薯蕷皂苷治療肝臟疾病作用的研究進展

黃楠楠 林佳艷 吳麗紅 孟鑫 楊德強

肝臟作為人類進行新陳代謝的主要器官，是維持人體生命活動的重要消化器官，承擔著合成蛋白質及酶、存儲糖原、調節血容量、去毒素、產生免疫反應等責任[1,2]。然而肝臟經常面臨多種壓力，可能會引起各種病理變化，這些變化表現為肝損傷、肝纖維化、脂肪肝、膽汁淤積及肝癌等肝臟疾病，從而將嚴重影響機體的正常功能，危及著人們的健康及生命安全。薯蕷皂苷(Dioscin，Dio)是異螺旋甾烷醇型的天然活性化合物，主要存在于薯蕷科植物的根莖中，是臨床上多種藥物的活性物質基礎及質量控制成分[3]。現代研究表明薯蕷皂苷具有保護肝臟[4]、調節心血管[5]、抗腫瘤[6,7]、調節免疫[8]、降血糖[9]、降血脂[10]、抗炎止痛[11]等作用，可影響多種疾病中的多個靶標和信號通路，因而可防治多種疾病。本文總結了近幾年來薯蕷皂苷在肝臟疾病治療方面的研究進展，并歸納其作用機制，發現薯蕷皂苷可通過調節蛋白水平及調控信號通路等對多種肝臟疾病有一定的預防和治療作用。

1 抗肝損傷

肝損傷這種疾病在人群中變得越來越普遍，是由多種因素誘導的正常肝功能失常，包括酒精、化學物質和病毒等[12,13]，已對人們的身體健康構成嚴重威脅。肝細胞受損后，釋放出大量炎性介質及細胞因子，促進上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的發生，活化肝星狀細胞(hepatic stellate cells，HSCs)使其向肌成纖維細胞樣細胞(myofibroblast，MFB)轉化，導致肝纖維化。見圖1。

