衰老病理機制與川產道地藥材黃連的抗衰老效應研究進展

蒙雨丹　吳詩惠　龔曉麗　趙軍寧　李曉魯

摘要 黃連作為川產道地藥材在中醫藥歷史上有重要地位。現代藥理研究證明，黃連及其提取物在抗衰老、抗炎、抗腫瘤、調血脂、降血糖、神經保護等方面具有廣泛的藥理作用。衰老及其相關疾病在現代醫學發展中具有重要意義，黃連及其提取物在抗衰老及衰老相關性疾病方面的效應及機制的研究進展，對發掘川產道地藥材黃連的治療新功效及新靶點，為其抗衰老新用途提供理論依據，為衰老及其相關疾病的臨床治療提供現代的科學依據及臨床轉化可能。

關鍵詞 黃連;生物堿;小柴堿;衰老;抗衰老;衰老相關性疾病;效應;機制

Abstract Rhizoma Coptidis has an important position in the history of traditional Chinese medicine as a native medicinal material in Sichuan. Modern pharmacological research has further proved that the related biologically active components in Rhizoma Coptidis and its extracts have a wide range of pharmacological effects， which have a clear role in anti-aging， anti-inflammatory， anti-tumor， blood lipid regulation， hypoglycemic， neuro-protection. The effects and research progress of Rhizoma Coptidis and its extracts in anti-aging related aspects are highlighted by us. We look forward to discovering new therapeutic effects and new targets for the Chinese medicinal herbs Rhizoma Coptidis from the Sichuan. Secondly， it provides theoretical basis for new uses and further provides modern scientific basis for clinical applications.

Keywords Rhizoma Coptidis; Alkaloid; Berberine; Aging; Anti-aging; Aging-related diseases; Effect; Mechanism

中圖分類號：R285.1文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.02.015

黃連（Rhizoma Coptidis，RC）又名川連、川黃連、姜制黃連、姜連、萸連等，是我國最常用的川產道地藥材之一，始載于《神農本草經》，其味苦，性寒。歸心、脾、胃、肝、膽、大腸經。能清熱燥濕、瀉火解毒，用于濕熱痞滿、嘔吐吞酸、瀉痢、黃疸、高熱神昏、心火亢盛、心煩不寐[1-2]。黃連主要來源于毛茛科植物黃連（CoptischinensisFranch）、云連（Coptisteeta Wall）或三角葉黃連（CoptisdeltoideaC.Y.Cheng et Hsiao）的干燥根莖，以上3種分別習稱“味連”“云連”“雅連”，主要分布于我國湖北、云南、四川等地。

雅連為四川著名道地藥材，《本草綱目》記載“今雖吳蜀皆有，惟以雅州，眉州者良”。據記載1740年雅連已栽培于當時的峨眉山龍池、凈水，洪雅縣之張村、高廟等鄉。雅連中含有多種生物堿，包括表小檗堿（含0.20%～0.68%）、黃連堿（含1.03%～1.62%）、巴馬汀（含0.75%～2.11%）和小檗堿（含4.86%～6.17%）4種生物堿，至于是否含有藥根堿還有待繼續研究[3]。其主要成分小檗堿，賦予了它多種藥理學作用。小檗堿又稱黃連素，最初于19世紀初被分離并鑒定為植物異喹啉堿生物堿，除抗菌效用外還具有廣泛的藥理作用，在衰老及其相關疾病，如：高血壓、高血糖、高脂血癥、癌癥、心律失常、抑郁、阿爾茨海默病（Alzheimer′s Disease，AD）等[4-7]都有明確的作用。研究發現，黃連的這些作用主要歸因于其生物堿成分，尤其是異喹啉生物堿（小檗堿、巴馬汀、黃連堿、表小檗堿、藥根堿[8]。

