姜黄素对镉染毒大鼠肝脏功能的保护作用

谢丹娜，张宏龙，严 俊,2,3，李 汛,2,3

1.兰州大学第一临床医学院（兰州730000）；2.兰州大学第一医院普外科（兰州730000）；3.甘肃省生物治疗与再生医学重点实验室（兰州 730000）

镉（Cadmium，Cd）是一种有毒重金属。由于人类活动及工业废弃物的增加，环境中的镉污染也随之增加[1-3]。肝脏是镉中毒的主要靶器官之一，镉中毒导致的肝损伤主要表现为肝硬化、肝纤维化等，若不及时治疗，可能会发展为肝癌[4-6]。镉暴露严重威胁人体健康，镉中毒的防治也就成为了热门课题。镉与螯合剂结合可减轻其毒性，是目前广泛使用的治疗方法[7-8]。然而，由于螯合剂本身存在毒副作用，因此探索安全有效的药物以减轻镉毒性是十分必要的。研究发现，植物中含有许多对人体健康有益的天然成分，且具有较高安全性[9-10]。姜黄是一种药用价值明确的天然植物，已有4 000 多年的历史，是姜黄素（curcumin）的主要来源。姜黄素是一种天然多酚类化合物，主要从姜黄属植物的根茎中提取，化学式为C21H20O6[11]。现有研究发现姜黄素具有多种药理活性，可在人体内引起广泛的生物学作用，如抗炎、抗氧化、调脂、抗血栓、免疫调节、保肝、抗糖尿病、抗肿瘤和神经保护等[12-14]。近年来，姜黄素在治疗肝病方面表现出良好的治疗潜力和较少的副作用。越来越多的证据表明，姜黄素可通过减少炎症和氧化应激，减轻肝脏缺血再灌注损伤、酒精性肝损伤、药物性肝损伤等各种原因造成的肝损伤[15-20]。

本研究通过构建慢性镉暴露动物模型，探究姜黄素对镉染毒大鼠肝脏功能的保护作用，以期为姜黄素治疗镉致肝损伤提供基础理论依据。

1 实验与方法

1.1 动物、材料与试剂

实验用SPF 级雄性SD 大鼠64 只（体重约130～150 g），购自兰州兽医研究所。本研究采用的动物实验方案经兰州大学第一医院动物伦理委员会评审通过（伦理代码：LDYYYLL2015-0027）。氯化镉（CdCl2）及姜黄素（curumin）均购自美国Sigma公司。黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XOD）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等检测试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。

1.2 主要仪器及检测指标

使用全自动生化分析仪（美国Beckman公司）检测天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase，AST）、丙氨酸氨基转移酶（alanine aminotransferase，ALT）、白蛋白（albumin，ALB）、碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、胆碱酯酶（cholinesterase，CHE）、总胆汁酸（total bile acid，TBA）、甘油三酯（triglyceride，TG）和总胆固醇（total cholesterol，T-CHO）以评估肝功能及血脂变化。使用酶标仪（美国Thermo）检测黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XOD）、丙 二 醛（malondialdehyde，MDA）及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）水平。

1.3 方法

1.3.1 动物分组与造模 64只大鼠随机分成8组，分别是对照组（生理盐水，NS）、不同剂量的染镉组（Ⅰ-Ⅴ组：1.25、2.5、5、10、20 mg·kg-1·d-1）、姜黄素组（curcumin 200 mg·kg-1·d-1）、镉+姜黄素组（Cd 5 mg·kg-1·d-1+curcumin 200 mg·kg-1·d-1），按照相应的干预方式连续灌胃90 d 后处死大鼠。期间观察大鼠的行为表现，并记录体重。造模流程图如图1所示。

图1 大鼠造模流程图Figure 1 Flow chart of rat modeling

1.3.2 检测方法 造模完成后处死大鼠，收集大鼠肝组织及血液，计算肝指数（肝重/体重×100%）；采用全自动生化分析仪检测肝功能及血脂相关指标；根据试剂盒说明书制备肝组织匀浆，并测定肝组织中氧化损伤相关指标的水平。

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行分析，实验数据以平均值±标准差（）表示，组间差异（两组）比较采用t检验，多组间比较采用单因素方差分析（One-way ANOVA），P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 镉对大鼠肝指数的影响

造模前，各组大鼠精神状态良好，活动能力及进食量正常，毛发有光泽。造模后，与对照组相比，染镉组大鼠精神状态欠佳、烦躁易激惹、食欲减退、活动减少、毛发灰暗；与对照组相比，染镉Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组大鼠肝指数增高，且染镉Ⅴ组大鼠肝指数最高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 镉染毒大鼠肝指数分析Table 1 Analysis of liver index in rats exposed to cadmium

2.2 镉对大鼠肝功能的影响

与对照组相比，染镉I、II 组及姜黄素组大鼠的血清肝功能指标差异均无统计学意义（P ＞0.05），而染镉III 组大鼠的血清ALT 较对照组明显升高，差异有统计学意义（P ＜0.05），提示染镉III 组大鼠出现肝功能异常。因此，选取染镉III 组用于研究姜黄素的保护作用。此外，与对照组相比，染镉Ⅳ、Ⅴ组大鼠血清ALT、ALP和TBA均明显增高，AST/ALT降低，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 镉染毒大鼠肝功能分析Table 2 Analysis of liver function in rats exposed to cadmium

