人參皂苷調(diào)控轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β信號(hào)通路的作用機(jī)制

鄭思道　曹春　姚全

摘要?2000多年前，人參就被東亞各國(guó)視為珍貴藥材，用于防治心血管、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、糖尿病、腫瘤和免疫疾病等相關(guān)疾病的現(xiàn)代藥理作用被逐漸證實(shí)，前述藥理作用的基礎(chǔ)在于以人參皂苷為代表的活性成分。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β可以調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡、侵襲、細(xì)胞外基質(zhì)合成、血管生成、免疫等多種病理生理過(guò)程，是藥物治療的重要靶點(diǎn)。目前研究顯示，由轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β介導(dǎo)的人參藥效作用主要表現(xiàn)為對(duì)免疫的調(diào)節(jié)、對(duì)中樞神經(jīng)的保護(hù)、對(duì)糖尿病及并發(fā)癥的治療、對(duì)腫瘤的抑制等方面。相關(guān)研究從現(xiàn)代藥理機(jī)制闡釋了人參及其主要活性成分的藥效特點(diǎn)，具有較一致的研究結(jié)論。部分人參皂苷對(duì)不同組織轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β的調(diào)控作用存在相反結(jié)果，提示其治療作用的組織特異性，也可能是中藥雙向調(diào)節(jié)理論的又一個(gè)例證。通過(guò)闡述經(jīng)由轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β信號(hào)通路介導(dǎo)的人參皂苷藥理作用，不僅能夠促進(jìn)探索傳統(tǒng)中藥的現(xiàn)代藥理機(jī)制，利于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和更多地區(qū)理解、接受傳統(tǒng)藥物，也可以在傳統(tǒng)藥物活性成分基礎(chǔ)上研發(fā)新藥物，同時(shí)在一定程度上促進(jìn)傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論的發(fā)展。

關(guān)鍵詞?人參;人參皂苷;轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β;信號(hào)通路

Regulatory Effects of Ginsenosides on Transforming Growth Factor β Signal Pathway

Zheng Sidao1，Cao Chun2，Yao Quan3

（Department of Cardiology，Beijing Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine，Beijing 100039，China）

Abstract?The root of Panax ginseng C. A. Mayer，named Ginseng，had been used as one of valuable medicinal herbs in East Asia approximately 2000 years ago. Recent evidence has shown that Ginseng is effective in preventing and reversing different types of diseases，such as cardiovascular diseases，central nervous system disorders，diabetes mellitus，tumors，immunity diseases. Moreover，several important active ingredients had been found，in which ginsenoside predominates. Transforming growth factor beta（TGF-β）are potent regulators of multiple cellular functions，including cell growth，differentiation，apoptosis，migration，excessive extracellular matrix production and immunity，which is a critical target spot in the treatment of diseases. Current studies have revealed that Ginseng′s therapeutic effects mentioned above are induced mainly by ginsenoside and its regulation on TGF-β signaling pathways. Gisengside has multiple regulating effects on TGF-β signaling pathways，and elucidation of the mechanisms is progressing. The same ginsenoside could regulate TGF-β signaling pathways in directions that are completely contrary to each other between different tissues，indicating the fact that gisengside regulates TGF-β signaling pathways in a tissue‐specific manner，confirming the bi-directional regulating theory of Chinese medicinal herbs. The studies of gisengside on TGF-β signaling pathways not only alleviate the exploration of the pharmacological mechanism of Chinese medicinal herbs，but also facilitate understanding and accept traditional medical herbs for modern medicine and western people. All such studies would provide evidence for gisengside′s clinical application and drug discovery.

