柚皮苷及其苷元柚皮素的呼吸系统药理作用研究概述

李沛波，王永刚，吴灏，师瑞，彭维，苏薇薇

(中山大学生命科学学院，广东省中药上市后质量与药效再评价工程技术研究中心/广东省热带亚热带植物资源重点实验室，广东广州510275)

柚皮苷为二氢黄酮苷类化合物，骨架结构由5，7，4′-三羟基-二氢黄酮苷元与芸香糖[2-O-(α-L-鼠李糖)-β-D-葡萄糖]构成(见图1)；柚皮素为柚皮苷的苷元。柚皮苷和柚皮素均广泛存在于各类植物或各种中药中，但柚皮苷的含量相对较高。柚皮苷进入肠道后，极少部分会以原形被吸收进入血液循环，绝大部分会被肠道菌群脱糖基化代谢为柚皮素，然后以被动扩散的方式被吸收入血[1]。现有研究表明，柚皮苷和柚皮素具有多种生物活性，包括抗炎、抗氧化、改善糖脂代谢紊乱、神经保护、抗肝损伤、抗骨质疏松等[2-5]。

本团队对柚皮苷和柚皮素的呼吸系统药理作用进行了多年研究，前期研究表明，柚皮苷具有显著的镇咳、祛痰、抗肺部炎症等活性[1]。本团队将柚皮苷研制成国家一类新药，已完成了Ⅰ期临床试验研究，拟用于治疗各种原因引起的有痰或无痰咳嗽。近年来，有越来越多的文献报道了柚皮苷和柚皮素对呼吸系统疾病的药理作用，本文对其进行系统综述，以期为相关研究和临床应用提供参考。

1 镇咳作用

呼吸系统疾病是常见病和多发病，而咳嗽是众多呼吸系统疾病共有的典型症状。目前，咳嗽的临床治疗需求远未得到满足。本团队的研究表明，柚皮苷灌胃给药对辣椒素所致豚鼠咳嗽[6]、香烟诱导的慢性支气管炎模型豚鼠对辣椒素敏感性增高[7]、卵蛋白诱导的咳嗽变异性哮喘模型豚鼠对辣椒素敏感性增高[8]均具有显著抑制作用。

根据作用部位不同，临床常用的镇咳药可分为中枢性镇咳药和外周性镇咳药。为阐明柚皮苷的镇咳作用部位，本团队采用中枢性引咳动物模型考察了柚皮苷的作用，结果表明，柚皮苷静脉注射对电刺激豚鼠喉上神经所致咳嗽没有影响，柚皮苷脑室注射对电刺激豚鼠气道神经所致咳嗽也没有显著影响，提示柚皮苷的镇咳部位不在中枢，不是中枢性镇咳药[6]。

呼吸道的咳嗽感受器主要包括Aδ纤维快适应感受器(rapidly adapting receptors，RARs)和无髓鞘的C纤维感受器以及慢适应感受器。柚皮苷镇咳作用靶点研究结果表明，柚皮苷对电刺激辣椒素脱敏豚鼠和非脱敏豚鼠的迷走神经所致咳嗽的抑制作用无明显差异，说明C纤维神经肽的耗竭对柚皮苷的镇咳作用无明显影响，提示柚皮苷的镇咳作用不依赖于C纤维神经肽的释放[6]；柚皮苷灌胃给药对猪鬃毛机械刺激辣椒素脱敏豚鼠气道黏膜所致咳嗽具有显著抑制作用，提示柚皮苷的镇咳作用与抑制RARs有关[6]。ATP-K+通道在咳嗽反射中具有十分重要的作用，镇咳药莫吉斯坦(Moguisteine)即可通过调控ATP-K+通道发挥镇咳作用。本团队的研究结果表明，ATP-K+通道特异性阻断剂格列苯脲对柚皮苷镇咳作用无显著影响，提示柚皮苷不是通过开放ATP-K+离子通道而发挥镇咳作用的[6]。气道神经源性炎症与感染后慢性咳嗽的发病密切相关。柚皮苷能抑制烟熏诱导的肺组织P物质含量和神经激肽-1受体表达增加、抑制肺组织中性内肽酶活性的下降，从而降低气道神经源性炎症水平而发挥镇咳作用[9]。

