黃芪多糖抗氧化作用的分子機(jī)制研究進(jìn)展

黎 晨，尤培蒙，王晨曦，何俊霞，肖文媛，郭 忠

(西北民族大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.)Bge.)，又名綿芪，是一種豆目蝶形花科山羊豆族黃芪屬的多年生被子植物，原產(chǎn)于中國的東部和北部[1].黃芪多糖(Astragalus polysaccharides)，簡寫為APS，是從黃芪的莖稈或干燥根系中分離提取出的一種具有生物活性效應(yīng)的水溶性雜多糖,其成分復(fù)雜多樣，各個單體多糖之間主要由α-型糖苷鍵連接而成的高分子碳水化合物，主要包括葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖等.其結(jié)構(gòu)范圍從線性到高度分支不等，一般公式為Cx(H2O)y.在水解時可被分解為單糖或低聚糖并存在于植物種子、莖葉、細(xì)胞壁和動物細(xì)胞的體液等.研究表明[2,3,4]，黃芪多糖具有的抗氧化、免疫調(diào)節(jié)降血糖等顯現(xiàn)或潛在藥理作用在疾病治療與預(yù)防、藥物的研究中發(fā)揮著重要的推進(jìn)作用.氧化應(yīng)激在許多疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用.因自由基的清除和活性氧的激活，各種信號通路可保護(hù)組織細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，于是相關(guān)抗氧化損傷作用的抗氧化劑便應(yīng)運而生.這些抗氧化劑可能是內(nèi)源的，也可能是外源性的，其中黃芪被認(rèn)為是強(qiáng)大的潛在外源性抗氧化劑.筆者擬對黃芪多糖的抗氧化作用及其可能的分子機(jī)制展開綜述，為黃芪多糖成分的深層次研究及利用提供參考.

1 概述

氧化損傷引起的應(yīng)激反應(yīng)(Oxidative Stress)可誘導(dǎo)激活體內(nèi)活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)的產(chǎn)生，其在各種病理條件下均有一定的致病作用[5].活性氧可作為一種信息傳遞信使，當(dāng)生理水平較低時，發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)信號傳遞和調(diào)節(jié)的作用.過量ROS可抑制相關(guān)蛋白功能，誘導(dǎo)細(xì)胞大分子氧化應(yīng)激，加速細(xì)胞死亡[6].活性氧增加或抗氧化能力降低、細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡的破壞和脂質(zhì)、蛋白質(zhì)或DNA的不可逆氧化修飾可引起氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號[7].體外抗氧化活性表明，黃芪多糖對活性氧、DPPH自由基、超氧陰離子及過氧化氫具有相對較強(qiáng)的清除能力.還能防止運動過度引起的衰老和疲勞所引起的氧化應(yīng)激，提高氧化應(yīng)激酶的活性[8].

2 抗氧化作用機(jī)制

2.1 NRF1、NRF2/ARE信號通路

通過NRF1信號的積聚可抑制ROS介導(dǎo)的心肌細(xì)胞(HCMS)凋亡作用，Zhang等用PAL(棕櫚酸酯)與APS聯(lián)合應(yīng)用,經(jīng)PAL處理后，HCMS中ROS水平明顯升高.APS處理后可顯著抑制棕櫚酸誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，降低早期凋亡細(xì)胞的百分率.NRF1表達(dá)過度可減輕由ROS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞毒性，并增加心肌細(xì)胞中SOD1和SOD2的表達(dá).說明APS可以通過減少活性氧和NRF1在HCMS中的積累來部分改善PAL誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞毒性[9].通過給予大鼠APS注射后檢測MDA、ROS、TNF-α、ROS蛋白表達(dá)、RNS蛋白表達(dá)、Keap 1 mRNA表達(dá)、Maf mRNA表達(dá)與空白對照組均有顯著性差異，左心室收縮壓(LVSP)、左心室舒張壓(LVEDP)表達(dá)均增高且與Keap1-Nrf2/ARE信號通路激活程度呈正相關(guān)，提示APS抗氧化能力和改善心功能作用可能與激活NRF2/ARE信號通路的表達(dá)密切相關(guān)[10].

