天然黃酮類化合物對(duì)芳香烴受體的調(diào)控作用研究進(jìn)展 *

楊玲娟，宋蒙蒙，狄留慶,丁康

(1.江蘇省生產(chǎn)力促進(jìn)中心，江蘇 南京 210042；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023;3.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬南京市中醫(yī)院,江蘇 南京 210001)

黃酮類成分廣泛存在于植物以及中草藥中，它具有多種藥理學(xué)活性，如化學(xué)預(yù)防、抗氧化、心臟保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗過(guò)敏、雌激素樣作用[1-8]。黃酮類化合物是以2-苯基色原酮為骨架衍生而來(lái)[9]，它的兩個(gè)含酚羥基的苯環(huán)可通過(guò)中央3碳原子相連(即C環(huán))，根據(jù)C環(huán)的不同常將黃酮類成分分為黃酮(Flavone)類，黃酮醇(Flavonole)類、黃烷酮(Flavanone)類、異黃酮(Isoflavone)類、黃烷酮醇(Flavanonole)類、黃烷醇(Falvanole)類、花青素(Anthocyanidin)類、原花青素(Proanthocyanidin)類、查爾酮(Chalcone)類等[10]。黃酮類化合物由于取代基(甲基取代位置及數(shù)目)的不同，C環(huán)的不同，以及所連接糖苷的種類與數(shù)目、糖苷鍵類型的不同，常導(dǎo)致這些黃酮類成分與藥效靶點(diǎn)的結(jié)合能力和作用模式、體內(nèi)藥效學(xué)以及體內(nèi)外的藥代動(dòng)力學(xué)行為產(chǎn)生變化[11]。

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物可以通過(guò)調(diào)控或激活多種核受體，如孕烷X受體(Pregnane X receptor，PXR)，法尼醇受體(Farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)或芳香烴受體(Aryl hydrocarbon receptor, AHR)[12-14]。激活相關(guān)核受體后，可引起相關(guān)核受體下游信號(hào)通路的變化，從而改變其他藥物的藥代動(dòng)力學(xué)行為、內(nèi)源性物質(zhì)(如膽汁酸等)的變化，或者改變氧化應(yīng)激、抗炎相關(guān)信號(hào)通路中關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，從而發(fā)揮其多種功效。本文主要聚焦芳香烴受體，在總結(jié)芳香烴受體功能及常見調(diào)控模式的基礎(chǔ)上，梳理結(jié)構(gòu)多樣的黃酮類化合物對(duì)芳香烴受體的調(diào)控作用，并對(duì)常見黃酮成分通過(guò)芳香烴受體發(fā)揮其多種藥效學(xué)作用的獨(dú)特作用機(jī)制進(jìn)行介紹，以期為黃酮類化合物的深入開發(fā)提供參考。

1 芳香烴受體

芳香烴受體是一種核轉(zhuǎn)錄因子，可以被外源性及內(nèi)源性配體激活。在非激活狀態(tài)下，AHR與2個(gè)熱休克蛋白90(Heat shock protein 90，Hsp90)、X相關(guān)蛋白2(X-associated protein 2，XAP2)、p23及非受體酪氨酸激酶(c-Src)以復(fù)合物的形式存在于細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中[15]。而當(dāng)AHR與其配體結(jié)合后，Hsp90及c-Src被釋放，Hsp90暴露出位于N端區(qū)域的核定位信號(hào)(Nuclear localization signal，NLS)。然后，AHR易位到細(xì)胞核并與其伴侶蛋白及輔助伴侶(XAP2，另一個(gè)Hsp90及p23)分離，導(dǎo)致其與ARNT(Aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator)的二聚化[16]。AHR/ARNT異源二聚體能夠與特異反應(yīng)元件(Xenobiotic response elements，XREs)結(jié)合，XREs具有靶基因調(diào)控序列5'-TNGCGTG-3'，AHR識(shí)別半位點(diǎn)TNGC，ARNT識(shí)別半位點(diǎn)GTG，進(jìn)而啟動(dòng)相關(guān)基因的表達(dá)[17-18]。

