黃芪甲苷的藥理活性研究進展

白 宏,別蓓蓓,常翠翠,王 亞

西安培華學院醫學院,西安 710100

黃芪是我國著名的中草藥,最早見于公元200年的《神農本草經》,近年來,國內外眾多學者對黃芪的化學成分和藥理功能做了廣泛的研究,黃芪含有黃酮類、皂苷類、多糖類及微量元素等活性成分[1];其中黃芪甲苷(astraloside,AST)被認為是黃芪物種的主要生物活性成分,且在黃芪中含量最高[2]。越來越多的證據表明,AST具有廣泛的藥理特性。這些藥理特性突出了黃芪的傳統用途,為該傳統中藥的后續研究和臨床應用提供了新的方向。

1 AST的藥理作用

1.1 免疫調節作用

AST作為補益中藥黃芪的主要活性成分,具有免疫調節的作用。越來越多的證據表明,AST能夠增加刀豆球蛋白A(Con A)和脂多糖(LPS)刺激的脾細胞中T淋巴細胞和B淋巴細胞的增殖[3]。此外,T細胞受體(TCR)參與后,AST治療可以顯著促進CD4+T細胞表面CD25和CD69分子的表達[4]。白細胞介素-2(IL-2)和γ-干擾素(IFN-γ)是促進細胞免疫和預防癌癥惡化以及各種胞內感染性疾病的細胞因子[5]。用植物血凝素(PHA)刺激后,AST表現出顯著的IL-2誘導活性,此現象可能有助于其在免疫刺激和抗癌作用中發揮作用[6]。

黃立鋒等[7]的研究明確了晚期炎癥介質高遷移率族蛋白B1(HMGB1)在體內對小鼠調節性T細胞(Treg)免疫表型的影響,觀察了不同劑量AST對HMGB1介導的Treg細胞功能變化的作用。結果顯示,AST可針對性拮抗HMGB1對Treg細胞免疫功能的抑制效應。于增利[8]對腎衰竭維持透析感染患者的外周血T淋巴細胞亞群進行檢測,發現對照組(給予鹽酸左氧氟沙星氯化鈉注射液)和治療組(AST聯合白令膠囊)外周血中CD3+、CD4+、CD4+/CD8+細胞數量均升高,CD8+細胞數量降低,且治療組均優于對照組,表明AST聯合白令膠囊可顯著提高免疫功能。

1.2 治療哮喘性疾病

支氣管哮喘是由多種細胞及其細胞因子參與的一種氣道慢性炎癥性疾病。T淋巴細胞在哮喘的氣道炎癥中發揮重要作用,其中來源于輔助性T淋巴細胞2(Th2)細胞的細胞因子[如白細胞介素-4(IL-4)、白細胞介素-5(IL-5)和白細胞介素-13(IL-13)]在嗜酸性粒細胞引發的過敏性炎癥過程中有至關重要的作用。黃思捷等[9]研究顯示,AST主要通過顯著抑制Th2轉錄因子的表達來抑制炎性因子IL-5和IL-13的產生,從而改善哮喘模型小鼠肺部炎癥程度。既往研究認為,輔助性T淋巴細胞1(Th1)/Th2細胞的失衡是哮喘發生發展的主要機制,羅波等[10]運用卵清蛋白(OVA)誘導哮喘模型小鼠,AST處理后小鼠Th2細胞因子IL-4、IL-13、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和鋅指轉錄因子(GATA-3) mRNA含量明顯降低,Th1細胞因子、T-bet轉錄因子(T-bet) mRNA表達明顯升高,表明AST可以通過糾正OVA誘導的哮喘模型小鼠中Th1/Th2的不平衡,抑制哮喘的發展和嚴重程度。此外,Th17/Treg細胞之間的失衡亦可引起哮喘的發生,AST可通過下調Th17細胞分泌,上調Treg細胞表達水平,使Th17/Treg細胞保持平衡,減少炎癥細胞在哮喘氣道中的聚集,緩解哮喘癥狀[11]。

