天然黄酮类化合物对芳香烃受体的调控作用研究进展 *

杨玲娟，宋蒙蒙，狄留庆,丁康

(1.江苏省生产力促进中心，江苏 南京 210042；2.南京中医药大学药学院，江苏 南京 210023;3.南京中医药大学附属南京市中医院,江苏 南京 210001)

黄酮类成分广泛存在于植物以及中草药中，它具有多种药理学活性，如化学预防、抗氧化、心脏保护、免疫调节、抗肿瘤、抗过敏、雌激素样作用[1-8]。黄酮类化合物是以2-苯基色原酮为骨架衍生而来[9]，它的两个含酚羟基的苯环可通过中央3碳原子相连(即C环)，根据C环的不同常将黄酮类成分分为黄酮(Flavone)类，黄酮醇(Flavonole)类、黄烷酮(Flavanone)类、异黄酮(Isoflavone)类、黄烷酮醇(Flavanonole)类、黄烷醇(Falvanole)类、花青素(Anthocyanidin)类、原花青素(Proanthocyanidin)类、查尔酮(Chalcone)类等[10]。黄酮类化合物由于取代基(甲基取代位置及数目)的不同，C环的不同，以及所连接糖苷的种类与数目、糖苷键类型的不同，常导致这些黄酮类成分与药效靶点的结合能力和作用模式、体内药效学以及体内外的药代动力学行为产生变化[11]。

近年来的研究发现，黄酮类化合物可以通过调控或激活多种核受体，如孕烷X受体(Pregnane X receptor，PXR)，法尼醇受体(Farnesoid X receptor，FXR)或芳香烃受体(Aryl hydrocarbon receptor, AHR)[12-14]。激活相关核受体后，可引起相关核受体下游信号通路的变化，从而改变其他药物的药代动力学行为、内源性物质(如胆汁酸等)的变化，或者改变氧化应激、抗炎相关信号通路中关键蛋白的表达，从而发挥其多种功效。本文主要聚焦芳香烃受体，在总结芳香烃受体功能及常见调控模式的基础上，梳理结构多样的黄酮类化合物对芳香烃受体的调控作用，并对常见黄酮成分通过芳香烃受体发挥其多种药效学作用的独特作用机制进行介绍，以期为黄酮类化合物的深入开发提供参考。

1 芳香烃受体

芳香烃受体是一种核转录因子，可以被外源性及内源性配体激活。在非激活状态下，AHR与2个热休克蛋白90(Heat shock protein 90，Hsp90)、X相关蛋白2(X-associated protein 2，XAP2)、p23及非受体酪氨酸激酶(c-Src)以复合物的形式存在于细胞质当中[15]。而当AHR与其配体结合后，Hsp90及c-Src被释放，Hsp90暴露出位于N端区域的核定位信号(Nuclear localization signal，NLS)。然后，AHR易位到细胞核并与其伴侣蛋白及辅助伴侣(XAP2，另一个Hsp90及p23)分离，导致其与ARNT(Aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator)的二聚化[16]。AHR/ARNT异源二聚体能够与特异反应元件(Xenobiotic response elements，XREs)结合，XREs具有靶基因调控序列5'-TNGCGTG-3'，AHR识别半位点TNGC，ARNT识别半位点GTG，进而启动相关基因的表达[17-18]。

1.1 芳香烃受体的常见配体

机体内存在较多的内源性AHR配体，比如胆红素、类花生酸、色氨酸的光照产物FICZ(6-Formylindolo[3,2-b]carbazole)、色氨酸的代谢产物犬尿氨酸和5-羟色胺等[19-20]。而对于AHR外源性配体而言，其中最为常见的是一些环境毒物，如2,3,7,8-四氯二苯并二噁英(Tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD)这类卤代芳烃，多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)如3-甲基胆蒽(3-Methylcholanthrene，3-MC)和苯并芘(Benzopyrene，BaP)[21]。近年来的研究发现，天然多酚类物质，尤其是黄酮类成分也可以通过拮抗或者激活AHR，进而影响其下游的信号传导，而且黄酮类成分对AHR的影响可能与其化学预防，免疫调节等功效密切相关。

如前文所述，芳香烃受体与配体结合后，有的可以促进AHR的入核，有的可以抑制AHR的入核，此外有的芳香烃受体的配体还可以通过竞争性作用拮抗其他芳香烃受体激动剂的激活作用，从而影响AHR的下游信号通路。