圖1 薯蕷皂苷抗肝損傷的作用靶點；↑表示相關因子表達升高；↓表示相關因子表達降低

研究表明，薯蕷皂苷可以通過抑制凋亡、壞死、氧化應激(oxidative stress，OS)和炎癥等，明顯改善肝組織的病理損害，是治療肝損傷的一個有效的候選藥物[14]。血清中天冬氨酸氨基轉移酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷氨酸氨基轉移酶(alanine aminotransferase，ALT)水平升高提示肝結構損傷[15]。薯蕷皂苷能顯著降低血清ALT、AST水平，顯著升高谷胱甘肽(glutathione，GSH)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、超氧化歧酶(superoxide dismutase，SOD)水平，降低丙二醛(malondialdehyde，MDA)水平，并能恢復各種因素引起的細胞損傷[16]。四氯化碳(carbon tetrachloride，CCl4)是一種能導致肝損傷的化學物質，研究顯示CCl4能顯著提高小鼠血清ALT、AST、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、血清乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)水平，薯蕷皂苷能顯著降低這些水平。CCl4還可以改變熱休克蛋白5(heat shock protein 5，HSPA5)、膜聯蛋白6(annexin 6，ANXA6)、異戊酰輔酶A脫氫酶(isovaleryl-CoA dehydrogenase，IVD)和細胞球蛋白(cytoglobin，Cygb)的表達，薯蕷皂苷能抑制或逆轉這些變化，使這些蛋白能直接或間接參與薯蕷皂苷對CCl4誘導的急性肝損傷的作用，并作為研究肝損傷的新標志物[15]。在此基礎上，Lu等[17]進一步研究發現，薯蕷皂苷能抑制Fas/FasL蛋白的表達，使Bcl-2/Bax比例增加，細胞色素C的釋放受到抑制，導致caspase信號激活，caspase-3和caspase-8活性減弱，使CCl4誘導的肝細胞凋亡和壞死。此外，近期的研究表明，薯蕷皂苷通過調節多種信號通路對肝損傷起到保護作用。Zhang等[14]發現薯蕷皂苷可以有效治療二甲基亞硝胺(dimethyl nitrosamine，DMN)所致的急性肝損傷，其作用機制是通過降低干擾素調節因子9(interferon regulatory factors 9，IRF9)的水平，顯著降低caspase-3/9、FasL、Fas、p53、Bak的表達，上調Bcl-2的表達來誘導細胞凋亡；通過核因子e2相關因子2(nuclear erythroid factor 2-related factor2，Nrf2)的核轉位，顯著上調SIRT1、HO-1、NQO1、GST和GCLM的表達水平來增加氧化應激；并通過調節TLR4/MyD88/NF-κB通路，顯著降低IL-1、IL-6、TNF-α、IB、p50、p65的表達水平來抑制炎性反應。類似地，Yao等[18]的實驗發現薯蕷皂苷通過調節TLR4/MyD88信號通路保護脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)所致的肝損傷，TLR4與MyD88結合會激活TRAF6、IRAK1、p-NF-κB p65、p-IKK、p-IκBα、HMGB-1、IL-1β、IL-6和TNF-α水平，薯蕷皂苷通過下調TLR4和MyD88使這些水平顯著降低，減輕炎性肝損傷。在硫代乙酰胺(thioacetamide，TAA)[19]所致的急性肝損傷的研究中發現薯蕷皂苷可能通過FXR/AMPK信號通路抑制氧化應激和炎性反應改善急性肝損傷，薯蕷皂苷顯著上調FXR、p-AMPKα的表達，進而提高Nrf2、HO-1、NQO-1、GCLM和GST的表達水平來抑制氧化損傷，并顯著下調NF-κB (p65)、ICAM-1、HMGB1、COX-2、TNF-α、IL-1β和IL-6的表達水平來抑制炎性反應。另外，在探討對乙酰氨基酚(acetaminophen，APAP)[20]誘導的肝損傷時，發現薯蕷皂苷可改善APAP誘導的HepG2細胞AST釋放、線粒體功能障礙、凋亡和壞死。在給予薯蕷皂苷后，抑制了APAP誘導的細胞色素P450-2E1亞型(cytochrome P450-2E1，CYP2E1)的激活和表達，促進Bcl-2和Bid及抑制Bak、Bax和p53的表達，且Suox、Krtl 8、Rgn、Prdxl、MDH和PNP 蛋白可能參與了薯蕷皂苷的保肝作用，這可能與線粒體中的 Ca2+協同作用、ATP2A2表達降低和線粒體心磷脂減少等有關。在酒精誘導的急性和慢性肝損傷大鼠模型中，結果顯示薯蕷皂苷通過改善酒精誘導的氧化應激、線粒體損傷、細胞壞死和脂肪代謝異常等來保護肝損傷[21]。

2 抗肝纖維化

肝纖維化是針對造成肝臟損傷而產生的一種異常的傷口愈合反應[22]。肝纖維化的發生發展與造成肝細胞損傷的各種體內外因素密切相關，損傷引起組織中細胞外基質(extracellular matrix，ECM)過多產生和堆積，并會引起纖維瘢痕形成[23,24]。當損傷持續不及時治療，纖維化會繼續發展成更嚴重的疾病并可能危害生命。幸而纖維化是可逆的，只要未出現肝硬化等肝臟疾病的后期表征，去除纖維化反應的致病因素有助于纖維化的緩解[25]。薯蕷皂苷有肝保護作用，可以顯著減輕肝纖維化程度，其可能是通過影響細胞凋亡、氧化應激和炎性因子起抗纖維化的作用[26]。對薯蕷皂苷治療肝纖維化的靶點信息進行總結。見表1。

