薯蓣皂苷治疗肝脏疾病作用的研究进展

黄楠楠 林佳艳 吴丽红 孟鑫 杨德强

肝脏作为人类进行新陈代谢的主要器官，是维持人体生命活动的重要消化器官，承担着合成蛋白质及酶、存储糖原、调节血容量、去毒素、产生免疫反应等责任[1,2]。然而肝脏经常面临多种压力，可能会引起各种病理变化，这些变化表现为肝损伤、肝纤维化、脂肪肝、胆汁淤积及肝癌等肝脏疾病，从而将严重影响机体的正常功能，危及着人们的健康及生命安全。薯蓣皂苷(Dioscin，Dio)是异螺旋甾烷醇型的天然活性化合物，主要存在于薯蓣科植物的根茎中，是临床上多种药物的活性物质基础及质量控制成分[3]。现代研究表明薯蓣皂苷具有保护肝脏[4]、调节心血管[5]、抗肿瘤[6,7]、调节免疫[8]、降血糖[9]、降血脂[10]、抗炎止痛[11]等作用，可影响多种疾病中的多个靶标和信号通路，因而可防治多种疾病。本文总结了近几年来薯蓣皂苷在肝脏疾病治疗方面的研究进展，并归纳其作用机制，发现薯蓣皂苷可通过调节蛋白水平及调控信号通路等对多种肝脏疾病有一定的预防和治疗作用。

1 抗肝损伤

肝损伤这种疾病在人群中变得越来越普遍，是由多种因素诱导的正常肝功能失常，包括酒精、化学物质和病毒等[12,13]，已对人们的身体健康构成严重威胁。肝细胞受损后，释放出大量炎性介质及细胞因子，促进上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的发生，活化肝星状细胞(hepatic stellate cells，HSCs)使其向肌成纤维细胞样细胞(myofibroblast，MFB)转化，导致肝纤维化。见图1。

