香草乙酮对炎症相关疾病作用研究进展

元荣荣 张宇 魏丹丹

1 河南大学淮河医院 内分泌科,河南 开封 475000;2河南大学淮河医院 肾内科,河南 开封 475000;3河南大学淮河医院 检验科,河南 开封475000

炎症是一种临床常见的病理过程,是机体对刺激的一种防御反应,具有防御和损伤双重效应,过度的炎症反应可造成自身组织细胞的杀伤。炎症是很多慢性疾病发生发展的重要机制,如炎症性肠病[1]、心血管疾病[2]、代谢性疾病[3]、肺部疾病[4]、神经退行性疾病[5]、癌症[6]等。

香草乙酮化学名3-甲氧基-4-羟基苯乙酮,是从黄连根部提取的具有免疫调节活性的酚性化合物,是多种精神药物和各种新型抗疟药的合成原料,同时是目前公认的特异性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶抑制剂。研究[7]发现,香草乙酮在多种细胞及炎症动脉模型中起到抗炎作用。香草乙酮治疗炎症相关疾病方面的研究较多,本文通过查阅相关文献,对香草乙酮对炎症相关疾病作用进行综述,以期为临床研究提供理论依据。

1 香草乙酮对溃疡性结肠炎的作用

结肠炎(UC)是一种病因及发病机制尚不清楚的直肠和结肠慢性、反复发作性非特异性肠道炎症疾病。与克罗恩病(CD)一起作为炎症性肠病,在我国已成为肠道主要疾病和慢性腹泻的主要因素。近年来,UC发病呈逐年上升趋势。本病病情顽固,反复发作、迁延不愈,被世界卫生组织列为现代难治病之一。UC的发病机制受多种因素影响,涉及遗传易感性、上皮屏障缺陷、免疫失调和环境因素,其中免疫失调引起的组织损伤持续放大学说最受关注[8]。该学说认为,外源性物质作用于肠道黏膜的免疫活性细胞(包括T/B淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞等),刺激免疫细胞产生细胞因子,导致促炎和抗炎因子的失调,从而导致炎症性肠病的发生发展[9]。

香草乙酮对溃疡性结肠炎动物有治疗作用。2013年Marin等[10]发现在葡聚糖硫酸钠诱发的急性结肠炎小鼠模型中,香草乙酮可以降低疾病活动指数和结肠长度,减少诱导型一氧化氮合酶(iNOS)催化生成的一氧化氮(NO)和环氧合酶-2(COX-2)催化花生四烯酸产生的前列腺素E2(PGE2),同时能降低核因子κB(NF-κB)p65和STAT3的活性。2014年Ramonaite等[11]用硫酸钠葡聚糖制备急性和慢性结肠炎小鼠模型,小鼠成模后分离、培养其结肠上皮细胞,香草乙酮可改善结肠上皮细胞的活性、减少坏死,可减少过氧化氢、肿瘤坏死因子α(TNFα)的水平,具有抗氧化、抗炎作用。同时我们在2015年研究发现[12],香草乙酮能减轻硫酸钠葡聚糖诱发的结肠炎小鼠的结肠病理学改变,减少结肠组织中活性氧(ROS)水平,降低结肠组织中NADPH氧化酶(NOXs)活性及p38 丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)磷酸化水平,减少结肠组织中NO 及PGE2水平和细胞因子TNF-α、白介素6(IL-6)、干扰素γ(IFN-γ)和白介素1β(IL-1β)水平,推测香草乙酮可能通过抑制NOXs的活性抑制ROS 的生成,进而降低p38MAPK 的磷酸化水平,影响下游炎症分子的表达。Hwang等[13]发现香草乙酮能减少结肠炎小鼠结肠中的促炎酶(iNOS、COX-2)、促炎因子(TNF-α)的表达,同时能减轻氧化应激反应标志物Nrf2 的表达。Mouzaoui等[14]发现香草乙酮能改善TNF-α诱发的结肠炎小鼠结肠的形态学及宏观改变,同时能减轻结肠的组织学改变及炎性细胞的浸润,香草乙酮可抑制NOX1、NOXO1、p22PHOX、DUOX2在结肠中的表达,同时浓度依赖性减少结肠炎小鼠结肠中中性粒细胞数量,同时香草乙酮能增加结肠组织中ROS的标志物(氮蓝四唑,与ROS生成呈负相关),减少脂质过氧化的标志物(丙二醛),改善过氧化氢酶活性并增加谷胱甘肽水平,降低TNF-α诱导的结肠炎小鼠结肠组织中ERK1/2、p38MAPK 水平。综上所述,香草乙酮能改善溃疡性结肠炎小鼠的病理改变,机制可能与改善氧化应激、调节细胞因子有关,但具体分子机制有待进一步研究,而且缺乏临床研究。

