植物多糖對(duì)腎損傷干預(yù)效果及作用機(jī)制研究進(jìn)展

劉婷,周欣,趙超,龔小見,陳華國(guó)*

1(貴州師范大學(xué) 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng),550001) 2(貴州師范大學(xué) 喀斯特山地生態(tài)環(huán)境保護(hù)與資源利用協(xié)同創(chuàng)新中心,貴州 貴陽(yáng),550001) 3(貴州師范大學(xué) 貴州省藥物質(zhì)量控制及評(píng)價(jià)技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng),550001) 4(貴州師范大學(xué) 天然藥物質(zhì)量控制研究中心,貴州 貴陽(yáng),550001)

當(dāng)前,腎臟病防治形勢(shì)十分嚴(yán)峻,慢性腎臟病已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的公共健康問題。中國(guó)腎臟疾病數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)18歲以上成人慢性腎臟病的患病率為10.8%[1]。2016年,40歲以上人群中,腎臟患病率高達(dá)18.7%,且呈逐年升高趨勢(shì),這引起人們的廣泛關(guān)注。長(zhǎng)期的腎損傷可導(dǎo)致腎臟組織纖維化,進(jìn)而發(fā)展成尿毒癥等終末期腎病,嚴(yán)重危及人類身體健康和生命安全。

面對(duì)如此嚴(yán)峻的流行病學(xué)現(xiàn)狀,如何有效防治腎臟病是當(dāng)前面臨的主要問題。馮哲等[2]系統(tǒng)總結(jié)了目前對(duì)于急性腎損傷的防治策略：對(duì)腎臟進(jìn)行替代治療、擴(kuò)容治療,使用利尿劑、升壓藥、血管擴(kuò)張劑、鎮(zhèn)靜劑以及他汀類藥物進(jìn)行干預(yù)。對(duì)于慢性腎損傷的防治策略主要以控制血壓、抑制腎素-血管緊張素系統(tǒng)和疾病特異性干預(yù)為主。低劑量的肼苯噠嗪也可阻止急性腎損傷轉(zhuǎn)化為慢性腎損傷,防止腎纖維化[3]。然而在治療過(guò)程中,具有腎毒性的藥物(如癌癥治療藥物)、濫用藥物、抗生素和放射造影劑等均對(duì)腎臟有明顯毒性,不可避免會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重副作用,對(duì)腎臟造成二次傷害。多糖作為一種療效顯著、毒副作用小的食品成分,在治療腎臟病方面?zhèn)涫荜P(guān)注。植物多糖是發(fā)揮作用的有效成分之一,因其來(lái)源廣泛,種類繁多,生物活性豐富,已經(jīng)成為食品抗腎損傷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。大量研究表明,植物多糖對(duì)腎損傷具有明顯干預(yù)作用,植物多糖豐富的生物活性,如抗氧化活性[4],抗腫瘤活性[5-6],降血糖、降血脂活性[7],抗病毒活性[8],免疫調(diào)節(jié)[9],抗輻射保護(hù)作用等,能有效減緩或抑制腎臟病進(jìn)程。本文綜述了近年來(lái)植物多糖在抗腎損傷方面的重要研究成果,為進(jìn)一步探求食品治療腎損傷的有效成分提供參考。

1 植物多糖對(duì)腎損傷的干預(yù)效果

多糖又稱為多聚糖,是由10個(gè)以上的單糖通過(guò)糖苷鏈連接而成的直糖鏈或支糖鏈的多聚糖,廣泛分布于自然界中,主要存在于動(dòng)物、植物、微生物中[10]。其中植物多糖以資源豐富、方便易得及生物活性豐富等特點(diǎn),成為了廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前,具有抗腎損傷活性的植物多糖已被廣泛發(fā)現(xiàn),研究表明,植物多糖對(duì)多種類型腎損傷具有干預(yù)作用,以下主要介紹植物多糖對(duì)糖尿病腎損傷、缺血再灌注腎損傷、重金屬腎損傷、化學(xué)性腎損傷及藥物性腎損傷的干預(yù)效果。

1.1 糖尿病腎病

糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一,近年被認(rèn)為是一種伴隨著代謝紊亂的炎癥性疾病,具有較高的致死率。研究證實(shí)植物多糖對(duì)DN具有干預(yù)效果,主要通過(guò)降血糖、降血脂、抗氧化、抗炎等對(duì)DN進(jìn)行干預(yù)。付婷婷等[11]發(fā)現(xiàn)黃精多糖具有降血糖作用,可降低DN大鼠尿蛋白含量,抑制纖維化因子的表達(dá),對(duì)糖尿病大鼠腎臟具有保護(hù)作用。ZHAO等[12]指出枸杞多糖可改善早期DN,延緩DN進(jìn)程,減輕腎臟炎癥反應(yīng),且枸杞多糖的預(yù)防效果強(qiáng)于治療效果。黃連多糖[13]、馬齒莧多糖[14]可提高腎組織中抗氧化酶活性,降低腎組織氧化產(chǎn)物含量及血清中炎癥因子的含量。柴胡多糖在抑制炎癥因子的同時(shí),抑制Toll樣受體4(Toll-like receptors 4,TLR4)、高遷移率族蛋白(high mobility group protein, HMGB1)的過(guò)度表達(dá),中斷HMGB1-TLR4途徑,通過(guò)抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)改善DN[15]。

