姜黄素抗人类免疫缺陷病毒等作用研究进展

张锋镝，卢洪洲，2

姜黄作为药用植物，具有至少200 年的历史。姜黄素（curcumin）是姜黄中的主要有效成份，大约20年前人们已经发现姜黄素具有抗人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）的活性，而且可以抑制HIV-1 及HIV-2 复制。除了抗HIV 功效之外，姜黄素尚有其他作用，可以抗氧化、抗各种病原微生物、抗风湿、抗肿瘤，同时还可以改善免疫系统、心血管系统、消化系统和神经系统功能。

1 姜黄素的特性

姜黄素分子式C21H20O6，分子量368.37，易溶于甲醇、乙醇、二甲亚砜和丙酮，但不易溶于水。姜黄素对光敏感，贮存或临床应用时应予避光。激发态光物理研究表明，姜黄素可以在亚纳秒时间内转移氢原子，超快的氢原子转移引发的构象变化也许是姜黄素发挥其药理作用的基础［1］。姜黄素分子存在互变异构体，即双酮和烯醇2种形式，在非碱性环境下，双酮形式占优势，并可作为氢原子的供体，此时姜黄素较为活跃，易于发挥效用；而在碱性条件下，烯醇形式占优势［2］。姜黄素有非常良好的机体耐受性，不良反应少，但姜黄素口服给药的生物利用度较低，口服高纯度的姜黄素进入循环系统者主要为姜黄素的代谢产物，药用效果欠佳。为此人们研制出多种姜黄素类似物，同时还开发出许多给药方法以及不同剂型。上世纪人们改进了提纯的方法，将姜黄碾碎，搅拌均匀后溶于二氯甲烷中，加热蒸馏1 h后过滤，将滤液温水浴后会得到油状提取物，将该提取物加入己烷混匀后过滤，可得到姜黄素［3］。目前我国市场销售的姜黄素主要用萃取技术制备，制造成本相对低廉。然而，随着纳米技术的发展，人们也在姜黄素中加入了纳米技术的元素，姜黄素分子颗粒较小是适用于纳米技术的重要前提。目前将姜黄素与聚合物结合的毫超微包囊法非常具有应用前景，常用的人工或天然的聚合物包括聚乙烯醇、聚乳酸-乙醇酸-乙酸、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基2-吡咯烷酮、聚乙二醇单丙烯酸酯、丝素蛋白和壳聚糖等［4-5］。这些聚合物具有生物相容性较好，可生物降解，操作性较好，生物利用度高，不良反应少等特点［6］。

2 姜黄素抗HIV 研究

上世纪90 年代，人们已经证实姜黄素具有抗HIV 活性。病毒长末端重复序列（viral long terminal repeat，LTR）一直被认为在HIV-1转录过程中起到关键作用，而姜黄素可以通过抑制LTR的活性 达到阻断HIV-1 复制的目的［7］。Barthelemy等［8］在Hela细胞中应用姜黄素及姜黄素的衍生物进行试验时发现，70%～85%的LTR因受到抑制而不能有效地转录成Tat蛋白，这也说明姜黄素的确具备抗HIV 活性，但并不能完全抑制Tat蛋白的合成，而剩余的Tat蛋白仍能发挥生物学效应。在整合酶的催化下，HIV-1可以将自身遗传物质与人类基因融合，细胞的乙酰基转移酶p300可以通过修饰蛋白的作用调节染色体构象，还可以乙酰化整合酶调节它的活性。研究表明，p300 可以直接与整合酶结合，并使整合酶与DNA 结合处结构域的3 个赖氨酸（K273、K266、K264）乙酰化，从而使整合酶顺利发挥作用［9］。姜黄素的主要靶点为p300-CREB结合蛋白（CBP）的乙酰基转移酶蛋白［10］。姜黄素对整合酶也存在抑制作用（IC50 为40μmol／L），受姜黄素影响而变化的整合酶只含有50～212个氨基酸，该研究还表明姜黄素通过将2个苯环分子内推叠的方式将羟基带入整合酶［11］。姜黄素对HIV-1及HIV-2蛋白酶均存在抑制作用（IC50分别为100μmol／L 和250μmol／L），姜黄素与硼的络合物对蛋白酶的抑制作用呈时间相关性，并可使IC50降低6μmol／L［12］。

