黃酮類天然化合物對年齡相關(guān)性黃斑變性的防治作用研究進展

陳曦 劉遵峰

中圖分類號 R966 文獻標(biāo)志碼 A 文章編號 1001-0408（2021）09-1131-07

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2021.09.17

摘 要 目的：探討黃酮類天然化合物在年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）中的研究及應(yīng)用進展，為治療AMD的黃酮類新藥研發(fā)提供參考。方法：對黃酮型、黃酮醇型、黃烷酮型、異黃酮型、查爾酮型、黃烷醇型、花色素型等7種不同類型的黃酮類天然化合物或其糖苷在防治AMD研究中的相關(guān)作用和分子機制進行歸納總結(jié)。結(jié)果與結(jié)論：黃酮類天然化合物可通過調(diào)節(jié)Toll樣受體4/核因子κB（TLR4/NF-κB）、白細胞介素6/Janus激酶2/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（IL-6/JAK2/STAT3）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、核因子E2相關(guān)因子2/抗氧化反應(yīng)元件（Nrf2/ARE）、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）以及缺氧誘導(dǎo)因子1α/血管內(nèi)皮生長因子/血管內(nèi)皮細胞生長因子受體2（HIF-1α/VEGF/VEGFR2）等多種信號通路，來調(diào)控腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-6、IL-8、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）、基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）、細胞間黏附分子1（ICAM-1）、血紅素氧合酶1（HO-1）、醌氧化還原酶1（NQO-1）、谷氨酸半胱氨酸連接酶修飾亞基（GCLM）、谷氨酸半胱氨酸連接酶催化亞基（GCLC）、超氧化物歧化酶（SOD）、還原型谷胱甘肽（GSH）及VEGF等多種細胞因子或蛋白的表達，來發(fā)揮抗炎、緩解氧化應(yīng)激損傷和抑制新生血管生成等作用，從而對AMD起到防治作用。但目前對治療AMD的黃酮類天然化合物的研究大多數(shù)仍處于實驗階段，僅有少數(shù)應(yīng)用于臨床;將來應(yīng)從改善該類化合物的水溶性、尋找合適的糖配體或開發(fā)新型眼內(nèi)給藥劑型等方面進行開發(fā)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以促進其更好地應(yīng)用于臨床眼科疾病的治療。

關(guān)鍵詞 黃酮;年齡相關(guān)性黃斑變性;分子機制;研究進展

年齡相關(guān)性黃斑變性（Age-related macular degene- ration，AMD）是一種多發(fā)于歐美等發(fā)達國家50歲以上老年人群體，多以退行性視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）病變和（或）RPE層下產(chǎn)生活躍新生血管為典型特征的不可逆致盲性眼病[1]。AMD在我國的致盲率（>14%）僅次于白內(nèi)障，該疾病患者例數(shù)在2020年已達3 100萬左右，預(yù)計到2050年將增至5 500萬，屆時全球的患病人數(shù)將到達3億以上，可對患者的生活質(zhì)量造成重大影響，并對患者及其家庭帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)[2-4]。

目前，AMD的發(fā)病機制尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)，其發(fā)病機制可能與遺傳、飲食、吸煙、炎癥、氧化應(yīng)激等因素密切相關(guān)[5- 6]。根據(jù)臨床表現(xiàn)及分型，AMD可分為“干性”和“濕性”，其中后者占比10%～20%，致盲性較高，主要是由于脈絡(luò)膜新生血管（CNV）的形成引起的。雖然“干性”AMD因癥狀不明顯而容易被患者忽視，但其能自發(fā)發(fā)展為“濕性”AMD或與“濕性”AMD共存。目前，臨床及文獻中防治AMD的常用藥物主要以血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）抑制劑、皮質(zhì)類固醇、抗氧化劑和他汀類藥物為主（如表1所示），從中不難發(fā)現(xiàn)對AMD的治療主要是針對“濕性”AMD，而對“干性”AMD尚無有效預(yù)防、治療手段。近年來，黃酮類天然化合物（以下簡稱“黃酮”）應(yīng)用于AMD防治方面的相關(guān)研究已經(jīng)陸續(xù)展開，不同結(jié)構(gòu)母核或糖苷的黃酮作用機制不盡相同，本文就相關(guān)研究予以綜述，以期為未來防治“干/濕性”AMD的黃酮類藥物研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 黃酮概述