2.2 P13K/Akt/eNOS信號通路

Zhou等[11]用APS處理心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞(MMECs)后，通過檢測發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡率降低，細(xì)胞存活率、NO含量及信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)增加，說明APS可通過介導(dǎo)PI3K/Akt/eNOS信號通路來改善氧化應(yīng)激所致?lián)p傷.Liu D等[12]發(fā)現(xiàn),硒化APS(sAPS)對氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的豬圓環(huán)病毒2型(PCV 2)復(fù)制有保護(hù)作用，能顯著抑制HO激活的自噬，增加Akt和mTOR的磷酸化，特異性磷酸肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)抑制劑LY 294002可明顯減輕SAPS對自噬和PCV 2復(fù)制的影響.另有研究表明，阿霉素可降低心肌細(xì)胞活力，誘導(dǎo)C57BL/6J小鼠心力衰竭，同時促進(jìn)ROS的生成和凋亡平衡速率，但APS可通過p38MAPK和AKT通道激活來明顯地抑制和減輕這種作用[13].

2.3 NF-κb信號通路

Liu等[14]報道，通過APS預(yù)處理的電離輻射(IR)，發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、NF-κB表達(dá)、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和乳酸脫氫酶水平顯著下降，抗氧化酶含量增高，且表現(xiàn)出對IR誘導(dǎo)的硫代巴比妥酸反應(yīng)物質(zhì)增加均有一定的抑制作用.而IR處理可致超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽活性降低.Farag MR[15]等用APS處理大鼠替考米星(TIL)中毒發(fā)現(xiàn),APS可使中毒大鼠的休克蛋白70(HSP 70)和核因子κB(NF-κB)相關(guān)的mRNA表達(dá)增多，進(jìn)而阻斷Nrf 2/HO-1介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)，達(dá)到減輕氧化損傷的目的.在豬圓環(huán)病毒2型的研究中，Xue等[16]還報道了在PCV 2感染前加入APS可顯著降低PK15豬腎細(xì)胞的PCV 2基因復(fù)制量、感染細(xì)胞數(shù)、丙二醛水平、活性氧含量和NF-κB通道活性，相反可使PK15細(xì)胞的GSH含量增加，SOD活性升高.LPS作為一種NF-κB激活劑，可降低APS對PCV 2復(fù)制的抑制作用，而BAY 11-7082作為NF-κB抑制劑，可增強(qiáng)APS對PCV 2復(fù)制的抑制作用.提示APS可通過降低氧化應(yīng)激反應(yīng)和抑制NF-κB信號通路來抑制PCV 2基因復(fù)制.

2.4 AMPK通路

張玲等[17]研究用同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)損傷后發(fā)現(xiàn)，Hcy+APS處理組比Hcy處理組活性氧的活性明顯提高，且AMPKα蛋白水平亦明顯升高；宋杰等[18]用APS處理游離脂肪酸誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞損傷結(jié)果提示，游離脂肪酸+APS組的蛋白激酶(p-AMPK)、NO含量和一氧化氮合酶(p-eNOS)水平相比，對照組明顯降低，提示APS可能通過激活A(yù)MPK信號通路來抑制游離脂肪酸對HUVEC細(xì)胞的氧化損傷作用[19].

2.5 Caspase-3信號通路

Yu等[20]研究表明，APS可通過調(diào)節(jié)Bax/Bcl-2比值來抑制H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和Cyt-C細(xì)胞色素的釋放，并反過來抑制caspase-3信號通路.結(jié)果表明,細(xì)胞內(nèi)的Bax/Bcl-2比值增大，說明APS預(yù)處理后能降低C2C12成肌細(xì)胞的凋亡率.Xie等[21]發(fā)現(xiàn)APS可通過降低ROS活性、Ca2+、MDA和Bax表達(dá)水平，進(jìn)而抑制caspase-3蛋白酶通道活性，提高了NO含量、SOD活性及Bcl-2、PI3K和磷酸化AKT水平，從而保護(hù)Na2S2O4導(dǎo)致的人心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞(HCMECs)缺氧后復(fù)氧損傷.另外，APS處理可抑制db/db小鼠心臟的細(xì)胞凋亡和ROS的生成，改善其血流動力和超微結(jié)構(gòu).另外，APS還可調(diào)節(jié)氧化靶基因的蛋白表達(dá)，抑制db/db小鼠心臟促細(xì)胞凋亡靶基因Bax、Bcl-2和caspase-3表達(dá)，增強(qiáng)GPX基因表達(dá)，降低SOD 2活性和過氧化氫酶水平[22].