1.3 治療多發性硬化癥

多發性硬化癥(MS)是一種中樞神經系統自身免疫性疾病,主要表現為中樞神經系統(CNS)炎性細胞浸潤。眾多證據表明,MS的發病機制為T淋巴細胞介導的主要針對自身髓鞘抗原產生的免疫應答反應。炎性T細胞活化后破壞血腦屏障進而侵犯中樞神經系統,攻擊髓鞘,并且導致神經元軸突受損[12]。AST可減輕實驗性自身免疫性腦脊髓炎動物模型(EAE)的嚴重程度,抵消氧化應激反應,抑制T細胞分化和向CNS的浸潤。AST可以通過提高轉錄因子T-bet和Foxp3的mRNA表達量,降低轉錄因子RORγt的mRNA表達量,從而調節外周免疫系統中T細胞的分化。在CNS中,AST阻止了血腦屏障的泄漏,通過上調總超氧化物歧化酶(T-SOD)減少活性氧(ROS)的產生,并通過抑制誘導型一氧化氮合酶(iNOS)等來減少神經炎癥炎性細胞因子的表達[13]。以上研究表明,AST緩解EAE小鼠MS的機制可能在于增強細胞抗氧化、抗細胞凋亡和抗炎作用以及調節致病性T細胞的分化和向CNS的浸潤。

1.4 抗炎癥

AST可以干預炎癥發病機制中的多個過程,例如促炎介質的產生,黏附分子的表達,循環白細胞與內皮細胞的黏附和核轉錄因子κB(NF-κB)的活化。于婧文等[14]研究顯示,AST可顯著抑制LPS誘導的星形膠質細胞激活和一氧化氮(NO)的釋放,減少細胞因子白細胞介素-6(IL-6)和TNF-α的分泌,增加IL-4和白細胞介素-10(IL-10)的分泌,從而抑制炎性反應。內皮細胞表面黏附分子的調控表達是炎癥發病的關鍵過程,體外研究表明,AST在LPS刺激的白細胞與血管內皮細胞黏附過程中顯著抑制E-選擇素和血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)的表達。體內研究顯示,AST可以通過抑制Toll樣受體4(TLR4)/NF-κB信號通路,減輕炎癥反應,從而對心肌肥厚發揮保護作用[15]。上述研究均顯示,AST可以用作炎癥相關疾病的潛在療法。

1.5 對腦的保護作用

AST對多種腦血管疾病有保護作用。黃昌恒等[16]研究了AST對大鼠蛛網膜下腔出血(SAH)后遲發性腦血管痙攣的影響及機制,結果顯示,AST可能通過抑制蛋白激酶B(Akt)信號通路影響SAH大鼠基底動脈血管平滑肌表型的轉換和增殖。史楠等[17]通過大鼠腦缺血再灌注損傷(MCAO)模型探討AST在大鼠MCAO中的作用,AST治療后,大鼠神經功能缺陷評分降低,梗死面積顯著減少,且AST處理組mTOR、p62、caspase-3的mRNA和蛋白水平顯著降低,LC3和Beclin-1的mRNA和蛋白水平顯著升高。表明LC3/mTOR自噬通路在AST治療和緩解大鼠MCAO過程中發揮重要作用。馬亮[18]利用60Coγ射線處理小鼠構建輻射誘導的腦損傷體內模型,用UVA射線刺激大鼠腎上腺嗜鉻瘤細胞PC12建立輻射誘導的神經細胞損傷體外模型,探討AST對輻射誘導腦細胞損傷的保護機制。結果顯示,AST預處理可以拮抗輻射后PI3K/Akt信號通路被抑制所誘發的腦細胞損傷。鄭心甜等[19]研究顯示,AST可通過促進小膠質細胞/巨噬細胞從損傷性M1型向保護性M2型轉化,從而對大鼠腦缺血損傷發揮保護作用。張艷麗等[20]通過建立胎鼠海馬神經干細胞(NSCs)體外氧糖剝奪/再灌注(OGD/R)模型,發現AST可以上調缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)信號通路,增強氧糖剝奪NSCs增殖與分化的能力,從而促進腦缺血損傷的結構和功能的修復。