上述研究结果显示，柚皮苷对生理状态下的实验性咳嗽、慢性气道炎症和气道神经源性炎症诱发的咳嗽均具有镇咳作用，其镇咳部位不在中枢，属于外周性镇咳药。

2 祛痰作用

2.1 柚皮苷祛痰作用研究 气道黏蛋白5AC(MUC5AC)的生成异常增多、囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane regulator，CFTR)和水通道蛋白5(aquaporin 5，AQP5)的表达降低是导致痰液黏稠的重要因素。本团队采用脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)诱导动物急性肺损伤模型研究了柚皮苷的祛痰作用，结果表明，柚皮苷能显著抑制小鼠的肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中MUC5AC含量增加和小气道中杯状细胞的化生，并抑制Beagle犬气管内痰液分泌量和固形物含量的增加[10]。此外，柚皮苷既能降低细颗粒物(fine particulate matter，PM2.5)所致肺损伤模型小鼠BALF中MUC5AC的含量，又能抑制其肺组织中CFTR和AQP5的mRNA和蛋白表达减少[11]。

为阐释柚皮苷抑制气道MUC5AC高分泌的机制，我们采用表皮细胞生长因子(epidermal growth factor，EGF)诱导A549细胞高分泌MUC5AC的模型考察了柚皮苷的作用，结果表明，柚皮苷能显著抑制EGF诱导MUC5AC的mRNA和蛋白的表达增加，其机制可能与其抑制丝裂原蛋白活化激酶/激活蛋白-1(MAPKs/AP-1) 和 IKKs/IκB/核因子 κB(NF-κB)信号通路有关[12]。

2.2 柚皮素祛痰作用研究 有研究显示，柚皮素既能促进小鼠气道酚红排泌[13]，又能显著提高家鸽气道纤毛的转运功能[13]，还能抑制气道上皮细胞MUC5AC的mRNA和蛋白的表达增加[14]。柚皮素促进浆液分泌可能与其增加气道上皮细胞环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)，进而促进CFTR表达，刺激氯离子分泌有关[15]。此外，本团队还采用PM2.5诱导Calu-3细胞浆液分泌异常模型，研究了柚皮素的作用，结果表明：柚皮素能抑制PM2.5所致的CFTR、AQP1和AQP5的mRNA及蛋白表达减少，从而促进浆液的分泌[11]。在柚皮素抑制MUC5AC分泌的机制研究方面，Yang等[14]采用人中性粒细胞弹性蛋白酶诱导气道上皮细胞HBE16生成MUC5AC的模型考察了柚皮素的作用，结果表明，柚皮素能通过调控表皮生长因子受体(EGFR)-磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)/细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)/MAPK信号通路抑制活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生和NF-κB活化，进而抑制MUC5AC的mRNA和蛋白的表达增加。

可见，柚皮苷和/或柚皮素既能抑制MUC5AC的分泌以降低痰液的黏稠度，又能促进气道纤毛的转运功能以促进痰液的排出，还能通过促进浆液分泌以稀释痰液，使痰液易于咳出，发挥显著祛痰作用。提示其对各种急、慢性呼吸道疾病引起的痰液黏稠、咳痰困难的治疗具有积极作用。当然，关于柚皮素促进气道纤毛运动的机制，目前尚不清楚。有研究表明，激活NO-cGMP-PKG通路是刺激气道纤毛摆动的重要机制[16-17]。Manchope等[18]的动物实验研究表明，柚皮素可以通过激活NO-cGMP-PKG-KATP抑制超氧阴离子诱导的小鼠炎性疼痛；Yu等[19]的体内外实验研究表明，柚皮素可以通过cGMP-PKGIα信号通路减轻心肌缺血再灌注损伤。那么，柚皮素促进气道纤毛运动的机制是否与激活纤毛上皮细胞的NO-cGMP-PKG通路有关，有待深入研究。