1.1 芳香烴受體的常見配體

機(jī)體內(nèi)存在較多的內(nèi)源性AHR配體，比如膽紅素、類花生酸、色氨酸的光照產(chǎn)物FICZ(6-Formylindolo[3,2-b]carbazole)、色氨酸的代謝產(chǎn)物犬尿氨酸和5-羥色胺等[19-20]。而對(duì)于AHR外源性配體而言，其中最為常見的是一些環(huán)境毒物，如2,3,7,8-四氯二苯并二噁英(Tetrachlorodibenzo-p-dioxin，TCDD)這類鹵代芳烴，多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)如3-甲基膽蒽(3-Methylcholanthrene，3-MC)和苯并芘(Benzopyrene，BaP)[21]。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，天然多酚類物質(zhì)，尤其是黃酮類成分也可以通過(guò)拮抗或者激活A(yù)HR，進(jìn)而影響其下游的信號(hào)傳導(dǎo)，而且黃酮類成分對(duì)AHR的影響可能與其化學(xué)預(yù)防，免疫調(diào)節(jié)等功效密切相關(guān)。

如前文所述，芳香烴受體與配體結(jié)合后，有的可以促進(jìn)AHR的入核，有的可以抑制AHR的入核，此外有的芳香烴受體的配體還可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性作用拮抗其他芳香烴受體激動(dòng)劑的激活作用，從而影響AHR的下游信號(hào)通路。

1.2 AHR激活引起的基因組及非基因組信號(hào)傳導(dǎo)

AHR通過(guò)配體激活后，可以發(fā)生核易位，并與ARNT形成異源二聚體，通過(guò)經(jīng)典的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)表達(dá)可代謝多種化學(xué)異物或藥物的代謝酶的mRNA的表達(dá)，常見的代謝酶主要有細(xì)胞色素P450酶1A1(Cytochrome P450，CYP1A1)、CYP1A2和CYP1B1以及二相代謝酶如谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(Glutathione S-transferase,GST)、NAD(P)H：醌氧化還原酶1[NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1,NQO1]、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶1A1(UDP-glucosyltransferase 1A1，UGT1A1)和UGT161。目前多以CYP1A1基因表達(dá)上調(diào)與否來(lái)代表AHR是否被配體激活。TCDD或BaP與AHR激活后，引起CYP1A1基因多達(dá)幾百倍的上調(diào)，進(jìn)而帶來(lái)后續(xù)的代謝激活，從而導(dǎo)致這些化學(xué)污染物的毒性，如高濃度的二噁英類物質(zhì)暴露可引起皮膚損傷，而長(zhǎng)期接觸二噁英會(huì)導(dǎo)致發(fā)育和生殖異常，免疫毒性及甲狀腺破壞等。

然而配體與AHR的結(jié)合也能調(diào)節(jié)其與其它蛋白的相互作用，包括Maf、Kruppel樣因子6(KLF6)、激酶、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白、E3泛素化連接酶Cullin 4B(CUL4B)。這些相互作用能夠激活潛在的非基因組途徑，如大鼠暴露TCDD后，細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度迅速增加導(dǎo)致蛋白激酶C(PKC)激活。隨后，由PKC激活產(chǎn)生的磷酸化磷脂酶A2(cPLA2)導(dǎo)致了花生四烯酸的產(chǎn)生。在細(xì)胞質(zhì)中的AHR復(fù)合物，與配體結(jié)合激活后，引起c-Src的釋放，導(dǎo)致絲裂原活化蛋白(MAP)激酶的激活，從而誘導(dǎo)環(huán)氧合酶2(COX-2)mRNA的表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白，利用花生四烯酸信號(hào)通路產(chǎn)生前列腺素，進(jìn)而引起炎癥反應(yīng)。c-Src的激活也導(dǎo)致了焦點(diǎn)黏著激酶(FAK)的激活，調(diào)節(jié)了細(xì)胞的黏附、破壞了焦點(diǎn)黏著點(diǎn)。最后，與核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)亞基、雌激素受體α(ERα)、β-連環(huán)蛋白相互作用，從而影響這些關(guān)鍵的信號(hào)通路。

1.3 AHR在不同器官中的表達(dá)情況

研究表明，AHR在胎盤、肺、胃腸道和肝中具有較高的表達(dá)，能夠通過(guò)誘導(dǎo)代謝酶發(fā)揮解毒的作用，或通過(guò)調(diào)節(jié)多種免疫細(xì)胞[22]，將AHR激活的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為免疫調(diào)節(jié)作用[23-24]。

