鱼腥草抗氧化应激机制研究进展

2022-10-21杨亚军曲静苗贵东

食品工业 2022年10期

杨亚军，曲静，苗贵东

1. 兴义民族师范学院体育学院（兴义 562400）；2. 上海体育学院运动科学学院（上海 200438）；3. 兴义民族师范学院生物与化学学院（兴义 562400）

鱼腥草（Houttuynia cordataThunb，HCT）属三白草科植物蕺菜，主产于日本、韩国、中国西南部。HCT作为根茎叶类蔬菜植物，药食同源，HCT及其提取物具有抗氧化[1]、抗病毒[2]、抗炎[3]，抗衰老[4]、抗肿瘤[5]等作用。HCT提取物槲皮素能有效抑制Ⅱ型登革病毒[2]。HCT显著降低高糖诱导的人脐静脉内皮细胞衰老标准物的表达，发挥抗衰老作用[4]，鱼腥草多糖（Houttuynia cordata polysaccharide，HCP）可减少脂多糖诱导慢性炎症大鼠肺组织炎症，改善肺水肿[2]。研究发现，HCT及其提取物的抗衰老、抗癌、抗炎作用与抗氧化有关[2,5-6]，HCP能显著提高脂多糖诱导的慢性炎症大鼠细胞内抗氧化酶活性，发挥其抗氧化作用[2]。在以秀丽线虫为动物模型的抗衰老研究中发现，HCT提取物显著降低突变型线虫活性氧（reactive oxygen species，ROS），增强应激抵抗，延长其寿命[5]，HCT能有效降低苯并（a）芘诱导的肺癌细胞内ROS的生成，保护细胞免受苯并（a）芘诱导的DNA损伤和炎症[6]。过氧化参与糖尿病、高血压、动脉粥样硬化等诸多临床疾病，针对抗过氧化相关反应机制的研究对治疗相应疾病具体重要意义。在概述HCT抗过氧化生理作用的基础上，综述近年来鱼腥草抗氧化应激作用机制，包括减轻体内外氧化应激反应及信号通路调控，为HCT治疗缓解氧化应激疾病的研究提供视角。

1 HCT抗氧化作用

机体依赖抗氧化系统产生超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（CAtalase，CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase，GR），清除过量自由基，保持稳态。氧化系统和抗氧化系统失衡，引起细胞和组织内的病理变化[7]。HCT中分离鉴定出220种化合物，其主要活性成包括黄酮类、挥发油、HCP、生物碱[8]，它们均可增强抗氧化酶活性，清除自由基，发挥抗氧化作用。

1.1 HCT黄酮抗氧化作用

研究发现HCT黄酮能够清除氧自由基，提高抗氧化酶活性，表现出较强的抗氧化性。细胞试验发现，HCT黄酮具有较好的抗氧化作用，HCT水提物总黄酮和多酚，能够提高小鼠成肌C2C12细胞SOD活性，逆转由肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）诱导的细胞活力下降[9]。动物试验发现，高剂量（160 mg/kg体重）HCT总黄酮灌胃能显著提高由四氧嘧啶诱导的Ⅰ型糖尿病小鼠血SOD含量，改善其糖耐量[10]。槲皮苷、槲皮素和金丝桃苷作为HCT黄酮的主要组成成分，能显著降低四氯甲烷诱导的急性肝中毒小鼠肝丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量水平，提高血清谷胱甘肽转换酶（glutathione s-transferase，GST）、SOD、CAT水平[11]。此外，HCT分离出的槲皮素、槲皮素苷抑制脂质过氧化，具有明显的剂量依赖性，且糖基化的槲皮素苷比槲皮素表现出更强的抗氧化活性[12]。

1.2 HCT挥发油抗氧化应激作用

挥发油是HCT最重要的药效成分之一，动物试验中，HCT挥发油能够显著升高去卵巢骨质疏松小鼠血清SOD活性，显著降低血清MDA含量，并呈剂量依赖性[13]。活性氧清除方面，HCT挥发油能降低脂多糖诱导的巨噬细胞中NO的产生和NO合成酶（nitric oxide synthase，iNOS）蛋白的合成[14]。癸酰乙醛（鱼腥草素）是其发挥抗氧化的主要物质，鱼腥草素不稳定，常与亚硫酸氢钠化合形成鱼腥草素钠（sodium houttuyfonate，SH），病理学检查发现，SH能够降低脂多糖诱导的肺组织损伤小鼠肺细胞MAD水平，提高SOD水平，抑制氧化应激和炎症反应[15]。