黃酮廣泛分布于植物界中，是一類重要的天然有機含氧雜環(huán)化合物，其以C6-C3-C6為基本碳架（如圖1所示），主要的存在形式包括游離體或與糖結(jié)合成苷?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究已證實，黃酮具有抗炎、抗菌、抗腫瘤以及治療糖尿病、心血管疾病等多種藥理活性[10-12]。根據(jù)黃酮骨架C3氧化程度、C3是否成環(huán)以及B環(huán)的連接位點的不同，可以分為黃酮、黃酮醇、黃烷酮、異黃酮、查爾酮、黃烷醇、花色素等多種類型，它們均能在AMD的防治中發(fā)揮作用。

2 各種類型黃酮防治AMD的作用及機制

2.1 黃酮型黃酮

黃酮型黃酮主要包括漢黃芩素、木犀草素、黃芩素、芹菜素、澤蘭葉黃素等，其分子結(jié)構(gòu)見圖2、表2。Yan等[13]研究發(fā)現(xiàn)，漢黃芩素可通過抑制蛋白激酶B（Akt）的活性，進而有效降低細胞內(nèi)活性氧（ROS）對人RPE細胞損傷所誘發(fā)的凋亡，從而達到保護RPE細胞的目的。Chen等[14]在脂多糖（LPS）誘導(dǎo)人RPE細胞的炎癥反應(yīng)模型中發(fā)現(xiàn)，漢黃芩素能促進緊密連接蛋白中閉鎖小帶1（ZO-1）和密封蛋白1（Claudin-1）的表達，并抑制多種炎癥因子如白細胞介素1β（IL-1β）、IL-6和IL-8的分泌以及環(huán)氧合酶2（COX-2）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）和腫瘤壞死因子α（TNF-α） mRNA的表達，這種保護和抗炎作用與漢黃芩素能抑制膜蛋白Toll樣受體4（TLR4）的表達有關(guān)。Hytti等[15]對木犀草素在人RPE細胞中的抗炎、抗氧化功能進行了研究，以4-羥基壬烯醛（HNE）為誘導(dǎo)劑，發(fā)現(xiàn)木犀草素能顯著抑制HNE刺激下RPE細胞中IL-6、IL-8和單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）的生成，同時提高了細胞的存活率;其作用機制是通過抑制胞內(nèi)環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）、p38激酶和細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）的磷酸化來實現(xiàn)的。還有研究報道，黃芩素在小鼠體內(nèi)實驗、人源細胞體外實驗中，均可下調(diào)RPE細胞中與AMD發(fā)病密切相關(guān)的基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP-9）、缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）和VEGF的表達;此外，還能下調(diào)人視網(wǎng)膜米勒細胞和視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（RGC）中Bcl-2及上調(diào)血紅素氧合酶-1（HO-1）表達進而抑制細胞凋亡[16-17]。Zou等[18]在釔鋁石榴石晶體（Nd：YAG）激光誘導(dǎo)CNV模型小鼠中發(fā)現(xiàn)，腹腔注射芹菜素能顯著降低小鼠眼底造影熒光滲漏強度，明顯減緩了CNV的發(fā)展。Chen等[19]研究發(fā)現(xiàn)，澤蘭葉黃素能抑制IL-1β誘導(dǎo)下人RPE細胞中炎癥因子IL-6、IL-8和MCP-1的分泌及其mRNA表達;該作用是通過抑制核因子κB（NF-κB）通路中核因子κB抑制蛋白（IκB）、IκB激酶（IKK）以及絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路中ERK、JNK、p38的磷酸化來實現(xiàn)的。

