姜黃素對腎缺血再灌注損傷的保護作用機制的研究進展

周小園 容松 田梅

[摘要] 姜黃素是一種從姜黃中提取的黃色酸性酚類物質，廣泛應用于食品工業中。腎臟作為內分泌器官，同時也是高灌注器官，對缺血和再灌注尤其敏感。當腎臟出現缺血再灌注時，在缺血再灌注的后期會產生大量的活性氧族，使腎臟處于高度氧化應激狀態，并引發一系列有害的細胞反應，導致炎癥、細胞凋亡和急性腎衰竭，甚至引起其他器官的損害。姜黃素可以通過上調APPL1的表達、抑制Akt磷酸化途徑、抑制活化的INOS/NO/CGMP/PKG信號通路、減輕氧化應激反應、抑制炎癥細胞浸潤，上調HO-1、抑制NF-κB活性、減少血管活性物質的產生等減少腎缺血再灌注所致的腎損傷。因此姜黃素可作為治療腎缺血再灌注的一種新的治療方法。

[關鍵詞] 姜黃素;腎缺血再灌注損傷;氧化應激;炎性因子

[中圖分類號] R285.5? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）02（c）-0020-05

[Abstract] Curcumin is a yellow acid phenolic substance extracted from Rhizoma Curcumae longae and widely used in the food industry. The kidney acts as an endocrine organ and is also a high perfusion organ， particularly sensitive to ischemia and reperfusion. When the kidney develops ischemia-reperfusion， a large amount of reactive oxygen species is produced in the later stage of ischemia-reperfusion， which causes the kidney to be in a state of high oxidative stress and triggers a series of harmful cellular reactions， leading to inflammation， apoptosis and acute kidney failure， and even can cause damage to other organs. Curcumin can up-regulate the expression of APPL1， inhibit the Akt phosphorylation pathway， inhibit the activated INOS/NO/CGMP/PKG signaling pathway， alleviate oxidative stress， inhibit inflammatory cell infiltration， up-regulate HO-1， and inhibit NF-κB activity， reduce the incidence of vasoactive substances and reduce renal damage caused by renal ischemia and reperfusion. Therefore， curcumin can be used as a new treatment method for renal ischemia-reperfusion.

[Key words] Curcumin; Renal ischemia-reperfusion injury; Oxidative stress; Inflammatory factor

缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）是指經歷缺血的器官或組織在恢復供血和供氧后，器官或組織損傷反而加重，甚至出現損傷不可逆的現象，通常由炎癥級聯反應引發，包括活性氧（reactive oxygen species，ROS）、活性氮（reactive nitrogen species，RNS），細胞因子、趨化因子、白細胞活化等[1]。腎缺血再灌注損傷（renal ischemia reperfusion injury，RIRI）是一個非常復雜的病理過程，其主要通過線粒體損傷、炎癥、凋亡、氧化應激等途徑造成腎臟損傷[2]。姜黃素是從姜黃中提取的一種色素，姜黃主要分布在印度、中國和東南亞等熱帶和亞熱帶地區，廣泛用于食物色素，其人體安全性好，且具有抗炎、抗氧化、抗纖維化、抗凝、抗腫瘤、降血脂等活性，研究[3-10]表明姜黃素對RIRI具有保護作用，本文就姜黃素對于RIRI的保護作用機制的研究進展予以綜述。

1 姜黃素的生理特性

姜黃為姜科姜黃屬植物，其根狀部分被廣泛用作食用色素和調味品。姜黃含有碳水化合物、蛋白質、脂肪、纖維和3%～5%的類姜黃素等多種碳水化合物。姜黃類化合物包含姜黃素（70%）、去甲氧基姜黃素（17%）、二去甲氧基姜黃素（3%）和環姜黃素（10%）[11]。姜黃素是來源于姜黃的多酚化合物，在酸性和中性環境中穩定，而在堿性環境下極不穩定。研究[12]表明姜黃素的生物學效應包括抗炎、抗氧化、抗纖維化、抗凝、抗腫瘤活性、降血脂等，并且還發現其具有特定的器官保護作用[13]。

