三七花皂苷調控細胞離子通道的研究進展

鐘 飛，杜婭婭，李夢婷，許正新,2,3,4*

(1.揚州大學醫(yī)學院 藥學系，江蘇 揚州 225000；2.江蘇省重點動物傳染病和人畜共患病預防控制共創(chuàng)中心，江蘇 揚州 225001；3.江蘇省中西醫(yī)結合老年病防治重點實驗室，江蘇 揚州225001；4.江蘇省非編碼RNA基礎與臨床轉化重點實驗室，江蘇 揚州225009)

離子通道作為一類跨膜糖蛋白，通過在細胞膜上形成的親水性孔道，使帶電荷的離子進行跨膜轉運，從而調節(jié)生物膜內外離子濃度。這是細胞膜內外信號傳遞的一種重要途徑[1]。無論是單細胞生物還是多細胞生物，都含有離子通道。離子通道對維持細胞內外環(huán)境的穩(wěn)定至關重要，其不僅影響細胞的興奮性，而且控制著細胞分化、腺體分泌及肌肉運動等多種生理活動。離子通道病是離子通道功能異常所導致的一大類疾病，涉及到神經、肌肉、心臟及腎臟等多個器官與系統(tǒng)，相關的疾病主要有癲癇、心律失常、糖尿病、高血壓等[2]。關于此類疾病的防治，以離子通道為靶點的藥物表現出顯著的優(yōu)勢。因此，研究藥物對離子通道的影響及調節(jié)機制在該類疾病的治療上具有極其重要的意義。

中藥是我國醫(yī)藥的重要組成部分，大量臨床實踐表明相對于現代西藥而言，傳統(tǒng)中藥由于其作用廣泛、療效顯著及副作用少等優(yōu)點而逐漸在離子通道病的預防與治療方面受到重視。作為我國豐富的中藥材資源，三七花又稱田七花、山漆花、金不換花，為生長兩年以上的五加科人參屬草本植物三七的干燥花蕾，主產于廣西、云南文山、西藏等地[3]。三七花性涼味甘，具有抗炎[4]、抗心律失常[5]、改善亞健康失眠[6]、提高免疫力[7]、降血脂及降血壓[8-9]等作用。此外，《中華本草》記載其有“清熱生津，平肝降壓之效”。三七花含有多種化學成分，而主要活性成分是皂苷部分。為系統(tǒng)地了解三七花皂苷在離子通道方面的影響，現就其主要單體成分的類別及各成分對離子通道的作用作一綜述，為三七花皂苷成分的深入開發(fā)與今后可能的臨床應用提供參考。

1 三七花皂苷的類別

關于三七花皂苷成分的報道最早見于上個世紀八十年代，國內外學者首次發(fā)現了三七花中含有人參皂苷Rb1、Rc及Rd等成分。隨著技術的發(fā)展，三七花皂苷的具體成分與分子結構逐漸被分離和鑒定，其以達瑪烷型四環(huán)三萜皂苷類為主，由親水性的糖類和疏水性的苷元構成，由于6-OH的結構差異分為原人參二醇皂苷和原人參三醇皂苷兩大類。研究發(fā)現[10-12]三七花中的原人參二醇型皂苷包括人參皂苷Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、三七皂苷Fe[13]、Fc[14]和Fd[15]，原人參三醇型皂苷包括人參皂苷Re[16]、Rg1及三七皂苷R1[17]。除此之外，還從三七花中分離出三七皂苷Fa、O、P、Q、S、T等新型皂苷成分[18]。三七花中原人參二醇型皂苷含量高于三醇型皂苷，其中三七皂苷類含量高達10%以上，人參皂苷Rb3、Rc和三七皂苷R1含量均高于1%，其它皂苷如三七皂苷Fc、Fe及人參皂苷Rd等雖然含量較少，但在某些方面的藥理活性更高[19]?？傊呋ㄔ碥粘煞址N類繁多，藥理活性各有不同。因此進一步明確其皂苷單體成分的作用機制將有助于合理利用現有的三七花資源。

