人参皂苷对免疫功能的调节作用及机制

2023-10-11张艳周淑如韩仕阳江佳佳

江苏大学学报(医学版) 2023年5期

张艳, 周淑如, 韩仕阳, 江佳佳

(江苏大学附属澳洋医院肿瘤研究院, 江苏苏州 215600)

人参在亚洲国家作为天然滋补品被广泛应用,最初主要被用作食物和能量的来源,后来研究者逐渐发现人参对免疫功能、心血管系统、神经系统和癌症治疗等方面有重要作用[1-2]。人参皂苷是人参的主要活性成分,目前很多研究报道了人参皂苷具有调节免疫功能的作用,并观察到人参皂苷改善胰岛素抵抗、体外抑制病毒、改善小鼠肢体缺血并促进血管新生等现象[3-5]。本文主要从人参皂苷对免疫器官、免疫细胞及免疫分子等方面的调节作用及其可能的作用机制进行综述和分析。

1 人参皂苷概述

人参皂苷主要是从人参的根、茎、叶、花和果实中提取的一组三萜皂苷,是一种多糖衍生物,主要由糖和非糖化合物的半缩醛羟基组成[6]。目前已分离鉴定的人参皂苷有100多种,由于皂苷元的区别,主要分为两种类型:达玛烷型和齐墩果烷型,其中达玛烷型人参皂苷含量最多,达玛烷型人参皂苷依据皂苷元C-6上有无羟基分为原人参二醇型皂苷(如Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rg3)和原人参三醇型皂苷(如Re、Rf、Rg、Rg2、Rh1)[7]。人参皂苷具有广泛的生物学功能,如抗氧化、抗癌、抗肥胖、免疫调节、保护肝脏、降血脂,还具有调节代谢及改善心血管疾病的作用,甚至可作为肿瘤靶向治疗和糖尿病治疗的辅助用药等[3,8-11]。

2 人参皂苷对免疫器官的调节作用

免疫器官是免疫调节的根本,主要包括中枢免疫器官和外周免疫器官,前者主要由骨髓、胸腺构成,后者主要由脾脏、淋巴结构成。人参皂苷通过对免疫器官的调节可延缓多种疾病的进展。人参皂苷Rg3通过Ca2+依赖途径增强线粒体抗氧化能力,提高人骨髓间充质干细胞的增殖和分化潜力,防止骨髓间充质干细胞衰老[12]。Liu等[13]发现环磷酰胺诱导免疫抑制小鼠体重减轻,胸腺和脾脏指数下降,病理损伤严重,然而当Rg3治疗后可逆转环磷酰胺诱导的免疫抑制作用,胸腺与脾脏形态明显改善,脏器指数升高,表明Rg3可以改善免疫抑制小鼠的免疫功能。冉瑞图等[14]发现Rg1能够显著降低D-半乳糖致大鼠衰老胸腺细胞的凋亡率,提高大鼠衰老胸腺细胞对刀豆蛋白A的增殖反应能力、胸腺皮/髓质比例与胸腺指数等,说明Rg1通过提高胸腺细胞的增殖能力及胸腺指数延缓机体的衰老。

在抗肿瘤研究中也观察到人参皂苷对免疫器官的正向调节作用。再生障碍性贫血小鼠模型中,原人参二醇型皂苷能显著增加骨髓造血细胞数量,髓系、红系和巨核祖细胞的集落数明显增加[15]。Cao等[16]发现人参皂苷Rg1通过抑制Bax易位导致的线粒体凋亡来改善再生障碍性贫血的造血干细胞,从而恢复造血功能。化疗是肿瘤治疗的主要途径之一,骨髓抑制是其主要不良反应,动物实验结果表明,原人参二醇型中的Rb1、Rc、Rb2、Rd和原人参三醇型中的Re、Rg1、Rf能有效改善环磷酰胺诱导的骨髓抑制,经人参皂苷治疗后,小鼠体重、血细胞数量、造血相关细胞因子以及脾脏与胸腺指数增加,并抑制骨髓细胞凋亡[17]。此外,对肝癌小鼠模型连续给药Rg3后,小鼠免疫器官中超氧化物歧化酶的活性增强,而黄嘌呤氧化酶活性和丙二醛水平降低,表明Rg3具有良好的抗肿瘤和抗氧化活性,并可改善荷瘤机体的免疫状态,说明人参皂苷可通过促进免疫器官生长,调节机体抗肿瘤免疫功能[18]。越来越多的研究发现人参皂苷及其代谢物可能通过参与调节多种氧化信号通路发挥其抗氧化作用[8],如Keap1/Nrf2/ARE、PI3K/Akt、NF-κB信号通路等。