3 抗肺部炎症作用

3.1 柚皮苷抗肺部炎症作用研究 本团队采用LPS、PM2.5、香烟和百草枯致动物肺部炎症模型，研究了柚皮苷的抗炎作用，结果表明，柚皮苷能显著减轻LPS诱导急性肺损伤模型小鼠[20]和犬[10]的肺水肿、肺组织结构损伤和中性粒细胞浸润，并抑制肺组织中髓过氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的活性及肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α) 、白细胞介素-8(interleukin-8，IL-8)的产生；柚皮苷能降低PM2.5所致肺损伤模型小鼠BALF中总蛋白的含量和肺组织的干湿比，抑制肺水肿[11]；柚皮苷能降低8周香烟烟熏所致慢性支气管炎模型豚鼠的 BALF中 IL-8、白三烯 B4(leukotriene B4，LTB4)和TNF-α的含量和MPO的活性，提高肺组织中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，并能提高BALF中人脂氧素A4(lipoxinsA4，LXA4)的含量，促进炎症的消退[7]；柚皮苷可抑制8周香烟烟熏诱导的大鼠肺部中性粒细胞浸润、MPO和基质金属蛋白酶9(matrix metalloprotein 9，MMP-9)的活化及BALF中TNF-α和IL-8的产生，减轻支气管壁增厚和肺泡扩张[21]；柚皮苷还能显著降低百草枯诱导急性肺损伤模型小鼠的死亡率，抑制肺部炎性细胞的浸润和 TNF-α、转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的 mRNA 表达[22]。 此外，本团队的细胞实验结果表明：柚皮苷能抑制LPS诱导的RAW 264.7细胞释放IL-8、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)和巨噬细胞炎性蛋白 1α(macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α)，其机制可能与抑制NF-κB和MAPK信号通路的活化有关[23]。

除本团队外，也有其他学者研究了柚皮苷的抗肺部炎症作用。Kim等[24]的研究发现，柚皮苷能通过调控MAPK、p53和NF-κB信号通路对丙烯醛吸入所致的小鼠肺部炎症具有抑制作用，如减少IL-1β和TNF-α的表达。Xiong等[25]采用卵蛋白诱导的哮喘小鼠模型得到的研究结果表明，柚皮苷能抑制肺部炎性细胞的浸润并降低BALF中IL-4的水平。Ahmad等[26]采用卡拉胶致小鼠胸膜炎模型得到的研究结果表明，柚皮苷能抑制肺组织中iNOS、环氧化酶2(cycloxygenase 2，COX-2)、细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)、巨噬细胞炎性蛋白2(macrophage inflammatory protein 2，MIP-2)、前列腺素 E2(prostaglandin E2，PGE2)的mRNA表达和COX-2蛋白表达及NF-κB p65活化。Gil等[27]的研究表明，柚皮苷腹腔注射对盲肠结扎穿孔术诱导的脓毒症小鼠的肺部炎症具有显著抑制作用，并能抑制LPS诱导RAW 264.7细胞产生TNF-α。3.2 柚皮素抗肺部炎症作用研究 柚皮素抗肺部炎症作用也有诸多报道。Zhao等[28]的研究表明，柚皮素口服给药可以提高LPS诱导急性肺损伤模型小鼠的生存率，减少中性粒细胞浸润及降低血清和BALF 中TNF-α、IL-1β、IL-6 和 MIP-2的水平，其机制可能与抑制PI3K/AKT信号通路有关。Fouad等[29]发现，柚皮素能显著抑制LPS诱导急性肺损伤模型大鼠肺部中性粒细胞募集和TNF-α、IL-6的生成。Lin等[30]发现柚皮素能降低肺炎支原体感染小鼠的血清IL-6、IL-1β和TNF-α水平，其机制可能与抑制气道上皮细胞的自噬有关。Liu等[31]采用香烟烟熏诱导小鼠慢性阻塞性肺疾病模型和A549细胞，研究了柚皮素的作用，结果表明，柚皮素能显著改善小鼠的肺功能，减少炎性细胞浸润，并抑制BALF和血清中IL-8、TNF-α的生成，其机制可能与抑制NF-κB活化有关。Zhang等[32]的研究结果表明，柚皮素对放射性肺损伤模型小鼠的肺部炎性细胞尤其是中性粒细胞的浸润、肺泡间隔增厚、BALF中IL-1β水平升高均具有抑制作用。Ali等[33]的研究表明，柚皮素对苯并[a]芘所致的大鼠肺损伤具有保护作用，主要表现为维持肺泡和上皮的完整性、减轻肺组织的病理损伤、降低NF-κB和COX-2的表达等。Zhang等[34]的研究显示，柚皮素皮下注射对金黄色葡萄球菌肺炎模型小鼠也具有减轻肺损伤和肺部炎症的作用。Shi等[35-36]采用卵蛋白所致的哮喘小鼠模型研究了柚皮素的作用，结果表明，柚皮素腹腔注射能显著抑制肺部炎性细胞的浸润、气道高反应性和重塑、BALF中IL-4和IL-13水平的升高、肺组织CC类趋化因子配体5[chemokine(C-Cmotif)ligand5，CCL5]和CCL11的表达及NF-κB的活化。朱蕾等[37]的研究表明，柚皮素对肺缺血再灌注损伤大鼠有保护作用，其作用机制可能是通过抑制PI3K/AKT信号通路介导的炎症。