表1 薯蕷皂苷抗肝纖維化信號通路

氧化應激參與HSCs的活化和細胞外基質的過度生成。Gu等[27]的實驗表明薯蕷皂苷通過Sirt1/Nrf2介導的p38 MAPK通路保護BDL和DMN誘導的肝纖維化，其上調Sirt1/Nrf2，同時抑制p-p38的水平，降低COL1A1、COL3A1、α-SMA的水平，顯著抑制肝細胞的活化，抑制氧化應激反應，減少膠原蛋白和ECM的蓄積，減輕肝纖維化。Zhang等[28]通過實驗發現薯蕷皂苷促進基質降解，通過調節氧化應激及炎性因子保護肝臟，并通過調控TGF-β1/Smad、Wnt/β-catenin、MAPK和線粒體信號通路發揮抗纖維化作用。另一研究表明薯蕷皂苷明顯恢復硫代乙酰胺誘導的肝纖維化大鼠體重，降低導致纖維化的蛋白質水平，減少ECM的沉積，通過脂質過氧化的降低和Nrf2轉導的抗氧化酶的激活來抑制氧化應激，并通過控制NF-κB的活化和促炎性因子的產生降低炎性反應，其可能是調節TGF-β/Smad和MAPK信號通路的結果，最終抑制HSCs的活化[29]。在酒精性肝纖維化(alcoholic liver fibrosis，ALF)動物模型中發現服用薯蕷皂苷后血清中ALT和AST水平下降，組織中膠原的積累減少，這可能是調控了TLR4/My D88/NF-κB信號通路，使IL-1、IL-6、TNF-α等多種促炎因子和TGF-β1等促纖維化因子的水平降低，抑制HSCs的增殖，減少ECM的沉積，有效的改善肝纖維化[30]。此外，抑制膠原生成是治療肝纖維化的有效方法之一，另一研究闡明薯蕷皂苷通過調節PI3K/Akt通路影響ITGA5，并特異性抑制膠原合成[24]。薯蕷皂苷是一種有效的ITGA5抑制劑，能輕微降低ITGA5蛋白水平，還能降低p-PI3K/PI3K，p-Akt/Akt和p-mTOR/mTOR下游蛋白水平，顯著抑制了膠原蛋白含量。同時發現其顯著降低了Fn、FAK1、Col1a1、Col1a2、Col2a1、Col5a1、Col6a1的水平，增加了2ABB的水平，抑制了Akt的磷酸化。另外，Yin等[31]證實薯蕷皂苷通過SDC-4信號通路，抑制HSC-T6細胞粘附和遷移，從而調控下游蛋白Fn、FAK、p-PKCα、Src和p-ERK1/2，且薯蕷皂苷會抑制HSCs增殖、觸發衰老、誘導凋亡而具有較強的抗肝纖維化活性。

3 抗非酒精性脂肪性肝病

由于長期久坐行為和飲食條件變化，非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)的發生率日益增加，其特點是除長期酗酒外，其他原因導致的肝臟內脂肪過度沉積[32,33]。非酒精性脂肪肝具有相關的代謝綜合征，常伴有肥胖、糖尿病和高脂血癥，故與脂質代謝功能障礙和胰島素抵抗相關。薯蕷皂苷是一種天然產物，能顯著降低NAFLD導致的游離脂肪酸(free fatty acid，FFA)，總膽固醇(total cholesterol，TC)，三酰甘油(triglyceride，TG)水平升高，對NAFLD有積極的治療作用。在給小鼠和大鼠喂食高脂飼料后得到NAFLD模型，研究發現薯蕷皂苷通過調節SIRT1/AMPK信號通路，顯著上調原代培養肝細胞、AML-12和HepG-2細胞中SIRT1、p-AMPKα、p-AMPKα1、p-AMPKα2、CPT、FoxO1和ATGL的表達，下調SREBP-1c、FAS和SCD的表達，降低了脂質代謝，并減輕肝臟脂質積聚，提高血清及肝臟的體內外生化指標水平[34]。類似地，在ob/ob小鼠和高脂飼料誘導的C57BL/6J小鼠建立NAFLD模型中，發現通過給予薯蕷皂苷后小鼠體質量減輕，空腹血糖降低，其機制是增加LC3-Ⅱ和Atg5水平，上調mTOR通路的關鍵位點p-mTOR蛋白的水平，誘使自身發生吞噬；同時，下調磷酸化的MAPK水平，抑制TNF-α、IL-1、IL-6、NF-κB、COX-2、AP-1及HMGB-1的表達來發揮作用[35]。

