蒽醌類化合物用于潰瘍性結(jié)腸炎治療的研究進(jìn)展

廖伊琦, 康玥(綜述), 余祥彬, 余越(審校)

根據(jù)病變累及的解剖范圍,潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)通常可分為直腸炎、左半結(jié)腸炎(即乙狀結(jié)腸或不累及降結(jié)腸)以及全結(jié)腸炎,少數(shù)患者還會(huì)累及回腸。UC的病因尚不明確,可能與免疫功能障礙、遺傳易感性和微生物失衡有關(guān)。臨床治療中,常使用美沙拉嗪制劑、皮質(zhì)類固醇和免疫抑制劑等藥物來(lái)控制炎癥反應(yīng),從而緩解癥狀,促進(jìn)結(jié)腸黏膜愈合。近年來(lái),具有新靶點(diǎn)的生物制劑不斷進(jìn)入臨床試驗(yàn),可通過(guò)減輕炎癥反應(yīng)及修復(fù)腸黏膜達(dá)到治療目的[1]。然而,仍有部分患者出現(xiàn)藥物無(wú)應(yīng)答或停藥后復(fù)發(fā)[2]。近年來(lái),有關(guān)UC治療藥物的研究不斷取得進(jìn)展,針對(duì)其他單體成分和中藥的研究發(fā)現(xiàn),蒽醌類化合物可在UC的治療中發(fā)揮良好的抗炎作用,現(xiàn)進(jìn)行綜述如下。

1 醌類化合物

醌類化合物可以分為苯醌(具有對(duì)苯醌和鄰苯醌2種結(jié)構(gòu))、萘醌、菲醌和蒽醌4種類型(圖1),其中蒽醌類化合物是天然醌類化合物中數(shù)量最多、最重要的一類化合物,分布于蓼科、豆科、玄參科及百合科等植物中(如大黃、蘆薈、虎杖和番瀉葉等)。在天然蒽醌類化合物中,9,10-蒽醌最為常見(jiàn)[3]。蒽醌類化合物在植物中可游離存在,也可與糖結(jié)合成苷。游離的蒽醌類化合物極性較小,微溶或不溶于水,但成苷后極性增大[3]。

圖1 常見(jiàn)醌類化合物的結(jié)構(gòu)式

2 蒽醌單體化合物治療UC的研究

蒽醌單體化合物主要有大黃素(Emodin, Emo)、大黃酸(Rhein, Rh)、大黃酚(Chrysophanol, Chr)、蘆薈大黃素和大黃素甲醚等,在抗腫瘤、抗炎及抗菌等方面均有相關(guān)研究報(bào)道[3]。有關(guān)蒽醌單體化合物治療UC的研究主要涉及抑制炎癥通路、抑制促炎因子釋放和調(diào)節(jié)腸道微生物等方面。

2.1 蒽醌類化合物治療UC與結(jié)腸黑變病(melanosis coli, MC)的關(guān)系 MC的本質(zhì)是含有脂褐素樣物質(zhì)積聚在結(jié)腸黏膜固有層內(nèi)的巨噬細(xì)胞中,導(dǎo)致結(jié)腸黏膜著色[4]。近年來(lái),隨著人們對(duì)用藥的關(guān)注度增加,蒽醌類化合物導(dǎo)致MC的情況逐漸被重視。“黑變”與病變的聯(lián)系一直是人們關(guān)注的問(wèn)題之一。目前研究認(rèn)為：(1)蒽醌類中藥需要大劑量使用或正常劑量長(zhǎng)期使用才會(huì)引發(fā)MC[5],而通常蒽醌類藥物用于治療UC時(shí)療程短、劑量小,并不一定能達(dá)到引起MC的程度;(2)MC本身是一種代謝性、非炎癥性的良性結(jié)腸黏膜色素沉著性疾病,目前尚無(wú)MC引發(fā)結(jié)直腸癌的直接證據(jù)[6]。因此使用蒽醌類化合物治療UC仍可能是安全的。

2.2 Emo Emo的化學(xué)名為1,3,8-三羥基-6-甲基蒽醌(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2),具有多種藥理活性,包括抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗感染、免疫抑制和促進(jìn)成骨活性等[7-8]。Emo對(duì)多種疾病具有潛在的治療作用,包括心肌梗死、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病等[9-12]。

