黄芪甲苷的药理活性研究进展

白 宏,别蓓蓓,常翠翠,王 亚

西安培华学院医学院,西安 710100

黄芪是我国著名的中草药,最早见于公元200年的《神农本草经》,近年来,国内外众多学者对黄芪的化学成分和药理功能做了广泛的研究,黄芪含有黄酮类、皂苷类、多糖类及微量元素等活性成分[1];其中黄芪甲苷(astraloside,AST)被认为是黄芪物种的主要生物活性成分,且在黄芪中含量最高[2]。越来越多的证据表明,AST具有广泛的药理特性。这些药理特性突出了黄芪的传统用途,为该传统中药的后续研究和临床应用提供了新的方向。

1 AST的药理作用

1.1 免疫调节作用

AST作为补益中药黄芪的主要活性成分,具有免疫调节的作用。越来越多的证据表明,AST能够增加刀豆球蛋白A(Con A)和脂多糖(LPS)刺激的脾细胞中T淋巴细胞和B淋巴细胞的增殖[3]。此外,T细胞受体(TCR)参与后,AST治疗可以显著促进CD4+T细胞表面CD25和CD69分子的表达[4]。白细胞介素-2(IL-2)和γ-干扰素(IFN-γ)是促进细胞免疫和预防癌症恶化以及各种胞内感染性疾病的细胞因子[5]。用植物血凝素(PHA)刺激后,AST表现出显著的IL-2诱导活性,此现象可能有助于其在免疫刺激和抗癌作用中发挥作用[6]。

黄立锋等[7]的研究明确了晚期炎症介质高迁移率族蛋白B1(HMGB1)在体内对小鼠调节性T细胞(Treg)免疫表型的影响,观察了不同剂量AST对HMGB1介导的Treg细胞功能变化的作用。结果显示,AST可针对性拮抗HMGB1对Treg细胞免疫功能的抑制效应。于增利[8]对肾衰竭维持透析感染患者的外周血T淋巴细胞亚群进行检测,发现对照组(给予盐酸左氧氟沙星氯化钠注射液)和治疗组(AST联合白令胶囊)外周血中CD3+、CD4+、CD4+/CD8+细胞数量均升高,CD8+细胞数量降低,且治疗组均优于对照组,表明AST联合白令胶囊可显著提高免疫功能。

1.2 治疗哮喘性疾病

支气管哮喘是由多种细胞及其细胞因子参与的一种气道慢性炎症性疾病。T淋巴细胞在哮喘的气道炎症中发挥重要作用,其中来源于辅助性T淋巴细胞2(Th2)细胞的细胞因子[如白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-5(IL-5)和白细胞介素-13(IL-13)]在嗜酸性粒细胞引发的过敏性炎症过程中有至关重要的作用。黄思捷等[9]研究显示,AST主要通过显著抑制Th2转录因子的表达来抑制炎性因子IL-5和IL-13的产生,从而改善哮喘模型小鼠肺部炎症程度。既往研究认为,辅助性T淋巴细胞1(Th1)/Th2细胞的失衡是哮喘发生发展的主要机制,罗波等[10]运用卵清蛋白(OVA)诱导哮喘模型小鼠,AST处理后小鼠Th2细胞因子IL-4、IL-13、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和锌指转录因子(GATA-3) mRNA含量明显降低,Th1细胞因子、T-bet转录因子(T-bet) mRNA表达明显升高,表明AST可以通过纠正OVA诱导的哮喘模型小鼠中Th1/Th2的不平衡,抑制哮喘的发展和严重程度。此外,Th17/Treg细胞之间的失衡亦可引起哮喘的发生,AST可通过下调Th17细胞分泌,上调Treg细胞表达水平,使Th17/Treg细胞保持平衡,减少炎症细胞在哮喘气道中的聚集,缓解哮喘症状[11]。

