藁本內(nèi)酯藥理作用及機制研究進展

何樹苗，陳元堃，曾奧，李春梅，盧群

（廣東藥科大學生命科學與生物制藥學院，廣東廣州510006）

當歸與川芎在我國各地分布較為豐富,在我國傳統(tǒng)中藥治療中,具有悠久的入藥歷史。藁本內(nèi)酯(ligustilide,LIG)是傳統(tǒng)中藥當歸、川芎中含量較高的活性成分之一,藥理作用眾多,極具開發(fā)價值。近年來,中外學者對藁本內(nèi)酯及對其各種藥理作用研究日益深入,本文對近年藁本內(nèi)酯的研究進行綜述,為藁本內(nèi)酯進一步的開發(fā)研究以及對我國中藥寶庫的挖掘利用提供參考。

1 理化性質(zhì)和藥理特性

藁本內(nèi)酯是一種具有特殊香味的淡黃色油狀液體，1960年由Mitsuhashi首次分離，可溶于甲醇、乙醇、乙醚等有機溶劑，沸點為168～169 ℃，相對分子質(zhì)量為190.24，分子式為C12H14O2，系統(tǒng)命名為3-丁烯基-4,5-二氫-1(3H)-異苯并呋喃酮。藁本內(nèi)酯為不飽和的苯酞結(jié)構(gòu)，C-3 位由丁烯基取代，因而其穩(wěn)定性極差，容易發(fā)生脫氫、氧化、水解、降解等化學反應，極易轉(zhuǎn)化為與其結(jié)構(gòu)相似的其他苯酞類化合物。藁本內(nèi)酯結(jié)構(gòu)中還有環(huán)外雙鍵，可分為(Z)-ligustilide 和(E)-ligustilide 順反兩種異構(gòu)體，Z 型結(jié)構(gòu)作為空間優(yōu)勢構(gòu)象，與E 型相較結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在中藥材中含量遠遠高于E 型[1]。藁本內(nèi)酯口服利用度（oral bioavailability,OB）為53.72 %，藥物半衰期（t1/2）為5.61 h，血腦屏障系數(shù)（blood-brain barrier coefficient,BBB）為1.25，類藥性指數(shù)（drug like index,DL）為0.07,分子的極性表面積（polar surface area,PSA）為30.21(小于60 表示其在滲透細胞膜時表現(xiàn)良好)。以上參數(shù)表明藁本內(nèi)酯生物利用度較高，穿透力強，是藥物開發(fā)的良好候選者，其化學結(jié)構(gòu)見圖1。

2 藁本內(nèi)酯抗炎機制

圖1 藁本內(nèi)酯化學結(jié)構(gòu)Table 1 Chemical structure of ligustilide

炎癥的發(fā)生由多種炎性細胞或免疫細胞激活調(diào)節(jié)。在炎癥過程中，巨噬細胞被吸收并黏附在血管內(nèi)皮細胞的脆弱部位，然后滲透到內(nèi)皮細胞層。巨噬細胞的炎性黏附和浸潤由細胞黏附分子(cell adhesion molecules,CAMs)介導，活化的巨噬細胞可產(chǎn)生各類炎性黏附介質(zhì)[2]，如一氧化氮(nitric oxide,NO)、前列腺素E2(prostaglandins E2,PGE2)、白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)等。這些炎性介質(zhì)的過度生成與多種疾病有關，包括哮喘、慢性肝炎、類風濕關節(jié)炎和動脈粥樣硬化[3-5]。研究發(fā)現(xiàn)，LIG 對NO、PGE2、IL-6和TNF-α的產(chǎn)生具有很強的抑制作用[6]。依照炎癥作用的發(fā)展過程，LIG可從以下幾個方面發(fā)揮其抗炎作用。

2.1 抑制巨噬細胞的黏附

CAMs的表達由各類炎性細胞因子啟動，活性氧物質(zhì)(reactive oxygen species, ROS)或NF-κB 信號必不可少。LIG 通過抑制NF-κB 和ROS 的產(chǎn)生，抑制CAMs 的表達和巨噬細胞的黏附從而減輕血管炎癥[7]。LIG對NF-κB的抑制功能可由Nrf2 激活介導；Nrf2 轉(zhuǎn)錄因子可調(diào)節(jié)多種抗氧化相關基因，通過生成抗氧化劑血紅素加氧酶-1(Heme oxygenase-1,HO-1)，防御氧化應激和不利炎癥反應，誘導HO-1生成對炎癥等應激狀態(tài)的反應有益。LIG 在蛋白質(zhì)合成水平上是有效的HO-1 誘導劑[8]。Wu 等[9-10]研究還發(fā)現(xiàn)，LIG 通過Nrf2 途徑激活對苯并芘誘導的CYP1A1 上調(diào)具有顯著的保護作用，通過抑制NF-κB 信號通路保護角質(zhì)形成細胞免受UVB誘導的炎癥[9]。

