茯苓多糖和三萜类化合物药理作用研究进展

张心玉,林玮,雷舒月,郭朝瑞,陈西敬

(中国药科大学 基础医学与临床药学学院,江苏 南京 210009)

茯苓为多孔菌科真菌茯苓Poriacocos(Schwein) Wolf的干燥菌核,是一种腐生真菌,作为传统草药被广泛使用[1]。茯苓是药食两用的常见药材,首载于《神农本草经》,被列为“主养命一应天”的“上品”。茯苓含有多种化学成分,如多糖、三萜、二萜、甾醇、氨基酸、脂肪酸、蛋白质、核苷酸、挥发油及多种微量元素,以三萜类和多糖类为主[2]。现代医学研究表明,茯苓具有保肾利尿、降糖降脂、抗炎抗氧化等多种生物学活性,其主要活性成分是三萜和多糖及结构衍生物。本文将从茯苓的生物活性和药理作用方面进行综述,以期为深入开展茯苓的研究及开发相关制剂提供理论依据和借鉴。

1 茯苓药理作用的研究现状

1.1 抗肿瘤

多糖和三萜类化合物为茯苓发挥抗肿瘤作用的主要活性成分。茯苓酸(Pachymic acid,PA)是茯苓中主要的羊毛烷型三萜类化合物[3]。Wang等[4]的实验结果显示,经PA处理后,胃癌细胞的增殖受到明显抑制,黏附明显降低,细胞的运动距离和平均速度均明显下降。另外,PA显著影响了胃癌细胞上皮间质转化相关蛋白的表达。Xu等[5]研究发现,茯苓中的三萜化合物PA、猪苓酸(Polyporenic acid C,PPAC)和16α-羟基曲坦酚酸(16α-hydroxytrametenolic acid,HTA)可以选择性激活视黄醇X受体(Retinoid X receptor,RXR),因此具有潜在的抗肿瘤和抗急性早幼粒细胞白血病活性。

有研究者从茯苓中成功分离出具有抑制人乳腺癌MDA-MB-231细胞迁移的多糖,并证明该功效是通过抑制特异性富含AT序列结合蛋白(Special AT-rich sequence binding protein 1,SATB-1)实现的[6]。唐恩红等[7]研究发现,茯苓多糖能通过下调磷酸化的细胞外调节蛋白激酶1/2(Phosphorylated extracellular regulated protein kinases 1/2,p-ERK1/2)表达,抑制ERK信号通路磷酸化,从而显著抑制宫颈癌HeLa细胞的增殖和迁移,并诱导其凋亡。

1.2 保肾利尿

现代研究表明,茯苓可用于治疗肾纤维化和急性肾损伤。Jiang等[8]研究发现PA对缺血再灌注诱导的小鼠急性肾损伤具有保护作用,这可能与PA通过直接或间接激活核因子e2相关因子2(Nuclear factor erythroid derived 2 like 2,Nrf2),抑制肾脏铁死亡,并上调下游铁死亡相关蛋白的表达有关。另外,Chen等[9]从茯苓中鉴定出4种新的三萜酸成分:茯苓酸ZI、ZJ、ZK和ZL。其中,茯苓酸ZI可作为一种特异性基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP)抑制剂,减轻上皮间质转化和肾纤维化,有望成为缓解肾纤维化的候选药物。Yi等[10]研究发现,茯苓可减少MMP的释放,减轻重症急性胰腺炎中高液量加重的胰腺和肾脏损伤。

另外,茯苓在我国一直是消肿利水的良方。李慧君等[11]考察了10批不同产地的茯苓水提物对肾阳虚型下焦水肿大鼠肾功能的影响,实验结果表明,各组均可改善下焦水肿大鼠的肾功能。Liang等[12]证实了茯苓水提取物和茯苓乙醇提取物均有良好的降尿酸和肾保护作用。田婷等[13]研究表明,茯苓乙醇提取物对大鼠有显著的利尿作用,主要有效成分是四环三萜类化合物。水通道蛋白2(Aquaporin-2,AQP2)在肾脏的尿液浓缩过程和水平衡调节中发挥重要作用。Lee等[14]研究表明,茯苓呈浓度依赖性地抑制高渗诱导的AQP2表达水平升高,同时降低高渗应激诱导的凋亡蛋白(BCL-2-associated X protein,Bax)或半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)表达,从而发挥抗凋亡作用。这些结果证明了茯苓对体外高渗压力下肾集合管的水平衡具有良好的保护作用,并在高渗应激下表现出抗凋亡的特性。