2 姜黃素對RIRI的作用

腎臟是內分泌器官，同時也是高灌注器官，對缺血和再灌注尤其敏感。缺血再灌注（ischemia reperfusion，IR）誘導的急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）在圍術期發病率高，是缺血性急性腎功能衰竭（acute ischemic renal failure，AIRF）的重要環節。當腎臟出現IR時，在IR的后期會產生大量的活性氧族ROS，使腎臟處于高度氧化應激狀態，并引發一系列有害的細胞反應，導致炎癥、細胞凋亡和急性腎衰竭[14]，甚至引起其他器官的損害。IR損傷的病理生理機制包括內皮功能障礙、氧化應激和炎性細胞因子以及凋亡途徑的激活[15]。姜黃是生姜家族（姜科）的根狀莖單子葉植物多年生草本植物成員，是香料混合物的成分，如咖喱粉，通常由姜黃、丁香、辣椒粉、姜、豆蔻、香菜、小茴香、肉豆蔻、胡椒和肉桂組成。姜黃通常用作化妝品和紡織品生產中的天然色素，且廣泛用于食品工業。近年來，越來越多的研究發現姜黃素對RIRI的保護作用，主要包括以下幾個方面：

2.1 通過上調亮氨酸拉鏈的表達抑制蛋白激酶磷酸化途徑

亮氨酸拉鏈（APPL）是一種蛋白質編碼基因，已被證明參與脂聯素信號傳導途徑和胰島素信號傳導途徑之間的串擾。銜接蛋白、磷酸酪氨酸與PH結構域和APPL1相互作用，是脂聯素受體（AdipoR）的內聚蛋白，可直接與AdipoR的胞內N端相互作用并參與脂連蛋白細胞信號傳導[16]。有證據表明APPL1可能在IR誘導的AKI中起重要作用。Hongtao等[3]通過建立姜黃素IR組進行實驗，結果表明姜黃素IR組明顯減少腎小管上皮細胞及腎功能的損害并顯著降低IR誘發的腎周纖維化。同時該實驗也證實：①APPL1在RIRI中被誘導;②姜黃素對IR誘導的晚期纖維化具有抗纖維化作用;③APPL1的靶向破壞會削弱姜黃素治療的腎小管上皮細胞中的細胞外基質（ECM）蛋白質表達中的作用;④APPL1的靶向破壞誘導腎小管上皮細胞中的蛋白激酶（Akt）磷酸化。這些發現提示姜黃素可通過APPL1/Akt減輕IR誘導的晚期腎纖維化途徑。APPL1作為蛋白質運輸和細胞信號傳導的關鍵因素，APPL1可以介導Akt信號傳導途徑以增強各種病理生理過程[4，17]，而Akt磷酸化是APPL1下游的特定信號通路。腎缺血再灌注后，姜黃素上調APPL1的表達，然后抑制Akt磷酸化，從而減弱IR誘導的纖維化發病機制中的細胞外基質蛋白的表達水平。同時Fan等[18]也通過實驗證實姜黃素是通過介導APPL1的上調以減少細胞凋亡并通過抑制Akt磷酸化來防止IR誘導的AKI。因此，姜黃素可能是IR誘導AKI的潛在治療方法，APPL1/Akt可能是姜黃素腎保護作用的主要治療信號通路。

2.2 通過抑制活化的iNOS/NO/cGMP/PKG信號通路

研究表明cGMP/PKG信號通路通過調節GSK-3β、ERK和Akt的磷酸化和線粒體KATP通道等多種信號通路對心肌細胞IRI進行保護作用[19-20]。iNOS/NO/cGMP/PKG信號通路的激活與RIRI的發病機制相關。Liu等[5]通過實驗驗證了姜黃素對RIRI的影響，結果表明姜黃素治療可以抑制活化的iNOS/NO/cGMP/PKG信號傳導途徑，減輕腎功能及腎臟病理的損害，同時也說明iNOS/NO/cGMP/PKG信號通路的失活是解釋姜黃素對RIRI的保護作用的原因之一。

2.3 通過抑制細胞凋亡

部分研究報道姜黃素可以通過線粒體途徑誘導細胞凋亡，而其他研究結果表明姜黃素可以通過抑制細胞凋亡而在IR后起保護作用[21]。細胞凋亡蛋白酶（caspase）在細胞凋亡、炎性反應過程中起著關鍵作用。在IR刺激下Caspase分子活化，活化的Caspase分子催化裂解各種效應分子，引發細胞凋亡。相關實驗已經詳細研究了其不同細胞效應的分子機制，顯示姜黃素通過下調核轉錄因子（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號傳導途徑，從而誘導細胞凋亡，這被認為是AKI的重要機制[21]。研究[6]證明，姜黃素預處理可以減輕腎臟及血液中的炎性因子如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白介素（IL）-1β、IL-12、IL-18和干擾素（INF）-γ，該研究同時證實了姜黃素通過免疫介導和caspase-3的激活對轉化生長因子（TGF）-β介導的抗凋亡機制來進行腎臟保護及其他重要器官免受IR損傷。