1.3 治疗多发性硬化症

多发性硬化症(MS)是一种中枢神经系统自身免疫性疾病,主要表现为中枢神经系统(CNS)炎性细胞浸润。众多证据表明,MS的发病机制为T淋巴细胞介导的主要针对自身髓鞘抗原产生的免疫应答反应。炎性T细胞活化后破坏血脑屏障进而侵犯中枢神经系统,攻击髓鞘,并且导致神经元轴突受损[12]。AST可减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎动物模型(EAE)的严重程度,抵消氧化应激反应,抑制T细胞分化和向CNS的浸润。AST可以通过提高转录因子T-bet和Foxp3的mRNA表达量,降低转录因子RORγt的mRNA表达量,从而调节外周免疫系统中T细胞的分化。在CNS中,AST阻止了血脑屏障的泄漏,通过上调总超氧化物歧化酶(T-SOD)减少活性氧(ROS)的产生,并通过抑制诱导型一氧化氮合酶(iNOS)等来减少神经炎症炎性细胞因子的表达[13]。以上研究表明,AST缓解EAE小鼠MS的机制可能在于增强细胞抗氧化、抗细胞凋亡和抗炎作用以及调节致病性T细胞的分化和向CNS的浸润。

1.4 抗炎症

AST可以干预炎症发病机制中的多个过程,例如促炎介质的产生,黏附分子的表达,循环白细胞与内皮细胞的黏附和核转录因子κB(NF-κB)的活化。于婧文等[14]研究显示,AST可显著抑制LPS诱导的星形胶质细胞激活和一氧化氮(NO)的释放,减少细胞因子白细胞介素-6(IL-6)和TNF-α的分泌,增加IL-4和白细胞介素-10(IL-10)的分泌,从而抑制炎性反应。内皮细胞表面黏附分子的调控表达是炎症发病的关键过程,体外研究表明,AST在LPS刺激的白细胞与血管内皮细胞黏附过程中显著抑制E-选择素和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)的表达。体内研究显示,AST可以通过抑制Toll样受体4(TLR4)/NF-κB信号通路,减轻炎症反应,从而对心肌肥厚发挥保护作用[15]。上述研究均显示,AST可以用作炎症相关疾病的潜在疗法。

1.5 对脑的保护作用

AST对多种脑血管疾病有保护作用。黄昌恒等[16]研究了AST对大鼠蛛网膜下腔出血(SAH)后迟发性脑血管痉挛的影响及机制,结果显示,AST可能通过抑制蛋白激酶B(Akt)信号通路影响SAH大鼠基底动脉血管平滑肌表型的转换和增殖。史楠等[17]通过大鼠脑缺血再灌注损伤(MCAO)模型探讨AST在大鼠MCAO中的作用,AST治疗后,大鼠神经功能缺陷评分降低,梗死面积显著减少,且AST处理组mTOR、p62、caspase-3的mRNA和蛋白水平显著降低,LC3和Beclin-1的mRNA和蛋白水平显著升高。表明LC3/mTOR自噬通路在AST治疗和缓解大鼠MCAO过程中发挥重要作用。马亮[18]利用60Coγ射线处理小鼠构建辐射诱导的脑损伤体内模型,用UVA射线刺激大鼠肾上腺嗜铬瘤细胞PC12建立辐射诱导的神经细胞损伤体外模型,探讨AST对辐射诱导脑细胞损伤的保护机制。结果显示,AST预处理可以拮抗辐射后PI3K/Akt信号通路被抑制所诱发的脑细胞损伤。郑心甜等[19]研究显示,AST可通过促进小胶质细胞/巨噬细胞从损伤性M1型向保护性M2型转化,从而对大鼠脑缺血损伤发挥保护作用。张艳丽等[20]通过建立胎鼠海马神经干细胞(NSCs)体外氧糖剥夺/再灌注(OGD/R)模型,发现AST可以上调缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)信号通路,增强氧糖剥夺NSCs增殖与分化的能力,从而促进脑缺血损伤的结构和功能的修复。

