑及HIF-α,并抑制己糖激酶Ⅱ表達降低胃癌細胞糖酵解水平相關(guān)[39]。張秋菊等[40]模擬了實體瘤的低氧微環(huán)境,采用不同濃度的大黃素干預(yù)胃癌SGC7901細胞,發(fā)現(xiàn)低氧環(huán)境下,大黃素可通過抑制缺氧誘導(dǎo)因子-1α的表達、增強其下游靶基因E-鈣黏蛋白的表達,使胃癌SGC7901細胞增殖、遷移活性下降甚至死亡。Jin等[41]證實,大黃素能夠顯著抑制AGS人胃癌細胞存活率,并通過抑制AGS人胃癌細胞凋亡過程中過氧化物還原酶5Prx V蛋白水平,導(dǎo)致細胞內(nèi)ROS水平升高,促進AGS人胃癌細胞凋亡。還有研究表明大黃素可能通過抑制ERK1/2-PKM2通路誘導(dǎo)P53高表達,從而抑制MGC803胃癌細胞的增殖及遷徙,促進其凋亡[42]。

4.2 大黃素與胰腺癌

以劑量和時間依賴性方式,大黃素在胰腺癌治療中的作用已在不同細胞系上進行了研究,發(fā)現(xiàn)其有治療效果。有研究表明,大黃素在體外和體內(nèi)均對胰腺癌具有抗增殖和抗轉(zhuǎn)移活性,這可能與下調(diào)NF-κB及其調(diào)節(jié)生存素survivin分子和MMP-9蛋白分子有關(guān)[43]。最近的研究進一步發(fā)現(xiàn),大黃素在表觀遺傳調(diào)控中具有潛力。DNA甲基化在表觀遺傳上參與正常細胞中基因表達和染色質(zhì)組織的過程,并已被證實在腫瘤發(fā)生中起重要作用。0～80 μmol·L-1的大黃素通過抑制甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1、DNMT3a和DNMT3b的表達來抑制胰腺癌細胞PANC-1的生長,從而誘導(dǎo)腫瘤抑制基因的啟動子去甲基化,包括P16、Ras關(guān)聯(lián)域家族1亞型A(RASSF1A)和前腦啡肽原(ppENK)并增強它們的轉(zhuǎn)錄[44]。據(jù)報道,大黃素(20～80 mg·kg-1)通過增強MicroRNA-20b(miR-20b)表達和抑制血管生成相關(guān)的TGF-β/SMAD通路,在SW1990細胞原位移植小鼠胰腺癌模型中具有抗血管生成和抗上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)能力[45]。HIF-1α在正常細胞中無法檢測到,但癌細胞經(jīng)常表達HIF-1α以支持其生長、血管生成和高糖酵解(也稱為Warburg效應(yīng))。癌細胞中的Warburg效應(yīng)會增加能量消耗,從而參與癌癥誘導(dǎo)的代謝紊亂、癌癥惡病質(zhì)。有研究表明,大黃素和大黃酸可擬制胰腺癌細胞的生長和HIF-1α表達,并減輕攜帶癌細胞的無胸腺小鼠的癌癥惡病質(zhì)[46]。據(jù)報道m(xù)iR-1271通過抑制腫瘤細胞中的EMT并誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡,具有廣泛的腫瘤抑制作用。Li等[47]研究表明大黃素能夠增加miR-1271的表達水平,顯著抑制胰腺癌細胞SW1990的EMT和侵襲能力,此外通過體內(nèi)實驗驗證了大黃素具有抑制胰腺癌肝轉(zhuǎn)移的作用。

4.3 大黃素與肝細胞癌(HCC)

Yu等[48]在其研究中觀察到大黃素誘導(dǎo)HepG2細胞凋亡,并導(dǎo)致G1期細胞顯著積累,研究結(jié)果表明大黃素處理上調(diào)P53蛋白并通過引起ROS的產(chǎn)生來抑制NF-κB的表達,誘導(dǎo)細胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)大黃素(20～200 μmol·L-1)通過抑制HepG2細胞中的PI3K/AKT和ERK信號通路抑制HIF-1生物合成、維持能量穩(wěn)態(tài)并發(fā)揮抗癌作用[49]。還有研究證明大黃素(5～200 μM)通過激活p38MAPK信號和抑制ERK/MAPK、PI3K/AKT信號來抑制MMP-2和MMP-9的表達,從而抑制HCC的MHCC-97H細胞遷移和侵襲[50]。

此外,最近的生物信息學(xué)分析進一步確定了5個差異表達基因(DEG),包括溶血磷脂酸受體6(LPAR6)、補體C5(C5)、生長抑素受體5(SSTR5)、G蛋白偶聯(lián)受體68(GPR68)和嘧啶能受體P2Y4(P2RY4)。大黃素呈劑量依賴性(25～100 μmol·L-1)并顯著降低HepG2細胞中這些DEG的mRNA水平,表明這些推定的靶標可能參與HCC的大黃素治療,而潛在的分子機制仍有待通過實驗證據(jù)來驗證[51]。大黃素通過同時抑制VEGFR2-AKT-ERK1/2信號通路和促進miR-34a水平來抑制HepG2細胞生長并抑制SMAD2/SMAD4表達[52]。

4.4 大黃素與結(jié)腸癌

在Wang等[53]最近的一項研究中,通過在HCT116和LOVO細胞中使用20和40 μmol·L-1劑量的大黃素,大黃素以劑量依賴和時間依賴的方式顯著降低細胞變異性,抑制細胞增長,同時觀察到自噬相關(guān)蛋白LC3-2積累增加以及p62和Beclin-1水平的變化,表明大黃素是通過ROS積累介導(dǎo)的自噬激活誘導(dǎo)人結(jié)腸癌細胞凋亡。有研究表明,在結(jié)腸癌的治療中大黃素(10～80 μmol·L-1)增加促凋亡BCL-2家族蛋白Bax和Bak的表達以及降低線粒體膜電位呈時間和劑量依賴性[54]。同時也有人在結(jié)腸癌細胞和異種移植小鼠中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果,大黃素(20～80 mg·kg-1)通過抑制HCT116細胞異種移植小鼠模型中VEGFR2、PI3K和p-AKT的表達來抑制結(jié)直腸癌的發(fā)展[55]。大黃素處理(體外5～20 μmol·L-1或體內(nèi)40 mg·kg-1)通過抑制人結(jié)腸癌細胞系中的Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)至下游靶標(如TCF4、Cyclin D1和C-MYC)來阻斷EMT并抑制腫瘤生長[56]。

5 結(jié)語

綜上所述,大黃素有很大潛力成為消化系統(tǒng)疾病的治療選擇。考慮到目前大黃素的藥理學(xué)研究存在不足,進一步研究大黃素給藥的藥代動力學(xué),針對不同疾病進行更準確的劑量設(shè)計,以及提高生物利用度的新型給藥系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。科學(xué)地解決這些問題將極大地促進大黃素在未來幾年被廣泛接受,不僅作為食品調(diào)味劑、膳食補充劑和工業(yè)原材料,而且作為一種治療疾病的中藥。