图1 薯蓣皂苷抗肝损伤的作用靶点；↑表示相关因子表达升高；↓表示相关因子表达降低

研究表明，薯蓣皂苷可以通过抑制凋亡、坏死、氧化应激(oxidative stress，OS)和炎症等，明显改善肝组织的病理损害，是治疗肝损伤的一个有效的候选药物[14]。血清中天冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase，ALT)水平升高提示肝结构损伤[15]。薯蓣皂苷能显著降低血清ALT、AST水平，显著升高谷胱甘肽(glutathione，GSH)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、超氧化歧酶(superoxide dismutase，SOD)水平，降低丙二醛(malondialdehyde，MDA)水平，并能恢复各种因素引起的细胞损伤[16]。四氯化碳(carbon tetrachloride，CCl4)是一种能导致肝损伤的化学物质，研究显示CCl4能显著提高小鼠血清ALT、AST、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、血清乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)水平，薯蓣皂苷能显著降低这些水平。CCl4还可以改变热休克蛋白5(heat shock protein 5，HSPA5)、膜联蛋白6(annexin 6，ANXA6)、异戊酰辅酶A脱氢酶(isovaleryl-CoA dehydrogenase，IVD)和细胞球蛋白(cytoglobin，Cygb)的表达，薯蓣皂苷能抑制或逆转这些变化，使这些蛋白能直接或间接参与薯蓣皂苷对CCl4诱导的急性肝损伤的作用，并作为研究肝损伤的新标志物[15]。在此基础上，Lu等[17]进一步研究发现，薯蓣皂苷能抑制Fas/FasL蛋白的表达，使Bcl-2/Bax比例增加，细胞色素C的释放受到抑制，导致caspase信号激活，caspase-3和caspase-8活性减弱，使CCl4诱导的肝细胞凋亡和坏死。此外，近期的研究表明，薯蓣皂苷通过调节多种信号通路对肝损伤起到保护作用。Zhang等[14]发现薯蓣皂苷可以有效治疗二甲基亚硝胺(dimethyl nitrosamine，DMN)所致的急性肝损伤，其作用机制是通过降低干扰素调节因子9(interferon regulatory factors 9，IRF9)的水平，显著降低caspase-3/9、FasL、Fas、p53、Bak的表达，上调Bcl-2的表达来诱导细胞凋亡；通过核因子e2相关因子2(nuclear erythroid factor 2-related factor2，Nrf2)的核转位，显著上调SIRT1、HO-1、NQO1、GST和GCLM的表达水平来增加氧化应激；并通过调节TLR4/MyD88/NF-κB通路，显著降低IL-1、IL-6、TNF-α、IB、p50、p65的表达水平来抑制炎性反应。类似地，Yao等[18]的实验发现薯蓣皂苷通过调节TLR4/MyD88信号通路保护脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)所致的肝损伤，TLR4与MyD88结合会激活TRAF6、IRAK1、p-NF-κB p65、p-IKK、p-IκBα、HMGB-1、IL-1β、IL-6和TNF-α水平，薯蓣皂苷通过下调TLR4和MyD88使这些水平显著降低，减轻炎性肝损伤。在硫代乙酰胺(thioacetamide，TAA)[19]所致的急性肝损伤的研究中发现薯蓣皂苷可能通过FXR/AMPK信号通路抑制氧化应激和炎性反应改善急性肝损伤，薯蓣皂苷显著上调FXR、p-AMPKα的表达，进而提高Nrf2、HO-1、NQO-1、GCLM和GST的表达水平来抑制氧化损伤，并显著下调NF-κB (p65)、ICAM-1、HMGB1、COX-2、TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平来抑制炎性反应。另外，在探讨对乙酰氨基酚(acetaminophen，APAP)[20]诱导的肝损伤时，发现薯蓣皂苷可改善APAP诱导的HepG2细胞AST释放、线粒体功能障碍、凋亡和坏死。在给予薯蓣皂苷后，抑制了APAP诱导的细胞色素P450-2E1亚型(cytochrome P450-2E1，CYP2E1)的激活和表达，促进Bcl-2和Bid及抑制Bak、Bax和p53的表达，且Suox、Krtl 8、Rgn、Prdxl、MDH和PNP 蛋白可能参与了薯蓣皂苷的保肝作用，这可能与线粒体中的 Ca2+协同作用、ATP2A2表达降低和线粒体心磷脂减少等有关。在酒精诱导的急性和慢性肝损伤大鼠模型中，结果显示薯蓣皂苷通过改善酒精诱导的氧化应激、线粒体损伤、细胞坏死和脂肪代谢异常等来保护肝损伤[21]。

2 抗肝纤维化

肝纤维化是针对造成肝脏损伤而产生的一种异常的伤口愈合反应[22]。肝纤维化的发生发展与造成肝细胞损伤的各种体内外因素密切相关，损伤引起组织中细胞外基质(extracellular matrix，ECM)过多产生和堆积，并会引起纤维瘢痕形成[23,24]。当损伤持续不及时治疗，纤维化会继续发展成更严重的疾病并可能危害生命。幸而纤维化是可逆的，只要未出现肝硬化等肝脏疾病的后期表征，去除纤维化反应的致病因素有助于纤维化的缓解[25]。薯蓣皂苷有肝保护作用，可以显著减轻肝纤维化程度，其可能是通过影响细胞凋亡、氧化应激和炎性因子起抗纤维化的作用[26]。对薯蓣皂苷治疗肝纤维化的靶点信息进行总结。见表1。

