甘草酸生物學(xué)功能及其應(yīng)用研究進(jìn)展

劉洪偉，劉道剛

（重慶市中醫(yī)院藥劑科，重慶 400021）

甘草屬于多年生草本植物，其化學(xué)組成復(fù)雜。目前，已分離出數(shù)百種化合物。根和根莖中的甘草酸、甘草次酸、黃酮類(lèi)化合物［1］，具有抗炎［2］、神經(jīng)保護(hù)、抗菌［3］、抗病毒［4］、免疫調(diào)節(jié)［5］等多種藥理特性。成分和數(shù)量通常會(huì)隨甘草的種類(lèi)、種植區(qū)域、采收時(shí)間等因素的不同而異。其中甘草甜素和黃酮類(lèi)物質(zhì)是甘草中最重要的活性物質(zhì)。甘草可以補(bǔ)氣、鎮(zhèn)痛，在民間醫(yī)藥中廣泛應(yīng)用于治療呼吸道感染、胃炎、消化性潰瘍等疾病。甘草還可以與其他草藥配合使用，增強(qiáng)其他成分的功效，研究顯示60%以上的處方中含有甘草成分［6］。

甘草酸是甘草根的主要成分，是一種三萜類(lèi)皂苷，味甜，比蔗糖甜近50倍，甘草酸約占甘草根干重的10%?？诜蟾什荼荒c道細(xì)菌代謝為甘草次酸。現(xiàn)將甘草酸生物學(xué)功能及其應(yīng)用研究進(jìn)展綜述如下。

1 甘草酸抗炎作用

甘草主要是通過(guò)減少炎癥因子的產(chǎn)生從而治療相關(guān)疾病，TNF-α、MMPs、PGE2、自由基是甘草抗炎機(jī)制的重要靶向因子。有研究表明，甘草提取物可以抑制脂多糖誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞中促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2和iNOS的表達(dá)，同時(shí)抑制NF-κB的活性，發(fā)揮抗炎的作用［7］。Nrf2是內(nèi)源性抗氧化劑系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，激活內(nèi)源性抗氧化酶以減少氧化應(yīng)激。NF-κB是產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子的炎性信號(hào)途徑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。甘草酸顯著減弱了MEEC中LPS誘導(dǎo)的TLR4表達(dá)和NF-κB活化［8］。甘草酸通過(guò)誘導(dǎo)PGE2的表達(dá)水平，激活TLR-4的下游信號(hào)通路。在體外，甘草酸激活Nrf2和PPAR，抑制炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡［9］。目前，甘草酸在肝炎、阿爾茨海默氏病、心肌缺血性損傷、皮膚炎癥和肺炎等疾病治療中均能夠發(fā)揮抗炎作用。

甘草被用于解毒，而肝臟是人體最大的解毒器官。研究發(fā)現(xiàn)甘草酸可以促進(jìn)肝臟樹(shù)突狀細(xì)胞產(chǎn)生膠原基因和IL-10，抑制HMGB1的產(chǎn)生。甘草酸能夠通過(guò)抑制NF-κB的活化，降低TNF-α的表達(dá)。甘草酸通過(guò)抑制自由基的產(chǎn)生和脂質(zhì)過(guò)氧化作用，對(duì)肝臟具有保護(hù)作用［10，11］。同時(shí)包覆甘草酸的納米乳劑被證明是一種新的緩釋制劑，可以皮下用于長(zhǎng)期慢性肝炎的治療。甘草酸還能調(diào)節(jié)小鼠肝臟CYP3A和CYP7A的表達(dá)，保護(hù)肝臟免受石膽酸的傷害，降低大鼠丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶、天門(mén)冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶，提高GSH、SOD水平［12］。