圖2 大黃素的結(jié)構(gòu)式

2.2.1 Emo治療UC的潛在機(jī)制 GAO等[13]的實(shí)驗(yàn)證實(shí),Emo可通過(guò)增加腸道有益微生物的豐度和抑制有害細(xì)菌的豐度,減輕大腸埃希菌(Escherichiacoli,E.coli)引起的腸道損傷,改善腸黏膜的

屏障功能。另外,膿毒癥作為一種由細(xì)菌等病原微生物侵入機(jī)體引起的全身炎癥反應(yīng)綜合征,可能通過(guò)引發(fā)腸道菌群紊亂參與UC的發(fā)病。張瑞[14]指出,Emo可在一定程度重新平衡膿毒癥導(dǎo)致的腸道菌群紊亂,降低變形桿菌(Proteobacteria)的豐度,重新平衡早期膿毒癥小鼠的腸道菌群構(gòu)成比例,減少致病菌數(shù)量,減少促炎因子釋放,從而緩解小鼠的UC癥狀。LUO等[15]發(fā)現(xiàn),UC小鼠給予Emo灌胃后,結(jié)腸組織中表達(dá)增加的TLR5和NF-κB p65可被抑制,提示Emo對(duì)結(jié)腸炎的治療作用與調(diào)節(jié)TLR5信號(hào)通路有關(guān)。

此外,XU等[16]的研究結(jié)果表明,小劑量黃芩苷與Emo合用,對(duì)葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium,DSS)誘導(dǎo)的小鼠UC癥狀有明顯的緩解作用,可緩解小鼠體質(zhì)量減輕、抑制結(jié)腸縮短、降低疾病活動(dòng)指數(shù)和減輕腸道損傷。黃芩苷可降低CD14的表達(dá)[17],Emo可增加PPAR-γ的表達(dá),兩者均可抑制NF-κB的活性,在UC小鼠中表現(xiàn)出聯(lián)合抗炎作用,降低UC小鼠結(jié)腸中CD14/TLR4/NF-κB通路蛋白的表達(dá),同時(shí)增加PPAR-γ蛋白的表達(dá)。

2.2.2 Emo制劑治療UC 雖然目前已有部分Emo治療UC的研究報(bào)道,但Emo在水中的溶解性極低,給臨床用藥增加了難度。PU等[18]將乳鐵蛋白(lactoferrin, LF)包裹Emo的納米粒(Emo-NPs)負(fù)載到β-1,3-D-葡聚糖微載體酵母細(xì)胞壁微粒子(β-1,3-D-glucan based microcarrier, yeast cell wall microparticles, YPS)中,形成一種具有雙靶向?qū)拥募{米微米系統(tǒng)(Emo-Nyps),用于結(jié)腸的靶向治療。外層靶向策略：YPS與巨噬細(xì)胞上的β-葡聚糖-Dectin-1受體結(jié)合,促進(jìn)Emo-Nyps靶向富含巨噬細(xì)胞的炎癥部位,從而增強(qiáng)Emo的抗炎作用。YPS還具有保護(hù)Emo-Nyps在胃環(huán)境中的穩(wěn)定性和控制結(jié)腸周圍負(fù)載的Emo-NPs釋放的能力。內(nèi)層靶向策略：以負(fù)載LF配體的Emo-NPs靶向腸上皮細(xì)胞表面的LF靶點(diǎn),增加細(xì)胞對(duì)Emo-NPs的攝取效率,增強(qiáng)黏膜的修復(fù)效果。研究提示,口服結(jié)腸靶向Emo-Nyps制劑可能是一種新型有效的治療UC的藥物遞送方法。

2.3 Rh Rh的化學(xué)名為1,8-二羥基-3-羧基蒽醌(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖3),是一種常見(jiàn)的蒽醌類化合物,具有多種藥理活性,如抗炎、抗腫瘤、抗纖維化和調(diào)節(jié)血脂等[19]。

