毛蕊花糖苷的药理作用及作用机制研究进展

2020-09-15郭梦环婧张金花张

中成药 2020年8期

郭梦环甘露司婧张金花张红*

（1.兰州大学，甘肃兰州730000； 2.中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州730000； 3.中国科学院大学，北京100049）

毛蕊花糖苷是一种水溶性的苯乙醇苷类化合物，广泛分布于植物界，常见于地黄、肉苁蓉、车前子、桂花、裸花等植物中。毛蕊花糖苷为类白色或淡黄色结晶粉末，分子式C29H36O15（图1），相对分子质量624.59。其结构特点为中心葡萄糖单元以1 位与苯乙醇的α⁃羟基成苷，葡萄糖的3 位连接鼠李糖，苯丙烯酞酚与中心葡萄糖的4 位连接，其多羟基的结构特点决定了易被氧化的性质，使得毛蕊花糖苷的临床应用大大受到限制。毛蕊花糖苷具有抗肿瘤、抗炎、神经保护、皮肤保护、抗病原微生物等作用，其药用价值愈发受到关注。但关于毛蕊花糖苷的体内转运和毒性研究相对较少。本文对毛蕊花糖苷的药理作用及作用机制进行综述，并对毛蕊花糖苷的开发和应用前景进行展望。

图1 毛蕊花糖苷的化学结构式

1 神经保护作用

毛蕊花糖苷具有神经系统保护作用，能有效修复阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）的受损神经元，改善学习和记忆功能。对大脑的氧化损伤、炎性损伤、神经痛及帕金森病（Parkinson’s disease，PD）也有改善作用。

Aβ 淀粉样蛋白（amyloid β⁃protein，Aβ）可以引起神经元氧化损伤的级联反应，导致AD 患者神经元损伤。体外研究发现，毛蕊花糖苷能抑制Aβ 诱导的人神经母细胞瘤细胞SH⁃SY5Y 和神经元样细胞PC12 的凋亡和氧化损伤，升高了受损神经元线粒体膜电位，其机制可能与升高细胞外信号调节激酶（extracellular signal⁃regulated kinase，ERK）、磷脂酰肌醇3⁃激酶／蛋白激酶B （phosphatidylinositol 3⁃kinase／Protein Kinase B，PI3K／AKT）信号通路下游抗氧化酶血红素氧合酶⁃1 （Heme oxygenase，HO⁃1）的表达有关［1⁃2］。毛蕊花糖苷和异毛蕊花糖苷均能减少Aβ 蛋白处理的SH⁃SY5Y 细胞游离培养基中Aβ40 和Aβ42 的含有量，抑制了其在细胞内的积累［3⁃4］。进一步的体内研究发现，毛蕊花糖苷预处理能减少AD 模型大鼠脑组织Aβ 的沉积，减轻AD 大鼠的运动功能障碍，改善认知缺陷［3，5］。表明毛蕊花糖苷可能通过直接抑制Aβ 蛋白发挥抗AD 的作用。

毛蕊花糖苷通过抑制神经细胞凋亡，抗氧化应激等作用发挥抗PD 的作用。毛蕊花糖苷与caspase⁃3 在HisA237位点结合形成稳定复合物，抑制PD 大鼠α⁃synuclein、caspase⁃3 的上调和微管结构蛋白的下调从而有效抑制PD大鼠神经元的凋亡，缓解PD 症状［6］。核转录因子（Nuclear factor erythroid⁃2⁃related factor 2，Nrf2）／抗氧化反应元件（Antioxidant response elements，ARE）信号通路是机体主要的抗氧化应答元件，毛蕊花糖苷能激活Nrf2／ARE信号通路，上调Nrf2／ARE 反向抗氧化基因的表达，有效保护PD 斑马鱼因神经元氧化损伤引起的运动功能障碍［7］。酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase，TH）是多巴胺生物合成的关键酶。毛蕊花糖苷能显著升高大鼠黑质TH 阳性神经元的数量，降低兴奋性神经递质谷氨酸、天门冬氨酸及N⁃甲基⁃D⁃天冬氨酸受体1／2 的表达；同时升高抑制性神经递质甘氨酸、γ⁃氨基丁酸及γ⁃氨基丁酸B1 受体的表达，揭示了毛蕊花糖苷可通过保护多巴胺能神经元起抗PD 的作用［8⁃9］。