1.2 AHR激活引起的基因组及非基因组信号传导

AHR通过配体激活后，可以发生核易位，并与ARNT形成异源二聚体，通过经典的信号传导途径，诱导表达可代谢多种化学异物或药物的代谢酶的mRNA的表达，常见的代谢酶主要有细胞色素P450酶1A1(Cytochrome P450，CYP1A1)、CYP1A2和CYP1B1以及二相代谢酶如谷胱甘肽转移酶(Glutathione S-transferase,GST)、NAD(P)H：醌氧化还原酶1[NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1,NQO1]、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶1A1(UDP-glucosyltransferase 1A1，UGT1A1)和UGT161。目前多以CYP1A1基因表达上调与否来代表AHR是否被配体激活。TCDD或BaP与AHR激活后，引起CYP1A1基因多达几百倍的上调，进而带来后续的代谢激活，从而导致这些化学污染物的毒性，如高浓度的二噁英类物质暴露可引起皮肤损伤，而长期接触二噁英会导致发育和生殖异常，免疫毒性及甲状腺破坏等。

然而配体与AHR的结合也能调节其与其它蛋白的相互作用，包括Maf、Kruppel样因子6(KLF6)、激酶、视网膜母细胞瘤蛋白、E3泛素化连接酶Cullin 4B(CUL4B)。这些相互作用能够激活潜在的非基因组途径，如大鼠暴露TCDD后，细胞内的Ca2+浓度迅速增加导致蛋白激酶C(PKC)激活。随后，由PKC激活产生的磷酸化磷脂酶A2(cPLA2)导致了花生四烯酸的产生。在细胞质中的AHR复合物，与配体结合激活后，引起c-Src的释放，导致丝裂原活化蛋白(MAP)激酶的激活，从而诱导环氧合酶2(COX-2)mRNA的表达，产生相应的蛋白，利用花生四烯酸信号通路产生前列腺素，进而引起炎症反应。c-Src的激活也导致了焦点黏着激酶(FAK)的激活，调节了细胞的黏附、破坏了焦点黏着点。最后，与核转录因子-κB(NF-κB)亚基、雌激素受体α(ERα)、β-连环蛋白相互作用，从而影响这些关键的信号通路。

1.3 AHR在不同器官中的表达情况

研究表明，AHR在胎盘、肺、胃肠道和肝中具有较高的表达，能够通过诱导代谢酶发挥解毒的作用，或通过调节多种免疫细胞[22]，将AHR激活的化学信号转化为免疫调节作用[23-24]。

在肠道黏膜屏障中，有研究表明AHR敲除可导致上皮细胞间的紧密连接遭到破坏[24-25]，AHR基因敲除小鼠极易感染病菌[25]，此外AHR也可以通过抑制Wnt信号通路调节肠干细胞的增殖[26]。而采用AHR激动剂(FICZ)激活AHR后，能够通过诱导固有淋巴样细胞(Innate lymphoid cells，ILCs)产生大量的白介素-22(Interleukin-22，IL-22)[27]，IL-22能够增强肠上皮屏障对抗各种病原体的功能。FICZ也能够促进杯状细胞的分化从而增强黏蛋白-2的表达，从而维持黏液和减轻感染。与此对应的是，当食物中存在的AHR配体减少则会对肠道产生不利影响。

当肺部暴露于空气污染物或香烟烟雾后，这些污染成分如芳烃类化合物可以通过激活AHR引起肺部的炎症，如长期暴露于香烟烟雾中可诱发慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)；AHR通过降低由香烟烟雾成分诱发的肺部炎症及氧化应激对抗COPD的进展。AHR限制了肺上皮细胞的破坏，并降低细菌感染。AHR敲除模型表明AHR增强了肺部细胞的存活率(抗凋亡作用)，但是AHR持续激活或表达在其它肺部病变(如肿瘤)中被认为是有害的。

在皮肤中，AHR缺乏易引起细菌感染，皮肤组织出现剥落。同样地，FICZ能够通过OVO样蛋白改善屏障功能、降低炎症，而一些AHR拮抗剂可损伤皮肤的屏障功能。但是，长期的AHR激活则导致表皮增生及持续的炎症，这对于皮肤的正常功能也是一种破坏。

2 黄酮类化合物对AHR的激活/拮抗作用

对于AHR激活作用的研究，多采用AHR报告基因或通过测定CYP1A1基因的表达或活性来研究[28]。对于AHR的拮抗作用，常在TCDD激活后，研究相关受试化合物对TCDD诱导AHR激活的拮抗作用。目前多在人肝癌细胞HepG2，人结肠癌细胞Caco-2细胞以及一些原代肝细胞中筛选AHR的配体，并进一步明确其拮抗或激活作用[29]。