甘草酸的抗炎活性有助于改善學(xué)習(xí)和記憶能力，其抗氧化活性可減少腦損傷，改善神經(jīng)元功能。β-淀粉樣蛋白在阿爾茨海默氏?。ˋD）的發(fā)病機(jī)理中起著重要作用。研究表明，甘草酸可以調(diào)節(jié)多種抗凋亡和促凋亡因子，通過(guò)ERK信號(hào)通路，抑制HMGB1磷酸化而發(fā)揮抗炎作用。甘草酸抑制β-淀粉樣蛋白的聚集，清除自由基，降低NO、TNF-α、IL-1β的表達(dá)，同時(shí)還能降低Caspase3和BAX的表達(dá)水平，其抗氧化和抗炎活性可抑制神經(jīng)元的凋亡，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［13］。

甘草酸通過(guò)抗氧化活性和抗炎作用，對(duì)心肌缺血具有保護(hù)作用。心肌缺血是自由基的產(chǎn)生和隨后的氧化應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致組織損傷，伴隨炎癥反應(yīng)的激活。甘草酸可恢復(fù)SOD活性，降低MDA含量，甘草酸還可以激活Nrf2的抗氧化反應(yīng)并抑制NF-κB的活化，降低促炎細(xì)胞因子的水平［14］。

甘草酸還可以作為天然抗炎藥預(yù)防皮膚炎癥。在TPA誘導(dǎo)的小鼠皮膚炎癥模型中，甘草酸抑制MAPK信號(hào)通路和PI3K/Akt信號(hào)通路，阻斷了NF-κB的激活，從而導(dǎo)致iNOS和COX-2表達(dá)的下調(diào)［15，16］。甘草酸能夠抑制糖尿病模型小鼠的炎癥反應(yīng)。研究顯示，甘草酸局部治療可抑制糖尿病小鼠牙齦和在血清中IL-6和腫TNF-α的mRNA表達(dá)水平，并通過(guò)HMGB1-RAGE軸降低血糖水平［17］。甘草酸可以減輕炎癥性肺疾病。研究顯示，甘草酸顯著降低細(xì)胞間黏附分子和百草枯誘發(fā)的肺損傷大鼠模型中MMP-9的含量［18］。甘草可以減輕小鼠LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷。甘草酸減少炎癥因子TNF-α，IL-1β和HMGB1的產(chǎn)生，通過(guò)上調(diào)LC3-II/I和Beclin-1的蛋白水平來(lái)增加自噬，PI3K/AKT/mTOR通路與LPS誘導(dǎo)的ALI下GA誘導(dǎo)的自噬有關(guān)。甘草酸通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR途徑相關(guān)的自噬來(lái)抑制LPS誘導(dǎo)的ALI中炎癥因子的產(chǎn)生［19］。

2 甘草酸抗病毒和抗菌作用

預(yù)防和治療病毒性和細(xì)菌性傳染病是中醫(yī)藥的特色之一。甘草酸可通過(guò)靶向特定的免疫細(xì)胞（例如巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞）而在病原體入侵過(guò)程中起到有效的抗感染作用。巨噬細(xì)胞是免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，可針對(duì)各種感染提供保護(hù)。受刺激的巨噬細(xì)胞不僅可以起吞噬作用，還可以充當(dāng)B和T淋巴細(xì)胞的抗原呈遞細(xì)胞，并參與對(duì)適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的刺激。甘草酸可以通過(guò)增強(qiáng)巨噬細(xì)胞功能來(lái)抵御細(xì)胞內(nèi)病原體的感染。研究顯示甘草酸通過(guò)誘導(dǎo)IL-8的分泌和激活NF-κB對(duì)RNA和DNA病毒產(chǎn)生抗病毒活性。甘草酸的抗病毒活性機(jī)制包括干擾病毒與細(xì)胞結(jié)合和細(xì)胞間感染，誘導(dǎo)IFN活性，抑制病毒復(fù)制，調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的流動(dòng)性，影響病毒進(jìn)入細(xì)胞等［20］。甘草酸還能通過(guò)抑制病毒基因的表達(dá)和復(fù)制，降低病毒的粘附力，還可以通過(guò)激活T淋巴細(xì)胞的增殖，抑制細(xì)胞凋亡。同時(shí)甘草次酸對(duì)MDCK細(xì)胞中的H1N1和293T細(xì)胞中的HIV有顯著的抗病毒作用［21］。