由于HIV 主要攻击CD4＋T 细胞，因此，在免疫调节方面研究姜黄素对CD4＋T 细胞的作用十分必要。姜黄素可以诱导成熟树突状细胞（dendritic cells，DCs）进入捕获或耐受状态，从而增强调节性T 细胞进行分化［13］，此外高剂量的姜黄素还可以直接导致T 细胞凋亡，同时通过抑制白介素（IL）-2传导通路和抑制有丝分裂原启动因子NF-κB、AP-1控制T 细胞活化过程［14］。姜黄素还可以通过阻塞JAK-STAT 信号 通路控 制Th1 分化，从而使T 细胞失去对IL-12的应答［15］。CD69可以控制慢性炎性反应的进展，当CD69发出信号时可以使NK 细胞、巨噬细胞及CD3＋T 细胞内合成转化生长因子-β（TGF-β），CD69 还可以通过抑制鞘氨醇-1-磷酸受体-1来阻止淋巴细胞进出淋巴结，减轻局部细胞浸润，从而缓解炎性反应［16］。发生慢性炎性反应时，若CD4＋T 细胞大量浸润也会导致CD69持续表达，提示CD69可以通过促进合成TGF-β及抑制白细胞疏散调控慢性炎性反应。还有证据表明，CD69通过激活JAK3-STAT5信号转导抑制T 细胞分化成Th17细胞［17］，姜黄素可以通过多个层面控制CD2、CD3、CD28的启动，从而导致CD4＋T 细胞活化受阻，同时还可以使CD4＋T 细胞表达CD69 增多［18］。近年来，一些研究表明，翅膀状螺旋转录因子P3（Foxp3）与CD4＋／CD25＋T 细胞的形成及发挥功效密切相关，而姜黄素的存在，可以使翅膀状螺旋转录因子P3 的表达下调，其主要调节方法有3种：首先可以通过下调细胞毒T 淋巴细胞抗原（cytotoxic T lymphocyte antigen，CTLA-4）减少细胞间的接触，并使IL-2的生产和消耗同时减少；其次姜黄素直接导致Foxp3 表达减少；另外，由于姜黄素的刺激可以使p65、c-Rel发生核移位现象，从而影响Foxp3和CD25的表达［19］。

以上所述均为体外实验。James等［20］曾进行过临床试验，结果却并不乐观，40例单独应用姜黄素8周的患者CD4及病毒载量等指标均未得到明显改善，但这些患者却表现出较好的依从性，因为姜黄素不良反应少于其他药物。

3 姜黄素其他相关作用的进展

姜黄素具备抗肿瘤活性，而姜黄素的多种衍生物功能各有差异。近年研究提示，姜黄素对结肠癌细胞具有抑制作用，单羰基的姜黄素类似物B63是在姜黄素结构基础上进行了一些化学修饰，从而加大了姜黄素的生物利用度和生物活性［21］。另一种姜黄素的衍生物bDHC（bis-DeHydroxy curcumin）可以诱发细胞自噬的作用以抗击肿瘤，对正常体细胞的影响较小［22］。

姜黄素具有抗炎性反应活性。双乙酰姜黄素（diacetyl curcumin，DAC）是一种脂溶性姜黄素，戊二酸氢姜黄素（diglutaryl curcumin，DGC）是一种水溶性姜黄素，这2种姜黄素的衍生物在足肿胀模型中均表现出较好的抗炎效果［23］。姜黄素衍生物B06用于实验动物体内，发现肾脏、心脏、血清的炎性反应明显下调［24］。环己酮姜黄素（BHMC）可抑制多种炎性反应介质的合成。实验表明iNOS 基因受其抑制后相应的基因产物合成减少，同时BHMC还可以抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、单核细胞趋化因子-1（MCP-1）、IL-10、IL-6 等因子的基因表达和功能的发挥［25］。