在腸道黏膜屏障中，有研究表明AHR敲除可導(dǎo)致上皮細(xì)胞間的緊密連接遭到破壞[24-25]，AHR基因敲除小鼠極易感染病菌[25]，此外AHR也可以通過(guò)抑制Wnt信號(hào)通路調(diào)節(jié)腸干細(xì)胞的增殖[26]。而采用AHR激動(dòng)劑(FICZ)激活A(yù)HR后，能夠通過(guò)誘導(dǎo)固有淋巴樣細(xì)胞(Innate lymphoid cells，ILCs)產(chǎn)生大量的白介素-22(Interleukin-22，IL-22)[27]，IL-22能夠增強(qiáng)腸上皮屏障對(duì)抗各種病原體的功能。FICZ也能夠促進(jìn)杯狀細(xì)胞的分化從而增強(qiáng)黏蛋白-2的表達(dá)，從而維持黏液和減輕感染。與此對(duì)應(yīng)的是，當(dāng)食物中存在的AHR配體減少則會(huì)對(duì)腸道產(chǎn)生不利影響。

當(dāng)肺部暴露于空氣污染物或香煙煙霧后，這些污染成分如芳烴類化合物可以通過(guò)激活A(yù)HR引起肺部的炎癥，如長(zhǎng)期暴露于香煙煙霧中可誘發(fā)慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease，COPD)；AHR通過(guò)降低由香煙煙霧成分誘發(fā)的肺部炎癥及氧化應(yīng)激對(duì)抗COPD的進(jìn)展。AHR限制了肺上皮細(xì)胞的破壞，并降低細(xì)菌感染。AHR敲除模型表明AHR增強(qiáng)了肺部細(xì)胞的存活率(抗凋亡作用)，但是AHR持續(xù)激活或表達(dá)在其它肺部病變(如腫瘤)中被認(rèn)為是有害的。

在皮膚中，AHR缺乏易引起細(xì)菌感染，皮膚組織出現(xiàn)剝落。同樣地，F(xiàn)ICZ能夠通過(guò)OVO樣蛋白改善屏障功能、降低炎癥，而一些AHR拮抗劑可損傷皮膚的屏障功能。但是，長(zhǎng)期的AHR激活則導(dǎo)致表皮增生及持續(xù)的炎癥，這對(duì)于皮膚的正常功能也是一種破壞。

2 黃酮類化合物對(duì)AHR的激活/拮抗作用

對(duì)于AHR激活作用的研究，多采用AHR報(bào)告基因或通過(guò)測(cè)定CYP1A1基因的表達(dá)或活性來(lái)研究[28]。對(duì)于AHR的拮抗作用，常在TCDD激活后，研究相關(guān)受試化合物對(duì)TCDD誘導(dǎo)AHR激活的拮抗作用。目前多在人肝癌細(xì)胞HepG2，人結(jié)腸癌細(xì)胞Caco-2細(xì)胞以及一些原代肝細(xì)胞中篩選AHR的配體，并進(jìn)一步明確其拮抗或激活作用[29]。

有研究分別采用AHR報(bào)告基因、CYP1A基因表達(dá)及酶活性，研究了62種中藥提取物(黃芩、黃連、甘草、干姜、五味子等)對(duì)AHR的激活作用，其中黃芩、黃連、甘草提取物具有較強(qiáng)的激活作用。黃芩提取物經(jīng)糖苷水解酶水解后，對(duì)AHR的激動(dòng)作用更為明顯，由于黃芩中富含黃芩苷、野黃芩苷等苷類成分，經(jīng)糖苷水解酶可水解生成相應(yīng)的苷元，上述結(jié)果提示黃酮苷元對(duì)AHR的激活作用顯著高于黃酮苷。在HepG2細(xì)胞中，漢黃芩素和黃芩素可通過(guò)激活A(yù)HR，誘導(dǎo)CYP1A的表達(dá)，但小鼠分別灌胃100 mg·kg-1的漢黃芩素和黃芩素3 d后，其肝內(nèi)CYP1A的酶活性未見顯著性增強(qiáng)，這可能與漢黃芩素和黃芩素生物利用度較低有關(guān)[30]。

如表1所示，多數(shù)黃酮可對(duì)AHR產(chǎn)生激動(dòng)作用，但是無(wú)論是黃酮苷還是黃酮苷元，其對(duì)AHR的調(diào)控作用沒有特別大的差異，此外，不同類型的黃酮類化合物也都可能對(duì)AHR有調(diào)控作用。但對(duì)于同一類黃酮，尤其是結(jié)構(gòu)類似物，還是能從中尋找出一定的對(duì)AHR調(diào)節(jié)的構(gòu)-效關(guān)系，如在異黃酮類化合物中，4',5,7-三甲氧基異黃酮對(duì)AHR有激動(dòng)作用，而4,7'-二甲氧基-5-羥基異黃酮和3',4',5,7-四甲氧基異黃酮對(duì)AHR的激動(dòng)作用并不明顯。

(續(xù)表)

