苜蓿皂苷降低胆固醇的作用机理

2015-04-04李海洋张宪磊王成章

饲料工业 2015年8期

■李海洋张宪磊姜山王成章

（河南农业大学牧医工程学院，河南郑州 450002）

近年来，动脉粥样硬化、冠心病、心肌梗死等疾病已成为危害人类身体健康的头号杀手。血脂异常，尤其是胆固醇升高是导致这些疾病的主要危险因素之一。

据统计，全世界每年约有1 000多万人死于高脂血症，在中国约有9 000万人患有高脂血症。大规模临床试验证实，降低胆固醇能够有效改善冠心病患者的心肌缺血症状、缓解心绞痛、改善心功能，并减少心血管病的发生。目前化学合成类药物的降血脂作用有限且有不同程度的副作用，植物提取成分尤其是活性成分对降低胆固醇、防治心血管疾病和提高人类健康意义重大。大量研究表明，植物中的活性物质，如皂苷类、甾醇类、酮类、生物碱类、萜类等，都具有降低机体胆固醇的作用。

1 苜蓿皂苷的结构及功能

皂苷结构复杂,它的水溶液振摇时能产生大量持久的蜂窝状泡沫,与肥皂相似,故名皂苷[1]。皂苷是由皂苷元、糖和糖醛酸（或其他有机酸）组成,组成皂苷常见的糖有葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖及其他戊糖类[2]。根据其皂苷元可将皂苷分为三萜皂苷与甾体皂苷。三萜皂苷的皂苷元由30个碳原子组成，基本骨架为齐墩果烷，已发现含三萜皂苷的植物有600多种，在豆科、报春花科、五加科、葫芦科、伞形花科等植物中比较普遍。其中以五环三萜为常见，许多中草药如人参、三七等都有不等含量，四环三萜型皂苷中以达玛烷型（Dammyarane Type）研究较深入,其生理活性也被较多关注。甾体皂苷的皂苷元由27个碳原子组成，其基本骨架称为螺旋甾烷（Spirostane）及其异构体异螺旋甾烷，在植物中已发现的甾体皂苷元有近百种，主要存在于单子叶植物百合科的丝兰属、菝葜科、龙食兰科、薯蓣科等，双子叶植物中也有发现，如豆科、茄科、玄参科等。

皂苷的复杂性与多样性是由糖链的结构差异决定的。皂苷中的糖链一般较短，含2～5个糖基，且组成比较简单，主要包含的糖基有D-葡萄糖（D-Gle）、D-木糖（D-Xyl）、D-半乳糖（D-Gal）、D-岩藻糖（DFuc）、L-阿拉伯糖(L-Ara)、L-鼠李糖(L-Rha)、D-葡萄糖醛酸(D-GlcA)和D-半乳糖醛酸（D-GalA）等,但其结构变化非常多,同时皂苷糖链上的自由羟基经常有修饰基,如乙酰基、硫酸基或其他有机酸（如桂皮酸、阿魏酸）等。很多研究报道，糖链的链接方式与组成不同导致了皂苷在生物活性上的差异。

主要生物学功能是促进胆固醇排泄、降血脂、减轻动脉硬化、降低低密度脂蛋白(“坏”胆固醇)含量，提高血清高密度脂蛋白含量[3]，还可以起到抗菌，提高动物机体对抗原的特异性抗体的水平，具有抗氧化、清除自由基等作用，且还有镇痛、促生长、促蛋白消化合成、减少氮磷排泄的作用。苜蓿皂苷能提高动物的生产性能，具有良好的降胆固醇效果，并且能增强动物机体的免疫力和降低血脂，因而成为国内外研究开发的热点课题。

2 胆固醇的合成降解途径

胆固醇主要存在于动物性食物中，尤其是动物的内脏和脑中最高,而鱼类和奶类中的含量较低，人体内胆固醇的来源主要有两个：一部分是内源性的，即由肝脏合成的，这部分约占总胆固醇的70%；另一部分是外源性的，即来自于食物中的胆固醇，大约占30%。机体几乎所有的组织都具备合成胆固醇的能力,但合成速度及总合成量极不一致，肝脏不仅是合成速度最快,也是合成量最多的器官,是机体最活跃的合成部位和血浆中胆固醇的主要来源。肝脏及其他器官合成胆固醇的基本原料是乙酰CoA，经过多步酶促反应生成一系列的中间产物，包括β-羟-β-甲戊二酸单酰CoA(HMG-CoA)、鲨烯、羊毛固醇，最后转变成胆固醇，其中HMG-CoA还原酶是限速酶，决定合成反应的快慢，也是外界调控体内胆固醇合成的主要中介。反应中各种底物都需与载体蛋白(SCP)结合成复合物，以增加水溶性，有利于酶促反应的进行。