Van Rossum等［22］研究顯示，甘草酸可降低血漿丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶活性，對(duì)病毒性肝炎有明顯的療效。甘草酸可明顯改善病毒性肝炎患者的癥狀、體征和肝組織結(jié)構(gòu)［23］。體外研究明確了甘草酸對(duì)HBsAg分泌的抑制作用，改善慢性乙型肝炎患者的肝損傷。甘草酸通過(guò)抑制HBsAg在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)阻止宿主細(xì)胞分泌HBV抗原，干擾肝細(xì)胞上唾液酸修飾和HBV相關(guān)抗原的表達(dá)，從而改善乙肝患者的肝功能［24］。MatsumotoY等［25］研究發(fā)現(xiàn)甘草酸可以抑制病毒的釋放可能是由于其對(duì)PLA2G1B的抑制作用。甘草酸還可抑制HCV核心基因的表達(dá)，并與INF有協(xié)同作用［26］。

ChenXX等［27］研究發(fā)現(xiàn)，利巴韋林和甘草酸聯(lián)合作用發(fā)揮抗甲型H1N1病毒感染的作用。利巴韋林和甘草酸聯(lián)合使用可以抑制流感病毒感染小鼠的肺水腫，其抑制率達(dá)到36%，同時(shí)對(duì)感染小鼠存活率有協(xié)同作用。甘草酸-唾液酸結(jié)合物明顯抑制流感病毒唾液酸酶的活性，抑制流感病毒的增殖［28］。研究表明，改良甘草酸是尋找新型抗流感藥物的一種選擇。

甘草酸具有抗皰疹病毒的活性。在病毒復(fù)制周期的早期階段，甘草酸抑制水痘帶狀皰疹病毒的復(fù)制。甘草酸通過(guò)抑制單純皰疹病毒的復(fù)制，提高患皰疹性腦炎小鼠的存活率［29］。甘草酸與一些抗皰疹病毒的酶和蛋白結(jié)合后可增加抗皰疹病毒的活性。乳鐵蛋白、溶菌酶等與甘草酸的結(jié)合已經(jīng)發(fā)展成為單純性皰疹的局部治療方法。甘草酸通過(guò)不同的活性機(jī)制，與其他抗病毒藥物有協(xié)同作用。王永洪等［30］對(duì)甘草酸在人巨細(xì)胞病毒中的抗病毒作用的研究發(fā)現(xiàn)，甘草酸的藥物毒性試驗(yàn)中的半數(shù)毒性濃度比更昔洛韋增加8倍左右，其治療指標(biāo)也優(yōu)于更昔洛韋。楊光［31］發(fā)現(xiàn)甘草酸聯(lián)合伐昔洛韋治療帶狀病毒，毒副作用小，療效好，可降低皰疹后神經(jīng)痛的發(fā)生率。

iNOS通過(guò)多種機(jī)制表現(xiàn)出有效的抗菌作用。甘草酸可以顯著上調(diào)iNOS和NOX-1 mRNA的表達(dá)，從而誘導(dǎo)NO和H2O2的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞中傷寒沙門(mén)氏菌活力降低。甘草酸還可以上調(diào)IFN-γ，LITAF，IL-6和IL-10的表達(dá)，從而增強(qiáng)對(duì)傷寒沙門(mén)氏菌的吞噬能力［31］。研究顯示，甘草用于治療耐藥銅綠假單胞菌［33］、白色念珠菌引起的口腔感染［34］。α-溶血素是金黃色葡萄球菌感染的重要外毒素，此類(lèi)感染與多種疾病的發(fā)生有關(guān)。甘草酸通過(guò)降低α溶血素的產(chǎn)生來(lái)防止細(xì)胞免受α-溶血素的損傷；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)甘草酸對(duì)金黃色葡萄球菌也表現(xiàn)出抗菌活性［35］，同時(shí)顯著減輕幽門(mén)螺桿菌引起的胃炎［36］。