1.3 HCP抗氧化应激作用

HCP通过清除自由基、提高抗氧化酶活性，起到抗氧化作用。从鱼腥草叶中所分离出的甘露糖、半乳糖、葡萄糖，具备DPPH·清除能力，但清除能力不及维生素C，同时能够螯合Fe2+，还原铁氰化钾，表现出抗氧化作用[16]。体内试验表明，通过每周1次持续6周灌服不同剂量（50，100和200 mg/kg体重）HCP溶液，能够显著提高脂多糖诱导的慢性炎症大鼠肝组织中SOD、CAT、GSH-Px含量，且除了50 mg/kg体重组，其余剂量组MDA含量显著降低，提升肝组织抗氧化能力[4]。HCP抑制脂多糖诱导的小鼠支气管肺NO的产生[17]。

1.4 HCT提取液抗氧化作用

HCT无论是水提物还是醇提取物也表现出抗氧化作用。体外动物试验发现，2%和5% HCT水提物能够增强煎炸油喂养诱导SD大鼠的氧化应激能力，提高血浆、肝脏总的抗氧化能力，肝脏低密度脂蛋白滞后时间延长[18]。在糖尿病大鼠试验模型上同样得到验证，2% HCT水提物降低糖尿病小鼠心脏和肾脏中ROS活性、TNF-α、IL-6水平，恢复心脏GSH含量[19]；HCT水提物（1和2 g/L）的预摄取可维持对乙酰氨基酚诱导小鼠肝脏GSH含量，激活GSH-Px、CAT、SOD，减少氧化型谷胱甘肽（Glutathione Oxidized，GSSG）、MDA和ROS的形成[20]。细胞同样证实HCT水提物抗氧化作用，与其他植物（鬼针草、枸杞、薄荷、车前、积雪草）水提物相比较，同一水提物浓度（25 μg/mL）下，HCT水提物处理H2O2诱导的淋巴细胞DNA彗星状拖尾运动现象百分比最低（11.14%），经ABTS法测定，HCT甲醇提取物显示出较高TEAC值（231.16 mmol/L），提示HCT提取物表现出较高的抗氧化能力，降低H2O2诱导的淋巴细胞DNA凋亡[21]。另外，HCT水提物（8 μmol/L）预处理，抑制β淀粉样蛋白暴露大鼠初级皮层神经元ROS及Ca2+水平，保护线粒体膜[22]。

2 HCT抗氧化应激机制研究进展

平衡状态下的氧化应激参与细胞信号转导，过量氧化应激产生自由基，攻击组织细胞，引起细胞和组织内的病理变化。机体通过氧化还原信号传导来调节过氧化水平，鱼腥草作为植物抗生素，通过氧化应激信号传导通路调控，整合氧化还原途径，维持机体氧化应激平衡[7]。

2.1 PI3K/Akt信号通路介导的氧化应激

动物试验表明，芒果苷可激活胎盘中PI3K/Akt/mTOR通路，改善子痫前期小鼠胎盘氧化应激[23]，磷脂酰肌醇3-激（phosphatidylinositol3-kinase，PI3K）阻滞剂LY29400能抑制姜黄素的抗氧化作用，恢复甘露醇诱导的心肌细胞内ROS活性[24]。提示ROS通过PI3K/Akt信号通路发挥抗氧化作用。另有学者发现细胞内氧化应激水平提高后，可引起PI3K/Akt信号通路的代偿性激活，进而调节血红素加氧酶（heine oxygenase-1，HO-1）的表达和细胞质内核因子E2相关因子2（nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2）的转录激活，起到抗氧化应激的作用[25]。细胞试验发现，HCT水提物通过激活PI3K/Akt信号通路、抑制Toll样受体4（Toll-like receptors4，TLR4）、核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB），进而保护丙泊酚诱导的大鼠海马神经元损伤[26]。PI3K/Akt信号通路级联叉头框蛋白O（Forked（frame protein O，FoxO），FoxO激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1（peroxisome proliferator-activated receptorγcoactiva-tor-1α，PGC-1）PGC-1α与FoxO共同转录表达，促进锰超氧化物歧化酶（manganese superoxide dismutase，MnSOD）、CAT的表达，增加抗氧化系统的功能[27]。体外试验发现，饱和脂肪酸处理引起人血管内皮细胞发生氧化应激反应，而HCT水提液预处理通过增强FoxO1表达，激活PGC-1α调节细胞线粒体功能，降低氧化应激反应[28]。可以发现，HCT提取物通过PI3K/Akt信号通路级联下游的FoxO1转录表达，激活PGC-1α，促进抗氧化酶的生成，提高细胞抗氧化作用。