2 香草乙酮对心血管疾病的作用

动脉粥样硬化是很多心血管疾病发生的基础,炎症和氧化应激已被证明是动脉粥样硬化的主要发病机制。多种危险因素如吸烟、高血脂、糖尿病、高血压等可刺激动脉内膜,导致血管内皮细胞损伤、胆固醇和低密度脂蛋白在内皮下沉积,单核细胞趋化聚集在内皮下并被激活,进而引起慢性炎症反应[15]。炎症、免疫因素、氧化应激参与高血压的发生发展,近年来认为高血压也是一种低度炎症性疾病,高血压患者体内的IL-6、IL-1和TNF-α水平明显升高[16]。

很多研究探讨了香草乙酮抗动脉粥样硬化的机制。有研究[17]表明,香草乙酮通过阻断NADPH 氧化酶亚基P47phox易位至细胞膜,而抑制NADPH氧化酶的活性,降低氧自由基的生成,最终缓解小鼠动脉粥样硬化的发展。另有研究[18]显示,短期香草乙酮治疗小鼠早期动脉粥样硬化可以减少内皮细胞黏附分子的表达,这种作用与NADPH 氧化酶活性下降无关,可能通过ROS独立机制介导。香草乙酮能改善apoE 基因敲除小鼠的动脉粥样硬化病变的形成,降低TNF-α、IL-6和单核细胞趋化蛋白1水平,抑制低密度脂蛋白诱发产生的ROS、炎症因子和巨噬细胞增殖[19]。香草乙酮对高血压也有治疗作用。香草乙酮治疗高果糖餐老鼠可以通过防止超氧化物的生成、降低NO 的生物利用度改善内皮功能,并能阻碍高血压的发展[20]。Nwokocha等[21]发现香草乙酮通过增加内皮型一氧化氮合酶改善镉诱导的高血压。有研究[22]显示,在高血压小鼠模型中,香草乙酮不能抑制血管NADPH 氧化酶依赖的超氧化物的形成,其舒张血管作用可能与抑制Rho激酶活性有关。在动脉粥样硬化和高血压动脉模型中,香草乙酮均可减少氧自由基的生成,不同研究的结果不一致,且具体机制可能不同,有待进一步深入研究。

3 香草乙酮对肥胖的作用

脂肪组织除了含有大量的脂肪细胞,还包括巨噬细胞、成纤维细胞和内皮细胞。脂肪也是内分泌器官,能分泌许多脂肪细胞因子,如瘦素、脂联素、TNF-α、IL-6等。发表在FASEB Journal杂志上的一项研究报告[23]中,科学家证实在超重/肥胖人类和老鼠的腹部脂肪组织中PAR2 炎性蛋白的量增加。脂肪细胞可以分泌促炎因子和抗炎因子,当脂肪细胞逐渐增大,促炎因子逐渐占主导地位,最终引起慢性炎症的发生,进而导致肥胖的产生,肥胖又可进一步诱导、触发部分炎症信号通路,又促进了慢性炎症的发展。慢性低度炎症反应在肥胖的发生发展中发挥重要作用。

在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中,应用香草乙酮可以明显减少心脏、肝脏及脑中的ROS生成,提示香草乙酮可减轻肥胖引起的氧化应激[24]。肥胖可诱发胰岛素抵抗、血糖异常、血脂异常等一系列代谢紊乱。另有研究[25]显示,香草乙酮能改善高脂饮食诱导的肥胖小鼠的高血糖、高胰岛素和血脂异常,能降低血清中丙二醛,升高血清中超氧化物歧化酶,通过增强抗氧化防御系统发挥抗氧化应激作用。香草乙酮还可以通过降低血液、肝脏和脂肪组织中炎症因子而改善高脂饮食诱导的肥胖小鼠的胰岛素抵抗[26]。香草乙酮还可以改善肥胖小鼠氧化应激引起的冠状动脉血管反应(血管收缩反应增加、血管舒张反应减少)[27]。香草乙酮对肥胖的作用主要是可以改善肥胖引起的代谢紊乱及心血管并发症,机制与抗炎和抗氧化应激有关。

