姜黄素对肾缺血再灌注损伤的保护作用机制的研究进展

周小园 容松 田梅

[摘要] 姜黄素是一种从姜黄中提取的黄色酸性酚类物质，广泛应用于食品工业中。肾脏作为内分泌器官，同时也是高灌注器官，对缺血和再灌注尤其敏感。当肾脏出现缺血再灌注时，在缺血再灌注的后期会产生大量的活性氧族，使肾脏处于高度氧化应激状态，并引发一系列有害的细胞反应，导致炎症、细胞凋亡和急性肾衰竭，甚至引起其他器官的损害。姜黄素可以通过上调APPL1的表达、抑制Akt磷酸化途径、抑制活化的INOS/NO/CGMP/PKG信号通路、减轻氧化应激反应、抑制炎症细胞浸润，上调HO-1、抑制NF-κB活性、减少血管活性物质的产生等减少肾缺血再灌注所致的肾损伤。因此姜黄素可作为治疗肾缺血再灌注的一种新的治疗方法。

[关键词] 姜黄素;肾缺血再灌注损伤;氧化应激;炎性因子

[中图分类号] R285.5          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）02（c）-0020-05

[Abstract] Curcumin is a yellow acid phenolic substance extracted from Rhizoma Curcumae longae and widely used in the food industry. The kidney acts as an endocrine organ and is also a high perfusion organ， particularly sensitive to ischemia and reperfusion. When the kidney develops ischemia-reperfusion， a large amount of reactive oxygen species is produced in the later stage of ischemia-reperfusion， which causes the kidney to be in a state of high oxidative stress and triggers a series of harmful cellular reactions， leading to inflammation， apoptosis and acute kidney failure， and even can cause damage to other organs. Curcumin can up-regulate the expression of APPL1， inhibit the Akt phosphorylation pathway， inhibit the activated INOS/NO/CGMP/PKG signaling pathway， alleviate oxidative stress， inhibit inflammatory cell infiltration， up-regulate HO-1， and inhibit NF-κB activity， reduce the incidence of vasoactive substances and reduce renal damage caused by renal ischemia and reperfusion. Therefore， curcumin can be used as a new treatment method for renal ischemia-reperfusion.

[Key words] Curcumin; Renal ischemia-reperfusion injury; Oxidative stress; Inflammatory factor

缺血再灌注損伤（ischemia reperfusion injury，IRI）是指经历缺血的器官或组织在恢复供血和供氧后，器官或组织损伤反而加重，甚至出现损伤不可逆的现象，通常由炎症级联反应引发，包括活性氧（reactive oxygen species，ROS）、活性氮（reactive nitrogen species，RNS），细胞因子、趋化因子、白细胞活化等[1]。肾缺血再灌注损伤（renal ischemia reperfusion injury，RIRI）是一个非常复杂的病理过程，其主要通过线粒体损伤、炎症、凋亡、氧化应激等途径造成肾脏损伤[2]。姜黄素是从姜黄中提取的一种色素，姜黄主要分布在印度、中国和东南亚等热带和亚热带地区，广泛用于食物色素，其人体安全性好，且具有抗炎、抗氧化、抗纤维化、抗凝、抗肿瘤、降血脂等活性，研究[3-10]表明姜黄素对RIRI具有保护作用，本文就姜黄素对于RIRI的保护作用机制的研究进展予以综述。

1 姜黄素的生理特性

姜黄为姜科姜黄属植物，其根状部分被广泛用作食用色素和调味品。姜黄含有碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维和3%～5%的类姜黄素等多种碳水化合物。姜黄类化合物包含姜黄素（70%）、去甲氧基姜黄素（17%）、二去甲氧基姜黄素（3%）和环姜黄素（10%）[11]。姜黄素是来源于姜黄的多酚化合物，在酸性和中性环境中稳定，而在碱性环境下极不稳定。研究[12]表明姜黄素的生物学效应包括抗炎、抗氧化、抗纤维化、抗凝、抗肿瘤活性、降血脂等，并且还发现其具有特定的器官保护作用[13]。