1.3 调节糖脂代谢

茯苓在体内的降脂作用已被证明。Zhu等[15]通过酶解法制备了含有(1→2)-β-D-Glcp、(1→2)-α-D-Glcp和(1→4)-α-D-Glcp糖残基的新型茯苓寡糖(Poriacocosoligosaccharides,PCOs),并发现PCOs可以通过逆转与甘油磷脂、不饱和脂肪酸、氨基酸、胆碱、胆汁酸、色氨酸、鞘脂和谷胱甘肽代谢相关的代谢通路,显著抑制高脂喂养的血脂异常小鼠的脂质代谢紊乱。Cai等[16]研究表明,茯苓三萜酸可以竞争性抑制肠道顶端钠依赖性胆汁酸转运蛋白(Apical sodium-dependent bile acid transporter,ASBT)和肝脏钠/牛磺胆酸共转运多肽(Sodium/taurocholate cotransporting polypeptide,NTCP),从而增加血胆固醇向胆汁酸的转化,降低血脂水平。Kim等[17]研究表明,茯苓及三萜酸以单磷酸腺苷依赖的蛋白激酶(Adenosine 5‘-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)依赖的方式,通过调节脂质代谢、抑制内质网应激和激活自噬来改善肝脂肪变性。

另外,茯苓可以通过调节脂质代谢保护脂肪性肝病进展。2022年,Ye等[18]研究表明,茯苓多糖可以通过调节多聚二磷酸腺苷核糖转移酶(Poly (adenosine diphosphate-ribose) polymerase family,member 1,PARP-1)抑制非酒精性脂肪肝(Nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)模型小鼠的肠道细胞焦亡,减少模型导致的肠-血管屏障破坏和内毒素移位,从而有效减轻NAFLD模型诱导的肝脏和肠道的病理损伤。Jiang等[19-20]研究发现,茯苓多糖可调节编码细胞色素P4502E1酶的表达,抑制Toll样受体4/核因子κB(Toll-like receptor 4/nuclear factor kappa-B,TLR4/NF-κB)炎症信号通路,减轻氧化应激和炎症损伤,同时改善肠屏障损伤、减轻肝脏脂肪变性,改善酒精性肝损伤。He[21]等人通过生物信息学分析和高脂饮食诱导的脂肪性肝病(Metabolic dysfunction-associated fatty liver disease,MAFLD)大鼠模型评估茯苓乙醇提取物对肝脏血脂异常、脂肪变性和炎症的影响。实验结果表明,茯苓通过法尼酯X受体/过氧化物酶体增殖物激活受体α-胆固醇调节元件结合蛋白(Farnesoid X receptor/peroxisome proliferators-activated receptorα-sterol regulatory element binding protein,FXR/PPARα-SREBP)信号通路调节脂质稳态和胆汁酸代谢,从而减轻高脂饮食诱导的MAFLD。其中,茯苓三萜类物质如茯苓新酸B和茯苓新酸C是茯苓治疗MAFLD的特征性物质。

茯苓是国内治疗2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)最常用的10种中药之一[22],其多种活性成分均显示出降糖作用。黄本昌等[23]研究表明,PA治疗能够更有效地降低db/db小鼠血糖、血肌酐、尿素氮及尿蛋白的水平,延缓T2DM肾病的疾病进展。Chen等[24]证实了部分碱不溶性羊毛烷类三萜化合物对高脂饮食诱导的肥胖小鼠具有降血糖和降血脂的活性。韩思婕等[25]研究表明,茯苓多糖可以通过减弱氧化应激,上调胞内磷脂酰肌醇激酶/蛋白激酶B/叉头框转录因子1(Intracellular phosphatidylinositol kinase/protein kinase B/forkhead box transcription factor 1,PI3K/Akt/FoxO1)通路,从而下调糖异生关键酶磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶(Phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖6磷酸酶(Glucose 6-Phosphatase,G6Pase)的蛋白表达,抑制肝脏糖异生,进而有效降低T2DM模型大鼠的血糖水平,调节糖脂代谢。

1.4 调节肠道菌群

随着分子生物学、基因组学等的高速发展,肠道菌群的相关研究进程也在飞速向前。茯苓多糖是茯苓调节肠道菌群的主要活性成分。Zou等[26]通过整合肠道细菌基因组学、代谢组学及其相关性分析,发现茯苓多糖对顺铂诱导的肠损伤具有保护作用,其机制可能与调节肠道菌群和代谢有关。Liu等[27]的研究结果表明,茯苓多糖主要通过靶向瘤胃菌科(Ruminococcaceae)NK4A214组恢复肠道菌群,缓解慢性非细菌性前列腺炎。Yin等[28]发现,茯苓多糖可通过调节肠道炎症、改善肠道上皮屏障、调节ApcMin/+小鼠肠道菌群等途径,有效提高5-氟尿嘧啶(Fluorouracil,5-FU)的抗癌效果。Xu等[29]研究表明,茯苓多糖可以通过调节肠道菌群和肠黏膜屏障的稳态改善小鼠抗菌药物相关性腹泻。

