知母皂苷AⅢ藥理活性及機制研究進(jìn)展

尤 杰 孫兆林 季宇彬 陳明蒼▲

1.中國科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，黑龍江 哈爾濱 150076

知母為百合科植物知母（Anemarrhena asphodeloides Bge.）的干燥根莖，味苦，性寒，歸肺、胃、腎經(jīng)，具有清熱瀉火、滋陰潤燥、止渴除煩等功效，臨床用于外感熱病、高熱煩渴、肺熱燥咳、骨蒸潮熱、內(nèi)熱消渴、腸燥便秘等癥狀[1]。知母皂苷作為知母的主要藥理活性成分，在知母根莖中的含量約為6%[2]。近年來國內(nèi)外專家對知母皂苷藥理活性進(jìn)行了深入的研究，尤其是對知母皂苷AⅢ的藥效與藥理作用有了許多全新的研究進(jìn)展，現(xiàn)綜述如下：

知母皂苷AⅢ （Timosaponin AⅢ），又稱為西陵皂苷A（Xilingsaponin A），為典型的螺甾皂苷類成分，其母核為菝葜皂苷元[又稱薩爾薩皂苷元（Sarsasapogenin）]，是由菝葜皂苷元C22位的羥基脫氫后與兩個果糖和一個葡萄糖縮合而形成的多糖苷[3]，其結(jié)構(gòu)如圖1。研究證明，菝葜皂苷元C22位上的糖苷鍵是導(dǎo)致這類成分具有強大溶血作用的主要結(jié)構(gòu)[4]，因此知母皂苷AⅢ并不適合靜脈注射給藥，故口服給藥的藥理活性一直是國內(nèi)外研究的熱點。近幾年對于知母皂苷AⅢ的藥理活性的研究主要集中在以下幾個方面：

1 心血管系統(tǒng)藥理作用

1.1 抗血小板聚集

圖1 知母皂苷AⅢ化學(xué)結(jié)構(gòu)

早在20世紀(jì)80年代就有報道知母皂苷AⅢ的抗血小板聚集藥理活性實驗。Zhang等[4]通過對體外離心獲得的人血小板成分給予知母皂苷AⅢ等6種知母皂苷類成分，測定活化部分凝血激酶時間（APPT）后發(fā)現(xiàn)，6種成分中僅知母皂苷AⅢ呈現(xiàn)出顯著的抗血小板聚集作用。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，知母皂苷AⅢ的抗血小板作用主要通過抑制血中纖維蛋白酶的活性，同時也發(fā)現(xiàn)C-22位含有羥基，這是知母皂苷AⅢ具有抗血小板聚集活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。王寧等[5]進(jìn)一步說明了知母皂苷AⅢ抗血小板聚集的分子機制主要有以下幾種：①知母皂苷AⅢ可激活偶聯(lián)于G蛋白偶聯(lián)受體Gq亞基上的血小板P2Y1受體，進(jìn)而誘導(dǎo)血小板變形；②知母皂苷AⅢ能夠抑制偶聯(lián)于G蛋白的Gq和G12/G13亞基，阻止其傳導(dǎo)活化信號，從而劑量依賴地抑制血小板聚集；③知母皂苷AⅢ可激活Gi信號通路，抑制腺苷酸環(huán)化酶，升高cAMP，從而抑制血小板凝聚；④知母皂苷AⅢ確實能通過抑制整合素αⅡbβ3的活化來抑制血小板與纖維蛋白原的結(jié)合，從而抑制聚集信號的進(jìn)一步傳遞。知母皂苷AⅢ具有的抗血小板聚集作用提示了其可能具有的抗血栓形成的潛在藥理活性，也說明此類有效成分今后有可能成為防治循環(huán)系統(tǒng)血栓甚至心腦梗死的全新藥物。

1.2 血管擴(kuò)張作用

Wang等[6]在對離體主動脈環(huán)實驗中發(fā)現(xiàn)，知母皂苷AⅢ對預(yù)先給予去甲腎上腺素刺激攣縮的主動脈具有舒張作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，知母皂苷AⅢ可以刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞Ca2+內(nèi)流，Ca2+的內(nèi)流趨勢不受血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的影響，且知母皂苷AⅢ促進(jìn)Ca2+內(nèi)流的作用能被硝苯地平部分拮抗而不受Ca2+通道阻滯劑的影響。知母皂苷AⅢ刺激Ca2+內(nèi)流后可刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)血管舒張因子（NO）合酶，進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞釋放NO，NO又可反過來刺激Ca2+向內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，這使得知母皂苷AⅢ的擴(kuò)血管活性更強。由于血管內(nèi)皮細(xì)胞上并沒有Ca2+的電壓門控通道，因此知母皂苷AⅢ刺激Ca2+內(nèi)流的機制與激活Ca2+的電壓門控通道無關(guān)，知母皂苷AⅢ刺激Ca2+內(nèi)流的機制還有待進(jìn)一步研究[7]。