有研究分别采用AHR报告基因、CYP1A基因表达及酶活性，研究了62种中药提取物(黄芩、黄连、甘草、干姜、五味子等)对AHR的激活作用，其中黄芩、黄连、甘草提取物具有较强的激活作用。黄芩提取物经糖苷水解酶水解后，对AHR的激动作用更为明显，由于黄芩中富含黄芩苷、野黄芩苷等苷类成分，经糖苷水解酶可水解生成相应的苷元，上述结果提示黄酮苷元对AHR的激活作用显著高于黄酮苷。在HepG2细胞中，汉黄芩素和黄芩素可通过激活AHR，诱导CYP1A的表达，但小鼠分别灌胃100 mg·kg-1的汉黄芩素和黄芩素3 d后，其肝内CYP1A的酶活性未见显著性增强，这可能与汉黄芩素和黄芩素生物利用度较低有关[30]。

如表1所示，多数黄酮可对AHR产生激动作用，但是无论是黄酮苷还是黄酮苷元，其对AHR的调控作用没有特别大的差异，此外，不同类型的黄酮类化合物也都可能对AHR有调控作用。但对于同一类黄酮，尤其是结构类似物，还是能从中寻找出一定的对AHR调节的构-效关系，如在异黄酮类化合物中，4',5,7-三甲氧基异黄酮对AHR有激动作用，而4,7'-二甲氧基-5-羟基异黄酮和3',4',5,7-四甲氧基异黄酮对AHR的激动作用并不明显。

(续表)

3 以AHR为靶点的黄酮类化合物药效学研究

3.1 化学预防作用

槲皮素(Quercetin)和异鼠李素(Isorhamnetin)可以通过激活AHR以及NFR2，诱导解毒相关的代谢酶如NQO1等，从而减少BaP的活性代谢物7,8-二羟-9,10-环氧苯并[a]芘(BPDE)的产生以及BPDE与DNA加和物的浓度，从而降低BaP对HepG2细胞的细胞毒作用。在SD大鼠中，槲皮素和异鼠李素也可以显著降低BaP的基因毒性[42]。而瑞士白化小鼠长期灌胃BaP后，可以引起胃部肿瘤的发生，而高良姜素可以通过调控AHR和ARNT的表达，拮抗BaP诱导的CYP1A1、CYP1A2基因的表达上调，降低转录激活因子如NF-κB的表达，减少原癌基因的表达，从而起到化学预防的作用[43]。花旗松素可以通过激活核因子E2相关因子2(Nuclear factor E2related factor2,NRF2)信号通路从而降低BaP引起的肺损伤，但该作用与AHR的关系尚不明确[44]。

3.2 免疫调节作用

3.2.1 溃疡性结肠炎 山姜素(Alpinetin)为高良姜中的主要活性成分，有研究表明，在结肠上皮细胞中，山姜素可通过激活AHR，促进E3泛素连接酶对组蛋白甲基转移酶(SUV39H1)蛋白酶体的降解，进而抑制SUV39H1表达，调控结节性硬化复合物2(Tuberous sclerosis 2，TSC2)及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)C1复合体，影响结肠上皮细胞的自噬，进而改善溃疡性结肠炎。而给予AHR拮抗剂后，山姜素对肠黏膜屏障的保护作用显著降低，提示山姜素对肠黏膜的保护作用依赖于AHR[45]。此外，山姜素还可以促进T调节性细胞(Treg)的分化，但对辅助性T细胞17(Th17)的分化影响较小。进一步的研究发现，在T细胞中，山姜素促进AHR/HSP90复合物的解离、促进AHR入核，进而调控miRNA-302的表达，下调CD4+T细胞中甲基转移酶1(DNMT-1)，上调FOXP3的表达，促进Treg/Th17细胞的平衡，从而发挥其抗溃疡性结肠炎的作用。当在体内外实验中，采用AHR拮抗剂CH223191后，可以显著逆转山姜素对Treg/Th17的调节作用[46]。