肿瘤的发展往往伴随着显著的肠道损伤和微生物群失调。Jiang等[30]人发现,茯苓可通过增加乳腺癌小鼠肠道内的乳酸杆菌(Lactobacillus)、双歧杆菌(Bifidobacterium),减少硫酸盐还原菌脱硫弧菌(Desulfovibrio)和炎症相关菌脱铁杆菌(Mucispirillum)、S24-7,增加肠道菌群的多样性,改善乳腺癌小鼠肠道菌群失调,修复肠道屏障功能。

1.5 免疫调节

目前茯苓活性成分对免疫调节作用的研究主要集中在茯苓多糖。Tian等[31]将茯苓多糖作用于脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)活化的RAW264.7型巨噬细胞和LLC肿瘤小鼠,采用Griess反应和细胞因子检测试剂盒检测一氧化氮(NO)和辅助性T细胞因子(Th1、Th2、Th17)的浓度,并检测相关信号分子的表达。结果表明,茯苓多糖可以通过浓度依赖性释放NO和调节TLR4/泛素连接酶(TNF receptor associated factor 6,TRAF6)/NF-κB信号通路,在体内、外发挥免疫调节作用,增强抗肺癌的免疫活性。Pu等[32]研究表明,茯苓多糖的免疫调节作用是通过激活巨噬细胞内Ca2+/蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)/P38/NF-κB信号通路实现的。Dong等[33]研究了茯苓多糖对卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)诱导的C57/BL6小鼠Th1型免疫应答的辅助作用。实验结果表明,茯苓多糖上调了Th1型细胞因子的产生,增强了细胞免疫应答,具有作为Th1免疫应答疫苗佐剂的潜力。Liu等[34]以家蚕为模型动物,利用Illumina HiSeq Xten平台,通过检测家蚕固有免疫参数的变化来评估茯苓多糖对家蚕的免疫调节作用。结果表明,血腔注射茯苓多糖可显著增强家蚕的细胞免疫功能,包括血细胞吞噬、微聚集和扩散能力。这些发现将为茯苓作为免疫调节剂在疾病预防中的应用奠定科学基础。

同时,茯苓三萜也表现出了免疫调节活性。谢健航等[35]用兔红细胞免疫小鼠制备体液免疫反应模型,然后灌胃给予小鼠茯苓总三萜。结果表明,大剂量(400 mg/kg)和中剂量(200 mg/kg)的茯苓总三萜能减轻迟发性超敏反应小鼠耳廓肿胀度,降低脾脏指数,改善佐剂性关节炎模型大鼠的足趾肿胀度。这提示了茯苓总三萜能抑制小鼠的免疫反应,对大鼠佐剂性关节炎有一定的治疗作用。

羧甲基茯苓多糖(Carboxymethylpachymaran,CMP)是由茯苓多糖经羧甲基化而半合成的一种新型茯苓水溶性多糖。陈继岩[36]通过体内和体外实验证明了CMP有抑制乙型肝炎病毒,调节转化生长因子β/重组人蛋白(Transforming growth factor-β/smad family member,TGF-β/Smad)信号转导通路的作用。王楠[37]通过细胞病变抑制实验,证实了CMP在因感染单纯疱疹病毒Ⅰ型(Herpessimplexvirus I,HSV-I)所致猪肾传带细胞病变具有保护作用。Wu等[38]通过网络药理学方法发现PA对新型冠状病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)的主要蛋白酶有一定的抑制作用。

1.6 抗炎抗氧化

动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)是一种多灶性、由脂质引起的中大动脉的免疫炎症性疾病,与血脂异常、炎症因子和氧化应激密切相关[39]。Li等[40]发现,茯苓多糖可以通过抑制主动脉TLR4/NF-κB通路的激活,从而抑制高脂饮食诱导的ApoE-/-小鼠血清炎症介质的升高。同时,茯苓多糖还降低了丙二醛的浓度,提高了超氧化物歧化酶的活性,改善了主动脉的病理改变。此外,Zhao等[41]研究表明,茯苓多糖可以通过ERK激活Nrf2/血红素氧合酶(Heme Oxygenase-1,HO-1)信号通路,抑制氧化低密度脂蛋白(Oxidatively modified low density lipoprotein,ox-LDL)诱导的血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cells,VSMCs)的炎症反应和氧化应激,抑制泡沫细胞形成。总之,这些结果都表明茯苓多糖可能是一个有前景的治疗动脉粥样硬化的候选药物。Huang等[42]连续5周给予大鼠不可预测的慢性温和刺激及茯苓水提取物,考察茯苓提取物的抗抑郁作用。结果表明,茯苓显著降低了模型大鼠的额叶皮质多巴胺(Dopamine,DA)和5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)的转换率,并抑制了额叶皮质中P38、NF-κB和肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factorα,TNFα)等炎症因子的表达减少。这说明茯苓水提取物可能通过下调炎症反应实现抗抑郁作用。