本文重點關注黃連及其提取物抗衰老的效應及相關信號通路，旨在挖掘其潛在的機制和途徑，為預防衰老與治療相關的疾病提供科學依據。

1 衰老對人體健康的影響

持久性衰老細胞是在與人類健康有關的至少3種情況下產生的：正常衰老，與衰老有關的疾病和治療干預措施。在衰老的個體中，由多種機制引起的衰老細胞殘留會使衰老的組織功能降低，同時面對其他壓力時更容易進一步惡化。

1.1 自然衰老 1881年進化生物學家Weismann在其論文《生命的持續時間》中提出了一個被認為是激進主義的觀點：“之所以會發生死亡，是因為一個破舊的組織無法永遠自我更新，并且因為通過細胞分裂來增加的能力不是持久的而是有限的”。直到1961年Hayflick在證明哺乳動物細胞確實確實具有有限的細胞分裂能力，這個概念被稱為“Hayflick限制”[9]。自然衰老是由于內在因素引起的，包括：年齡老化，生理老化，皮膚中膠原蛋白和彈性蛋白合成能力下降，細胞質和細胞間質流動性降低。這種衰老又被稱之為固有衰老或者內在衰老，表現為細胞衰老退出細胞周期，該細胞周期的退出受p53/p21CIP1和p16INK4a/Rb腫瘤抑制途徑的激活控制[10]。

除了退出細胞周期外，衰老通常伴隨著明顯的細胞形態變化，衰老的細胞變得扁平、擴大和空泡狀，有時出現帶有多個或擴大的核;在功能方面，衰老細胞除不能通過增殖促進組織修復外，還通過分泌募集炎性細胞，重塑細胞外基質，觸發有害細胞死亡，誘發纖維化和抑制干細胞功能的因子來破壞正常的組織功能。同時衰老細胞還經歷了許多其他表型改變，例如代謝重編程、染色質重排或自噬調節等，從而導致疾病風險增加及健康壽命受到威脅。

1.2 衰老相關性疾病 細胞衰老最初被認為是一種細胞內在程序，然而，越來越多的證據表明衰老細胞具有發放信號并影響其周圍環境的能力。衰老細胞產生可溶和不可溶因子的復雜混合物，統稱為衰老相關分泌表型（Senescence-Associated Secretory Phenotype，SASP），SASP在轉錄、翻譯等多個水平受到調控。包括轉錄，翻譯，mRNA穩定性和分泌。與青年時期的疾病不同，隨著人口的老齡化，與年齡相關的疾病發生在已經因衰老過程，這些“原代”衰老細胞是組織維護固有的正常磨損過程造成的。衰老通過祖細胞停滯以及SASP引起的干細胞和實質細胞功能障礙，降低了組織對引起疾病的壓力的抵抗力[11]。隨著疾病的發生和發展，病理部位會產生另一些衰老細胞，這樣周而復始惡性循環，也部分解釋了為什么疾病易感性會隨著年齡的增長而增加，疾病的進程會被放大，同時疾病本身也推動著衰老的加速。

目前與衰老相關性疾病的研究主要集中在心血管疾病、癌癥、關節炎、癡呆、白內障、骨質疏松癥、糖尿病和高血壓以及神經退行性疾病（Neurodegenerative Diseases，NDs），例如AD、亨廷頓舞蹈病（Huntington′s Disease，HD）、帕金森氏病（Parkinson′s Disease，PD）和肌萎縮性側索硬化癥（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）等。

1.3 治療帶來的衰老 治療呈現的效應并非只有有益的一面，例如發生在涉及骨髓移植的小兒血液癌治療中電離放射或化學療法會損傷患者的免疫系統，在殺傷癌細胞的同時，會導致細胞衰老和內環境的惡化[12]。經過此類治療的小兒癌癥幸存者表現出過早衰老的跡象[13-14]。這些可能是治療引起的持續的細胞衰老帶來的不良后果，持久性衰老細胞可能通過SASP破壞或損害周圍組織。