AST对神经系统性疾病有改善作用,被认为是预防神经性障碍疾病的潜在药物。高志红等[21]研究显示,AST可以通过上调β-catenin蛋白和基因的表达,激活Wnt信号通路,下调Notch-1基因和蛋白的表达,诱导骨髓间充质干细胞分化为神经细胞,从而防治神经退行性疾病。李娟等[22]通过给小鼠侧脑室注射LPS建立阿尔茨海默病(AD)小鼠模型研究AST对AD小鼠模型认知功能和脑内神经炎症的影响,研究结果表明,AST可以明显降低AD小鼠脑内海马区炎症因子TNF-α、白细胞介素-1β(IL-1β)的含量,缓解LPS造成的认知功能损伤,改善AD小鼠的学习记忆功能。李鹏涛等[23]研究显示,AST可以通过提高β-catenin蛋白和mRNA的表达,抑制Notch1蛋白和mRNA的表达,诱导快速衰老小鼠SAMR1的骨髓间充质干细胞(BMSCs)分化为神经细胞。薛晓利[24]基于模式生物秀丽隐杆线虫,在生化水平和基因水平上探讨AST对秀丽隐杆线虫的抗衰老作用及其机制,显示AST可以通过提高线虫体内超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性、提高SOD和CAT基因的mRNA表达水平以发挥抗衰老的作用机制。

1.6 对心脏的保护作用

张书春等[25]利用高糖培养基处理大鼠胚胎心脏组织来源的H9c2细胞构建心肌细胞损伤模型,发现AST可以通过抑制IKK/NF-κB炎症通路的过度激活减轻高糖诱导的H9c2心肌细胞损伤。支架内再狭窄是经皮冠状动脉介入治疗术改善冠心病的主要障碍因素之一。尉希清等[26]研究显示,AST可以通过抑制ROS的产生,降低血小板源生长因子(PDGF-BB)的表达,抑制血管平滑肌细胞(VSMCs)的迁移和增殖,保护血管内皮细胞,预防血管再狭窄。杨雷等[27]通过左冠状动脉结扎术构建心肌梗死大鼠模型,探讨AST对心肌细胞的保护作用机制,研究显示,AST可以通过下调心肌组织中托样受体4(TLR4)的mRNA和蛋白表达水平,减轻心肌细胞的凋亡,保护受损的心肌组织。武梦羚等[28]用异丙肾上腺素(ISO)构建体外原代心肌细胞损伤模型,探究AST对SD大鼠乳鼠原代心肌细胞损伤的抗凋亡作用及相关机制。细胞流式结果显示,AST处理后原代心肌细胞的凋亡率显著降低。蛋白质免疫印迹法检测结果显示,AST处理后抑凋亡基因Bcl-2表达上调,促凋亡基因Bax及Bak表达下调。血管新生是治疗缺血性心脏病的主要方向之一,周细胞作为微小血管血管壁的主要成分之一,对稳定血管及血管的发育和重塑有重要作用。王家伟[29]研究表明,AST可以通过调节TGF-β1/Smad2信号通路,促进间充质干细胞向周细胞分化,参与血管的形成和重塑,改善缺血性心脏病。付卫云等[30]采用左冠状动脉前降支结扎术构建心肌梗死模型研究AST对血管重塑的影响,取得良好的效果,AST可促使大鼠心肌组织中蛋白激酶D1(PKD1)、组蛋白脱乙酰酶5(HDAC5)和血管内皮生长因子(VEGF)mRNA和蛋白表达水平显著升高,促进大鼠心肌梗死后心肌组织中血管的新生。

1.7 抑制纤维化

AST有一定的抗纤维化作用,如肝纤维化、肺纤维化和肾纤维化。白雪等[31]采用腹腔注射二甲基亚硝胺诱导Wistar大鼠肝纤维化模型探究AST抗肝纤维化效果,研究结果显示,AST可显著抑制肝脏胶原的生成,降低肝组织中羟脯氨酸(Hyp)含量,降低血清中丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、γ谷氨酰转移酶(GGT)水平及总胆红素(TBil)含量,升高白蛋白(ALB)含量,表现出显著的保肝降酶作用。黄霂晗等[32]于C57bl/6小鼠气管内滴注博来霉素建立肺纤维化模型,初步研究AST对小鼠肺纤维化的抑制作用,结果显示,AST可通过减少成纤维细胞的生成和抑制胶原蛋白的沉积抑制小鼠肺纤维化。王鹏飞等[33]研究显示,AST可以通过抑制凋亡并增强自噬改善博来霉素诱导的小鼠肺纤维化。杨茹茜等[34]研究显示,AST治疗显著改善了小鼠肾组织纤维化,其机制可能与抑制TLR4/My D88依赖信号通路及炎症因子TNF-α、IL-6和IFN-γ的释放有关。