此外,植物多糖可提高胰島素的分泌,對(duì)腎小球、腎小管、腎皮質(zhì)具有保護(hù)作用。牛心柿葉多糖可抑制腎臟組織中促生長(zhǎng)因子的表達(dá),調(diào)節(jié)其下游通路。通過(guò)修復(fù)腎小球過(guò)濾功能,減少尿蛋白含量,減少腎小球基底膜細(xì)胞增生,有效保護(hù)DN小鼠腎臟[16]。毛明鋒等[17]指出,紅芪多糖能夠降低腎臟組織中α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)的表達(dá),抑制細(xì)胞纖維化,減輕腎小管間質(zhì)損傷。郭福團(tuán)等[18]的研究表明,桑枝多糖可激活組蛋白去乙?；?SIRT1)蛋白的下游因子,調(diào)節(jié)腎皮質(zhì)中SIRT1蛋白表達(dá),增強(qiáng)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)能力,提高線粒體的呼吸鏈復(fù)合物I、III的活性,對(duì)DN小鼠腎皮質(zhì)具有保護(hù)作用。

1.2 缺血再灌注腎損傷

腎臟缺血再灌注(ischemia-reperfusion,I/R)會(huì)使細(xì)胞中營(yíng)養(yǎng)成分和氧氣缺乏,破壞腎臟組織,使腎臟功能完全喪失,進(jìn)而導(dǎo)致急性腎衰竭。缺血使腎小管上皮細(xì)胞改變,引起間質(zhì)微血管病變和管周毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙,并產(chǎn)生大量活性氧,造成機(jī)體氧化應(yīng)激。植物多糖對(duì)I/R的腎臟具有保護(hù)作用,可通過(guò)清除過(guò)量自由基和活性氧,抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng),修復(fù)缺血造成的細(xì)胞損傷。CONG等[19]研究了川續(xù)斷根中的多糖(WRDAP-1)對(duì)I/R的干預(yù)作用,體外實(shí)驗(yàn)顯示W(wǎng)RDAP-1可降低I/R大鼠血清中尿素氮、肌酐和乳酸脫氫酶水平,顯著提高血清和腎臟中抗氧化酶的活性從而提高抗氧化防御系統(tǒng),表明WRDAP-1對(duì)I/R具有干預(yù)作用。王虹等[20]采用夾閉大鼠雙側(cè)腎動(dòng)脈的方法建立I/R動(dòng)物模型,表明黃芪多糖通過(guò)下調(diào)腎組織中TLR4、NF-kB mRNA表達(dá),抑制TLR4/NF-kB 信號(hào)通路對(duì)I/R進(jìn)行干預(yù)作用。此外,LI等[21]從黨參莖中分離得到黨參多糖,主要由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖和少量甘露糖組成,其可以抑制腎臟中腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α)的釋放,降低乳酸脫氫酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶以及尿素氮、肌酐水平,改善了I/R誘導(dǎo)的腎功能損害。LIU等[22]研究發(fā)現(xiàn)人參多糖可改善I/R,抑制誘導(dǎo)缺氧轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),修復(fù)因缺氧造成的腎小管上皮細(xì)胞壞死,減輕I/R誘導(dǎo)的腎臟氧化損傷的發(fā)展。

1.3 重金屬性腎損傷

重金屬性腎損傷主要由環(huán)境中的鎘、鉛、鋅等重金屬經(jīng)呼吸或誤服進(jìn)入體內(nèi),從而在腎臟積聚,誘發(fā)細(xì)胞損傷,線粒體功能障礙和細(xì)胞凋亡進(jìn)一步損傷腎小球、腎小管功能。植物多糖對(duì)重金屬誘導(dǎo)的腎損傷具有干預(yù)作用,可通過(guò)提高機(jī)體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)能力,抑制細(xì)胞凋亡。沈蓉[23]的研究表明了蕨麻多糖對(duì)鎘源性小鼠腎損傷的保護(hù)作用,一方面多糖的抗氧化活性可提高染鎘小鼠體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)能力,改善腎臟細(xì)胞中氧化還原狀態(tài)。另一方面多糖的抗凋亡作用可恢復(fù)線粒體功能,通過(guò)抑制內(nèi)源性及外源性2條凋亡途徑,阻止腎臟組織細(xì)胞凋亡壞死。蔣平[24]認(rèn)為黃精中的藥效成分(多糖、皂苷、揮發(fā)油、木質(zhì)素、氨基酸和微量元素等)可恢復(fù)血清肌酐和尿素氮水平,降低鎘在小鼠腎臟中的含量,修復(fù)腎小管、腎小球的結(jié)構(gòu)和功能。