2 川產道地藥材黃連的抗衰老效應

2.1 延長壽命和維護健康 衰老是人類疾病的最大危險因素，因為它會導致細胞生長停滯，組織功能和新陳代謝受損，最終影響壽命。果蠅因其生命周期短、遺傳背景簡單、轉基因技術成熟等優勢，一直是衰老基因篩選和功能研究的理想模式生物。Navrotskaya VV[15]等研究發現用黃連的主要成分——小檗堿（1 mmol/L、5 mmol/L）添加到培養基影響果蠅的運動活性和壽命。考慮到高劑量毒性的作用，最終采用1 mmol/L的小檗堿處理培養基，每3～4 d觀察并記錄1次結果，發現低劑量組可以通過抑制催化色氨酸轉化為犬尿氨酸的酶活性來延長雌性果蠅的壽命，同時可刺激果蠅的自發活動。同一研究小組證明小檗堿在高溫促衰老果蠅模型中具有保護作用[16]。但在延長哺乳動物壽命中的作用尚未見報道。

2.2 黃連及其提取物對皮膚抗衰老的效應作用 Denham Harman1956年首次提出活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）隨著時間的推移而積累，是老化過程的主要貢獻者[17]。人體皮膚由外側的表皮和下方的真皮兩層組成，通過基底層相互連接。隨著衰老的進展，表皮和真皮皮膚層變薄。由于細胞外基質的破壞，老化的皮膚急劇丟失膠原蛋白I、III和VII，加之彈性纖維和透明質酸的減少而產生細紋。此外隨著內在性激素的產生減少和神經末梢的數目減少，皮膚也失去了敏感性[18]。不論是內在固有的衰老因素，還是外在環境影響等都加速著皮膚的老化進程。Kim S[19]等發現黃連及其提取物對皮膚具有特別的抗衰老作用。研究發現，添加有5～100 μmol/L的不同濃度小檗堿的培養基處理48 h，在不影響人正常角質形成細胞活性的條件下，其中濃度為20 μmol/L、100 μmol/L的小檗堿，呈現出劑量依賴性地顯著抑制MMP-9和IL-6的表達，可以預防皮膚發炎和細胞外基質蛋白的降解，從而用作抗皮膚衰老產品的有效成分;其次，在皮膚光老化實驗中發現，小檗堿可降低人皮膚成纖維細胞中紫外線誘導的MMP-1表達，增加I型膠原蛋白的表達[20]。

2.3 黃連及其提取物在衰老相關疾病中的作用 衰老是一個多因素影響的不可逆的生物學過程，其特征是逐漸失去生理完整性，導致功能受損和脆弱性增加，直至死亡。隨著年齡增長及壓力的增加，當代人機體的衰老明顯加速[21]。身體可能會出現諸如癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病、營養和代謝性疾病等衰老相關性疾病，任何一種疾病的存在都會增加罹患其他疾病的風險。研究表明使用雷帕霉素、白藜蘆醇、煙酰胺衍生物、二甲雙胍等物質可通過誘導自噬延緩衰老，延長壽命，并改善衰老過程中的心血管等功能[22-23]。黃連作為天然藥物及其提取物被證明在衰老相關疾病的治療方面具有諸多有益的藥理學作用。在降血脂治療方面，黃連堿被證實具有降低血脂水平作用。高膽固醇血癥患者口服黃連素50 mg/（kg·d）3個月可以降低血液總膽固醇29%，甘油三酸酯降低35%，低密度膽固醇（LDL）降低25%[24];在調節血糖方面，黃連堿以劑量每天0.5～1.5 g，分2劑或3劑口服，干預8～24周不等，在臨床和實驗研究中均被證實具有安全有效的降血糖作用，類似二甲雙胍和羅格列酮，試驗中未發現嚴重的低血糖事件，由小檗堿引起的可預見不良反應——便秘是患者可忍受和緩解的。更值得一提的是，它還可以改善糖尿病并發癥，包括腎病、內皮功能障礙和神經病變[25-26]。對2型糖尿病患者血糖的影響的研究總結中最新發現，小檗堿與降血糖藥物聯合使用的降血糖療效優于單獨的小檗堿或者降血糖藥物，小檗堿的使用劑量、治療時間及患者的年齡可能會改變治療效果[27];在對抗神經退行性疾病方面，與衰老相關的認知能力下降的嚴重程度易導致神經退行性疾病，例如AD作為癡呆癥最常見的原因，是一種不可逆、進行性的神經變性疾病。小檗堿被證實可抑制Aβ生成和老年斑形成，減輕膽堿能缺乏癥并改善神經傳遞，采用20 μg/mL的小檗堿處理表達tau的HEK293細胞模型24 h，顯著地降低了Calyculin A誘導的tau過度磷酸化，提示小檗堿可能是AD潛在的治療藥物[28];在心血管保護方面，61名急性冠脈綜合征患者，經皮冠狀動脈介入治療后除常規治療外，接受小檗堿治療（300 mg，2次/d，持續30 d），與對照組比較，血清中MMP-6、ICAM-1、IL-6、C反應蛋白等顯著降低，預示其可作為急性冠脈綜合征患者抗炎的輔助療法[29]。