3 人参皂苷对免疫细胞的调节作用

免疫细胞是人体免疫应答的参与者,同时还是免疫功能的执行者,包括淋巴细胞、树突细胞、巨噬细胞、NK细胞、肥大细胞等。现代药理学研究表明,人参皂苷对免疫细胞具有调节作用。

3.1 对T细胞的调节

T细胞在免疫应答过程中发挥重要作用,具有多种生物学功能,如直接杀伤靶细胞,辅助和抑制B细胞产生抗体,对特异性的抗原和促有丝分裂原的应答反应,以及产生细胞因子等。已有多项研究报道了人参皂苷对T细胞的免疫调节作用。Wang等[19]研究发现,人参皂苷Rh2作用于小鼠黑色素瘤模型后可抑制肿瘤生长并延长小鼠的存活期,T淋巴细胞浸润肿瘤明显增高,说明Rh2可以增强小鼠抗肿瘤免疫反应。但在一定条件下人参皂苷也可抑制T细胞增殖。Wang等[20]通过大鼠皮肤移植模型观察到Rd可显著降低大鼠外周血中CD4+T细胞和CD8+T细胞,抑制Th1细胞因子的表达水平,能延长皮肤移植物的存活时间,改善移植物的病理损伤,有效拮抗同种异体移植排斥反应,这使人参皂苷Rd可能用于治疗Th1诱导的疾病,包括移植排斥反应。此外,Th17细胞自身免疫反应过度和Treg细胞功能障碍可能是多发性硬化症和自身免疫性脑脊髓炎等自身免疫性疾病发生的重要原因[21]。Park等[22]发现Rg3可以负向调节CD4+T细胞中RORγt的表达,进而抑制Th17细胞分化和Th17介导的神经炎症。

3.2 对B细胞的调节

B细胞主要是接受抗原刺激后产生抗体,并通过体液免疫来发挥免疫调节作用。有研究发现人参皂苷被人体吸收的主要形式是人参皂苷代谢物compound K(CK)。Zhang等[23]通过研究发现,对于胶原诱导性关节炎,CK治疗能够降低小鼠多发性关节炎指数、关节肿胀个数、脾脏病理评分、B细胞增殖和血清抗体IgG1、IgG2a等的水平,部分通过抑制B细胞活化来改善胶原诱导性关节炎的恶化。Chen等[24]在非特异性关节炎大鼠模型中同样发现CK可以通过抑制记忆B细胞发挥作用,以减轻非特异性关节炎的严重程度。在系统性红斑狼疮复杂的发病机制中,免疫功能调节障碍是其发病的主要原因之一,特征在于B细胞的高度活化并产生大量自身抗体。余昕[25]在人参皂苷对系统性红斑狼疮体液免疫的调节研究中发现Rb1、Rh1、Rg1和Rg3均能抑制B细胞增殖,促进B细胞凋亡,抑制IgG和IgM分泌,表明人参皂苷具有抑制体液免疫的功能。

3.3 对巨噬细胞的调节

巨噬细胞是炎症反应的主要作用细胞,在不同条件下,有着明显的形态和功能异常。根据活化状态、发挥功能以及分泌因子的不同,主要分为经典活化的M1型巨噬细胞和选择性活化的M2型巨噬细胞。M1型巨噬细胞一般受脂多糖、IFN-γ、TNF-α或粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)刺激,表达CD68、CD80、CD86,分泌IL-1β、IL-6、IL-12等促炎因子,在炎症早期及抗肿瘤过程中发挥重要作用。M2型巨噬细胞通过Th2细胞因子如IL-4、IL-10、IL-13及免疫复合物进行活化,表达CD163、CD204、CD206及抑制炎症因子,发挥抑制炎症反应及组织修复的作用,在肿瘤中分泌IL-10、TNF、CCL17等细胞因子促进肿瘤进展[26]。在不同条件下,人参皂苷对不同亚型巨噬细胞具有不同的调节作用。