3 以AHR為靶點(diǎn)的黃酮類化合物藥效學(xué)研究

3.1 化學(xué)預(yù)防作用

槲皮素(Quercetin)和異鼠李素(Isorhamnetin)可以通過(guò)激活A(yù)HR以及NFR2，誘導(dǎo)解毒相關(guān)的代謝酶如NQO1等，從而減少BaP的活性代謝物7,8-二羥-9,10-環(huán)氧苯并[a]芘(BPDE)的產(chǎn)生以及BPDE與DNA加和物的濃度，從而降低BaP對(duì)HepG2細(xì)胞的細(xì)胞毒作用。在SD大鼠中，槲皮素和異鼠李素也可以顯著降低BaP的基因毒性[42]。而瑞士白化小鼠長(zhǎng)期灌胃BaP后，可以引起胃部腫瘤的發(fā)生，而高良姜素可以通過(guò)調(diào)控AHR和ARNT的表達(dá)，拮抗BaP誘導(dǎo)的CYP1A1、CYP1A2基因的表達(dá)上調(diào)，降低轉(zhuǎn)錄激活因子如NF-κB的表達(dá)，減少原癌基因的表達(dá)，從而起到化學(xué)預(yù)防的作用[43]?；ㄆ焖伤乜梢酝ㄟ^(guò)激活核因子E2相關(guān)因子2(Nuclear factor E2related factor2,NRF2)信號(hào)通路從而降低BaP引起的肺損傷，但該作用與AHR的關(guān)系尚不明確[44]。

3.2 免疫調(diào)節(jié)作用

3.2.1 潰瘍性結(jié)腸炎 山姜素(Alpinetin)為高良姜中的主要活性成分，有研究表明，在結(jié)腸上皮細(xì)胞中，山姜素可通過(guò)激活A(yù)HR，促進(jìn)E3泛素連接酶對(duì)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(SUV39H1)蛋白酶體的降解，進(jìn)而抑制SUV39H1表達(dá)，調(diào)控結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2(Tuberous sclerosis 2，TSC2)及哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)C1復(fù)合體，影響結(jié)腸上皮細(xì)胞的自噬，進(jìn)而改善潰瘍性結(jié)腸炎。而給予AHR拮抗劑后，山姜素對(duì)腸黏膜屏障的保護(hù)作用顯著降低，提示山姜素對(duì)腸黏膜的保護(hù)作用依賴于AHR[45]。此外，山姜素還可以促進(jìn)T調(diào)節(jié)性細(xì)胞(Treg)的分化，但對(duì)輔助性T細(xì)胞17(Th17)的分化影響較小。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，在T細(xì)胞中，山姜素促進(jìn)AHR/HSP90復(fù)合物的解離、促進(jìn)AHR入核，進(jìn)而調(diào)控miRNA-302的表達(dá)，下調(diào)CD4+T細(xì)胞中甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNMT-1)，上調(diào)FOXP3的表達(dá)，促進(jìn)Treg/Th17細(xì)胞的平衡，從而發(fā)揮其抗?jié)冃越Y(jié)腸炎的作用。當(dāng)在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，采用AHR拮抗劑CH223191后，可以顯著逆轉(zhuǎn)山姜素對(duì)Treg/Th17的調(diào)節(jié)作用[46]。

小豆蔻明(Cardamomin)是從草豆蔻種子分離得到的一種查爾酮，在THP-1細(xì)胞及骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞中，小豆蔻明可以顯著抑制炎癥小體(NLRP3)信號(hào)通路，同時(shí)還可以激活NRF2促進(jìn)抗氧化相關(guān)蛋白和基因的表達(dá)，該作用可能與激活A(yù)HR，促進(jìn)AHR從AHR/HSP90復(fù)合體中分離，和AHR入核有關(guān)。進(jìn)一步在DSS誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎中發(fā)現(xiàn)AHR拮抗劑可以顯著降低小豆蔻明對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎的保護(hù)作用，進(jìn)一步提示小豆蔻明的抗炎作用是AHR依賴的[47]。

3.2.2 特異性皮炎 地奧司明是從蕓香科植物中分離到的一種黃酮苷，在人永生化表皮細(xì)胞系HaCaT細(xì)胞中，它可以通過(guò)激活A(yù)HR，促進(jìn)CYP1A1基因的表達(dá)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，地奧司明可以促進(jìn)皮膚屏障蛋白Flaggrin和Loricrin的表達(dá)，同時(shí)通過(guò)上調(diào)NQO1蛋白的表達(dá)來(lái)抑制STAT3的磷酸化；藥物親和反應(yīng)的靶點(diǎn)穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，地奧司明可以直接與AHR結(jié)合，而在沉默掉AHR的表達(dá)后，地奧司明對(duì)皮膚屏障功能的保護(hù)作用則顯著下降；上述結(jié)果提示地奧司明可通過(guò)AHR來(lái)增強(qiáng)皮膚屏障功能，進(jìn)而發(fā)揮其對(duì)特異性皮炎的治療作用[48]。