2.2 抑制NF-κB介導的趨化因子的產(chǎn)生

Zhao 等[11]發(fā)現(xiàn)腹腔注射完全弗氏佐劑或鞘內(nèi)注射脂多糖可引起疼痛超敏反應，并增加了脊髓中角質(zhì)形成細胞源性趨化因子（keratinocyte-derived chemokine,KC）和單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1）的表達，而LIG 對KC 和MCP-1 的表達有抑制作用，提示LIG 可能是通過調(diào)節(jié)KC 和MCP-1 介導的脊髓中樞致敏作用來減輕炎癥性疼痛。

2.3 抑制MyD88/TLR4/NF-κB信號通路

TOLL 樣受體(Toll-like receptor,TLR)家族成員通過招募“萬能受體”——髓樣分化因子(MyD88)，活化其下游信號分子NF-κB，繼而誘導多種炎癥因子和趨化因子表達。外源性重組過氧化物酶(peroxidase,Prx)的3 個成員Prx1、Prx2 和Prx4 也可增加促炎介質(zhì)NO、TNF-α 和IL-6 等的產(chǎn)生[12]，誘導巨噬細胞活化。LIG 可以顯著抑制TLR4與Prx表達，抑制NF-κB 的激活。MyD88/TLR4/NF-κB 是巨噬細胞發(fā)生炎癥反應的關鍵信號通路，LIG可能通過抑制該信號通路發(fā)揮抗炎作用[13]。

3 藁本內(nèi)酯干預疾病機制研究

3.1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化(atherosclerosis,As)是一種慢性炎癥性疾病，AS 病變首先累及動脈內(nèi)膜，繼而發(fā)展為粥樣斑塊等種病變并存，最后可因斑塊脫落引起血管栓塞而出現(xiàn)腦梗死等心腦血管并發(fā)癥，因此動脈粥樣硬化是多數(shù)心血管疾病的潛在病理學基礎，比如冠心病就始于動脈粥樣硬化斑塊的形成[14]，AS 及其并發(fā)癥仍是導致全球人口死亡的主要原因[15]。藁本內(nèi)酯作為當歸、川芎的主要活性物質(zhì)，可預防并治療多種心血管并發(fā)癥。其抗動脈粥樣硬化機制如下。

3.1.1 減輕細胞損傷和內(nèi)皮功能障礙

ROS 誘導的內(nèi)皮功能障礙作為初始階段，在AS 進程中起著關鍵作用[16]。成熟心肌細胞擁有大量線粒體，對心肌細胞的動態(tài)、存活以及維持心臟功能至關重要。質(zhì)子泄漏是線粒體解偶聯(lián)的標志，LIG能顯著地誘導質(zhì)子泄漏[17]，減少ROS 的生成，并在缺血損傷模型中顯示細胞保護作用。LIG 通過刺激Nrf2/ARE 途徑，提高了各種抗氧化基因的表達，抑制ROS的產(chǎn)生，從而減輕各種因素引起的氧化應激和細胞損傷[18]，同時誘導谷胱甘肽生成，谷胱甘肽不僅具有抗氧化與整合解毒作用，還可幫助機體保持正常的免疫系統(tǒng)功能[19]。

