大蒜素治療潰瘍性結(jié)腸炎的研究進(jìn)展

張文媛 王承黨

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科 福建醫(yī)科大學(xué)消化系病研究室(350005)

潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)是一種慢性、非特異性腸道炎癥性疾病，屬于炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)中的一種。UC病情呈反復(fù)發(fā)作過(guò)程，不但影響患者的生活、工作，且具有不同程度的致殘性，甚至癌變。UC的病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，目前的治療藥物主要包括氨基水楊酸制劑、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑、生物制劑以及糞菌制劑等，中醫(yī)中藥在UC治療中亦發(fā)揮較好的作用。但總體而言，UC尚缺乏特效藥物，現(xiàn)有治療藥物的療效存在個(gè)體差異、價(jià)格高昂、長(zhǎng)期使用安全性不明確等問(wèn)題，因此探尋更多的治療藥物是目前UC的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)大蒜素(allicin)可緩解UC的腸道黏膜炎癥。本文就大蒜素治療UC的研究進(jìn)展作一綜述。

一、大蒜素概述

大蒜是一種植物藥品，大蒜素為其主要有效成分，最早由Cavallito和Bailey于1944年發(fā)現(xiàn)[1]。約10 g單瓣食用大蒜最多可產(chǎn)生5 mg大蒜素，當(dāng)大蒜組織受到破壞(如咀嚼、搗碎)時(shí)，其鱗莖中的蒜氨酸酶在半胱氨酸酶的作用下釋放至細(xì)胞質(zhì)中，催化前體蒜氨酸產(chǎn)生烯丙基亞磺酸，后者縮合形成二烯丙基硫代亞磺酸酯(diallyl thiosulfinate)，即大蒜素[2]。大蒜素在加熱或蒸餾過(guò)程中迅速分解為多種易揮發(fā)的脂溶性化合物，包括二烯丙基二硫化物、二烯丙基硫化物、二烯丙基三硫化物和二氧化硫[3]，上述成份所占的份額因提取方法的不同而異。由于大蒜素具有很高的反應(yīng)活性和較低的熱穩(wěn)定性，因此難以獲得和儲(chǔ)存純大蒜素。2018年Lawson等[4]對(duì)食用大蒜素的吸收效率進(jìn)行了研究，受試者在進(jìn)食13種大蒜素補(bǔ)充劑和9種大蒜素制品后，將大蒜素濃度的曲線下面積與其主要呼吸代謝產(chǎn)物進(jìn)行比較，通過(guò)生物測(cè)試法測(cè)定受試者大蒜素的生物利用度，發(fā)現(xiàn)大蒜素膠囊制劑的生物利用度較高(26%～109%)，但若同時(shí)進(jìn)食高蛋白食物，生物利用度則降至22%～57%，此變化由胃排空速度減慢所致。

二、大蒜素對(duì)腸道菌群的影響

UC主要累及結(jié)直腸黏膜層和黏膜下層，是在遺傳背景下機(jī)體對(duì)腸道病原體和食物抗原等失去耐受，引起局部免疫失衡所致，腸道菌群失調(diào)是免疫反應(yīng)的始動(dòng)因素[5]。臨床上糞菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)對(duì)UC的療效亦證實(shí)了腸道菌群失調(diào)是腸道免疫穩(wěn)態(tài)失衡和免疫失耐受的重要原因[6]。腸道中的有益菌群通過(guò)刺激腸道免疫細(xì)胞，分泌免疫活性物質(zhì)，激活調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs細(xì)胞)發(fā)揮抗炎作用，亦可拮抗致病性菌群對(duì)腸道的損傷[7]。樹(shù)突細(xì)胞(DC)在腸道免疫屏障和腸道細(xì)菌移位的調(diào)控中亦發(fā)揮重要作用。