表1 薯蓣皂苷抗肝纤维化信号通路

氧化应激参与HSCs的活化和细胞外基质的过度生成。Gu等[27]的实验表明薯蓣皂苷通过Sirt1/Nrf2介导的p38 MAPK通路保护BDL和DMN诱导的肝纤维化，其上调Sirt1/Nrf2，同时抑制p-p38的水平，降低COL1A1、COL3A1、α-SMA的水平，显著抑制肝细胞的活化，抑制氧化应激反应，减少胶原蛋白和ECM的蓄积，减轻肝纤维化。Zhang等[28]通过实验发现薯蓣皂苷促进基质降解，通过调节氧化应激及炎性因子保护肝脏，并通过调控TGF-β1/Smad、Wnt/β-catenin、MAPK和线粒体信号通路发挥抗纤维化作用。另一研究表明薯蓣皂苷明显恢复硫代乙酰胺诱导的肝纤维化大鼠体重，降低导致纤维化的蛋白质水平，减少ECM的沉积，通过脂质过氧化的降低和Nrf2转导的抗氧化酶的激活来抑制氧化应激，并通过控制NF-κB的活化和促炎性因子的产生降低炎性反应，其可能是调节TGF-β/Smad和MAPK信号通路的结果，最终抑制HSCs的活化[29]。在酒精性肝纤维化(alcoholic liver fibrosis，ALF)动物模型中发现服用薯蓣皂苷后血清中ALT和AST水平下降，组织中胶原的积累减少，这可能是调控了TLR4/My D88/NF-κB信号通路，使IL-1、IL-6、TNF-α等多种促炎因子和TGF-β1等促纤维化因子的水平降低，抑制HSCs的增殖，减少ECM的沉积，有效的改善肝纤维化[30]。此外，抑制胶原生成是治疗肝纤维化的有效方法之一，另一研究阐明薯蓣皂苷通过调节PI3K/Akt通路影响ITGA5，并特异性抑制胶原合成[24]。薯蓣皂苷是一种有效的ITGA5抑制剂，能轻微降低ITGA5蛋白水平，还能降低p-PI3K/PI3K，p-Akt/Akt和p-mTOR/mTOR下游蛋白水平，显著抑制了胶原蛋白含量。同时发现其显著降低了Fn、FAK1、Col1a1、Col1a2、Col2a1、Col5a1、Col6a1的水平，增加了2ABB的水平，抑制了Akt的磷酸化。另外，Yin等[31]证实薯蓣皂苷通过SDC-4信号通路，抑制HSC-T6细胞粘附和迁移，从而调控下游蛋白Fn、FAK、p-PKCα、Src和p-ERK1/2，且薯蓣皂苷会抑制HSCs增殖、触发衰老、诱导凋亡而具有较强的抗肝纤维化活性。

3 抗非酒精性脂肪性肝病

由于长期久坐行为和饮食条件变化，非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)的发生率日益增加，其特点是除长期酗酒外，其他原因导致的肝脏内脂肪过度沉积[32,33]。非酒精性脂肪肝具有相关的代谢综合征，常伴有肥胖、糖尿病和高脂血症，故与脂质代谢功能障碍和胰岛素抵抗相关。薯蓣皂苷是一种天然产物，能显著降低NAFLD导致的游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)，总胆固醇(total cholesterol，TC)，三酰甘油(triglyceride，TG)水平升高，对NAFLD有积极的治疗作用。在给小鼠和大鼠喂食高脂饲料后得到NAFLD模型，研究发现薯蓣皂苷通过调节SIRT1/AMPK信号通路，显著上调原代培养肝细胞、AML-12和HepG-2细胞中SIRT1、p-AMPKα、p-AMPKα1、p-AMPKα2、CPT、FoxO1和ATGL的表达，下调SREBP-1c、FAS和SCD的表达，降低了脂质代谢，并减轻肝脏脂质积聚，提高血清及肝脏的体内外生化指标水平[34]。类似地，在ob/ob小鼠和高脂饲料诱导的C57BL/6J小鼠建立NAFLD模型中，发现通过给予薯蓣皂苷后小鼠体质量减轻，空腹血糖降低，其机制是增加LC3-Ⅱ和Atg5水平，上调mTOR通路的关键位点p-mTOR蛋白的水平，诱使自身发生吞噬；同时，下调磷酸化的MAPK水平，抑制TNF-α、IL-1、IL-6、NF-κB、COX-2、AP-1及HMGB-1的表达来发挥作用[35]。