2 改善記憶力和學(xué)習(xí)能力

Bomi等[8]發(fā)現(xiàn)知母皂苷AⅢ 40 mg/kg能顯著降低谷氨酸誘導(dǎo)的老年癡呆模型小鼠在被動回避實驗中的錯誤次數(shù)，并顯著縮短錯誤潛伏期。其作用機制可能是升高了癡呆小鼠腦內(nèi)去甲腎上腺素、多巴胺和五羥色胺濃度，進(jìn)而提高了小鼠記憶力，同時知母皂苷AⅢ能減少癡呆小鼠背海馬和齒狀回內(nèi)β-APP陽性神經(jīng)元個數(shù)，因而改善小鼠老年癡呆癥狀。

3 抗腫瘤作用

國內(nèi)外專家近期研究發(fā)現(xiàn)知母皂苷AⅢ具有很強的細(xì)胞毒性[9]，近年來對于知母皂苷AⅢ細(xì)胞毒性機制的研究日益深入，欲將其開發(fā)成一種新的抗癌類藥物，其主要研究結(jié)果如下：

3.1 誘導(dǎo)宮頸癌細(xì)胞（HeLa）凋亡

King等[10]發(fā)現(xiàn)知母皂苷AⅢ能夠顯著抑制HeLa細(xì)胞株生長，其作用機制可能是AⅢ進(jìn)入線粒體后導(dǎo)致其功能異常，使得細(xì)胞內(nèi)活性氧簇（ROS）大量生成，進(jìn)而使HeLa細(xì)胞發(fā)生自溶和程序性死亡。同時還發(fā)現(xiàn)，知母皂苷AⅢ中的薩爾薩皂苷元結(jié)構(gòu)母核能破壞細(xì)胞內(nèi)線粒體膜穩(wěn)定性，使AⅢ更易進(jìn)入線粒體發(fā)揮作用。這些研究表明，知母皂苷AⅢ誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞自溶過程會產(chǎn)生大量酸性巨型自體吞噬泡，這種吞噬泡與傳統(tǒng)的誘導(dǎo)癌細(xì)胞自溶的活性成分所形成的中小型自吞噬泡大不相同，這暗示知母皂苷AⅢ可能具有比傳統(tǒng)抗癌藥更為強大的誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用。

3.2 抗結(jié)腸癌作用

Kang等[11]在近期的研究中發(fā)現(xiàn)，知母皂苷AⅢ對體外培養(yǎng)的人結(jié)腸癌HCT-15細(xì)胞和種植入大鼠體內(nèi)的同種癌細(xì)胞都有明顯的抑制作用。其抗腫瘤作用機制在于其能有效地阻止細(xì)胞周期進(jìn)行，其具體作用有以下幾個方面：①知母皂苷AⅢ可有效減少細(xì)胞靜止期（S期）和DNA有絲分裂前期（G2期）中原癌基因C及細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白（CDK4）的表達(dá)并能阻止腫瘤細(xì)胞抑制蛋白發(fā)生磷酸化；②在細(xì)胞有絲分裂準(zhǔn)備期（G1期）及有絲分裂期（M期），知母皂苷AⅢ可明顯下調(diào)細(xì)胞調(diào)節(jié)蛋白A和B1的表達(dá)水平。

3.3 抗乳腺癌作用

為了解釋知母皂苷AⅢ誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的具體藥理機制，F(xiàn)rank等[9]選用人乳腺癌細(xì)胞BT474以及相近的永生性乳房上皮細(xì)胞MCF10A作為研究對象，觀察了知母皂苷AⅢ誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡時半胱天冬酶（caspase）激活作用，并采用熒光分類技術(shù)測定多種caspase的活度后發(fā)現(xiàn)，AⅢ主要通過激活caspase-4和caspase-9，其對caspase-3和caspase-6作用不明顯，說明知母皂苷AⅢ誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡作用主要通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小體應(yīng)激而實現(xiàn)[12]。

