胡椒堿的藥理作用及機制研究進展

林思 秦慧真 鄧玲玉 張淼 謝鳳鳳 李澤宇 朱華

關鍵詞胡椒堿;酰胺類生物堿;藥理作用;心血管;抗腫瘤

胡椒堿（piperine，PIP）是胡椒科植物胡椒Pipernigrum L.中含量最高、活性最廣的一種酰胺類生物堿成分[1]。PIP 作為胡椒的主要活性成分，在2020 年版《中國藥典》（一部）中規定，其在胡椒干燥品中含量不低于3.3%[2]。現代藥理研究表明，PIP 具有保護心血管、調節糖脂代謝、抗腫瘤、改善神經系統疾病、抗炎等藥理作用[3-4]。近年來，有關PIP 的研究日益增多，其藥理作用及相關機制逐漸被廣大學者關注。基于此，筆者以“胡椒堿”“藥理作用”“piperine”“pharmacological action”等作為關鍵詞，在中國知網、PubMed、萬方、維普網等數據庫組合查詢2019-2021 年發表的相關文獻，對PIP 的藥理作用及機制進行歸納總結，以期為其進一步開發利用提供參考。

1 PIP保護心血管系統的作用及機制

磷脂酰肌醇3 激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）信號通路是調控細胞生長、存活和凋亡的重要信號通路之一。PIP 可通過激活PI3K/Akt 信號通路，逆轉由內質網應激引起的大鼠心肌細胞凋亡[5];可通過上調PI3K/Akt/內皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）信號通路，抑制ApoE-/-小鼠動脈粥樣硬化的發展[6]。進一步研究發現，PIP 還可通過調節微小RNA（miR）-383/RP105/Akt 信號通路，保護缺血再灌注損傷引起的心肌細胞焦亡[7]。缺血再灌注后多數受損細胞會發生死亡或凋亡，由線粒體途徑誘發的細胞凋亡與心肌缺血再灌注損傷密切相關，而B 細胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）和Bcl-2 相關X 蛋白（Bcl-2-associated X protein，Bax）是線粒體途徑凋亡的重要調控因子[8]。在異丙腎上腺素誘導的心肌缺血模型大鼠中，PIP 可下調促凋亡蛋白的表達，上調抑凋亡蛋白的表達，維持線粒體鈣穩態，抑制心肌細胞凋亡，從而減輕心肌缺血[9]。另一項研究發現，PIP 可通過調節胱天蛋白酶3（caspase-3）、Bcl-2、Bax/Bcl-2 蛋白的表達，改善鏈脲佐菌素誘導的糖尿病心肌病，恢復心肌功能，改善心臟標志物心鈉肽、腦鈉肽和心肌肌鈣蛋白的表達水平，降低心肌氧化-亞硝化應激水平和心肌Na+-K+-ATP酶濃度[10]。由此可見，調控抑凋亡蛋白和促凋亡蛋白水平是PIP 緩解心肌缺血再灌注損傷的另一重要途徑。研究報道，PIP 可抑制缺氧誘導因子1α、血管內皮生長因子、核因子E2 相關因子2（nuclearfactor-E2-related factor2，Nrf2）、核因子κB（nuclearfactorkappa-B，NF-κB）和絲裂原活化蛋白激酶的表達，改善異丙腎上腺素誘導的心肌梗死[11]。同時，PIP 能明顯改善心肌功能，減輕阿霉素導致的心肌損傷，其作用機制可能是通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisomeproliferator-activated receptor，PPAR-γ），降低心肌氧化應激和炎癥反應，提高心肌細胞活力[12]。Dey 等[13]探討PIP 對高脂飲食致雄性Wistar 大鼠心肌組織氧化應激損傷的保護作用，結果發現，經PIP 干預后，大鼠心肌組織中器官特異性標志物和氧化應激生物標志物的水平均明顯降低，心肌組織氧化應激損傷得以改善。此外，PIP 還可抑制內皮細胞向成纖維細胞轉化，發揮抗心肌纖維化的作用[14]。

