白藜芦醇对上皮细胞氧化应激保护作用的研究进展

郭 祺 孙维克 高 艳

1.滨州医学院口腔医学院，山东烟台 264003；2.滨州医学院附属医院儿童口腔科，山东滨州 256603

白藜芦醇（resveratrol，RES），即 3，5，4’- 三羟基反式二苯乙烯，分子式为C14H12O3，因其最早于1940年分离自白藜芦的根茎而得名，是广泛存在于葡萄、大豆、花生等多种植物中的一种天然多酚化合物类抗毒素，当植物受到外部侵害或有感染威胁时其生成量明显上升。RES具有包括抗氧化应激（oxidative stress，OS）在内的多种的生物学活性。OS是广泛存在于多种疾病中的一种病理状态，会导致细胞和组织功能受损。由于上皮细胞具有屏障、分泌、吸收等作用，上皮细胞OS在各类急、慢性疾病的发生发展过程中具有重要意义。

1 上皮细胞OS的机制及影响

上皮细胞是位于皮肤及腔道表层的细胞，在防御各种病原体和抗原入侵等方面发挥屏障作用，同时在分泌、吸收等方面具有重要意义。活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）是关键生物分子的强氧化剂，在生理条件下，过量的ROS等自由基通常被超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶以及谷胱甘肽等非酶抗氧化剂清除，因此ROS会被维持在一定水平。OS是指体内氧化与抗氧化作用失衡导致氧化作用过强的一种状态，是自由基在体内产生的一种负面影响。具体而言，OS的毒性作用能加剧细胞内脂类光氧化和脂质过氧化，这一过程会释放有细胞毒性的羰基物质，影响脂质膜的流动性，破坏DNA和细胞蛋白质[1]。OS会抑制细胞自噬，导致胞内ROS和氮化物修饰分子的大量产生和积累，从而引发细胞器的损伤。过量的ROS或其他自由基还可以通过影响转录因子、黏附分子和氧化还原敏感的信号通路来干扰细胞正常生理活动，导致细胞和组织功能受损[2]。

2 RES抗OS作用概述

目前大量研究证实，RES主要是通过激活沉默信息调节因子1（silencing information regulator 1，SIRT1）对下游多种分子进行调控实现抗OS功能[3-6]。SIRT1属于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖的Sirtuin脱乙酰基酶家族，是能量平衡的中枢调节因子，能够使组蛋白和转录因子去乙酰化，并调控多种代谢过程相关基因的表达，进而影响糖异生、脂肪酸氧化和线粒体功能。Liu等[5]指出，RES可提高SIRT1的表达并阻断半胱氨酸蛋白酶和聚腺苷二磷酸核糖聚合酶依赖的细胞凋亡途径；减少细胞内ROS的产生，改善线粒体膜电位和形态；且SIRT1抑制剂阻断了上述RES的保护作用。RES激活SIRT1可作用于内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）、汇丝氨酸 /苏氨酸激酶（Akt）、核因子红系2相关因子2（nuclear factorerythroid 2-related factor-2，Nrf2）、抗 氧 化 酶 系、p38丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）等靶基因、靶蛋白，进而对上皮细胞OS发挥调控功能。

3 RES激活SIRT1发挥OS作用机制

3.1 RES调控eNOS

eNOS作为一种重要的调节酶，发生磷酸化时即转化为活性状态，能催化内皮细胞中的氨基酸L-精氨酸产生具有血管舒张作用的一氧化氮（NO）。有研究发现，RES通过提高环磷酸腺苷（cAMP）水平增强蛋白激酶A活性，上调cAMP反应元件结合 蛋 白（cAMP-response element binding protein，CREB）磷酸化，诱导CREB介导的eNOS转录上调，这能减轻低密度脂蛋白诱导的血管内皮细胞OS损害，并改善载脂蛋白E缺陷小鼠的内皮功能障碍[7]。Hannan等[8]证实，RES在减少可溶性fms样酪氨酸激酶和可溶性内皮素的抗血管生成分子方面具有积极作用，可减少内皮素-1的分泌并提高eNOS的磷酸化水平。此研究还发现RES的会增加内皮细胞中血管细胞黏附分子这一内皮功能障碍标志物的表达，这一结果与RES改善内皮功能障碍的预期效应相悖，但导致此变化的机制及其潜在生物学效应尚有待探讨。Toaldo等[9]通过对两种细胞共培养和序贯培养体系中ROS和NO水平检测发现，虽然RES及其硫酸盐和葡萄糖醛酸代谢产物均强烈诱导NO的产生并显著降低ROS水平，但在共培养体系中细胞之间存在明显的串扰效应。综上所述，RES可通过增加eNOS表达并提高其活性发挥抗OS作用，且此效应会受不同细胞间相互作用的影响。

3.2 RES调控蛋白激酶B（Akt）

Akt是可在磷酸肌醇3-激酶（phosphoInositide-3 Kinase，PI3K）调控下发生磷酸化而激活的一种蛋白激酶，能调节细胞生长、凋亡、黏附、迁移、浸润和代谢。Cheang等[4]发现RES通过激活SIRT1表达，增强了过氧化物酶体增殖物激活受体δ（peroxisome proliferator-activated receptor-δ，PPARδ）的转录活性，改善了糖尿病和肥胖小鼠的血管内皮功能障碍。同时，有研究表明Akt的激活与PPARδ在血管系统中的作用有关[10]。但SIRT1-PPARδ-Akt是否是RES抗血管内皮细胞OS的潜在通路，以及SIRT1能否通过使PPARδ的某些赖氨酸残基去乙酰化的直接效应来调节其功能有待进一步研究。

