三七花皂苷调控细胞离子通道的研究进展

钟 飞，杜娅娅，李梦婷，许正新,2,3,4*

(1.扬州大学医学院 药学系，江苏 扬州 225000；2.江苏省重点动物传染病和人畜共患病预防控制共创中心，江苏 扬州 225001；3.江苏省中西医结合老年病防治重点实验室，江苏 扬州225001；4.江苏省非编码RNA基础与临床转化重点实验室，江苏 扬州225009)

离子通道作为一类跨膜糖蛋白，通过在细胞膜上形成的亲水性孔道，使带电荷的离子进行跨膜转运，从而调节生物膜内外离子浓度。这是细胞膜内外信号传递的一种重要途径[1]。无论是单细胞生物还是多细胞生物，都含有离子通道。离子通道对维持细胞内外环境的稳定至关重要，其不仅影响细胞的兴奋性，而且控制着细胞分化、腺体分泌及肌肉运动等多种生理活动。离子通道病是离子通道功能异常所导致的一大类疾病，涉及到神经、肌肉、心脏及肾脏等多个器官与系统，相关的疾病主要有癫痫、心律失常、糖尿病、高血压等[2]。关于此类疾病的防治，以离子通道为靶点的药物表现出显著的优势。因此，研究药物对离子通道的影响及调节机制在该类疾病的治疗上具有极其重要的意义。

中药是我国医药的重要组成部分，大量临床实践表明相对于现代西药而言，传统中药由于其作用广泛、疗效显著及副作用少等优点而逐渐在离子通道病的预防与治疗方面受到重视。作为我国丰富的中药材资源，三七花又称田七花、山漆花、金不换花，为生长两年以上的五加科人参属草本植物三七的干燥花蕾，主产于广西、云南文山、西藏等地[3]。三七花性凉味甘，具有抗炎[4]、抗心律失常[5]、改善亚健康失眠[6]、提高免疫力[7]、降血脂及降血压[8-9]等作用。此外，《中华本草》记载其有“清热生津，平肝降压之效”。三七花含有多种化学成分，而主要活性成分是皂苷部分。为系统地了解三七花皂苷在离子通道方面的影响，现就其主要单体成分的类别及各成分对离子通道的作用作一综述，为三七花皂苷成分的深入开发与今后可能的临床应用提供参考。

1 三七花皂苷的类别

关于三七花皂苷成分的报道最早见于上个世纪八十年代，国内外学者首次发现了三七花中含有人参皂苷Rb1、Rc及Rd等成分。随着技术的发展，三七花皂苷的具体成分与分子结构逐渐被分离和鉴定，其以达玛烷型四环三萜皂苷类为主，由亲水性的糖类和疏水性的苷元构成，由于6-OH的结构差异分为原人参二醇皂苷和原人参三醇皂苷两大类。研究发现[10-12]三七花中的原人参二醇型皂苷包括人参皂苷Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、三七皂苷Fe[13]、Fc[14]和Fd[15]，原人参三醇型皂苷包括人参皂苷Re[16]、Rg1及三七皂苷R1[17]。除此之外，还从三七花中分离出三七皂苷Fa、O、P、Q、S、T等新型皂苷成分[18]。三七花中原人参二醇型皂苷含量高于三醇型皂苷，其中三七皂苷类含量高达10%以上，人参皂苷Rb3、Rc和三七皂苷R1含量均高于1%，其它皂苷如三七皂苷Fc、Fe及人参皂苷Rd等虽然含量较少，但在某些方面的药理活性更高[19]。总之，三七花皂苷成分种类繁多，药理活性各有不同。因此进一步明确其皂苷单体成分的作用机制将有助于合理利用现有的三七花资源。