研究[8]發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷(失血性休克)大鼠腸道黏膜通透性顯著增加，腸內(nèi)細(xì)菌大量轉(zhuǎn)移至腸系膜淋巴結(jié)，大蒜素可抑制大鼠DC早期凋亡，提高免疫屏障功能，阻止腸內(nèi)細(xì)菌向腸外器官(如肝臟、脾臟和血液)轉(zhuǎn)移。Shi等[9]采用高通量測(cè)序法觀察高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠腸道微生物種群變化，發(fā)現(xiàn)大蒜素可顯著增加腸道有益菌群尤其是Akkermansia菌的相對(duì)豐度，其定居于人類腸道黏膜層，可增加腸道黏膜的厚度和功能；同時(shí)降低厚壁菌門(mén)、棒狀桿菌和乳桿菌的相對(duì)豐度。此外，該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)大蒜素亦可增加腸絨毛長(zhǎng)度、提高胰蛋白酶和脂肪酶活性，改善肥胖小鼠的代謝。因此，大蒜素對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用有望使其成為治療UC的潛在藥物，其作用機(jī)制與小檗堿對(duì)結(jié)腸炎大鼠的作用效應(yīng)類似[10]。

三、大蒜素對(duì)腸黏膜屏障的影響

目前普遍認(rèn)為以CD4+T細(xì)胞為主的免疫反應(yīng)在UC的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，Th1、Th2細(xì)胞及其調(diào)節(jié)因素可能成為主要的免疫靶點(diǎn)。UC患者腸道黏膜屏障功能異常、黏膜通透性增高、腸腔內(nèi)細(xì)菌抗原等移位至黏膜固有層，繼而激活免疫細(xì)胞，誘導(dǎo)黏膜免疫反應(yīng)異常；另一方面，激活的炎性細(xì)胞因子可直接破壞腸黏膜屏障，加重已產(chǎn)生的異常免疫反應(yīng)。

腸黏膜屏障主要由腸道黏膜基底膜、上皮細(xì)胞及其表面的黏液層組成。腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(intraepithelial lym-phocyte, IEL)是腸黏膜免疫的第一道防線，生理狀態(tài)下處于免疫耐受狀態(tài)。腸上皮細(xì)胞凋亡加速和(或)淋巴細(xì)胞凋亡減緩參與UC的發(fā)病，IEL凋亡時(shí)間延長(zhǎng)是導(dǎo)致腸道炎癥持續(xù)和進(jìn)展的關(guān)鍵因素[11]。既往研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。大蒜素可通過(guò)Bcl-2/Bax線粒體途徑、MAPK/ERK信號(hào)途徑和抗氧化酶系統(tǒng)誘導(dǎo)惡性膠質(zhì)細(xì)胞瘤等多種惡性腫瘤細(xì)胞的凋亡，這可能是大蒜素聯(lián)合抗癌藥物增敏的機(jī)制之一[12]。大蒜素亦可通過(guò)氧化谷胱甘肽，引起細(xì)胞氧化還原電位向相關(guān)范圍移動(dòng)，誘導(dǎo)酵母細(xì)胞凋亡[13]。

利用DNA缺口末端標(biāo)記技術(shù)(TUNEL)檢測(cè)大鼠結(jié)腸組織凋亡的淋巴細(xì)胞，結(jié)果顯示正常大鼠僅在表皮可見(jiàn)陽(yáng)性表達(dá)，而UC大鼠固有層亦見(jiàn)少量淋巴細(xì)胞凋亡，經(jīng)大蒜素治療后TUNEL染色陽(yáng)性表達(dá)的淋巴細(xì)胞數(shù)量明顯增加，即凋亡細(xì)胞明顯增加，同時(shí)Bcl-2陽(yáng)性淋巴細(xì)胞數(shù)量明顯減少，而B(niǎo)ax蛋白表達(dá)無(wú)明顯變化。推測(cè)大蒜素可通過(guò)延緩Bcl-2蛋白的合成速度促進(jìn)腸黏膜固有層淋巴細(xì)胞凋亡，從而對(duì)UC產(chǎn)生治療作用[14]。此外，大蒜素亦可改變線粒體巰基的氧化還原狀態(tài)、調(diào)節(jié)線粒體膜對(duì)某些凋亡蛋白前體的通透性，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞凋亡[15]。UC是引起結(jié)腸炎相關(guān)性結(jié)腸癌(colitis-associated colon cancer, CACC)的重要因素，邵淑麗等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素可上調(diào)結(jié)腸癌細(xì)胞株HT-29的Bax基因表達(dá)，從而誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。但大蒜素是否可預(yù)防CACC仍有待考證。