3.1.2 抑制血管平滑肌細胞增殖與遷移

LIG通過干預血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells,VSMCs）增殖遷移而緩解或抑制AS 的形成與進展。本課題組[20-22]前期研究發(fā)現(xiàn)，LIG 通過抑制ROS 生成，下調(diào)p38、EPK、JNK 表達而阻斷MAPK 信號通路，從而有效抑制VSMCs 增生，通過抑制c-Myc/MMP2 與R-OCK/JNK信號通路抑制血管平滑肌細胞的遷移，從而延緩動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)能降解細胞外基質(zhì)，從而使VSMCs更易發(fā)生遷移，c-Myc 為MMP2 的上游分子，是一種促進細胞分裂、可使細胞無限增殖的基因，通過調(diào)節(jié)表型標志蛋白α-SMA，將血管平滑肌細胞從穩(wěn)定的收縮狀態(tài)轉(zhuǎn)換為合成表型，表型轉(zhuǎn)化與AS 斑塊的形成關系密切[23]；RhoA/R-OCK 信號也可調(diào)節(jié)平滑肌表型調(diào)節(jié)和血管重塑，研究發(fā)現(xiàn)，LIG 可減弱c-Myc/MMP2 和ROCK-JNK 信號通路從而產(chǎn)生對病理性血管內(nèi)膜增厚的保護作用[24]。

3.1.3 免疫調(diào)節(jié)作用

CD137 作為腫瘤壞死因子(tumor necrosis family,TNF)超家族的共刺激受體分子，可介導T 細胞活化從而增強機體免疫反應，LIG 通過干擾AP-1 和AKT/NF-κB 信號通路的表達[25]，有效地抑制了AS 斑塊不穩(wěn)定性診斷生物標志物CD137的表達。

3.1.4 抑制脂質(zhì)積累

研究發(fā)現(xiàn)當歸可抑制小鼠血管內(nèi)脂質(zhì)積累，而正是LIG介導了其對脂肪酸吸收和酯化的影響。Lee等[26]發(fā)現(xiàn)藁本內(nèi)酯通過抑制脂肪酸轉(zhuǎn)運體攝取脂肪酸和酯化作用，并下調(diào)與脂肪生成相關基因的表達，脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白-5(fatty acid transport protein-5,FATP5)與二酯酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶-2(diacylglycerol acyltransferase-2,DGAT2)分別在脂肪酸轉(zhuǎn)運和脂質(zhì)合成中發(fā)揮重要作用，LIG抑制FATP5和DGAT2的表達減少脂質(zhì)積累。

3.1.5 調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣濃度及血清游離脂肪酸水平

細胞內(nèi)[Ca2+]i濃度可以調(diào)節(jié)心血管疾病中的血管阻力和改善壓力誘導的收縮[27]，LIG 能有效地阻斷電壓依賴性鈣通道，拮抗細胞內(nèi)鈣的積累[27]，減少血管鈣化。Liu等[28]實驗表明，LIG 能明顯抑制FFA 代謝紊亂，顯著降低血清乳酸水平與血清游離脂肪酸水平，減少脂質(zhì)沉積。

3.2 抗腦血管疾病

藁本內(nèi)酯可透過血腦屏障，抑制炎癥反應、抗氧化損傷、改善腦微循環(huán)，并可提高膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶活性，對腦缺血、腦出血、腦血栓等腦血管疾病有改善作用。LIG 抗腦血管疾病機制如下。

3.2.1 增加血腦屏障通透性

研究證明，LIG 能夠有效改善血腦屏障通透性，減少神經(jīng)細胞壞死，改善腦出血大鼠的神經(jīng)功能[29]。LIG 通過調(diào)節(jié)HIF-1α/VEGF 途徑和下調(diào)AQP-4[31]以及緊密連接蛋白claudin-5 和zo-1 的表達[30]，降低血腦屏障通透性，從而更加有效發(fā)揮腦部相關疾病的治療作用。

3.2.2 促進血管生成

新生血管的生成可減輕腦缺血造成的腦損傷。Ren等證明LIG 可促進局部血管生成，增加腦血管數(shù)量，減輕缺血性腦損傷[31]，并且發(fā)現(xiàn)小鼠在LIG 給藥后，缺血半球中VEGF表達和eNOS激活明顯增加。

3.2.3 減少免疫炎癥損傷

Prx1是過氧化物酶家族中的一員，可激活TLR4/NF-κB 信號通路，進而引起神經(jīng)炎癥損傷和功能缺損。LIG 及其代謝分子能抑制Prx1/TLR4/NF-κB 信號傳導和由此引起的免疫炎癥損傷，抑制膠質(zhì)細胞的活化、外周血白細胞侵入浸潤以及TNF-α、IL-6 等炎癥因子的產(chǎn)生，對腦出血具有神經(jīng)保護作用[32]。