Key Words?Ginseng; Ginsenoside; TGF-β; Signal transduction pathway

中圖分類(lèi)號(hào)：R282;R284文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.03.051

廣泛種植于中國(guó)東北、朝鮮半島和俄羅斯的人參按照不同制作工藝可分為生參、白參和紅參3種，從2000多年前就被當(dāng)?shù)孛耖g視為極其珍貴的藥材，如今也逐漸被北美、歐洲和其他地區(qū)作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑，而其作用于心血管、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，以及糖尿病、腫瘤等疾病的現(xiàn)代藥理作用也被逐漸證實(shí)[1]。其藥理作用的基礎(chǔ)在于包括人參皂苷、多聚糖、多肽、聚炔醇和脂肪酸在內(nèi)的人參眾多活性成分，其中最主要的活性成分是一類(lèi)被稱(chēng)為人參皂苷（Ginsenoside，GS）的三萜達(dá)瑪烷苷[2]。盡管有百余種GS，但含量豐富的種類(lèi)僅有包括GS Rb1、GS Rb2、GS Rc、GS Rd、GS Re和GS Rg1等在內(nèi)不到10種，其余的含量較少（GS Rg3、GS Rh1、GS Rh2），并且不同種類(lèi)的人參所含GS的種類(lèi)和比例存在明顯差異[1-3]。人參所含的GS之間的相對(duì)比例會(huì)因體內(nèi)吸收、代謝等發(fā)生變化，一些含量少的GS可能發(fā)揮更重要的藥理作用[3]。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（Transforming Growth Factor，TGF）-β信號(hào)通路通過(guò)Smad、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶（Extracellular Regulated Protein Kinase，ERK）、p38絲裂原活化蛋白激酶（p38）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal Kinase，JNK）和蛋白激酶B（Akt）等下游效應(yīng)分子可以調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡、侵襲、細(xì)胞外基質(zhì)合成、血管生成、免疫等多種病理生理過(guò)程，是藥物作用的重要靶點(diǎn)[4-5]?，F(xiàn)綜述GS對(duì)TGF-β信號(hào)通路的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)制，探討由TGF-β通路介導(dǎo)的GS藥理作用特點(diǎn)。

1?分類(lèi)綜述

1.1?GS調(diào)控TGF-β信號(hào)通路的機(jī)制

1.1.1?GS

研究顯示，TGF-β1可以促進(jìn)腎成纖維細(xì)胞活化，腎成纖維細(xì)胞活化后也激活TGF-β1信號(hào)通路，形成TGF-β1信號(hào)通路激活-腎成纖維細(xì)胞活化的正反饋循環(huán)，誘導(dǎo)纖維化形成，而GS對(duì)這一過(guò)程顯示出抑制作用：GS Rf、Rg1、Rc等呈不同程度抑制腎成纖維細(xì)胞活化，而GS Rd、F2、Rc、Rf和F1則呈不同程度抑制腎成纖維細(xì)胞分泌TGF-β1，提示GS通過(guò)阻斷抑制TGF-β信號(hào)通路激活-腎成纖維細(xì)胞活化循環(huán)發(fā)揮拮抗腎纖維化的作用[6]。另有研究顯示，聯(lián)合應(yīng)用GS和重組組織型纖溶酶原激活劑能夠改善缺血性中風(fēng)溶栓治療患者24 h及1周內(nèi)的臨床結(jié)局，可能原因在于GS具有促進(jìn)TGF-β1表達(dá)進(jìn)而抑制血漿基質(zhì)金屬蛋白酶-2（Matrix Metalloprotein，MMP-2）、MMP-9表達(dá)及最終降低癥狀性顱內(nèi)出血風(fēng)險(xiǎn)的作用[7]。

1.1.2?GS Rb1和GS F2

GS Rb1可以抑制肝癌HepG2細(xì)胞TGF-β1升高，進(jìn)而恢復(fù)自然殺傷細(xì)胞功能，增強(qiáng)機(jī)體免疫;也通過(guò)抑制TGF-β1誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化拮抗腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，提示盡管均由TGF-β1介導(dǎo)，GS Rb1具有多種抗腫瘤機(jī)制[8-9]。此外，GS Rb1抑制增生性瘢痕組織中TGF-β1、MMP-2、TIMP1、α-SMA表達(dá)水平，并降低Ⅰ型膠原蛋白表達(dá)，提示GS Rb1可能通過(guò)失活TGF-β信號(hào)通路抑制促纖維蛋白和生長(zhǎng)因子的表達(dá)，具有抗瘢痕組織增生的效應(yīng)[10]。

