甘草酸生物學功能及其應用研究進展

劉洪偉，劉道剛

（重慶市中醫院藥劑科，重慶 400021）

甘草屬于多年生草本植物，其化學組成復雜。目前，已分離出數百種化合物。根和根莖中的甘草酸、甘草次酸、黃酮類化合物［1］，具有抗炎［2］、神經保護、抗菌［3］、抗病毒［4］、免疫調節［5］等多種藥理特性。成分和數量通常會隨甘草的種類、種植區域、采收時間等因素的不同而異。其中甘草甜素和黃酮類物質是甘草中最重要的活性物質。甘草可以補氣、鎮痛，在民間醫藥中廣泛應用于治療呼吸道感染、胃炎、消化性潰瘍等疾病。甘草還可以與其他草藥配合使用，增強其他成分的功效，研究顯示60%以上的處方中含有甘草成分［6］。

甘草酸是甘草根的主要成分，是一種三萜類皂苷，味甜，比蔗糖甜近50倍，甘草酸約占甘草根干重的10%。口服后甘草被腸道細菌代謝為甘草次酸。現將甘草酸生物學功能及其應用研究進展綜述如下。

1 甘草酸抗炎作用

甘草主要是通過減少炎癥因子的產生從而治療相關疾病，TNF-α、MMPs、PGE2、自由基是甘草抗炎機制的重要靶向因子。有研究表明，甘草提取物可以抑制脂多糖誘導的小鼠巨噬細胞中促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2和iNOS的表達，同時抑制NF-κB的活性，發揮抗炎的作用［7］。Nrf2是內源性抗氧化劑系統的關鍵調節劑，激活內源性抗氧化酶以減少氧化應激。NF-κB是產生促炎細胞因子的炎性信號途徑的關鍵調節劑。甘草酸顯著減弱了MEEC中LPS誘導的TLR4表達和NF-κB活化［8］。甘草酸通過誘導PGE2的表達水平，激活TLR-4的下游信號通路。在體外，甘草酸激活Nrf2和PPAR，抑制炎癥、氧化應激和細胞凋亡［9］。目前，甘草酸在肝炎、阿爾茨海默氏病、心肌缺血性損傷、皮膚炎癥和肺炎等疾病治療中均能夠發揮抗炎作用。

甘草被用于解毒，而肝臟是人體最大的解毒器官。研究發現甘草酸可以促進肝臟樹突狀細胞產生膠原基因和IL-10，抑制HMGB1的產生。甘草酸能夠通過抑制NF-κB的活化，降低TNF-α的表達。甘草酸通過抑制自由基的產生和脂質過氧化作用，對肝臟具有保護作用［10，11］。同時包覆甘草酸的納米乳劑被證明是一種新的緩釋制劑，可以皮下用于長期慢性肝炎的治療。甘草酸還能調節小鼠肝臟CYP3A和CYP7A的表達，保護肝臟免受石膽酸的傷害，降低大鼠丙氨酸轉氨酶、堿性磷酸酶、天門冬氨酸轉氨酶，提高GSH、SOD水平［12］。

甘草酸的抗炎活性有助于改善學習和記憶能力，其抗氧化活性可減少腦損傷，改善神經元功能。β-淀粉樣蛋白在阿爾茨海默氏病（AD）的發病機理中起著重要作用。研究表明，甘草酸可以調節多種抗凋亡和促凋亡因子，通過ERK信號通路，抑制HMGB1磷酸化而發揮抗炎作用。甘草酸抑制β-淀粉樣蛋白的聚集，清除自由基，降低NO、TNF-α、IL-1β的表達，同時還能降低Caspase3和BAX的表達水平，其抗氧化和抗炎活性可抑制神經元的凋亡，發揮神經保護作用［13］。

甘草酸通過抗氧化活性和抗炎作用，對心肌缺血具有保護作用。心肌缺血是自由基的產生和隨后的氧化應激會導致組織損傷，伴隨炎癥反應的激活。甘草酸可恢復SOD活性，降低MDA含量，甘草酸還可以激活Nrf2的抗氧化反應并抑制NF-κB的活化，降低促炎細胞因子的水平［14］。