3 甘草酸抗癌作用

甘草酸在多種癌癥中具有抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用，然而其抗癌活性的分子機(jī)制仍知之甚少，值得進(jìn)一步研究［37，38］。研究顯示，甘草酸對(duì)胃癌細(xì)胞的增殖具有時(shí)間和劑量依賴(lài)性抑制作用，導(dǎo)致G1/ S期阻滯和凋亡，下調(diào)G1期相關(guān)蛋白的表達(dá)，上調(diào)BAX等凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，抑制PI3K/AKT信號(hào)通路的磷酸化［39］。甘草酸可誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡和G2期細(xì)胞周期阻滯，并通過(guò)ROS/PKC- a /ERK途徑抑制胃癌細(xì)胞遷移［40］。甘草酸通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞凋亡和自噬，在體外和體內(nèi)抑制人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞SW480的生長(zhǎng)［41］。甘草酸能夠通過(guò)抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，發(fā)揮對(duì)二甲肼誘導(dǎo)大鼠結(jié)直腸癌的抗癌作用［42］。甘草酸能夠下調(diào)p62和beclin1相關(guān)蛋白，觸發(fā)凋亡誘導(dǎo)因子AIF從線粒體轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，通過(guò)ROS-線粒體途徑誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞自噬激活，而促進(jìn)細(xì)胞死亡［43］。甘草作為載體材料在抗癌治療中也顯示的巨大潛力［44］。甘草酸修飾的聚乙烯亞胺可提高轉(zhuǎn)染效率和靶向肝細(xì)胞的能力，且對(duì)細(xì)胞表現(xiàn)出低毒性，高選擇性和有效的基因表達(dá)［45］。

4 甘草酸增強(qiáng)藥物活性作用

目前醫(yī)學(xué)化學(xué)研究的一個(gè)重要問(wèn)題是大多數(shù)常用藥用化合物的低溶解度和低滲透性，導(dǎo)致生物利用度較低，口服藥物的溶解度尤其重要。使用可溶性高化合物，以復(fù)合物的形式傳遞，可以在保持治療效果的同時(shí)顯著減少有效劑量。在藥物濃度在細(xì)胞外環(huán)境中達(dá)到足夠大的濃度時(shí)，親脂性藥物分子可以通過(guò)脂質(zhì)層被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，然而 30%左右的藥物化合物不溶于水。甘草酸具有兩親性，能夠在水性和非水性介質(zhì)中結(jié)合，除了其固有的生物學(xué)活性外，還與多種藥物形成非共價(jià)復(fù)合物，可將疏水性化合物的溶解度提高數(shù)十倍，從而降低藥物的治療劑量，這種形式的甘草酸不用作治療劑。此外，甘草酸還可以增加細(xì)胞膜對(duì)小分子的滲透性［46］。