4 香草乙酮对糖尿病及其并发症的作用

2型糖尿病患者很多存在体重超标。在体重超标的状态下体内一些炎症因子水平升高,这种慢性炎症状态可导致胰岛素抵抗。胰岛素抵抗是2型糖尿病的一个重要病因。炎症被认为是糖尿病潜在的致病介质[28]。炎症在2型糖尿病及其慢性并发症的发生发展中起重要作用。

香草乙酮对糖尿病有无治疗作用目前研究结论不一致。有研究[29]报道,链脲佐菌素诱导的糖尿病老鼠出现血糖升高、体重下降、胆固醇和甘油三酯升高,高密度脂蛋白下降,香草乙酮可改善上述指标的变化。而Olukman等[30]发现香草乙酮对糖尿病大鼠的血糖和体重无影响。香草乙酮在2型糖尿病慢性并发症方面的研究较多且广泛。香草乙酮通过抑制糖尿病大鼠海马区的氧化应激和炎症反应及抗凋亡作用来改善糖尿病大鼠的认知功能障碍[31]。香草乙酮可以改善糖尿病大鼠的视网膜病变,机制可能与改善炎症反应和氧化应激,抑制TLR4/NF-κB信号通路有关[29]。Olukman等[30]发现香草乙酮能抑制NOX-p47 和过氧化氢酶的表达,通过抑制氧化应激介导的病理过程改善糖尿病大鼠痛性神经病变。香草乙酮在糖尿病肾病方面也有保护作用。研究[32]发现,链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠尿液中过氧化氢、脂质过氧化物、一氧化氮产物和蛋白质排泄增加,肾脏p47phox、gp91phox和内皮型一氧化氮合酶表达增加。香草乙酮可以预防上述改变,同时能改善系膜基质的增加。提示香草乙酮可以通过抑制氧化应激改善糖尿病肾脏损害。另有研究[33]发现,香草乙酮可通过抑制NLRP3/XIAP 信号通路发挥抗炎作用而抗肾脏纤维化作用。GK 大鼠是一种非胰岛素依赖型、非肥胖自发性、2型糖尿病动物模型。在GK 大鼠主动脉平滑肌细胞中,香草乙酮可抑制晚期糖基化终产物诱导的NF-κB 蛋白过表达,提示香草乙酮可通过抑制氧化应激改善GK 大鼠相关血管疾病[34]。目前研究显示香草乙酮主要通过抑制氧化应激及炎症过程来改善糖尿病慢性并发症,具体分子机制有待进一步研究。

5 香草乙酮对肺部疾病的作用

由各种原因引起的急、慢性炎症反应以及氧自由基导致的氧化应激反应是肺部疾病共有的发病机制。近年来多项研究显示香草乙酮可从多种途径减轻炎症反应及氧化应激的程度,进而起到对肺脏的保护作用。

有研究[35]表明,香草乙酮可通过降低嗜酸性粒细胞过氧化物酶分泌及IL-4、IL17的水平改善哮喘小鼠模型的气道高反应性,同时还消除了细支气管周围的白细胞浸润,并提升了IL-1β的分泌。另有研究[36]显示,肥胖哮喘小鼠模型单用香草乙酮及香草乙酮联合低脂饮食均可显著提升超氧化物歧化酶水平。动物实验显示,香草乙酮可通过降低总体蛋白、TNF-α的水平,抑制NADPH 氧化酶激活,增加超氧化物歧化酶,从而对脂多糖诱发的急性呼吸窘迫综合征小鼠模型有显著的保护作用[37]。香草乙酮对博来霉素诱导的大鼠肺纤维化亦有保护作用,经过香草乙酮处理后的大鼠肺组织纤维化程度显著低于对照组,同时抑制了血清髓过氧化物酶的活性[38]。同时香草乙酮对肺缺血再灌注损伤亦有治疗作用,经香草乙酮处理后可显著降低肺灌洗液内中性粒细胞(CD31)、白蛋白、白细胞总数、IL-1β、TNF-α、IL-2等炎性因子的水平,并抑制NF-κB 的上调和激活[39]。上述研究提示,香草乙酮对一些非感染性肺部炎症疾病(如哮喘、肺纤维化、肺缺血再灌注损伤)有治疗作用。

