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花青素抗炎機(jī)制的研究進(jìn)展

2017-04-04 14:19楊霞王利李少偉韓璐郭曉明陳琦
山東醫(yī)藥 2017年18期
關(guān)鍵詞:可抑制花青素抗炎

楊霞,王利,李少偉,韓璐,郭曉明,陳琦

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,呼和浩特010059)

花青素抗炎機(jī)制的研究進(jìn)展

楊霞,王利,李少偉,韓璐,郭曉明,陳琦

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,呼和浩特010059)

花青素是一種存在于植物性食物中具有生物活性的化合物,具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)炎癥的能力,有助于防止神經(jīng)元疾病、心血管疾病、糖尿病等疾病的發(fā)生。花青素能通過抑制促炎細(xì)胞因子、細(xì)胞黏附分子、氧自由基的表達(dá),影響核轉(zhuǎn)錄因子κB及絲裂原活化蛋白激酶通路,介導(dǎo)一氧化氮、環(huán)氧合酶2的表達(dá)等發(fā)揮抗炎作用。其作為有效抗炎且安全的天然物質(zhì),具有廣闊的研究前景。

花青素;炎性細(xì)胞因子;絲裂原活化蛋白激酶;核轉(zhuǎn)錄因子;一氧化氮;活性氧;環(huán)氧合酶

花青素是一種存在于植物性食物中的具有生物活性的化合物,存在于植物的葉、莖、花和果實(shí)中,它賦予水果、蔬菜、花卉和谷物以橙色、紅色,紫色和藍(lán)色等明亮的顏色[1]。目前已報道的花青素有22大類600多種,其中最常見的有飛燕草色素、矢車菊色素、天竺葵色素、錦葵色素、芍藥色素和牽?;ㄉ?種,其中以紫甘薯、黑米、野生藍(lán)莓、葡萄、黑醋栗、黑豆種皮、越橘、黑樹莓等花青素含量較為豐富[2]。大量研究結(jié)果證實(shí),花青素具有較強(qiáng)的抗氧化、抗炎、抗癌等特性[3]。炎癥是一種非特異性免疫反應(yīng),可有效保護(hù)機(jī)體,防止病原體侵襲。急性炎癥是一個短期、自限過程,而慢性全身性促炎狀態(tài)可引發(fā)如胰島素抵抗、動脈粥樣硬化、2型糖尿病、代謝綜合征、心血管疾病、癌癥和神經(jīng)變性等疾病[4,5]。因此,控制炎癥發(fā)展可能是防治某些疾病的良好策略。目前,用于炎癥治療的藥物多為甾體類和非甾體類抗炎藥,而這些藥物不良反應(yīng)較大[6]。因此,尋找有效抗炎且安全的天然物質(zhì)取代抗炎藥物有廣闊的研究前景。研究表明,花青素在體內(nèi)和體外均有較強(qiáng)的抗炎活性,但這一效應(yīng)的確切機(jī)制尚未完全闡明。現(xiàn)對花青素的抗炎機(jī)制作一綜述。

1 炎性細(xì)胞因子

炎癥由多種分子調(diào)控,其中包括炎性細(xì)胞因子。炎性細(xì)胞因子之間的平衡是維持機(jī)體正常免疫狀態(tài)、自身穩(wěn)態(tài)和正常生理活動的關(guān)鍵因素,促炎和抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生由嚴(yán)格復(fù)雜的反饋機(jī)制控制。促炎細(xì)胞因子,如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β,其主要負(fù)責(zé)對病原體應(yīng)答,從而激活機(jī)體免疫系統(tǒng),消滅入侵者;而抗炎細(xì)胞因子,如脂連蛋白,其作用是促進(jìn)恢復(fù)機(jī)體正常狀態(tài),從而保持穩(wěn)態(tài)[7]。有研究[8]發(fā)現(xiàn),從黑大豆種皮中提取的花青素可抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的小鼠小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞BV2中促炎細(xì)胞因子,包括TNF-α、IL-1β的過度表達(dá)。Xu等[9]研究發(fā)現(xiàn),藍(lán)莓花青素可抑制LPS誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞RAW 264.7炎癥反應(yīng)中INF-γ、IL-1β和IL-6的表達(dá),且呈濃度依賴性??傊?,越來越多的研究表明花青素可以通過減少促炎細(xì)胞因子表達(dá),和(或)增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子表達(dá)發(fā)揮其抗炎作用。

