C-藻藍蛋白對肝臟損傷的保護作用及機制研究進展

呂康寧，王蕾，秦松，王莉

C-藻藍蛋白（C-phycocyanin，C-PC）是藍藻的色素復合蛋白質，也是一種是天然食用蛋白色素，具有抗氧化、抗炎和抗腫瘤等藥理作用，并且起效快、毒性低，可以用作功能性食品［1-2］。C-PC 還可增強機體免疫力，安全性好，不引起急性和亞急性毒性反應［3］。富含硒元素的PC被證明藥理作用更強［4］。因此，C-PC 無論是作為藥物，還是作為功能性食品均具有重要的研究價值，已成為藥物研究領域的熱點［5］。本文就C-PC 在肝臟疾病中的應用及機制的研究進展進行綜述。

1 C-PC 對藥物和毒性物質造成肝損傷的改善作用

肝臟是藥物和外源毒性物質的代謝中心，代謝物易造成肝損傷。C-PC 可通過抑制腫瘤壞死因子（TNF）-α和干擾素-γ等炎性因子的合成和釋放，增加過氧化氫酶和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，進而抑制肝臟炎癥，減輕肝損傷［3］。有研究發現，CPC能顯著預防硫代乙酰胺所致的肝損傷，顯著降低谷丙轉氨酶（ALT）和谷草轉氨酶（AST）水平，縮短凝血酶原時間和減輕肝組織病理學損傷，提高暴發性肝功能衰竭大鼠的存活率［6］。C-PC 對硫代乙酰胺誘導的肝性腦病也具有良好的改善作用，表現為暴發性肝功能衰竭大鼠腦內不同區域色氨酸和脂質過氧化指標降低，過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性增強［6］。另一項研究發現，C-PC不僅可減輕2-乙酰氨基芴誘導的氧化應激，減少活性氧（ROS）自由基的生成，還可以抑制其誘導的蛋白激酶B（Akt）磷酸化和核因子（NF）-κB 的核移位，進而抑制多藥耐藥基因的表達［7］。Osman 等［8］的研究結果也表明，C-PC 可使四氯化碳（CCl4）中毒大鼠肝臟中的ALT、AST、過氧化氫酶、尿素、肌酐、SOD 和谷胱甘肽-s-轉移酶等指標水平恢復正常。此結果在人肝細胞株（L02）實驗中也得到了驗證［9］。C-PC可以有效清除ROS，抑制CCl4誘導的大鼠肝臟脂質過氧化［10］。CPC可改善赤霉酸中毒白化大鼠的抗氧化防御系統，并恢復肝臟中肝細胞結構和肝酶活性［11］。作為PC色基的藻藍膽素也能顯著抑制ROS 生成，對多種藥物和毒性物質引起的肝損傷具有改善作用［10］。Liu等［12］研究發現在CCl4誘導的小鼠肝損傷模型中，藻藍膽素也表現出強抗炎作用，可顯著降低ALT、AST水平及TNF-α、細胞色素C的表達，增加白蛋白水平及SOD、增殖細胞核抗原的表達，促進肝細胞再生，改善急性肝衰竭小鼠的生存率。

Gammoudi等［13］采用響應面法優化C-PC的提取工藝，獲得了較高的提取回收率，以優化法提取的C-PC具有清除羥基、超氧陰離子和一氧化氮自由基活性及金屬螯合能力，具有更強的抗氧化作用；CPC顯著提高鎘中毒大鼠體內SOD的活性，并抑制其體內ALT、AST和膽紅素升高。上述研究表明，C-PC對藥物和毒性物質導致的肝損傷具有有效保護作用，具備作為藥物開發的功效基礎。

2 C-PC對肝纖維化的預防作用

肝纖維化是各種慢性肝病發展的必經過程，如早期及時治療可能被逆轉。肝纖維化的關鍵是肝星狀細胞的激活。既往研究發現，低劑量C-PC聯合大豆異黃酮能通過抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性而抑制肝星狀細胞激活［14］，但C-PC 單獨作用能否抑制NADPH 氧化酶活性尚不明確。因此，適當劑量的C-PC和大豆異黃酮聯合應用可能對高危人群的肝纖維化具有預防作用。C-PC 可通過抑制氧化損傷來抑制非酒精性脂肪性肝炎的進展，從而抑制肝纖維化的發生［15］。

上皮間質轉化（EMT）是促進纖維化疾病發生的關鍵機制之一。而C-PC 可抑制轉化生長因子β1（TGF-β1）誘導的人EMT［16］。盡管C-PC 對肝纖維化中EMT 的影響鮮見報道，但有研究發現，C-PC 可以通過抑制上皮間質轉化減輕肺纖維化［17］。另有研究發現，C-PC可減少人真皮成纖維細胞中α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和結締組織生長因子（CTGF）mRNA 的表達，減輕纖維性攣縮［18］。這些研究結果對抑制肝纖維化機制也有借鑒意義，為進一步將CPC 作為一種潛在的抗纖維化藥物進行研究提供了一定的理論基礎。

