茯苓多糖和三萜類化合物藥理作用研究進展

張心玉,林瑋,雷舒月,郭朝瑞,陳西敬

(中國藥科大學 基礎醫學與臨床藥學學院,江蘇 南京 210009)

茯苓為多孔菌科真菌茯苓Poriacocos(Schwein) Wolf的干燥菌核,是一種腐生真菌,作為傳統草藥被廣泛使用[1]。茯苓是藥食兩用的常見藥材,首載于《神農本草經》,被列為“主養命一應天”的“上品”。茯苓含有多種化學成分,如多糖、三萜、二萜、甾醇、氨基酸、脂肪酸、蛋白質、核苷酸、揮發油及多種微量元素,以三萜類和多糖類為主[2]。現代醫學研究表明,茯苓具有保腎利尿、降糖降脂、抗炎抗氧化等多種生物學活性,其主要活性成分是三萜和多糖及結構衍生物。本文將從茯苓的生物活性和藥理作用方面進行綜述,以期為深入開展茯苓的研究及開發相關制劑提供理論依據和借鑒。

1 茯苓藥理作用的研究現狀

1.1 抗腫瘤

多糖和三萜類化合物為茯苓發揮抗腫瘤作用的主要活性成分。茯苓酸(Pachymic acid,PA)是茯苓中主要的羊毛烷型三萜類化合物[3]。Wang等[4]的實驗結果顯示,經PA處理后,胃癌細胞的增殖受到明顯抑制,黏附明顯降低,細胞的運動距離和平均速度均明顯下降。另外,PA顯著影響了胃癌細胞上皮間質轉化相關蛋白的表達。Xu等[5]研究發現,茯苓中的三萜化合物PA、豬苓酸(Polyporenic acid C,PPAC)和16α-羥基曲坦酚酸(16α-hydroxytrametenolic acid,HTA)可以選擇性激活視黃醇X受體(Retinoid X receptor,RXR),因此具有潛在的抗腫瘤和抗急性早幼粒細胞白血病活性。

有研究者從茯苓中成功分離出具有抑制人乳腺癌MDA-MB-231細胞遷移的多糖,并證明該功效是通過抑制特異性富含AT序列結合蛋白(Special AT-rich sequence binding protein 1,SATB-1)實現的[6]。唐恩紅等[7]研究發現,茯苓多糖能通過下調磷酸化的細胞外調節蛋白激酶1/2(Phosphorylated extracellular regulated protein kinases 1/2,p-ERK1/2)表達,抑制ERK信號通路磷酸化,從而顯著抑制宮頸癌HeLa細胞的增殖和遷移,并誘導其凋亡。

1.2 保腎利尿

現代研究表明,茯苓可用于治療腎纖維化和急性腎損傷。Jiang等[8]研究發現PA對缺血再灌注誘導的小鼠急性腎損傷具有保護作用,這可能與PA通過直接或間接激活核因子e2相關因子2(Nuclear factor erythroid derived 2 like 2,Nrf2),抑制腎臟鐵死亡,并上調下游鐵死亡相關蛋白的表達有關。另外,Chen等[9]從茯苓中鑒定出4種新的三萜酸成分:茯苓酸ZI、ZJ、ZK和ZL。其中,茯苓酸ZI可作為一種特異性基質金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP)抑制劑,減輕上皮間質轉化和腎纖維化,有望成為緩解腎纖維化的候選藥物。Yi等[10]研究發現,茯苓可減少MMP的釋放,減輕重癥急性胰腺炎中高液量加重的胰腺和腎臟損傷。