1.4 化學(xué)性腎損傷

化學(xué)性腎損傷是指化學(xué)毒物誘導(dǎo)的腎損傷,這些化學(xué)毒物通常包括乙醇、CCl4、甘油等。化學(xué)毒物在腎臟組織中積聚,進(jìn)而造成腎小管間質(zhì)纖維化,逐漸發(fā)展成慢性腎功能衰竭。研究表明植物多糖對(duì)化學(xué)性腎損傷具有干預(yù)作用,可通過(guò)清除體內(nèi)過(guò)多的自由基,增強(qiáng)抗氧化能力,抑制炎癥反應(yīng),有效保護(hù)化學(xué)毒物誘導(dǎo)的腎損傷。WU等[25]研究了青錢柳多糖對(duì)CCl4誘導(dǎo)小鼠肝臟和腎臟的影響,結(jié)果表明青錢柳多糖能明顯改善小鼠腎臟腫脹,減少細(xì)胞損傷,降低肝臟和腎臟器官指數(shù),提高抗氧化酶活性,改善抗氧化狀態(tài),減少氧化應(yīng)激來(lái)改善肝腎功能和結(jié)構(gòu),從而保護(hù)肝臟和腎臟免受CCl4的損傷。

1.5 藥物性腎損傷

一些藥物如阿霉素、阿昔洛韋、林可霉素靜滴等,經(jīng)由腎臟代謝排泄時(shí)會(huì)導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞損傷,誘導(dǎo)腎臟炎癥反應(yīng)發(fā)生。嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致腎內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)改變,形成腎結(jié)石堵塞腎小管功能。植物多糖能減緩血管鈣化,減輕藥源性腎損傷。樊小寶等[26]探究了金川石斛多糖對(duì)多柔比星腎損傷的干預(yù)作用,發(fā)現(xiàn)其可降低大鼠血清中肌酐、尿素氮及尿蛋白水平,減少腎臟細(xì)胞纖維化。金川石斛多糖能夠通過(guò)抑制PI3K/Akt/HIF-1α信號(hào)通路的激活,改善多柔比星腎病大鼠腎功能。陳浩然[27]指出海帶多糖對(duì)阿霉素誘導(dǎo)的腎損傷具有干預(yù)作用,海帶多糖能夠降低腎損傷的標(biāo)志物總膽固醇、甘油三酯及尿素氮、肌酐水平,同時(shí)抑制炎癥因子和炎癥蛋白的表達(dá),改善電解質(zhì)代謝紊亂狀態(tài),進(jìn)而阻止腎小球硬化,使腎小球結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,恢復(fù)腎臟細(xì)胞功能。

2 植物多糖對(duì)腎損傷的作用機(jī)制

正常情況下,腎臟可促進(jìn)身體的新陳代謝,維持電解質(zhì)和水的穩(wěn)態(tài)。腎損傷后,腎功能急劇下降,肌酐、尿素氮以及代謝廢物等在體內(nèi)積聚,引起血壓升高、血管阻塞以及代謝速率減慢進(jìn)而導(dǎo)致心、肝、肺等器官功能衰竭。植物多糖主要通過(guò)直接和間接兩方面發(fā)揮其對(duì)腎臟的保護(hù)作用,一方面通過(guò)抑制氧化應(yīng)激,調(diào)節(jié)代謝紊亂,抑制炎癥反應(yīng),減少線粒體功能障礙,調(diào)節(jié)信號(hào)通路直接作用于腎臟組織,修復(fù)受損腎臟細(xì)胞；另一方面通過(guò)阻止血管鈣化,調(diào)節(jié)腸道菌群,提高機(jī)體免疫力等作用于腎臟組織微環(huán)境,進(jìn)而恢復(fù)和保護(hù)腎功能。

2.1 植物多糖直接作用于腎臟組織

2.1.1 抑制氧化應(yīng)激

腎損傷中最普遍的誘導(dǎo)因素是氧化應(yīng)激,研究表明,多種植物多糖可以通過(guò)清除體內(nèi)過(guò)量自由基,調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性,維持細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)平衡。多糖通過(guò)與靶細(xì)胞結(jié)合調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)活性氧的平衡,抑制脂質(zhì)過(guò)氧化等來(lái)減輕氧化應(yīng)激造成的腎臟組織細(xì)胞損傷,減少腎臟細(xì)胞纖維化。

