黃酮類化合物的心血管保護作用機制研究進展

李旭光，方蓮花，杜冠華

(中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院藥物研究所，北京市藥物靶點研究與新藥篩選重點實驗室，北京 100050)

黃酮(flavonoids)是廣泛存在于自然界中的一大類低分子生物活性化合物。根據(jù)其化學結構可分為黃酮類(如芹菜素、紅橘素)、黃酮醇(如槲皮素、楊梅素、山奈酚)、黃烷酮(如柚皮素、橙皮素)、黃烷-3-醇(如兒茶素、表兒茶素)、異黃酮(如染料木素、大豆苷元)、花青素(如矢車菊素、飛燕草素)等。近年來，多項研究證明黃酮類化合物對心血管系統(tǒng)具有良好的保護作用。黃酮類化合物可通過直接清除自由基、抑制產生活性氧(reactive oxygen species, ROS)相關的酶，增加細胞分泌抗氧化介質如維生素E和谷胱甘肽，從而減少氧化應激。此外，黃酮類化合物還可以發(fā)揮抗炎作用，主要是通過清除自由基，下調環(huán)氧合酶(cyclooxygenase, COX)及脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)活性，上調內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)活性，以及改變相關基因的表達來實現(xiàn)的。

黃酮類化合物還可以抑制血栓形成，其抗血小板聚集機制復雜。首先，通過可逆性拮抗血栓素A2受體，還可抑制凝血酶刺激的血清素釋放。其次，黃酮類化合物具有舒張血管和保護內皮功能的作用，主要是通過內皮細胞和NO依賴的信號途徑參與介導。此外，黃酮類化合物還可影響脂質過氧化和調節(jié)葡萄糖代謝，有益于改善代謝綜合征患者的血脂譜。本文查閱國內外最新研究文獻，總結了近年來黃酮類化合物在心血管保護方面重要的作用及其機制，簡要概括為以下5個方面。

1 減少氧化應激

正常生理情況下，機體內氧化和抗氧化之間維持著動態(tài)平衡，一旦平衡被打破，則有可能導致氧化應激產生ROS和活性氮，導致大量自由基和非自由基形成，進而損傷細胞。自由基干擾細胞功能的機制和內在聯(lián)系尚不完全清楚，但脂質過氧化在其中起到關鍵的作用，其可導致細胞膜損傷，進而引起細胞凈電荷和滲透壓的改變，細胞腫脹并最終導致細胞死亡[1]。

幾乎每一種黃酮類化合物都具有抗氧化活性。據(jù)報道，類黃酮和兒茶素是對抗ROS，保護機體最強大的黃酮類化合物[1]。其廣泛的抗氧化作用引起了研究者對其在心血管保護方面的興趣。由于黃酮類化合物的抗氧化和螯合特性，可以使ROS失活，從而抵消血漿低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)氧化和改善血管內皮炎癥。此外，它還可以降低黃嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶和LOX的活性，減少ROS生成。

在多種天然黃酮化合物對缺氧/復氧損傷乳鼠心肌細胞的保護作用的比較實驗中，發(fā)現(xiàn)黃芩苷、黃芩素及槲皮素具有較好的心肌細胞保護作用，可能與其強抗氧化活性相關，而染料木黃酮、柚皮素、芹菜素等抗氧化活性較弱，可能與其抗氧化活性的構效關系有關[2]。此外，某些黃酮類化合物還可以抑制LOX活性，并清除LDL氧化過程中的自由基，從而保護心肌功能。

黃酮類化合物也是各種氧化反應的清除劑，如超氧陰離子、羥基自由基和過氧自由基。某些黃酮能直接清除超氧離子，某些黃酮如染料木素和大豆苷元則能清除過氧亞硝基陰離子。表兒茶酸和蘆丁有很強的羥基自由基的清除作用，比甘露醇高約100～300倍，并抑制在次黃嘌呤-黃嘌呤氧化酶反應中超氧陰離子的產生[3]。通過清除自由基，黃酮類化合物能抑制LDL在體外氧化，保護低密度脂蛋白顆粒，這可能有助于預防動脈粥樣硬化相關疾病。