1.8 治疗糖尿病及其并发症

AST在治疗糖尿病及其并发症方面表现出优良的应用前景。季天娇等[35]研究显示,AST通过激活PI3K/Akt/Fox O1信号通路,抑制糖异生作用,调节糖脂代谢,对2型糖尿病大鼠肝损伤发挥保护作用。刘文等[36]研究显示,AST可以降低肥胖糖尿病(DM)大鼠体内脂质过氧化物MDA及抗氧化作用分子T-SOD的含量,减少DM大鼠体内ROS的蓄积,激活Nrf2-ARE通路,上调抗氧化基因的表达,缓解胰岛β细胞氧化应激损伤。足细胞相关蛋白分子nephrin和podocin表达下调引发的足突间裂孔隔膜完整性破坏是糖尿病肾病(DN)发生的关键因素之一。宋志霞等[37]采用腹腔注射链脲佐菌素(STZ)建立糖尿病大鼠模型,探讨AST对DN大鼠足细胞裂孔膈膜的保护作用及机制。研究结果显示,AST能够显著降低糖尿病大鼠蛋白尿水平,上调足细胞裂孔隔膜蛋白nephrin和podocin表达,下调足细胞损伤标志蛋白desmin表达量,从而抑制DN大鼠的足细胞损伤。NLRP3炎性小体和促炎细胞因子IL-1β可通过多种信号途径参与糖尿病血管炎性病变,贾新菊等[38]用不同浓度的高糖诱导血管平滑肌细胞,之后用AST进行处理,发现细胞中NLRP3蛋白表达量显著下调,IL-1β含量显著降低,表明AST对糖尿病血管炎性病变起保护作用。陈晨等[39]研究显示,AST可以通过抑制AMPK/mTOR信号通路改善STZ诱导的糖尿病心肌病大鼠氧化应激并延缓心肌肥厚,进而改善心肌损害。余婵娟等[40]采用腹腔注射STZ构建糖尿病大鼠模型初步探讨AST对糖尿病大鼠视网膜病变的防治作用,研究结果显示,AST可以通过下调NF-κB表达,上调Nrf2表达,改善糖尿病大鼠视网膜氧化应激损伤,从而发挥保护作用。

1.9 治疗类风湿性关节炎

类风湿性关节炎是一种慢性自身免疫炎症性疾病,其特征在于滑膜炎症、关节软骨损伤和关节外翻等表现[41]。有报道显示,口服AST可以缓解IL-1β诱发的关节肿胀,保护其免受软骨蛋白多糖合成及软骨细胞增殖过程中IL-1β诱导的损伤,并抑制细胞因子IL-1β、TNF-α和NO的产生[42]。