研究表明,體劑量為500、1 000、2 000 mg/kg的黨參多糖可提高腎陰虛大鼠體內(nèi)抗氧化酶活性,提高其抗氧化能力,作用效果與用藥劑量成正相關(guān)[28]。150、300 mg/kg的苦瓜多糖可減輕2型糖尿病大鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激引起的腎臟損傷[29]。而150 mg/kg的松藻硫酸多糖對(duì)肥胖大鼠的腎毒性指數(shù)及其組織學(xué)均有恢復(fù)作用[30]。植物多糖通過(guò)上調(diào)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)的活性,下調(diào)丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量,促進(jìn)抗氧化酶的合成。多糖與自由基螯合減少過(guò)量的自由基,進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)體抗氧化以及清除氧化產(chǎn)物的能力,有效保護(hù)腎臟免受高脂肪飲食,高血糖等介導(dǎo)的氧化損傷。正常情況下,機(jī)體內(nèi)的活性氧(reactive oxygen species,ROS)處于氧化-抗氧化的動(dòng)態(tài)平衡之中。一旦刺激因素打亂了這種動(dòng)態(tài)平衡,就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS過(guò)量積聚,損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能,造成氧化應(yīng)激。當(dāng)歸多糖干預(yù)D-半乳糖所致腎臟損傷后,可抑制腎臟細(xì)胞糖基化終末端產(chǎn)物,減緩機(jī)體細(xì)胞衰老,維持細(xì)胞內(nèi)ROS的動(dòng)態(tài)平衡,減輕D-半乳糖所致腎臟的氧化應(yīng)激損傷[31]。

過(guò)多自由基和ROS的積聚也會(huì)導(dǎo)致機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化,誘發(fā)機(jī)體代謝系統(tǒng)紊亂,進(jìn)而使血清中肌酐、尿素和白蛋白等代謝產(chǎn)生的蛋白質(zhì)廢物水平升高,使腎小球過(guò)濾功能下降,植物多糖可抑制或緩解這個(gè)過(guò)程。褐藻硫酸多糖能下調(diào)血清中肌酐、尿素和白蛋白水平,抑制脂質(zhì)過(guò)氧化,調(diào)節(jié)代謝紊亂,從而增加腎小管擴(kuò)張和腎小球凝結(jié),改善大鼠肝、腎和胰腺損傷[32]。當(dāng)歸多糖可降低機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化物和MDA含量,修復(fù)膜蛋白,恢復(fù)細(xì)胞膜的完整性,使受體、酶和離子通道激活,細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)正常[33]。

2.1.2 調(diào)節(jié)代謝紊亂

植物多糖可通過(guò)調(diào)節(jié)腎臟代謝紊亂,促進(jìn)代謝產(chǎn)物的排出,改善腎臟細(xì)胞循環(huán)微環(huán)境,恢復(fù)腎臟功能。當(dāng)腎臟受到損傷時(shí),腎臟組織不能維持基本功能,發(fā)生代謝紊亂,最先發(fā)生的是機(jī)體水、電解質(zhì)和酸堿平衡失調(diào)。方晴[34]證實(shí)了海帶多糖可顯著降低血清中尿素氮、肌酐水平,改善Ca2+、Mg2+等電解質(zhì)及蛋白質(zhì)代謝紊亂狀態(tài)。固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子-1c(sterol regulatory element binding protein-1c, SREBP-1c)以及乙酰輔酶A羧化酶α(acetyl CoA carboxylase α,ACCα)是調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵活性酶,脂質(zhì)代謝紊亂也是導(dǎo)致糖尿病發(fā)病的一個(gè)關(guān)鍵因素[35]。三七多糖能夠通過(guò)減少大鼠血清中IL-1β、IL-6和TNF-α等炎癥因子的含量,抑制炎癥反應(yīng),并且通過(guò)下調(diào)SREBP-1c以及ACCα的水平,調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝紊亂,明顯改善糖尿病腎病大鼠的腎臟損傷[36]。

代謝紊亂發(fā)生后,各種代謝產(chǎn)物積聚,植物多糖可促進(jìn)白細(xì)胞、乳酸等代謝產(chǎn)物的排出,抑制腎臟細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。蔡淑敏等[37]研究發(fā)現(xiàn),蘆薈多糖對(duì)膿毒癥大鼠腎臟有保護(hù)作用,其可減少血管內(nèi)的白細(xì)胞聚集和紅細(xì)胞瘀滯,加快氧輸送以及乳酸等有害代謝產(chǎn)物的流通,改善腎臟細(xì)胞循環(huán)微環(huán)境,從而恢復(fù)其腎器官功能,發(fā)揮其對(duì)腎臟的保護(hù)作用。

2.1.3 抑制炎癥反應(yīng)

植物多糖具有抗炎作用,可調(diào)節(jié)炎癥蛋白和細(xì)胞因子的釋放,改善炎癥性貧血,減輕腎小球、腎小管等組織的炎癥反應(yīng)。生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化因子β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)能刺激體外培養(yǎng)系膜細(xì)胞分泌纖維黏連蛋白,從而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)大量積聚,引起腎臟組織纖維化,逐漸發(fā)展成腎小球硬化[38-39],植物多糖的抗炎作用能不同程度地延緩或阻止腎小球硬化。