氧化作用在多种疾病中发挥着重要作用，例如心肌缺血、脑缺血-再灌注损伤、失血性休克、神经元细胞损伤、组织缺氧、肿瘤等，由于姜黄素的抗氧化作用已被公认，因此对该领域研究十分必要。人们认为姜黄素是一种仿生学的抗氧化剂，因为它可以直接作用于生物体，并上调细胞保护因子和诱导抗氧化蛋白的合成，姜黄素可以清除氧自由基、过氧化物阴离子、羟基集团、含氮氧化物等［26］。姜黄素可以诱导超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷胱甘肽过氧化物酶（Gpx）、血红素加氧酶-1（HO-1）等细胞保护蛋白的表达［27-28］。

姜黄素对病毒、细菌和真菌等微生物均具有抑制作用。已证实姜黄素对以下细菌有抗菌活性：哈维弧菌、溶藻弧菌、创伤弧菌、副溶血弧菌、霍乱弧菌、枯草杆菌、蜡状芽孢、嗜水气单胞菌、无乳链球菌、金黄色葡萄球菌、迟钝爱德华菌和表皮葡萄球菌等［29］。姜黄素对多种病毒具有抑制作用，除HIV外，经人体试验还包括乙肝病毒、丙肝病毒、流感病毒、人乳头瘤病毒、单纯疱疹病毒等［30-33］。研究还表明，姜黄素及姜黄油被证实对番茄病镰刀菌和水稻长蠕孢菌有抑制作用；经甲醇粗提纯的姜黄素对皮肤癣菌有一定作用；1∶40的姜黄油对红色毛癣菌、T 癣菌、絮状表皮癣菌和石膏样小孢子菌等均有作用［34-35］。

4 结语

姜黄作为药物已有几百年的历史，其广泛的作用已被人们认可，越来越多的研究正在探索其抗HIV 的机制，目前抗HIV 的许多机制仍不清楚。以往临床试验表明，姜黄素并不能抑制患者的病毒载量和提升患者的CD4＋T 细胞，因此，姜黄素不可用作抗HIV 药物，但是我们仍然可以将姜黄素应用于HIV／艾滋病（AIDS）患者，主要原因有以下4点：①HIV／AIDS患者受到免疫缺陷威胁而面临多种机会性感染和肿瘤的风险，且HIV 本身也可导致神经、循环、免疫系统紊乱，姜黄素恰好具备明确的抗病毒、细菌及真菌的活性，并具有抗肿瘤，抗氧化，改善神经、免疫、循环和内分泌等系统的功能，因此患者仍能从此药获益；②体外实验证实姜黄素对于HIV 有明确的抑制作用，由此以体内抗HIV 为目的动物实验及临床试验将会继续开展，对其机制进行逐步揭示必将贡献于人类对抗HIV 事业；③对姜黄素的给药途径、姜黄素衍生物及姜黄素联合其他药物治疗方法的研究正在开展，为提高姜黄素的生物学活性、提高生物利用度创造了条件；④姜黄素成本低廉，材料充足是研究开发该品种的重要基础。

［1］Adhikary R，Mukherjee P，Kee TW，et al.Excited-state intramolecular hydrogen atom transfer and solvation dynamics of the medicinal pigment curcumin［J］.J Phys Chen B，2009，113（15）：5255-5261.

［2］Strimpakos AS，Sharma RA.Curcumin：preventive and therapeutic properties in laboratory studies and clinical trials［J］.Antioxid Redox Signal，2008，10（3）：511-545.

［3］Anderson AM，Mitchell MS，Mohan RS.Isolation of curcumin from turmeric［J］.J Chem Educ，2000，77（3）：359-360.