2 各种三七花皂苷成分对离子通道的影响

2.1 人参皂苷Rb1

人参皂苷Rb1是原人参二醇型皂苷的代表成分之一，具有抗衰老、抗氧化、抗炎症及抗肿瘤等多种药理作用。大电导钙依赖的钾通道（BKCa）广泛分布于神经、心脏及肌肉细胞等，BKCa的下调会破坏神经元细胞内外离子稳态，导致细胞死亡。而人参皂苷Rb1可以通过激活BKCa通道，使细胞内外钙离子浓度恢复平衡，减少神经细胞的损伤程度[20]。此外，人参皂苷Rb1还可以改善缺血心肌代谢，降低心肌耗氧量，从而增加心肌供血，发挥抗心肌缺血作用。众所周知，心肌缺血与心肌细胞的电生理变化存在着密切的联系。人参皂苷Rb1作用于豚鼠缺血心肌模型时可以明显缩短缺血心肌细胞的动作电位时程，浓度依赖性地抑制心室肌细胞钙离子通道的开放，减少钙离子内流，防止钙超载所产生的细胞凋亡现象，这可以部分解释Rb1抗心肌缺血的作用[21]。这一结果在大鼠心室肌细胞中也得到验证，裴娟慧等[22]发现人参皂苷Rb1对大鼠心室肌细胞的L-型钙电流和瞬时外向钾电流均具有抑制作用，但不改变这两个离子通道的动力学特征，极大地减少了跨室壁复极的不均一性，避免了尖端扭转性室性心动过速的发生。心室肌细胞上还存在钠离子通道，它们在细胞的信号传导过程中具有不可或缺的作用。LIU Z P等[23]发现人参皂苷Rb1能降低兔心室肌细胞钠离子电流，增加动作电位触发阈值，并减少瞬时去极化的发生频率，从而降低心律不齐的风险。与I类抗心律不齐药物相比，人参皂苷Rb1抑制心室肌细胞离子通道电流却未影响其动力学特征，这减弱了药物致心律失常的不良反应，在对抗心律失常现象上具有独特的优势。

2.2 人参皂苷Rb2

研究表明人参皂苷Rb2具有广泛的药理活性，可有效改善胆固醇水平、加快脂肪代谢及特异性治疗糖尿病。近年来人参皂苷Rb2对心脏系统的作用开始被深入发掘，其通过激活SIRT1酶的表达，减少心肌炎症，减轻氧化应激损伤，抑制心肌细胞凋亡，进而发挥心脏保护作用[24]。在电生理方面，人参皂苷Rb2对大鼠心室肌细胞上L、B、T三种类型的钙通道均有阻滞作用，这些钙通道的亚型与心肌细胞的兴奋性、传导性及收缩性等关系密切[25]。表明人参皂苷Rb2减少心肌收缩性，降低心肌耗氧量可能是由于对钙通道的抑制效应，可有效缓解心血管疾病症状。同时，Rb2还可终止钙离子电流增强所导致的心肌细胞触发活动，降低异常自律性，维持心肌细胞的基本生理功能，因此人参皂苷Rb2可作为治疗缺血性心脏病及缓解心肌收缩舒张障碍的新型药物。

2.3 人参皂苷Rb3

目前，对人参皂苷Rb3的研究主要集中在心血管系统和神经系统，其对神经元和心肌细胞具有良好的保护作用。研究发现人参皂苷Rb3可直接抑制心肌细胞钙离子通道，在浓度为300 mg/L时能够使钙通道的开放时间缩短，减少钙离子内流，影响心肌细胞的自律性和传导性，发挥心肌保护作用[26]。就神经系统而言，线粒体敏感钾通道（mitoKATP）是存在于细胞线粒体膜上的主要钾通道，人参皂苷Rb3则通过激活mitoKATP通道或者抑制神经元持续性钠电流的增加幅度，降低缺血神经元内的钠离子浓度，从而间接调节细胞内钙离子浓度，延缓细胞凋亡进程，发挥对缺血神经元的保护作用[27-28]。人参皂苷Rb3通过作用于不同的离子通道，发挥不同的药理作用。随着深入的研究与开发，其将有可能成为神经或心血管系统疾病治疗的新手段。