甘草酸還可以作為天然抗炎藥預防皮膚炎癥。在TPA誘導的小鼠皮膚炎癥模型中，甘草酸抑制MAPK信號通路和PI3K/Akt信號通路，阻斷了NF-κB的激活，從而導致iNOS和COX-2表達的下調［15，16］。甘草酸能夠抑制糖尿病模型小鼠的炎癥反應。研究顯示，甘草酸局部治療可抑制糖尿病小鼠牙齦和在血清中IL-6和腫TNF-α的mRNA表達水平，并通過HMGB1-RAGE軸降低血糖水平［17］。甘草酸可以減輕炎癥性肺疾病。研究顯示，甘草酸顯著降低細胞間黏附分子和百草枯誘發的肺損傷大鼠模型中MMP-9的含量［18］。甘草可以減輕小鼠LPS誘導的急性肺損傷。甘草酸減少炎癥因子TNF-α，IL-1β和HMGB1的產生，通過上調LC3-II/I和Beclin-1的蛋白水平來增加自噬，PI3K/AKT/mTOR通路與LPS誘導的ALI下GA誘導的自噬有關。甘草酸通過調節PI3K/AKT/mTOR途徑相關的自噬來抑制LPS誘導的ALI中炎癥因子的產生［19］。

2 甘草酸抗病毒和抗菌作用

預防和治療病毒性和細菌性傳染病是中醫藥的特色之一。甘草酸可通過靶向特定的免疫細胞（例如巨噬細胞和樹突狀細胞）而在病原體入侵過程中起到有效的抗感染作用。巨噬細胞是免疫系統的關鍵組成部分，可針對各種感染提供保護。受刺激的巨噬細胞不僅可以起吞噬作用，還可以充當B和T淋巴細胞的抗原呈遞細胞，并參與對適應性免疫系統的刺激。甘草酸可以通過增強巨噬細胞功能來抵御細胞內病原體的感染。研究顯示甘草酸通過誘導IL-8的分泌和激活NF-κB對RNA和DNA病毒產生抗病毒活性。甘草酸的抗病毒活性機制包括干擾病毒與細胞結合和細胞間感染，誘導IFN活性，抑制病毒復制，調節細胞膜的流動性，影響病毒進入細胞等［20］。甘草酸還能通過抑制病毒基因的表達和復制，降低病毒的粘附力，還可以通過激活T淋巴細胞的增殖，抑制細胞凋亡。同時甘草次酸對MDCK細胞中的H1N1和293T細胞中的HIV有顯著的抗病毒作用［21］。

Van Rossum等［22］研究顯示，甘草酸可降低血漿丙氨酸氨基轉移酶和天冬氨酸氨基轉移酶活性，對病毒性肝炎有明顯的療效。甘草酸可明顯改善病毒性肝炎患者的癥狀、體征和肝組織結構［23］。體外研究明確了甘草酸對HBsAg分泌的抑制作用，改善慢性乙型肝炎患者的肝損傷。甘草酸通過抑制HBsAg在細胞內轉運來阻止宿主細胞分泌HBV抗原，干擾肝細胞上唾液酸修飾和HBV相關抗原的表達，從而改善乙肝患者的肝功能［24］。MatsumotoY等［25］研究發現甘草酸可以抑制病毒的釋放可能是由于其對PLA2G1B的抑制作用。甘草酸還可抑制HCV核心基因的表達，并與INF有協同作用［26］。

ChenXX等［27］研究發現，利巴韋林和甘草酸聯合作用發揮抗甲型H1N1病毒感染的作用。利巴韋林和甘草酸聯合使用可以抑制流感病毒感染小鼠的肺水腫，其抑制率達到36%，同時對感染小鼠存活率有協同作用。甘草酸-唾液酸結合物明顯抑制流感病毒唾液酸酶的活性，抑制流感病毒的增殖［28］。研究表明，改良甘草酸是尋找新型抗流感藥物的一種選擇。