大量研究證實(shí),在I/R小鼠模型中,桑枝多糖能抑制血清中促炎癥因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)的釋放,同時(shí)提高抗炎癥因子IL-10水平,增強(qiáng)其抗炎效應(yīng),從而發(fā)揮其對(duì)I/R小鼠的保護(hù)作用,且多糖濃度越高作用效果越明顯[40]。桑枝多糖還可通過(guò)改善大鼠心肌相關(guān)酶、腎功能,減輕血管內(nèi)皮炎癥反應(yīng),降低尿蛋白排泄率,延緩腎功能損害[41]。HAN等[42]也證實(shí)了桑葉水提取物(多糖、黃酮類化合物、生物堿等)能顯著降低血清中游離脂肪酸含量,降低胰島素和糖化血清蛋白含量,減輕腎臟損害,表明桑葉多糖與其他成分間的協(xié)同作用可緩解糖尿病誘導(dǎo)的腎損傷,其發(fā)揮作用的機(jī)制可能與植物多糖的抗炎活性有關(guān)。

糖尿病腎病發(fā)展到中后期炎癥反應(yīng)加劇,出現(xiàn)腎性貧血,植物多糖可結(jié)合相關(guān)蛋白,增加腎臟細(xì)胞鐵離子的儲(chǔ)存,減少鐵離子的輸出,改善腎性貧血癥狀。當(dāng)歸多糖能夠改善腎臟組織炎癥微環(huán)境[43],枸杞多糖通過(guò)降低C反應(yīng)蛋白(C-reactive protein, CRP)及腎皮質(zhì)中糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)和血管緊張素Ⅱ(angiotensin II, AngⅡ)含量,減少內(nèi)皮細(xì)胞損傷,從而減少炎癥因子(MCP-1、ICAM-1、TGF-β、TNF-α)的釋放[44]。進(jìn)一步加強(qiáng)腎小球過(guò)濾功能,延緩蛋白尿的出現(xiàn),減輕糖尿病腎臟組織炎癥損傷和腎性貧血癥狀。

2.1.4 減少線粒體功能障礙

植物多糖的抗氧化作用可恢復(fù)線粒體功能,抗凋亡作用可抑制線粒體細(xì)胞凋亡,維持線粒體穩(wěn)態(tài)。其中抗凋亡作用主要通過(guò)2種途徑實(shí)現(xiàn)：一是內(nèi)在凋亡途徑,主要由線粒體介導(dǎo)；二是外在凋亡途徑,由死亡受體介導(dǎo)[45]。線粒體受損時(shí),線粒體形態(tài)改變,膜通透性改變,細(xì)胞色素c釋放到細(xì)胞質(zhì)中,進(jìn)一步觸發(fā)腎小管上皮細(xì)胞凋亡,線粒體靶向治療可能預(yù)防腎臟發(fā)病和疾病進(jìn)展。黃芪多糖作用于順鉑誘導(dǎo)的小鼠急性腎損傷時(shí),通過(guò)線粒體介導(dǎo)的內(nèi)在凋亡途徑抑制細(xì)胞凋亡[46]。降低了細(xì)胞通透性,減少了細(xì)胞膜過(guò)渡孔的開放,抑制了細(xì)胞色素c釋放到細(xì)胞質(zhì)中,從而減少線粒體空泡化,使線粒體形態(tài)恢復(fù)正常。

2.1.5 修復(fù)HK-2細(xì)胞損傷

植物多糖和化學(xué)修飾過(guò)的多糖可修復(fù)人腎近端小管上皮細(xì)胞(human kidney-2,HK-2)損傷,通過(guò)阻礙細(xì)胞周期,抑制晶體的成核、聚集和粘附,加強(qiáng)受損細(xì)胞的清除,從而抑制腎結(jié)石的形成。一旦腎上皮細(xì)胞受損,細(xì)胞表面會(huì)分布表達(dá)透明質(zhì)酸、磷脂酰絲氨酸等負(fù)電荷分子[47],這些分子進(jìn)一步損傷細(xì)胞,加重腎臟結(jié)石形成的危險(xiǎn),多糖可修復(fù)這些損傷。黃芪多糖[48]和硒化黃芪多糖具有修復(fù)活性,能修復(fù)損傷的HK-2細(xì)胞,清除·OH和DPPH自由基,減少活性氧積聚,抑制草酸鈣晶體的生長(zhǎng),誘導(dǎo)草酸鈣二水合物的形成,提高晶體的絕對(duì)電位,抑制晶體的聚集。HAN等[49]的研究進(jìn)一步證實(shí)了黃芪多糖,尤其是分子質(zhì)量為4.72 kDa的多糖,通過(guò)在表面覆蓋晶體,阻斷晶體與細(xì)胞受體的相互作用,從而抑制細(xì)胞粘附,促進(jìn)二水草酸鈣納米晶體對(duì)受損細(xì)胞的內(nèi)吞作用,預(yù)防腎結(jié)石的形成,表明植物多糖對(duì)腎臟細(xì)胞損傷具有修復(fù)作用。