2.4 黃連及其提取物對細胞早衰的作用 細胞衰老其特征之一是其穩定的細胞周期停滯，衰老的生長停滯通常是由內在因素（氧化損傷、端粒磨損等）或外在因素（紫外線、γ射線照射等）引起的持久性DNA損傷反應（DNA Damage Response，DDR）觸發的，是一個惡性循環的過程，表現為反復的細胞分裂和端粒侵蝕以及激活癌基因，染色質結構破壞和氧化應激，使細胞增殖停滯[30]。從而造成組織修復能力喪失，其次，衰老細胞產生促炎性細胞因子和細胞外基質降解酶[31]。細胞形態學的特征與衰老標記的免疫細胞化學檢測相結合，例如細胞周期蛋白激酶抑制劑（如p21WAF1的過表達）和rpS6的磷酸化，被認為是衰老細胞最具體的生物標記。在經過早衰的A549細胞培養物中施用小檗堿可以減少衰老表型的發展，通過激活SA-β-gal和誘導的CDK抑制劑p21WAF1、p16INK4A和p27KIP1，小檗堿以濃度依賴的方式明顯減少衰老標記檢測水平[32]。

3 川產道地藥材黃連及其提取物在抗衰老作用中的機制研究

中草藥黃連及其主要生物活性成分已被用于與衰老相關的疾病研究，且取得良好效果。這些作用的機制涉及多個細胞激酶和信號傳導途徑，主要包括相關途徑NF-κB/MAPK/PI3K-Akt/AMPK/ERS和氧化應激[33]。

3.1 黃連及提取成分抑制NF-κB通路的分子機制 NF-κB通路在所有有核細胞中表達，與調節細胞免疫、增殖、分化和凋亡等途徑有關。與衰老密切相關的過度細胞凋亡和吞噬作用降低，可能導致慢性炎性反應，包括激活NF-κB信號通路，其特征是促炎性細胞因子（IL-1β，IL-6，TNF-α）的循環水平升高。黃連及提取成分可能通過調節NF-κB途徑，發揮抗炎和抗凋亡作用。其機制至少包括以下4個途徑：1）抑制包括TLR4、CD14在內的膜受體的活性;2）抑制核因子κB激酶的磷酸化（IKK）;3）抑制NF-κB抑制劑（IκBα）的降解;4）抑制活化的NF-κB進入細胞核及其與DNA的結合活性[4]。

