姜黄素对镉诱导肝肾损伤的保护作用研究进展

赵瑞宁，杨统成，燕红美，谢欣然，孙露洋，孙 颖，邢明伟，张 雯

(东北林业大学野生动物资源学院，黑龙江哈尔滨 150040)

姜黄素对镉诱导肝肾损伤的保护作用研究进展

赵瑞宁，杨统成，燕红美，谢欣然，孙露洋，孙 颖，邢明伟，张 雯*

(东北林业大学野生动物资源学院，黑龙江哈尔滨 150040)

镉化合物是环境中存在的毒性最强的污染物之一，进入机体后，对生物组织器官有着广泛的毒性损伤作用，尤其是肝脏和肾脏。姜黄素是从植物姜黄中提取的主要有效成分，具有显著的抗氧化性能。近年研究发现，姜黄素对镉诱导的肝肾损伤具有一定的保护作用，从而引起国内外同行的关注。论文综述了姜黄素对镉诱导肝肾损伤的保护作用和其相关机制，以期为进一步研究姜黄素的保护作用提供参考。

保护作用；姜黄素；镉中毒；Nrf2；氧化应激

姜黄是姜科多年生草本植物姜黄的根茎。目前，姜黄临床上已经应用于治疗胆汁疾病、厌食、鼻炎、带状疱疹、痤疮、咳嗽、尿道疾病、糖尿病伤口、肝脏疾病、风湿病和鼻窦炎的药物制剂中[1]。姜黄素是姜黄的主要成分，表现出几种生物活性，包括抗氧化、抗微生物、抗炎、抗病毒和抗癌[2]。姜黄素是一种疏水性多酚化合物，天然集中在草本植物姜黄的根茎中[2]。许多临床研究表明姜黄素对各种疾病都有积极的疗效[1]。其中姜黄素对镉诱导的肝肾损伤存在显著的保护作用，包括姜黄素改善镉诱导的肝脏脂质过氧化，对镉诱导的肾脏氧化应激产生拮抗作用等。此外，姜黄素诱导激活的Nrf2-ARE信号通路在镉所致肾脏损伤中扮演重要角色，因而引起广泛关注。由于姜黄素对镉诱导肝肾损伤保护作用具有重要意义，笔者就姜黄素对镉诱导肾脏损伤的保护作用及近年来研究进展进行综述。

1 姜黄素概述

姜黄素和姜黄产品已被美国食品和药物管理局(FDA)，加拿大天然健康产品局和粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会联合表征为安全的[1-3]。然而，姜黄素的生物利用度较低，为了改善姜黄素的溶解度，生物利用度和生物活性，已经进行了许多方法进行改进。包括姜黄素类似物：来自姜黄的天然类似物，例如去甲氧基姜黄素，天然存在的天然类似物，例如脱氢姜烯酮和合成类似物；姜黄素制剂：佐剂，纳米颗粒，脂质体，胶束和磷脂复合物。虽然姜黄素生物利用度较低，但是许多临床研究已经表明姜黄素对各种人类疾病都有疗效，包括癌症、糖尿病、家族性腺瘤性息肉病、炎性肠病、类风湿性关节炎、高胆固醇血症和肝损伤[1]。未来可望通过增强姜黄素的生物利用度，使这种天然产物作为疾病的治疗药物加以利用。

1.1 姜黄素的抗氧化性能

姜黄素的抗氧化活性和其化学结构密切相关。姜黄素是疏水性的多酚化合物(1，7-双(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1-庚二烯-3，5-二酮)。在酸性和中性条件下，双酮形式占优势，而且烯醇形式高于pH8。烯醇形式是带正电荷的金属的理想螯合剂，其通常存在于靶蛋白的活性位点中。酚羟基基团可以捕获或清除自由基，在此基础上甲氧基的存在增加了其抗氧化活性[3]。目前已经证明，姜黄素具有针对活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)变体的清除活性，包括O2-，HO·，羟自由基，二氧化氮自由基(NO2·)等[4]。