3.2.3 腸易激綜合征 苦參酮為從苦參中分離的黃酮類成分，苦參酮具有較好的抗炎、抗氧化、抗腫瘤以及免疫調(diào)節(jié)等作用。Xu等[49]的研究發(fā)現(xiàn)，在三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的腸易激綜合征模型(Irritable bowel syndrome，IBS)小鼠中，當(dāng)給予苦參酮(100 mg·kg-1)10 d后，可以顯著改善IBS模型小鼠的內(nèi)臟高敏感性及腸黏膜屏障功能。該作用可能與苦參酮促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌抗炎細(xì)胞因子IL-10有關(guān)，而在AHR-/-小鼠或AHR敲除的巨噬細(xì)胞中，苦參酮的抗炎及對(duì)IBS模型小鼠的保護(hù)作用顯著減弱。上述結(jié)果提示苦參酮可通過(guò)AHR調(diào)控巨噬細(xì)胞的極化，從而改善腸易激綜合征。

4 展望

由于AHR在機(jī)體中多個(gè)器官均有表達(dá)，AHR激活后,可引起代謝致毒等負(fù)面作用,但近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)AHR在免疫調(diào)節(jié)、化學(xué)預(yù)防等方面發(fā)揮著重要作用。通過(guò)對(duì)AHR在不同的疾病模型、不同的疾病狀態(tài)、甚至不同臟器中的表達(dá)情況的研究，可以幫助我們更加深入理解AHR在疾病治療中的作用，這樣既可以發(fā)揮AHR配體的積極功效，又可以避免其毒副作用的產(chǎn)生。

黃酮類成分在體內(nèi)多經(jīng)過(guò)脫糖基、甲基化、脫甲基化、葡萄糖醛酸化、硫酸化等多種代謝，同時(shí)黃酮類化合物還是一些外排轉(zhuǎn)運(yùn)體的經(jīng)典底物，因此黃酮類化合物的生物利用度極低，但這些化合物通常在胃腸道卻有較高濃度的分布。黃酮類化合物對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎、結(jié)腸癌的化學(xué)預(yù)防作用可能與黃酮類化合物在胃腸道中的高濃度分布有關(guān)。鑒于AHR在維持腸黏膜屏障中的重要作用，后續(xù)是否可以通過(guò)研究黃酮類化合物對(duì)腸道AHR的調(diào)控作用，來(lái)詮釋黃酮類化合物的胃腸道保護(hù)作用？但需要注意的是，黃酮類化合物還可能會(huì)影響腸道菌群，對(duì)內(nèi)源性物質(zhì)的代謝，進(jìn)而改變AHR內(nèi)源性配體，如犬尿氨酸、吲哚-3-乙酸等在腸道內(nèi)的濃度，調(diào)控AHR下游信號(hào)通路，從而發(fā)揮胃腸道保護(hù)作用。此外，黃酮類化合物除了可以誘導(dǎo)CYP1A1基因和蛋白的表達(dá)外，很多黃酮類化合物還是CYP1A1酶的抑制劑，如黃芩中的黃芩素可以顯著抑制CYP1A1酶的活性。這提示我們黃酮類化合物還可能對(duì)AHR內(nèi)源性配體(CYP1A1的底物，如FICZ)-AHR-CYP1A1這一負(fù)反饋信號(hào)通路產(chǎn)生調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響到機(jī)體的功能。

AHR的調(diào)控極為復(fù)雜，而黃酮類化合物在機(jī)體內(nèi)的代謝亦較為復(fù)雜，如何在這一復(fù)雜的相互作用系統(tǒng)中聚焦AHR，詮釋黃酮類化合物的化學(xué)預(yù)防、腸黏膜保護(hù)以及免疫調(diào)節(jié)作用是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的工作。近年來(lái)，隨著多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，后續(xù)可以綜合運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組、蛋白組以及代謝組等組學(xué)技術(shù)，研究黃酮類化合物干預(yù)前后，對(duì)于AHR相關(guān)的靶基因、靶蛋白及內(nèi)源性配體的改變，并與其相應(yīng)的藥效學(xué)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以期初步解答黃酮類化合物對(duì)AHR的調(diào)控作用。