1.10 抗肿瘤

研究显示,AST可通过调节肿瘤微环境、调节细胞生长周期、调控免疫系统、增强化疗药物敏感性、协同中药单体、诱导肿瘤细胞发生凋亡等多种方式发挥抗肿瘤作用。

肿瘤微环境的刺激和支持是导致恶性肿瘤发生的主要因素之一。在肿瘤微环境中,肿瘤相关成纤维细胞可以将致瘤细胞因子、趋化因子、基质金属蛋白酶等可溶性因子分泌到微环境中,为癌细胞的生存、增殖、迁移和侵袭等提供有利条件。由于肿瘤相关成纤维细胞基因组较稳定,很少突变,因此科研人员将其作为癌症治疗的药物靶点。WANG Z F[43]等研究显示,AST可以通过上调miR-214、下调miR-301a在胃癌相关成纤维细胞(GCAFs)中的表达,抑制GCAFs细胞的病变,是一种有效的调节肿瘤微环境的治疗药物。此外,AST可以通过调控细胞周期影响肿瘤细胞的生长,以剂量依赖性方式抑制结直肠癌细胞系SW620和HCT116的增殖,引发细胞G0/G1期的阻滞,并下调细胞周期蛋白(CyclinD1和CDK4)的表达水平[44]。林琳[45]研究显示,AST可能通过刺激活化Mφ、促进树突状细胞DC成熟、促使多种免疫相关细胞因子高表达等多途径增强机体细胞及体液免疫功能对肝癌荷瘤小鼠发挥抗肿瘤作用。AST还可以通过联合其他抗癌药物增强其抗肿瘤效应,AST与贝伐单抗联合应用后可以显著提高后者抑制A549细胞增殖能力的敏感性,这与AST能够通过影响自噬相关蛋白P62和LC3的表达从而抑制自噬的发生,并抑制侵袭相关基因基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的表达量相关[46]。AST还能与其他中药单体协同作用产生抗肿瘤作用,ZHANG S等[47]研究发现,AST和姜黄素联合治疗能够抑制肝癌细胞HCC原位裸鼠模型中肿瘤的生长和血管的生成[47]。AST还可以通过诱导细胞凋亡增强其抗肿瘤效应,吴安妮等[48]研究显示,AST可能通过抑制Akt信号通路中p-Akt的表达量促进非小细胞肺癌细胞A549和SPC-A1的凋亡。

1.11 抗病毒

柯萨奇病毒B3(CVB3)被认为是引起临床心血管疾病的主要原因。王丽娟等[49]采用腹腔注射CVB3构建病毒性心肌炎(VMC)小鼠模型,并给小鼠灌胃不同浓度的AST,结果表明,AST可通过抑制VMC小鼠内质网应激和炎性反应减少心肌细胞凋亡和减轻心肌损伤。人体中的腺病毒(ADVs)感染可导致多种疾病,如急性上呼吸道感染和下呼吸道感染、爆发性结膜炎、急性出血性膀胱炎、类风湿性关节炎、免疫缺陷病、脑炎、脑膜炎和婴儿胃肠炎。AST具有抗人3型腺病毒(HAdV-3)的能力,其潜在机制可能是通过抑制HAdV-3的复制和HAdV-3诱导的细胞凋亡[50]。乙肝病毒(HBV)是导致急性和慢性肝炎的主要诱因,研究显示,AST可以显著降低乙型肝炎病毒表面s抗原(HBsAg)和e抗原(HBeAg)的分泌。

1.12 AST的辅助活性

新一代的疫苗往往由于缺乏先天性免疫刺激,导致其免疫原性很差。因此,重组疫苗的合成需要与佐剂结合来增加其效应或刺激适当的免疫反应[51]。有报道显示,AST治疗增加了抗体对卵白蛋白OVA和牛血清白蛋白BSA的应答反应,增强了丝裂原诱导的脾细胞增殖,增加BSA免疫小鼠中T细胞的增殖和IFN-γ的产生[52]。以上结果均表明,AST可以促进体液免疫和细胞免疫反应并有可能应用于新疫苗的设计。

1.13 其他药理作用

研究显示,AST对肠道性疾病及骨质疏松症也有一定的治疗作用。杨明月[53]研究显示,AST可以通过修复肠道上皮屏障缓解肿瘤坏死因子样配体1A(TL1A)高表达引发的小鼠结肠炎症。其机制可能与下调TNF-α的表达进而抑制MLCK/p-MLC通路、上调结肠炎结肠黏膜中紧密蛋白的表达相关。成鹏等[54]研究显示,AST可以通过调节FoxO3a/Wnt2/β-catenin信号通路,升高去卵巢大鼠体内降钙素和骨保护素的含量,显著升高腰椎、股骨的骨密度值和胫骨的最大载荷及最大应力,缓解去卵巢大鼠的骨质疏松症状。

2 结论及展望

AST因其广泛的药理作用被广泛应用。其药理功能主要集中在免疫调节、治疗哮喘病及多发性硬化症、抗炎、保护脑损伤和心脏、抑制纤维化、治疗糖尿病及类风湿性关节炎、抗肿瘤、抗病毒以及对其他药物的辅助作用等。但其临床应用仍处于较初级阶段,后续应加强其在临床方面的研究。此外,由于长期大量采挖,我国野生黄芪数量急剧下降,应加强保护与人工繁殖,保护我国黄芪资源,使其得到充分、良好地开发与利用。