［4］Nair KL，Thulasidasan AK，Deepa G，et al.Purely aqueous PLGA nanoparticulate formulations of curcumin exhibit enhanced anticancer activity with dependence on the combination of the carrier［J］.Int J Pharm，2012，425（1-2）：44-52.

［5］Grabovac V，Bernkop-Schnurch A.Development and in vitro evaluation of surface modified poly（lactide-coglycolide）nanoparticles with chitosan-4-thiobutylamidine［J］.Drug Dev Ind Pharm，2007，33（7）：767-774.

［6］Lee WH，Loo CY，Young PM，et al.Recent advances in curcumin nanoformulation for cancer therapy［J］.Expert Opin Drug Deliv，2014，11（8）：1183-1201.

［7］Li CJ，Zhang LJ，Dezube BJ，et al.Three inhibitors of type 1 human immunodeficiency virus long terminal repeat-directed gene expression and virus replication［J］.Procs Natl Acad Sci USA，1993，90（5）：1839-1842.

［8］Barthelemy S，Vergnes L，Moynier M，et al.Curcumin and curcumin derivatives inhibit Tat-mediated transactivation of type 1 human immunodeficiency virus long terminal repeat［J］.Res Virol，1998，149（1）：43-52.

［9］Cereseto A，Manganaro L，Gutierrez MI，et al.Acetylation of HIV-1 integrase by p300 regulates viral integration［J］.EMBO J，2005，24（17）：3070-3081.

［10］Balasubramanyam K，Varier RA，Altaf M，et al.Curcumin，a novel p300／CREB-binding protein-specific inhibitor of acetyltransferase，represses the acetylation of histone／nonhistone proteins and histone acetyltransferase-dependent chromatin transcription［J］.J Biol Chem，2004，279（49）：51163-51171.

［11］Mazumder A，Raghavan K，Weinstein J，et al.Inhibition of human immunodeficiency virus type-1 integrase by curcumin［J］.Biochemical Pharmaco，1995，49（8）：1165-1170.

［12］Sui Z，Salto R，Li J，et al.Inhibition of the HIV-1 and HIV-2 proteases by curcumin and curcumin boron complexes［J］.Bioorg Med Chem，1993，1（6）：415-422.

［13］Cong Y，Wang L，Konrad A，et al.Curcumin induces the tolerogenic dendritic cell that promotes differentiation of intestine-protective regulatory T cells［J］.Eur J Immunol，2009，39（11）：3134-3146.

［14］Forward NA，Conrad DM，Power Coombs MR，et al.Curcumin blocks interleukin（IL）-2 signaling in Tlymphocytes by inhibiting IL-2 synthesis，CD25 expression，and IL-2 receptor signaling［J］.Biochem Biophys Res Commun，2011，407（4）：801-806.

［15］Fahey AJ，Adrian Robins R，Constantinescu CS.Curcumin modulation of IFN-beta and IL-12 signalling and cytokine induction in human T cells［J］.J Cell Mol Med，2007，11（5）：1129-1137.

［16］Shiow LR，Rosen DB，Brdickova N，et al.CD69 acts downstream of interferon-alpha／beta to inhibit S1P1 and lymphocyte egress from lymphoid organs［J］.Nature，2006，440（7083）：540-544.

［17］Martin P，Gomez M，Lamana A，et al.CD69 association with Jak3／Stat5 proteins regulates Th17 cell differentiation［J］.Mol Cell Bio，2010，30（20）：4877-4889.

［18］Kim G，Jang MS，Son YM，et al.Curcumin inhibits CD4（＋）T cell activation，but augments CD69 expression and TGF-β1-mediated generation of regulatory T cells at late phase［J］.PloS One，2013，8（4）：e62300.

［19］Zhao GJ，Lu ZQ，Tang LM，et al.Curcumin inhibits suppressive capacity of naturally occurring CD4＋CD25＋regulatory T cells in mice in vitro［J］.Int Immunopharmacol，2012，14（1）：99-106.

