荷叶碱药理作用及机制研究进展△

俞月，路娟，吕欣锴，邓明慧，胡美赓，陈曦*

1.中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京 100193；2.山东中医药大学，山东 济南 250355

荷叶为睡莲科植物莲NelumbonuciferaGaertn.的干燥叶，在我国江西、江苏、湖北、湖南、福建等地均有种植，具有清暑化湿、升发清阳、凉血止血之功[1]。研究表明，荷叶主要含有生物碱类[2]和黄酮类[3]等有效成分，荷叶碱是荷叶中富含的一种异喹啉类生物碱，其不仅是荷叶中的指征成分，也是产生药理作用的重要成分，具有较强的降糖、调脂以及减肥功效。荷叶碱能在静脉注射后分布于脑、肝脏和脂肪组织[4]，对人体正常细胞无明显毒性[5]，与临床常用降糖药物格列本脲相比不良反应小[6]，具有一定的开发价值。笔者对荷叶碱的药理作用及机制进行系统梳理总结，通过查阅荷叶碱药理作用及机制的相关文献，对国内外报道的荷叶碱可能产生的药理作用及其作用机制进行归纳总结，并对未来可期的研究方向进行展望。

1 药理作用

1.1 调脂作用

高血脂临床表现为患者体内血脂异常，是心血管疾病、非酒精性脂肪肝和肥胖的重要危险因素[7]，例如，低水平高密度脂蛋白(HDL)和高水平三酰甘油(TG)会增加个体患心脏病的风险[8]，糖脂代谢紧密关联，总胆固醇(TC)过度累积可引起活性氧增多，导致脂毒性而产生糖尿病[9]等。目前常用的调脂药物为他汀和贝特类，这两类药物长期使用均有严重的不良反应，荷叶碱调脂作用良好且不良反应小，为此，对其调脂作用进行了重点关注。

荷叶碱作为荷叶发挥调脂作用的重要成分，在多种动物模型中均能显著改善血脂异常：采用高脂饲料(HFD)喂养的金黄地鼠模型中，灌胃给予不同剂量荷叶碱，剂量分别为10、15 mg·kg-1·d-1，给药8周后，观察到不同剂量组地鼠血清TC、TG、低密度脂蛋白(LDL)和游离脂肪酸(NEFA)均有降低[10]；同时在金黄地鼠和糖尿病小鼠模型中，给予荷叶碱后，肝组织的脂质水平均有改善，肝脂肪变性和损伤减轻，脂滴数量减少[10-11]。细胞模型中，观察到荷叶碱2 mg·L-1使胰岛素抵抗型3T3-L1成熟脂肪细胞中脂滴形成减少[12]，表现出良好的调脂活性。

荷叶碱主要通过影响脂代谢相关基因的表达，抑制脂肪生成并促进脂质代谢。其中，过氧化物酶体增殖剂激活受体(PPAR)信号通路是其产生作用的一条重要途径，PPARs能够控制糖脂代谢并维持糖脂稳态，其中PPARα是影响脂肪吸收、脂肪代谢、脂肪酸氧化、糖异生等代谢相关功能的重要环节，而PPARγ主要在脂肪细胞中表达，能够下调脂质合成相关基因水平[13]。在高脂饲料诱导的肝纤维化模型中观察到了PPARα表达上升，同时脂肪生成相关固醇调控元件结合蛋白1c(SREBP-1c)、脂肪酸合酶(FAS)以及游离脂肪酸浸润和极低密度脂蛋白分泌相关蛋白CD36表达下调[10]。过氧化物酶体增殖物激活受体辅激活因子1α(PGC1α)作为PPARα的共激活剂，与PPARs协同作用，参与糖异生关键酶的表达和脂肪酸氧化，是一个改善脂质代谢功能障碍的重要途径[14]。在高脂饲料和链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠模型中发现，荷叶碱可激活PGC1α，导致PPARα表达明显上调，进而引起参与脂肪酸氧化的过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶1(Acox1)、过氧化物酶体双功能酶(Ehhadh)和成纤维细胞生长因子21(Fgf21)上调，改善糖尿病小鼠的脂质分布，并减轻肝脂肪变性(图1)[11]。

注：荷叶碱通过激活肝脏PGC1α，引起PPARα表达水平上升，下游脂肪酸氧化基因表达上调，扭转了高脂饲料引起的脂质增加。图1 荷叶碱通过PGC1α/PPARα通路产生调脂作用途径