2 絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)

MAPKs是與炎癥相關(guān)的重要信號途徑,可響應(yīng)不同刺激,繼之調(diào)節(jié)許多不同的細(xì)胞反應(yīng),包括細(xì)胞分化、有絲分裂和細(xì)胞凋亡。正常情況下,MAPKs的基本形式為可催化的無活性形式,需要磷酸化使其活化才能發(fā)揮效用[10]。MAPKs有3個重要的亞類:①細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)包括ERK1和ERK2,是將信號從表面受體傳導(dǎo)至細(xì)胞核的關(guān)鍵;磷酸化的ERK1/2從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi),進(jìn)而介導(dǎo)NF-κB、AP-1、Elk-1、ATF和c-Jun的轉(zhuǎn)錄活化。②氨基末端激酶(c-JNKs)又稱為應(yīng)激活化蛋白激酶(SAPK),在應(yīng)激條件下,激活的c-JNKs還可增加轉(zhuǎn)錄活性,特別是激活A(yù)P-1的轉(zhuǎn)錄活性[11]。③p38 MAPKs是公認(rèn)的MAPKs家族在控制炎癥反應(yīng)中最重要的成員之一,因其性質(zhì)與c-JNKs相似,又稱為SAPK2。大量研究表明,p38 MAPK信號通路的激活與炎性細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)的產(chǎn)生、環(huán)氧合酶2(COX-2)的誘導(dǎo)表達(dá)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)的表達(dá)等有密切聯(lián)系[12]。這些MAPKs由炎性細(xì)胞因子及其他應(yīng)激源激活,它們的激活與炎癥有關(guān)的疾病相關(guān),如哮喘和自身免疫疾病等。

Sogo等[13]在研究飛燕草花青素對LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞的抗炎機(jī)制中發(fā)現(xiàn),花青素可抑制MEK1/2的磷酸化以及ERK1/2上游的酶,MEK/ERK表達(dá)下調(diào)。有研究[8]表明,從黑大豆種皮中提取的花青素可顯著抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞BV2中ERK、c-JNKs、p38 MAPKs的磷酸化。Medda等[14]在研究黑樹莓花青素對人類食管和腸道微血管內(nèi)皮細(xì)胞的抗炎中發(fā)現(xiàn),內(nèi)皮細(xì)胞中磷酸化的p44/42 MAPK和JNK顯著降低??偠灾?,大量研究證實(shí)花青素可以通過MAPKs途徑發(fā)揮其抗炎作用。

3 NF-κB信號通路

NF-κB信號通路是大多數(shù)代謝信號與炎癥之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[15]。具體來說,NF-κB是在細(xì)胞中廣泛表達(dá)的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子,其對氧化應(yīng)激和炎癥敏感。正常情況下,NF-κB與抑制蛋白IκB有高度親和力,與其結(jié)合后以無活性形式存在于細(xì)胞質(zhì)中[4]。當(dāng)暴露在刺激環(huán)境中時,IκB激酶(IKK)磷酸化IκB,IκB的磷酸化致其解離,使NF-κB轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核,與κB調(diào)控元件結(jié)合,進(jìn)而激活基因表達(dá),如促炎性細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子(CAM)、iNOS、COX-2等[16,17]。

眾多研究顯示,花青素能夠調(diào)控NF-κB信號通路發(fā)揮抗炎作用。Jeong等[8]研究發(fā)現(xiàn),花青素可明顯抑制小鼠小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞BV2中LPS誘導(dǎo)的IκB的降解和NF-κB p65的核易位,從而下調(diào)促炎介質(zhì),包括一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)和促炎細(xì)胞因子如IL-1β和TNF-α的產(chǎn)生。有研究[18]發(fā)現(xiàn),在矢車菊色素對于膽固醇代謝的調(diào)節(jié)和抗炎作用中,部分是通過抑制NF-κB從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核從而減少炎癥的靶向基因的表達(dá),如單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP1)、細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)和轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGFβ1)。有趣的是,矢車菊色素在TNF-α誘導(dǎo)的人血管內(nèi)皮細(xì)胞中,可顯著抑制NF-κB活化,而不能抑制核轉(zhuǎn)移。研究[19]發(fā)現(xiàn),從黑大豆種皮提取的花青素可抑制幽門螺桿菌感染的胃癌細(xì)胞AGS中IκB的磷酸化,且呈劑量依賴性抑制??傊?,花青素已經(jīng)顯示出其可以影響NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,包括IκB的降解、NF-κB的核轉(zhuǎn)移及活化發(fā)揮其抗炎特性。