2.4 人参皂苷Rd

人参皂苷Rd是三七花中含量较低的成分，却具有广泛的生物活性，能够抗氧化损伤、维持线粒体正常功能及抑制炎症反应。离子型谷氨酸受体（NMDAR）是一类配体门控型离子通道，过度激活会介导钙离子内流，造成神经元兴奋性毒性损伤。张琛等[29]采用膜片钳技术发现人参皂苷Rd可以抑制NMDAR，显著降低受体电流峰值，减少N-甲基-D-天门冬氨酸引起的钙内流，降低神经元的异常兴奋性，是一种较有前景的神经保护剂。除此之外，孟红旭等[30]利用全细胞膜片钳技术对急性分离的大鼠心室肌细胞离子通道电流进行记录，发现人参皂苷Rd能够浓度依赖性地抑制大鼠心肌细胞L-型钙通道，有效缓解心肌损伤。受体操纵（ROCC）和钙贮库调控（SOCC）钙离子通道广泛分布于各种细胞中，在细胞增殖、凋亡以及炎症反应等生理过程中具有重要作用。研究发现人参皂苷Rd能够显著抑制通过ROCC和SOCC的钙离子通道而不影响血管平滑肌细胞电压依赖性内向钙电流，避免了细胞的病理性损伤[31]。人参皂苷Rd对ROCC和SOCC的调节具有高度选择性，在调节免疫和肾功能保护方面有着其它皂苷单体没有的独特性。

2.5 人参皂苷Rc

人参皂苷Rc在保护中枢神经系统、抗炎、抗氧化及调血脂等方面都具有较好的作用，在预防骨质疏松[32]、镇痛等方面也有一定的疗效。GABAA受体属于配体化离子通道，主要在中枢神经系统中表达，并在神经末梢的突触后部位形成选择性跨膜通道，负责快速抑制突触传递。作为人参和三七花中的主要皂苷成分，人参皂苷Rc可以激活GABAA受体通道，增大其诱导的内峰值电流（IGABA），显著抑制突触传递，有效缓解癫痫等神经异常冲动疾病[33]。除此之外，在遗传或环境影响下，心肌细胞钙离子通道的异常开放容易导致细胞内钙离子超载，诱发细胞过度兴奋。LEE J H等[34]发现在众多皂苷中人参皂苷Rc对大鼠心室肌细胞钙离子电流的抑制作用最强，可以显著缩短钙通道开放时间，降低细胞兴奋程度，减轻心肌细胞的异常损伤。

2.6 人参皂苷Re

人参皂苷Re属于三醇类皂苷，在对抗缺血缺氧心肌损伤方面具有独特的作用，而细胞内钙离子浓度过载是心肌缺血缺氧损伤和细胞凋亡的重要原因。研究发现人参皂苷Re能够抑制L-型钙通道，减少钙离子内流，减弱钙超载现象，并通过抑制ATP敏感钾通道保护线粒体功能，这在一定程度上有助于对抗心肌缺血缺氧损伤[35]。孟红旭等[36]采用酶分法获得单个大鼠心室肌细胞，应用全细胞膜片钳技术发现人参皂苷Re能够通过抑制心室肌细胞钠通道间接地减少胞内钙离子含量，此外还发现Re可以通过抑制瞬时外向钾通道和内向整流钾通道电流发挥抗心律失常的作用。在心肌细胞上，延迟整流钾电流是决定心肌细胞复极化时间的主要离子电流之一，其功能障碍会增加心律不齐和猝死的风险。而抗心律失常药、抗过敏药及抗心肌损伤等离子通道靶点药可能会抑制延迟整流钾电流，这也是此类药物的不良反应之一。BAI C X等[37]运用膜片钳技术发现在豚鼠心肌细胞中，人参皂苷Re可以激活延迟整流钾电流，在发挥抗心律失常作用的同时避免了药源性的心肌毒副作用。人参皂苷Re还被证明可以增加冠状动脉内皮细胞的SKCa通道活性，加快钙离子流动，使血管舒张，缓解冠状动脉疾病[38]。通过这些研究成果，可以预见人参皂苷Re在预防和治疗心血管疾病方面具有巨大的潜在价值。

2.7 三七皂苷Rg1

三七皂苷Rg1是三七花中主要有效成分之一，在心血管系统及中枢神经系统方面具有较好的活性。研究发现人参皂苷Rg1对心室肌细胞钙离子电流具有显著的抑制效果，在心律失常上有一定程度的干预作用，且Rg1对大鼠海马体神经元的钙通道也产生类似的效应，下调钙离子水平，减弱了神经毒性，可被开发作为治疗阿尔茨海默症的新型药物[39]。此外，三七皂苷Rg1作为活血止痛片、痛舒片及伤科止痛胶囊等中成药的活性成分，可能具有一定的镇痛活性。辣椒素受体通道（TRPV1）属于瞬时感受器离子通道家族，它在神经细胞中的过度开放会增强中枢神经的疼痛感应，因此被认为是镇痛抗炎的药物靶点。谢暕[40]采用角叉菜胶致大鼠足肿胀模型，发现人参皂苷Rg1能够抑制辣椒素受体通道的激活，减少受体激活产生的钙离子过度内流，达到镇痛效果，进而发挥一系列生物学效应。