6 香草乙酮对神经退行性疾病的作用

炎症反应与神经退行性疾病之间的关系密切。正常情况下,大脑有抗氧化能力及阻止活性氧和其他有害物质生成的能力。如果氧化和抗氧化系统功能失衡,可引起神经退行性疾病的发生发展。NADPH 氧化酶在多种神经退行性疾病如缺血性脑损伤、帕金森病等疾病中均扮演重要角色。NADPH 氧化酶产生的ROS可对神经系统多个靶点产生危害,因此,如何减轻或者消除这种危害现在已经成为了研究的热点问题。

香草乙酮作为一种NADPH 氧化酶抑制剂,现有的研究已经证实对多种神经系统病变有效[40-41]。研究者针对不同的疾病进行了研究,更加肯定了香草乙酮在不同神经退行性病变中的治疗效果。Qin[42]等研究发现香草乙酮可通过抑制缺血大脑皮层中的NLRP3 ASC、caspase-1、IL-1β 和IL-18 等炎性蛋白的表达从而起到神经保护作用。Feng[43]等证实香草乙酮可通过影响TLR4/NF-κB 信号通路减少TLR4、NF-κB p65、TNF-α 和IL-1β等炎性蛋白的水平从而起到减轻大脑创伤模型大鼠的神经自噬反应。Hou[44]等证实香草乙酮可通过抑制NADPH 氧化酶活性而改善帕金森病小鼠模型的学习能力及记忆缺陷。同时,对香草乙酮的药代动力学研究[45]显示,作为一种小分子量药物,香草乙酮可自由通过血脑屏障,显著减轻脑内ROS产生,从而更有效地起到治疗作用。

7 香草乙酮对癌症的作用

目前研究者越来越重视炎症与癌症之间的关系的研究。急性炎症可以杀灭病原体、阻止肿瘤生长,一旦炎症无法及时消退则转变成慢性炎症,慢性炎症的长期刺激可诱发恶性肿瘤的发生发展。

研究发现香草乙酮可抑制Rac1的磷酸化而抑制NADPH 氧化酶,从而抑制细胞周期而发挥抗雄激素非依赖性前列腺癌作用[46]。另有研究[47]显示,香草乙酮的衍生物在亚毒性浓度下可抑制乳腺癌细胞系MDAMB-435的迁移,同时还可引起肌动蛋白细胞骨架的显著重排,活性Rac1及相关G 蛋白CDC42水平降低。香草乙酮在肝癌细胞中通过抑制FAK/PI3K/Akt信号通路发挥抗癌细胞转移能力[48]。关于香草乙酮抗肿瘤的作用机制比较复杂,有待进一步研究探讨。

8 香草乙酮对其他炎症相关疾病的作用

香草乙酮可以减轻幽门螺杆菌胃炎的炎症反应、中性粒细胞浸润及凹坑脓肿的形成,其机制可能与抑制中性粒细胞NAOPH 氧化酶有关[49]。在乙醇诱发的胃溃疡大鼠模型中,香草乙酮通过抗氧化、抗炎、抗凋亡及下调NADPH-1和NADPH-4的表达发挥胃保护作用[50]。肝纤维化是由于慢性炎症引起的细胞外基质过度积聚,氧化应激参与其发病机制,香草乙酮可以改善刀豆球蛋白诱导的肝纤维化动物模型的肝功能和组织病理学改变,减轻氧化应激损伤、减少炎症因子TNF-α、IL-6、NF-κB 的表达[51]。研究[52]表明,香草乙酮具有抗关节炎能力。

9 结语

香草乙酮是从植物中提取的天然产物,也可进行人工合成,可用于食品添加剂。香草乙酮在炎症相关疾病的治疗中具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等作用。作用广泛且分子机制复杂,临床上有广泛的应用价值及发展前景。但目前关于香草乙酮的研究均在细胞及动物水平,未见人体研究,且香草乙酮药物代谢动力学的研究较少。因此,香草乙酮在治疗炎症相关疾病方面的研究仍需进一步深入,争取早日能临床应用。