胰岛素虽然主要调控血糖，但其在调节脂质代谢方面也具有重要作用，2型糖尿病患者体内胰岛素绝对缺乏导致糖脂代谢紊乱[15]，研究发现，荷叶碱可改善糖尿病小鼠体内的糖脂代谢紊乱情况[11]，从糖脂代谢层面补充说明了荷叶碱调脂的机制。

此外，在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)模型中，荷叶碱通过抑制周期性-芳香烃受体核转位子-专一性蛋白结构域(PAS)激酶下调含有PAS结构域的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(PASK)和SREBP-1c水平，上调腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、磷酸变化AMPK(p-AMPK)和p-AMPK/AMPK水平，调控脂肪生成靶基因的表达，抑制油酸(OA)诱导脂肪变性的肝癌(HepG2)细胞中TG和NEFA积累[16]。在人肝癌细胞Bel-7402模型中发现，荷叶碱导致LDL、3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGCoAR)和酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶(ACAT)水平升高，说明荷叶碱能够通过抑制细胞内胆固醇合成和抑制胆碱酯酶活性来产生调血脂作用[17]。

1.2 降糖作用

目前，全球共有4.15亿糖尿病患者，2型糖尿病患者占90%以上，2型糖尿病的特征为高胰岛素血症、胰岛素抵抗和胰腺β细胞衰竭，控制患者的血糖是糖尿病治疗中的重要内容[18]。在高脂饲料和和STZ诱导的糖尿病小鼠模型中，不同剂量的荷叶碱均能改善糖尿病小鼠的血糖，同时，在降低血糖的基础上，还改善了2型糖尿病小鼠的口服糖耐量和胰岛素抵抗，稳定小鼠糖尿病病情[11]，改善了肾脏果糖负荷，增强了果糖排泄[6]。荷叶碱还能够促进脂肪细胞和肌肉细胞对葡萄糖的消耗[19-20]，促进胰岛β细胞分泌胰岛素。与传统降糖药物格列本脲相比，荷叶碱在作用剂最小的情况下毒性小，且具有显著的降糖作用[6]，其开发前景值得关注。

研究表明，荷叶碱明显导致葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)表达上调，葡萄糖摄取能力增加[12]，产生降糖作用。GLUT4是肌肉组织和脂肪组织摄取葡萄糖的转运体，其功能受到转位的影响。在受刺激的脂肪细胞和肌细胞中，GLUT4储存于细胞囊泡中，不发挥作用；受胰岛素刺激后，GLUT4转位至细胞膜，参与葡萄糖摄取[21]。AMPK作为一种代谢调节剂，其帮助维持细胞内能量平衡，参与物质代谢和腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)的生成[22]，广泛地影响糖脂代谢。荷叶碱主要通过AMPK通路和G蛋白-PLC-PKC通路促进GLUT4的表达和转位，同时通过诱导细胞内Ca2+增加，促进了GLUT4与细胞膜的融合(图2)[20]，进而增加葡萄糖的摄取。

注：荷叶碱作用于AMPK或G蛋白耦联通路引起下游GLUT4上调。图2 荷叶碱促进细胞摄取葡萄糖的部分通路

荷叶碱不仅能增加葡萄糖消耗，还能够促进胰岛素分泌。在胰岛β细胞中，荷叶碱能够通过关闭三磷酸钾腺苷(K-ATP)通路促进胰岛素的分泌，也能刺激 K-ATP的扩增通路发挥作用，增强胰岛素分泌的第二阶段，推测该阶段K-ATP通过与环腺苷酸(cAMP)的放大通路产生作用，从而增强胰岛素分泌[6，23]。

1.3 抗炎作用

炎症是机体对抗感染的一种防御机制，当机体遭遇病原体侵袭时，会释放出一系列的细胞因子，将免疫细胞吸引到感染位点并引起炎症，但是炎症失控也会引起一系列的病理反应，如阿尔茨海默病、动脉粥样硬化和2型糖尿病等[24]。炎症和多种疾病均有不可分割的联系，疾病的发生和发展过程中也伴随着强烈的炎症反应，炎症易导致癌症的发展，促进肿瘤发生、生长、增殖和转移[25]，如肺部组织损伤引起炎症可引起小细胞肺癌[26]，在脂肪组织、肝脏组织、骨骼肌、肠道和血管壁中，代谢受到干扰时容易发生炎症，将促进2型糖尿病、肥胖和心血管疾病发生、发展和机体的代谢异常[27-28]。研究荷叶碱的抗炎活性对研究荷叶碱治疗高血脂、糖尿病、动脉粥样硬化等多种疾病的作用及机制均具有重要意义。