甘草酸與益智鎮(zhèn)靜藥菲尼布特的復(fù)合物，表現(xiàn)出與藥物本身類(lèi)似效果的劑量減少了16倍，復(fù)合物增加了動(dòng)物的記憶能力，減少了嗜睡和過(guò)敏反應(yīng)等副作用［47］。在降壓方面，甘草酸與硝苯地平的絡(luò)合作用也有類(lèi)似的效果［48］。甘草酸是一種良好的可溶性天然皂苷，甘草酸與辛伐他汀的復(fù)合物，可以提高辛伐他汀的溶解度和生物利用度。甘草酸的重要特征是能夠減少膽固醇氧化，并與膽固醇氧化產(chǎn)物形成水溶性復(fù)合物，這可能是預(yù)防血管中膽固醇斑塊形成和動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的重要因素。研究顯示，與單用辛伐他汀相比，在甘草酸二鈉鹽存在下，辛伐他汀的通透性大大提高，生物利用度顯著提高，降膽固醇的效果更好［49］。許多藥物在溶液中穩(wěn)定性偏低。其中一些化合物還具有光敏性，易被體內(nèi)形成的自由基氧化。在特定的情況下，與甘草酸形成復(fù)合物，可顯著提高藥物的穩(wěn)定性。葉黃素對(duì)人類(lèi)的眼睛、視網(wǎng)膜有重要的保護(hù)作用。葉黃素在人體內(nèi)不產(chǎn)生，通過(guò)食物進(jìn)入人體內(nèi)，但是由于這些分子在水中溶解度低和不穩(wěn)定性，其實(shí)際應(yīng)用是非常有限的。研究表明，甘草酸與類(lèi)胡蘿卜素的復(fù)合物，可以增加溶解度，提高抗氧化能力。姜黃素具有抗炎、抗病毒和抗氧化等特性，但是疏水性的姜黃素在水中溶解性差，口服姜黃素利用率較低。而甘草酸可以與疏水分子形成復(fù)合物，顯著提高其溶解度并增強(qiáng)藥物通過(guò)細(xì)胞膜的滲透性［50］。甘草酸與姜黃素形成復(fù)合物后，顯著改善了藥代動(dòng)力學(xué)和生物利用度［51］。

抗腫瘤藥物紫杉醇的口服生物利用度較低，YangOY等［51］研究發(fā)現(xiàn)，含有紫杉醇的甘草酸膠束，呈球形，生物利用度增加，口服吸收顯著增強(qiáng)，可能主要是由于空腸和結(jié)腸腸道吸收的增加。白藜蘆醇是一種天然化合物，具有抗炎、抗菌、抗氧化等作用，但其溶解度較低。WuM等［52］通過(guò)建立包裹有白藜蘆醇納米顆粒的甘草酸偶聯(lián)人血清白蛋白納米顆粒的靶向腫瘤藥物遞送系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)甘草酸增加了白藜蘆醇的溶解度，其攝取速率高于純白藜蘆醇，并且隨著納米顆粒濃度的增加而增加。體外藥物釋放研究表明，納米顆粒緩慢而連續(xù)地釋放藥物，對(duì)肝癌表現(xiàn)出有效的靶向能力。甘草酸也可將藥物靶向遞送至肝細(xì)胞［53］。甘草酸在水溶液中的自締合和與其他藥物的絡(luò)合作用，使其成為一種有前途的藥物遞送劑。

甘草酸除了能與親脂性藥物結(jié)合提高溶解度外，還可以增加藥物的通透性，促進(jìn)藥物吸收。研究顯示，小分子藥物通過(guò)胃腸道上皮會(huì)受到緊密連接的擴(kuò)張和收縮的調(diào)節(jié)，甘草酸可能會(huì)通過(guò)影響細(xì)胞膜特性來(lái)增強(qiáng)藥物向細(xì)胞滲透的能力［49］。

5 總 結(jié)

甘草酸是甘草的主要生物活性成分，具有抗炎、抗病毒、抗癌和保肝等作用，通過(guò)穩(wěn)定細(xì)胞膜和免疫調(diào)節(jié)能有效抑制多種病毒的生長(zhǎng)和復(fù)制，并對(duì)特定病毒相關(guān)酶的表達(dá)和活性產(chǎn)生特異性的影響。甘草酸還可作為多功能藥物載體，增強(qiáng)其他藥物的活性。總之，深入了解甘草酸發(fā)揮作用及與體內(nèi)其他成分相互作用的機(jī)制，有助于研發(fā)出具有良好功效的新藥。