染料木素磺酸钠的药理作用研究进展

罗 莉，韩 尊，曹性玲，黄志华

（1. 赣南医学院第一临床医学院；2. 赣南医学院基础医学院机能实验室，江西 赣州 341000）

植物雌激素发挥弱雌激素作用的同时具有较雌激素更少的不良反应，具有广阔的应用前景。染料木素（又称金雀异黄素、染料木黄酮）主要是从葛根和染料木等豆科植物中提取出来的活性成分，是一种植物雌激素，其结构与雌二醇类似，能与雌激素的胞膜及胞内受体结合并发挥神经保护作用、心血管保护作用、抗肿瘤作用、调节骨代谢与脂代谢及抗氧化等多种药理作用[1］。但由于染料木素的水溶性和脂溶性较差，生物利用度低，限制了其药物开发与临床应用。因此，有学者[2］对染料木素分子进行磺化，合成了一种强水溶性化合物——染料木素磺酸钠（Genistein-3′-sodium sulfonate， GSS），显著提高了其生物利用度及药理作用，分子式为C15H10O8SNa，呈白色晶状粉末。本文综述近年来GSS 在脑保护作用、急性肺损伤保护作用、抗肝纤维化、抗脂代谢紊乱、抗骨质疏松和对心肌缺血保护作用等药理作用及相关机制的研究进展。

1 对脑缺血再灌注损伤的保护作用及机制

缺血性脑卒中是指一系列脑血管病变所致的脑部血液供应障碍，导致局部脑组织缺血、缺氧性坏死，继发相应神经功能损伤的一类临床综合征，其发病率高、死亡率高、致残率高、治愈率低，是威胁人类健康的常见疾病[3］。目前，治疗脑缺血的有效手段是血管再通，即通过溶栓或介入治疗实现脑缺血组织再灌注。但脑血管血液流通恢复后，其缺血损伤并未减轻，反而出现了更为严重的神经功能障碍，这一现象被称为脑缺血再灌注损伤[4］。脑缺血再灌注损伤涉及多种病理过程，包括能量代谢障碍、自由基损伤、炎症细胞因子损害、兴奋性毒性损伤、凋亡基因激活和细胞自噬等，这些过程相互关联，相互触发，形成恶性循环，最终导致神经细胞、神经胶质细胞和内皮细胞凋亡或坏死[5］。GSS 可参与脑缺血再灌注损伤后多种病理过程，从而发挥对缺血性脑损伤的保护作用。

1.1 改善能量代谢障碍和降低脂质过氧化损伤线粒体作为胞内主要的产能场所，对缺血缺氧极为敏感。在缺血缺氧时，脑细胞内ATP 逐渐耗竭，Na+-K+-ATPase 和Ca2+-Mg2+-ATPase 等ATP 依 赖性离子泵的功能受到抑制，导致胞内钠、钙超载，继而诱发一系列病理反应，加剧脑水肿和继发性脑损伤。研究发现，GSS 治疗脑缺血后，Na+-K+-ATPase和Ca2+-Mg2+-ATPase 活性均升高，提示GSS 能改善缺血脑组织能量代谢障碍进而减轻脑水肿和脑损伤[6］。

线粒体也是脑缺血再灌注损伤产生氧自由基的初始来源。脑缺血再灌注后，发生一系列复杂的病理生理反应，造成内稳态失衡和线粒体功能障碍。线粒体损伤后产生的氧自由基可造成蛋白质、脂质和DNA 过氧化，导致生物膜破坏、神经元损伤。脂质过氧化产物丙二醛（Malondialdehyde， MDA）的含量可反映组织中脂质过氧化损伤程度。抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSH-Px）和超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）可调动或激活机体内源性抗氧化系统，有利于预防或减轻自由基损伤[7］。GSS 可降低缺血再灌注脑组织的MDA 含量，提高GSH-Px 和SOD 活性及总抗氧化能力，说明GSS 对脑缺血再灌注损伤的保护机制与提高脑组织抗氧化能力、减轻氧自由基介导的脂质过氧化反应有关[8］。

1.2 抑制炎性级联反应缺血性脑卒中在急性期激活炎性级联反应，导致促炎细胞因子和趋化因子产生增加，炎症细胞聚集和粘连，血脑屏障受损，随后加剧脑损伤[9］。

基 质 金 属 蛋 白 酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）是一组锌依赖的蛋白水解酶，其中MMP-3 和MMP-9 与血脑屏障通透性及脑组织水肿密切相关[10］。研究表明，脑缺血再灌注损伤引发脑内炎症级联反应，促进MMP-3、MMP-9基因转录，导致相应蛋白合成增加。GSS能够抑制炎症反应，降低MMP-3、MMP-9 表达，改善血脑屏障，从而减轻脑组织水肿[11］。