由此可知，PIP 可通過減輕炎癥反應和氧化應激水平，發揮保護心血管系統的作用。

2 PIP調節糖脂代謝的作用及機制

血糖是維持機體各組織器官生命活動的主要能量來源，血糖值偏低或偏高都是血糖代謝異常的表現，故保持血糖在正常水平范圍尤其重要。肝糖原合成功能下降，可導致血糖升高從而誘發2 型糖尿病[15]。PIP 通過保護游離的氨基、巰基，減少β-淀粉樣蛋白聚集體的形成，從而預防糖化白蛋白引起的紅細胞氧化損傷，進而預防糖尿病并發癥的發展[16]。有研究報道，PIP 能顯著降低谷氨酸鈉誘導的糖尿病模型小鼠血清中半乳糖3 和白細胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）水平，下調脂肪組織中促炎因子mRNA水平和M1 樣極化標志物黏附分子整合素的水平，這提示PIP 可通過抗炎作用發揮治療糖尿病的作用[17]。

肝臟是調控血糖濃度最主要的器官，PIP 可通過上調肝臟B類Ⅰ型清道夫受體和小腸三磷酸腺苷結合盒轉運子G8 的表達，改善小鼠的脂質代謝[18]。由于機體自身可儲存的肝糖原有限，多攝入的糖則轉變為脂肪。相關研究發現，PIP 能明顯改善胰島素抵抗模型大鼠的糖脂代謝異常，增加模型大鼠肌肉線粒體DNA的拷貝數和PPAR-γ輔激活因子1α mRNA的表達，改善線粒體功能[19]。另外，PIP 可通過抑制巨噬細胞在脂肪組織和胰島中的聚集及M1 樣極化，減輕肥胖模型小鼠的巨噬細胞炎癥，改善胰腺β細胞的去分化和功能障礙，進而延緩肥胖相關糖尿病的發展[20]。相關研究發現，PIP 可降低3T3-L1 細胞中PPAR-γ、膽固醇調節元件結合蛋白1c、脂肪合成酶、轉錄因子CCAAT 增強子結合蛋白和3-羥[基]-3-甲戊二酸單酰輔酶A還原酶的表達水平，上調解偶聯蛋白1 的表達水平，從而顯著抑制3T3-L1 細胞的分化、脂滴沉積和甘油釋放[21]。

由此可知，PIP 可能是通過抗炎、抗氧化作用改善線粒體功能，從而調控糖脂代謝。

3 PIP的抗腫瘤作用及機制

PIP 對結腸癌、卵巢癌、白血病等均具有抑制作用。研究表明，PIP 可通過誘導人結腸癌SW480 細胞自噬和上調p53 信號通路活性，抑制SW480 細胞的增殖、遷移和侵襲[22]。PIP 與塞來昔布聯合使用可導致人結腸癌HT-29 細胞產生活性氧（reactive oxygen species，ROS），激活胱天蛋白酶活性，促進細胞凋亡，其作用機制可能與下調分泌型糖蛋白/β-連環蛋白（Wnt/β-catenin）通路有關[23]。Rehman 等[24]通過實驗評估了PIP 對結直腸癌模型大鼠腫瘤的抑制作用，結果顯示，PIP 可通過抑制NF-κB/Nrf2/Kelch 樣ECH 相關蛋白1/血紅素加氧酶1（heme oxygenase 1，HO-1）信號通路，阻斷下游炎癥因子[如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6、IL-1 等]的釋放，降低脂質過氧化水平，從而發揮抗結腸癌作用。PIP 可抑制卵巢癌OVACAR-3 細胞增殖，將細胞周期阻滯于G2/M期，并誘導細胞凋亡，其作用機制與抑制PI3K/Akt/糖原合成酶激酶3 β 信號通路有關[25]。同時，PIP 可通過下調P-糖蛋白、外排轉運蛋白、乳腺癌耐藥蛋白、Ⅲ型膠原α 1 鏈和轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）誘導基因的表達，上調受體型蛋白酪氨酸磷酸酶K的表達，增強紫杉醇和拓撲替康對卵巢癌耐藥細胞的毒性作用[26]。PIP 還能抑制白血病細胞（K562、HL60）的增殖并誘導其凋亡，其作用途徑與線粒體途徑密切相關，可通過上調Bax、caspase-3、caspase-9 及ROS的表達，下調Bcl-2 蛋白的表達，來誘導K562、HL60 細胞的凋亡，并將細胞周期阻滯于S期[27-28]。

