雷 芳
(四川省合江縣人民醫院藥劑科,四川 瀘州 646200)
黃芩為唇形科植物黃芩 Scutellaria baicalensis Georgi的干燥根,在我國藥用歷史悠久,迄今已有2000多年的歷史。黃芩中主要的黃酮類成分為黃芩苷(baicalin)、黃芩素(baicalein)、漢黃芩苷(wogonoside)和漢黃芩素(wogonin),黃芩苷和漢黃芩苷及其代謝物是黃芩發揮藥用功效的物質基礎[1]。在此就黃芩苷的藥理作用研究進展作一綜述。
黃芩苷不僅能調節細胞周期,而且能通過上調促凋亡基因p53和bax,下調凋亡抑制基因bcl-2和bcl-6的表達,同時抑制腫瘤細胞的增殖而表現為抑制腫瘤的生長[2]。離體細胞培養試驗顯示,黃芩苷能抑制3種人肝癌細胞株HUH-7,HLF,KIM-1的增殖,誘導KIM-1細胞發生凋亡,誘導HUH-7和HLF細胞壞死。Matsuzaki認為黃芩苷誘導腫瘤細胞發生凋亡的機制與有效抑制DNA復制的拓撲異構酶-2活性有關,但拓撲異構酶-2活性抑制尚不足以完整解釋這一機制[3]。黃芩苷能通過激活p53與caspase-3和抑制bcl-2的表達,抑制前列腺癌細胞株增生并誘導其凋亡[4];還能通過上調細胞表面的Fas和FasL表達,誘導惡性黑色素瘤細胞株Mel-Tet發生凋亡[5];通過誘導凋亡和阻滯細胞于G0/G1期來抑制肝癌細胞的增生[6]。Ikezoe等[7]還發現,黃芩苷能通過激活p21和p27,裂解激活聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP),誘導人髓系白血病細胞株HL-60細胞凋亡,并阻滯細胞于G0/G1期而抑制HL-60細胞的增生。
黃芩苷元即黃芩苷的苷元黃芩素。楊得坡等[8]證明黃芩苷元具有十分明顯的抗真菌活性,尤其對酵母型真菌具選擇性作用,最低抑菌濃度(MIC)在70~100 μg/mL之間。值得注意的是,新型隱球菌也是對黃芩苷元最敏感的菌種之一,該真菌主要侵染人中樞神經系統、皮膚、黏膜或內臟等,可導致隱球菌病,而隱球菌病是艾滋病患者最重要的并發癥之一。黃芩苷元質量濃度為250 μg/mL時,對與腳氣有關的細菌如固著微球菌、表皮葡萄球菌等具有完全抑制作用;而致腋臭的主要細菌干燥棒桿菌也對黃芩苷元敏感[9]。化合物的結構與其功能有一定的關系,黃芩苷與黃芩苷元化學結構非常相似。在稀酸作用或酶的催化作用下,黃芩苷第7位的苷鍵裂解,生成黃芩苷元和葡糖醛酸。黃芩苷元的抗菌活性可能與其結構第7位上糖醛酸基團的丟失或12位上羥基的存在有關,這與黃酮類化合物構效關系研究的結論一致[10]。
目前研究表明,黃酮類的自由基清除活性與其所含有的酚羥基數量和結構密切相關。黃芩苷的酚羥基數量較黃芩中其他有效成分多,且A環中含有鄰二酚結構,因而具有較強的自由基清除活性[11]。此外,黃芩苷還具有生物學應答調節功能,對由H2O2誘導的DNA單鏈損傷有保護作用。黃芩苷在體內容易與金屬離子如Cu2+和Zn2+形成金屬螯合物黃芩苷銅、黃芩苷鋅,對氧自由基的清除作用比黃芩苷單體強。用液相色譜技術觀察發現,黃芩苷磷脂復合物(baicalin phospholipid complex)在體內能有效減慢黃芩苷的排泄速度而增強其清除氧自由基的能力[12]。黃芩苷可明顯降低由二甲基亞硝胺誘導的大鼠肝纖維化模型中肝臟線粒體脂質過氧化產物丙二醛(MDA)含量,表明黃芩苷的抗氧化活性與氧自由基的清除能力密切相關[13]。因此黃芩苷可作為有效的自由基清除劑,用于治療與自由基相關的疾病。如兔百日咳菌液腦水腫模型組經黃芩苷或川芎嗪治療后,血清及腦脊液中磷脂酶A2活性明顯低于非治療組和甘露醇治療組,降顱內壓的作用以黃芩苷最佳,其次為川芎嗪。這是由于黃芩苷與川芎嗪均可抑制磷脂酶A2活性和脂質過氧化,從而減輕腦水腫與降低顱內高壓[14]。譚廷華等[15]研究了黃芩苷對Fenton反應生成的羥基自由基(·OH)的清除作用,結果表明黃芩苷的清除作用(EC50=0.039 mmol/L)顯著強于·OH特異性清除劑甘露醇(EC50=6.7 mmol/L)。