作為GS Rb1代謝產(chǎn)物的GS F2也顯示出對(duì)TGF-β信號(hào)通路的調(diào)節(jié)作用。研究顯示，以二氫睪酮增加為特點(diǎn)的雄激素性脫發(fā)可以應(yīng)用非那雄胺治療，但往往存在不同程度的性相關(guān)不良反應(yīng)，因此可以替代的天然藥物成為新的研發(fā)對(duì)象，其中GS F2的療效確切，可以比非那雄胺更有效地抑制毛細(xì)胞凋亡及其過(guò)早進(jìn)入毛發(fā)生長(zhǎng)休止期，更有利于改善毛發(fā)生長(zhǎng)速度、密度、厚度和組織結(jié)構(gòu)異常[11]。該研究表明，GS F2的上述作用與其對(duì)TGF-β2的抑制和相關(guān)其效應(yīng)分子sp1、Smad 2、Smad3、Bax、caspase-3的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。

1.1.3?GS Rd

GS Rd呈劑量依賴(lài)性上調(diào)TGF-β家族成員骨形成蛋白2基因表達(dá)水平，增加Smad1/5表達(dá)，促進(jìn)Smad1/5與Smad4結(jié)合并易位至細(xì)胞核，最終調(diào)控成骨基因表達(dá)，強(qiáng)化成骨細(xì)胞分化與礦化，顯示出抗骨質(zhì)疏松作用[12]。而對(duì)高糖誘導(dǎo)人腎小球系膜細(xì)胞活化的研究顯示，GS Rd抑制TGF-β1 mRNA表達(dá)，失活TGF-β信號(hào)通路，可用于防治糖尿病腎病[13]?？梢?jiàn)不同組織中GS Rd對(duì)TGF-β的調(diào)控方向存在不同。

1.1.4?GS Re

在體實(shí)驗(yàn)顯示，GS Re可以改善頭發(fā)長(zhǎng)度及生存時(shí)間，效果優(yōu)于護(hù)發(fā)藥物米諾地爾;離體研究顯示，上述作用與GS Re抑制TGF-β介導(dǎo)的ERK磷酸化作用及后續(xù)效應(yīng)分子對(duì)頭發(fā)生長(zhǎng)周期的調(diào)控有關(guān)[14]。

1.1.5?GS Rg1

TGF-β1在腎小管上皮細(xì)胞的表達(dá)水平與細(xì)胞凋亡率呈正相關(guān)，而GS Rg1能夠通過(guò)下調(diào)TGF-β1抑制糖尿病大鼠腎小管上皮細(xì)胞凋亡，改善腎組織結(jié)構(gòu)[15]。研究顯示，GS Rg1可以通過(guò)抑制包括TGF-β1在內(nèi)的纖維化相關(guān)分子拮抗高糖誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞增殖，提示其對(duì)糖尿病性心肌纖維化具有治療作用[16]。此外，GS Rg1也抑制TGF-β1誘導(dǎo)的肌成纖維細(xì)胞分化和ECM增殖，可以用來(lái)治療鼻息肉[17]。該研究同時(shí)表明，這一作用與GS Rg1下調(diào)ERK信號(hào)通路活性及其下游效應(yīng)分子激活蛋白的機(jī)制有關(guān);該研究同時(shí)顯示，核因子-κB并未參與上述調(diào)控過(guò)程。

另有研究顯示，GS Rg1可以抑制TGF-β1誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，從而拮抗腎臟纖維化，這一效應(yīng)可能與GS Rg1上調(diào)腎小管上皮細(xì)胞紅細(xì)胞生成素受體進(jìn)而增強(qiáng)腎小管保護(hù)效應(yīng)等的作用有關(guān)[18-19]。同樣通過(guò)對(duì)TGF-β1的抑制，GS Rg1對(duì)環(huán)孢素A誘導(dǎo)的腎臟腎小管上皮-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化也顯示出拮抗作用，能夠減輕腎組織病理改變，延緩腎臟纖維化和功能不全的發(fā)生[20-21]。另一研究也表明，GS Rg1可呈劑量依賴(lài)性抑制TGF-β1誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化，對(duì)腎間質(zhì)纖維顯示出拮抗作用，其中TGF-β1下游分子纖連蛋白、β誘導(dǎo)蛋白IG-H3及超氧化物歧化酶可能參與了上述調(diào)節(jié)作用[22-23]。