4 NO和一氧化氮合酶(NOS)

NO是炎癥反應(yīng)過程中的重要信使分子,在炎癥反應(yīng)中起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用,如影響炎性因子的表達(dá)、抑制NF-κB的激活等。iNOS通常以無活性存在,促炎細(xì)胞因子NF-κB或MAPKs可誘導(dǎo)其活化,由此產(chǎn)生大量NO[20]。此外,內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)可調(diào)節(jié)由iNOS催化產(chǎn)生的高量NO,從而維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。因此,增加eNOS的表達(dá)量也可以抑制炎癥反應(yīng),發(fā)揮保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的作用。有研究[19]表明,黑大豆種皮花青素提取物作用的幽門螺旋桿菌感染的人胃上皮細(xì)胞和LPS誘導(dǎo)的BV-2細(xì)胞中,iNOS表達(dá)顯著減少,NO生成減少。在二甲花翠素-3-葡萄糖苷處理的過氧亞硝酸鹽刺激的牛動脈內(nèi)皮細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn)iNOS的表達(dá)受抑制,eNOS表達(dá)上調(diào)[21]。總之,越來越多的研究表明花青素可抑制iNOS的表達(dá)以及上調(diào)eNOS的表達(dá),從而減弱在氧化應(yīng)激下NO的過量產(chǎn)生而引起的有害炎癥。

5 活性氧(ROS)

ROS又稱氧自由基,是存在于機(jī)體組織細(xì)胞內(nèi)的非特異性損傷因素。當(dāng)機(jī)體處于急性炎癥時,巨噬細(xì)胞在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的ROS,可有效清除和消滅外源異物。而當(dāng)急性炎癥轉(zhuǎn)化為慢性炎癥時,ROS的產(chǎn)生失去控制會促進(jìn)炎癥因子活躍,加劇炎癥反應(yīng)并且可能造成細(xì)胞的基因突變,繼而誘發(fā)細(xì)胞癌變[22]。因此,調(diào)節(jié)體內(nèi)ROS平衡,是抵抗炎癥的重要環(huán)節(jié)。超氧化物歧化酶(SOD)是清除體內(nèi)ROS的關(guān)鍵酶,并能減弱ROS對組織細(xì)胞的破壞,可用來反映ROS損傷機(jī)體的程度[23]。花青素屬于類黃酮化合物,結(jié)構(gòu)本身具有一定數(shù)目的酚羥基,這一結(jié)構(gòu)使其具備了清除ROS的特性,并呈現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化特性[24]。研究[25]發(fā)現(xiàn),金葉女貞果實(shí)花青素可抑制二甲苯所致小鼠耳廓腫脹,提高小鼠血清SOD水平從而發(fā)揮其抗炎和鎮(zhèn)痛作用。Kim等[19]研究發(fā)現(xiàn),黑大豆種皮花色苷可呈劑量依賴性抑制幽門螺桿菌感染的人胃上皮細(xì)胞中ROS的表達(dá),且抑制效果顯著??傊?,現(xiàn)已證實(shí)花青素有較強(qiáng)抗氧化性,其可通過抑制ROS的產(chǎn)生和增強(qiáng)SOD的表達(dá)發(fā)揮抗炎作用。

6 COX

COX是催化花生四烯酸(AA)生成血栓素(TX)和前列腺素(PG)的限速酶,包括兩種同工酶,即結(jié)構(gòu)型COX-1和誘導(dǎo)型COX-2。COX-1主要存在于正常的組織細(xì)胞中,如胃、血管等,催化產(chǎn)生前列腺素,維持機(jī)體正常的生理功能。COX-2在正常的健康組織細(xì)胞中表達(dá)不多,但在促炎促氧化介質(zhì)如IL-1α、IL-1β、TNF-α誘導(dǎo)后表達(dá)增加,參與AA轉(zhuǎn)化為各種類二十烷酸(如炎癥反應(yīng)PGE2和血管收縮劑PGF2a),調(diào)節(jié)炎癥、免疫、血管張力和血小板聚集[26]。PGE2是一類活性很強(qiáng)的炎癥介質(zhì),可加劇炎癥反應(yīng),并且PGE2有疼痛增敏作用[25]。此外,PGE2的產(chǎn)生常伴有大量ROS的生成,繼而引起細(xì)胞損傷。因此,可將COX-2作為炎癥檢測的標(biāo)志蛋白。