發熱是一個多環節、多因素參與的復雜過程,若其中某些因素環節被抑制或阻斷,則可防止體溫升高,從而產生解熱效應。目前對于黃芩苷解熱機制方面的研究報道甚少。綜合近幾年研究發現,黃芩總提物及單一活性成分(黃芩苷、野黃芩苷)在整體動物實驗方面表現出顯著的解熱作用,且在一定劑量下其作用強度可高于以臨床劑量折算的阿司匹林[16]。
黃芩苷對β1及β2腎上腺素受體均有阻斷作用,能競爭性拮抗多種激動劑導致的心房收縮性和自律性的增高。黃芩苷還能保護心肌細胞膜上Na+-K+-ATP酶,抑制心肌細胞內K+外流,減少Ca2+內流,降低心室肌的自律性,避免異位節律的出現,從而拮抗藥物誘發的心律失常。此外,黃芩苷可改善細胞內Ca2+超載引起后除極和觸發活動導致的心律失常[17]。
黃芩苷的降壓原理一般認為是直接擴張血管,研究表明黃芩苷對離體兔耳、離體兔腎、蟾蜍與兔后肢血管皆有擴張作用。在腸鼠離體主動脈、肺動脈、氣管及右心房實驗中,黃芩苷可競爭性拮抗腎上腺素、去甲腎上腺素、多巴胺收縮主動脈條和肺動脈條的作用,拮抗異丙腎上腺素舒張血管、增加右心房自發頻率的作用,這與其降壓、減慢心率、鎮靜等作用有關。另外,黃芩苷可抑制小鼠的自發活動,有明顯的鎮靜作用;可通過抑制前列腺素E2(PGE2)的釋放,降低花生四烯酸的濃度,對防治高血壓和糖尿病等有重要的臨床意義[18]。黃芩苷靜脈注射具有降壓作用,多數學者認為其機制可能與阻滯Ca2+通道有關。黃芩苷可劑量依賴性地降低靜息狀態下平滑肌細胞內Ca2+的濃度,顯著抑制去甲腎上腺素和高K+所致細胞內Ca2+濃度的升高,因而推斷黃芩苷可通過阻斷平滑肌細胞膜上的電壓依賴型鈣通道和受體操縱型鈣通道抑制細胞內Ca2+濃度的增高,舒血管機制類似維拉帕米阻滯Ca2+通道的作用,從而擴張血管,降低血壓[19]。另有研究顯示,黃芩苷具有明顯的排鈉利尿作用,可減少外周血容量及心輸出量,導致血管阻力降低,血壓下降[20]。
巨噬細胞在抗感染免疫和免疫應答等方面起著非常重要的作用。體內實驗表明,低劑量的黃芩苷可明顯促進刀豆凝集素(ConA)誘導的小鼠脾淋巴細胞增殖反應,高劑量則顯著抑制;黃芩苷可明顯提高小鼠脾臟單個核細胞中環磷酸腺苷(cAMP)含量,對環磷鳥苷(cGMP)則無影響;體內用藥對巨噬細胞吞噬中性紅的作用,低劑量顯著升高,高劑量明顯抑制,但體外用藥均明顯抑制該作用[21]。巨噬細胞產生的一氧化氮(NO)是一種具有較強抗菌、抗腫瘤作用的小分子。Kim等[22]檢測了黃芩苷對小鼠腹腔巨噬細胞NO的影響,結果顯示黃芩苷本身不能刺激NO產生,只有與γ-干擾素(IFN-γ)共同存在的條件下才能誘導產生NO,而且推斷黃芩苷與IFN-γ的協同作用可能主要依賴黃芩苷產生的腫瘤壞死因子(TNF)。有學者研究證實,黃芩苷對脂多糖(LPS)誘導的小鼠淋巴細胞增殖反應具有劑量效應關系,在低劑量時均表現為促進淋巴細胞增殖,而高劑量時則表現為明顯的抑制作用;同時發現腹腔注射黃芩苷可明顯增加小鼠脾臟單核細胞內cAMP的含量,而cAMP可以促進和誘導淋巴細胞的分化,由此推斷黃芩苷對淋巴細胞分化可能具有一定的調節作用;黃芩苷還可明顯提高小鼠血清IgM和B細胞分泌IgM受體的水平,對血清IgM含量的影響呈濃度依賴性,可顯著增加血清IgG的含量,體內給藥還可增強機體的體液免疫功能[23]。