小豆蔻明(Cardamomin)是从草豆蔻种子分离得到的一种查尔酮，在THP-1细胞及骨髓来源的巨噬细胞中，小豆蔻明可以显著抑制炎症小体(NLRP3)信号通路，同时还可以激活NRF2促进抗氧化相关蛋白和基因的表达，该作用可能与激活AHR，促进AHR从AHR/HSP90复合体中分离，和AHR入核有关。进一步在DSS诱导的溃疡性结肠炎中发现AHR拮抗剂可以显著降低小豆蔻明对溃疡性结肠炎的保护作用，进一步提示小豆蔻明的抗炎作用是AHR依赖的[47]。

3.2.2 特异性皮炎 地奥司明是从芸香科植物中分离到的一种黄酮苷，在人永生化表皮细胞系HaCaT细胞中，它可以通过激活AHR，促进CYP1A1基因的表达。进一步的研究发现，地奥司明可以促进皮肤屏障蛋白Flaggrin和Loricrin的表达，同时通过上调NQO1蛋白的表达来抑制STAT3的磷酸化；药物亲和反应的靶点稳定性研究发现，地奥司明可以直接与AHR结合，而在沉默掉AHR的表达后，地奥司明对皮肤屏障功能的保护作用则显著下降；上述结果提示地奥司明可通过AHR来增强皮肤屏障功能，进而发挥其对特异性皮炎的治疗作用[48]。

3.2.3 肠易激综合征 苦参酮为从苦参中分离的黄酮类成分，苦参酮具有较好的抗炎、抗氧化、抗肿瘤以及免疫调节等作用。Xu等[49]的研究发现，在三硝基苯磺酸诱导的肠易激综合征模型(Irritable bowel syndrome，IBS)小鼠中，当给予苦参酮(100 mg·kg-1)10 d后，可以显著改善IBS模型小鼠的内脏高敏感性及肠黏膜屏障功能。该作用可能与苦参酮促进巨噬细胞分泌抗炎细胞因子IL-10有关，而在AHR-/-小鼠或AHR敲除的巨噬细胞中，苦参酮的抗炎及对IBS模型小鼠的保护作用显著减弱。上述结果提示苦参酮可通过AHR调控巨噬细胞的极化，从而改善肠易激综合征。

4 展望

由于AHR在机体中多个器官均有表达，AHR激活后,可引起代谢致毒等负面作用,但近年来的研究发现AHR在免疫调节、化学预防等方面发挥着重要作用。通过对AHR在不同的疾病模型、不同的疾病状态、甚至不同脏器中的表达情况的研究，可以帮助我们更加深入理解AHR在疾病治疗中的作用，这样既可以发挥AHR配体的积极功效，又可以避免其毒副作用的产生。

黄酮类成分在体内多经过脱糖基、甲基化、脱甲基化、葡萄糖醛酸化、硫酸化等多种代谢，同时黄酮类化合物还是一些外排转运体的经典底物，因此黄酮类化合物的生物利用度极低，但这些化合物通常在胃肠道却有较高浓度的分布。黄酮类化合物对溃疡性结肠炎、结肠癌的化学预防作用可能与黄酮类化合物在胃肠道中的高浓度分布有关。鉴于AHR在维持肠黏膜屏障中的重要作用，后续是否可以通过研究黄酮类化合物对肠道AHR的调控作用，来诠释黄酮类化合物的胃肠道保护作用？但需要注意的是，黄酮类化合物还可能会影响肠道菌群，对内源性物质的代谢，进而改变AHR内源性配体，如犬尿氨酸、吲哚-3-乙酸等在肠道内的浓度，调控AHR下游信号通路，从而发挥胃肠道保护作用。此外，黄酮类化合物除了可以诱导CYP1A1基因和蛋白的表达外，很多黄酮类化合物还是CYP1A1酶的抑制剂，如黄芩中的黄芩素可以显著抑制CYP1A1酶的活性。这提示我们黄酮类化合物还可能对AHR内源性配体(CYP1A1的底物，如FICZ)-AHR-CYP1A1这一负反馈信号通路产生调节，进而影响到机体的功能。

AHR的调控极为复杂，而黄酮类化合物在机体内的代谢亦较为复杂，如何在这一复杂的相互作用系统中聚焦AHR，诠释黄酮类化合物的化学预防、肠黏膜保护以及免疫调节作用是一项极具挑战的工作。近年来，随着多组学技术的发展，后续可以综合运用转录组、蛋白组以及代谢组等组学技术，研究黄酮类化合物干预前后，对于AHR相关的靶基因、靶蛋白及内源性配体的改变，并与其相应的药效学进行关联，以期初步解答黄酮类化合物对AHR的调控作用。