相關研究表明，PIP 作用于胃癌HGC-27 細胞后，可通過抑制Wnt/β-catenin 信號通路活性，進而抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲[29]。Chen 等[30] 研究了PIP 對胃癌SNU-16 細胞的影響，體外實驗結果表明，PIP 可抑制SNU-16 細胞增殖，并促進其凋亡;體內實驗結果表明，PIP 可顯著縮小腫瘤體積，作用機制可能與抑制PI3K/Akt 信號通路有關。另有研究發現，PIP 可通過介導信號傳導與轉錄激活因子3/鋅指轉錄因子（STAT3/Snail）信號通路，逆轉大腸癌上皮細胞-間質轉化（epithelial-mesenchymaltransition，EMT）過程，抑制大腸癌細胞的遷移和侵襲[31];可通過抑制Wnt/β-catenin信號通路，劑量依賴性地下調基質金屬蛋白酶2、血管內皮生長因子的表達，降低人骨肉瘤U2OS、143B細胞的存活率和侵襲力[32];還可抑制TGF-β1/Smad2/細胞外調節蛋白激酶1/2（extracellularregulated protein kinase 1/2，ERK1/2）信號通路活性，下調金屬蛋白酶家族相關蛋白的表達，逆轉EMT過程，進而有效抑制人肺癌A549 細胞的增殖[33]。另有研究表明，PIP 對乳腺癌[34]、胰腺癌[35]、宮頸癌[36]、膠質母細胞瘤[37]等均具有一定療效，能濃度依賴性地抑制腫瘤細胞的增殖、遷移，并誘導細胞凋亡，進而發揮抗腫瘤作用。

由此可知，PIP 對多種腫瘤細胞均具有抑制作用，其機制主要是通過抑制腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞凋亡、阻滯腫瘤細胞周期、誘導腫瘤細胞自噬、抑制腫瘤細胞遷移和侵襲等發揮抗腫瘤作用，涉及的分子機制主要包括調控Wnt/β-catenin、NF-κ B/Nrf-2/KeAP-1/HO-1、PI3K/Akt、TGF-β1/Smad2/ERK1/2 等信號通路。

4 PIP改善神經系統疾病的作用及機制

神經系統疾病在臨床上表現為中樞神經系統、周圍神經系統的感覺、運動、意識功能的障礙，嚴重影響人類軀體功能和生活質量[38]。相關研究發現，PIP 對阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）、帕金森病（Parkinsondisease，PD）、亨廷頓病等常見神經退行性疾病具有改善作用[39]。Li 等[40]通過模擬PD模型發現，PIP 能激活嘌呤能受體P2X-配體閥門離子通道4（P2RX4）促進自噬，降低神經母細胞瘤SK-N-SH 細胞的存活率，減輕Thy1-SNCA轉基因小鼠的嗅覺障礙和遲發性運動障礙，通過促進人突觸核蛋白的降解發揮改善PD的作用。另外，PIP 還能通過腦腸軸的傳導抑制自噬水平，從而抑制促炎因子的釋放，減緩PD的發生[41]。相關研究發現，PIP與槲皮素聯合使用后，可對魚藤酮誘導的PD 模型大鼠表現出較好的抗氧化、抗炎和神經保護作用[42]。