4 肝癌

肝癌惡性病變高，發病隱蔽，其死亡風險居于全球第3位[36]。肝癌的復發擴散給許多患者帶來困擾和痛苦。大量研究表明，薯蕷皂苷可能通過調控各種信號通路，控制細胞增殖、侵襲或凋亡來抑制肝癌。在研究HepG2癌細胞時證實薯蕷皂苷抑制細胞增殖，改變細胞形態，將細胞周期阻滯在G2/M期，并促進了外源性(死亡受體)通路和內源性(線粒體)通路，最終導致細胞依賴劑量壞死[37]。同時研究也表明薯蕷皂苷阻滯PI3K/Akt/mTOR信號通路、增加ROS的生成和上調JNK基因的mRNA表達，進而誘導細胞凋亡。類似地，Mao等[38]的研究表明薯蕷皂苷顯著抑制SMMC 7721和HepG 2細胞的活力、集落形成、遷移和侵襲，誘導細胞凋亡、自噬和DNA損傷。薯蕷皂苷顯著降低TIGAR在體內外的表達水平，可能通過調節TIGAR介導的p53、Akt/mTOR和CDK5/ATM信號通路對肝癌有顯著的抑制作用。另一研究通過體外建立Bel-7402肝癌細胞模型，發現通過薯蕷皂苷作用后Bel-7402的生長受到明顯抑制，促進肝癌細胞的凋亡，通過TP53-BAX-caspase3通路，上調TP53進而使Bax蛋白增加并激活casp3蛋白表達，以及下調Bcl-2蛋白的表達，使細胞形態改變并增加DNA損傷來發揮抗癌作用[39]。Chen等[40]研究表明薯蕷皂苷是一種有效的抑制TGF-β1導致的HepG2細胞上皮-間質轉化的抑制劑，通過抑制p38 MAPK信號通路，從而呈劑量依賴性下調了TGF-β1誘導的p-Erk、MKK-3、p-p38和p-JNK的表達，并誘導細胞的侵襲和轉移行為。同時經薯蕷皂苷處理的細胞中E-鈣黏蛋白和間隙連接蛋白的表達增加，而N-Cadherin、Vimentin、Snail和Slug等間充質標識物減少。此外，多藥耐藥是癌癥化療中的一個關鍵問題，其主要與多藥耐藥基因1(multidrug resistance gene 1，MDR1)的過分表達有關，已有研究發現，薯蕷皂苷對MDR有一定的逆轉作用。Sun等[41]證實HepG2/ADM細胞的耐藥性由于薯蕷皂苷而下降，其顯著降低p-糖蛋白的水平，增加阿霉素在HepG2/ADM細胞中的積累。其逆轉耐藥的核心關鍵在于MDR1基因，薯蕷皂苷能夠使MDR1 mRNA和蛋白質水平下降，從而抑制MDR1基因活性。此外，自噬是對各種環境刺激、疾病甚至癌癥的一種重要的細胞反應，有研究發現薯蕷皂苷對肝癌自噬有獨特影響。在薯蕷皂苷處理的Huh7細胞系中，發現薯蕷皂苷在早期階段會引起細胞自噬，Huh7細胞中Bcl-2的表達下降，并證實細胞凋亡是依賴于ERK1/2、caspase-3和caspase-9信號通路的活化[42]。同時，研究也提示了自噬對薯蕷皂苷誘導的Huh7細胞死亡具有一定的細胞保護作用。