毛蕊花糖苷能改善衰老小鼠的学习和记忆功能。毛蕊花糖苷通过升高酪氨酸蛋白激酶A 和神经营养因子⁃3（Neurotrophin⁃3，NT⁃3）的表达，对抗D⁃半乳糖和AlCl3诱导的亚急性衰老小鼠海马区细胞损伤和胆碱能系统的损伤［10⁃12］。苗鑫等［13］发现毛蕊花糖苷能减轻D⁃半乳糖诱导的PC12 细胞的神经毒性作用，其机制与促进环腺苷酸（Cyclic adenylate，cAMP）／环腺苷酸依赖蛋白激酶／环磷腺苷效应元件结合蛋白信号通路活化和NT⁃3 表达升高有关。

双链RNA 蛋白激酶R （Double⁃stranded RNA⁃dependent protein kinase，PKR）／真核细胞翻译起始因子 2α（Eukaryotic initiation factor 2α，eIF2⁃α）通路与氧化应激和神经细胞凋亡有关。毛蕊花糖苷通过抑制PKR／eIF2⁃α 信号通路发挥抗氧化作用，抑制脑缺血再灌注损伤小鼠的神经元凋亡［14］。毛蕊花糖苷通过抗氧化作用，显著减轻神经痛模型大鼠神经病变相关的行为改变［15］，减轻神经痛模型大鼠的机械痛觉过敏［16］。此外，毛蕊花糖苷在抗炎方面也有重要作用，它能明显改善内毒素性休克大鼠脑组织炎性细胞浸润，改善细胞排列结构，抑制细胞因子白细胞介素⁃1β （Interleukin⁃1β，IL⁃1β），IL⁃6 及肿瘤坏死因子⁃α（Tumor necrosis factor⁃α，TNF⁃α）的表达，减轻内毒素休克大鼠脑组织的炎性损伤［17⁃18］。

2 抗肿瘤作用

毛蕊花糖苷是一种广谱抗肿瘤药物。c⁃Met 是一种受体酪氨酸激酶，通过促进上皮间质转化增强肿瘤细胞的侵袭性。毛蕊花糖苷通过抑制c⁃Met 的表达进而抑制胶质母细胞瘤细胞（Glioblastoma cell，GBM）的增殖、迁移和侵袭起到杀死肿瘤的效果［19］。信号传导与转录激活因子3（Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）具有肿瘤抑制作用［20］。毛蕊花糖苷通过上调SHP⁃1 的表达，抑制STAT3 磷酸化，从而改变STAT3 下游信号通路，促进细胞凋亡，明显抑制了GBM 的增殖、迁移和侵袭［21⁃22］。

研究发现，毛蕊花糖苷形成金属复合物或与经典抗肿瘤药物联用，具有良好的肿瘤抑制作用。比如，毛蕊花糖苷和替莫唑胺联合应用促进促凋亡蛋白caspase⁃3 和p53 表达的同时降低抗凋亡蛋白Bcl⁃2 的表达，诱导GBM 凋亡，协同发挥抑制GBM 细胞生长的作用［23］。与毛蕊花糖苷单独给药相比，毛蕊花糖苷⁃纳米金粒子复合体能更有效地诱导白血病细胞K562 凋亡，降低肿瘤细胞的生存率。并能有效地抑制小鼠体内肿瘤的生长，是良好的肿瘤抑制剂［24］。

Attia 等［25］研究发现，5 氟尿嘧啶（5⁃Fluorouracil，5⁃FU）和毛蕊花糖苷联合给药较两者单独给药相比，能抑制PI3K／AKT 信号通路，引起结直肠癌细胞（Colorectal cancer cells，CRC）细胞周期阻滞。毛蕊花糖苷增强CRC 对5⁃FU的化疗敏感性，起到化疗增敏作用。

同源域相互作用蛋白激酶2 （Homeodomain Interact ing Protein Kinase 2，HIPK2）是DNA 损伤信号通路中多种转录因子（包括p53）的关键调控因子［26⁃27］。毛蕊花糖苷能有效激活HIPK2⁃p53 信号通路，抑制CRC 细胞的增殖和凋亡；且对大鼠CRC 异种移植瘤的生长具有明显抑制作用［28］。