2.6 相關(guān)蛋白調(diào)節(jié)

Chen W等[23]發(fā)現(xiàn)APS預(yù)處理對高糖誘導(dǎo)SOD 2沉默的H9C2大鼠心肌細(xì)胞的線粒體超微結(jié)構(gòu)具保護(hù)作用，減少細(xì)胞凋亡、細(xì)胞超氧化物歧化酶(DHE)的產(chǎn)生，降低胞質(zhì)蛋白硝基酪氨酸的氧化損傷和細(xì)胞核氧化應(yīng)激(8-OH-DG)，同時誘導(dǎo)SOD 2酶活性和蛋白水平的升高.鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠，APS可提高小鼠的SOD 2蛋白含量和酶活性，減少CSPC的ROS生成[24].Chen J等[25]報道加入200 mg/L的APS能顯著提高H2O2處理后的MRC-5(人胚肺成纖維細(xì)胞)APE/Ref-1和TRX的蛋白水平，降低8-OH-DG的含量和MRC-5細(xì)胞的凋亡，提高了細(xì)胞存活率.提示APS能促進(jìn)損傷后MRC-5細(xì)胞內(nèi)APE/Ref-1和TRX的表達(dá)，減輕氧化損傷.

2.7 其他

除上述信號通路外，仍然還有其他抑制氧化應(yīng)激損傷的途徑.研究報道，APS還可通過ErbB/AKT信號通路[26]、提高細(xì)胞抗氧化能力和NO的生物利用度[27]來減輕外源性及內(nèi)源性因素的氧化損傷.

相關(guān)研究表明[11]，APS不僅能減輕氧化應(yīng)激導(dǎo)致的損傷，還可減輕缺氧誘導(dǎo)的組織細(xì)胞損傷.有報道稱[28]，與常氧組相比，用APS預(yù)處理后進(jìn)行缺氧造?？纱龠M(jìn)miR-138的表達(dá)，抑制JNK和p38-MAPK通路.提示APS對神經(jīng)干細(xì)胞缺氧損傷的保護(hù)作用可能與通過促進(jìn)miR-138表達(dá)和抑制JNK和p38-MAPK通路有關(guān).

3 結(jié)論

綜上所述，黃芪多糖關(guān)于抗氧化作用分子機(jī)制方面的研究已經(jīng)取得一定的成果.上述對NRF1、NRF2/ARE、P13K/Akt/eNOS、NF-kb、AMPK/PKC通路的研究已經(jīng)比較深入，能直接說明該通路有無抗氧化作用以及作用程度和相關(guān)影響因素等.但是，仍有其他通路的研究仍然處于萌芽階段，如AKT Foxo1通路[29]只是從小鼠的生存情況側(cè)面提示其可能減輕氧化損傷的作用，而無實際的數(shù)據(jù)能夠證明該通路的激活或抑制與抗氧化損傷是否相關(guān)，也沒有闡明其相關(guān)機(jī)制.所以，可對提示有抗氧化損傷作用的通路進(jìn)行更深入的定性定量研究，從而能確切地說明該通路的抗氧化作用機(jī)制以及其發(fā)揮作用的相關(guān)分子表達(dá).

另外，目前大多數(shù)的研究數(shù)據(jù)皆從實驗動物的試驗結(jié)果中得出.今后的研究中如果從人體中分離出相應(yīng)細(xì)胞組織進(jìn)行黃芪多糖的抗氧化作用研究會更具臨床意義.

4 展望

除了對多糖分子相關(guān)藥理作用機(jī)制的研究之外，還可探究結(jié)構(gòu)的改變會對生物活性有無影響.更重要的是，加大體外試驗力度，闡明多糖藥理作用對機(jī)體確切的療效情況.明確多糖對人體有無其他不良反應(yīng)，并考慮如何消除其不良反應(yīng)，從而不影響其療效，加快多糖進(jìn)入臨床使用的進(jìn)程，對已知的副反應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的處理并減輕或消除其不良反應(yīng).