另外,茯苓在我國一直是消腫利水的良方。李慧君等[11]考察了10批不同產地的茯苓水提物對腎陽虛型下焦水腫大鼠腎功能的影響,實驗結果表明,各組均可改善下焦水腫大鼠的腎功能。Liang等[12]證實了茯苓水提取物和茯苓乙醇提取物均有良好的降尿酸和腎保護作用。田婷等[13]研究表明,茯苓乙醇提取物對大鼠有顯著的利尿作用,主要有效成分是四環三萜類化合物。水通道蛋白2(Aquaporin-2,AQP2)在腎臟的尿液濃縮過程和水平衡調節中發揮重要作用。Lee等[14]研究表明,茯苓呈濃度依賴性地抑制高滲誘導的AQP2表達水平升高,同時降低高滲應激誘導的凋亡蛋白(BCL-2-associated X protein,Bax)或半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)表達,從而發揮抗凋亡作用。這些結果證明了茯苓對體外高滲壓力下腎集合管的水平衡具有良好的保護作用,并在高滲應激下表現出抗凋亡的特性。

1.3 調節糖脂代謝

茯苓在體內的降脂作用已被證明。Zhu等[15]通過酶解法制備了含有(1→2)-β-D-Glcp、(1→2)-α-D-Glcp和(1→4)-α-D-Glcp糖殘基的新型茯苓寡糖(Poriacocosoligosaccharides,PCOs),并發現PCOs可以通過逆轉與甘油磷脂、不飽和脂肪酸、氨基酸、膽堿、膽汁酸、色氨酸、鞘脂和谷胱甘肽代謝相關的代謝通路,顯著抑制高脂喂養的血脂異常小鼠的脂質代謝紊亂。Cai等[16]研究表明,茯苓三萜酸可以競爭性抑制腸道頂端鈉依賴性膽汁酸轉運蛋白(Apical sodium-dependent bile acid transporter,ASBT)和肝臟鈉/牛磺膽酸共轉運多肽(Sodium/taurocholate cotransporting polypeptide,NTCP),從而增加血膽固醇向膽汁酸的轉化,降低血脂水平。Kim等[17]研究表明,茯苓及三萜酸以單磷酸腺苷依賴的蛋白激酶(Adenosine 5‘-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)依賴的方式,通過調節脂質代謝、抑制內質網應激和激活自噬來改善肝脂肪變性。

另外,茯苓可以通過調節脂質代謝保護脂肪性肝病進展。2022年,Ye等[18]研究表明,茯苓多糖可以通過調節多聚二磷酸腺苷核糖轉移酶(Poly (adenosine diphosphate-ribose) polymerase family,member 1,PARP-1)抑制非酒精性脂肪肝(Nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)模型小鼠的腸道細胞焦亡,減少模型導致的腸-血管屏障破壞和內毒素移位,從而有效減輕NAFLD模型誘導的肝臟和腸道的病理損傷。Jiang等[19-20]研究發現,茯苓多糖可調節編碼細胞色素P4502E1酶的表達,抑制Toll樣受體4/核因子κB(Toll-like receptor 4/nuclear factor kappa-B,TLR4/NF-κB)炎癥信號通路,減輕氧化應激和炎癥損傷,同時改善腸屏障損傷、減輕肝臟脂肪變性,改善酒精性肝損傷。He[21]等人通過生物信息學分析和高脂飲食誘導的脂肪性肝病(Metabolic dysfunction-associated fatty liver disease,MAFLD)大鼠模型評估茯苓乙醇提取物對肝臟血脂異常、脂肪變性和炎癥的影響。實驗結果表明,茯苓通過法尼酯X受體/過氧化物酶體增殖物激活受體α-膽固醇調節元件結合蛋白(Farnesoid X receptor/peroxisome proliferators-activated receptorα-sterol regulatory element binding protein,FXR/PPARα-SREBP)信號通路調節脂質穩態和膽汁酸代謝,從而減輕高脂飲食誘導的MAFLD。其中,茯苓三萜類物質如茯苓新酸B和茯苓新酸C是茯苓治療MAFLD的特征性物質。