核因子κB （Nuclear factor⁃kappa B，NF⁃κB）是具有特定序列的多效转录因子，调控反向基因Bcl⁃2、Bcl⁃XL、基质金属蛋白酶⁃9 （MMP⁃9）等的表达，从而抑制癌症的发生和发展。Zhang 等［29］发现毛蕊花糖苷能有效抑制NF⁃κB的激活，显著降低口腔鳞状细胞癌细胞的增殖和迁移；在异种移植口腔鳞状细胞癌小鼠模型中的研究也发现，毛蕊花糖苷通过抑制IκB 激酶复合体（IκB kinase，IKK）／NF⁃κB 信号通路的激活，抑制移植瘤的生长和肺转移。

毛蕊花糖苷通过Ca2＋／钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（Ca2＋／calmodulin⁃dependent protein kinase Ⅱ，CAMK Ⅱ）／ERK 和应激活化蛋白激酶（c⁃Jun N⁃terminal kinase，JNK）／NF⁃κB 依赖性信号通路，抑制人纤维肉瘤细胞MMP⁃9 蛋白质和mRNA 的表达，从而抑制人纤维肉瘤细胞的增殖和迁移［30］。毛蕊花糖苷通过降低抑凋亡基因Bcl⁃2和上调促凋亡基因Bax、p53 的表达，促进肺癌细胞A549的凋亡［31］。并通过STAT3 调节氧化应激和凋亡，介导实验性肝癌发生的化学预防［32］。

毛蕊花糖苷通过调节细胞周期抑制肿瘤细胞的生长。Mulani 等［33］发现毛蕊花糖苷通过调节细胞周期对前列腺癌细胞的增殖具有明显的抑制作用。毛蕊花糖苷通过抑制细胞周期依赖蛋白激酶（Cell cycle dependent protein kinase，CDKs）的表达，促进CDKs 抑制剂的表达，使细胞周期阻滞于G1 期，抑制人白血病早幼粒细胞HL⁃60 的增殖［34］。

另外，毛蕊花糖苷对正常细胞无毒性，但对人类骨肉瘤细胞和小鼠皮肤癌细胞具有不同程度的毒性。腹腔注射毛蕊花糖苷能抑制小鼠黑色素瘤的生长，然而，口服毛蕊花糖苷促进小鼠黑色素瘤的生长。表明毛蕊花糖苷对细胞具有选择性作用，并且其给药方式可能影响其药效［35］。

3 抗炎作用

参加炎症反应的炎症介质有细胞因子、花生四烯酸代谢产物白三烯和前列腺素、组胺、氧自由基等［36］。毛蕊花糖苷通过抑制炎症反应的各级信号分子，直接或间接抑制下游炎症介质的释放，进而抑制炎症反应的发生。在炎症反应过程中，促炎刺激可诱导诱生型一氧化氮合成酶（In⁃ducible nitric oxides synthase，iNOS）、环氧合酶⁃2 （Cycloox⁃ygenase，COX⁃2）的表达，促进炎症介质的释放［37］。核因子NF⁃κB 和活化蛋白⁃1 （Activated protein，AP⁃1）的激活是介导iNOS 激活关键步骤。毛蕊花糖苷预处理抑制巨噬细胞AP⁃1 的激活，抑制下游iNOS 的表达，进而减少NO 的释放，抑制巨噬细胞炎症反应的发生［38］。毛蕊花糖苷通过抑制NF⁃κB 信号通路，干扰下游iNOS 和COX⁃2 蛋白的表达，从而抑制NO 及TNF⁃α，IL⁃6，IL⁃1β 等的释放，抑制人髓单核细胞白血病细胞、小胶质细胞及巨噬细胞炎症反应的发生［39⁃43］。毛蕊花糖苷通过抑制转化生长因子β 激活激酶1 （Transforming growth factor activates kinase，Tak1）／JNK／AP⁃1 及其下游COX⁃2 和iNOS 的表达发挥抗炎作用［44］。同时，毛蕊花糖苷通过下调Ca／活化T 细胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFATc）和JNK／丝裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）信号通路，抑制IL⁃4，TNF⁃α 等细胞因子的表达，抑制嗜碱性粒细胞Ⅰ型超敏反应的发生［45］。