［20］James JS.Curcumin：clinical trial finds no antiviral effect［J］.AIDS Treatment News，1996，2（42）：1-2.

［21］Zheng A，Li H，Wang X，et al.Anticancer effect of a curcumin derivative B63：ROS production and mitochondrial dysfunction［J］.Curr Cancer Drug Targets，2013，14（2）：156-166.

［22］Basile V，Belluti S，Ferrari E，et al.bis-Dehydroxy-Curcumin triggers mitochondrial-associated cell death in human colon cancer cells through ER-stress induced autophagy［J］.PLoS One，2013，8（1）：e53664.

［23］Jacob JN，Badyal DK，Bala S，et al.Evaluation of the in vivo anti-inflammatory and analgesic and in vitro anti-cancer activities of curcumin and its derivatives［J］.Nat Pro Commun，2013，8（3）：359-362.

［24］Pan Y，Zhu G，Wang Y，et al.Attenuation of high-glucoseinduced inflammatory response by a novel curcumin derivative B06 contributes to its protection from diabetic pathogenic changes in rat kidney and heart［J］.J Nut Biochemi，2013，24（1）：146-155.

［25］Tham CL，Liew CY，Lam KW，et al.A synthetic curcuminoid derivative inhibits nitric oxide and proinflammatory cytokine synthesis［J］.Eur J Pharmacol，2010，628（1-3）：247-254.

［26］Trujillo J，Chirino YI，Molina-Jijon E，et al.Renoprotective effect of the antioxidant curcumin：Recent findings［J］.Redox Bio，2013，1（1）：448-456.

［27］Panchal HD，Vranizan K，Lee CY，et al.Early anti-oxidative and anti-proliferative curcumin effects on neuroglioma cells suggest therapeutic targets ［J］.Neurochemical Research，2008，33（9）：1701-1710.

［28］Yarru LP，Settivari RS，Gowda NK，et al.Effects of turmeric（Curcuma longa）on the expression of hepatic genes associated with biotransformation，antioxidant，and immune systems in broiler chicks fed aflatoxin［J］.Poultry Sci，2009，88（12）：2620-2627.

［29］De R，Kundu P，Swarnakar S，et al.Antimicrobial activity of curcumin against Helicobacter pylori isolates from India and during infections in mice［J］.Antimicrobial Agents Chemother，2009，53（4）：1592-1597.

［30］Chen DY，Shien JH，Tiley L，et al.Curcumin inhibits influenza virus infection and haemagglutination activity［J］.Food Chemistry，2010，119（4）：1346-1351.

［31］Zandi K，Ramedani E，Mohammadi K，et al.Evaluation of antiviral activities of curcumin derivatives against HSV-1 in Vero cell line［J］.Nat Prod Communi，2010，5（12）：1935-1938.

［32］Kutluay SB，Doroghazi J，Roemer ME，et al.Curcumin inhibits herpes simplex virus immediate-early gene expression by a mechanism independent of p300／CBP histone acetyltransferase activity［J］.Virology，2008，373（2）：239-247.

［33］Divya CS，Pillai MR.Antitumor action of curcumin in human papillomavirus associated cells involves downregulation of viral oncogenes，prevention of NFkB and AP-1 translocation，and modulation of apoptosis［J］.Mol Carcinog，2006，45（5）：320-332.

［34］Chowdhury H，Banerjee T，Walia S.In vitro screening of Curcuma longa L and its derivatives sa antifungal agents against Helminthosporrum oryzae and Fusarium solani［J］.Pesticide Res J，2008，20（1）：6-9.

［35］Wuthi-udomlert M，Grisanapan W，Luanratana O，et al.Antifungal activity of Curcuma longagrown in Thailand［J］.Southeast Asian J Trop Med Public Health，2000，31（Suppl 1）：178-182.