胆碱能抗炎通路（Cholinergic anti-inflammatory pathway， CAP）是指神经系统通过迷走神经及其递质乙酰胆碱（Acetylcholine， Ach）显著、快速地抑制炎性反应细胞释放细胞因子，减轻全身性炎性反应的生理过程。α7 烟碱型乙酰胆碱受体（α7 nicotinic acetylcholine receptor，α7nAChR）是CAP 途径中的关键分子[12］。LIU C M 等[13］研究发现，GSS能上调短暂性大脑中动脉阻塞再灌注（Transient middle cerebral artery occlusion， tMCAO）大鼠α7nAChR 表达水平，抑制核转录因子-κB（Nuclear transcription factor，NF-κB）信号的激活和促炎性M1 型小胶质细胞极化，从而减轻神经炎症反应，发挥对脑缺血大鼠的神经保护作用。蛋白酪氨酸激酶2/信号转导和转录激活因子3（JAK2/STAT3）信号也是CAP途径中的一个关键下游信号，参与了脑缺血时的炎症反应，抑制这一信号通路的激活可减轻脑缺血诱导的神经炎症。研究发现，GSS 可通过α7nAChR-JAK2/STAT3信号通路阻断神经炎症，减轻大鼠脑缺血损伤[14］。

1.3 抑制兴奋性毒性损伤兴奋性毒性是中枢神经系统损伤、中风和神经退行性疾病的病理过程。离子型谷氨酸受体如N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptors， NMDARs）介导的兴奋性毒性已被认为是脑缺血损伤的关键启动事件。突触后密度蛋白95（Postsynaptic density protein-95，PSD-95）与NMDARs 相互作用可介导兴奋性毒性损伤。而转录抑制复合体（Downstream regulatory element antagonist modulator， DREAM）、NR1 亚基或PSD-95 相互作用均能负向调控NMDARs 功能。有研究[15］发现，GSS 可能通过促进DREAM 蛋白表达、降低PSD-95 与NMDARs 相互作用，减轻NMDARs介导的兴奋性毒性损伤，从而发挥对脑缺血再灌注大鼠的神经保护作用，但其具体机制仍需深入研究。另外，GSS 对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用机制可能与上调DREAM 的水平及其转录抑制调控 肿瘤 坏 死因 子-α（Tumor necrosis factor alpha，TNF-α）有关[16］。

1.4 抑制细胞凋亡细胞凋亡是一种多基因调控的细胞程序性死亡方式，在缺血性脑卒中引起的细胞损伤中发挥重要作用。B 淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）基因家族是目前较为公认的与凋亡密切相关的基因，包括促凋亡因子Bcl-2相关X蛋白（Bax）和抗凋亡因子Bcl-2。半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）是执行细胞凋亡的关键蛋白分子[17］。GSS可通过对凋亡相关基因表达的调控抑制细胞凋亡，在减轻脑缺血诱导的细胞损伤中发挥作用[18］。

细胞外信号调节激酶（Extracellular signal-regulated kinases，ERK）信号通路介导细胞凋亡等多种生理过程。有文献[19］报道，GSS 可能通过激活ERK信号通路，下调促凋亡相关基因Caspase-3和Bax的表达，促进抗凋亡相关蛋白Bcl-2 的表达，进而抑制缺血性脑卒中导致的细胞凋亡，从而减轻神经元损伤。Notch 信号通路也与细胞凋亡有关，程连臣等[20］认为，脑缺血再灌注损伤后抑制Notch1 活性可促进神经细胞凋亡，其机制可能与促进Bcl-xl/Bcl-2相关死亡启动子（Bad）失活、增强蛋白激酶B（Akt）磷酸化水平有关。有研究[21］发现，GSS 可能通过激活Notch1 活性发挥脑保护作用，但其确切机制仍需进一步研究。

1.5 调控细胞自噬自噬是真核细胞通过溶酶体对其自身结构进行降解的关键生物学过程。有研究[22］发现，脑缺血再灌注造成的脑细胞损伤是一个快速级联反应，包括代谢障碍、自由基损伤、炎性因子损害、兴奋性毒性损伤及凋亡相关基因激活等多个环节，这些病理生理过程都可能引发自噬。自噬相关蛋白Beclin1和微管相关蛋白轻链3-Ⅱ（LC3-Ⅱ）蛋白是参与自噬过程的主要蛋白质，常被认为是自噬形成的标志性蛋白。刘松等[23］从自噬角度探讨了GSS 对缺血再灌注损伤模型大鼠的脑保护作用，研究发现，GSS 通过抑制Beclin1 磷酸化和LC3-Ⅱ蛋白表达，调控自噬的起始和终止过程，从而减轻脑缺血再灌注损伤急性期因过度自噬导致神经元损伤，达到改善神经功能的作用，至于GSS是通过影响哪种或几种信号途径调控自噬有待进一步研究。

综上所述，GSS 可通过干预脑缺血再灌注损伤后多种病理过程，如改善能量代谢障碍和降低脂质过氧化损伤、抑制炎性级联反应、抑制兴奋性毒性损伤、抑制细胞凋亡和调控细胞自噬等，对缺血性脑损伤发挥保护作用。