2.2 Nrf2/ARE信号通路介导的氧化应激

Nrf2/ARE信号通路细胞抗过氧化的关键通路，正常情况下，Nrf2维持较低水平表达量。在氧化应激源苯并（a）芘的刺激下，Nrf2、Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like epichlorohydrin-associated protein 1，keap1）表达激活，RNA干扰发现抗氧化基因的表达与（Cu/Zn-SOD、CAT和GPx）基因的表达一致[29]。研究发现，Nrf2/keap1通路级联核内抗氧化反应元件（anti-oxidant response element，ARE），诱导抗氧化酶包括GSH、HO-1等表达增加[30]，提示Nrf2/keap1/ARE信号通路是诱导抗氧化基因所必需的。在动物试验模型中，HO-1的表达水平升高，NF-κB的活化，降低下游炎症因子的分泌，维持细胞正常氧化应激水平[31]。体外细胞试验发现，HCT水提物抑制TNF-α诱导的人角质形成细胞ROS的生成，并激活芳香烃受体（Aryl hydrocarbon receptor，AHR）和Nrf2，调节NADPH氧化酶（NADH oxidase，Nox），发挥抗氧化应激作用[32]。另有试验证实，HCT抑制由苯并（a）芘诱导肺肿瘤细胞Nrf2、HO-1、醌氧化还原酶1（NADPH quinone dehydrogenase 1，NQO-1）蛋白表达下降，降低由苯并（a）芘诱导肺肿瘤细胞内ROS活性[1]。可以看出，HCT及其提取物通过Nrf2的激活，促进NQO-1、HO-1的表达，促进体内自由基的清除，发挥抗氧化作用。

2.3 TLRs信号通路介导的氧化应激

在氧化应激源刺激下，人单核细胞中TLR2/4 mRNA/蛋白表达水平升高，抗氧化剂罗布宁/N-乙酰半胱氨酸处理后，TLR2/4 mRNA/蛋白表达水平升下降，H2O2诱导促进应激源刺激下TLR2/4基因的表达[33]，TLRs偶联下游炎症因子（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、NF-κB，导致氧化应激损伤[34]，下调Bcl-2（B cell lymphoma 2，Bcl-2），上调凋亡相关因子Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2 Associated X Protein，BAX）、冬氨酸蛋白酶3（caspase-3）、caspase-9，诱导细胞凋亡[35]。细胞试验证实，HCT提取物通过抑制TLR4/NF-κB通路，保护由丙泊酚诱导大鼠海马神经元损伤[26]。更为重要的是，HCT黄酮苷金丝桃苷、槲皮苷能有效抑制被H1N1病毒感染大鼠细胞内TLRs信号转导，抑制病毒复制[36]。动物试验发现，HCT挥发油能通过抑制DOX诱导的慢性大鼠TLR4表达，降低氧化还原酶介导的NF-κB炎症，抑制心肌细胞晚期凋亡[3]。在吸烟联合气管内滴注脂多糖诱导慢性阻塞性肺疾病大鼠模型上，低、中、高浓度HCT提取液下调caspase-3、caspase-9、TLR4、接头蛋白髓样分化因（myeloiddifferentiationfactor88，MyD88）和NF-κB（p65）的蛋白表达，提示HCT提取液通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB（p65）信号通路的激活，改善慢性阻塞肺疾病大鼠肺组织淤血、水肿、炎症和凋亡[37]。更有研究证实，HCP通过TLR4、p-NF-κB（p65）的表达，抑制H1N1感染小鼠肺、肠炎症[38]。另外动物试验发现，HCT水提物通过抑制MAPK（p38）改善高脂血症诱导的内皮损伤[31]，细胞试验同样证实HCT水提物通过抑制MAPK（p38）降低脂多糖诱导的视网膜胶质细胞的激活[39]。可以看出，HCT及其提取物能够通过抑制TLRs/MyD88/NF-κB（p65）/MAPK（p38）通路的激活，可能通过下调caspase-3、caspase-9，保护氧化应激引发细胞凋亡。这些数据表明，HCT通过抑制p-p38-MAPK来抑制LPS诱导的视网膜小胶质细胞的激活。