3.2.4 調(diào)節(jié)氧化應激和細胞生存。

PI3-K/Akt信號級聯(lián)是神經(jīng)元激活的一個關鍵促生存途徑。LIG 可能通過激活PI3-K/Akt 信號通路[33]、抑制Akt/FoxO1 通路與p38 信號生成減少氧化應激，對腦缺血小鼠具有神經(jīng)保護作用,發(fā)現(xiàn)LIG 逆轉(zhuǎn)了密集的核濃縮和分裂以及亞G1DNA 含量積累，推測LIG 可能是通過一種抗凋亡的方式來實現(xiàn)神經(jīng)保護作用的。LIG 還可通過ERK 信號途徑促進促紅細胞生成素的轉(zhuǎn)錄[34]，抑制應激誘導蛋白RTP801 的表達，提高細胞活力，可作為防治缺血性疾病的治療藥物。

3.3 抗阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(Alzheimer disease,AD)是一種與年齡相關的神經(jīng)退行性疾病，其病理特征是高磷酸化tau 蛋白的細胞內(nèi)積聚和β-淀粉樣(Aβ)纖維的細胞外沉積，以及大腦海馬和皮層區(qū)域的功能神經(jīng)元的逐漸喪失[35]，因此，具有神經(jīng)保護作用的化合物LIG 在治療AD 中可能具有價值。LIG治療AD機制如下。

3.3.1 降低Aβ水平及其累積毒性

LIG 既能抑制Aβ的形成，又能通過調(diào)節(jié)小鼠腦內(nèi)Aβ降解酶的水平而促進Aβ 的降解，從而降低APP/PS1 小鼠海馬和皮層的Aβ 水平[36]。研究發(fā)現(xiàn)，LIG 可顯著阻斷Aβ誘導的細胞核濃縮和亞G1 細胞聚集，通過抑制p38 和激活PI3-K/Akt 信號通路、調(diào)節(jié)TNF-α 激活的NF-κB 信號轉(zhuǎn)導通路來對抗Aβ引起的神經(jīng)毒性[37-38]。

3.3.2 上調(diào)Klotho水平

Kuang 等[39-40]發(fā)現(xiàn)衰老抑制基因Klotho表達與AD 表型呈負相關,并提出慢性服用LIG 可以預防Aβ 樣神經(jīng)病變的發(fā)展和衰老過程中的記憶障礙。LIG 可以增加脈絡叢klotho 的表達[44]，誘導胰島素生長因子-1(IGF-1)信號抑制和叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FoxO1)激活，改善大腦氧化應激，發(fā)揮抗AD作用。

3.3.3 神經(jīng)元保護與重構(gòu)

LIG可增加細胞活力，釋放乳酸脫氫酶和減少細胞內(nèi)ROS 積累，通過改善磷tau 和Aβ 病理學，預防淀粉樣斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)的發(fā)生，從而保護大腦神經(jīng)元，改善模型小鼠的記憶障礙[41]。神經(jīng)生長相關蛋白GAP-43 參與神經(jīng)細胞突觸發(fā)育形成和再生，是神經(jīng)元發(fā)芽的標志物。LIG 能恢復GAP-43 的表達，促進損傷神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)突觸重組，降低caspase-3和星形膠質(zhì)細胞的活化，減輕模型小鼠腦內(nèi)的氧化損傷[42]，從而對小鼠學習記憶障礙具有保護作用。

3.4 骨關節(jié)炎

骨關節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是一種退行性關節(jié)疾病，引起慢性疼痛、關節(jié)結(jié)構(gòu)完整性破壞和功能喪失等癥狀。其特征是軟骨退變和軟骨細胞炎癥反應[50]。LIG 可從這兩方面干預骨關節(jié)炎發(fā)展。

3.4.1 抑制軟骨退變

軟骨是由軟骨細胞和細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)組成的一種無血管、無淋巴的基質(zhì)，主要成分是Ⅱ型膠原和軟骨蛋白聚糖。軟骨退變包括ECM退變和軟骨組織破壞。軟骨細胞凋亡是導致軟骨退變的主要因素，也是OA 治療的可能靶點。LIG 通過抑制JNK 和p38 MAPK 途徑保護軟骨細胞免受刺激誘導的凋亡和關節(jié)軟骨退變[43]。還可通過PI3K/AKT 途徑激活NF-κB，抑制ECM降解[44]。