人参皂苷Rg3作用于脂多糖诱导的小鼠腹腔巨噬细胞后发现,Rg3可以抑制M1型巨噬细胞标志基因的表达以及iNOS和NO的产生,并诱导M2型巨噬细胞极化,促进小鼠腹膜炎模型炎症的消除,为人参药理学在消炎药物的设计方面提供了一种新的思路[27]。人参皂苷Rh2则可显著诱导M2巨噬细胞向M1表型分化,从而抑制肺癌细胞增殖、迁移和减少血管内皮生长因子相关蛋白、MMP2、MMP9等多种因子的表达,提示人参皂苷Rh2可通过调节肺癌中肿瘤相关巨噬细胞的表型改善肿瘤微环境[28]。此外,CK作为人参皂苷的一种活性代谢物也可发挥调节巨噬细胞的作用。Liu等[29]研究发现,CK在治疗小鼠胶原诱导性关节炎过程中可显著抑制巨噬细胞吞噬功能,并促进巨噬细胞从M1型向M2型转化,抑制小鼠血浆和腹腔巨噬细胞培养上清液中炎性因子的分泌,提高IL-10的水平,表明CK可以通过增加抗炎巨噬细胞的极化来治疗胶原诱导性关节炎[30]。

3.4 对NK细胞的调节

NK细胞是一种细胞毒性先天淋巴样细胞,是机体受到外来病原体攻击时的第一道免疫防线。NK细胞可以产生多种趋化因子和细胞因子(如IFN-γ),招募和激活各种免疫细胞(如T细胞和巨噬细胞),对靶细胞产生协调的免疫反应。NK细胞与多种疾病的发生、发展或治疗有关,而人参皂苷可通过对NK细胞的调节延缓疾病进展。

有研究发现人参皂苷Rg1的去糖基化代谢物人参皂苷F1可通过促进NK细胞功能减轻慢性鼻窦炎嗜酸性粒细胞炎症反应,降低IL-4和IL-13以及产生前列腺素D2所需的造血前列腺素D合成酶的表达,但当NK细胞缺失时人参皂苷F1的治疗则无效,这表明人参皂苷F1增强NK细胞活性可能是一种潜在的治疗慢性鼻窦炎中嗜酸性粒细胞炎症的策略[31]。Kwon等[32]研究也发现人参皂苷F1可促进NK细胞的细胞毒性和IFN-γ的产生。以上结果均表明人参皂苷F1可以增强NK细胞的功能,为以NK细胞为基础的免疫治疗提供理论依据。在肿瘤研究方面,人参皂苷对NK细胞的调节作用也起到关键作用。Lee等[33]发现Rg3通过激活MAPK/ERK通路促进NK细胞活性,提示Rg3可作为NK细胞的细胞毒性激活剂,用于多种癌症的治疗。综上可见,人参皂苷可通过增强NK细胞的活性提高机体的免疫功能。

3.5 对树突细胞的调节

树突细胞是机体功能最强的专职抗原递呈细胞,能高效地摄取、加工处理和递呈抗原,并有效激活初始型T细胞处于启动、调控并维持免疫应答的中心环节。目前已有多篇文献报道人参皂苷对树突细胞的免疫调节作用。

王毅等[34]研究发现Rg1、Rh1能够增加细胞表面第一、二信号系统重要分子HLA-DR和ICAM-1的表达,增加介导细胞间黏附的分子CD25、CD11c、CD44的表达,有利于树突细胞-T细胞簇的形成及抗原的递呈,从而导致树突细胞免疫功能的增强,表明人参皂苷Rg1、Rh1可以增强树突细胞的抗原递呈能力。大量文献已报道人参皂苷具有双向免疫调节作用,不仅可以增强树突细胞的抗原递呈能力,在一定条件下可抑制树突细胞的作用。Chen等[35]发现人参皂苷代谢物CK可下调关节炎中树突细胞启动的T细胞激活,抑制CCL21/CCR7介导的树突细胞迁移以及T细胞与树突细胞之间的信号转导,从而减轻炎症的发生。雒宏等[36]研究发现人参皂苷可以通过调节胶原诱导性类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)模型小鼠脾脏细胞中树突细胞比例而抑制炎症,进而缓解RA模型小鼠关节炎病理改变,表明人参皂苷抑制RA模型小鼠外周血炎症可能是通过调节脾脏中传统树突细胞亚群种类而发挥作用的。Son等[37]将脾树突细胞(CD11c+)与钙网蛋白标记的肿瘤细胞共培养,发现经Rg3处理后CD11c+细胞比例显著增加,表明Rg3可以提高树突细胞对肿瘤细胞的摄取能力。