AST對神經系統性疾病有改善作用,被認為是預防神經性障礙疾病的潛在藥物。高志紅等[21]研究顯示,AST可以通過上調β-catenin蛋白和基因的表達,激活Wnt信號通路,下調Notch-1基因和蛋白的表達,誘導骨髓間充質干細胞分化為神經細胞,從而防治神經退行性疾病。李娟等[22]通過給小鼠側腦室注射LPS建立阿爾茨海默病(AD)小鼠模型研究AST對AD小鼠模型認知功能和腦內神經炎癥的影響,研究結果表明,AST可以明顯降低AD小鼠腦內海馬區炎癥因子TNF-α、白細胞介素-1β(IL-1β)的含量,緩解LPS造成的認知功能損傷,改善AD小鼠的學習記憶功能。李鵬濤等[23]研究顯示,AST可以通過提高β-catenin蛋白和mRNA的表達,抑制Notch1蛋白和mRNA的表達,誘導快速衰老小鼠SAMR1的骨髓間充質干細胞(BMSCs)分化為神經細胞。薛曉利[24]基于模式生物秀麗隱桿線蟲,在生化水平和基因水平上探討AST對秀麗隱桿線蟲的抗衰老作用及其機制,顯示AST可以通過提高線蟲體內超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性、提高SOD和CAT基因的mRNA表達水平以發揮抗衰老的作用機制。

1.6 對心臟的保護作用

張書春等[25]利用高糖培養基處理大鼠胚胎心臟組織來源的H9c2細胞構建心肌細胞損傷模型,發現AST可以通過抑制IKK/NF-κB炎癥通路的過度激活減輕高糖誘導的H9c2心肌細胞損傷。支架內再狹窄是經皮冠狀動脈介入治療術改善冠心病的主要障礙因素之一。尉希清等[26]研究顯示,AST可以通過抑制ROS的產生,降低血小板源生長因子(PDGF-BB)的表達,抑制血管平滑肌細胞(VSMCs)的遷移和增殖,保護血管內皮細胞,預防血管再狹窄。楊雷等[27]通過左冠狀動脈結扎術構建心肌梗死大鼠模型,探討AST對心肌細胞的保護作用機制,研究顯示,AST可以通過下調心肌組織中托樣受體4(TLR4)的mRNA和蛋白表達水平,減輕心肌細胞的凋亡,保護受損的心肌組織。武夢羚等[28]用異丙腎上腺素(ISO)構建體外原代心肌細胞損傷模型,探究AST對SD大鼠乳鼠原代心肌細胞損傷的抗凋亡作用及相關機制。細胞流式結果顯示,AST處理后原代心肌細胞的凋亡率顯著降低。蛋白質免疫印跡法檢測結果顯示,AST處理后抑凋亡基因Bcl-2表達上調,促凋亡基因Bax及Bak表達下調。血管新生是治療缺血性心臟病的主要方向之一,周細胞作為微小血管血管壁的主要成分之一,對穩定血管及血管的發育和重塑有重要作用。王家偉[29]研究表明,AST可以通過調節TGF-β1/Smad2信號通路,促進間充質干細胞向周細胞分化,參與血管的形成和重塑,改善缺血性心臟病。付衛云等[30]采用左冠狀動脈前降支結扎術構建心肌梗死模型研究AST對血管重塑的影響,取得良好的效果,AST可促使大鼠心肌組織中蛋白激酶D1(PKD1)、組蛋白脫乙酰酶5(HDAC5)和血管內皮生長因子(VEGF)mRNA和蛋白表達水平顯著升高,促進大鼠心肌梗死后心肌組織中血管的新生。

1.7 抑制纖維化

AST有一定的抗纖維化作用,如肝纖維化、肺纖維化和腎纖維化。白雪等[31]采用腹腔注射二甲基亞硝胺誘導Wistar大鼠肝纖維化模型探究AST抗肝纖維化效果,研究結果顯示,AST可顯著抑制肝臟膠原的生成,降低肝組織中羥脯氨酸(Hyp)含量,降低血清中丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天冬氨酸氨基轉移酶(AST)、γ谷氨酰轉移酶(GGT)水平及總膽紅素(TBil)含量,升高白蛋白(ALB)含量,表現出顯著的保肝降酶作用。黃霂晗等[32]于C57bl/6小鼠氣管內滴注博來霉素建立肺纖維化模型,初步研究AST對小鼠肺纖維化的抑制作用,結果顯示,AST可通過減少成纖維細胞的生成和抑制膠原蛋白的沉積抑制小鼠肺纖維化。王鵬飛等[33]研究顯示,AST可以通過抑制凋亡并增強自噬改善博來霉素誘導的小鼠肺纖維化。楊茹茜等[34]研究顯示,AST治療顯著改善了小鼠腎組織纖維化,其機制可能與抑制TLR4/My D88依賴信號通路及炎癥因子TNF-α、IL-6和IFN-γ的釋放有關。