圖3 大黃酸的結(jié)構(gòu)式

2.3.1 Rh治療UC的潛在機(jī)制 WU等[20]研究發(fā)現(xiàn),Rh能明顯減輕DSS誘導(dǎo)的UC,一定程度上恢復(fù)腸屏障功能。該實(shí)驗(yàn)采用16s rRNA基因測(cè)序手段,評(píng)估糞便菌群移植(fecal microbiota transplantation, FMT)對(duì)腸道菌群的作用,發(fā)現(xiàn)Rh并不能直接降低尿酸濃度,但可通過(guò)提高小鼠腸道中的乳酸菌屬(Lactobacillus)的水平,間接改變嘌呤代謝,降低尿酸水平,以及降低腸內(nèi)高尿酸相關(guān)的腸屏障通透性,從而達(dá)到治療UC的目的。羅爽等[21]的研究認(rèn)為,Rh可通過(guò)降低炎癥因子的數(shù)量來(lái)緩解與治療UC。ERRIDGE等[22]發(fā)現(xiàn),UC小鼠的結(jié)腸組織中TLR5的表達(dá)增加,經(jīng)Rh治療后下降;結(jié)腸組織中NF-κB p65的表達(dá)也呈下降趨勢(shì)。這表明Rh能夠通過(guò)抑制TLR5/NF-κB信號(hào)通路,減少炎癥因子產(chǎn)生,降低淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),從而緩解炎癥。

此外,增加巨噬細(xì)胞的M2表型可能是控制腸道炎癥的一種新方法[23]。Rh可上調(diào)CD206、Arg1、IL-10和Chil3的表達(dá),從而引導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2表型轉(zhuǎn)變。ZHOU等[24]發(fā)現(xiàn),Rh在體內(nèi)外均可阻止巨噬細(xì)胞IL-1β的成熟和分泌,減輕DSS引起的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。Rh還可通過(guò)阻止巨噬細(xì)胞向結(jié)腸擴(kuò)散、促進(jìn)巨噬細(xì)胞從M1亞群向M2亞群的分化、阻斷結(jié)腸巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的激活,從而減輕巨噬細(xì)胞和腸道之間的炎癥串?dāng)_。此外,DONG等[25]發(fā)現(xiàn),Rh可通過(guò)抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路中炎癥因子的表達(dá)和調(diào)節(jié)腸道菌群平衡2種手段共同發(fā)揮抗炎作用。

2.3.2 Rh制劑治療UC Rh難溶于水,LUO等[26]提出,可使用果膠鈣(calcium pectin, CP)和透明質(zhì)酸(hyaluronic acid, HA)修飾的LF納米粒負(fù)載Rh形成CP/HA/Rh-NPs的雙靶向納米粒來(lái)治療UC。細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)證實(shí),NPs可通過(guò)LF和HA形成具有特異性靶向的配體,并提高攝取速率。而體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明,CP/HA/Rh-NPs通過(guò)抑制TLR4/MyD88/NF-κB 信號(hào)通路,顯著減輕炎癥反應(yīng)。觀察并測(cè)量小鼠結(jié)腸的X線片發(fā)現(xiàn),CP/HA/Rh-NPs對(duì)DSS治療中結(jié)腸縮短有良好的抑制作用。與DSS組比較,Rh-NPs組和CP/HA/Rh-NPs組小鼠具有更完整的隱窩,表明Rh-NPs組和 CP/HA/Rh-NPs組小鼠結(jié)腸炎癥的癥狀和體征均得到改善。此外,CP/HA/Rh-NPs組小鼠脾的平均質(zhì)量低于HA/Rh-NPs 組和Rh-NPs組,表明CP/HA/Rh-NPs 對(duì)UC的改善作用更大。

2.4 Chr Chr的化學(xué)名為1,8-二羥基-3-甲基蒽醌(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖4),具有抗腫瘤、神經(jīng)保護(hù)、改善學(xué)習(xí)認(rèn)知功能障礙、保護(hù)心肌等多種藥理作用[27]。

圖4 大黃酚的結(jié)構(gòu)式

內(nèi)毒素處理的腹膜巨噬細(xì)胞可高表達(dá)COX-2,進(jìn)而刺激前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)過(guò)表達(dá)。KIM等[28]發(fā)現(xiàn),Chr處理可顯著抑制腹膜巨噬細(xì)胞的PGE2表達(dá),使之接近正常水平,并可抑制IκBα蛋白的降解和Rel/p65的轉(zhuǎn)位,進(jìn)而抑制NF-κB 通路激活。進(jìn)一步在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),DSS處理小鼠的結(jié)腸組織中NF-κB活化,IL-6和COX-2表達(dá)上調(diào),但Chr治療后模型小鼠的癥狀減輕,結(jié)腸組織Caspase-1激活受抑制,IL-6和COX-2表達(dá)下調(diào)。綜上,離體和在體實(shí)驗(yàn)均表明,Chr可通過(guò)抑制內(nèi)毒素誘導(dǎo)的NF-κB活化、IκBα降解和Caspase-1的激活發(fā)揮對(duì)UC的抗炎作用。