茯苓是國內治療2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)最常用的10種中藥之一[22],其多種活性成分均顯示出降糖作用。黃本昌等[23]研究表明,PA治療能夠更有效地降低db/db小鼠血糖、血肌酐、尿素氮及尿蛋白的水平,延緩T2DM腎病的疾病進展。Chen等[24]證實了部分堿不溶性羊毛烷類三萜化合物對高脂飲食誘導的肥胖小鼠具有降血糖和降血脂的活性。韓思婕等[25]研究表明,茯苓多糖可以通過減弱氧化應激,上調胞內磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B/叉頭框轉錄因子1(Intracellular phosphatidylinositol kinase/protein kinase B/forkhead box transcription factor 1,PI3K/Akt/FoxO1)通路,從而下調糖異生關鍵酶磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶(Phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖6磷酸酶(Glucose 6-Phosphatase,G6Pase)的蛋白表達,抑制肝臟糖異生,進而有效降低T2DM模型大鼠的血糖水平,調節糖脂代謝。

1.4 調節腸道菌群

隨著分子生物學、基因組學等的高速發展,腸道菌群的相關研究進程也在飛速向前。茯苓多糖是茯苓調節腸道菌群的主要活性成分。Zou等[26]通過整合腸道細菌基因組學、代謝組學及其相關性分析,發現茯苓多糖對順鉑誘導的腸損傷具有保護作用,其機制可能與調節腸道菌群和代謝有關。Liu等[27]的研究結果表明,茯苓多糖主要通過靶向瘤胃菌科(Ruminococcaceae)NK4A214組恢復腸道菌群,緩解慢性非細菌性前列腺炎。Yin等[28]發現,茯苓多糖可通過調節腸道炎癥、改善腸道上皮屏障、調節ApcMin/+小鼠腸道菌群等途徑,有效提高5-氟尿嘧啶(Fluorouracil,5-FU)的抗癌效果。Xu等[29]研究表明,茯苓多糖可以通過調節腸道菌群和腸黏膜屏障的穩態改善小鼠抗菌藥物相關性腹瀉。

腫瘤的發展往往伴隨著顯著的腸道損傷和微生物群失調。Jiang等[30]人發現,茯苓可通過增加乳腺癌小鼠腸道內的乳酸桿菌(Lactobacillus)、雙歧桿菌(Bifidobacterium),減少硫酸鹽還原菌脫硫弧菌(Desulfovibrio)和炎癥相關菌脫鐵桿菌(Mucispirillum)、S24-7,增加腸道菌群的多樣性,改善乳腺癌小鼠腸道菌群失調,修復腸道屏障功能。

1.5 免疫調節

目前茯苓活性成分對免疫調節作用的研究主要集中在茯苓多糖。Tian等[31]將茯苓多糖作用于脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)活化的RAW264.7型巨噬細胞和LLC腫瘤小鼠,采用Griess反應和細胞因子檢測試劑盒檢測一氧化氮(NO)和輔助性T細胞因子(Th1、Th2、Th17)的濃度,并檢測相關信號分子的表達。結果表明,茯苓多糖可以通過濃度依賴性釋放NO和調節TLR4/泛素連接酶(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)/NF-κB信號通路,在體內、外發揮免疫調節作用,增強抗肺癌的免疫活性。Pu等[32]研究表明,茯苓多糖的免疫調節作用是通過激活巨噬細胞內Ca2+/蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)/P38/NF-κB信號通路實現的。Dong等[33]研究了茯苓多糖對卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)誘導的C57/BL6小鼠Th1型免疫應答的輔助作用。實驗結果表明,茯苓多糖上調了Th1型細胞因子的產生,增強了細胞免疫應答,具有作為Th1免疫應答疫苗佐劑的潛力。Liu等[34]以家蠶為模型動物,利用Illumina HiSeq Xten平臺,通過檢測家蠶固有免疫參數的變化來評估茯苓多糖對家蠶的免疫調節作用。結果表明,血腔注射茯苓多糖可顯著增強家蠶的細胞免疫功能,包括血細胞吞噬、微聚集和擴散能力。這些發現將為茯苓作為免疫調節劑在疾病預防中的應用奠定科學基礎。