综上所述，柚皮苷对LPS、PM2.5、香烟、百草枯、丙烯醛、卵蛋白和卡拉胶等多种刺激因素所致的肺部炎症具有显著抑制作用，且还能促进炎症的消退；柚皮素对LPS、肺炎支原体感染、香烟、放射性肺损伤、苯并[a]芘、金黄色葡萄球菌、卵蛋白和肺缺血再灌注所致的肺部炎症也具有显著抑制作用。在现有的大部分研究中，柚皮苷和柚皮素多以灌胃方式给药，柚皮素的有效剂量多为100 mg·(kg·d)-1，而柚皮苷的剂量大都低于100 mg·(kg·d)-1。

4 抗肺纤维化

肺纤维化是一种以肺部成纤维细胞过度增殖和活化、细胞外基质沉积并伴有炎症损伤和组织结构破坏为病理特征的间质性肺部疾病，易导致呼吸功能丧失甚至衰竭死亡。Chen等[22]采用百草枯诱导的肺纤维化小鼠模型研究了柚皮苷的作用，结果表明，柚皮苷能显著减轻弥漫性肺泡和支气管周围及间质纤维化，降低肺组织中TNF-α、TGF-β1、MMP-9、组织金属蛋白酶抑制因子-1(tissue inhibitor of metalloproteinases 1，TIMP-1) 和羟脯氨酸(hydroxyproline，HYP)的含量，提示柚皮苷对百草枯诱导的小鼠肺纤维化具有抑制作用。Turgut等[38]的研究表明，柚皮苷能显著减轻博莱霉素所致的肺纤维化模型大鼠肺部胶原沉积，降低肺部TNF-α、IL-1β、HYP和MDA的水平，增加GSH-Px和SOD活性，发挥抗肺纤维化作用。此外，柚皮素也能降低肺炎支原体感染小鼠的血清TGF-β水平，抑制肺纤维化的形成[30]。