人皮肤老化的特征之一是MMP和胶原降解增加,这是由过氧化氢(H2O2)相关的活性氧自由基(ROS)积累触发的。Fang[43]等先后用100 μmol/L的H2O2和100～400 μg/mL的茯苓水提物刺激Hs68人皮肤成纤维细胞24 h,发现茯苓提取物可显著阻止H2O2诱导的细胞死亡,这与减少ROS积累相关。同时,茯苓提取物抑制了MMP、炎症标志物和皮肤老化标志物的表达,增加了TGF-β1的水平和抗氧化相关蛋白的表达。这表明茯苓可有效减轻氧化应激相关的皮肤老化效应,有望成为化妆品中的潜在制剂成分。

1.7 治疗骨骼疾病

绝经后妇女雌激素缺乏会破坏骨稳态,导致骨丢失和骨质疏松。Hwang等[44]首次利用卵巢切除小鼠构建了绝经后骨质疏松模型,检测了茯苓乙醇提取物对破骨细胞分化和雌激素剥夺诱导的骨丢失的影响。结果表明,口服茯苓可以通过抑制活化T细胞核因子1(Nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1,NFATc1)负调控破骨细胞的分化和功能,减轻雌激素缺乏引起的骨丢失和骨髓中的脂质堆积。

溶骨性病变导致的病理性骨折严重威胁患者的健康。破骨细胞在骨吸收中发挥重要作用,其功能亢进与溶骨性病变密切相关。Song等[45]发现,茯苓多糖可以下调信号转导和转录激活因子3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)、P38、ERK和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)的磷酸化,从而抑制NFATc1的表达。此外,骨吸收相关蛋白如抗酒石酸酸性磷酸酶(Tartrate resistant acid phosphatase,TRAP)和破骨细胞的关键酶组织蛋白酶K(Cathepsin K,CTSK)的表达也被茯苓多糖抑制。这些结果表明,茯苓多糖可以通过抑制破骨细胞生成来作为治疗溶骨性疾病的候选药物。

1.8 治疗神经系统疾病

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是最常见的神经退行性疾病,淀粉样β蛋白(Amyloidβ-protein,Aβ)斑块是AD的标志。Sun等[46]研究表明,茯苓可以通过恢复Aβ生成和清除的失衡、改善肠道菌群失调、逆转胆汁酸代谢功能障碍来改善AD小鼠的认知功能。Lyu等[47]腹腔注射Aβ1-42于雄性大鼠体内构建AD模型,并连续灌胃给予茯苓精油(Poriacocosessential oil,PCEO)30 d。实验结果表明,PCEO可抑制AD大鼠海马和皮层乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)的活性,改善AD大鼠的认知功能,对AD产生保护作用。Zhou等[48]研究发现,茯苓多糖可减轻右旋半乳糖(D-galactose)和三氯化铝诱导的阿尔茨海默病大鼠的氧化应激、凋亡、炎症反应,抑制丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)/NF-κB通路,从而发挥神经保护作用。Kim等[49]证实了茯苓提取物可通过γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)A型受体促进抑制性神经传递,从而改善ICR小鼠的睡眠质量和结构。

1.9 其他

另有研究表明,茯苓还具有美白、保湿、改善功能性消化不良等多种生理作用。水通道蛋白-3 (Aquaporin-3,AQP3)是维持表皮水通透性屏障所必需的。Park等[50]研究表明,茯苓乙醇提取物通过激活人角质形成细胞中PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)信号通路,增加AQP3的表达,有利于皮肤保湿。在皮肤中,黑素细胞通过黑素生成来决定皮肤的颜色,从而诱导对氧化应激和紫外线损伤的保护机制。2018年,Lee等[51]发现,茯苓提取物可以通过抑制酪氨酸酶活性减少B16F10细胞的黑色素合成,为茯苓作为潜在美白剂的使用提供了证据。Tu等[52]研究表明,茯苓提取物可通过调节脑肠肽、增强免疫和修复胃肠黏膜改善功能性消化不良。

2 总结与展望

近些年的研究表明,茯苓提取物及主要成分具有多种药理活性,包括抗肿瘤、免疫调节、抗炎、抗氧化、调节肠道菌群、保肝降脂、保肾降糖、治疗骨骼疾病、调节神经系统等,具有开发为抗肿瘤、降血脂、安神等药品、化妆品及功能保健食品的潜力。茯苓多糖和三萜类化合物是首要的两种活性成分,但其研究仍停留在体外及动物实验阶段,一些生物活性和药理作用尚不明确,因此全面应用到临床还需研究者们进一步深入研究。