同時,茯苓三萜也表現出了免疫調節活性。謝健航等[35]用兔紅細胞免疫小鼠制備體液免疫反應模型,然后灌胃給予小鼠茯苓總三萜。結果表明,大劑量(400 mg/kg)和中劑量(200 mg/kg)的茯苓總三萜能減輕遲發性超敏反應小鼠耳廓腫脹度,降低脾臟指數,改善佐劑性關節炎模型大鼠的足趾腫脹度。這提示了茯苓總三萜能抑制小鼠的免疫反應,對大鼠佐劑性關節炎有一定的治療作用。

羧甲基茯苓多糖(Carboxymethylpachymaran,CMP)是由茯苓多糖經羧甲基化而半合成的一種新型茯苓水溶性多糖。陳繼巖[36]通過體內和體外實驗證明了CMP有抑制乙型肝炎病毒,調節轉化生長因子β/重組人蛋白(Transforming growth factor-β/smad family member,TGF-β/Smad)信號轉導通路的作用。王楠[37]通過細胞病變抑制實驗,證實了CMP在因感染單純皰疹病毒Ⅰ型(Herpessimplexvirus I,HSV-I)所致豬腎傳帶細胞病變具有保護作用。Wu等[38]通過網絡藥理學方法發現PA對新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)的主要蛋白酶有一定的抑制作用。

1.6 抗炎抗氧化

動脈粥樣硬化(Atherosclerosis,AS)是一種多灶性、由脂質引起的中大動脈的免疫炎癥性疾病,與血脂異常、炎癥因子和氧化應激密切相關[39]。Li等[40]發現,茯苓多糖可以通過抑制主動脈TLR4/NF-κB通路的激活,從而抑制高脂飲食誘導的ApoE-/-小鼠血清炎癥介質的升高。同時,茯苓多糖還降低了丙二醛的濃度,提高了超氧化物歧化酶的活性,改善了主動脈的病理改變。此外,Zhao等[41]研究表明,茯苓多糖可以通過ERK激活Nrf2/血紅素氧合酶(Heme Oxygenase-1,HO-1)信號通路,抑制氧化低密度脂蛋白(Oxidatively modified low density lipoprotein,ox-LDL)誘導的血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cells,VSMCs)的炎癥反應和氧化應激,抑制泡沫細胞形成。總之,這些結果都表明茯苓多糖可能是一個有前景的治療動脈粥樣硬化的候選藥物。Huang等[42]連續5周給予大鼠不可預測的慢性溫和刺激及茯苓水提取物,考察茯苓提取物的抗抑郁作用。結果表明,茯苓顯著降低了模型大鼠的額葉皮質多巴胺(Dopamine,DA)和5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)的轉換率,并抑制了額葉皮質中P38、NF-κB和腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factorα,TNFα)等炎癥因子的表達減少。這說明茯苓水提取物可能通過下調炎癥反應實現抗抑郁作用。

人皮膚老化的特征之一是MMP和膠原降解增加,這是由過氧化氫(H2O2)相關的活性氧自由基(ROS)積累觸發的。Fang[43]等先后用100 μmol/L的H2O2和100～400 μg/mL的茯苓水提物刺激Hs68人皮膚成纖維細胞24 h,發現茯苓提取物可顯著阻止H2O2誘導的細胞死亡,這與減少ROS積累相關。同時,茯苓提取物抑制了MMP、炎癥標志物和皮膚老化標志物的表達,增加了TGF-β1的水平和抗氧化相關蛋白的表達。這表明茯苓可有效減輕氧化應激相關的皮膚老化效應,有望成為化妝品中的潛在制劑成分。