在多种细胞及动物模型中均观察到，荷叶碱引起的炎症因子分泌减少，肝[16]、肾[29]、肺[30]、乳腺[31]等组织器官炎性病理损伤减轻：荷叶碱降低了血清炎症因子白细胞介素1β(IL-1β)、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)[29]水平。在组织器官病理损伤方面，经文献分析在不同模型中，荷叶碱分别预防肝实质炎症细胞浸润[10]，减轻了高尿酸血症小鼠肾脏炎症[29]，治疗了脂多糖(LPS)诱导的肺损伤和乳腺小叶损伤[30-31]。该作用主要通过Toll样受体4(TLR4)介导的核转录因子κB(NF-κB)信号通路抑制炎症反应[32]，介导该作用的相关通路有TLR4/过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)/NF-κB[30，33](图3)、TLR4/骨髓分化因子MyD88/NF-κB[34](图3)和TLR4/磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/ NF-κB信号通路。

注：荷叶碱抑制TLRs及其下游基因活性，或者通过PPARγ影响TLRs通路，抑制炎症因子释放。图3 荷叶碱介导TLRs通路减轻炎症反应

另外，荷叶碱还可激活复合结构域(NLRP3)炎症小体[29，35]，产生对损伤引起的生理病理反应的防御机制[36]，激活Nrf2/HO-1通路，产生抗炎作用[35，37]，该通路中，荷叶碱是通过结合HO-1产生作用的。

1.4 抗肿瘤作用

网络药理学筛选发现，荷叶碱除了具有调节脂肪酶的活性外，还可能具有调节细胞增殖的作用[38]。细胞无限增殖是肿瘤细胞的重要特征，推测荷叶碱可能具有抗肿瘤效果，并有多篇文章对此进行验证。通过对不同癌细胞进行筛选，发现不同癌细胞株对荷叶碱敏感性不同：荷叶碱可在裸鼠模型中抑制非小细胞肺癌生长[39]；在细胞模型中，荷叶碱可抑制人神经母细胞瘤(SY5Y)、小鼠结肠癌细胞(CT26)[39]、人胶质母细胞瘤细胞(U87MG)、人胶质瘤细胞(U251)[40]和黑色素瘤[41]等细胞生长，不过对人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)、人乳腺癌细胞(MCF-7)的作用不显著[40]，对人胃癌细胞(AGS)和人前列腺癌细胞(DU-145)无明显作用[42]。荷叶碱可引起部分肿瘤细胞凋亡[40]，影响细胞周期[41]，还能够影响癌症相关因子转化生长因子1β前蛋白(TGF-β1)和血管内皮生长因子(VEGF)的分泌[43]。

荷叶碱可通过以下通路产生作用：荷叶碱作用于PI3K丝苏氨酸蛋白激酶(Akt)信号通路的IL-1β和磷脂酰肌醇4，5-二磷酸3激酶催化亚基α亚型(PIK3CA)靶点减少Akt磷酸化，抑制细胞增殖[38]；作用于SOX2-Akt/STAT3-Slug信号通路诱导细胞凋亡；抑制细胞迁移和上皮间质样转化，抑制血管生成，诱导G2细胞周期阻滞，减少癌细胞迁移[5]；通过降低Wnt/β-catenin通路相关信号靶点蛋白的表达，如c-myc原癌基因蛋白(c-myc)、细胞同期蛋白D(cyclin D)和血管内皮生长因子A(VEGF-A)，同时抑制细胞的迁移能力和细胞增殖[39]。荷叶碱还可抑制酪氨酸酶相关蛋白的表达，阻止黑色素瘤的生成[41]。

1.5 抗精神病作用

文献表明，荷叶碱能够通过血脑屏障[44]，这为荷叶碱产生抗精神病作用提供了可能。早在19世纪70年代便有文献报道了荷叶碱的抗精神病作用[45-46]，后来人们认为，荷叶碱的作用与氯丙嗪非常相似，都是一种中枢神经系统抑制剂[47]。在啮齿类动物模型中，荷叶碱阻断了五羟色胺受体2A(5-HT2A)激动剂引起的头部抽搐反应和识别性刺激作用，增强了安非他命诱导的运动活性，抑制了苯环己哌啶诱导的运动活性，引起小鼠镇静，这表明荷叶碱具有非典型的抗精神病作用[48]。