2 姜黄素对RIRI的作用

肾脏是内分泌器官，同时也是高灌注器官，对缺血和再灌注尤其敏感。缺血再灌注（ischemia reperfusion，IR）诱导的急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）在围术期发病率高，是缺血性急性肾功能衰竭（acute ischemic renal failure，AIRF）的重要环节。当肾脏出现IR时，在IR的后期会产生大量的活性氧族ROS，使肾脏处于高度氧化应激状态，并引发一系列有害的细胞反应，导致炎症、细胞凋亡和急性肾衰竭[14]，甚至引起其他器官的损害。IR损伤的病理生理机制包括内皮功能障碍、氧化应激和炎性细胞因子以及凋亡途径的激活[15]。姜黄是生姜家族（姜科）的根状茎单子叶植物多年生草本植物成员，是香料混合物的成分，如咖喱粉，通常由姜黄、丁香、辣椒粉、姜、豆蔻、香菜、小茴香、肉豆蔻、胡椒和肉桂组成。姜黄通常用作化妆品和纺织品生产中的天然色素，且广泛用于食品工业。近年来，越来越多的研究发现姜黄素对RIRI的保护作用，主要包括以下几个方面：

2.1 通过上调亮氨酸拉链的表达抑制蛋白激酶磷酸化途径

亮氨酸拉链（APPL）是一种蛋白质编码基因，已被证明参与脂联素信号传导途径和胰岛素信号传导途径之间的串扰。衔接蛋白、磷酸酪氨酸与PH结构域和APPL1相互作用，是脂联素受体（AdipoR）的内聚蛋白，可直接与AdipoR的胞内N端相互作用并参与脂连蛋白细胞信号传导[16]。有证据表明APPL1可能在IR诱导的AKI中起重要作用。Hongtao等[3]通过建立姜黄素IR组进行实验，结果表明姜黄素IR组明显减少肾小管上皮细胞及肾功能的损害并显著降低IR诱发的肾周纤维化。同时该实验也证实：①APPL1在RIRI中被诱导;②姜黄素对IR诱导的晚期纤维化具有抗纤维化作用;③APPL1的靶向破坏会削弱姜黄素治疗的肾小管上皮细胞中的细胞外基质（ECM）蛋白质表达中的作用;④APPL1的靶向破坏诱导肾小管上皮细胞中的蛋白激酶（Akt）磷酸化。这些发现提示姜黄素可通过APPL1/Akt减轻IR诱导的晚期肾纤維化途径。APPL1作为蛋白质运输和细胞信号传导的关键因素，APPL1可以介导Akt信号传导途径以增强各种病理生理过程[4，17]，而Akt磷酸化是APPL1下游的特定信号通路。肾缺血再灌注后，姜黄素上调APPL1的表达，然后抑制Akt磷酸化，从而减弱IR诱导的纤维化发病机制中的细胞外基质蛋白的表达水平。同时Fan等[18]也通过实验证实姜黄素是通过介导APPL1的上调以减少细胞凋亡并通过抑制Akt磷酸化来防止IR诱导的AKI。因此，姜黄素可能是IR诱导AKI的潜在治疗方法，APPL1/Akt可能是姜黄素肾保护作用的主要治疗信号通路。

2.2 通过抑制活化的iNOS/NO/cGMP/PKG信号通路

研究表明cGMP/PKG信号通路通过调节GSK-3β、ERK和Akt的磷酸化和线粒体KATP通道等多种信号通路对心肌细胞IRI进行保护作用[19-20]。iNOS/NO/cGMP/PKG信号通路的激活与RIRI的发病机制相关。Liu等[5]通过实验验证了姜黄素对RIRI的影响，结果表明姜黄素治疗可以抑制活化的iNOS/NO/cGMP/PKG信号传导途径，减轻肾功能及肾脏病理的损害，同时也说明iNOS/NO/cGMP/PKG信号通路的失活是解释姜黄素对RIRI的保护作用的原因之一。

2.3 通过抑制细胞凋亡

部分研究报道姜黄素可以通过线粒体途径诱导细胞凋亡，而其他研究结果表明姜黄素可以通过抑制细胞凋亡而在IR后起保护作用[21]。细胞凋亡蛋白酶（caspase）在细胞凋亡、炎性反应过程中起着关键作用。在IR刺激下Caspase分子活化，活化的Caspase分子催化裂解各种效应分子，引发细胞凋亡。相关实验已经详细研究了其不同细胞效应的分子机制，显示姜黄素通过下调核转录因子（nuclear factor kappa B，NF-κB）信号传导途径，从而诱导细胞凋亡，这被认为是AKI的重要机制[21]。研究[6]证明，姜黄素预处理可以减轻肾脏及血液中的炎性因子如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白介素（IL）-1β、IL-12、IL-18和干扰素（INF）-γ，该研究同时证实了姜黄素通过免疫介导和caspase-3的激活对转化生长因子（TGF）-β介导的抗凋亡机制来进行肾脏保护及其他重要器官免受IR损伤。