1.7 治療骨骼疾病

絕經后婦女雌激素缺乏會破壞骨穩態,導致骨丟失和骨質疏松。Hwang等[44]首次利用卵巢切除小鼠構建了絕經后骨質疏松模型,檢測了茯苓乙醇提取物對破骨細胞分化和雌激素剝奪誘導的骨丟失的影響。結果表明,口服茯苓可以通過抑制活化T細胞核因子1(Nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1,NFATc1)負調控破骨細胞的分化和功能,減輕雌激素缺乏引起的骨丟失和骨髓中的脂質堆積。

溶骨性病變導致的病理性骨折嚴重威脅患者的健康。破骨細胞在骨吸收中發揮重要作用,其功能亢進與溶骨性病變密切相關。Song等[45]發現,茯苓多糖可以下調信號轉導和轉錄激活因子3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)、P38、ERK和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)的磷酸化,從而抑制NFATc1的表達。此外,骨吸收相關蛋白如抗酒石酸酸性磷酸酶(Tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)和破骨細胞的關鍵酶組織蛋白酶K(Cathepsin K,CTSK)的表達也被茯苓多糖抑制。這些結果表明,茯苓多糖可以通過抑制破骨細胞生成來作為治療溶骨性疾病的候選藥物。

1.8 治療神經系統疾病

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是最常見的神經退行性疾病,淀粉樣β蛋白(Amyloidβ-protein,Aβ)斑塊是AD的標志。Sun等[46]研究表明,茯苓可以通過恢復Aβ生成和清除的失衡、改善腸道菌群失調、逆轉膽汁酸代謝功能障礙來改善AD小鼠的認知功能。Lyu等[47]腹腔注射Aβ1-42于雄性大鼠體內構建AD模型,并連續灌胃給予茯苓精油(Poriacocosessential oil,PCEO)30 d。實驗結果表明,PCEO可抑制AD大鼠海馬和皮層乙酰膽堿酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)的活性,改善AD大鼠的認知功能,對AD產生保護作用。Zhou等[48]研究發現,茯苓多糖可減輕右旋半乳糖(D-galactose)和三氯化鋁誘導的阿爾茨海默病大鼠的氧化應激、凋亡、炎癥反應,抑制絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)/NF-κB通路,從而發揮神經保護作用。Kim等[49]證實了茯苓提取物可通過γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)A型受體促進抑制性神經傳遞,從而改善ICR小鼠的睡眠質量和結構。

1.9 其他

另有研究表明,茯苓還具有美白、保濕、改善功能性消化不良等多種生理作用。水通道蛋白-3 (Aquaporin-3,AQP3)是維持表皮水通透性屏障所必需的。Park等[50]研究表明,茯苓乙醇提取物通過激活人角質形成細胞中PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路,增加AQP3的表達,有利于皮膚保濕。在皮膚中,黑素細胞通過黑素生成來決定皮膚的顏色,從而誘導對氧化應激和紫外線損傷的保護機制。2018年,Lee等[51]發現,茯苓提取物可以通過抑制酪氨酸酶活性減少B16F10細胞的黑色素合成,為茯苓作為潛在美白劑的使用提供了證據。Tu等[52]研究表明,茯苓提取物可通過調節腦腸肽、增強免疫和修復胃腸黏膜改善功能性消化不良。

2 總結與展望

近些年的研究表明,茯苓提取物及主要成分具有多種藥理活性,包括抗腫瘤、免疫調節、抗炎、抗氧化、調節腸道菌群、保肝降脂、保腎降糖、治療骨骼疾病、調節神經系統等,具有開發為抗腫瘤、降血脂、安神等藥品、化妝品及功能保健食品的潛力。茯苓多糖和三萜類化合物是首要的兩種活性成分,但其研究仍停留在體外及動物實驗階段,一些生物活性和藥理作用尚不明確,因此全面應用到臨床還需研究者們進一步深入研究。