从荷叶碱的结构开始研究，发现其具有类似于阿立哌唑类抗精神病药物的分子结构，采用精神病药物筛选程序对亲和性和功能进行分析，发现荷叶碱是5-HT2A、5-HT2C和5-HT2B的拮抗剂，5-HT7的逆激动剂，D2、D5和5-HT6的部分激动剂，5-HT1A和D4受体的激动剂，抑制多巴胺转运体[48]。对荷叶碱的亲和性进行进一步研究，观察到良好的5-HT2和α1拮抗作用[49]。荷叶碱与大麻素受体不能产生作用[50]。比较了荷叶碱对兴奋性氨基酸特别是中枢神经兴奋性谷氨酸的拮抗作用，发现荷叶碱对氨基酸无选择性[45]。

1.6 抗动脉粥样硬化

血脂异常是动脉粥样化的危险因素，荷叶碱能够有效降低高脂食物诱导的动脉粥样硬化模型小鼠的TC、TG水平[51]。通过PPARγ/肝X受体α(LXRα)途径，荷叶碱上调巨噬细胞源性泡沫细胞磷脂运转腺苷三磷酸酶1(ABCA1)的表达，促进脂质向外转运，减少细胞内脂质蓄积[52]。荷叶碱还能够减少血管壁炎症，通过调控NF-κB、金属基质蛋白酶2(MMP-2)、MMP-9及金属蛋白酶抑制剂2(TIMP-2)进一步阻止动脉粥样硬化发展[51]。

1.7 其他作用

研究还发现了荷叶碱的其他作用，如舒张气管作用、舒张血管作用等。总结其机制，荷叶碱作为一个离子通道调节剂产生作用。其能够改变钙离子、K-ATP、氯离子调节通道和有机离子转运蛋白通道发挥不同作用：通过抑制Ca2+内流，荷叶碱可诱导大鼠肠系膜主动脉环松弛，消除内皮型一氧化氮合酶(eNOS)磷酸化和细胞内一氧化氮水平产生舒张血管的作用，可用于治疗与异常血管收缩有关的血管疾病的作用[53]；通过阻断电压依赖性Ⅰ型Ca2+通道或非选择性阳离子通道，抑制细胞外Ca2+流入诱导气管环松弛，对与气道平滑肌异常收缩或支气管痉挛有关的呼吸系统疾病有治疗作用[54]；通过关闭K-ATP通道来刺激胰岛素分泌[23]；在高尿酸血症模型中通过调节肾有机离子转运蛋白产生抗高尿酸血症的作用，可能具有预防和治疗高尿酸血症的能力[34]；还可以激活野生型和△F508突变型囊性纤维化跨膜电导调节因子氯离子通道[55]。

荷叶碱还具有一定的杀虫作用[56-57]和抗氧化作用[35，42，58-59]。

2 展望

本研究对荷叶碱的活性及相关机制进行总结梳理，并对调脂、降糖和抗炎作用及其机制进行重点介绍。荷叶碱作为荷叶中的重要指标成分，早在20世纪已经对其活性进行研究，迄今已经发掘了荷叶碱的不少药理活性，但多而不深，不少活性未深入发掘其机制。如荷叶碱的调脂作用，目前文献仅对其机制进行简单的摸索，仅探究清楚了其中的一条通路，但有研究补充发现，荷叶碱的作用途径不止这一条，可以结合上下游基因，更深入地挖掘其调脂机制。同时荷叶碱的部分药理活性，如抗肿瘤作用不强，无法与临床常用抗癌药相媲美，但其补充了该化合物的药理作用，为药理研究提供参考。

荷叶碱的降糖、调脂作用强，极具开发价值。在药物联用方面，荷叶碱和格列本脲在人体中能够结合不同的靶点[6]，但与二甲双胍联用时会在一段时间内影响二甲双胍的浓度和降糖效果[60]，表明荷叶碱可以同格列本脲联用，作为辅导治疗糖尿病的药物。药动学研究表明，荷叶碱能通过血脑屏障，广泛分布于大脑[44]，可以探索其对脑部疾病的药理作用。此外，荷叶碱还能够在肝组织和脂肪组织中大量分布[4]，结合其表现出的优秀调脂作用和抗炎活性，或许可用于针对性治疗非酒精性脂肪肝和肥胖等代谢疾病。