王正等[27]研究發(fā)現(xiàn),紫甘薯花青素處理的高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠前腦皮質(zhì)和海馬中的COX-2蛋白表達(dá)顯著下降。有研究表明,從黑大豆種皮中分離的花青素可抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞BV2中COX-2 mRNA表達(dá),從而發(fā)揮抗炎作用。Kim等[19]研究發(fā)現(xiàn),花青素處理的幽門螺桿菌感染的胃上皮細(xì)胞COX-2 mRNA表達(dá)量下降。王靜等[25]在金葉女貞果實(shí)花青素抗炎鎮(zhèn)痛的作用機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn),花青素處理組小鼠的血清PGE2水平降低,且高濃度花青素可抑制小鼠耳廓腫脹、腹腔毛細(xì)血管通透性的增加和肉芽腫的增生??傊?,大量研究顯示花青素可抑制COX-2的表達(dá),減少PGE2的產(chǎn)生,從而發(fā)揮其顯著的抗炎作用。

7 CAM

CAM是指由細(xì)胞產(chǎn)生的具有多種生物活性的膜表面糖蛋白,多位于白細(xì)胞表面和血管內(nèi)皮細(xì)胞,主要介導(dǎo)細(xì)胞之間、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞之間相互接觸及結(jié)合。ICAM-1與血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM-1)二者都是免疫球蛋白超家族中的成員,其主要作用是介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞與中性位細(xì)胞的黏附、白細(xì)胞活化和內(nèi)皮細(xì)胞損傷,在炎癥區(qū)域富集中性粒細(xì)胞,參與炎癥反應(yīng)中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),包括JAK/STAT和MAPKs等信號通路[28]。正常情況下,VCAM-1與ICAM-1主要在細(xì)胞表面表達(dá),而在血管內(nèi)皮細(xì)胞和其他非造血細(xì)胞中低水平表達(dá)。當(dāng)在炎癥刺激下,血漿VCAM-1和ICAM-1水平增高。反之,VCAM-1和ICAM-1表達(dá)下調(diào),炎癥被抑制[29]。因此,血漿VCAM-1和ICAM-1水平可作為內(nèi)皮細(xì)胞活化和炎癥相關(guān)程度的標(biāo)志。

研究表明,花青素可影響VCAM-1和ICAM-1的表達(dá)發(fā)揮抗炎作用。二甲花翠素可以抑制TNF-α誘導(dǎo)的人血管內(nèi)皮細(xì)胞中的ICAM-1和VCAM-1產(chǎn)生,在蛋白和mRNA水平上呈濃度依賴性抑制。用純化的花翠素-3-葡萄糖苷和矢車菊色素混合物處理LPS誘導(dǎo)的豬髂動脈內(nèi)皮細(xì)胞,可呈劑量依賴性地抑制VCAM-1的分泌[30]。Medda等[31]在研究黑樹莓提取物對人食管和腸道微血管內(nèi)皮細(xì)胞的抗炎和抗血管生成作用中發(fā)現(xiàn),花青素可顯著抑制ICAM-1和VCAM-1基因與蛋白表達(dá)。總之,大量研究表明細(xì)胞在各種應(yīng)激條件下,花青素可抑制ICAM-1和VCAM-1的表達(dá),繼而發(fā)揮其抗炎作用。

近年來,大量的研究報道證實(shí)花青素有較強(qiáng)的抗炎特性,其可能通過抑制促炎細(xì)胞因子、CAM、氧自由基的表達(dá),影響NF-κB及MAPKs通路及介導(dǎo)NO、COX-2的表達(dá)等發(fā)揮抗炎作用?;ㄇ嗨刈鳛橛行У目寡浊野踩奶烊晃镔|(zhì),具有取代抗炎藥物的廣闊的研究前景;然而,目前尚未有花青素作為臨床用藥的報道。因此,這需要更深層次的研究及創(chuàng)新,以期將花青素具體運(yùn)用到臨床疾病防治中。

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國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81460496)。

陳琦(E-mail: yongqi_1@163.com )

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.18.039

R284

A

1002-266X(2017)18-0106-04

2016-09-04)

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