近年來對于知母皂苷AⅢ抗腫瘤藥理活性的研究正在不斷深入，其抗腫瘤藥理活性機制也不斷被發(fā)現(xiàn)，從以上的研究不難看出知母皂苷AⅢ的抗腫瘤活性是多靶點的綜合作用，這比起單一靶點抗癌的藥物或許更有開發(fā)的潛力。

4 降血糖作用

有報道顯示，知母總皂苷能降低KK-Ay小鼠血糖[13]，但其主要成分和藥理作用機制并沒有太多報道。知母皂苷AⅢ作為知母總皂苷中的一個主要成分，其降血糖作用目前仍沒有過多的研究報道。筆者查閱了近期國內(nèi)外文獻(xiàn)僅發(fā)現(xiàn)一篇關(guān)于知母皂苷AⅢ能顯著改善人高血糖狀態(tài)的專利文獻(xiàn)，該文獻(xiàn)報道了不同濃度知母皂苷AⅢ對于高血糖狀態(tài)（450mg/dL）的改善作用。其研究發(fā)現(xiàn)知母皂苷AⅢ確有降低高血糖作用且其作用強度呈現(xiàn)濃度依賴性，其200 mg/kg劑量效果接近于羅格列酮，劑量300 mg/kg效果甚至優(yōu)于羅格列酮[14]。但此專利并未涉及知母皂苷AⅢ降血糖具體機制。筆者猜測知母皂苷AⅢ降血糖作用可能與其中皂苷類似[15]，主要是通過抑制α-葡萄糖苷酶活性。

5 其他藥理作用

Youn等[16]發(fā)現(xiàn)知母皂苷AⅢ能夠明顯抑制感染人上皮細(xì)胞（HEp-2）呼吸道合胞病毒（RSV）活性，其半數(shù)抑制濃度（IC50）約為1.00μm，其研究雖未闡明知母皂苷AⅢ抗病毒的具體機制，但發(fā)現(xiàn)含螺甾烷骨架的化合物抗病毒活性比呋喃甾烷骨架的化合物更強，這提示了其抗病毒活性可能與其螺甾烷骨架有關(guān)。尚有報道稱知母皂苷AⅢ具有很強的殺滅軟體動物的藥物活性[17]，其具體的藥理作用機制并沒有過多的報道。也有文獻(xiàn)報道知母皂苷AⅢ能夠抗氧化，抗輻射，抑制超氧化物生成[18]。另外，有文獻(xiàn)提及知母皂苷AⅢ能顯著抑制兔腎Na+-K+-ATP酶活性，Na+-K+-ATP酶是機體基礎(chǔ)代謝中產(chǎn)熱的主要酶類，這提示知母皂苷AⅢ可能潛在具有降低內(nèi)熱的作用[19]。

6 展望

知母皂苷AⅢ在抗血小板凝聚、抗腫瘤領(lǐng)域的藥理作用機制研究已日趨完善，但直至目前知母皂苷AⅢ仍未被開發(fā)成為適合靜脈注射的藥物，其原因是菝葜皂苷元C-22位上的糖苷鍵導(dǎo)致知母皂苷AⅢ具有強大的溶血作用。將來對知母皂苷AⅢ的結(jié)構(gòu)修飾后使其溶血作用下降并且不影響其主要的藥理活性將是此類成分的研究熱點。關(guān)于知母皂苷AⅢ降血糖的藥理作用機制直至目前也未有實驗類文獻(xiàn)報道，其降血糖作用的強弱和機制也是今后值得深入研究的重要方向。另外，在Hu等[20]最新的體外代謝實驗研究發(fā)現(xiàn)，采用啤酒酵母對知母皂苷AⅢ進(jìn)行體外生物轉(zhuǎn)化后采用LC-ESI/MS檢測法共檢測出6個代謝成分，深入研究后發(fā)現(xiàn)除一個原型成分外其余5個成分中含有知母皂苷BⅡ和BⅢ以及BⅡ和BⅢ的15位羥基化產(chǎn)物。本課題組對知母皂苷AⅢ的體內(nèi)代謝過程曾做過初步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)知母皂苷AⅢ在大鼠體內(nèi)存在多種代謝產(chǎn)物，其中1個代謝產(chǎn)物為脫去C-22位最外側(cè)的葡萄糖，其結(jié)構(gòu)可能與知母皂苷AI相似，但并未檢測出類似BⅢ或BⅡ樣代謝產(chǎn)物。因此筆者猜測知母皂苷AⅢ在體內(nèi)代謝后可能同樣具有知母皂苷AI的類似藥理活性，知母皂苷AⅢ及代謝產(chǎn)物藥理活性仍有待深入研究。

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