槲皮素對晶狀體保護(hù)作用的研究進(jìn)展

劉 鵑，康剛勁

0 引言

在世界范圍內(nèi)，白內(nèi)障占致盲性眼病中的第一位，在我國，白內(nèi)障致盲數(shù)約占總體盲人數(shù)量的一半。目前白內(nèi)障手術(shù)雖然趨于完善并廣泛應(yīng)用，但仍存在一定手術(shù)風(fēng)險，且患者承受的手術(shù)心理壓力及費用也較大，若能延緩白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展將有重要的臨床及科研意義。

白內(nèi)障的發(fā)生是多種因素長期綜合作用的結(jié)果，涉及細(xì)胞生命活動的各個環(huán)節(jié)。深入研究這些環(huán)節(jié)及彼此聯(lián)系，有可能更好地闡明白內(nèi)障發(fā)病機制，并尋找到作用更明確、更有效的治療藥物與方法。研究表明，槲皮素(quercetin，QUE)對晶狀體具有抗氧化、清除自由基、抗凋亡等藥理活性。

1 槲皮素的簡介

槲皮素化學(xué)名為 3，3'，4，5，7 － 五羥基黃酮，化學(xué)分子式為C15H10O7，相對分子質(zhì)量為302.24。槲皮素及其衍生物廣泛分布于多種植物的葉、花、果實中，多以苷的形式存在，是植物界分布最廣的黃酮類化合物，具有多種生物活性和很高的藥用價值，也是人類飲食中最主要的生物類黃酮之一［1］。近年來，國內(nèi)外醫(yī)藥工作者對槲皮素的研究日益增多，發(fā)現(xiàn)其具有許多藥理活性，包括抗氧化、抗炎、降血壓、抗血小板聚集、抗癌變、抗衰老、抗突變、抗動脈粥樣硬化等。槲皮素可通過作用于蛋白激酶和脂質(zhì)激酶信號通路等方式，發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。槲皮素的抗氧化作用與分子結(jié)構(gòu)中B環(huán)和位點3的酚羥基基團有關(guān)。槲皮素分子結(jié)構(gòu)中，位點6的羥基基團去除化和位點3，3'，4'基團的羥基化可使其發(fā)揮抗病毒的作用。槲皮素C環(huán)C3位的羥基被糖基取代后其抗腫瘤活性會顯著下降。

2 槲皮素對晶狀體的保護(hù)作用及機制

晶狀體上皮細(xì)胞擔(dān)負(fù)著晶狀體的生長、分化和損傷修復(fù)，在保持整個晶狀體透明性和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定上起重要作用。已有研究證明，這層細(xì)胞在生長過程中易受到各種可避免或不可避免誘發(fā)因素的影響而發(fā)生晶狀體的混濁，形成白內(nèi)障。飲食在白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，流行病學(xué)調(diào)查表明，攝入大量蔬菜和水果可以降低白內(nèi)障發(fā)生風(fēng)險［2］。隨著對槲皮素作用的深入了解，其對晶狀體的保護(hù)作用已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［3］。目前發(fā)現(xiàn)槲皮素可從以下幾方面抑制白內(nèi)障的形成。

2.1 抗氧化作用 自由基反應(yīng)是機體正常生物代謝過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。在正常人的晶狀體及房水中存在一定數(shù)量的自由基及抗氧化物質(zhì)，保護(hù)其免受氧化損傷，生理狀態(tài)下二者處于動態(tài)平衡。晶狀體抗氧化損傷主要有兩道屏障:第一道是酶性自由基清除劑系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)和谷胱甘肽過氧化酶(glutathion peroxidase，GSH－Px)等;第二道是低分子抗氧化劑系統(tǒng)，包括還原型谷胱甘肽(reduced glutathione，GSH)、維生素E、抗壞血酸和β－胡蘿卜素等。

氧化作用是白內(nèi)障發(fā)生的重要原因，也被認(rèn)為是成熟期白內(nèi)障發(fā)展的始動因素［4］。自由基和超氧陰離子通過氧化損傷多種生物分子(DNA，膜脂和蛋白質(zhì))，使細(xì)胞功能障礙，甚至誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或壞死［5］。研究表明，氧化損傷能引起轉(zhuǎn)化生長因子82/Smad－4和calpains等因子表達(dá)增強，誘導(dǎo)人晶狀體上皮細(xì)胞(lens epithelial cells，LECs)凋亡并最終導(dǎo)致白內(nèi)障的形成。分析人白內(nèi)障結(jié)果表明，氧化型谷胱苷肽、氧化膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化硫醇減少，形成半胱氨酸、蛋氨酸亞砜、混合二硫化物和蛋白質(zhì)二硫化物。