AD是以認知障礙（記憶障礙、學習障礙等）為主要特征的慢性神經退行性疾病，減輕炎癥反應是改善及治療AD的重要途徑之一[43]。實驗證明，PIP 可降低鏈脲佐菌素誘導的散發性AD模型小鼠的氧化與亞硝化應激水平，恢復海馬區神經傳遞和減少神經炎癥[44]，降低β-淀粉樣前體蛋白裂解酶1、早老素蛋白1、凋亡蛋白酶激活因子、caspase-3 和過氧化氫酶基因的表達，改善小鼠的認知能力[45]。Wang 等[46]研究發現，PIP 能減輕D-半乳糖所致的小鼠氧化應激、神經炎癥反應和認知障礙，其作用機制與調節蛋白激酶C/PI3K/Akt 信號通路，逆轉糖原合成酶激酶3β的激活有關。其次，PIP 能改善海馬脫髓鞘模型大鼠的記憶能力和髓鞘修復能力，具體表現為抑制誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的表達，降低損傷區TNF-α 、IL-1 β 、NF-κB 的mRNA表達水平和膠質細胞的活化，升高IL-10、叉頭狀轉錄因子3、腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophicfactor，BDNF）和髓鞘堿性蛋白的mRNA表達水平，增強海馬組織中Nrf2、HO-1 的表達能力和總抗氧化能力[47]。抑制神經元凋亡是緩解AD的又一重要途徑，PIP 對永久性大腦中動脈閉塞模型大鼠梗死灶周圍大腦皮層神經細胞凋亡具有保護作用，可明顯減少大鼠神經功能缺損及腦梗死面積，并抑制Bax、caspase-3 等凋亡相關蛋白的表達[48]。

PIP 在抗抑郁方面有著獨特的優勢，可通過抑制氧化應激和上調BDNF表達來實現抗抑郁作用[49]。BDNF廣泛分布于中樞神經系統中，主要參與認知及情緒功能障礙的發病過程。有研究表明，PIP 和姜黃素聯用可減輕抑郁癥模型大鼠的抑郁、焦慮癥狀，其作用機制可能與上調海馬和杏仁核腦區中的BDNF、酪氨酸蛋白激酶受體B 蛋白的表達有關[50]。此外，PIP 對創傷性腦損傷也具有一定改善作用，可通過減輕腦水腫程度，抑制細胞因子活性，下調TNF-α、IL-1β、BDNF 的表達，降低海馬膠質細胞中膠質纖維酸性蛋白的反應性，從而抑制顱腦損傷所致的癲癇[51]。PIP 還是多發性硬化癥（一種中樞神經系統常見的慢性炎癥性疾病）的潛在治療藥物，可通過阻止炎癥細胞浸潤至中樞神經系統，避免髓鞘和血腦屏障被破壞，從而對實驗性變態反應性腦脊髓炎表現出較好的預防和治療作用[52]。

由此可知，PIP 可用于改善神經系統疾病，具體作用機制可能是通過抑制自噬效應、減輕炎癥反應、提高抗氧化能力、抑制神經元細胞凋亡、調控神經元中相關蛋白表達等發揮作用。

5 PIP的抗炎作用及機制

炎癥是機體對外界有害刺激引起的適應性反應，可通過NF-κB 信號通路、Janus 蛋白酪氨酸激酶（JAK）/STAT 信號通路、絲裂原活化蛋白激酶信號通路等介導炎癥因子的分泌，參與多種疾病如結腸炎、皮炎、乳腺炎等的發生發展。體外實驗研究發現，PIP 對中波紫外線誘導的角質形成細胞損傷具有保護作用，其作用機制可能與抑制磷酸化p38 蛋白和c-Jun 氨基末端激酶、激活蛋白1 的活性及環氧化酶2/前列腺素E2、iNOS 的合成有關[53]。Choi 等[54]利用偏苯三酸酐誘導特應性皮炎小鼠模型，并采用PIP 進行干預，結果發現，PIP 可通過抑制信號傳導及轉錄激活蛋白6/GATA結合蛋白3/IL-4 信號通路介導的免疫反應，降低炎癥相關因子的表達來改善小鼠特應性皮炎癥狀。相關研究發現，在脂多糖誘導的炎癥模型小鼠中，PIP 可通過降低小鼠巨噬細胞J774.1 中細胞間黏附分子1 的表達，進而減輕脂多糖引起的炎癥反應[55]。另外，PIP 還可通過抑制TNF-α、IL-1β和NF-κB的表達和髓過氧化物酶的活性來改善乳腺炎[56]。Guo等[57]以2，4，6-三硝基苯磺酸誘導結腸炎模型大鼠，灌胃PIP后，大鼠結腸畸變得以改善;其作用機制可能是通過抑制NF-κB抑制蛋白α（inhibitor α of NF-κB，IκBα）/NF-κB信號通路的活性，激活緊密連接蛋白1 和胞質緊密黏連蛋白1 抗體等的表達，進而發揮改善結腸炎的作用。