黃酮類化合物也可以通過影響基因表達發(fā)揮抗氧化作用，從而導致細胞間信息傳遞發(fā)生改變。其可通過核轉錄因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)信號通路調節(jié)IκBα蛋白，使得NF-κB直接結合于DNA，從而發(fā)揮抗氧化作用。近期一項研究發(fā)現(xiàn)，橙皮苷可以通過增加Nrf2的表達，提高抗氧化防御能力，對衰老大鼠心肌具有一定的保護作用。在體外細胞實驗中得到相似的結果，柚皮素能明顯抑制阿霉素誘導的衰老模型中β-半乳糖苷酶的生成[3]。可見，這些信號分子所介導的信號通路為進一步確定黃酮類化合物抗氧化機制的直接作用靶點提供有力依據(jù)。

2 減少炎癥信號分子的表達

乳酸脫氫酶和總膽固醇升高可以導致嚴重的氧化應激、脂質過氧化，引起血管壁脂肪堆積、丙二醛產生以及炎癥介質的釋放，最終導致嚴重的心血管系統(tǒng)損傷。許多小分子都可以引起炎癥反應，包括細胞因子(IL-6、IL-1、TNF)、ROS和黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)等。研究表明，黃酮醇、黃烷酮、異黃酮等黃酮類化合物都具有良好的抗炎作用。其機制主要是通過清除ROS，下調COX、脂肪氧化酶的活性，上調eNOS的活性和改變相關基因的表達實現(xiàn)的。

炎癥可以引起大量的氧自由基產生，氧自由基形成又促進炎癥進一步發(fā)展，因此，維持體內ROS平衡，清除多余的ROS被認為是最直接有效的方法。研究發(fā)現(xiàn)，玉米須黃酮可以明顯降低丙二醛含量，增強超氧化物歧化酶的活性，可以有效緩解局部炎癥引起的氧化應激反應[4]。COX和脂肪氧化酶是花生四烯酸代謝所必需的酶，也是前列腺素(prostaglandin，PG)、白三烯、血栓素合成必需的酶，它們都可以加重炎癥反應。黃酮類化合物抑制COX-1的作用較弱，但可以明顯抑制COX-2在炎癥反應中的過度表達。例如，低濃度的柚皮素可以減少PGE2的生成，降低COX-2的表達，而高濃度的柚皮素則可以抑制NF-κB的活化，從而減少炎癥反應的發(fā)生[5]。此外，黃酮醇(山奈酚、槲皮素、桑色素、楊梅黃酮)也是LOX的抑制劑，抑制白三烯的產生、減輕炎癥反應。黃芩莖葉總黃酮能夠調節(jié)花生四烯酸的代謝，抑制白三烯的合成，其中以黃芩素和黃芩苷作用最強，且存在量效關系。在兔動脈粥樣硬化模型中，山奈酚可以明顯下調ICAM-1、VCAM-1及單核細胞趨化蛋白-1的表達，表明山奈酚能通過減輕血管炎癥，抑制動脈粥樣硬化的發(fā)展[6]。

除此之外，黃酮類化合物能夠降低促炎性細胞因子，如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α的表達，上調抗炎細胞因子IL-10的表達。主要機制是下調誘導型一氧化氮合酶(iNOS)、抑制NF-κB核易位，以及抑制κB蛋白的同步降解[7]。此外，黃酮類化合物也可以通過影響NF-κB通路，調節(jié)p65亞基或NF-κB與DNA結合。研究發(fā)現(xiàn)，櫻花素可以抑制p65-NF-κB的表達，降低IL-1β及TNF-α水平，調節(jié)炎癥反應[8]。淫羊藿總黃酮可以抑制MAPK/NF-κB信號通路，減輕自然衰老大鼠腦組織的炎癥反應[9]。在大鼠心肌缺血/再灌注損傷實驗中，牛舌草總黃酮能降低IL-1β、IL-6及TNF-α 的水平，其機制可能與上調PI3K/Akt信號通路，從而抑制細胞炎癥有關[10]。可見，不同的黃酮類化合物可分別或同時作用于炎癥反應的特定階段，通過減少炎癥信號分子的表達，起到抗炎作用。但由于其種類繁多，炎癥疾病機制復雜以及缺乏結構優(yōu)化的有效劑型，因此，更深層次的研究與開發(fā)仍需進行。