LEE等[29]的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí),Chr可通過(guò)抑制NF-κB/MAPK通路,有效降低促炎細(xì)胞因子的表達(dá)。在DSS誘導(dǎo)的UC動(dòng)物模型中,Chr可緩解結(jié)腸組織的炎癥反應(yīng),通過(guò)調(diào)節(jié)Th1/Th17細(xì)胞的活性來(lái)降低效應(yīng)細(xì)胞因子的mRNA水平,并可通過(guò)下調(diào)CD40L的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)T細(xì)胞激活。該研究首次報(bào)道了Chr對(duì)HT-29細(xì)胞和UC模型腸道炎癥的調(diào)節(jié)作用,使用Chr預(yù)處理HT-29細(xì)胞,可有效抑制NF-κB通路刺激后炎癥因子NF-κB、IL-8、IL-1β和IL-6的表達(dá)。

3 傳統(tǒng)中醫(yī)藥中的蒽醌類化合物在UC治療中的應(yīng)用

3.1 傳統(tǒng)中醫(yī)藥與蒽醌類化合物的關(guān)系 中醫(yī)古籍雖無(wú)“潰瘍性結(jié)腸炎”病名的記載,但歷代中醫(yī)藥學(xué)者根據(jù)其臨床表現(xiàn)和發(fā)病特點(diǎn)將其歸屬于“痢疾”或“滯下”等范疇。扁鵲《難經(jīng)·五十七難》中記載：“大瘕泄者,里急后重……”[30]。“大瘕泄”的典型癥狀為“里急后重”,與臨床上UC所表現(xiàn)的癥狀極為相似。中藥治療從中藥活性成分、單味中藥提取物、中藥經(jīng)典名方及中成藥聯(lián)用化藥等多方面入手治療UC[31],甘草、白術(shù)、黃連和茜草等富含蒽醌類成分的中藥使用頻次較高[32]。

3.2 中草藥 蘆薈是一種多年生常綠多肉質(zhì)草本植物,屬于百合科蘆薈屬。常見(jiàn)藥用品種為庫(kù)拉索蘆薈(AloebarbadensisMiller, Aloe)[33],其主要活性成分蘆薈苷是一種單體蒽醌類化合物。蘆薈苷在生物機(jī)體內(nèi)代謝為Emo、蘆薈Emo和Rh等,從而發(fā)揮藥理學(xué)作用。過(guò)去人們常將Aloe用作瀉藥或美容保健品,近年研究發(fā)現(xiàn),Aloe對(duì)緩解UC癥狀也有一定效果[34-35]。

WANG等[36]的研究發(fā)現(xiàn),低劑量(18 mg/kg)Aloe灌胃給藥可顯著增加UC大鼠結(jié)腸黏液層的厚度,提示Aloe在維持黏液屏障功能中起關(guān)鍵作用。此外,Aloe可緩解DSS誘導(dǎo)的UC,并上調(diào)黏蛋白MUC2和MUC5AC的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn),Aloe可能通過(guò)抑制PI3K/AKT通路并激活PKC/ERK 通路發(fā)揮抗炎作用。有趣的是,與低劑量相比,高劑量的Aloe(72 mg/kg)并未表現(xiàn)出更好地緩解UC的效果,這可能與高劑量Aloe反而會(huì)抑制PGE2的合成、引起腹瀉等不良反應(yīng)有關(guān)。此外,WANG等[36]在小鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn),Aloe還可顯著增強(qiáng)IL-10的表達(dá),以抑制過(guò)度的炎癥反應(yīng),從而發(fā)揮對(duì)結(jié)腸的保護(hù)作用。

PARK等[37]發(fā)現(xiàn),經(jīng)口攝入Aloe成分可改善DSS誘導(dǎo)UC大鼠的腸道炎癥反應(yīng),其血漿LTB4和TNF-α濃度均顯著降低。Aloe、蘆薈苷或蘆薈凝膠灌胃的大鼠結(jié)腸黏膜中,TNF-α和IL-1β的表達(dá)均顯著降低。