体内研究发现，毛蕊花糖苷能显著降低实验性牙周炎模型大鼠及结肠炎大／小鼠NF⁃κB、iNOS 及下游细胞因子IL⁃1β，IL⁃6，IL⁃12，TNF⁃α，IFN⁃β 的表达，抑制牙龈黏膜组织的炎性损伤及结肠炎大鼠体质量的下降，减轻牙周炎及结肠炎症状［46⁃48］。毛蕊花糖苷对实验性结肠炎大鼠炎症反应的抑制与过氧化物酶体增殖物激活受体⁃α 有关［49］。

毛蕊花糖苷通过抑制酪氨酸激酶（Janus Kinase，JAK）／STAT 信号通路，抑制IL⁃1β 刺激引起的初级软骨细胞细胞因子的产生，同时抑制手术诱导的骨关节炎大鼠滑膜炎炎症反应，保护大鼠软骨组织［50］。

Th22 细胞与IgA 肾病的发生发展密切相关。毛蕊花糖苷能调节Th22 细胞功能，抑制肾小球系膜细胞分泌细胞因子IL⁃1、IL⁃6 及TNF⁃α，从而减轻IgA 肾病患者的炎症反应，改善IgA 肾病患者的肾脏损伤［51］。并且，毛蕊花糖苷能降低脊髓损伤小鼠的炎性损伤，抑制实验性自身免疫性脑脊髓炎（Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）小鼠的炎症反应，减少EAE 小鼠脊髓神经元的凋亡［52⁃53］。新蝶呤的产生和色氨酸的分解是人类免疫激活的标志，毛蕊花糖苷通过抑制外周血单核细胞色氨酸的破坏和新喋呤的产生，抑制炎症反应的发生［54］。毛蕊花糖苷通过抑制肥大细胞和嗜碱性细胞组胺、花生四烯酸和前列腺素的释放及细胞因子TNF⁃α、IL⁃4 的产生，抑制炎症反应［55⁃56］。另有报道显示，毛蕊花糖苷预处理能抑制NF⁃κβ／Iκβ 信号通路，抑制酒精诱导的肝细胞TNF⁃α 和IL⁃6 的释放，减轻肝细胞炎性损伤。在动物水平上逆转酒精肝小鼠的体重下降，降低酒精肝小鼠死亡率［57］。

4 皮肤保护作用

MMP⁃2 能选择性地降解细胞外基质（Extracellular matrix，ECM），促进ECM 的重构进而促进皮肤伤口的愈合。毛蕊花糖苷通过增强PI3K 信号通路，剂量和时间依赖性地促进了正常人真皮成纤维细胞（Normal Human dermal fibroblasts，NHDF） proMMP⁃2 的活化和MT1⁃MMP 的表达，促进皮肤伤口修复过程中ECM 的重塑。值得注意的是，这一过程与毛蕊花糖苷的2 个配基——咖啡酸和3，4⁃二羟基苯基乙醇有关［58］。

紫外线辐射易导致鳞状细胞癌和基底细胞瘤等皮肤癌的发生。Kostyuk 等［59］发现，毛蕊花糖苷能抑制人表皮角质形成细胞对紫外线的敏感性，抑制皮脂膜生育酚、角鲨烯和胆固醇组分的光氧化过程，从而抑制肿瘤细胞的生长，是一种良好的皮肤癌预防剂。毛蕊花糖苷通过抑制紫外线辐照下NHDF 中MAPK／AP⁃1 和转化生长因子β／Smad 信号通路的激活，增强Nrf2 抗氧化防御系统的抗氧化能力，改善Ⅰ型原骨胶原的合成，减弱紫外线介导的NHDF 光老化［60］。毛蕊花糖苷能有效对抗X⁃ray 辐照引起的皮肤细胞损伤，抑制皮肤细胞的凋亡率，在分子水平上，逆转X⁃ray诱导的ERK 和JNK 表达的升高，同时清除氧自由基，下调促凋亡基因procaspase⁃3 和bax的表达而起到皮肤保护作用，但缺乏在体动物实验数据支持［61］。另有研究发现，毛蕊花糖苷能减轻过敏性皮肤炎的皮肤损伤程度，改善其临床症状［62⁃63］。