2.1.6 調(diào)節(jié)信號(hào)通路

2.1.6.1 HMGB1-TLR4 信號(hào)通路

Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)可以識(shí)別組織損傷時(shí)產(chǎn)生的損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular pattern, DAMP)[50],HMGB1是一種高度保守的非組蛋白核蛋白[51],其與TLR4結(jié)合,激活下游信號(hào)通路,引發(fā)局部炎癥,導(dǎo)致糖尿病腎病。柴胡多糖有抑制TLR4過(guò)表達(dá)的趨勢(shì),且能明顯抑制HMGB1的表達(dá),下調(diào)其下游信號(hào)通路NF-kB通路,顯著降低促炎性細(xì)胞因子(IL-6、TNF-α)的水平,通過(guò)抑制HMGB1-TLR4信號(hào)通路的活性,減輕了反饋過(guò)程,防止了糖尿病小鼠腎臟損傷的發(fā)生[15]。TLR22也是TLRs家族中的一員,其接頭蛋白髓樣分化因子(MyD88)和Toll樣接頭蛋白1(TRIF)及其下游通路相關(guān)蛋白的激活可引起免疫性腎損傷。當(dāng)歸多糖孵育點(diǎn)帶石斑魚頭腎白細(xì)胞后,可激活TLR22,并下調(diào)接頭蛋白MyD88基因的表達(dá),上調(diào)TRIF基因的表達(dá),TRIF被激活后,其激活下游通路蛋白,從而激活轉(zhuǎn)錄因子IRF3,MHCⅡ-β與TNF-α,促進(jìn)細(xì)胞免疫因子釋放,進(jìn)而發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能[52]。

2.1.6.2 TGF/Smads通路

在腎臟中,TGF-β1可促進(jìn)纖維細(xì)胞生長(zhǎng),增加細(xì)胞外基質(zhì)含量,最終導(dǎo)致腎臟硬化[53]。Smad分子是參與TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)的一族蛋白,在腎病的發(fā)展中,Smad2、Smad3被認(rèn)為是起主要作用的蛋白[54],而Smad7的表達(dá)則可以抑制TGF-β1信號(hào)通路[55]。黃芪多糖對(duì)糖尿病大鼠腎臟具有保護(hù)作用,其機(jī)制主要是抑制TGF-β1的下游因子Smad2、Smad3的表達(dá),同時(shí)增加了Smad7因子的蛋白表達(dá)和生物活性[53]?？扇苄源蠖苟嗵峭ㄟ^(guò)下調(diào)TGF-β和抑制Smad3蛋白磷酸化,同時(shí)降低α-SMA的表達(dá),阻止腎臟纖維化進(jìn)程[56]。其下調(diào)TGF-β1是通過(guò)減少TGF-β1引起的纖維化標(biāo)志物：膠原蛋白、纖連蛋白和α-平滑肌動(dòng)蛋白的表達(dá)抑制TGF-β1的mRNA表達(dá)水平。結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(connective tissue growth factor, CTGF)是TGF-β通路的下位蛋白,參與調(diào)控TGF-β受體與配體的表達(dá),結(jié)合其他蛋白共同保證了信號(hào)傳導(dǎo)的順利進(jìn)行。當(dāng)歸多糖作用于糖尿病腎病大鼠的腎臟時(shí),不僅抑制了TGF-β本身的表達(dá),而且抑制了TGF-β通路的下路蛋白CTGF的表達(dá),阻止TGF-β受體與TGF-βⅠ,TGF-βⅡ配體的結(jié)合,阻止了腎小管上皮細(xì)胞向纖維化細(xì)胞轉(zhuǎn)換[57]。表明植物多糖可以通過(guò)抑制TGF/Smad信號(hào)通路的傳導(dǎo)改善慢性腎功能衰竭小鼠腎臟的功能。

2.1.6.3 p38 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信號(hào)通路

p38 MAPK信號(hào)通路是MAPKs信號(hào)通路的成員之一,通過(guò)它可以控制細(xì)胞的生長(zhǎng)和凋亡。一些促炎癥因子如TNF-α和IL-6等都可以激活p38 MAPK信號(hào)通路,繼而引發(fā)炎癥反應(yīng)[58]。陳偉等[59]發(fā)現(xiàn)黃芪多糖通過(guò)下調(diào)血清中乳酸脫氫酶及炎癥因子、IL-1β、TNF-α水平,使細(xì)胞中磷酸化p38 MAPK蛋白水平降低,抑制p38 MAPK信號(hào)通路的激活，減輕缺氧復(fù)氧腎小管上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。P38 MAPK信號(hào)通路可以激活核轉(zhuǎn)錄因子,與下游目的蛋白結(jié)合,進(jìn)一步加重腎臟細(xì)胞損傷。山藥多糖能顯著降低腎內(nèi)組織醛糖還原酶水平,抑制p-p38 MAPK與核轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合,調(diào)控下游目的蛋白p-CREB蛋白的高表達(dá),減少細(xì)胞外基質(zhì)積聚,減輕糖尿病腎病小鼠的腎臟纖維化程度[60]。虎杖多糖通過(guò)降低血清中肌酐、尿素氮水平,下調(diào)p38 MAPK mRNA水平,抑制TNF-α、p38 MAPK、p-p38 MAPK、p-ATF2蛋白表達(dá),阻止p38 MAPK/ATF2 TNF-α信號(hào)通路的激活,同時(shí)減少脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(NGAL)和腎損傷分子-1(kidney injury molecule 1,KIM-1) mRNA在腎組織的表達(dá),抑制炎癥因子IL-1β,IL-6的產(chǎn)生,減少炎癥反應(yīng),表明虎杖多糖對(duì)慶大霉素誘導(dǎo)的急性腎損傷有保護(hù)作用[61]。