4 对免疫分子的调节

免疫分子主要由T淋巴细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞等受抗原刺激后产生。主要包括淋巴因子、补体、抗体等,人参皂苷对免疫分子的调节功能在多种疾病中发挥重要作用,目前被认为是调节机体免疫的首选中药。

4.1 对细胞因子的调节

细胞因子包括多种类型,如白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子等。研究发现人参皂苷通过参与细胞因子的调节作用干扰多种疾病的发生发展。Long等[38]采用人参皂苷Rg1干预硫酸葡聚糖钠诱导BALB/c小鼠溃疡性结肠炎,发现连续给药14天后结肠炎小鼠体重、结肠重量、结肠长度、结肠重量指数和病理损伤评分均得到有效改善,伴有较少的溃疡形成和炎症细胞浸润,IL-6、IL-33、CCL-2、TNF-α水平降低,IL-4和IL-10水平升高,提示人参皂苷Rg1可有效调控结肠组织中炎性细胞因子的表达。人参皂苷作用于CD14+单核细胞后,细胞上清液中IL-6、TNF-α、IL-10水平显著升高,但IL-1b水平未明显升高,提示人参皂苷可以调节单核细胞的作用[39]。H22荷瘤小鼠模型中也观察到Rh2辛基酯衍生物可增强脾淋巴细胞的增殖能力和细胞毒性,并与TLR4相关;TLR4-/-小鼠脾淋巴细胞中细胞因子(如IFN-γ、IL-2、IL-4)分泌水平明显增高[11]。上述研究均表明人参皂苷通过调节细胞因子的水平发挥抗炎与抗肿瘤作用。

4.2 对补体的调节

补体广泛存在于血清、组织液和细胞膜表面,是一个具有精密调控机制的蛋白质反应系统,可广泛参与机体抗感染防御反应、机体免疫应答及某些免疫病理过程的发生和发展。目前人参皂苷对补体在免疫反应中的调节作用越来越受到研究者的关注。尤艳利等[40]发现人参皂苷可以提高泼尼松治疗的临床疗效,降低血沉,促进补体C3的生成,表明人参皂苷通过对补体的促进作用,可以提高机体的免疫防御功能。

4.3 对抗体的调节

抗体是免疫系统在抗原刺激下,由B细胞或记忆B细胞增殖分化成的浆细胞所产生的,可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白,按照理化性质和生物学功能,可以将抗体分为IgM、IgG、IgA、IgE、IgD五类。Park等[41]研究发现人参皂苷Rg1和20(S)-Rg3可以直接刺激B细胞产生IgA,表明人参皂苷可以增强机体的免疫功能。在系统性红斑狼疮模型研究中,Yu等[42]研究发现人参皂苷Rb1、Rh1、Rg1、Rg3可抑制B细胞分泌的IgG和IgM,并且呈剂量依赖性。

5 展望

免疫系统由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成,是机体执行免疫应答及免疫功能的重要系统,具有识别和排除抗原性异物、与机体其他系统相互协调,共同维持机体内环境稳定和生理平衡的功能。当机体免疫系统发生紊乱时,便会引发各种疾病的发生,如炎症、肿瘤、糖尿病、肝肾等疾病。因此选择合适的药物来维持机体免疫系统的平衡至关重要。人参皂苷作为传统中药的一种,备受广大研究者的关注。近年来,多项研究报道了人参皂苷对免疫器官、免疫细胞或者免疫分子发挥调节作用(表1),表明人参皂苷在治疗肿瘤、炎症或者糖尿病等方面均发挥药用价值。