1.8 治療糖尿病及其并發癥

AST在治療糖尿病及其并發癥方面表現出優良的應用前景。季天嬌等[35]研究顯示,AST通過激活PI3K/Akt/Fox O1信號通路,抑制糖異生作用,調節糖脂代謝,對2型糖尿病大鼠肝損傷發揮保護作用。劉文等[36]研究顯示,AST可以降低肥胖糖尿病(DM)大鼠體內脂質過氧化物MDA及抗氧化作用分子T-SOD的含量,減少DM大鼠體內ROS的蓄積,激活Nrf2-ARE通路,上調抗氧化基因的表達,緩解胰島β細胞氧化應激損傷。足細胞相關蛋白分子nephrin和podocin表達下調引發的足突間裂孔隔膜完整性破壞是糖尿病腎病(DN)發生的關鍵因素之一。宋志霞等[37]采用腹腔注射鏈脲佐菌素(STZ)建立糖尿病大鼠模型,探討AST對DN大鼠足細胞裂孔膈膜的保護作用及機制。研究結果顯示,AST能夠顯著降低糖尿病大鼠蛋白尿水平,上調足細胞裂孔隔膜蛋白nephrin和podocin表達,下調足細胞損傷標志蛋白desmin表達量,從而抑制DN大鼠的足細胞損傷。NLRP3炎性小體和促炎細胞因子IL-1β可通過多種信號途徑參與糖尿病血管炎性病變,賈新菊等[38]用不同濃度的高糖誘導血管平滑肌細胞,之后用AST進行處理,發現細胞中NLRP3蛋白表達量顯著下調,IL-1β含量顯著降低,表明AST對糖尿病血管炎性病變起保護作用。陳晨等[39]研究顯示,AST可以通過抑制AMPK/mTOR信號通路改善STZ誘導的糖尿病心肌病大鼠氧化應激并延緩心肌肥厚,進而改善心肌損害。余嬋娟等[40]采用腹腔注射STZ構建糖尿病大鼠模型初步探討AST對糖尿病大鼠視網膜病變的防治作用,研究結果顯示,AST可以通過下調NF-κB表達,上調Nrf2表達,改善糖尿病大鼠視網膜氧化應激損傷,從而發揮保護作用。

1.9 治療類風濕性關節炎

類風濕性關節炎是一種慢性自身免疫炎癥性疾病,其特征在于滑膜炎癥、關節軟骨損傷和關節外翻等表現[41]。有報道顯示,口服AST可以緩解IL-1β誘發的關節腫脹,保護其免受軟骨蛋白多糖合成及軟骨細胞增殖過程中IL-1β誘導的損傷,并抑制細胞因子IL-1β、TNF-α和NO的產生[42]。