四、免疫反應(yīng)

不同亞群的淋巴細(xì)胞在IBD發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮的作用不同。在IBD小鼠腸黏膜固有層中發(fā)現(xiàn)大量CD4+T細(xì)胞浸潤(rùn)，而接受抗CD4單克隆抗體預(yù)處理的小鼠則不發(fā)生IBD， 提示以CD4+T細(xì)胞為主的免疫異常在IBD中起有重要作用[17]。CD4+T細(xì)胞主要亞型有Th1、Th2、Th17和Treg細(xì)胞，其中Th1細(xì)胞主要分泌干擾素-γ(IFN-γ)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)等促炎因子，而Th2細(xì)胞主要分泌IL-4、IL-10等抑炎因子，兩者的動(dòng)態(tài)平衡維持著免疫功能穩(wěn)態(tài)[18]。許多因素參與調(diào)節(jié)Th1/Th2的增殖和分化，如抗原、細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子等。有研究[19]認(rèn)為UC主要與Th2型反應(yīng)相關(guān)；但亦有學(xué)者認(rèn)為在UC早期Th1型反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，而在炎癥后期，Th2型反應(yīng)則起主導(dǎo)作用[20]。

大蒜素可影響與免疫相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)通路，強(qiáng)化機(jī)體對(duì)外來(lái)病原體的監(jiān)視和清除能力，抑制超敏反應(yīng)和自身免疫反應(yīng)，對(duì)機(jī)體起保護(hù)作用。研究[21]顯示，大蒜素不僅能抑制中性粒細(xì)胞向上皮細(xì)胞遷移，亦能抑制腸上皮細(xì)胞中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)依賴的促炎細(xì)胞因子的釋放，從而參與機(jī)體的免疫反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)。

1. 大蒜素影響細(xì)胞因子數(shù)量：細(xì)胞因子是一類主要由免疫細(xì)胞分泌、可調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的小分子多肽。細(xì)胞因子與其相應(yīng)受體結(jié)合后，通過(guò)多種途徑將信號(hào)傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，促進(jìn)或抑制靶基因的表達(dá)。促炎細(xì)胞因子與抗炎細(xì)胞因子失衡是導(dǎo)致IBD發(fā)生的重要機(jī)制之一。Lang等[22]研究了大蒜素對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞株HT-29、Caco-2的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大蒜素可顯著抑制此兩種細(xì)胞IL-1β和IL-8 mRNA表達(dá)，降低培養(yǎng)液中IL-1β和IL-8濃度，表明大蒜素具有抑制性免疫調(diào)節(jié)作用。Li等[23]的研究顯示，三硝基苯磺酸(TNBS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型大鼠血清TNF-α、IL-1β水平顯著升高，而IL-4、IL-10水平顯著降低。分別給予美沙拉嗪(100 mg/kg)、大蒜素(30 mg/kg)、美沙拉嗪(100 mg/kg)聯(lián)合大蒜素(30 mg/kg)治療2周后，美沙拉嗪聯(lián)合大蒜素組大鼠血清TNF-α、IL-1β水平最低，而IL-4水平高于其余組別。提示大蒜素可抑制促炎因子表達(dá)、協(xié)同抑炎因子的保護(hù)作用，對(duì)UC具有一定的治療作用。

2. 大蒜素對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白通路的影響：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signaling transducer and activator of transcription, STAT)是一種能與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)，其結(jié)合特定肽段后被磷酸化，成為活化的轉(zhuǎn)錄激活因子，進(jìn)入細(xì)胞核與靶基因結(jié)合，參與靶基因的表達(dá)和調(diào)控。STAT家族成員有4種JAK激酶和7種STAT，其中磷酸化的STAT3在腸黏膜固有層有明顯表達(dá)，STAT3磷酸化后激活核因子-κB(NF-κB)，使之進(jìn)入細(xì)胞核介導(dǎo)結(jié)腸炎癥。