2.2 黃酮醇型黃酮

黃酮醇型黃酮主要包括高良姜素、山柰酚、槲皮素、異鼠李亭、楊梅酮、漆黃素等，其分子結(jié)構(gòu)見圖3、表3。最新研究顯示，高良姜素能在動物體內(nèi)實驗、人源細胞體外實驗中抑制NF-κB和早期生長反應(yīng)（EGR）蛋白1的活化，進而逆轉(zhuǎn)小神經(jīng)膠質(zhì)細胞活化產(chǎn)生TNF-α引起的血視網(wǎng)膜屏障（BRB）損傷[20]。Du等[21]研究發(fā)現(xiàn)，山柰酚的抗氧化作用是葉黃素的2倍，其在人RPE細胞中通過抑制Bax/Bcl-2和胱天蛋白酶3（Caspase-3）等信號通路，從而發(fā)揮抗氧化作用，此外還能夠下調(diào)VEGF mRNA的表達。Zhu等[22]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素能激活Keap1/核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）/抗氧化反應(yīng)元件（ARE）信號通路，從而保護煙草提取物（40 mg/mL的濃縮液，含6%尼古?。θ薘PE細胞誘發(fā)的炎癥反應(yīng)和凋亡。Hytti等[23]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素能通過抑制p38、ERK和CREB的磷酸化，進而緩解HNE對人RPE細胞造成的毒性損傷和炎癥反應(yīng)。Weng等[24]研究表明，槲皮素還能通過激活Nrf2信號通路來抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，緩解H2O2對人RPE細胞造成的氧化損傷。Shao等[25]則通過固體分散體技術(shù)解決了槲皮素在水中難溶性問題，并在“干性”AMD模型小鼠中驗證了“槲皮素具有對RPE細胞保護作用”的觀點。除了對RPE細胞的保護作用之外，槲皮素還被證實能夠作用于VEGF/血管內(nèi)皮細胞生長因子受體2（VEFGR-2）信號通路，從而抑制CNV的生成[26-27]。與槲皮素類似，異鼠李亭也能緩解H2O2對人RPE細胞造成的氧化損傷，其作用機制為通過抑制Caspase-3活化，并且提高磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）和Akt的磷酸化水平[28]。Arumugam等[29]研究發(fā)現(xiàn)，楊梅酮能激活人RPE細胞中的Nrf2和超氧化物歧化酶2（SOD2），并在基因水平下調(diào)NOS2的表達。漆黃素則與木犀草素相似，對人RPE細胞同時具有抗炎和抗氧化應(yīng)激的保護作用[15]。

2.3 黃烷酮型黃酮

黃烷酮型黃酮主要包括圣草酚、柚皮素、花旗松素、橙皮素等，其分子結(jié)構(gòu)見圖4、表4。在黃烷酮型黃酮中，圣草酚是最早發(fā)現(xiàn)對人RPE細胞具有長期保護作用的，其作用機制是通過激活Nrf2進而誘導(dǎo)HO-1、醌氧化還原酶1（NQO-1）及還原型谷胱甘肽（GSH）的表達實現(xiàn)的[30]。隨后，Shen等[31]證實了連續(xù)應(yīng)用柚皮素滴眼液2～4周能預(yù)防碘酸鈉（NaIO3）誘導(dǎo)的模型大鼠RPE細胞退行性病變以及激光誘導(dǎo)的CNV的形成。近年來，研究人員對花旗松素和橙皮素抑制人RPE細胞氧化損傷誘導(dǎo)凋亡的分子機制進行了研究，結(jié)果顯示，兩種化合物都能使Nrf2調(diào)控下的二期酶[HO-1、NQO-1、谷氨酸半胱氨酸連接酶修飾亞基（GCLM）和谷氨酸半胱氨酸連接酶催化亞基（GCLC）]的mRNA及蛋白過表達，同時上調(diào)SOD、GSH活性，并降低了丙二醛（MDA）等中間代謝產(chǎn)物的生成[32-33]。一項回顧性調(diào)查顯示，日常提高橙皮苷（橙皮素的一種蕓香糖苷，其結(jié)構(gòu)式見圖5）的攝入量能使AMD患者發(fā)展為晚期的風(fēng)險顯著降低[34]。