Hargis(1988)[4]、Griffin(1992)[5]和Elkin(1992)[6]等认为，在接收血液中脂蛋白颗粒中的胆固醇(酯)后，肝脏将其绝大部分的胆固醇(包括外源性和内源性)以游离的形式同其他脂一起与载脂蛋白(ApoB等)装配成极低密度脂蛋白(VLDL)，分泌进血液。Schneider(1990)[7]和Maclachan(1996)[8]报道，由于这种脂蛋白含有大量的载脂蛋白VLDL—II(Apo VLDL—II，即脂蛋白脂肪酶的抑制剂)，VLDL中的甘油三酯等不能在与肝外组织毛细血管床内皮表面的脂蛋白脂肪酶接触过程中被降解，即不能转变成中低密度脂蛋白(IDL)和低密度脂蛋白(LDL)。在肠道内，日粮中的胆固醇、内源性胆固醇、胆酸盐和其它脂溶性物质一起被吸收，在肠绒毛细胞中和载脂蛋白形成脂蛋白微粒。体内影响胆固醇合成的因素很多，除酶外，机体能量水平、激素等也能影响体内胆固醇的含量。但这些因素相对较稳定，而且不能作为特异性调控中介。

3 苜蓿皂苷降低胆固醇机理

极低密度脂蛋白受体(VLDLR)属于低密度脂蛋白受体超家族，结构与低密度脂蛋白受体相似,但是它们的受体结合特征、组织分布以及在生理等方面的重要性却大为不同。经研究发现，低密度脂蛋白受体主要和含有载脂蛋白B和载脂蛋白E的脂蛋白结合,极低密度脂蛋白受体则选择性地和载脂蛋白E、富含甘油三酯的脂蛋白结合[9]。它的mRNA在许多人体组织中都有表达,包括心脏、肌肉、脂肪组织[10],只有很少量的mRNA在肝中表达。

高脂血症可以引起动脉粥样硬化（Atherosclerosis,AS）也是导致心脑血管疾病发生的元凶。血脂异常中胆固醇升高又是重要的致病因素，降低血浆胆固醇水平对于心脑疾病患者是必要的。植物皂苷可以通过调节脂类的代谢，影响胆固醇的合成、吸收和排泄，抑制脂质过氧化等的发生，从而控制血脂的升高，降低心血管疾病的发生与发展[11]。Ponte等[12]在肉鸡饲粮中添加高水平苜蓿，结果能够显著降低肉中胆固醇和脂质的含量。张勇[13]用苜蓿皂苷添加饲喂肉仔鸡，结果添加苜蓿皂苷显著降低肉仔鸡血清TC、TG和LDL-C水平，显著提高HDL-C水平。

苜蓿皂苷降低胆固醇的机理已得到广泛研究。从理论上讲可以从三个方面来预防和治疗高胆固醇血症：一是减少其来源，即减少对外源胆固醇的摄入；二是抑制胆固醇的合成；三是通过清道夫受体途径对其清除。因此，降低胆固醇药物主要通过以下几种机制发挥作用：①抑制胆固醇吸收及促进胆固醇排泄；②抑制胆固醇合成；③影响胆固醇的逆转运。

3.1 抑制胆固醇吸收及促进胆固醇排泄

Malinow等用苜蓿皂苷饲喂猴子发现，苜蓿皂苷能够降低血清中的胆固醇含量却不改变高密度脂蛋白的浓度，降低了肠道内胆固醇的吸收，增加了粪中胆固醇和胆酸的排泄量。另有大量研究报道，苜蓿皂苷可显著降低大鼠、兔、肉鸡血清总胆固醇、甘油三酯及低密度脂蛋白胆固醇含量（刘凯等[14]，1999；雷祖玉等[15]，2002；张勇，2005）。研究认为，苜蓿皂苷降低血脂的机理主要是在胃肠部阻止外源性胆固醇在肠道中吸收，同时可以使肝脏胆固醇大量转变为胆汁酸，阻断胆汁酸的肠胆循环，从而促进胆固醇从体内排出。