从姜黄提取出的姜黄素自然类似物，其他天然存在的类似物，合成类似物和姜黄素制剂在体外和体内模型中表现出不同的抗氧化活性。姜黄素比去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素更有效。然而，四氢姜黄素是姜黄素的主要代谢产物之一，在大多数模型中表现出比姜黄素更大的抗氧化能力。另一方面，与其他天然存在的类似物相比，姜黄素的抗氧化能力的信息很少，因此，有必要对其进行比较研究。结果表示，合成姜黄素类似物的分子设计和合成与许多试验条件下的姜黄素相比已经提高了抗氧化活性[5]。

1.2 姜黄素对Nrf2的影响

核转录相关因子2(NF-E2-related factor 2，Nrf2)在抗氧化反应元件(antioxidant responsive element，ARE)介导的抗氧化基因表达中起关键作用。姜黄素可通过诱导Nrf2间接保护细胞免受氧化应激。Nrf2与p45NF-E2，Nrf1和Nrf3同属于b-Zip转录因子的CNC(cap-n-collar)家族，Nrf2在细胞核内与小Maf蛋白结合形成异二聚体发挥转录调节作用。Nrf2是一种氧化还原敏感的转录因子，在生理条件下，它与细胞质中的阻遏物Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein-1，Keap1)结合形成复合体。Keap1作为Nrf2和含有E3的Cullin3连接酶泛素化复合物之间的衔接蛋白，其N-末端BTB区介导Nrf2的泛素化，随后Nrf2由26S蛋白酶降解[6]。姜黄素的分子结构中包含2个迈克尔反应受体分子，迈克尔反应受体分子可以修饰Keap1的半胱氨酸残基并且通过迈克尔加成到Keap1中的硫醇从而促进Nrf2-Keap1复合物中的构象变化，使Nrf2解离。Nrf2入核与Maf蛋白结合为异二聚体后，与DNA中的ARE结合启动靶基因表达并增加Ⅱ相酶的表达[7]。

2 镉的肝肾毒性

2.1 镉的肝毒性

急性或慢性镉暴露均会导致严重的肝脏损伤。急性镉暴露与血清中肝脏特异性酶天冬氨酸转氨酶，丙氨酸氨基转移酶和碱性磷酸酶的升高相关，以及肝坏死，非酒精性脂肪性肝病，非酒精性脂肪性肝炎，纤维增生和肝相关死亡率等水平的升高有关[8]。镉诱导的肝损伤的关键决定因素是金属硫蛋白(metallothionein，MT)的肝脏浓度。MT是富含半胱氨酸的低分子量细胞内蛋白，对必需和非必需金属具有高亲和力MT与镉形成复合物，并降低其在细胞内的游离浓度来降低镉的肝毒性能力[9]。随着MT的结合能力饱和，未结合的镉的可用性增加，开始导致一系列细胞损伤或死亡的现象。镉致肝脏毒性的机制包括Cd2+与关键分子巯基的结合，巯基的失活，氧化应激，线粒体通透性改变，线粒体功能紊乱，线粒体片段化以及凋亡[10]。急性镉暴露的继发性损伤来自Kupffer细胞的活化和嗜中性粒细胞浸润,促炎细胞因子和趋化因子也参与其中[10]。

2.2 镉的肾毒性

肾脏是对镉毒性作用最敏感的器官之一。因此，镉即使在非常低的浓度下也可引起对肾脏的病理变化。动物研究表明，在镉诱导合成MT螯合金属后，优先积累在肝和肾组织。通过吸入或口服摄入的镉慢性暴露导致肾功能障碍。机体在暴露于镉后，能够观察到肾皮质中近端小管几种损伤的形态学改变[11]。