3 擴張血管及降壓作用

血管內皮細胞在調節(jié)血管張力和心血管穩(wěn)態(tài)方面占據(jù)主導地位， 這是由于其分泌的多種因子不僅影響血管收縮功能(如內皮素-1)，也影響舒張功能(如NO、前列環(huán)素2、內皮源性超極化因子)。然而，一旦兩者之間平衡被打破，則有可能導致嚴重的心血管疾病，如高血壓、心臟衰竭等。

內皮功能障礙導致NO的產生和/或生物利用度下降。當動脈粥樣硬化、高血壓和缺血/再灌注損傷發(fā)生時，eNOS和神經元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)的表達及活性降低。此外，NO影響并維持著血管內微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，因此，調節(jié)其生成是一個重要的心血管系統(tǒng)藥物靶點。多項體內和體外實驗表明，黃酮類化合物能明顯影響這一過程[11-14]。

體外研究表明，許多黃酮類化合物具有血管舒張活性，其機制與內皮細胞NO釋放有關。一項經典的研究發(fā)現(xiàn)，用去氧腎上腺素預收縮大鼠主動脈后，槲皮素、白藜蘆醇及蘆丁仍然可以引起有效的血管舒張，而且可被NOS抑制劑完全阻斷[11]。其它黃酮類化合物在多種不同的血管床實驗中也具有相似的作用，如豬冠狀動脈和兔肺動脈環(huán)。臨床中，許多新的方法已經證實食用含黃酮豐富的食品可以增加循環(huán)中NO水平[12]。在離體血管或體外培養(yǎng)的內皮細胞中，許多黃酮類化合物如染料木黃酮、槲皮素和表兒茶素可以直接或間接地調節(jié)NO的產生，發(fā)揮舒血管活性[13]。

黃酮類化合物促進NO增加的另一機制是誘導內皮細胞PI3K/Akt信號通路的活化。研究發(fā)現(xiàn)，花青素可以誘導內皮細胞PI3K/Akt通路的激活，引起eNOS磷酸化，進而促進NO的產生[14]。此外，黃酮類化合物也可以通過內皮源性超極化因子誘導超極化，擴張血管平滑肌。研究發(fā)現(xiàn)，山奈酚可以作為平滑肌細胞內皮依賴性超極化介質調控血管張力[15]。

雖然大多數(shù)研究集中在黃酮類化合物誘導的內皮依賴性血管舒張功能，但是部分研究也發(fā)現(xiàn)其可直接影響血管平滑肌細胞的舒縮，主要是通過調節(jié)鈣離子、氯離子、鉀離子等離子通道，減少鈣離子內流，引起血管松弛[12]。這些研究表明，黃酮類化合物的多途徑、多靶點的舒張血管作用，為黃酮類化合物的降壓機制研究提供新的思路。

4 抑制血小板聚集

血小板活化后聚集被認為是心血管、腦和外周血管疾病中非常重要的因素。多種研究表明，黃酮類化合物可以有效抑制血小板聚集，從而降低血栓的形成。在ADP誘導的大鼠體外實驗中，7種黃酮類化合物均表現(xiàn)出抑制血小板聚集的作用，且作用大小槲皮素>蘆丁>異槲皮素>橙皮素>橙皮苷>柚皮素>柚皮苷[16]。此外，鈣對于血小板聚集也有促進作用，黃酮類化合物可以通過激活Ca2+-ATP酶和抑制磷脂酶C及肌醇三磷酸，導致纖維蛋白原GPIIb/IIIa之間的結合被抑制，從而發(fā)揮抗血小板作用。膠原誘導的血小板聚集與鈣離子的增加和激活也有關。黃酮類化合物如槲皮素和兒茶素能明顯減少膠原誘導的氧化損傷，從而抑制血小板聚集[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，血清素也參與血小板聚集過程，橙皮素可以抑制花生四烯酸分泌血清素，抗血小板聚集。橙皮素和橙皮苷對凝血的影響也可能是通過抑制血管內皮細胞血栓素A2合成酶和血栓素B2合成酶基因表達來實現(xiàn)的[18]。而且將橙皮苷涂抹在不銹鋼材料表面，檢測其血液相容性，發(fā)現(xiàn)其可以延長凝血酶原時間、部分促凝血酶原激酶時間和凝血酶時間值，這些結果提示黃酮類化合物可能會作為心臟植入物的潛在天然涂層[19]。可見，黃酮類化合物可以通過不同靶點參與胞內信號通路的調節(jié)，發(fā)揮抗血小板聚集的作用。但是仍然需要更多的研究去確定這些化合物的初始靶點，從而了解活性物質與細胞信號分子及通路的直接關系。