3 C-PC對肝臟缺血再灌注損傷的保護作用

肝臟缺血再灌注損傷是一種重要的臨床病理生理現象。研究發現，在離體灌流大鼠肝臟模型中，添加2 種不同劑量（0.1 g/L 和0.2 g/L）C-PC 的Krebs Henseleit 保存液一方面可顯著降低肝臟ALT、AST和堿性磷酸酶的活性，減少脂質過氧化速率和丙二醛的含量；另一方面其可增加肝臟谷胱甘肽-s-轉移酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性及肝組織中巰基的含量，因此，C-PC 作為一種抗氧化劑可顯著減輕肝臟缺血再灌注損傷［19］。在離體灌流小鼠肝臟中發現，C-PC可顯著降低肝巨噬細胞（Kupffer細胞）的吞噬功能和呼吸爆發活性，減輕高活性Kupffer細胞導致的細胞毒性和炎癥反應，并呈劑量依賴性抑制灌流肝臟對碳的吞噬和碳誘導的氧攝取，進而抑制甲狀腺激素誘導的肝臟一氧化氮合酶活性升高［20］。

然而C-PC在體內的半衰期極短，限制了其在體內的應用。有研究發現使用具有良好的載藥量和緩釋性能的大分子材料聚乙二醇-b-（聚谷氨酸-g-聚乙烯亞胺）作為C-PC 的納米載體可解決這一問題，該復合物在大鼠腹部皮下注射后，可延緩C-PC的釋放，減輕肝臟缺血再灌注所致的胰島損傷，增強胰島功能［21］。該研究拓寬了C-PC 在體內的應用范圍，提高了C-PC的治療效果。

4 C-PC對肝癌的抑制作用

有研究發現，C-PC 能顯著降低人肝癌細胞（HepG2細胞）中基質金屬蛋白酶（MMP）-2和MMP-9 的表達活性及組織金屬蛋白酶抑制因子2（TIMP2）mRNA 的表達［22］。C-PC 是一種天然光敏劑，以藻藍蛋白微囊藻毒素介導的光動力療法（PDT）能誘導HepG2 細胞大量積累ROS，促進其線粒體損傷和細胞色素C 釋放，達到肝癌細胞凋亡的目的［23］。Liu 等［24］采用乳糖酸接枝和阿霉素負載的方法制備的納米級C-PC顆粒在聯合化療-PDT作用時，該C-PC顆粒能有效地在腫瘤多細胞球體中蓄積和擴散，從而增強對HepG2 細胞的生長抑制作用。體內外實驗對富含硒元素的PC 對肝癌的PDT 效應研究表明，富硒PC定位從溶酶體向線粒體的遷移具有時間依賴性，富硒的PC-PDT 在體內可通過產生自由基誘導腫瘤細胞死亡，提高體內抗氧化酶的活性，誘導線粒體介導的凋亡并抑制自噬，為腫瘤的治療提供了相對安全的途徑，顯示出新的開發前景［4］。

Lin 等［25］將C-PC 與單壁碳納米角結合，制備出的藻藍蛋白功能化的單壁碳納米角雜交體，增強了C-PC的光穩定性，并能保護單壁碳納米角不被血漿蛋白吸附，協同PDT 和光熱療法（PTT）治療腫瘤。將C-PC 與生物二氧化硅共價偶聯后協同PDT 或與吲哚箐綠非共價偶聯后協同PTT作用于腫瘤相關巨噬細胞，同樣可以提高腫瘤細胞的凋亡率［26-27］。這些促進PDT和PTT協同治療癌癥方法的開發，為CPC的應用拓寬了思路，增強了其在治療肝癌方面的應用價值。

另外，C-PC 可以通過NF-κB 和激活蛋白-1（AP-1）介導的途徑抑制HepG2 細胞中多藥耐藥基因的表達，C-PC 以劑量依賴方式增加阿霉素在HepG2 細胞中的蓄積，使細胞對阿霉素的敏感性提高5 倍［28］。即使是對阿霉素耐藥的HepG2 細胞，CPC 仍可誘導其激活細胞色素C 和caspase-3 等凋亡途徑［29］。Prabakaran等［30］的研究結果同樣佐證了CPC 具有抑制HepG2 細胞增殖的效果，且主要通過BCR-ABL 信號和下游PI3K/Akt 通路失活介導。此外，C-PC 還能修飾線粒體膜電位，促進癌細胞凋亡［30］。目前，C-PC是一種與其他已被廣泛用于治療癌癥的藥物協同作用的分子［31］。以上研究證明了C-PC在肝癌領域具有良好的治療潛力。