Aloe的主要成分蘆薈苷單體也被證明具有治療UC的潛力,能顯著逆轉(zhuǎn)UC所致的體質(zhì)量減輕和結(jié)腸損傷,有效提高結(jié)腸組織中IL-4和IL-10 mRNA的表達(dá),降低IFN-γ、IL-6、IL-1β和TNF-α的表達(dá)[38]。此外,蘆薈苷還可顯著增強(qiáng)UC的閉鎖小帶蛋白-1(zonula occluden-1, ZO-1)、咬合蛋白(occludin)及E-鈣黏蛋白(E-cadherin)的表達(dá)水平,并通過(guò)激活A(yù)MPK信號(hào)通路來(lái)抑制UC增強(qiáng)的MLCK信號(hào)通路,抑制炎癥因子表達(dá),從而恢復(fù)上皮屏障功能。

3.3 中藥制劑 致康膠囊(Zhikang capsules,ZKC)(國(guó)藥準(zhǔn)字Z20025043;規(guī)格：0.3 g×24粒;西安千禾藥業(yè)有限責(zé)任公司)由大黃、黃連、三七和茜草等14味中藥組成,其中含有多種蒽醌類成分。FEI等[39]在DSS誘導(dǎo)的UC動(dòng)物模型中使用ZKC,發(fā)現(xiàn)NF-κB、IFN-γ、IL-1β和IL-12等主要致炎細(xì)胞因子的表達(dá)受抑制,且抗炎介質(zhì)生成通路激活。以往研究發(fā)現(xiàn),ICAM-1的表達(dá)降低可顯著降低腸道炎癥反應(yīng),提示ICAM-1的促炎作用[40-41]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,DSS模型小鼠中ICAM-1表達(dá)水平上升,但在使用ZKC后下降。ZKC還可明顯抑制TLR4、MyD88、TRAF6和NF-κB的產(chǎn)生。以上結(jié)果均提示ZKC在UC動(dòng)物模型中具有抗炎作用。

3.4 中藥方劑 黃芩湯出自張仲景的《傷寒論》,由黃芩、芍藥、甘草和大棗4味中藥組成,富含蒽醌類成分[42]。黃芩湯用于UC治療可能與保護(hù)腸黏膜屏障、抑制炎癥反應(yīng)、促進(jìn)線粒體自噬、抑制氧化應(yīng)激、調(diào)控腸道菌群及基因表達(dá)、抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡等多種機(jī)制相關(guān)。徐航宇等[43]通過(guò)16s rRNA基因測(cè)序分析發(fā)現(xiàn),黃芩湯能夠有效恢復(fù)UC大鼠腸道的乳酸桿菌屬和理研菌屬(Rikenella)等失衡菌群的豐度。劉濱等[44]的研究表明,黃芩湯可抑制促炎因子IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ和IL-17A 的表達(dá),提高抗炎因子IL-4、IL-10和 TGF-β的表達(dá)。此外,黃芩湯可能通過(guò)調(diào)節(jié)經(jīng)典的細(xì)胞焦亡途徑,降低結(jié)腸組織中NLRP3和Caspase-1的表達(dá),減少血清IL-6、IL-1β和TNF-α表達(dá),增加 IL-10 表達(dá),從而減輕UC小鼠腸道黏膜炎癥浸潤(rùn)[45]。

綜上所述,蒽醌類化合物廣泛存在于植物中,來(lái)源廣、易提取,具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性,其調(diào)節(jié)炎癥通路以及維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)的作用在胃腸道炎癥性疾病(尤其是UC)的治療中受到越來(lái)越多的關(guān)注,特別是以天然植物入藥、基于整體觀念進(jìn)行個(gè)體化辨證施治的中醫(yī)藥方法治療UC,患者接受度高。然而,目前蒽醌類化合物的使用仍存在許多局限性,包括其相對(duì)較低的溶解度和生物利用度,以及活性成分在細(xì)胞信號(hào)通路中的潛在機(jī)制和因果關(guān)系的相關(guān)研究不夠明確等。未來(lái)可以把蒽醌作為母核,進(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾,尋找毒性低、療效好的衍生物。此外,藥劑學(xué)的手段也是一種解決思路,利用合理的藥用輔料,通過(guò)系列劑型改造修飾形成新型遞藥系統(tǒng),提高藥物生物利用度,以減少甚至消除其不利因素。