2.4 通過減輕氧化應激反應

因姜黃素特殊的化學結構，決定其具有抗氧化作用，據報道，姜黃素是一種雙功能抗氧化劑[22]，因為它能夠直接與活性物質反應并誘導各種細胞保護和抗氧化蛋白質的上調。姜黃素能夠清除超氧陰離子（O2-）、羥基自由基（OH-）、過氧化氫（H2O2）、單線態氧、一氧化氮、過氧亞硝酸鹽和過氧自由基（ROO）。此外，姜黃素是一種親脂性化合物，也是氧自由基的高效捕收劑。姜黃素可以調節谷胱甘肽還原酶（GSR）、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）在自由基中的活性，并能抑制ROS產生其他酶，如脂氧合酶/環氧合酶和黃嘌呤氫化酶/氧化酶。大量研究顯示姜黃素通過其抗氧化作用保護腎臟免于IR損傷。對大鼠[200 mg/（kg·d），7 d]口服姜黃素，進行雙側腎缺血45 min，然后再灌注24 h[7]，姜黃素顯著降低血清谷胱甘肽過氧化物酶、血清尿素、胱抑素C和丙二醛（MDA）、一氧化氮及蛋白羰基含量。Xu等[23]研究證明姜黃素可通過清除過多的ROS，增加SOD含量，降低MDA的含量，并通過抑制caspase-3和Bax蛋白的表達水平以及通過增加Bcl-2的表達來減少人腎小管上皮細胞（HK-2）的凋亡。同時Chen等[28]的研究也表明姜黃素通過減少腎臟及心臟中的氧化應激及炎性反應而改善心肌收縮性并減輕心臟及腎臟的損害。因此，姜黃素可能被開發為一種有前景的潛在保護劑，用于抵抗RIRI。相關研究[9-10]證實姜黃素減弱IR引起的腎損傷呈劑量依賴性，同時Kaur等[10]研究表明N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體拮抗劑顯著促進了姜黃素介導的抗IR誘導的AKI的保護作用。

2.5 通過上調HO-1

血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）可能參與姜黃素對腎臟的保護[24]。實驗研究表明姜黃素通過Nrf2/ARE途徑導致腎上皮細胞中HO-1的表達上調，這也是一種氧化應激的保護性機制。姜黃素通過刺激HO-1以抑制TNF-α誘導的細胞間黏附分子-1（ICAM-1）表達，從而抑制白細胞浸潤[25]。

2.6 通過抗炎及抑制NF-κB活性

機體內引起炎性反應的各類前列腺素炎性介質，可由環氧合酶（cyclooxygenase，COX）和脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）通過催化花生四烯酸形成。研究發現，姜黃素與COX和LOX具有拮抗作用，使得炎性介質的產生減少，從而到達抗炎作用[26]。同時相關研究也顯示姜黃素不僅可以降低脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）應激時所產生的IL-1β和IL-6，同時也可顯著抑制TNF-α的蛋白表達量，而TNF-α是激活NF-κB的重要炎癥介質。

NF-κB是一種細胞核轉錄因子，也是炎癥相關的重要信號通路，多種細胞因子、生長因子、免疫受體、遞質、應激、細菌及其產物、病毒與其產物、外源物質、環境等都可能激活NF-κB信號通路。炎癥介質激活NF-κB，使其與抑制蛋白-Kb（inhibitor Kb，IKb）脫離，進入細胞核激活炎癥介質的基因表達，加重炎性反應。