槲皮素的抗氧化作用機制主要為清除自由基和超氧陰離子。作用機制主要有3條途徑:(1)與超氧陰離子絡(luò)合從而減少氧自由基產(chǎn)生;(2)與鐵離子絡(luò)合而阻止羥自由基形成;(3)抑制醛糖還原酶，減少NADPH消耗，從而提高機體抗氧化能力［6］。槲皮素通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號分子保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷［7］。轉(zhuǎn)錄因子NF－E2相關(guān)因子2(Nrf2)是細(xì)胞抗氧化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的重要反應(yīng)元件，在抗氧化相關(guān)蛋白的基因表達(dá)中起重要作用。Oliva等［8］在研究酒精肝時指出，槲皮素是一種有效的、低毒性的抗氧化劑，能夠延緩或阻止氧化應(yīng)激帶來的損傷。在此實驗中，槲皮素能夠顯著增加Nrf2的表達(dá)，提高細(xì)胞的抗氧化能力，可望成為一種有效防止氧化應(yīng)激致機體損傷的臨床應(yīng)用藥劑。實驗研究證明，α－生育酚和槲皮素的混合物較單一的α－生育酚有明顯延遲的耗氧作用［9］。Dugas等［10］認(rèn)為槲皮素清除氧自由基的能力是Trolox的7倍。另有學(xué)者認(rèn)為，槲皮素能有效抑制H2O2誘導(dǎo)的晶狀體混濁［11］。Yin等［12］研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素能夠恢復(fù)因紫外線照射而抑制的過氧化氫酶的活力和提高GSH/GSSG比例，從而減少細(xì)胞DNA的損傷和免疫炎癥反應(yīng)。Isai等［13］研究亞硒酸誘導(dǎo)的白內(nèi)障大鼠，發(fā)現(xiàn)槲皮素能降低晶狀體的混濁程度。

2.2 抑制晶狀體醛糖還原酶作用 Brownlee提出糖尿病并發(fā)癥的統(tǒng)一機制學(xué)說:發(fā)生糖尿病并發(fā)癥的途徑－多元醇途徑、糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)途徑、蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途徑和氨基己糖途徑，均是在高糖環(huán)境下，由線粒體呼吸鏈中氧自由基生成過多導(dǎo)致的結(jié)果［14］。目前，槲皮素對糖尿病并發(fā)癥的體內(nèi)研究大多集中在心、肝和腎等方面，它能降低糖尿病動物的血糖，保護(hù)肝臟胰島β細(xì)胞死亡［15］，減少腎功能損害［16］，保護(hù)心臟功能［17］等。對糖尿病眼病，特別是白內(nèi)障的研究甚少。研究表明，糖代謝過程中的多元醇通路與糖尿病性白內(nèi)障的發(fā)生有密切關(guān)系［18］。

醛糖還原酶是多元醇代謝通路中的限速酶，其他還原酶抑制劑則可以有效地改善糖尿病患者多元醇代謝通路異常［19］，因此醛糖還原酶抑制劑可預(yù)防和延緩糖尿病性白內(nèi)障的發(fā)生。當(dāng)血糖升高時，催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為6－磷酸葡萄糖的己糖激酶被飽和，刺激醛糖還原酶的生成，使其活性明顯增強，超過正常的4倍，激活山梨醇通路。山梨醇由于自身的極性不易透過細(xì)胞膜，在細(xì)胞內(nèi)堆積大量山梨醇。Varma等對黃酮類化合物進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)槲皮素、槲皮苷等8種黃酮類化合物具有抑制醛糖還原酶作用。Chethan等［20］發(fā)現(xiàn)槲皮素對醛糖還原酶非競爭抑制作用在類黃酮中最強。

Van Heyningen［21］首次報道了在糖尿病性白內(nèi)障小鼠眼的晶狀體中存在醛糖還原酶，并闡明晶狀體中的聚醇途徑，并且首次提出糖尿病患者晶狀體病變與多元醇通路的激活有關(guān)。此后大量的研究證實，多元醇通路活性增加導(dǎo)致晶狀體組織山梨醇大量儲積是糖尿病性白內(nèi)障的重要發(fā)病機制。Kador等［22］和 Kinoshita［23］經(jīng)研究證明，醛糖還原酶在糖尿病性白內(nèi)障的發(fā)病中起著關(guān)鍵性的作用。經(jīng)觀察槲皮素、柚皮素等7種中藥提取物對醛糖還原酶的抑制作用，結(jié)果表明槲皮素對大鼠晶狀體醛糖還原酶的抑制作用最強。Shao等［24］在研究中發(fā)現(xiàn)，槲皮素和根皮素在清除活性二羰基時有累加效應(yīng)，認(rèn)為可防止糖尿病并發(fā)癥發(fā)生。