此外，對(duì)脊髓損傷動(dòng)物模型的研究顯示，GS Rg1通過(guò)抑制TGF-β表達(dá)上調(diào)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，從而保護(hù)受損的脊髓組織[24]。而對(duì)于腦細(xì)胞缺血性損傷，GS Rg1則通過(guò)上調(diào)TGF-β表達(dá)水平，抑制谷氨酸能細(xì)胞毒性，保護(hù)細(xì)胞活性[25]。與GS Rd類(lèi)似，GS Rg1在不同組織中對(duì)TGF-β的調(diào)控存在差異。

1.1.6?GS Rg3

GS Rg3、蘇拉明均能下調(diào)小鼠Lewis肺組織TGF-β1表達(dá)，并且兩者聯(lián)合應(yīng)用時(shí)對(duì)TGF-β1表達(dá)的抑制最明顯，抗肺癌生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移作用最強(qiáng)，提示兩者具有協(xié)同抗腫瘤作用[26]。有研究顯示，GS Rg3對(duì)TGF-β1的下調(diào)可能是其增強(qiáng)免疫、治療腫瘤的作用機(jī)制之一[27]。進(jìn)一步研究顯示，GS Rg3的一個(gè)立體異構(gòu)體20（R）-Rg3而不是20（s）-Rg3具有抑制TGF-β1表達(dá)的效應(yīng)，從而調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶-2、Smad2及p38等下游分子，抑制肺癌轉(zhuǎn)移、侵襲及失巢凋亡抵抗的發(fā)生[28]。

另有研究表明，GS Rg3可以通過(guò)活化AKT信號(hào)通路上調(diào)核因子E2相關(guān)因子2及抗氧化反應(yīng)元件表達(dá)水平，減輕氧化應(yīng)激引起的血管內(nèi)皮損傷和凋亡，可能是其改善心臟功能、拮抗阿霉素心臟毒性的作用機(jī)制之一[29]。

1.1.7?GS Rh2

研究顯示，GS Rh2呈劑量依賴(lài)性上調(diào)TGF-β1表達(dá)、下調(diào)Smad 2/3表達(dá)，從而抑制一氧化氮、腫瘤壞死因子-α、IL-6、IL-1b、環(huán)氧化酶2和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的生成，對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞活化及相關(guān)炎性反應(yīng)顯示出抑制作用，提示GS Rh2通過(guò)TGF-β1/Smad途徑顯示出治療炎性腦病的潛在作用[30]。另一研究顯示，GS Rh2可以通過(guò)激活TGF-β信號(hào)通路抑制潰瘍性腸炎，TGF-β信號(hào)通路的TGF-β受體Ⅰ起到主要的介導(dǎo)作用[31]。上述研究均提示GS Rh2可以用于治療炎性疾病。

另有研究顯示，GS Rh2通過(guò)活化TGF-β信號(hào)通路抑制周期蛋白依賴(lài)激酶促進(jìn)白血病細(xì)胞G1期阻滯和分化，顯示出抗增殖作用[32]。此外，GS Rh2也可以通過(guò)活化TGF-β信號(hào)通路調(diào)節(jié)下游細(xì)胞周期調(diào)控因子和MMPs等效應(yīng)分子，抑制前列腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲，提示GS Rh2具有抗腫瘤效應(yīng)[33]。

對(duì)于脂多糖誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞核因子-κB活化及HIF1α表達(dá)增加，GS Rh2則顯示出明顯抑制作用，可能與其下調(diào)TGF-β活化激酶、阻滯核因子-κB易位至細(xì)胞核的作用有關(guān)[34]。可見(jiàn)GS Rh2對(duì)TGF的調(diào)控也存在組織差異性。

1.1.8?GS Compound K

GS代謝產(chǎn)物GS Compound K不僅能夠降低糖尿病大鼠空腹血糖、異常血脂、尿酸等水平，改善氧化應(yīng)激狀態(tài)，更能夠通過(guò)抑制腎組織TGF-β1表達(dá)改善腎臟結(jié)構(gòu)，并降低尿素氮、血清肌酐表達(dá)，改善腎臟功能，提示Compound K通過(guò)TGF-β1的介導(dǎo)顯示出腎臟保護(hù)作用[35]。