舒榮華等[24]在黃芩苷鋅抗Ⅰ型變態反應作用的實驗基礎上,進一步研究了黃芩苷鋅對小鼠免疫功能的影響,發現其能明顯促進小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬功能,顯著提高血清中溶菌酶的含量,增強紅細胞C3b受體酵母花環率。尹琰等[25]通過測定心肌梗死后大鼠的T淋巴細胞亞群,觀察心肌梗死后大鼠免疫功能的變化,同時觀察黃芩苷對其免疫功能的調節作用。結果顯示,心肌梗死后大鼠的免疫功能紊亂,細胞免疫功能明顯降低,表現為大鼠血清中CD3升高,但CD4/CD3值顯著降低;灌胃給予黃芩苷40 mg/(kg·d)后,其血液中CD3和CD4/CD3值均接近正常。提示黃芩苷能改善心肌梗死后大鼠的免疫功能。
T淋巴細胞激活后產生的細胞因子是各種炎癥細胞間信息傳遞的重要信使之一,其中輔助性T淋巴細胞所產生的白細胞介素-4(IL-4)具有促進淋巴細胞成熟和分化的功能,同時又是誘導淋巴細胞合成分泌型IgE的關鍵因子。姜斌等[26]探討了黃芩苷對哮喘的保護機制,發現黃芩苷保護組氣道周圍炎性細胞,尤其是嗜酸性粒細胞的浸潤明顯減輕,IL-4水平明顯低于哮喘組,提示黃芩苷對過敏性哮喘具有保護作用。顧紅纓等[27]研究了黃芩苷對Ⅰ型變態反應豚鼠超微結構的影響,電鏡結果顯示,黃芩苷給藥組與未給藥致敏組豚鼠超微結構在發生變態反應后有較大的差異,而給藥組與正常對照組的差異則很小,表明黃芩苷可顯著抑制Ⅰ型變態反應豚鼠超微結構的改變。鄭紅等[28]應用微分干涉差顯微鏡觀察未經染色的活的肥大細胞,記錄肥大細胞釋放脫顆粒的全過程,發現加入黃芩苷后可明顯阻止和延緩這一過程。黃芩苷對肥大細胞的細胞膜有保護作用,增加膜的穩定性,從而阻止其脫顆粒,這可能是黃芩苷治療過敏性疾病的機理之一。致炎(炎癥前)細胞因子的過度釋放介導超抗原葡萄球菌素的毒性作用,黃芩苷能夠抑制葡萄球菌素激發T細胞增殖和外周血單核細胞產生白細胞介素 -1β、白細胞介素 -6、TNF、IFN-γ、單核細胞趨化蛋白 -1、巨噬細胞炎癥蛋白-1α、巨噬細胞炎癥蛋白-1β,對減輕葡萄球菌素的致病性具有治療作用[29]。
缺血-再灌注損傷的發病機制中,細胞內Ca2+超載、自由基及其介導的脂質過氧化反應是重要環節,黃芩苷可通過抗心肌組織脂質過氧化、保護缺血-再灌注大鼠心肌組織的Na+-K+-ATP酶活性,改善離子轉運,減輕Ca2+超載和脂質過氧化損傷,防治心肌缺血-再灌注損傷[30]。經股靜脈注射黃芩苷(20 mg/kg)能顯著降低缺血-再灌注模型大鼠心肌脂質過氧化物MDA的含量,升高組織內超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性,提示黃芩苷對再灌注損傷的心肌有保護作用,其機制可能與抗氧自由基引起的脂質過氧化反應有關[31]。Kyo等[32]在神經膠質瘤模型大鼠的研究中發現,黃芩苷能明顯降低去甲腎上腺素誘導的神經膠質瘤細胞內Ca2+濃度升高,其降鈣機制可能與降低細胞膜磷脂酶C的活性有關。
韓喻美[33]的研究表明,黃芩苷能影響大鼠神經細胞內Ca2+釋放和細胞外Ca2+內流,有效保護神經元免受興奮性毒性作用;通過用中樞興奮性神經遞質谷氨酸受體激動劑海人酸對大鼠紋狀體進行腦室定位注射,并用組織化學染色,發現注射區神經元大量壞死,而在注射海人酸的同時注射黃芩苷類似物,則可有效抑制神經元的壞死,這說明黃芩苷類對海人酸所致神經毒性有抑制效應。尹飛等[34]研究證明,黃芩苷預處理后對百日咳菌所致神經細胞損害具有保護作用,這可能與黃芩苷能減少谷氨酸和過氧化氫對離體神經細胞的損害作用有關;黃芩苷對百日咳桿菌引起的大鼠腦薄片神經細胞損傷有保護性作用,這可能與體外神經細胞損傷誘導的谷氨酸和過氧化氫減少有關。