2.1.6.4 多種信號(hào)通路聯(lián)合

大量研究表明,細(xì)胞內(nèi)的多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)改善腎臟組織細(xì)胞損傷有協(xié)同作用。在高糖誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞NRK-52E細(xì)胞模型中,褐藻多糖硫酸脂[62](fucoidan, FPS)通過(guò)抑制蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)涉及的信號(hào)通路和TGF-β信號(hào)通路來(lái)減緩腎纖維化過(guò)程。FPS通過(guò)下調(diào)PKC-α、PKC-β2表達(dá),抑制細(xì)胞內(nèi)的PKC信號(hào)通路的激活,進(jìn)而抑制PKC調(diào)節(jié)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等不同的生物功能的表達(dá),同時(shí)下調(diào)TGF-β1和P-選擇素的表達(dá),有效緩解高糖產(chǎn)生的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。此外,海帶多糖也可通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β信號(hào)通路抑制Smad3表達(dá),同時(shí)抑制MAPKs,NF-kB信號(hào)通路的激活可預(yù)防阿霉素誘導(dǎo)的小鼠急性腎損傷[63]。海帶多糖顯著抑制了阿霉素誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠腎臟中p-p65、p-p38、p-erk1/2和p-jnk的增強(qiáng),降低細(xì)胞因子和間質(zhì)標(biāo)記物脫蛋白的蛋白水平,增加足細(xì)胞結(jié)構(gòu)標(biāo)記物的蛋白水平。

2.2 植物多糖作用于腎臟組織微環(huán)境

除了直接作用于腎臟細(xì)胞外,植物多糖還可調(diào)控腎臟細(xì)胞的微環(huán)境,通過(guò)改善機(jī)體血管鈣化,調(diào)節(jié)腸道菌群,提高機(jī)體免疫力等方面間接預(yù)防或修復(fù)腎細(xì)胞損傷。

2.2.1 阻止血管鈣化

導(dǎo)致慢性腎病患者高死亡率的因素之一是血管鈣化等心血管類疾病,植物多糖能通過(guò)抑制血管鈣化減緩腎功能衰竭進(jìn)程。在腺嘌呤誘導(dǎo)的慢性腎功能衰竭小鼠模型中,海帶多糖能夠減輕鈣磷鹽在主動(dòng)脈沉積,降低主動(dòng)脈堿性磷酸酶活性,以及血清中甲狀旁腺素和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23(fibroblast growth factor, FGF-23)的含量,有效減緩主動(dòng)脈鈣化水平[34]。血管平滑肌細(xì)胞是主動(dòng)脈血管膜的重要組成成分之一,當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)炎癥或代謝紊亂時(shí),血管平滑肌細(xì)胞逐漸轉(zhuǎn)分化為類成骨細(xì)胞,激活成骨細(xì)胞相關(guān)蛋白的表達(dá),成骨細(xì)胞能夠主動(dòng)沉積羥基磷灰石,并加深血管鈣化程度。HUANG等[64]的研究進(jìn)一步表明了紫菜多糖可通過(guò)降低堿性磷酸酶活性,降低軟骨細(xì)胞相關(guān)因子、骨橋蛋白和骨鈣素的表達(dá),從而使羥基磷灰石晶體附著于細(xì)胞表面而減少其進(jìn)入細(xì)胞的數(shù)量,有效抑制血管平滑肌細(xì)胞損傷向成骨細(xì)胞分化,明顯抑制主動(dòng)脈鈣水平。同時(shí)紫菜多糖也可抑制血清肌酐、血清磷和血清尿素氮水平。

2.2.2 調(diào)節(jié)腸道菌群

植物多糖可調(diào)節(jié)腸道微生物菌群失調(diào),保護(hù)菌群的多樣性,影響免疫系統(tǒng)變化,通過(guò)腎、腸間的相互作用治療糖尿病腎病。柴胡多糖增加了腸道有益菌群的數(shù)量,保護(hù)了菌群的多樣性,因而對(duì)腸道菌群的生態(tài)失調(diào)具有調(diào)節(jié)作用[65]。多糖被腸道間的微生物菌群分解為可直接消化吸收的單糖組分,通過(guò)代謝循環(huán)到達(dá)腎臟宿主細(xì)胞,進(jìn)而與宿主細(xì)胞結(jié)合,改善糖尿病腎病。