Kuwabara等[27]選用姜黃素及NF-κB抑制劑二硫代氨基甲酸吡咯烷（PDTC）對單側輸尿管梗阻的大鼠進行干預，結果表明，姜黃素對梗阻性腎病所導致的炎性反應和纖維化有保護作用，其保護機制與抑制NF-κB途徑有關，同時發現腎間質單核-巨噬細胞的聚集減少，這可能與減弱了單核細胞趨化因子（MCP-1）和ICAM-1有關。NF-κB途徑在MCP-1和ICAM-1的轉錄中擔負著重要的作用，因此推斷姜黃素可能是通過抑制NF-κB途徑，減弱了MCP-1和ICAM-1的表達，從而減少腎間質單核-巨噬細胞的聚集。抑制NF-κB活化也可通過其他信號轉導途徑發生，Rogers等[28]實驗證實對pS6RP（Akt信號級聯下游靶點和p42/44MAPK）也有抑制作用，同時該實驗也表明姜黃素保護RIRI的機制是通過多種途徑進行調控的，包括抑制細胞凋亡和中性粒細胞募集，增強抗氧化酶表達，減少一氧化氮產生和減少硫氧還原蛋白結合蛋白（TXNIP）表達。

綜上，姜黃素一方面是通過抑制炎性介質酶的活性而使炎癥介質的產生減少，以到達抑制炎癥的作用;另一方面是通過抑制TNF-α的產生，使得NF-κB信號通路受阻，進而減少炎性因子的表達，從而進行抗炎反應。

2.7 減少血管活性物質的產生

研究[29]已證明，通過干擾血管收縮劑如腺苷和內皮素的產生與包括一氧化氮和前列腺素的血管擴張劑之間的平衡，腎缺血再灌注增加了腎血管的收縮。此外，增加的黏附分子和白細胞，血小板和紅細胞黏附到血管內皮上導致血管內充血，造成再灌注期間總腎血流量的永久性降低。腎血流量減少，腎小球囊的壓力和增加的回漏通過腎小管上皮細胞損傷層也導致腎小球濾過率（GFR）的嚴重下降。Punithavathi等[30]實驗結果顯示，姜黃素可以明顯抑制支氣管肺泡灌洗液中的血管緊張素轉換酶含量，提示其具有類似血管緊張素轉換酶抑制劑的作用。這可能是姜黃素能夠降低血漿和腎組織血管緊張素轉化酶 Ⅱ（Ang Ⅱ）表達的原因之一。Ang Ⅱ的減少一方面可減輕腎組織的缺血、缺氧，另一方面還可通過TGF-β1等影響ECM的合成和降解，從而保護腎臟。

3 結語

綜上，RIRI常發生于腎移植、膿毒癥休克、腎大部分切除術等臨床診療過程中，是發生急性腎衰竭的重要因素，并導致臨床患者的死亡率增加。腎缺血再灌注的損傷機制較為復雜，目前尚未完全闡明，公認的機制有氧自由基分泌、Ca2+超載、趨化因子參與、細胞黏附分子激活、白細胞作用等相互作用引發組織炎癥、壞死、凋亡，最終導致組織功能障礙及器官衰竭。RIRI時腎臟細胞線粒體也受到破壞，導致SOD和谷胱甘肽過氧化物酶GSH活性降低，不能有效地清除機體內的氧自由基，導致機體氧化還原系統紊亂，加重機體損傷，而姜黃素具有抗氧化作用，可以調節GSR、CAT和SOD在自由基中的活性，從而起到抗損傷作用。RIRI時內皮細胞功能紊亂，會產生大量炎癥介質，釋放多種炎性遞質和黏附分子，趨化中性粒細胞及炎性細胞黏附于血管內皮或進入細胞，同時中性粒細胞及其他炎癥細胞本身又可釋放趨化物質，這些物質作用于腎臟，引起腎缺血再灌注，進一步加重腎臟損傷。缺血再灌注后細胞凋亡是IRI的重要機制，姜黃素通過抑制IL-1β和IL-6、TNF-α等減少炎癥，同時可通過線粒體途徑及抑制NF-κB途徑誘導細胞凋亡減少組織損傷。有研究表明通過抑制HO-1表達使RIRI時自由基對腎組織的損傷加重，同時HO-1誘導劑具有拮抗自由基介導的組織細胞氧化損傷作用，而姜黃素具有上調HO-1的表達，同時還可減少腎血管活性物質的產生，增加腎血流量，減少腎臟損害，從而起到保護作用。

姜黃素是從姜黃中提取的一種色素，廣泛用于食物色素，其人體安全性好，本文主要探討姜黃素在作為臨床治療腎臟缺血性疾病的可能性，為臨床預防及治療RIRI提供新的治療策略及思路，同時將中藥現代化，使中西醫結合進一步走向世界。

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（收稿日期：2018-08-02? 本文編輯：金? ?虹）