5 其他

肺癌是对我国人群健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一。吸烟、职业暴露、大气污染、肺部慢性炎症等是肺癌的常见病因。Chen等[39]的研究表明，柚皮苷能通过抑制人小细胞肺癌细胞H69AR的增殖并促进其凋亡，其机制可能与其抑制miR-126/血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)信号通路有关。沈妍丽等[40]采用3-甲基胆蒽和二乙基亚硝胺灌注左肺叶支气管建立肺鳞癌大鼠模型，观察了柚皮素的作用，结果表明，柚皮素有明显的抗肿瘤作用，能够降低瘤体质量，提高癌细胞凋亡指数，其机制可能与抑制microRNA34a、p53 mRNA、p-p53蛋白表达有关。孙振峰等[41]的研究表明，柚皮素能抑制A549-CSCs的迁移能力，降低细胞Sox2、Oct4的mRNA表达水平和Notch1、Hes1的蛋白表达水平，提示柚皮素可能通过抑制Notch1/Hes1通路抑制肺癌干细胞增殖、迁移和分化。Chang等[42]的研究认为，柚皮素能抑制肺癌细胞A549的迁移，其机制包括抑制蛋白激酶 B(protein kinase B，PKB/Akt)、MMP-2和MMP-9的活性。Bodduluru等[43]发现柚皮素能抑制苯并[a]芘诱发的肺癌模型小鼠肺组织中细胞色素氧化酶P4501A1(CYP1A1)、NF-κB和 增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的 mRNA和蛋白的表达，并能抑制癌细胞的增殖。此外，柚皮素口服给药能通过调控宿主的免疫功能以抑制乳腺切除模型小鼠的癌细胞肺转移[44]和降低肺纤维化模型小鼠的肺癌转移[45]。

此外，也有研究表明，柚皮素能通过激活核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)并促进其入核来抑制百草枯对气道上皮细胞Beas-2B的细胞毒性[46]；柚皮素可抑制香烟提取物诱导的 Smad3(mothers against decapentaplegic homolog 3)磷酸化，从而抑制血管内皮生长因子的分泌[47]；Shi等[48]采用体外模型研究了柚皮苷和柚皮素对气道平滑肌的影响，结果表明，柚皮苷和柚皮素可通过激活大电导钙依赖的钾通道开放而舒张气道平滑肌，降低气道组织张力。

6 结语与展望

作为天然黄酮类化合物，柚皮苷和柚皮素具有广泛的药理活性，其中，对呼吸系统的药理作用已成为研究热点之一。本团队对柚皮苷和柚皮素的呼吸系统药理作用及其机制进行了多年的研究。

综合文献报道，柚皮苷和柚皮素的呼吸系统药理作用主要包括有：①外周性镇咳作用，抑制RARs为其机制之一；此外，柚皮苷还能抑制香烟所致的气道神经源性炎症和咳嗽敏感性增高，提示柚皮苷不仅可用于治疗急性咳嗽，还可用于高敏性咳嗽和神经源性炎症介导的咳嗽；②祛痰作用，既能通过增加CFTR、AQP1和AQP5的表达促进浆液分泌以稀释痰液，又能促进气道纤毛的转运功能以促进痰液的排出，还能通过调控 MAPKs/AP-1、IKKs/IκB/NF-κB或EGFR-PI3K-Akt/ERK MAPK等信号通路抑制MUC5AC的生成以降低痰液的黏稠度，显著改善痰液黏稠、咳痰困难等症状；③抗肺部炎症作用，能通过调控MAPK、p53或NF-κB等信号通路抑制LPS、香烟、PM2.5、细菌感染、放射等多种刺激因素所致的肺部炎症；④对百草枯、博莱霉素、肺炎支原体所致的肺纤维化具有抑制作用；⑤抗肺癌作用，既能抑制肺癌干细胞增殖、迁移和分化，又能抑制肺癌细胞的增殖并诱导其凋亡，还能通过改善免疫抑制环境来抑制乳腺癌的肺转移；⑥抑制血管内皮生长因子的分泌和舒张气道平滑肌的作用。

综上所述，柚皮苷及其苷元柚皮素具有多方面的呼吸系统药理作用，将其开发成治疗各种原因引起的有痰或无痰咳嗽的新药，将具有良好的临床应用前景。