2.3 镉对大鼠血脂及氧化损伤相关指标的影响

与对照组相比，染镉I、II 组及姜黄素组大鼠血脂及肝组织氧化损伤相关指标差异均无统计学意义（P ＞0.05）。与对照组相比，染镉Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组大鼠血清TG水平增加；染镉Ⅳ组大鼠血清T-CHO 水平增加，差异均具有统计学意义（P ＜0.05）；与对照组相比，染镉Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组大鼠肝组织中XOD活力及MDA含量增加，SOD活力降低，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 镉染毒大鼠血脂及肝组织氧化损伤相关指标分析Table 3 Analysis of blood lipids and indexes of oxidative damage of rats exposed to cadmium

2.4 姜黄素对镉染毒大鼠肝指数及肝功能的影响

与染镉组相比，镉+姜黄素组大鼠的精神状态、食欲、活动能力、毛发情况均有所改善；镉+姜黄素组大鼠肝指数降低，差异有统计学意义（P＜0.05），图2A。

图2 姜黄素对镉染毒大鼠肝指数、肝功能、血脂及氧化损伤相关指标的影响Figure 2 Effects of curcumin on liver index，liver function，blood lipid and related indexes of oxidative damage in rats exposed to cadmium

此外，与染镉Ⅲ组相比，镉+姜黄素组大鼠肝功能损伤也得到了改善，血清ALT水平明显降低，差异有统计学意义（P＜0.05），图2B。

2.5 姜黄素对镉染毒大鼠血脂及氧化损伤相关指标的影响

与染镉Ⅲ组相比，镉+姜黄素组大鼠血清TG水平降低（图2C）；此外，镉+姜黄素组大鼠肝组织中SOD活力增加，MDA含量降低，而XOD活力无明显改变（图2D-F）。

3 讨论

镉是一种广泛存在的有毒重金属，镉暴露会对人体健康产生不利影响。镉可通过消化道和呼吸道进入人体，最终在肝脏中积累，从而导致肝功能障碍和纤维化[21]。研究表明，镉可能通过多种机制引起多种器官损伤，包括氧化应激、DNA损伤、内质网应激、凋亡和自噬，过度的应激又通过诱导细胞凋亡、细胞焦亡和铁死亡而导致组织损伤[22-23]。镉的毒性与其促氧化作用密切相关。因此，防治镉中毒的有效策略是天然抗氧化剂，尤其是多酚类化合物。研究发现，天然植物中许多成分具有强大的抗氧化能力，可有效缓解肝损伤。MILTONPRABU 等[24]研究发现葡萄籽原花青素对镉诱导的大鼠肝脏炎症、细胞凋亡和肝线粒体毒性具有改善作用；自由基清除、金属螯合和抗氧化潜力可能是其拮抗镉诱导的大鼠肝脏线粒体损伤的主要原因。另有研究发现，蓝莓提取物呈剂量依赖的方式恢复了镉中毒小鼠体内的抗氧化防御系统活性，对镉源性肝损伤具有一定的治疗潜力[25]。MĘŻYŃSKA等[22]的研究证实黑果腺肋花楸提取物可通过对肝脏中的主要大分子（如脂质、蛋白质和DNA）的氧化修饰以减轻镉的肝毒性作用。

姜黄素是从姜黄根茎中提取的一种天然成分。在临床研究中，姜黄素因其具有多种生物活性而备受关注，如治疗关节炎、肝脏疾病、神经退行性疾病、肥胖和多种癌症等[26]。姜黄素的这些治疗活性大多与其抗氧化和抗炎作用有关。多项研究表明，姜黄素在治疗肝损伤方面具有良好的应用前景可通过抑制氧化应激、炎症和线粒体功能障碍改善肝缺血再灌注损伤、药物性肝损伤以及酒精性肝损伤[16-18]。姜黄素对重金属引起的肝损伤也具有保护作用，可降低砷、铅、铬和汞引起的肝毒性，维持肝脏抗氧化酶状态，防止组织损伤、脂质过氧化和线粒体功能障碍[27-30]。

本研究结果显示，姜黄素明显减轻了镉染毒大鼠精神状态差、食欲减退、毛发暗淡等中毒症状，改善了肝脏功能。与对照组相比，染镉Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组较对照组大鼠的血清肝功能相关指标ALT、ALP 和TBA 均明显增高，提示镉致肝损伤模型构建成功。而镉+姜黄素组大鼠血清ALT 水平较染镉Ⅲ组明显下降，这就提示姜黄素可改善镉诱导的肝损伤，这与PARK 等[31]的研究结果相符。研究表明，重金属暴露可导致脂代谢紊乱[32]。镉暴露会引发脂质水平失调，进而加速非酒精性脂肪性肝病的发生和发展[33]。本研究中，镉+姜黄素组大鼠血清TG水平较染镉Ⅲ组降低，说明姜黄素还可发挥调脂作用降低血脂水平。BATENI 等[34]的研究证实姜黄素补充剂明显降低了代谢综合征患者的血清TG 水平，可用作降血脂药物。此外，与染镉组相比，镉+姜黄素组大鼠肝组织MDA 含量呈下降趋势，SOD活力增加，提示姜黄素明显抑制了镉诱导的氧化应激反应，这与TUBSAKUL等[35]的研究结果一致。因此，本研究结果显示，姜黄素可能通过发挥抗氧化及调节脂代谢作用来改善与保护镉染毒大鼠的肝脏功能。

4 结论

本研究结果显示，姜黄素可明显改善镉染毒大鼠的中毒症状，抑制氧化应激反应，降低血脂水平，对镉染毒大鼠的肝脏功能起到了保护作用。姜黄素可作为治疗镉致肝损伤的一种中药制剂，但其具体的药理机制还有待进一步研究。