Lee等[24]給小鼠預(yù)防性口服大蒜素7 d后，再用葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)結(jié)腸炎，發(fā)現(xiàn)大蒜素可顯著抑制STAT3第705位酪氨酸殘基的磷酸化，同時(shí)亦可抑制靶蛋白細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)表達(dá)。Pandurangan等[25]的研究顯示，大蒜素可改善DSS結(jié)腸炎小鼠體質(zhì)量降低，顯著降低CD68、髓過(guò)氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)和促炎因子(如IL-6)的表達(dá)，抑制STAT3的激活和核積累，減少抑制蛋白IκB的降解。STAT的激活可誘導(dǎo)細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制蛋白(suppressor of cytokine signaling, SOCS)表達(dá)，SOCS通過(guò)泛素化和促進(jìn)JAK、STAT降解的方式抑制JAK/STAT信號(hào)通路活化[26]。梁桐爾[27]采用大蒜素(30 mg/kg)、美沙拉嗪(30 mg/kg)以及大蒜素(30 mg/kg)聯(lián)合美沙拉嗪(30 mg/kg)分別治療UC大鼠10 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大蒜素聯(lián)合美沙拉嗪治療組大鼠血清IL-6水平顯著降低、結(jié)腸組織中STAT3陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)量顯著減少、SOCS3細(xì)胞計(jì)數(shù)顯著增多。因此推測(cè)大蒜素對(duì)UC的治療作用可能與抑制IL-6/JAK/STAT3途徑相關(guān)。

3. 大蒜素抑制MAPK及其相關(guān)信號(hào)通路：一項(xiàng)對(duì)大蒜素在DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠中抗炎作用的研究[28]顯示，口服大蒜素可顯著抑制小鼠體質(zhì)量減少，改善疾病活動(dòng)指數(shù)，并減少結(jié)腸黏膜組織中炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。進(jìn)一步研究顯示，大蒜素可降低一氧化氮(NO)、丙二醛(MDA)以及MPO含量，抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和炎性因子的表達(dá)以及MAPK和過(guò)氧化物酶增殖物激活受體-γ(PPAR-γ)磷酸化。Li等[23]采用IL-1β誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞株Caco-2建立炎癥細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)隨著IL-1β濃度增加，Caco-2細(xì)胞核中NF-κB p65含量逐漸升高，大蒜素干預(yù)后NF-κB p65含量明顯下降。進(jìn)一步采用1 ng/mL IL-1β激活Caco-2細(xì)胞的p38、ERK、JNK通路，發(fā)現(xiàn)大蒜素可抑制p38、JNK磷酸化，減輕炎癥反應(yīng)，但ERK途徑不受影響，因此推測(cè)大蒜素可能是通過(guò)抑制p38/JNK/NF-κB通路活化從而發(fā)揮抗炎作用。

五、大蒜素的臨床療效觀察

有關(guān)大蒜素對(duì)UC患者療效的報(bào)道較少。張紅[29]對(duì)口服大蒜素膠囊聯(lián)合柳氮磺吡啶栓治療潰瘍性直腸炎的臨床效果進(jìn)行觀察，患者在每日兩次柳氮磺吡啶栓(0.5 g/次)直腸給藥的基礎(chǔ)上口服大蒜素膠囊(0.4 g/次，每日兩次)，4周后聯(lián)合用藥組的總有效率明顯增加。但目前尚缺乏嚴(yán)格的隨機(jī)雙盲對(duì)照研究證實(shí)大蒜素的療效。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，免疫失衡和腸道黏膜屏障破壞是UC發(fā)生和持續(xù)的重要因素。研究顯示，大蒜素可抑制UC的發(fā)生、發(fā)展，可能的作用機(jī)制包括抑制DC早期凋亡、促進(jìn)固有層淋巴細(xì)胞凋亡、維持腸道菌群平衡、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)相關(guān)因子和轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白以及信號(hào)通路等，從而增強(qiáng)腸道黏膜屏障功能，利于UC腸道炎癥的修復(fù)。但目前相關(guān)研究多局限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，尚缺乏高質(zhì)量臨床隨機(jī)雙盲對(duì)照研究。此外，由于UC免疫相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，大蒜素對(duì)細(xì)胞因子及其調(diào)節(jié)因素的作用以及相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的具體作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究明確。