2.3 镉对肝肾氧化功能的影响

镉与必需金属竞争，其具有明确的稳态吸收和流出途径，相同的运输系统进入肝肾细胞，破坏必需金属的细胞内平衡并产生毒性效应。ROS通常与镉诱导的有害健康影响有关，HO·、O2-和H2O2已经在体内检测到，其通常伴随激活的氧化还原敏感的转录因子如活化B细胞的核因子κ-轻链增强子，激活蛋白-1和Nrf2，以及ROS相关基因表达的改变[12]。因此，镉通过氧化应激诱导组织损伤，增加脂质过氧化作用，增强抗氧化防御系统，改变DNA表达的表观遗传学，抑制血红素合成，减少GSH和由于镉与巯基的结合而使蛋白质变形，破坏钙稳态，损伤线粒体功能和导致其凋亡[12]。

2.4 Nrf2在镉中毒中的作用

研究表明，镉在多种动物模型和细胞模型中激活Nrf2(包括大鼠肾细胞，大鼠心脏，小鼠巨噬细胞和小鼠胚胎成纤维细胞)。Nrf2的激活能够保护镉引起的氧化应激和肝损伤。同样，Casalino E[13]等人表示在急性镉中毒的大鼠肝脏中，Nrf2因子的活化，以及ARE介导的基因表达和醌氧化还原酶(NQO1)的活性显著增加。这可能通过激活促进Nrf2的磷酸化的蛋白激酶或通过重金属与Keap1的巯基的相互作用改变该抑制剂的结构，消除Nrf2与Keap1之间的关联，从而激活ARE介导的基因表达而发生。

3 姜黄素的保护作用

3.1 姜黄素对肝毒性的保护作用

在啮齿动物和体外模型的几项研究中已显示出姜黄素对多种重金属中毒导致的肝毒性具有保护作用，表现为具有抗氧化、抗炎、抗胆汁淤积、抗纤维化和抗致癌作用。姜黄素通过抑制肝脏炎症，调节肝细胞的氧化应激，增加异源生物解毒酶表达，抑制肝星状细胞活化和支持线粒体功能保护肝脏，防止肝损伤和纤维化[14]。这些性质使姜黄素成为重金属诱导的肝损伤的潜在保护剂。

Eybl V等[15]研究了姜黄素对大鼠和小鼠镉诱导的肝损伤的保护作用。动物用姜黄素(50 mg/kg)和氯化镉(大鼠251 mol/kg和小鼠301 mol/kg)处理。结果显示，姜黄素改善了镉诱导的肝脏脂质过氧化。然而，姜黄素处理组GSH水平没有发生任何变化，这可能是因为抗氧化剂的剂量相对较低且治疗持续时间短(3 d)。此外，检测了肝脏中的微量元素浓度，结果表明添加姜黄素影响和镉中毒相关的某些金属离子的浓度，如锌和铁。在随后的研究中，Eybl V等[16]进行了天然抗氧化剂对镉诱导的小鼠氧化损伤的比较研究。用氯化镉(7 mg/kg)和姜黄素(50 mg/kg)、白藜芦醇(20 mg/kg)或褪黑激素(12 mg/kg)处理动物。结果表明，所有抗氧化剂都可以预防肝脏脂质过氧化，但只有姜黄素和褪黑激素减弱了镉暴露引起的小鼠肝脏GSH降低。抗氧化剂完全阻止了镉诱导的肝GPx活性的降低，而白藜芦醇能维持CAT活性。试验结果表明，抗氧化剂预处理不影响镉在肝、脑、肾和睾丸中镉的累积。这种情况下，姜黄素的作用表现为清除剂而不是螯合剂。

Tarasub N等[17]报道,姜黄素(200和400 mg/kg)与维生素C(100 mg/kg)的组合可以以5 mg/kg的剂量防止镉诱导的氧化损伤，MT表达和肝脏结构损伤。作者发现联合治疗比单独的抗氧化剂治疗的结果更有效。因此，姜黄素能够治疗镉诱导的肝损伤。然而，在这些模型中，没有确定姜黄素是否可以充当间接抗氧化剂和激活Nrf2/Keap1/ARE途径，因此仍然要研究姜黄素是否通过激活该途径或者作为直接抗氧化剂作来防止抗氧化酶和GSH的活性降低。