2 各種三七花皂苷成分對離子通道的影響

2.1 人參皂苷Rb1

人參皂苷Rb1是原人參二醇型皂苷的代表成分之一，具有抗衰老、抗氧化、抗炎癥及抗腫瘤等多種藥理作用。大電導鈣依賴的鉀通道（BKCa）廣泛分布于神經、心臟及肌肉細胞等，BKCa的下調會破壞神經元細胞內外離子穩(wěn)態(tài)，導致細胞死亡。而人參皂苷Rb1可以通過激活BKCa通道，使細胞內外鈣離子濃度恢復平衡，減少神經細胞的損傷程度[20]。此外，人參皂苷Rb1還可以改善缺血心肌代謝，降低心肌耗氧量，從而增加心肌供血，發(fā)揮抗心肌缺血作用。眾所周知，心肌缺血與心肌細胞的電生理變化存在著密切的聯(lián)系。人參皂苷Rb1作用于豚鼠缺血心肌模型時可以明顯縮短缺血心肌細胞的動作電位時程，濃度依賴性地抑制心室肌細胞鈣離子通道的開放，減少鈣離子內流，防止鈣超載所產生的細胞凋亡現象，這可以部分解釋Rb1抗心肌缺血的作用[21]。這一結果在大鼠心室肌細胞中也得到驗證，裴娟慧等[22]發(fā)現人參皂苷Rb1對大鼠心室肌細胞的L-型鈣電流和瞬時外向鉀電流均具有抑制作用，但不改變這兩個離子通道的動力學特征，極大地減少了跨室壁復極的不均一性，避免了尖端扭轉性室性心動過速的發(fā)生。心室肌細胞上還存在鈉離子通道，它們在細胞的信號傳導過程中具有不可或缺的作用。LIU Z P等[23]發(fā)現人參皂苷Rb1能降低兔心室肌細胞鈉離子電流，增加動作電位觸發(fā)閾值，并減少瞬時去極化的發(fā)生頻率，從而降低心律不齊的風險。與I類抗心律不齊藥物相比，人參皂苷Rb1抑制心室肌細胞離子通道電流卻未影響其動力學特征，這減弱了藥物致心律失常的不良反應，在對抗心律失常現象上具有獨特的優(yōu)勢。

2.2 人參皂苷Rb2

研究表明人參皂苷Rb2具有廣泛的藥理活性，可有效改善膽固醇水平、加快脂肪代謝及特異性治療糖尿病。近年來人參皂苷Rb2對心臟系統(tǒng)的作用開始被深入發(fā)掘，其通過激活SIRT1酶的表達，減少心肌炎癥，減輕氧化應激損傷，抑制心肌細胞凋亡，進而發(fā)揮心臟保護作用[24]。在電生理方面，人參皂苷Rb2對大鼠心室肌細胞上L、B、T三種類型的鈣通道均有阻滯作用，這些鈣通道的亞型與心肌細胞的興奮性、傳導性及收縮性等關系密切[25]。表明人參皂苷Rb2減少心肌收縮性，降低心肌耗氧量可能是由于對鈣通道的抑制效應，可有效緩解心血管疾病癥狀。同時，Rb2還可終止鈣離子電流增強所導致的心肌細胞觸發(fā)活動，降低異常自律性，維持心肌細胞的基本生理功能，因此人參皂苷Rb2可作為治療缺血性心臟病及緩解心肌收縮舒張障礙的新型藥物。

2.3 人參皂苷Rb3

目前，對人參皂苷Rb3的研究主要集中在心血管系統(tǒng)和神經系統(tǒng)，其對神經元和心肌細胞具有良好的保護作用。研究發(fā)現人參皂苷Rb3可直接抑制心肌細胞鈣離子通道，在濃度為300 mg/L時能夠使鈣通道的開放時間縮短，減少鈣離子內流，影響心肌細胞的自律性和傳導性，發(fā)揮心肌保護作用[26]。就神經系統(tǒng)而言，線粒體敏感鉀通道（mitoKATP）是存在于細胞線粒體膜上的主要鉀通道，人參皂苷Rb3則通過激活mitoKATP通道或者抑制神經元持續(xù)性鈉電流的增加幅度，降低缺血神經元內的鈉離子濃度，從而間接調節(jié)細胞內鈣離子濃度，延緩細胞凋亡進程，發(fā)揮對缺血神經元的保護作用[27-28]。人參皂苷Rb3通過作用于不同的離子通道，發(fā)揮不同的藥理作用。隨著深入的研究與開發(fā)，其將有可能成為神經或心血管系統(tǒng)疾病治療的新手段。