張羅修等[35]報道了黃芩苷對刺激劑Ca2+載體A23187誘導大鼠腹腔巨噬細胞PGE2的合成有抑制作用,這可能提示了黃芩苷抗炎作用的部分機理。陳先福等[14]應用兔感染性腦水腫模型,測定了黃芩苷、川芎嗪、甘露醇對血清和腦脊液(CSF)中磷脂酶A2活性的抑制作用及改善腦水腫關系,結果顯示黃芩苷與川芎嗪均可抑制磷脂酶A2活性和脂質過氧化,從而減輕腦水腫、降低顱內壓。
黃芩苷能抑制高糖高胰島素誘導的VSMC增殖,此作用可能與其阻滯Ca2+通道有關[36]。有學者發現,黃芩在低濃度下促進VSMC凋亡,高濃度時反而抑制VSMC凋亡,具體的機制尚有待于進一步闡明[37]。黃芩莖葉總黃酮可濃度依賴性抑制VSMC的增殖,并可顯著抑制高脂血清對VSMC的促增殖作用[38]。
黃芩苷可降低肝組織的膽固醇和甘油三酯含量,提高血清高密度脂蛋白膽固醇的水平,降低乙醇誘導的甘油三酯水平,抑制腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺誘導的脂肪細胞脂解作用。黃芩莖葉總黃酮能明顯抑制高脂飼料喂養大鼠的血清總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白膽固醇的含量,可使高密度脂蛋白膽固醇的含量升高,其中以黃芩苷和黃芩素作用最強[39]。
黃芩莖葉總黃酮可直接作用于內皮細胞,調節內皮功能,增強內皮細胞對有害物質的抵抗力和耐受性,從而保護內皮細胞免受活性氧類的損傷[40]。此外,黃芩苷的鈣拮抗作用也可能是抗動脈粥樣硬化的部分機制。
黃芩苷能通過影響小鼠腎上腺結構改善紅細胞生成的微環境,減輕由于精神因素導致的紅細胞生成抑制[41]。腹腔注射黃芩苷120 mg/kg對大鼠感染性腦水腫有保護作用,其機制與抑制腦組織內IL-1β和TNF-α過度產生有關[42]。周曉紅等[43]通過尾靜脈注射黃芩苷(300 mg/kg),可使內毒素休克大鼠的血壓明顯回升,減輕血液濃縮和血小板、白細胞增多等血液有形成分的變化及主要臟器的損傷,延長存活時間,提示黃芩苷有逆轉內毒素休克、保護機體的作用。Uchiyama等[44]通過應用抑制劑選擇性地阻斷末端脫氧核糖核苷酸基轉移酶(TdT)的活性,并且利用這種特性鑒定了日本蔬菜牛蒡中的天然化合物黃芩苷。該化合物對哺乳動物DNA聚合酶(如 α,β,γ,λ)、原核 DNA 聚合酶(如耐熱性 DNA 聚合酶)、T4DNA聚合酶和克列諾片段有輕微的作用,對TdT的半數抑制濃度為18.6 μmol/L;在刪除TdT N端區域BRCT基因序列之后,黃芩苷仍然能夠抑制其活性。Yan等[45]的研究表明,通過一種適度、穩定的方法,黃芩苷在體外可誘導臍帶血間充質細胞分化為神經原細胞或者神經原類細胞,這種誘導機制可能與控制NF-κB活性有關。NF-κB能調節許多細胞因子的產生,如腦源性神經營養因子等。
21世紀,全球疾病譜和醫療模式發生了重要變化,由于合成藥帶來的不良反應,利用中藥、天然藥物等的呼聲正日益高漲,人們對天然藥物維護健康或防治疾病充滿了期望。黃芩來源于自然,是一種相當古老的中藥,在我國已使用了上千年,安全無害,我國研究者對其做了大量的工作,并取得了可喜的成果。黃芩苷作為黃芩的有效提取成分之一,其藥理活性作用是多方面的,深入研究黃芩苷的藥理作用及作用機制對其藥物研發具有重要的價值。
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