5 抗肝內膽汁淤積

肝內膽汁淤積癥是一種臨床綜合征，是膽汁酸在體內和肝臟中過度積累而引起的，肝細胞中膽汁酸的適當調節是抗膽汁淤積的關鍵。在一項給大鼠喂食α-萘酰異硫氰酸酯(Alpha-naphthylisothiocyanate，ANIT)后建立膽汁淤積模型實驗中，使用薯蕷皂苷治療后結果表明薯蕷皂苷可以通過恢復肝轉運體的表達發揮作用，降低生化標志物和改善肝臟病理，改善膽汁淤積，并且抑制了Oatp1a1、Oatp1b2、Oatp1a4的下調，并通過激活FXR促進了Mrp2和Bsep的上調，使膽汁酸輸出增加，起到對抗膽汁淤積的肝保護作用[43]。薯蕷皂苷顯著改變肝臟重量，使ALT、AST、ALP、TBIL、GSH、GSH-px、MDA、SOD水平恢復，同時恢復ROS水平進而誘導細胞凋亡。薯蕷皂苷不僅能顯著調控Ntcp、OAT1、OCT1、Bsep和Mrp2蛋白水平，從而運輸膽汁酸和有機陰離子，促進膽酸排泄，還能增加Bcl-xl、Bcl-2的水平，降低Bak、Bax、caspase-3和caspase-9在體內外的活性，誘導細胞死亡。此外，薯蕷皂苷顯著抑制PI3K/Akt通路，上調Nrf2、GCLc、GCLm、NQO1和HO-1，下調膽汁酸所致氧化應激。

6 其他肝臟疾病

Xu等[44]研究發現薯蕷皂苷可通過上調HepG2和AML12細胞中miR-125a-5p的水平，并抑制其靶基因STAT3的信號傳導，進而調節肝臟糖脂代謝紊亂來治療2型糖尿病。薯蕷皂苷顯著降低TC、TG、LDL、FFA、p-STAT3、PEPCK、G6Pase、SREBP-1c、FAS、ACC和SCD1的水平，增加p-PI3K、p-AKT、p-GSK-3β和p-FoxO1的水平，改善胰島素抵抗，導致肝糖原含量增加，糖異生和脂質蓄積減少，顯著緩解T2DM引起的糖脂代謝紊亂。溶細胞素陽性糞腸球菌促進酒精性肝炎(alcoholic liver disease，ALD)的發生，Liu等[45]發現薯蕷皂苷可能通過抑制NLRP3炎癥體使促炎因子IL-1β的釋放減少，阻滯糞腸球菌生長，進而發揮抗菌活性來緩解ALD。肝臟缺血再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)損傷主要是由手術、肝移植和休克等引起的組織損傷，薯蕷皂苷可通過減輕氧化應激、炎癥和凋亡保護肝臟I/R損傷。研究表明薯蕷皂苷抗氧化活性是通過提高SOD、CAT、GSH-Px、GSH水平，降低MDA、TNOS、iNOS、NO水平，阻止了由I/R損傷引起的DNA碎片化；抗凋亡活性是通過增加Bcl-2和Bcl-x的水平，降低IL-1β、IL-6A、TNF-α、ICAM-1、MIP-1α、MIP-2、Fas、 FasL的基因表達，降低NF-кB、AP-1、COX-2、HMGB-1、CYP2E1、Bak、caspase-3、p53、PARP、caspase-9的蛋白表達，并降低JNK、ERK和p38 MAPKs的磷酸化水平，進而提高大鼠存活率，改善I/R誘導的肝細胞異常[46]。Notch1/Jagged1通路在肝臟再生中起重要作用，薯蕷皂苷可作為一種γ-分泌酶激活劑、NICD1核轉位啟動子和細胞周期調節因子，激活Notch1/Jagged1通路并上調PS1的表達增強γ-分泌酶的活性，使肝體重比快速恢復，ALT和AST水平降低，Notch1、Jagged1、cy-nicd1、n-nicd1、Hey1、Hes1、CyclinD1、CyclinE1、CDK2和CDK4水平增加，并增加VEGF和EGFR的mRNA水平，促進大鼠原代肝細胞和AML12細胞的增殖，減輕肝細胞壞死，促進肝臟再生，成為肝臟切除手術后的有效治療藥物[47]。

綜上所述，薯蕷皂苷對表現為肝損傷、肝纖維化、脂肪肝、肝癌及膽汁淤積等病理變化的肝臟疾病具有預防和治療作用，可保護肝臟正常細胞不受破壞，調控處于異常狀態的細胞，其作用機制主要是調節多種蛋白水平及調控多條信號通路。