1.10 抗腫瘤

研究顯示,AST可通過調節腫瘤微環境、調節細胞生長周期、調控免疫系統、增強化療藥物敏感性、協同中藥單體、誘導腫瘤細胞發生凋亡等多種方式發揮抗腫瘤作用。

腫瘤微環境的刺激和支持是導致惡性腫瘤發生的主要因素之一。在腫瘤微環境中,腫瘤相關成纖維細胞可以將致瘤細胞因子、趨化因子、基質金屬蛋白酶等可溶性因子分泌到微環境中,為癌細胞的生存、增殖、遷移和侵襲等提供有利條件。由于腫瘤相關成纖維細胞基因組較穩定,很少突變,因此科研人員將其作為癌癥治療的藥物靶點。WANG Z F[43]等研究顯示,AST可以通過上調miR-214、下調miR-301a在胃癌相關成纖維細胞(GCAFs)中的表達,抑制GCAFs細胞的病變,是一種有效的調節腫瘤微環境的治療藥物。此外,AST可以通過調控細胞周期影響腫瘤細胞的生長,以劑量依賴性方式抑制結直腸癌細胞系SW620和HCT116的增殖,引發細胞G0/G1期的阻滯,并下調細胞周期蛋白(CyclinD1和CDK4)的表達水平[44]。林琳[45]研究顯示,AST可能通過刺激活化Mφ、促進樹突狀細胞DC成熟、促使多種免疫相關細胞因子高表達等多途徑增強機體細胞及體液免疫功能對肝癌荷瘤小鼠發揮抗腫瘤作用。AST還可以通過聯合其他抗癌藥物增強其抗腫瘤效應,AST與貝伐單抗聯合應用后可以顯著提高后者抑制A549細胞增殖能力的敏感性,這與AST能夠通過影響自噬相關蛋白P62和LC3的表達從而抑制自噬的發生,并抑制侵襲相關基因基質金屬蛋白酶-2(MMP-2)和基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)的表達量相關[46]。AST還能與其他中藥單體協同作用產生抗腫瘤作用,ZHANG S等[47]研究發現,AST和姜黃素聯合治療能夠抑制肝癌細胞HCC原位裸鼠模型中腫瘤的生長和血管的生成[47]。AST還可以通過誘導細胞凋亡增強其抗腫瘤效應,吳安妮等[48]研究顯示,AST可能通過抑制Akt信號通路中p-Akt的表達量促進非小細胞肺癌細胞A549和SPC-A1的凋亡。

1.11 抗病毒

柯薩奇病毒B3(CVB3)被認為是引起臨床心血管疾病的主要原因。王麗娟等[49]采用腹腔注射CVB3構建病毒性心肌炎(VMC)小鼠模型,并給小鼠灌胃不同濃度的AST,結果表明,AST可通過抑制VMC小鼠內質網應激和炎性反應減少心肌細胞凋亡和減輕心肌損傷。人體中的腺病毒(ADVs)感染可導致多種疾病,如急性上呼吸道感染和下呼吸道感染、爆發性結膜炎、急性出血性膀胱炎、類風濕性關節炎、免疫缺陷病、腦炎、腦膜炎和嬰兒胃腸炎。AST具有抗人3型腺病毒(HAdV-3)的能力,其潛在機制可能是通過抑制HAdV-3的復制和HAdV-3誘導的細胞凋亡[50]。乙肝病毒(HBV)是導致急性和慢性肝炎的主要誘因,研究顯示,AST可以顯著降低乙型肝炎病毒表面s抗原(HBsAg)和e抗原(HBeAg)的分泌。

1.12 AST的輔助活性

新一代的疫苗往往由于缺乏先天性免疫刺激,導致其免疫原性很差。因此,重組疫苗的合成需要與佐劑結合來增加其效應或刺激適當的免疫反應[51]。有報道顯示,AST治療增加了抗體對卵白蛋白OVA和牛血清白蛋白BSA的應答反應,增強了絲裂原誘導的脾細胞增殖,增加BSA免疫小鼠中T細胞的增殖和IFN-γ的產生[52]。以上結果均表明,AST可以促進體液免疫和細胞免疫反應并有可能應用于新疫苗的設計。

1.13 其他藥理作用

研究顯示,AST對腸道性疾病及骨質疏松癥也有一定的治療作用。楊明月[53]研究顯示,AST可以通過修復腸道上皮屏障緩解腫瘤壞死因子樣配體1A(TL1A)高表達引發的小鼠結腸炎癥。其機制可能與下調TNF-α的表達進而抑制MLCK/p-MLC通路、上調結腸炎結腸黏膜中緊密蛋白的表達相關。成鵬等[54]研究顯示,AST可以通過調節FoxO3a/Wnt2/β-catenin信號通路,升高去卵巢大鼠體內降鈣素和骨保護素的含量,顯著升高腰椎、股骨的骨密度值和脛骨的最大載荷及最大應力,緩解去卵巢大鼠的骨質疏松癥狀。

2 結論及展望

AST因其廣泛的藥理作用被廣泛應用。其藥理功能主要集中在免疫調節、治療哮喘病及多發性硬化癥、抗炎、保護腦損傷和心臟、抑制纖維化、治療糖尿病及類風濕性關節炎、抗腫瘤、抗病毒以及對其他藥物的輔助作用等。但其臨床應用仍處于較初級階段,后續應加強其在臨床方面的研究。此外,由于長期大量采挖,我國野生黃芪數量急劇下降,應加強保護與人工繁殖,保護我國黃芪資源,使其得到充分、良好地開發與利用。