2.4 线粒体介导的氧化应激

内源性ROS主要由线粒体呼吸链活动产生，线粒体功能受损，呼吸链电子传递的过程中出现电子漏出，与单分子氧进行单电子还原生成超氧阴离子，引起细胞内氧化应激反应[40]。过量的氧化应激线粒体通透性转换孔开放（mitochondrial permeability transition pore，MTPT），线粒体Ca2+外排，线粒体膜电位（mitochondrial membrane potentia，MMP）改变，胞内Ca2+浓度升高[41]。MTPT持续开导致线粒体膜去极化，细胞凋亡起始因子细胞色素C（Cytochrome C，Cyt-C）外泄，在胞质内激活caspase-9、caspase-3，与过氧化应激反应所激活的Bcl-2/Bax一起共同促进细胞凋亡[42]。另外，去极化的线粒体膜电位后，PTEN诱导推定激酶1（PTEN induced putative kinase 1，PINK1）募集并活化帕金基因表达引起线粒体自噬[43]。动物试验和细胞试验都表明，HCT及其提取物能够通过多种途径，调节线粒体依赖的氧化应激，在D-半乳糖胺诱导的肝损伤小鼠模型上，HCT 甲醇提取物中分离的黄酮醇糖苷，可通过Rev-Erb-α/磷酸-AMPK/SIRT1信号传导调节线粒体自噬，增强线粒体生物合成，降低线粒体自噬相关蛋白 PINK1和帕金基因表达的增加[44]。同时，HCT水提物通过稳定线粒体膜电位水平，降低细胞内Ca2+浓度，抑制caspase-3激活，保护由β淀粉样蛋白诱导大鼠原代皮层神经元[28]。由此可以看出，HCT及其提取物通过降低胞内Ca2+，恢复MMP水平，稳定线粒体功能，减轻过度氧化应激。另外，HCT及其提取物通过增加Bax/Bcl-2比值，抑制caspase-9、caspase-3，降低线粒体自噬相关蛋白PINK1、帕金表达，减轻因过度氧化应激而造成的细胞凋亡。

3 结语

体内外试验表明：HCT及其提取物通过增强抗氧化酶活性，清除自由基，表现出较强的抗氧化应激作用，HCT作为一种天然抗氧化物，通过调控PI3K/Akt信号通路、Nrf2/ARE信号通路、TLRs信号通路及线粒体介导的信号通路，发挥抗氧化作用（图1）。HCT及其提取物通过PI3K/Akt信号通路，级联下游FoxO1激活PGC-1α，降低细胞氧化应激，而氧化应激模型中PI3K/Akt信号通路激活，可调节Nrf2、HO-1转录[25]，可以得到启示HCT提取物通过PI3K/Akt/FoxO/PGC-1α通路提高细胞抗氧化能力的同时，也激活Nrf2/HO-1通路启动抗氧化应激。近期的细胞试验发现，HCT提取物激活PI3K/Akt信号通路、抑制TLR4/NF-κB，调控Nrf2/HO-1发挥抗氧化应激作用[25]，提示HCT提取物可能通过PI3K/Akt信号通路的激活、TLR4/NF-κB的抑制，促进Nrf2/HO-1的抗氧化作用。而近期的试验证实HCT提取物去甲头花千金藤二酮B，通过激活PI3K/Akt、提高HO-1，帮助海马神经元细胞抵抗H2O2诱导的氧化应激[45]。除此之外，HCT提取物抑制TLR4/MyD88/NF-κB（p65）通路[38]，抑制MAPK（p38）[28-39]、下调caspase-3、caspase-9，防止细胞过氧化凋亡[38]，而HCT及其提取物在线粒体途径依赖氧化应激通路中，HCT能增加Bax/Bcl-2比率，抑制caspase-9、caspase-3激活[45]，防止细胞凋亡，提示HCT提取物可能通过TLR4/MyD88/NF-κB，同时抑制线粒体、胞浆凋亡蛋白的激活，共同抵御氧化应激损伤。