4 肝癌

肝癌恶性病变高，发病隐蔽，其死亡风险居于全球第3位[36]。肝癌的复发扩散给许多患者带来困扰和痛苦。大量研究表明，薯蓣皂苷可能通过调控各种信号通路，控制细胞增殖、侵袭或凋亡来抑制肝癌。在研究HepG2癌细胞时证实薯蓣皂苷抑制细胞增殖，改变细胞形态，将细胞周期阻滞在G2/M期，并促进了外源性(死亡受体)通路和内源性(线粒体)通路，最终导致细胞依赖剂量坏死[37]。同时研究也表明薯蓣皂苷阻滞PI3K/Akt/mTOR信号通路、增加ROS的生成和上调JNK基因的mRNA表达，进而诱导细胞凋亡。类似地，Mao等[38]的研究表明薯蓣皂苷显著抑制SMMC 7721和HepG 2细胞的活力、集落形成、迁移和侵袭，诱导细胞凋亡、自噬和DNA损伤。薯蓣皂苷显著降低TIGAR在体内外的表达水平，可能通过调节TIGAR介导的p53、Akt/mTOR和CDK5/ATM信号通路对肝癌有显著的抑制作用。另一研究通过体外建立Bel-7402肝癌细胞模型，发现通过薯蓣皂苷作用后Bel-7402的生长受到明显抑制，促进肝癌细胞的凋亡，通过TP53-BAX-caspase3通路，上调TP53进而使Bax蛋白增加并激活casp3蛋白表达，以及下调Bcl-2蛋白的表达，使细胞形态改变并增加DNA损伤来发挥抗癌作用[39]。Chen等[40]研究表明薯蓣皂苷是一种有效的抑制TGF-β1导致的HepG2细胞上皮-间质转化的抑制剂，通过抑制p38 MAPK信号通路，从而呈剂量依赖性下调了TGF-β1诱导的p-Erk、MKK-3、p-p38和p-JNK的表达，并诱导细胞的侵袭和转移行为。同时经薯蓣皂苷处理的细胞中E-钙黏蛋白和间隙连接蛋白的表达增加，而N-Cadherin、Vimentin、Snail和Slug等间充质标识物减少。此外，多药耐药是癌症化疗中的一个关键问题，其主要与多药耐药基因1(multidrug resistance gene 1，MDR1)的过分表达有关，已有研究发现，薯蓣皂苷对MDR有一定的逆转作用。Sun等[41]证实HepG2/ADM细胞的耐药性由于薯蓣皂苷而下降，其显著降低p-糖蛋白的水平，增加阿霉素在HepG2/ADM细胞中的积累。其逆转耐药的核心关键在于MDR1基因，薯蓣皂苷能够使MDR1 mRNA和蛋白质水平下降，从而抑制MDR1基因活性。此外，自噬是对各种环境刺激、疾病甚至癌症的一种重要的细胞反应，有研究发现薯蓣皂苷对肝癌自噬有独特影响。在薯蓣皂苷处理的Huh7细胞系中，发现薯蓣皂苷在早期阶段会引起细胞自噬，Huh7细胞中Bcl-2的表达下降，并证实细胞凋亡是依赖于ERK1/2、caspase-3和caspase-9信号通路的活化[42]。同时，研究也提示了自噬对薯蓣皂苷诱导的Huh7细胞死亡具有一定的细胞保护作用。