3.2 黃連及提取成分抗炎作用抑制 MAPK途徑的分子機制MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）是信號從細胞表面傳導到細胞核內部的重要傳遞者。黃連及其提取物可以通過多種途徑調節MAPK途徑，主要通過ERK（細胞外調節蛋白激酶）、JNK（c-Jun N-末端激酶）和p38這3種途徑進行調節，在炎性反應、細胞增殖、分化和凋亡等方面起重要作用。例如，小檗堿可以有效抑制LPS或IFN-γ誘導的BV-2小膠質細胞中ERK的活化來抑制促炎反應[34]。黃連堿可以通過抑制MAPK信號通路的激活，下調IL-6、IL-1β和TNF-α水平，p-p38和p-JNK1/2蛋白表達水平降低。在治療apoE-/-小鼠的動脈粥樣硬化時，可顯著降低粥樣硬化斑塊面積，達到抗炎降血脂的作用，為黃連堿在動脈粥樣硬化和其他慢性炎性反應性疾病的治療中提供新的應用[35]。

3.3 黃連及其提取物成分調節AMPK途徑的分子機制 AMP激活的蛋白激酶（AMPK）在多種代謝途徑中發揮重要作用，包括在細胞水平上調節運動、營養和激素信號，從而控制全身的能量消耗和底物利用率并維持能量代謝的平衡[36]。黃連的活性成分可通過激活包括LKB1在內的上游靶標來部分激活AMPK[34]。激活后，增強了線粒體的生物發生，線粒體的抗氧化保護，并增加了葡萄糖轉運蛋白和糖酵解酶的表達和活性。同時，減少了蛋白質、脂質和碳水化合物的不必要合成。黃連及其提取成分主要發揮以下功能：（A）激活AS160和GLUT4以促進葡萄糖轉運;（B）調節PFK-2以促進糖酵解;調節FAS和ACC以抑制糖異生和糖原形成;（C）抑制SREBP1c及其下游PPARγ、FAS和ACC1的抗肥胖作用[37]。

3.4 黃連及其提取物成分調節PI3K-Akt途徑的分子機制 PI3K-Akt途徑是一個復雜的過程，該途徑一旦激活，就會刺激下游信號（例如GSK3β，mTOR，Nrf2等）表現出多種生物學效應。它可以通過調節BAD（Bcl-2的相關死亡啟動子）、Bcl-2和caspase-9表達的Akt抑制細胞凋亡;通過控制mTORC1（mTOR復合物1）的表達來調節細胞的生長，該表達控制核糖體的翻譯和合成;Akt參與營養吸收和代謝過程及血管生成和細胞遷移[38]。黃連及其提取物可以部分調節PI3K-Akt途徑，首先小檗堿通過調節抑制PI3K/AKT/GSK3磷酸化，下調MITF和酪氨酸酶的表達來抑制黑色素的合成和酪氨酸酶的活性。以上這些發現可能有助于小檗堿在預防和治療皮膚色素沉著癥中的潛在應用。通過AKT/ mTOR的/p70S6K的途徑調節心臟成纖維細胞增殖，膠原蛋白合成和誘導胃癌細胞凋亡;其次還可以通過增加PI3K/Akt/eNOS的表達來保護內皮細胞免受TNF-α的損害[39-40]。

3.5 黃連及其提取成分調節ERS途徑的分子機制 內質網（Endoplasmic Reticulum，ER）是重要的亞細胞器，可完成蛋白質折疊和修飾。當細胞受到強烈刺激（例如缺氧，葡萄糖饑餓，Ca2+穩態紊亂）時，內質網將積累未折疊/錯誤折疊的蛋白質并誘導內質網應激（Endoplasmic Reticulum Stress，ERS）[41]。黃連及其提取物至少可以通過2種途徑抑制ERS途徑，包括抑制IRE-1的表達和抑制PERK的磷酸化，通過下調ERS途徑中的蛋白質（包括PERK，IRE-1α，eIF2α和CHOP）對ER應激相關疾病（包括肥胖癥，炎性反應和糖尿病）具有治療作用[42-43]。