甘草酸具有抗皰疹病毒的活性。在病毒復制周期的早期階段，甘草酸抑制水痘帶狀皰疹病毒的復制。甘草酸通過抑制單純皰疹病毒的復制，提高患皰疹性腦炎小鼠的存活率［29］。甘草酸與一些抗皰疹病毒的酶和蛋白結合后可增加抗皰疹病毒的活性。乳鐵蛋白、溶菌酶等與甘草酸的結合已經發展成為單純性皰疹的局部治療方法。甘草酸通過不同的活性機制，與其他抗病毒藥物有協同作用。王永洪等［30］對甘草酸在人巨細胞病毒中的抗病毒作用的研究發現，甘草酸的藥物毒性試驗中的半數毒性濃度比更昔洛韋增加8倍左右，其治療指標也優于更昔洛韋。楊光［31］發現甘草酸聯合伐昔洛韋治療帶狀病毒，毒副作用小，療效好，可降低皰疹后神經痛的發生率。

iNOS通過多種機制表現出有效的抗菌作用。甘草酸可以顯著上調iNOS和NOX-1 mRNA的表達，從而誘導NO和H2O2的產生，從而導致巨噬細胞中傷寒沙門氏菌活力降低。甘草酸還可以上調IFN-γ，LITAF，IL-6和IL-10的表達，從而增強對傷寒沙門氏菌的吞噬能力［31］。研究顯示，甘草用于治療耐藥銅綠假單胞菌［33］、白色念珠菌引起的口腔感染［34］。α-溶血素是金黃色葡萄球菌感染的重要外毒素，此類感染與多種疾病的發生有關。甘草酸通過降低α溶血素的產生來防止細胞免受α-溶血素的損傷；進一步研究發現甘草酸對金黃色葡萄球菌也表現出抗菌活性［35］，同時顯著減輕幽門螺桿菌引起的胃炎［36］。

3 甘草酸抗癌作用

甘草酸在多種癌癥中具有抑制細胞增殖并誘導細胞凋亡的作用，然而其抗癌活性的分子機制仍知之甚少，值得進一步研究［37，38］。研究顯示，甘草酸對胃癌細胞的增殖具有時間和劑量依賴性抑制作用，導致G1/ S期阻滯和凋亡，下調G1期相關蛋白的表達，上調BAX等凋亡相關蛋白的表達，抑制PI3K/AKT信號通路的磷酸化［39］。甘草酸可誘導細胞的凋亡和G2期細胞周期阻滯，并通過ROS/PKC- a /ERK途徑抑制胃癌細胞遷移［40］。甘草酸通過誘導細胞周期阻滯、細胞凋亡和自噬，在體外和體內抑制人結直腸腺癌細胞SW480的生長［41］。甘草酸能夠通過抑制結直腸癌細胞增殖和促進細胞的凋亡，發揮對二甲肼誘導大鼠結直腸癌的抗癌作用［42］。甘草酸能夠下調p62和beclin1相關蛋白，觸發凋亡誘導因子AIF從線粒體轉位到細胞核，通過ROS-線粒體途徑誘導乳腺癌細胞自噬激活，而促進細胞死亡［43］。甘草作為載體材料在抗癌治療中也顯示的巨大潛力［44］。甘草酸修飾的聚乙烯亞胺可提高轉染效率和靶向肝細胞的能力，且對細胞表現出低毒性，高選擇性和有效的基因表達［45］。

4 甘草酸增強藥物活性作用

目前醫學化學研究的一個重要問題是大多數常用藥用化合物的低溶解度和低滲透性，導致生物利用度較低，口服藥物的溶解度尤其重要。使用可溶性高化合物，以復合物的形式傳遞，可以在保持治療效果的同時顯著減少有效劑量。在藥物濃度在細胞外環境中達到足夠大的濃度時，親脂性藥物分子可以通過脂質層被動轉運，然而 30%左右的藥物化合物不溶于水。甘草酸具有兩親性，能夠在水性和非水性介質中結合，除了其固有的生物學活性外，還與多種藥物形成非共價復合物，可將疏水性化合物的溶解度提高數十倍，從而降低藥物的治療劑量，這種形式的甘草酸不用作治療劑。此外，甘草酸還可以增加細胞膜對小分子的滲透性［46］。