2.4 異黃酮型黃酮

異黃酮型黃酮中可能對AMD具有防治作用的是染料木素和葛根素，其結(jié)構(gòu)式見圖6、圖7。Wang等[35]早在2003年就發(fā)現(xiàn)，染料木素能在新西蘭有色素家兔原代RPE細胞中抑制氯化鈷（CoCl2）誘導(dǎo)低氧條件下VEGF的表達。Kinoshita等[36]通過CNV模型小鼠的研究證實，在小鼠飲食中加入染料木素能顯著降低其視網(wǎng)膜色素上皮層-Bruch膜-脈絡(luò)膜毛細血管復(fù)合體中MCP-1、ICAM-1及MMP-9的表達水平以及CNV的大小。葛根素是4′，7-二羥基異黃酮的8-β-D-葡萄吡喃糖衍生物，研究證實，其能在人RPE細胞中抑制β-淀粉樣蛋白（Aβ）誘導(dǎo)的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3）炎癥小體活化，同時抑制脂質(zhì)過氧化及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)發(fā)生，上述作用機制是通過活化Nrf2/HO-1抗氧化通路，同時抑制肌醇酶1（IRE-1）、激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PERK）的磷酸化及活化轉(zhuǎn)錄因子（ATF）6α的核表達來實現(xiàn)的[37]。

2.5 查爾酮型黃酮

在查爾酮型黃酮中，僅有異甘草素可能對治療AMD有效，其結(jié)構(gòu)式見圖8。有研究發(fā)現(xiàn)，異甘草素能在體外雞胚尿囊膜實驗以及角膜/脈絡(luò)膜新生血管、氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變等多種動物模型中抑制新生血管生成，并抑制VEGF的表達[38]。一項最新的研究表明，基于查爾酮結(jié)構(gòu)類似物進行修飾得到的化合物1-（2，3，4-三甲氧苯基）-3-（3，4，5-三甲氧苯基）-丙烯酮（Tak），可在人RPE細胞中激活Nrf2，進而調(diào)控HO-1、NQO-1、GCLC和GCLM等抗氧化基因的表達，該獨特的功能與Tak結(jié)構(gòu)中含有α、β不飽和醛酮有關(guān)[39]，如圖9所示。

2.6 黃烷醇型黃酮

黃烷醇型黃酮中有防治AMD相關(guān)作用的化合物包括兒茶素、表兒茶素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）等，其分子式見圖10～圖12。相關(guān)研究表明，兒茶素及其3位亞油酸衍生物能在人RPE細胞中抑制ROS生成，半數(shù)抑制濃度（IC50）分別為（5.93±0.06）、（10.61±4.41） μmol/L，且前者的毒性更小[40]。表兒茶素則被證實能夠保護人視網(wǎng)膜米勒細胞免于煙草中鄰苯二酚造成的毒性損傷，其作用機制與抑制Caspase-3和Caspase-7活性、降低ROS及活性氮（RNS）生成有關(guān)[41]。目前，關(guān)于EGCG治療AMD的研究較為深入，最新研究表明，EGCG前藥能在小鼠體內(nèi)通過下調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）/VEFG/VEGFR2信號通路以及抑制M1型巨噬/小膠質(zhì)細胞極化分泌的IL-6、TNF-α，從而緩解CNV的形成[42]。還有研究證實，EGCG能在小鼠RPE細胞中維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)Ca2+水平的平衡，調(diào)控未折疊蛋白的反應(yīng)通路，從而抑制ROS誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡;其機制與EGCG上調(diào)Akt和張力蛋白同源第10號染色體丟失磷酸酶（PTEN）磷酸化，同時抑制糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）磷酸化有關(guān)[43]。