由此可知，PIP 可通過抑制NF-κB等信號通路的活性，降低炎癥相關蛋白的表達，從而發揮抗炎作用。

6 其他作用及機制

PIP 還可降低肥大細胞內鈣離子濃度，抑制細胞因子和趨化因子的釋放，下調磷脂酶Cγ1、蛋白激酶C、三磷酸肌醇受體、p38、Akt 和ERK 的磷酸化水平，并作為特異性拮抗劑與MAS相關G蛋白偶聯受體X2 相結合，發揮抗過敏反應[58]。實驗發現，PIP 具有一定的鎮痛作用，在非壓縮性腰椎間盤突出模型大鼠中，PIP 可通過升高miR-520a、IL-10、TGF-β 1 的表達，抑制p65、IL-1 β、TNF-α的表達，發揮改善大鼠腰椎間盤突出的作用[59]。在抑菌作用方面，PIP 可通過破壞細胞膜的完整性來抑制白色念珠菌的生長，進而達到抑菌效果[60];可顯著降低金黃色葡萄球菌中α溶血素的表達，從而抑制金黃色葡萄球菌的生長[61]。PIP 還具有成骨作用，可呈濃度依賴性地增強成骨細胞堿性磷酸酶的活性，促進成骨細胞的分化，其具體作用機制與增強Wnt/β-catenin 信號通路有關[62]。研究表明，PIP 可通過緩解氧化應激、減輕炎癥反應、抑制細胞凋亡等，改善肝功能[63]。另外，PIP 還可通過提高胰腺腺泡細胞存活率，減少膠原沉積，抑制促炎癥細胞因子、趨化因子的表達和TGF-β/Smad 信號通路活性，改善慢性胰腺炎所致胰腺纖維化[64]。

7 不足與展望

PIP 作為胡椒的主要活性成分，可通過減輕炎癥反應和氧化應激水平，發揮保護心血管系統的作用;可通過抗炎、抗氧化作用改善線粒體功能，進而調控糖脂代謝;可通過介導Wnt/β-catenin、NF-κB/Nrf-2/KeAP-1/HO-1、PI3K/Akt、TGF-β1/Smad2/ERK1/2 等信號通路，發揮抗腫瘤作用;可通過抑制自噬效應、減輕炎癥反應、提高抗氧化能力、抑制神經元細胞凋亡、調控神經元中相關蛋白的表達，發揮改善神經系統疾病的作用;還能通過抑制NF-κB等信號通路活性，降低炎癥相關蛋白的表達，發揮抗炎作用。

雖然PIP 在藥理作用方面已有較多研究，但其作用機制并不完善，且多數研究均停留在藥效層面或某個信號通路及某個靶點上，不能從整體角度闡明其發揮藥理作用的相關信號通路與具體作用靶點之間的相互聯系。例如，在文獻梳理過程中，筆者發現PI3K/Akt 信號通路與心肌缺血再灌注損傷、動脈粥樣硬化、AD等多種疾病的發生均密切相關，這提示不同疾病相關靶點之間存在一定的聯系。因此，后續PIP 的相關研究可基于網絡藥理學及分子對接等技術，構建“成分-靶點-疾病”的相互作用網絡，對PIP 的具體靶點和信號通路等進行全面深入的分析，充分明確其藥理作用機制。

綜上所述，PIP 具有廣泛的藥理作用，是心血管疾病、神經性疾病等的潛在治療藥物。后續可深入明確PIP 具體作用靶點并進行臨床相關試驗研究，為PIP 的臨床應用提供支撐。