2.4 通过减轻氧化应激反应

因姜黄素特殊的化学结构，决定其具有抗氧化作用，据报道，姜黄素是一种双功能抗氧化剂[22]，因为它能够直接与活性物质反应并诱导各种细胞保护和抗氧化蛋白质的上调。姜黄素能够清除超氧阴离子（O2-）、羟基自由基（OH-）、过氧化氢（H2O2）、单线态氧、一氧化氮、过氧亚硝酸盐和过氧自由基（ROO）。此外，姜黄素是一种亲脂性化合物，也是氧自由基的高效捕收剂。姜黄素可以调节谷胱甘肽还原酶（GSR）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）在自由基中的活性，并能抑制ROS产生其他酶，如脂氧合酶/环氧合酶和黄嘌呤氢化酶/氧化酶。大量研究显示姜黄素通过其抗氧化作用保护肾脏免于IR损伤。对大鼠[200 mg/（kg·d），7 d]口服姜黄素，进行双侧肾缺血45 min，然后再灌注24 h[7]，姜黄素显著降低血清谷胱甘肽过氧化物酶、血清尿素、胱抑素C和丙二醛（MDA）、一氧化氮及蛋白羰基含量。Xu等[23]研究证明姜黄素可通过清除过多的ROS，增加SOD含量，降低MDA的含量，并通过抑制caspase-3和Bax蛋白的表达水平以及通过增加Bcl-2的表达来减少人肾小管上皮细胞（HK-2）的凋亡。同时Chen等[28]的研究也表明姜黄素通过减少肾脏及心脏中的氧化应激及炎性反应而改善心肌收缩性并减轻心脏及肾脏的损害。因此，姜黄素可能被开发为一种有前景的潜在保护剂，用于抵抗RIRI。相关研究[9-10]证实姜黄素减弱IR引起的肾损伤呈剂量依赖性，同时Kaur等[10]研究表明N-甲基-D-天门冬氨酸（NMDA）受体拮抗剂显著促进了姜黄素介导的抗IR诱导的AKI的保护作用。

2.5 通过上调HO-1

血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）可能参与姜黄素对肾脏的保护[24]。实验研究表明姜黄素通过Nrf2/ARE途径导致肾上皮细胞中HO-1的表达上调，这也是一种氧化应激的保护性机制。姜黄素通过刺激HO-1以抑制TNF-α诱导的细胞间黏附分子-1（ICAM-1）表达，从而抑制白细胞浸润[25]。

2.6 通过抗炎及抑制NF-κB活性

机体内引起炎性反应的各类前列腺素炎性介质，可由环氧合酶（cyclooxygenase，COX）和脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）通过催化花生四烯酸形成。研究发现，姜黄素与COX和LOX具有拮抗作用，使得炎性介质的产生减少，从而到达抗炎作用[26]。同时相关研究也显示姜黄素不仅可以降低脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）应激时所产生的IL-1β和IL-6，同时也可显著抑制TNF-α的蛋白表达量，而TNF-α是激活NF-κB的重要炎症介质。

NF-κB是一种细胞核转录因子，也是炎症相关的重要信号通路，多种细胞因子、生长因子、免疫受体、递质、应激、细菌及其产物、病毒与其产物、外源物质、环境等都可能激活NF-κB信号通路。炎症介质激活NF-κB，使其与抑制蛋白-Kb（inhibitor Kb，IKb）脱离，进入细胞核激活炎症介质的基因表达，加重炎性反应。