2.4 人參皂苷Rd

人參皂苷Rd是三七花中含量較低的成分，卻具有廣泛的生物活性，能夠抗氧化損傷、維持線粒體正常功能及抑制炎癥反應。離子型谷氨酸受體（NMDAR）是一類配體門控型離子通道，過度激活會介導鈣離子內流，造成神經元興奮性毒性損傷。張琛等[29]采用膜片鉗技術發(fā)現人參皂苷Rd可以抑制NMDAR，顯著降低受體電流峰值，減少N-甲基-D-天門冬氨酸引起的鈣內流，降低神經元的異常興奮性，是一種較有前景的神經保護劑。除此之外，孟紅旭等[30]利用全細胞膜片鉗技術對急性分離的大鼠心室肌細胞離子通道電流進行記錄，發(fā)現人參皂苷Rd能夠濃度依賴性地抑制大鼠心肌細胞L-型鈣通道，有效緩解心肌損傷。受體操縱（ROCC）和鈣貯庫調控（SOCC）鈣離子通道廣泛分布于各種細胞中，在細胞增殖、凋亡以及炎癥反應等生理過程中具有重要作用。研究發(fā)現人參皂苷Rd能夠顯著抑制通過ROCC和SOCC的鈣離子通道而不影響血管平滑肌細胞電壓依賴性內向鈣電流，避免了細胞的病理性損傷[31]。人參皂苷Rd對ROCC和SOCC的調節(jié)具有高度選擇性，在調節(jié)免疫和腎功能保護方面有著其它皂苷單體沒有的獨特性。

2.5 人參皂苷Rc

人參皂苷Rc在保護中樞神經系統(tǒng)、抗炎、抗氧化及調血脂等方面都具有較好的作用，在預防骨質疏松[32]、鎮(zhèn)痛等方面也有一定的療效。GABAA受體屬于配體化離子通道，主要在中樞神經系統(tǒng)中表達，并在神經末梢的突觸后部位形成選擇性跨膜通道，負責快速抑制突觸傳遞。作為人參和三七花中的主要皂苷成分，人參皂苷Rc可以激活GABAA受體通道，增大其誘導的內峰值電流（IGABA），顯著抑制突觸傳遞，有效緩解癲癇等神經異常沖動疾病[33]。除此之外，在遺傳或環(huán)境影響下，心肌細胞鈣離子通道的異常開放容易導致細胞內鈣離子超載，誘發(fā)細胞過度興奮。LEE J H等[34]發(fā)現在眾多皂苷中人參皂苷Rc對大鼠心室肌細胞鈣離子電流的抑制作用最強，可以顯著縮短鈣通道開放時間，降低細胞興奮程度，減輕心肌細胞的異常損傷。

2.6 人參皂苷Re

人參皂苷Re屬于三醇類皂苷，在對抗缺血缺氧心肌損傷方面具有獨特的作用，而細胞內鈣離子濃度過載是心肌缺血缺氧損傷和細胞凋亡的重要原因。研究發(fā)現人參皂苷Re能夠抑制L-型鈣通道，減少鈣離子內流，減弱鈣超載現象，并通過抑制ATP敏感鉀通道保護線粒體功能，這在一定程度上有助于對抗心肌缺血缺氧損傷[35]。孟紅旭等[36]采用酶分法獲得單個大鼠心室肌細胞，應用全細胞膜片鉗技術發(fā)現人參皂苷Re能夠通過抑制心室肌細胞鈉通道間接地減少胞內鈣離子含量，此外還發(fā)現Re可以通過抑制瞬時外向鉀通道和內向整流鉀通道電流發(fā)揮抗心律失常的作用。在心肌細胞上，延遲整流鉀電流是決定心肌細胞復極化時間的主要離子電流之一，其功能障礙會增加心律不齊和猝死的風險。而抗心律失常藥、抗過敏藥及抗心肌損傷等離子通道靶點藥可能會抑制延遲整流鉀電流，這也是此類藥物的不良反應之一。BAI C X等[37]運用膜片鉗技術發(fā)現在豚鼠心肌細胞中，人參皂苷Re可以激活延遲整流鉀電流，在發(fā)揮抗心律失常作用的同時避免了藥源性的心肌毒副作用。人參皂苷Re還被證明可以增加冠狀動脈內皮細胞的SKCa通道活性，加快鈣離子流動，使血管舒張，緩解冠狀動脈疾病[38]。通過這些研究成果，可以預見人參皂苷Re在預防和治療心血管疾病方面具有巨大的潛在價值。

2.7 三七皂苷Rg1

三七皂苷Rg1是三七花中主要有效成分之一，在心血管系統(tǒng)及中樞神經系統(tǒng)方面具有較好的活性。研究發(fā)現人參皂苷Rg1對心室肌細胞鈣離子電流具有顯著的抑制效果，在心律失常上有一定程度的干預作用，且Rg1對大鼠海馬體神經元的鈣通道也產生類似的效應，下調鈣離子水平，減弱了神經毒性，可被開發(fā)作為治療阿爾茨海默癥的新型藥物[39]。此外，三七皂苷Rg1作為活血止痛片、痛舒片及傷科止痛膠囊等中成藥的活性成分，可能具有一定的鎮(zhèn)痛活性。辣椒素受體通道（TRPV1）屬于瞬時感受器離子通道家族，它在神經細胞中的過度開放會增強中樞神經的疼痛感應，因此被認為是鎮(zhèn)痛抗炎的藥物靶點。謝暕[40]采用角叉菜膠致大鼠足腫脹模型，發(fā)現人參皂苷Rg1能夠抑制辣椒素受體通道的激活，減少受體激活產生的鈣離子過度內流，達到鎮(zhèn)痛效果，進而發(fā)揮一系列生物學效應。