磷酸酶和张力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog gene，PTEN）蛋白可导致p-Akt去磷酸化而失活。Wang等[3]发现，RES激活的SIRT1与PTEN蛋白存在直接作用位点，且能抑制PTEN蛋白的表达，这有效避免了p-Akt的失活，从而激活SIRT1/PTEN/p-Akt通路，抑制肺泡上皮细胞OS。Fathalipour[11]指出，RES可激活PI3K/Akt信号通路，增加抗氧化酶SOD活性、防止细胞外调节蛋白激酶过度激活，抑制视网膜上皮细胞OS。而PI3K/Akt抑制剂可抑制RES的保护作用[12]。所以RES可能是通过调控Akt活性实现其抗OS功能的。

3.3 RES调控核转录因子红系2相关因子（Nrf2）

Nrf2是属于包含碱性亮氨酸区的转录因子的帽状环家族的一种转录因子。细胞发生OS时，Nrf2由细胞质转移至细胞核，与编码多种解毒剂和抗氧化酶的抗氧化反应元件结合，并通过诱导抗氧化剂和2相解毒酶及相关蛋白的表达，对细胞氧化状态发挥调节作用[13]。RES通过激活p62蛋白,介导Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）降解并诱导Nrf2及其下游抗氧化信号通路的表达[14]，改善细胞内丙二醛（malondialdehyde，MDA）和ROS的积累、减轻细胞凋亡等氧化损伤[15]。Zhuang等[16]证实，RES可提高多种抗氧化酶基因的表达，并上调Akt和Nrf2磷酸化；Nrf2 siRNA转染阻断Nrf2基因表达后，RES的保护作用消失；PI3K/Akt抑制剂可显著抑制RES诱导的Nrf2磷酸化。Wang等[12]发现通过HO-1抑制剂或siRNA转染阻断HO-1基因表达后RES的抗OS作用消失。综上所述，RES通过PI3K/Akt、Keap1和/或HO-1依赖性信号通路激活Nrf2发挥抗OS作用，Nrf2可能是连接上下游分子介导多条通路功能的关键节点。

3.4 RES调控抗氧化酶系

抗氧化酶系对ROS等关键生物分子的强氧化剂具有调控作用，可避免ROS或其他自由基影响转录因子和氧化还原敏感性信号通路对细胞功能的干扰。RES可有效改善顺铂诱导肾脏OS导致的谷胱甘肽过氧化物酶、SOD和CAT等内源性抗氧化酶活性降低；表现出与异硫氰酸苄酯相当的肾脏保护和抗氧化作用，且两种药物联合使用的保护作用比单独使用更强[17]。Singh等[18]发现RES通过恢复抗氧化剂（CAT、SOD、谷胱甘肽)活性，减少脂质过氧化。N-视黄亚甲基-N-视黄乙醇胺（A2E）是视网膜色素上皮（retinal pigment epithelial cells，RPE）细胞中脂褐素的主要成分，A2E光氧化生成单线态氧会产生ROS，而RES可减轻A2E诱导的RPE活力下降、凋亡、细胞单层完整性破坏等氧化损伤[19]。RES可提高SIRT1的表达并减少细胞内ROS的产生，且SIRT1抑制剂可阻断RES的保护作用[5]。Yang等[20]发现RES通过恢复超氧化物歧化酶（SOD）活性并抑制MDA的活性，激活B细胞淋巴瘤-2基因表达，抵御过氧化氢诱导的RPE细胞氧化损伤。这些证据都证实RES能改善抗氧化酶活性，增强抗氧化防御系统，抵御脂质光氧化和过氧化。

3.5 RES调控p38 MAPK

p38 MAPK信号通路可调节细胞自噬这一负责异常蛋白质和受损细胞器降解和再循环的细胞溶酶体降解过程，该通路通过磷酸化激活，并与p38相互作用蛋白结合，在自噬体形成过程中调节某些蛋白活性。RES通过抑制p38 MAPK信号通路激活，促进p38蛋白的磷酸化和细胞自噬[21]，减少镍诱导的细胞内ROS积累细胞凋亡[22]，从而抑制细胞氧化损伤。Pan等[23]证实RES能抑制细胞内肿瘤坏死因子-α诱导的CD40表达和ROS生成增加，促进SIRT1的表达，抑制p65和磷酸化p38 MAPK的水平。通过SIRT1抑制剂或siRNA转染抑制SIRT1表达可有效阻断RES的保护作用，且p38 MAPK抑制剂的作用与RES相似。综上所述，p38 MAPK信号通路可能是RES激活SIRT1发挥抗OS作用的一个重要下游节点。

3.6 RES的其他潜在作用机制

Zhang等[24]证实RES降低细胞内ROS水平和DNA氧化损伤，并抑制细胞凋亡。另一项关于RES与RPE细胞的实验发现，RES能改善OS导致的DNA 甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMT）和SIRT1功能抑制，并降低长散布核元素-1（long interspersed nuclear element-1，LINE-1）甲基化水平，以恢复细胞活力[6]。而Maugeri等[25]发现，HG诱导的OS上调RPE细胞DNMT功能，但不影响Line-1甲基化。这表明视网膜上皮细胞OS过程中可能表现出不同的DNA甲基化特征。由此可以推测，DNA去甲基化可能只是RES激活SIRT1保护视网膜细胞OS损伤的结果之一，而非此过程的必要环节，但这一假设还有待进一步的证实。

4 小结

大量研究结果表明，RES对各类上皮细胞的OS具有保护作用，且这一过程依赖于激活SIRT1进而对其下游各种靶基因、靶蛋白实现调控作用，同时RES在不同类型细胞中的作用途径可能存在一定差异。对RES抗OS作用的探讨，以及对其具体作用机制的进一步研究，有助于为各类OS相关疾病的预防和治疗提供思路以及理论依据。