Kuwabara等[27]选用姜黄素及NF-κB抑制剂二硫代氨基甲酸吡咯烷（PDTC）对单侧输尿管梗阻的大鼠进行干预，结果表明，姜黄素对梗阻性肾病所导致的炎性反应和纤维化有保护作用，其保护机制与抑制NF-κB途径有关，同时发现肾间质单核-巨噬细胞的聚集减少，这可能与减弱了单核细胞趋化因子（MCP-1）和ICAM-1有关。NF-κB途径在MCP-1和ICAM-1的转录中担负着重要的作用，因此推断姜黄素可能是通过抑制NF-κB途径，减弱了MCP-1和ICAM-1的表达，从而减少肾间质单核-巨噬细胞的聚集。抑制NF-κB活化也可通过其他信号转导途径发生，Rogers等[28]实验证实对pS6RP（Akt信号级联下游靶点和p42/44MAPK）也有抑制作用，同时该实验也表明姜黄素保护RIRI的机制是通过多种途径进行调控的，包括抑制细胞凋亡和中性粒细胞募集，增强抗氧化酶表达，减少一氧化氮产生和减少硫氧还原蛋白结合蛋白（TXNIP）表达。

综上，姜黄素一方面是通过抑制炎性介质酶的活性而使炎症介质的产生减少，以到达抑制炎症的作用;另一方面是通过抑制TNF-α的产生，使得NF-κB信号通路受阻，进而减少炎性因子的表达，从而进行抗炎反应。

2.7 减少血管活性物质的产生

研究[29]已证明，通过干扰血管收缩剂如腺苷和内皮素的产生与包括一氧化氮和前列腺素的血管扩张剂之间的平衡，肾缺血再灌注增加了肾血管的收缩。此外，增加的黏附分子和白细胞，血小板和红细胞黏附到血管内皮上导致血管内充血，造成再灌注期间总肾血流量的永久性降低。肾血流量减少，肾小球囊的压力和增加的回漏通过肾小管上皮细胞损伤层也导致肾小球滤过率（GFR）的嚴重下降。Punithavathi等[30]实验结果显示，姜黄素可以明显抑制支气管肺泡灌洗液中的血管紧张素转换酶含量，提示其具有类似血管紧张素转换酶抑制剂的作用。这可能是姜黄素能够降低血浆和肾组织血管紧张素转化酶 Ⅱ（Ang Ⅱ）表达的原因之一。Ang Ⅱ的减少一方面可减轻肾组织的缺血、缺氧，另一方面还可通过TGF-β1等影响ECM的合成和降解，从而保护肾脏。

3 结语

综上，RIRI常发生于肾移植、脓毒症休克、肾大部分切除术等临床诊疗过程中，是发生急性肾衰竭的重要因素，并导致临床患者的死亡率增加。肾缺血再灌注的损伤机制较为复杂，目前尚未完全阐明，公认的机制有氧自由基分泌、Ca2+超载、趋化因子参与、细胞黏附分子激活、白细胞作用等相互作用引发组织炎症、坏死、凋亡，最终导致组织功能障碍及器官衰竭。RIRI时肾脏细胞线粒体也受到破坏，导致SOD和谷胱甘肽过氧化物酶GSH活性降低，不能有效地清除机体内的氧自由基，导致机体氧化还原系统紊乱，加重机体损伤，而姜黄素具有抗氧化作用，可以调节GSR、CAT和SOD在自由基中的活性，从而起到抗损伤作用。RIRI时内皮细胞功能紊乱，会产生大量炎症介质，释放多种炎性递质和黏附分子，趋化中性粒细胞及炎性细胞黏附于血管内皮或进入细胞，同时中性粒细胞及其他炎症细胞本身又可释放趋化物质，这些物质作用于肾脏，引起肾缺血再灌注，进一步加重肾脏损伤。缺血再灌注后细胞凋亡是IRI的重要机制，姜黄素通过抑制IL-1β和IL-6、TNF-α等减少炎症，同时可通过线粒体途径及抑制NF-κB途径诱导细胞凋亡减少组织损伤。有研究表明通过抑制HO-1表达使RIRI时自由基对肾组织的损伤加重，同时HO-1诱导剂具有拮抗自由基介导的组织细胞氧化损伤作用，而姜黄素具有上调HO-1的表达，同时还可减少肾血管活性物质的产生，增加肾血流量，减少肾脏损害，从而起到保护作用。

姜黄素是从姜黄中提取的一种色素，广泛用于食物色素，其人体安全性好，本文主要探讨姜黄素在作为临床治疗肾脏缺血性疾病的可能性，为临床预防及治疗RIRI提供新的治疗策略及思路，同时将中药现代化，使中西医结合进一步走向世界。

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（收稿日期：2018-08-02  本文编辑：金   虹）