此外，Compound K通過(guò)下調(diào)ERK信號(hào)活性抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1表達(dá)，因而提高被DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1抑制的Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3表達(dá)水平，這一作用提示Compound K通過(guò)TGF-β信號(hào)通路可以在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，具有治療結(jié)腸癌的潛在作用[36]。

另一研究也證實(shí)，Compound K可以激活ERK和AKT信號(hào)通路，通過(guò)上調(diào)角化細(xì)胞中下游效應(yīng)分子透明質(zhì)酸合成酶的表達(dá)水平增強(qiáng)透明質(zhì)酸合成，改善皮膚含水量，此過(guò)程中未顯示有JNK和p38信號(hào)通路參與[37]。

1.1.9?GS Rp1

在體和離體研究均顯示，GS衍生物GS Rp1可以通過(guò)活化TGF-β信號(hào)通路促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化、激活樹(shù)突狀細(xì)胞等機(jī)制調(diào)控炎性反應(yīng)，增強(qiáng)免疫抑制作用[38]。

1.2?以藥效為指導(dǎo)的GS調(diào)控作用

由前述分析可以看出，由TGF-β介導(dǎo)的人參藥效作用主要表現(xiàn)為對(duì)免疫的調(diào)節(jié)，對(duì)中樞神經(jīng)的保護(hù)，對(duì)糖尿病及并發(fā)癥的治療，對(duì)腫瘤的抑制等（表1）。

2?小結(jié)

GS具有廣泛的藥理作用，對(duì)心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、衰老、糖尿病、免疫、血脂、血栓等均有調(diào)節(jié)作用[1，3]。而作為T(mén)GF-β信號(hào)通路對(duì)轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子等均具有廣泛調(diào)節(jié)作用[39-40]，如對(duì)影響心臟重構(gòu)的心肌肥厚、心肌纖維化、凋亡、炎性反應(yīng)及祖細(xì)胞分化等均有調(diào)節(jié)作用[41];對(duì)影響免疫作用的免疫細(xì)胞發(fā)生、分化、耐受誘導(dǎo)和穩(wěn)態(tài)等均有調(diào)節(jié)作用[42]。通過(guò)對(duì)TGF-β信號(hào)通路進(jìn)行干預(yù)是藥物治療的重要靶點(diǎn)[4]，如可以調(diào)控心臟重構(gòu)，改善心臟功能[41];增強(qiáng)免疫，治療腫瘤[42]。

目前研究顯示，由TGF-β介導(dǎo)的人參藥效作用主要表現(xiàn)為對(duì)免疫的調(diào)節(jié)、對(duì)中樞神經(jīng)的保護(hù)、對(duì)糖尿病及并發(fā)癥的治療、對(duì)腫瘤的抑制等方面。相關(guān)研究從現(xiàn)代藥理機(jī)制闡釋了人參及其主要活性成分的藥效特點(diǎn)，具有較一致的研究結(jié)論。部分GS對(duì)不同組織TGF-β的調(diào)控作用存在相反結(jié)果，提示其治療作用的組織特異性，也可能是中藥雙向調(diào)節(jié)理論的又一個(gè)例證[12-13，24-27，29]。

3?討論

人參作為傳統(tǒng)常用中藥，一直應(yīng)用于中醫(yī)臨床實(shí)踐?，F(xiàn)代藥理研究為人參研究提供了新工具和新視角，可以用于探索其活性成分及其化學(xué)結(jié)構(gòu)，既能提高中醫(yī)藥認(rèn)同度，又為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)提供研究原料，推動(dòng)中醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的結(jié)合，共同服務(wù)于人類(lèi)衛(wèi)生健康。通過(guò)闡述經(jīng)由TGF-β信號(hào)通路介導(dǎo)的GS藥理作用，不僅能夠促進(jìn)探索傳統(tǒng)中藥的現(xiàn)代藥理機(jī)制，利于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和更多地區(qū)理解、接受傳統(tǒng)藥物，也可以在傳統(tǒng)藥物活性成分基礎(chǔ)上研發(fā)新藥物，同時(shí)在一定程度上促進(jìn)傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論的創(chuàng)新和發(fā)展。

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