2.8 三七皂苷R1

三七皂苷R1来源于三七花，与人参皂苷结构相似，属于四环三萜类皂苷。阿尔茨海默症是全世界痴呆最为常见的形式，其治疗手段的开发与电生理的研究紧密相关。YAN S J等[41]采用全细胞膜片钳技术记录了三七皂苷R1对小鼠海马体CA1椎体神经元电流的影响，发现R1在细胞膜未发生去极化的情况下，对电压门控的持续性钾离子通道具有一定程度的抑制作用。通过降低动作电位阈值和抑制钾离子电流，反向增强神经元的兴奋性，缓解阿尔茨海默病引起的神经退行性病变。在心血管药理方面，肺高压是一种以进行性肺血管重构为特征的严重疾病，其主要由血管钙池操纵性钙内流功能增强引发。王瑞幸等[42]通过制备肺高压大鼠模型发现三七皂苷R1可以有效抑制肺高压模型大鼠肺动脉平滑肌细胞钙池操纵性钙内流，同时降低静息钙离子浓度，减弱肌肉收缩，缓解肺高压带来的细胞损伤。

2.9 其它皂苷类成分

随着现代提取分离技术的发展，三七花中的新型皂苷成分逐渐被开发与研究，这些皂苷分子量大，在不同条件下会形成不同的产物，产生多种生物活性。目前临床上离子通道靶点药物很多，但很多药物都是单通道阻滞剂，具有明显的不良反应。已被报道的三七花皂苷对多个离子通道具有调节作用，在治疗离子通道相关疾病方面具有一定的优势。但是到目前为止，例如，三七皂苷Fe、Fd、Fa等这些皂苷成分与离子通道的相互作用、理化性质及药理活性方面却鲜有报道。从化学结构上看，这些新型皂苷单体母体结构均为四环三萜皂苷元，且多数为原人参二醇类皂苷，不同点在于连接了不同的糖类。因此，推测三七花中新型皂苷成分对某些生理机能具有较为显著的影响，对离子通道的作用及理化性质方面可能与人参二醇型皂苷单体相似，尤其在心血管系统和神经系统方面作用广泛，但其具体的作用机制与活性特点还有待深入探究。

3 结语

随着膜片钳等现代化技术的不断发展，中药多靶点、安全有效的优势已经得到了广泛地认可和关注，以离子通道为靶点的药物研究逐渐成为热点之一。由于现有的药物发挥治疗作用时伴有不良反应，开发新型治疗药物至关重要。作为三七花的活性成分，三七花皂苷单体对离子通道的调控作用主要有以下特点：（1）作用具有广泛性和共性。各皂苷对多种细胞的不同离子通道具有作用，对同一离子通道的不同亚型效应不同，对不同的钾通道呈现抑制或激活等不同的效果，但是各皂苷成分主要作用于心血管和神经系统，其中对钠和钙通道主要表现为抑制作用，并且不同的皂苷具有一定程度的协同效果；（2）皂苷作用方式包括直接或间接作用。在心室肌细胞离子通道的研究中，发现三七花皂苷可直接作用于离子通道，调节通道电流且某些作用的作用位点明确；而在神经系统方面的研究表明，三七花皂苷单体还可通过抑制N-甲基-D-天门冬氨酸等发挥对神经元细胞离子通道的间接调控作用。三七花各皂苷成分通过不同的作用途径和机制，对不同细胞的离子通道发挥不同的作用，这可能是其具有广泛药理作用的原因之一，也是三七花预防和治疗心血管疾病、神经系统性疾病及其它系统疾病的部分药理学基础。因此，深入研究三七花皂苷成分，对三七花资源的合理利用及新药开发均具有重要指导意义。