5 抗病原微生物作用

毛蕊花糖苷是很多用于治疗疟疾和利什曼病的传统药用植物的主要成分。精氨酸酶是多巴胺生物合成途径中的一种酶，对寄生虫的感染具有重要意义。研究发现，毛蕊花糖苷通过抑制精氨酸酶的活性起抗利什曼病的作用［64⁃66］。毛蕊花糖苷与庆大霉素联用能协同抑菌，明显增强庆大霉素对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌作用，但其作用机制有待研究［67］。肺溶血素（Pneumolysin，PLY）是肺炎链球菌的基本毒力因子，通过诱导宿主细胞DNA 损伤发挥毒性作用。毛蕊花糖苷能与PLY 的3、4 区裂隙结合，从而阻断PLY 的寡聚化，抑制PLY 的细胞毒性，降低肺炎链球菌对小鼠的毒性作用［68⁃69］。此外，毛蕊花糖苷通过诱导T 细胞干扰素⁃γ 的表达发挥预防和控制病毒感染的作用［70］。

6 药动学特点

因毛蕊花糖苷结构中存在多个羟基，故其易被氧化，影响了它的化学稳定性，限制了毛蕊花糖苷的临床应用。因此，Vertuani 等［71］将毛蕊花糖苷进行衍生化处理，提高了其化学稳定性并大大增强了毛蕊花糖苷的抗氧化活性。Sinico 等［72］发现脂质体包封能增强毛蕊花糖苷的稳定性，促进毛蕊花糖苷在皮肤的积累，且不影响毛蕊花糖苷的传输效率。Isacchi 等［73］通过改变剂型，制备了毛蕊花糖苷的单层脂质体非胃肠道给药剂型，通过比较发现，脂质体包封后腹腔注射给药（100 mg／kg）比100 mg／kg 毛蕊花糖苷生理盐水溶液及单碘乙酸钠给药具有更持久的镇痛作用。但是药物转化率比较低（包封率仅30%），提高该脂质体剂型的转化率仍是一大挑战。尽管关于毛蕊花糖苷药动学特点的报道相对较少，但上述实验结果提示：通过改变毛蕊花糖苷部分结构或改变给药剂型不仅能提高其稳定性，而且能发挥更强的药效，为毛蕊花糖苷的应用提供了新思路。

7 其他药理作用

除此之外，毛蕊花糖苷还具有肝脏保护、抗凝、抗焦虑、镇静等作用。肝星状细胞（Hepatic stellate cells，HSC）激活后的迅速增殖及ECM 的过量分泌是肝纤维化发生发展的关键步骤。毛蕊花糖苷可阻断ERK1／2、AKT 信号通路，抑制HSC 的活化、迁移和纤维化，同时抑制HSC 中ECM的过度沉积及胶原形成，抑制肝脏纤维化的发生发展［74⁃75］。Cui 等［75］研究发现，羟基酪氨酸、3⁃羟基苯丙酸、咖啡酸等毛蕊花糖苷代谢物通过调节氧化应激、脂质过氧化和炎症反应，对肝损伤小鼠表现出明显的肝保护活性。毛蕊花糖苷通过调节多种脂质代谢相关基因促进人肝癌细胞脂质代谢，是脂质代谢的潜在治疗药物［76］。

Campo 等［77］通过体外抗凝实验发现毛蕊花糖苷具有较强的抑制血小板凝集作用，随后的临床研究发现，服用毛蕊花糖苷（100 mg／d） 2 周可显著降低有心血管危险因素受试者的血小板聚集值［花生四烯酸刺激从（51±13）% 降至（39±15）%；二磷酸腺苷刺激从（60±12）% 降至（49±15）%］［78］，提示毛蕊花糖苷具有心血管保护作用。Zhu等［79］研究发现，毛蕊花糖苷（10 mg／kg）能提高大鼠的运动耐力，其抗疲劳活性机制可能与抑制运动产生的5⁃羟色胺和色氨酸羟化酶的表达，以及促进5⁃羟色胺1B 型抑制性受体蛋白的表达有关。另外，毛蕊花糖苷还具有抗焦虑、镇静催眠和肌肉松弛作用，其机制可能与和氨基丁酸受体的相互作用有关［80］。在脊髓慢性损伤（Chronic spinal cord injury，SCI）小鼠中，毛蕊花糖苷可通过刺激骨骼肌细胞分泌丙酮酸激酶亚型M2 细胞因子，逆转SCI 小鼠的骨骼肌重量减轻及运动功能受损，为慢性脊髓损伤的治疗提供新思路［81］。