3.2 姜黄素对肾毒性的保护作用

姜黄素是一种自由基清除剂，由于其卓越的抗氧化能力，能够缓解多种急性和慢性肾脏疾病的肾损伤，如糖尿病肾病、肾毒性和肾缺血[18]。近年来，研究发现姜黄素对镉中毒诱导的肾损伤也具有保护作用。Naovarat N等[19]将试验组用姜黄素预处理15 d，剂量为动物每天10 mg，第16天施用氯化镉(每个动物每天50 mg/kg)。在试验小鼠的肾脏组织病理学切片中观察到，施用单剂量的CdCl2的小组明显地显示肾脏损伤，肾小管中细胞的变性和脱屑的数目显著增加，硬化肾小球的诱导明显。联合给予姜黄素和氯化镉的动物中肾小球和肾小管的组织结构显示出变性肾小管数目显著减少，细胞脱落小于仅镉处理组，并且观察到正常肾小球的产生。因此，可以提出姜黄素可用于检查氯化镉的肾毒性作用。进一步发现姜黄素部分保护肾脏匀浆中Cd诱导的脂质过氧化，以及减少Cd诱导的肾皮质结构损伤。姜黄素预处理可以显著逆转Cd诱导的降低GSH水平，使其增加。

黎珊珊等[20]将32只Wistar大鼠按体重随机分为4组,每组4只,分别为对照组、低剂量CdCl2组、高剂量CdCl2组和姜黄素干预组。结果显示比较对照组,姜黄素干预组ROS含量显著降低,Nrf2、HO-1、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)、Gpx-1的mRNA及蛋白表达均显著升高(P<0.01)。因此，姜黄素对镉所致的大鼠肾脏氧化应激存在拮抗作用，其机制可能与Nrf2及其调控下游HO-1、γ-GCS和Gpx-1表达有关。

4 小结

研究结果都显示出姜黄素对镉诱导的肝肾损伤具有明显的保护作用。镉中毒引起机体产生过量的自由基，同时抑制内源性抗氧化机能，促进氧化应激的发生。姜黄素具有卓越的抗氧化能力，可以通过诱导表达Nrf2和下游基因，调控抗氧化酶和体内II相解毒酶的表达来增强机体抗氧化能力改善镉诱导的肝肾损伤。进一步加强对姜黄素保护作用的研究，这对于开发新药，临床应用具有重大意义。因此，研究姜黄素对镉致肝肾损伤的保护作用，对于开发治疗镉致肝肾疾病的药物有巨大的应用前景。

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ProgressonProtectiveEffectofCurcuminagainstCadmium-inducedLiverandKidneyDamages

ZHAO Rui-ning,YANG Tong-cheng,YAN Hong-mei,XIE Xin-ran,SUN Lu-yang,SUN Ying,XING Ming-wei,ZHANG Wen

(NortheastForestryUniversity,Harbin，Heilongjiang，150000，China)

Cadmium (Cd) is one of the most toxic metal compounds released the environment.Once Cd enters into the body,it causes massive toxic effects,especially hepatotoxicity and nephrotoxicity.Curcumin is an active ingredient extracted fromCurcumalongaL.Curcumin has excellent antioxidant properties.In recent years,it has been found that curcumin has a protective effect on cadmium-induced liver and kidney damages.In this paper,the protective effects of curcumin on cadmium-induced hepatotoxicity and nephrotoxicity and underling mechanisms were reviewed.for providing reference for further study on the protective effect of curcumin.

protective effect; curcumin; cadmium toxicity; Nrf2; oxidative stress

2017-05-19

中央高校基本科研业务费专项资金(2572017CA17)；黑龙江省博士后面上资助(LBH-Z15005)；大学生创新训练项目(201610225136)

赵瑞宁(1996-)，女，山西晋中人，本科，主要从事动物医学研究。*

S852.2;S859.8

A

1007-5038(2017)11-0103-04