5 抗肝内胆汁淤积

肝内胆汁淤积症是一种临床综合征，是胆汁酸在体内和肝脏中过度积累而引起的，肝细胞中胆汁酸的适当调节是抗胆汁淤积的关键。在一项给大鼠喂食α-萘酰异硫氰酸酯(Alpha-naphthylisothiocyanate，ANIT)后建立胆汁淤积模型实验中，使用薯蓣皂苷治疗后结果表明薯蓣皂苷可以通过恢复肝转运体的表达发挥作用，降低生化标志物和改善肝脏病理，改善胆汁淤积，并且抑制了Oatp1a1、Oatp1b2、Oatp1a4的下调，并通过激活FXR促进了Mrp2和Bsep的上调，使胆汁酸输出增加，起到对抗胆汁淤积的肝保护作用[43]。薯蓣皂苷显著改变肝脏重量，使ALT、AST、ALP、TBIL、GSH、GSH-px、MDA、SOD水平恢复，同时恢复ROS水平进而诱导细胞凋亡。薯蓣皂苷不仅能显著调控Ntcp、OAT1、OCT1、Bsep和Mrp2蛋白水平，从而运输胆汁酸和有机阴离子，促进胆酸排泄，还能增加Bcl-xl、Bcl-2的水平，降低Bak、Bax、caspase-3和caspase-9在体内外的活性，诱导细胞死亡。此外，薯蓣皂苷显著抑制PI3K/Akt通路，上调Nrf2、GCLc、GCLm、NQO1和HO-1，下调胆汁酸所致氧化应激。

6 其他肝脏疾病

Xu等[44]研究发现薯蓣皂苷可通过上调HepG2和AML12细胞中miR-125a-5p的水平，并抑制其靶基因STAT3的信号传导，进而调节肝脏糖脂代谢紊乱来治疗2型糖尿病。薯蓣皂苷显著降低TC、TG、LDL、FFA、p-STAT3、PEPCK、G6Pase、SREBP-1c、FAS、ACC和SCD1的水平，增加p-PI3K、p-AKT、p-GSK-3β和p-FoxO1的水平，改善胰岛素抵抗，导致肝糖原含量增加，糖异生和脂质蓄积减少，显著缓解T2DM引起的糖脂代谢紊乱。溶细胞素阳性粪肠球菌促进酒精性肝炎(alcoholic liver disease，ALD)的发生，Liu等[45]发现薯蓣皂苷可能通过抑制NLRP3炎症体使促炎因子IL-1β的释放减少，阻滞粪肠球菌生长，进而发挥抗菌活性来缓解ALD。肝脏缺血再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)损伤主要是由手术、肝移植和休克等引起的组织损伤，薯蓣皂苷可通过减轻氧化应激、炎症和凋亡保护肝脏I/R损伤。研究表明薯蓣皂苷抗氧化活性是通过提高SOD、CAT、GSH-Px、GSH水平，降低MDA、TNOS、iNOS、NO水平，阻止了由I/R损伤引起的DNA碎片化；抗凋亡活性是通过增加Bcl-2和Bcl-x的水平，降低IL-1β、IL-6A、TNF-α、ICAM-1、MIP-1α、MIP-2、Fas、 FasL的基因表达，降低NF-кB、AP-1、COX-2、HMGB-1、CYP2E1、Bak、caspase-3、p53、PARP、caspase-9的蛋白表达，并降低JNK、ERK和p38 MAPKs的磷酸化水平，进而提高大鼠存活率，改善I/R诱导的肝细胞异常[46]。Notch1/Jagged1通路在肝脏再生中起重要作用，薯蓣皂苷可作为一种γ-分泌酶激活剂、NICD1核转位启动子和细胞周期调节因子，激活Notch1/Jagged1通路并上调PS1的表达增强γ-分泌酶的活性，使肝体重比快速恢复，ALT和AST水平降低，Notch1、Jagged1、cy-nicd1、n-nicd1、Hey1、Hes1、CyclinD1、CyclinE1、CDK2和CDK4水平增加，并增加VEGF和EGFR的mRNA水平，促进大鼠原代肝细胞和AML12细胞的增殖，减轻肝细胞坏死，促进肝脏再生，成为肝脏切除手术后的有效治疗药物[47]。

综上所述，薯蓣皂苷对表现为肝损伤、肝纤维化、脂肪肝、肝癌及胆汁淤积等病理变化的肝脏疾病具有预防和治疗作用，可保护肝脏正常细胞不受破坏，调控处于异常状态的细胞，其作用机制主要是调节多种蛋白水平及调控多条信号通路。