5 對脂質代謝的影響

脂肪酸、甘油三酯和膽固醇是體內維持心血管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)非常重要的物質，它們共同維持體內脂質水平的動態(tài)平衡。脂質代謝一旦出現(xiàn)異常，可能引起脂質堆積和動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，最終導致嚴重的心血管疾病。多項研究表明，黃酮類化合物能夠改善血脂異常，對心血管疾病具有良好的預防、緩解，甚至治療作用[20-25]。黃酮類化合物對脂質代謝的影響體現(xiàn)在多個方面，主要是通過減少脂質吸收，下調乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase, ACC)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase, FAS)的活性，減少脂質合成，調控脂質代謝相關基因的表達來實現(xiàn)的。

黃酮類化合物可能影響脂質吸收與排泄，逆轉不利作用的發(fā)生。首先，黃酮類化合物可以影響小腸和膠束增溶脂的脂質吸收，導致脂質吸收減少。此外，槲皮素和芹黃素可以通過調節(jié)腸上皮細胞刷狀緣膜上特定的轉運蛋白，抑制膽固醇的吸收，呈現(xiàn)明顯的劑量依賴性，同時它也會增加糞便中膽固醇的釋放[20]。有趣的是，柚皮素一方面可以促進LDL和甘油三酯減少，另一方面，還可以增加HDL-C并改善抗氧化防御系統(tǒng)，下調引發(fā)動脈粥樣硬化的相關基因[21]。在ApoE基因敲除小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，陳皮、山楂和葛花組成的復方總黃酮可以減少胸主動脈斑塊的形成，提高HDL-C及超氧化物歧化酶水平，對小鼠早期動脈粥樣硬化具有良好的保護作用[22]。

研究表明，染料木黃酮可以通過下調FAS及ACC基因的表達，抑制膽固醇的合成，導致胞內膽固醇水平降低。此外，可以通過固醇調節(jié)元件結合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein-1，SREBP1)的活化，下調脂質合成相關酶的基因表達，從而抑制脂肪酸和膽固醇的合成[23]。其他黃酮類化合物如橙皮素也可能調節(jié)SREBPs，但機制尚不明確，有待進一步研究驗證。

此外，黃酮類化合物可通過腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)途徑，調節(jié)脂肪酸的利用，增加脂聯(lián)素和過氧化物酶體增殖劑激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)在肝、肌肉、腎及棕色脂肪組織中的活性，上調脂肪酸分解代謝酶類的合成，如肉毒堿棕櫚酰轉移酶、乙酰輔酶A氧化酶等[24]。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，某些黃酮類化合物可以影響脂質代謝相關miRNA表達，葡萄籽中含有的花青素可以逆轉肥胖大鼠肝臟中miR-33和miR-122的過表達，改善肥胖引起的代謝綜合征。槲皮素也可以通過相似的機制降低膽固醇含量，改善脂質代謝作用[25]。這些研究都為黃酮類化合物的降脂機制研究提供新的視角。

6 結語與展望

綜上所述，黃酮類化合物以其天然低毒的特點和廣泛的藥理活性倍受矚目，可通過多種機制、不同途徑防治心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。另一方面，由于黃酮類化合物作用靶點較多且結構復雜，對疾病缺乏特異性和選擇性，限制了對其進一步的開發(fā)與應用，有待深入的研究和探討。總之，目前這些數(shù)據(jù)表明了黃酮類化合物作為天然心血管保護劑具有很大的潛力，為以黃酮為藥效成分的新藥開發(fā)和臨床應用提供理論依據(jù)。

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