2.3 抑制晶狀體上皮細(xì)胞凋亡作用 細(xì)胞凋亡是在基因調(diào)控下的細(xì)胞程序性死亡，近年來的研究表明，晶狀體上皮細(xì)胞凋亡是除先天性白內(nèi)障外各種白內(nèi)障的共同細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。紫外線、H2O2和高糖等可通過不同路徑引起LECs的凋亡，形成白內(nèi)障。在分別用過氧化氫、鈣離子滲入及紫外線照射等誘發(fā)白內(nèi)障實驗中，均發(fā)現(xiàn)在晶狀體混濁前有LECs過度凋亡，而在正常人晶狀體則幾乎沒有凋亡細(xì)胞。Clark等［25］用H2O2處理鼠晶狀體，結(jié)果表明c－fos mRNA水平明顯上調(diào)，相似的結(jié)果在鈣和紫外線處理的鼠LECs中亦證實。JNK信號通路多在應(yīng)激條件下激活，能將細(xì)胞外刺激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及其核內(nèi)，與細(xì)胞凋亡及應(yīng)激時的多種病理生理過程有關(guān)，JNK信號通路在紫外線和DMSO等誘導(dǎo)LECs凋亡的過程中起重要作用［26］。LECs發(fā)生凋亡時，晶狀體的生長就會停止并出現(xiàn)LECs的片狀脫落，晶狀體的穩(wěn)定性被破壞，細(xì)胞膜通透性增加，離子代謝紊亂，酶活性改變，并最終導(dǎo)致白內(nèi)障形成。

槲皮素對不同細(xì)胞凋亡的影響和作用是不同的，既可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，又能抑制正常細(xì)胞的凋亡。槲皮素可通過抑制LECs的凋亡過程而對晶狀體發(fā)揮保護(hù)作用。紫外線誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是通過LECs的DNA氧化性損傷引起的，槲皮素則可以在細(xì)胞遭受紫外線輻射前或后起到輻射防護(hù)的作用。Yao等［27］發(fā)現(xiàn)，紫外照射體外培養(yǎng)的LECs會誘導(dǎo)目標(biāo)分子如p38蛋白、JNK蛋白的磷酸化，激活核轉(zhuǎn)錄因子NF－κB和MAPK家族等信號通路的活化，從而誘發(fā)LECs凋亡。有實驗用Caco－2和HepG2細(xì)胞系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)槲皮素能顯著抑制H2O2誘發(fā)的DNA損傷［28］。H2O2誘導(dǎo)凋亡是由 C－Jun/Ap－1途徑介導(dǎo)的，槲皮素能抑制H2O2誘發(fā)的C－Jun的表達(dá)，說明槲皮素抑制凋亡是通過干擾C－Jun/Ap－1途徑完成的。研究還發(fā)現(xiàn)H2O2能誘導(dǎo)胸腺嘧啶磷酸化，而槲皮素則能抑制此過程。Milackova等［29］在動物實驗中，大鼠晶狀體經(jīng)高糖中處理后，槲皮素衍生物可顯著降低山梨糖醇的含量，認(rèn)為槲皮素可能對高糖誘導(dǎo)的人晶狀體上皮細(xì)胞的凋亡有保護(hù)作用。

綜上所述，槲皮素作為一種天然藥物，無明顯不良反應(yīng)，來源廣泛，具有多種生物學(xué)活性，對晶狀體的保護(hù)作用意義重大，將其開發(fā)為系統(tǒng)性或局部性預(yù)防及治療白內(nèi)障的天然藥物，具有廣闊的應(yīng)用前景。但槲皮素難溶于水，不利于機體吸收及利用，其溶劑的毒性也將限制其應(yīng)用，如二甲基亞砜可導(dǎo)致溶血、肝腎毒性等，最近有將生物可降解的微粒與槲皮素共同制備成膠囊，不僅增加其吸收，還可延長槲皮素的釋放周期;槲皮素對晶狀體保護(hù)作用的研究尚不完善，確切的有效濃度、最大濃度、組織毒性等尚無定論;大部分研究仍處于臨床前階段，極少進(jìn)入臨床研究，要廣泛用于臨床還需進(jìn)一步在作用濃度、組織毒性、作用途徑、劑型等方面進(jìn)行研究探索。隨著醫(yī)藥科技的快速發(fā)展，在充分的實驗研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展大樣本的臨床試驗研究和論證，將有助于促進(jìn)槲皮素在白內(nèi)障防治方面的開發(fā)和利用。

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