2.8 三七皂苷R1

三七皂苷R1來源于三七花，與人參皂苷結構相似，屬于四環(huán)三萜類皂苷。阿爾茨海默癥是全世界癡呆最為常見的形式，其治療手段的開發(fā)與電生理的研究緊密相關。YAN S J等[41]采用全細胞膜片鉗技術記錄了三七皂苷R1對小鼠海馬體CA1椎體神經元電流的影響，發(fā)現R1在細胞膜未發(fā)生去極化的情況下，對電壓門控的持續(xù)性鉀離子通道具有一定程度的抑制作用。通過降低動作電位閾值和抑制鉀離子電流，反向增強神經元的興奮性，緩解阿爾茨海默病引起的神經退行性病變。在心血管藥理方面，肺高壓是一種以進行性肺血管重構為特征的嚴重疾病，其主要由血管鈣池操縱性鈣內流功能增強引發(fā)。王瑞幸等[42]通過制備肺高壓大鼠模型發(fā)現三七皂苷R1可以有效抑制肺高壓模型大鼠肺動脈平滑肌細胞鈣池操縱性鈣內流，同時降低靜息鈣離子濃度，減弱肌肉收縮，緩解肺高壓帶來的細胞損傷。

2.9 其它皂苷類成分

隨著現代提取分離技術的發(fā)展，三七花中的新型皂苷成分逐漸被開發(fā)與研究，這些皂苷分子量大，在不同條件下會形成不同的產物，產生多種生物活性。目前臨床上離子通道靶點藥物很多，但很多藥物都是單通道阻滯劑，具有明顯的不良反應。已被報道的三七花皂苷對多個離子通道具有調節(jié)作用，在治療離子通道相關疾病方面具有一定的優(yōu)勢。但是到目前為止，例如，三七皂苷Fe、Fd、Fa等這些皂苷成分與離子通道的相互作用、理化性質及藥理活性方面卻鮮有報道。從化學結構上看，這些新型皂苷單體母體結構均為四環(huán)三萜皂苷元，且多數為原人參二醇類皂苷，不同點在于連接了不同的糖類。因此，推測三七花中新型皂苷成分對某些生理機能具有較為顯著的影響，對離子通道的作用及理化性質方面可能與人參二醇型皂苷單體相似，尤其在心血管系統(tǒng)和神經系統(tǒng)方面作用廣泛，但其具體的作用機制與活性特點還有待深入探究。

3 結語

隨著膜片鉗等現代化技術的不斷發(fā)展，中藥多靶點、安全有效的優(yōu)勢已經得到了廣泛地認可和關注，以離子通道為靶點的藥物研究逐漸成為熱點之一。由于現有的藥物發(fā)揮治療作用時伴有不良反應，開發(fā)新型治療藥物至關重要。作為三七花的活性成分，三七花皂苷單體對離子通道的調控作用主要有以下特點：（1）作用具有廣泛性和共性。各皂苷對多種細胞的不同離子通道具有作用，對同一離子通道的不同亞型效應不同，對不同的鉀通道呈現抑制或激活等不同的效果，但是各皂苷成分主要作用于心血管和神經系統(tǒng)，其中對鈉和鈣通道主要表現為抑制作用，并且不同的皂苷具有一定程度的協(xié)同效果；（2）皂苷作用方式包括直接或間接作用。在心室肌細胞離子通道的研究中，發(fā)現三七花皂苷可直接作用于離子通道，調節(jié)通道電流且某些作用的作用位點明確；而在神經系統(tǒng)方面的研究表明，三七花皂苷單體還可通過抑制N-甲基-D-天門冬氨酸等發(fā)揮對神經元細胞離子通道的間接調控作用。三七花各皂苷成分通過不同的作用途徑和機制，對不同細胞的離子通道發(fā)揮不同的作用，這可能是其具有廣泛藥理作用的原因之一，也是三七花預防和治療心血管疾病、神經系統(tǒng)性疾病及其它系統(tǒng)疾病的部分藥理學基礎。因此，深入研究三七花皂苷成分，對三七花資源的合理利用及新藥開發(fā)均具有重要指導意義。