3.6 黃連及提取成分調節氧化應激途徑的分子機制 在氧化磷酸化過程中線粒體產生的ROS對DNA造成持續性損傷是衰老的主要機制[44]。DNA雙鏈斷裂是由ROS引起的最嚴重的損傷，修復過程中涉及端粒DNA病變可導致端粒的功能障礙，從而阻礙DNA修復和驅動細胞進行復制衰老。此外，作為許多自由基的前體，超氧化物已被證明可以調節DNA甲基化、組蛋白甲基化和組蛋白乙酰化的主要表觀遺傳過程，所有這些均可促進衰老過程[45]。黃連及其提取物可通過以下機制調節氧化應激反應：（A）ROS的調節/RNS自由基物質，小檗堿通過增加自由基清除活性對抗高反應性過氧亞硝酸鹽和羥基自由基可猝滅ROS和活性氮簇（RNS）;（B）調節抗氧化蛋白的生成，包括ROS代謝酶;（C）調節氧化還原敏感轉錄因子的表達，包括NF-κB、MAPK、AP-1、HIF及PI3K/Akt。（D）刺激Nrf2的轉運活性和核積累，并促進Nrf2-DNA結合活性[46]。

4 川產道地藥材黃連及其提取物在抗衰老相關疾病作用中的潛在機制

黃連及其提取物在抗衰老相關疾病中的機制研究主要集中在AMPK信號相關通路上。AMPK被認為是細胞的“能量傳感器”，因為它可以通過提高AMP+ADP與ATP的細胞比例來激活通路。當（AMP+ADP）/ATP比率增加時，AMPK被激活，AMPK是目前已知的唯一抑制細胞生長和增殖的靶標。

研究表明，黃連及其提取物均可顯著地增加高脂飲食喂養小鼠的內臟脂肪組織和肝臟中AMPK的mRNA表達，其發揮AMPK激活作用的機制可能是通過線粒體靶向[47]。其中小檗堿/黃連可以抑制mTOR信號，可能通過調節AMPK信號下游靶標，例如：AMPK通過抑制雷帕霉素復合物1（mTORC1）的哺乳動物靶標的活性來模擬與卡路里限制相關的生長因子下調，小檗堿可能通過調節AMPK/ mTOR信號通路誘導的自噬[48];作為AMPK激活劑，黃連已被報道可以增加肝細胞系L02的SIRT1的表達水平，在氧化應激中，SIRT1可以誘導FOXOs轉錄因子去乙酰化，發揮抗氧化、調節代謝和細胞增殖的作用。黃連可能通過AMPK誘導的SIRT1/FOXO途徑增加應激調節基因SOD表達，發揮抗衰老及延年益壽的功效[49];NF-κB信號通路的激活，其特征是促炎性細胞因子（IL-1β，IL-6，TNF-α）的循環水平升高，許多研究表明，AMPK激活下調了各種細胞中的NF-κB激活。其中NF-κB激活，最終將導致諸如AD、帕金森氏病、肌萎縮性側索硬化、動脈粥樣硬化等與衰老相關的慢性炎性疾病的發生率增加。小檗堿通過發揮抗炎作用調節衰老相關性疾病可能涉及AMPK抑制了NF-κB依賴性途徑[50]。

綜上所述，川產道地藥材黃連及其提取物抗衰老及衰老相關性疾病作用確切，相關通路機制較為復雜，仍未得到充分闡明。但上述這些證據支持了黃連及其提取物，特別是小檗堿是非常有前景的抗衰老天然產物，并具有成為對抗衰老相關疾病的藥物潛力。我們發現黃連的多種藥理作用是由于其對多個靶標和途徑的整體網絡作用，但是哪些成分調節靶標以及這些成分之間是否存在協同/拮抗作用等，有待進一步研究。雅連作為川產道地藥材，如何整合黃連的有效成分，在抗衰老、皮膚保護、治療衰老相關性疾病等領域明確其藥理作用和靶點，將對川產道地中藥材現代研究及應用有重要意義。

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（2020-01-09收稿 責任編輯：王明）