3.4.2 減輕軟骨細胞炎癥

白細胞介素(IL-1β)是一種致炎細胞因子，廣泛參與了人體組織破壞、水腫形成等多種病理損傷過程，IL-1β顯著誘導了IKKα/β、IκBα 和NF-κB p65 的磷酸化。LIG通過抑制軟骨細胞NF-κB 信號傳導，在基因水平上抑制了IL-1β刺激后PGE2、TNF-α和IL-6等炎癥因子的過度分泌，而同時在基因和蛋白水平上抑制了COX-2 和iNOS，減輕軟骨細胞炎癥反應[45]。

3.5 骨質(zhì)疏松

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis)是由多種因素引發(fā)的一組代謝性骨病變。發(fā)展前期骨量逐漸減少、骨的微觀結(jié)構(gòu)退化，最終導致骨脆性增加，容易引發(fā)骨骼疼痛甚至發(fā)生骨折。任何年齡均可發(fā)生骨質(zhì)疏松癥，絕經(jīng)后女性和老年男性為高發(fā)人群。骨質(zhì)量的調(diào)節(jié)依賴于骨形成和骨吸收之間的動態(tài)平衡，骨吸收則受成骨細胞(osteoblasts,OBs)與破骨細胞(Osteoclast,OCs)激活的影響[46]。

OBs 是骨形成的主要細胞，在維持骨量方面起著不可替代的作用。LIG 可能通過GPR30/EGFR 途徑對氧化應激下OBs 的存活和凋亡進行復雜的調(diào)控[47]。雌激素調(diào)節(jié)骨生長中起關鍵作用。GPR30 作為一種G 蛋白偶聯(lián)的雌激素受體，可激活表皮生長受體因子(epidermal growth receptor factor,EGFR)。EGFR 在OBs 分 化 過 程 中 通 過 負性調(diào)節(jié)mTOR 信號調(diào)節(jié)成骨祖細胞的增殖與凋亡來刺激骨形成，顯著增加OBs 的數(shù)量[48]。轉(zhuǎn)基因小鼠由于缺乏成熟的OCs 而表現(xiàn)出輕微的骨質(zhì)疏松癥。NF-κB 受體活化因子配體（RANKL）在成骨細胞中表達可激活OCs。NFATc1 是參與OCs 分化和成熟的重要基因，缺失導致OCs 功能障礙。Wang 等[49]已證實LIG 通過抑制NF-κB/ERK/p38/ITAM 信號通路，抑制RANKL 表達，下調(diào)下游NFATc1和c-Fos的表達及OCs特異基因的轉(zhuǎn)錄，影響OCs的分化和活性[50]。

4 總結(jié)與展望

藁本內(nèi)酯作為傳統(tǒng)中藥當歸、川芎中的主要活性成分,具有抗炎、抗氧化、抗凋亡和神經(jīng)保護等作用,對動脈粥樣硬化、冠心病等心血管疾病、腦出血、腦缺血等腦血管疾病、阿爾茨海默病、骨質(zhì)疏松、骨關節(jié)炎等均有不錯的治療效果。藁本內(nèi)酯對疾病的治療機理與其抗炎、抗氧化的作用密切相關,NF-κB 信號通路與抑制ROS 生成、調(diào)節(jié)細胞自噬與凋亡等功能與在多種疾病的治療中發(fā)揮關鍵作用。

傳統(tǒng)中醫(yī)學中,川芎、當歸均有“益氣補血”之功效,現(xiàn)代醫(yī)學認為,“益氣補血”即改善微循環(huán),提高機體免疫調(diào)節(jié)的能力,這似乎對藁本內(nèi)酯對多種疾病有廣泛的藥理作用有所解釋。當歸及川芎多年來在治療心腦血管疾病、偏頭痛及女性痛經(jīng)等病癥中應用廣泛且效果良好,利用藁本內(nèi)酯的優(yōu)勢進行新藥開發(fā)及臨床應用具有非常廣闊的空間。中藥配伍成分極其復雜及潛在肝腎毒性等,限制了中藥在臨床的廣泛應用,利用現(xiàn)代先進技術加強藁本內(nèi)酯基礎研究,同時結(jié)合我國資源現(xiàn)狀,加強工業(yè)產(chǎn)業(yè)中藁本內(nèi)酯的提取分離及純化研究,為臨床用藥及新藥研發(fā)提供理論依據(jù)，對發(fā)展具有我國特色的天然創(chuàng)新藥品、提高我國醫(yī)藥行業(yè)競爭力具有重要意義。