2.7 花色素型黃酮

自然條件下游離的花色素型黃酮極少，常見的是通過糖苷鍵形成的花色苷[44]。目前，與防治AMD相關(guān)的花色素型黃酮包括矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（C3g）、錦葵色素及其葡萄糖/半乳糖苷、花葵素-3-葡糖苷等，其結(jié)構(gòu)式見圖13、表5。Wang等[45]研究表明，C3g能在體外顯著提高RPE細胞暴露于HNE下的存活率，并抑制衰老相關(guān)-β-半乳糖苷酶（SA-β-Gal）、VEGF、MCP-1及IL-8的表達，同時能在有色素家兔中抑制可見光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜細胞凋亡。錦葵色素和花葵素的糖苷同樣被證實能保護紫外線照射下的人RPE細胞，其作用機制與降低胞內(nèi)ROS、抑制MAPK通路中JNK和p38的磷酸化有關(guān)，作用效果與葉黃素、玉米黃質(zhì)相似[46-47]。

3 結(jié)語

RPE和脈絡(luò)膜與AMD發(fā)病過程密切相關(guān)。包括視網(wǎng)膜在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)，其細胞死亡后不可再生更新，只能由相鄰細胞平移填充，因此保護RPE細胞至關(guān)重要。RPE細胞損傷的主要誘因包括脂褐素積聚造成的炎癥反應(yīng)以及光輻射、吞噬功能高能代謝產(chǎn)生ROS造成的氧化應(yīng)激損傷[1]。不同結(jié)構(gòu)母核黃酮對于AMD防治作用的分子機制各不相同，總的來說可以概括為以下幾個方面：（1）通過調(diào)節(jié)包括TLR4/NF-κB、IL-6/JAK2/STAT3、MAPK等多種信號通路，調(diào)控TNF-α、IL-6、IL-8、MCP-1、MMP-9、ICAM-1等多種炎癥因子基因表達，抑制炎癥反應(yīng)發(fā)生;（2）基于黃酮母核B環(huán)的多羥基結(jié)構(gòu)的抗氧化作用，能夠直接中和細胞內(nèi)局部高濃度ROS，同時還可以直接激活Nrf2/ARE信號通路，調(diào)控HO-1、NQO-1、GCLM、GCLC、SOD、GSH等抗氧化基因表達;（3）通過調(diào)控PI3K以及HIF-1α/VEGF/VEGFR2等信號通路，抑制VEGF表達，進而抑制CNV生成。

目前，我國已上市的用于治療AMD或眼底血管病變的黃酮類藥物包括曲克蘆?。?′，4′，7-三羥乙基蕓香苷）、七葉洋地黃雙苷滴眼液（洋地黃苷和七葉亭苷）和遞法明片（歐洲越橘花青苷和β-胡蘿卜素）等。目前對于黃酮的研究大多數(shù)仍處于實驗階段，僅有少數(shù)應(yīng)用于臨床，可能與該類化合物水難溶性、生物利用度低相關(guān)，而這種現(xiàn)象主要是由黃酮平面結(jié)構(gòu)的π-π堆積和分子間氫鍵導(dǎo)致的[48-49]。但也有研究表明，花色素型黃酮口服給藥后可通過血-視網(wǎng)膜屏障，在眼底的血藥濃度與靜脈給藥和腹腔給藥時相當(dāng)[50]。另外值得注意的是，黃酮可能帶來的潛在DNA損傷不容忽視[51-52]。因此，將來應(yīng)從改善黃酮水溶性、尋找合適的糖配體或開發(fā)新型眼內(nèi)給藥劑型等方面進行開發(fā)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以促進其更好地應(yīng)用于臨床眼科疾病的治療。

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（收稿日期：2020-12-31 修回日期：2021-03-21）

（編輯：羅 瑞）