2.2.3 提高機(jī)體免疫力

植物多糖能夠通過(guò)與巨噬細(xì)胞表面受體結(jié)合激活巨噬細(xì)胞,誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化,進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)通路,增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的增殖和吞噬活性,提高機(jī)體免疫力[66-67],改善免疫性腎損傷。體外對(duì)大黃花魚原代頭腎巨噬細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)表明,黃芪多糖和黃芪多糖脂質(zhì)體均能抑制ROS的產(chǎn)生,促進(jìn)NO的生成[68]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也表明,兩者均能提高血清總蛋白和白蛋白含量,提高血清非特異性免疫酶、堿性磷酸酶和溶菌酶活性,增強(qiáng)頭腎巨噬細(xì)胞的吞噬活性。表明黃芪多糖可改善大黃花魚腎細(xì)胞的損傷,其機(jī)制可能與植物多糖可提高機(jī)體免疫力,減少炎癥反應(yīng)有關(guān)。

3 總結(jié)與展望

近年來(lái),由于環(huán)境污染以及人們不健康的生活方式,使得腎臟功能嚴(yán)重受損,腎臟疾病發(fā)病率逐年升高。目前治療腎損傷的策略主要為連續(xù)性腎臟替代治療[69],但易出現(xiàn)出血、血栓、血液感染等并發(fā)癥從而嚴(yán)重影響治療效果。一些治療糖尿病腎病的藥物如二甲雙胍[70]雖然可以抑制葡萄糖的吸收,但可能導(dǎo)致腎臟功能衰退者乳酸中毒。而植物多糖可以減少乳酸在體內(nèi)堆積,促進(jìn)CO2、H2O,無(wú)機(jī)鹽,尿素等代謝產(chǎn)物的排出,植物多糖還具有較好的生物相容性,與靶細(xì)胞作用的時(shí)間長(zhǎng),代謝產(chǎn)物更易于分解等優(yōu)點(diǎn),這可能成為替代傳統(tǒng)的減阻聚合物環(huán)氧乙烷的新選擇[37]?；谥参锒嗵蔷哂携熜э@著、來(lái)源廣泛且毒副作用小等特點(diǎn),更多的研究者們聚焦于其抗腎損傷的研究并取得了一定的成果。目前的研究表明,植物多糖對(duì)糖尿病腎病、缺血再灌注腎損傷、重金屬腎損傷、化學(xué)性腎損傷及藥物性腎損傷等具有明顯的干預(yù)作用。植物多糖抗腎損傷的作用機(jī)制也呈現(xiàn)多樣化,一方面表現(xiàn)為通過(guò)抑制氧化應(yīng)激,調(diào)節(jié)代謝紊亂,抑制炎癥反應(yīng),減少線粒體功能障礙,調(diào)節(jié)信號(hào)通路直接作用于腎臟組織,修復(fù)細(xì)胞損傷。另一方面通過(guò)阻止血管鈣化,調(diào)節(jié)腸道菌群,提高機(jī)體免疫力等作用于腎臟組織微環(huán)境,影響其他器官進(jìn)而恢復(fù)和保護(hù)腎臟形態(tài)和生理功能。

由于腎臟病的誘發(fā)因素眾多,發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜,目前植物多糖抗腎損傷更全面的機(jī)制仍不明確。因此,提出以下幾點(diǎn)建議：(1)結(jié)合現(xiàn)代研究技術(shù),如紅外光譜、氣相色譜、高效液相色譜、高效陰離子交換色譜及氣相色譜分析-質(zhì)譜法等,進(jìn)一步明確植物多糖發(fā)揮抗腎損傷活性的單糖組成、分子結(jié)構(gòu)及修飾方法,為多糖的構(gòu)效關(guān)系提供新思路;(2)可把植物中的多糖與其他有效成分(黃酮類、生物堿、皂苷、萜類、醌類、酚類、生物酶、蛋白組分等)聯(lián)合起來(lái),采用體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式,為開發(fā)抗腎損傷的功能性食品奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ);(3)把植物多糖作為一種治療潛在或輕度腎功能損傷患者的藥物替代物或輔助治療劑,在多組學(xué)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上,從脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝角度去探索植物多糖對(duì)腎損傷的防御機(jī)制,同時(shí)為深度開發(fā)利用藥食同源類植物治療腎損傷的有效成分提供科學(xué)依據(jù)。植物多糖作為一種有效抗腎損傷的生物大分子,目前的研究還不成熟,仍需要廣大學(xué)者從不同角度不同層次繼續(xù)進(jìn)行深入探索,以期推動(dòng)其在食品保健品領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。