甘草酸與益智鎮靜藥菲尼布特的復合物，表現出與藥物本身類似效果的劑量減少了16倍，復合物增加了動物的記憶能力，減少了嗜睡和過敏反應等副作用［47］。在降壓方面，甘草酸與硝苯地平的絡合作用也有類似的效果［48］。甘草酸是一種良好的可溶性天然皂苷，甘草酸與辛伐他汀的復合物，可以提高辛伐他汀的溶解度和生物利用度。甘草酸的重要特征是能夠減少膽固醇氧化，并與膽固醇氧化產物形成水溶性復合物，這可能是預防血管中膽固醇斑塊形成和動脈粥樣硬化發展的重要因素。研究顯示，與單用辛伐他汀相比，在甘草酸二鈉鹽存在下，辛伐他汀的通透性大大提高，生物利用度顯著提高，降膽固醇的效果更好［49］。許多藥物在溶液中穩定性偏低。其中一些化合物還具有光敏性，易被體內形成的自由基氧化。在特定的情況下，與甘草酸形成復合物，可顯著提高藥物的穩定性。葉黃素對人類的眼睛、視網膜有重要的保護作用。葉黃素在人體內不產生，通過食物進入人體內，但是由于這些分子在水中溶解度低和不穩定性，其實際應用是非常有限的。研究表明，甘草酸與類胡蘿卜素的復合物，可以增加溶解度，提高抗氧化能力。姜黃素具有抗炎、抗病毒和抗氧化等特性，但是疏水性的姜黃素在水中溶解性差，口服姜黃素利用率較低。而甘草酸可以與疏水分子形成復合物，顯著提高其溶解度并增強藥物通過細胞膜的滲透性［50］。甘草酸與姜黃素形成復合物后，顯著改善了藥代動力學和生物利用度［51］。

抗腫瘤藥物紫杉醇的口服生物利用度較低，YangOY等［51］研究發現，含有紫杉醇的甘草酸膠束，呈球形，生物利用度增加，口服吸收顯著增強，可能主要是由于空腸和結腸腸道吸收的增加。白藜蘆醇是一種天然化合物，具有抗炎、抗菌、抗氧化等作用，但其溶解度較低。WuM等［52］通過建立包裹有白藜蘆醇納米顆粒的甘草酸偶聯人血清白蛋白納米顆粒的靶向腫瘤藥物遞送系統，發現甘草酸增加了白藜蘆醇的溶解度，其攝取速率高于純白藜蘆醇，并且隨著納米顆粒濃度的增加而增加。體外藥物釋放研究表明，納米顆粒緩慢而連續地釋放藥物，對肝癌表現出有效的靶向能力。甘草酸也可將藥物靶向遞送至肝細胞［53］。甘草酸在水溶液中的自締合和與其他藥物的絡合作用，使其成為一種有前途的藥物遞送劑。

甘草酸除了能與親脂性藥物結合提高溶解度外，還可以增加藥物的通透性，促進藥物吸收。研究顯示，小分子藥物通過胃腸道上皮會受到緊密連接的擴張和收縮的調節，甘草酸可能會通過影響細胞膜特性來增強藥物向細胞滲透的能力［49］。

5 總 結

甘草酸是甘草的主要生物活性成分，具有抗炎、抗病毒、抗癌和保肝等作用，通過穩定細胞膜和免疫調節能有效抑制多種病毒的生長和復制，并對特定病毒相關酶的表達和活性產生特異性的影響。甘草酸還可作為多功能藥物載體，增強其他藥物的活性。總之，深入了解甘草酸發揮作用及與體內其他成分相互作用的機制，有助于研發出具有良好功效的新藥。