胆固醇在肝中转化为胆汁酸是胆固醇在体内代谢的主要途径，机体有两条胆汁酸生成途径，即经典途径和替代途径，CYP7A1和胆固醇27α-羟化酶分别是这两条途径的限速酶，通常情况下由CYP7A1起始的经典途径在胆汁酸的合成中占主导地位（Gilardi等，2007）[16]。CYP7A1的mRNA调节因素比较复杂，肝内胆固醇增多可导致其水平上升，胆盐肠肝循环增快导致其水平下降。当CYP7A1活力下降时，胆固醇转变为胆汁酸受阻，胆汁中胆固醇增加，从而容易发生高脂血症。Spady等（1995）[17]报道，CYP7A1在雄性Golden Syrian鼠中的过表达导致其3 d后血浆胆固醇水平剂量依赖性减少，其中以低密度脂蛋白的减少最为明显。刘凯等发现，苜蓿皂苷可以使肝脏胆固醇大量转变为胆汁酸并推测这种作用可能是由于其增强肝细胞内胆固醇7α-羟化酶的活性所致。研究表明，活性炭、新霉素以及葡甘露聚糖和壳聚糖的联用等，也可以通过促进胆汁酸的分泌，抑制胆固醇和胆汁酸的吸收，增加胆固醇和胆汁酸的排泄，降低血浆总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量。

Niemann-pick C l-Like 1（NPC1L1)是小肠吸收植物甾醇和胆固醇的转运蛋白，在调节血浆胆固醇浓度方面起着重要作用。Ezetimibe（一种抑制胆固醇的药物）通过抑制小肠黏膜细胞上的annexin2-caveolin 1(ANX2-CAV1)蛋白复合体的形成使 NPC1L1表达下降，抑制胆固醇的吸收。

3.2 抑制胆固醇合成

HMG-CoA还原酶是合成胆固醇及酮体的重要中间产物，是合成胆固醇过程中的限速酶，在医学上其抑制剂多被开发用来治疗高胆固醇血症（Lee等，2003）[18]。研究表明，一些药物可以通过抑制HMGCoA还原酶的活性来降低LDL-C的含量。他们能强行进入HMG-CoA还原酶的结合位点，阻碍HMGCoA接近这个活性部位，使HMG-CoA向甲基二醛戊酸转化减少，内源性TC的合成减少，使血浆和组织细胞内的LDL-C浓度降低，促进浓度依赖的低密度脂蛋白受体(LDL-R)活性提高，加速LDL的分解代谢。Konjufca等（2002）报道，苜蓿皂苷降低胆固醇的主要途径是通过降低HMG-CoA还原酶活性与提高胆固醇7α-羟化酶的活性来实现的。另外，有研究表明，亚麻木聚糖复合物、黄酮类化合物、芝麻素等都可以通过抑制胆固醇的合成从而降低血浆胆固醇浓度。

3.3 影响胆固醇的逆转运

血浆胆固醇酯转移蛋白(Cholesterol ester transfer protein，CETP)又称为脂质转运蛋白(lipid transfer protein，LTP)，在完成和促进外周细胞胆固醇逆转运过程中充当着重要的角色（Aruna等，2010）[19]。周围组织细胞膜上的胆固醇与高密度脂蛋白（HDL）结合后，被血清卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）酯化成胆固醇酯，移入HDL核心，并可通过CETP转移给VLDL、LDL，再被肝的LDL及VLDL受体摄入肝细胞。因此胆固醇酯转运蛋白(CETP)缺陷可提高HDL-C水平，从而能够间接降低LDL-C水平，起到降低胆固醇的作用。

ATP结合盒转运子(ATP binding cassette transporter A1，ABCA1)是细胞内胆固醇逆转运的重要调节子，ABCA1参与了胆固醇逆向转运（RCT）的初始阶段，即将细胞内的胆固醇通过跨膜转运到HDL，在HDL合成和RCT过程中起重要作用。ABCA1是近年来新发现的启动细胞内胆固醇外流、形成HDL、增加RCT的关键基因，对脂质代谢和动脉粥样硬化（AS）的发生及发展具有重要影响（Liu等，2003）[20]。ABCA1功能障碍将导致巨噬细胞内大量的胆固醇沉积而成为泡沫细胞，促进AS的发生发展。有研究表明：高表达ABCA1的转基因小鼠可以升高血HDL水平，降低LDL，增加HDL介导的胆固醇流出至肝脏，从而降低动脉粥样硬化的危险性。

SR-B1是在分子水平上得到确认的第一个高密度脂蛋白受体，是肝细胞表面最重要受体之一，其表达水平的高低与HDL水平呈负相关。研究显示，肝脏SR-B1的过度表达引起血浆HDL胆固醇水平降低、HDL胆固醇清除增加以及胆汁中胆固醇组分和胆固醇从肝脏转运至胆汁的程度增加。而且，SR-B1基因敲除小鼠和肝脏SR-B1表达降低的小鼠都表现出血浆HDL胆固醇浓度增高、选择性HDL胆固醇清除减少、肾上腺胆固醇含量下降以及胆汁中胆固醇浓度的减少（Zhang等，2007）[21]。