2 对急性肺损伤的保护作用及机制

急性肺损伤是一种以弥漫性肺水肿为特征的严重临床综合征，是脓毒症的常见并发症。炎症发生后，细菌将脂多糖（Lipopolysaccharide， LPS）释放到血液中，LPS 迅速识别并结合肺内皮细胞上的受体，诱发炎性因子释放，导致内皮功能障碍[24］。有文献表明，GSS 可抑制LPS 诱导的内皮细胞髓样分化因子88（Myeloid differentiation factor 88，MyD88）/NF-κB信号通路的激活，抑制TNF-α和白细胞介素6（Interleukin-6， IL-6）的过度表达[25］，并逆转Bcl-2 的表达和Caspase-3 的激活，从而对LPS 诱导的肺血管内皮细胞凋亡起到保护作用[26］。综上所述，GSS 可能通过调节肺内皮细胞MyD88/NF-κB/Bcl-2 信号通路而成为治疗脓毒症所致急性肺损伤的候选药物。

3 对慢性肝损伤的保护作用及机制

四氯化碳（CCL4）可诱导慢性肝损伤，常用于制备慢性肝损伤模型。研究发现，慢性肝损伤模型小鼠的外周血中出现了T 淋巴细胞亚群紊乱的表现，GSS 治疗后，慢性肝损伤小鼠外周血中CD3+淋巴细胞（即T 淋巴细胞）比例下降，CD8+T 淋巴细胞比例升高，CD4+/CD8+T 淋巴细胞比值降低，提示GSS 可能通过改变T 淋巴细胞亚型调节免疫功能，从而对CCL4诱导的慢性肝损伤发挥保护作用[27］。另有研究[28］发现，CCl4诱导的慢性肝损伤模型小鼠经GSS 干预后，α7nAChR 的表达较模型组明显升高，而IL-1β 水平明显降低，提示GSS 可激活CAP 通路，抑制炎性反应，从而对抗CCL4诱导的小鼠慢性肝损伤。转化生长因子-β（Transforming growth factor-beta，TGF-β）/Smad 是介导肝纤维化过程的主要信号通路；Smad4 是Smad 信号转导通路的共同分子。发生肝纤维化时，TGF-β1与细胞膜上的相应受体结合，激活Smad等信号转导通路，诱导肝细胞凋亡并抑制其再生。研究发现，肝纤维化小鼠经GSS治疗后，肝组织内TGF-β 及Smad4 蛋白表达水平均下降，提示GSS 可通过下调TGF-β/Smad 信号通路抑制肝纤维化，从而发挥护肝作用[29］。

4 对脂代谢和骨代谢的调节作用及机制

去卵巢大鼠雌激素缺乏可引起血脂异常、骨密度明显下降。因此，可通过切除卵巢建立大鼠脂代谢与骨代谢紊乱动物模型，观察GSS 对去卵巢大鼠脂代谢和骨代谢的影响。研究发现GSS可降低去卵巢大鼠血清胆固醇和甘油三酯水平，提示GSS 可调节血脂水平[30］。成骨细胞（Osteoblast， OB）和破骨细胞（Osteoclast， OC）是骨代谢的核心细胞，其代谢变化的结果是骨代谢的关键。碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase， AKP）和抗酒石酸性磷酸酶（Tartrate-resistant acid phosphatase-5b， TrACP-5b）分 别是反映OB 活性和OC 活性的特异性指标[31］。研究发现，GSS可以提高去卵巢大鼠血清AKP活性，降低TrACP-5b 活性，侧面反映其可以提高OB 活性，抑制OC活性，达到改善骨代谢的作用[32］。

5 对心肌缺血再灌注损伤的保护作用及机制

缺血性心脏病是全球最严重的公共健康威胁之一，及时有效的心肌再灌注是挽救缺血心肌细胞、限制心肌梗死范围的关键。然而，血流再灌注往往会加重缺血心肌的结构和功能损伤，导致心肌内酶的外漏和心肌舒缩功能降低。一些胞浆酶如肌酸激酶同工酶（Creatine kinase-MB， CK-MB）和乳酸脱氢酶（Lactate dehydrogenase， LDH）被认为是心肌缺血损伤的重要指标，其血清水平反映心肌缺血损伤程度。曾雪亮等[33］研究显示，GSS 能减少心肌CK-MB 和LDH 等酶的溢出，抑制心肌内酶的释放，这可能与维持心肌细胞膜的稳定，加强心肌细胞对缺血缺氧的耐受能力相关；同时，GSS能减慢离体心肌缺血再灌注损伤模型大鼠的心率，升高左室收缩压、增强心肌舒缩速度，说明GSS 能增强心肌收缩力，改善心功能。

6 小结与展望

GSS 作为植物雌激素染料木素的结构改造物，具有较其母体更好的水溶性及生物利用度，在多个方面发挥药理作用。但除了对脑保护作用的相关机制研究较为系统外，其他药理作用如对急性肺损伤的保护作用、抗肝纤维化、抗脂代谢紊乱、抗骨质疏松和对心肌缺血的保护作用等机制研究较为单一，未来应继续深入研究GSS 的上述药理作用的分子机制，以拓展其开发利用。总之，根据GSS发挥的各种药理作用及相关分子机制，可为GSS 的药物开发和临床应用提供理论和实践依据。