5 C-PC 對代謝綜合征和非酒精性脂肪肝的改善作用

有研究發現，C-PC可降低缺乏膽堿的高脂飼料誘導的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）模型大鼠的ALT 和AST 水平，減少ROS 產生和NF-κB 的激活，減輕肝纖維化，因此，C-PC 通過抗炎和抗氧化機制對NAFLD 大鼠具有保護作用［15］。另一項研究用螺旋藻水提取物（主要成分為C-PC）對高熱量/高脂的西方飲食誘導的C57Bl/6J 小鼠NAFLD 影響的研究表明，螺旋藻水提取物可以顯著改善小鼠葡萄糖耐量，降低血漿膽固醇并增加膽汁中熊去氧膽酸的含量［32］。Kasbi-Chadli 等［33］的研究表明，螺旋藻水提取物可以通過顯著降低膽固醇合成的限制酶羥基-3-甲基戊二酰輔酶A 還原酶（HMG CoA）基因及TGF-β1基因的表達，降低高脂飲食倉鼠肝臟的膽固醇和鞘脂含量及主動脈膽固醇含量，并且高螺旋藻水提取物治療組糞便中熊去氧膽酸含量明顯增加。每天服用一定劑量富含C-PC 的螺旋藻可以減少由富含脂質過氧化物的飲食引起的氧化應激的有害影響［34］。Ma 等［35］研究發現，C-PC 在體內外均能促進肝細胞AMP 依賴的蛋白激酶（AMPK）磷酸化，提高乙酰輔酶A 羧化酶的磷酸化水平。在治療小鼠NAFLD 的過程中，C-PC 能通過上調磷酸化AMPK和受AMPK調控的轉錄因子過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPAR-α）的表達及其靶基因CPT1的表達水平，下調TNF-α和CD36等促炎因子的表達，改善肝臟炎癥［35］。這表明，C-PC還可通過AMPK途徑改善肝臟中的脂質沉積。

內皮功能障礙與高血壓、動脈粥樣硬化和代謝綜合征有關。對自發性高血壓動物模型的研究發現，長期服用C-PC可能通過增加主動脈內皮型一氧化氮合酶含量來改善大鼠全身血壓，且血壓呈劑量依賴性下降，因此C-PC可能有助于預防代謝綜合征中與內皮功能障礙相關的疾病［36］。在妊娠期和哺乳期喂食C-PC的載脂蛋白E缺陷小鼠所生后代中，雄性仔鼠肝臟還原型/氧化型谷胱甘肽比值升高，肝臟SOD 和谷胱甘肽過氧化物酶基因表達顯著降低，CPC 可有效防止成年后遺傳性高膽固醇血癥小鼠動脈粥樣硬化的發生［37］。在體外研究中，C-PC還可改善高糖誘導的胰島素抵抗HepG2細胞生成葡萄糖及表達磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-Pase）［38］。C-PC 還能通過胰島素受體底物（IRS）/PI3K/Akt 和Sirtuin-1（SIRT1）/肝激酶B1（LKB1）/AMPK 信號通路增加高葡萄糖誘導的胰島素抵抗HepG2 細胞對葡萄糖的攝取，激活糖原合成酶，增加糖原含量［38］。C-PC能改善四氧嘧啶誘導的糖尿病小鼠的血糖和空腹血清胰島素等水平［39］。因此，C-PC可以通過改善肝細胞胰島素抵抗來維持細胞葡萄糖穩態。

6 C-PC在其他肝病中的肝保護作用

研究表明，C-PC可在抑制酒精性肝損傷模型小鼠的血清總膽固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、ALT、AST 和丙二醛水平的同時，顯著增加肝臟中SOD 含量，促進CD4+T細胞激活增殖，對酒精性肝損傷具有改善作用［40］。另外C-PC 還可能通過增強腸道屏障功能，調節腸道菌群，減少細菌及代謝產物向肝臟的易位，抑制Toll樣受體4（TLR4）/NF-κB通路的活性，減輕小鼠肝臟炎癥和預防肝纖維化的發生［41］。在X線輻射誘導的肝損傷小鼠中，C-PC可通過上調核因子（NF）-E2相關因子2（Nrf2）的表達和下游基因，如HO-1 的表達，減輕輻射引起的DNA 損傷和氧化應激損傷，并通過增強SOD 和谷胱甘肽過氧化物酶活性等途徑發揮肝臟保護作用［42］。

7 展望

肝纖維化是慢性肝病共同的最后過程，目前尚無有效的治療藥物，雖然在中醫藥領域取得了一些對肝纖維化逆轉的研究進展［43］，但其毒理作用尚未明確。盡管隨著疫苗和抗病毒藥物的研發和普及，病毒性肝炎的發病率已逐漸下降，但是隨著人們生活條件的改善，藥物性肝損傷和NAFLD等肝臟疾病的發病率逐年上升［44］。因此，迫切需要尋求既有助于維持正常的肝細胞功能，又能有效地抑制肝臟炎癥和纖維化的藥物或營養物質。C-PC 所具有的抗炎、抗氧化和抗腫瘤作用，及良好的食品著色作用，無論在藥物行業還是食品行業都將具有廣泛的應用前景。