秦皮素的生物活性及藥物作用機(jī)制研究進(jìn)展

李澎瀛,李 京，何金環(huán)，武文一

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

秦皮素又名秦皮亭、白蠟素、白蠟樹內(nèi)酯，是傳統(tǒng)中藥秦皮的主要成分之一，主要來源于大葉白蠟樹(Fraxinusrhynchophylla)、小葉白蠟樹(Fraxinusbungeana)的樹皮和葉等。自我國學(xué)者梅斌夫等[1]1962年從遼寧產(chǎn)秦皮中分離獲得兩種具有抑菌作用的活性物質(zhì)后，秦皮素已被基礎(chǔ)研究及臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)可發(fā)揮抗癌、抗炎、抗菌、防治骨質(zhì)疏松及神經(jīng)保護(hù)等多種功效，具有重要的研究價(jià)值和潛在的應(yīng)用前景。

1 秦皮素的理化性質(zhì)

秦皮素的化學(xué)名為7，8-二羥基-6-甲氧基香豆素，是一種以苯駢-α-吡喃酮為母核的天然簡單香豆素類化合物，分子式為C10H8O5，相對分子質(zhì)量為208.16 kDa，其分子結(jié)構(gòu)式如圖1所示。在自然狀態(tài)下，秦皮素呈結(jié)晶片狀，150 ℃時(shí)變?yōu)辄S色，接近熔點(diǎn)228 ℃時(shí)變?yōu)樽厣?，微溶于沸水，易溶于乙醇及鹽酸水溶液，難溶于乙醚。

2 秦皮素的生物活性

2.1 抗癌活性

傳統(tǒng)中藥在惡性腫瘤防治中有巨大的應(yīng)用價(jià)值。在體外研究中，秦皮素已被證實(shí)可有效抑制乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌、結(jié)腸癌、子宮內(nèi)膜癌、胰腺導(dǎo)管腺癌、腦膠質(zhì)瘤及肝癌等相關(guān)細(xì)胞株增殖并誘導(dǎo)其凋亡[2-9]，還可增強(qiáng)癌細(xì)胞對索拉菲尼及吉西他濱等抗癌藥物的敏感性[5,8]。其中，秦皮素對胰腺導(dǎo)管腺癌及腦膠質(zhì)瘤增殖的抑制作用已在裸鼠移植瘤實(shí)驗(yàn)中證實(shí)[7,8]。此外，秦皮素還可通過抑制血管生成，阻斷腫瘤養(yǎng)分供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對實(shí)體腫瘤生長增殖的抑制作用[8,10]。

2.2 抗炎活性

目前研究發(fā)現(xiàn)秦皮素可緩解骨關(guān)節(jié)炎性及骨質(zhì)疏松[11-13]，可能在胃炎及胃潰瘍[14]等炎癥疾病中發(fā)揮作用。此外，針對秦皮素水溶性差、體外釋放及生物利用度低等問題，相關(guān)學(xué)者構(gòu)建了一種秦皮素長循環(huán)脂質(zhì)體，并證實(shí)其可有效抑制大鼠血清和結(jié)腸炎癥因子水平，修復(fù)炎性結(jié)腸組織形態(tài)[15]。

2.3 抗菌活性

秦皮在中醫(yī)上主要用于熱痢、泄瀉等疾病，是我國常用治痢復(fù)方白頭翁湯組成成分之一，秦皮素已被臨床證實(shí)對數(shù)種痢疾桿菌[16]、大腸桿菌(Escherichiacoli)[17]、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)[18]、霍亂弧菌(Vibriocholerae)[19]等多種病原菌具有明顯地抑制作用。劉偉等[20]發(fā)現(xiàn)秦皮素還可抑制真菌，對克柔念珠菌(Vibriocholerae)、光滑念珠菌(Candidaglabrata)和新生隱球菌(Cryptococcusneoformans)的最低抑菌濃度分別為32 μg/ml、8 μg/mL和8 μg/mL，并可對抗真菌藥物——氟康唑起到增效作用。此外，秦皮素還可治療感染無乳鏈球菌(Streptococcusagalactiae)的水產(chǎn)動(dòng)物羅非魚[21]，對嗜水氣單胞菌(Aeromonashydrophila)也有一定抑制作用[22]，可作為藥物制劑和飼料添加劑用于水產(chǎn)動(dòng)物病原侵染的預(yù)防和治療。

2.4 其它生物活性

一些體外研究發(fā)現(xiàn)秦皮素可有效降低魚藤酮誘導(dǎo)的神經(jīng)母細(xì)胞凋亡，提示其對中樞神經(jīng)系統(tǒng)可能存在一定的保護(hù)作用[23-26]。陳美華等[27]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，更進(jìn)一步證實(shí)秦皮素可保護(hù)缺血再灌注損傷小鼠腦組織。施用秦皮素的糖尿病大鼠血糖水平顯著降低，血漿胰島素水平升高，糖代謝關(guān)鍵酶活性恢復(fù)至正常水平[28]，提示秦皮素具有治療糖尿病的潛在功效。

3 秦皮素的作用機(jī)制

3.1 抗氧化機(jī)制

生物體內(nèi)活性氧的大量產(chǎn)生會(huì)使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，過量的氧自由基會(huì)對細(xì)胞和組織造成嚴(yán)重?fù)p傷。目前認(rèn)為，衰老、炎癥、癌變及其它很多疾病均與活性氧的過量產(chǎn)生及機(jī)體氧化還原穩(wěn)態(tài)失衡密切相關(guān)。秦皮素的結(jié)構(gòu)特征決定了它是一種天然的酚類抗氧化劑。研究證實(shí)，秦皮素可顯著提升小鼠腦中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽(GSH)過氧化物酶及肝臟谷胱甘肽還原酶的活性[29]，還可抑制結(jié)腸炎大鼠體內(nèi)炎性組織的脂質(zhì)過氧化[30]，在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均可增加GSH儲(chǔ)備[29,31]，表現(xiàn)出良好的抗氧化功能。在魚藤酮誘導(dǎo)的神經(jīng)母細(xì)胞氧化應(yīng)激及凋亡的模型中，秦皮素表現(xiàn)出與N-乙酰半胱氨酸幾乎等效的抗氧化能力，并通過誘導(dǎo)內(nèi)源性GSH產(chǎn)生，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激所造成的過度損傷[23-26]。然而，Thuong等[32]發(fā)現(xiàn)秦皮素對抗氧化作用具有雙面性，低濃度時(shí)可減緩低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)的氧化，高濃度時(shí)則會(huì)促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)中Nrf2信號(hào)的活化及氧化應(yīng)激標(biāo)志物血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)的表達(dá)，激活系統(tǒng)性氧化應(yīng)激損傷保護(hù)反應(yīng)。Kundu等[33]的研究也證實(shí)了50 μM以上的秦皮素可顯著誘導(dǎo)人永生化表皮角質(zhì)細(xì)胞HaCaT中活性氧(Reactive oxygen species , ROS)的產(chǎn)生及HO-1表達(dá)。

3.2 誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡機(jī)制

FAS/FASL信號(hào)通路在細(xì)胞凋亡中起重要作用[34]。研究表明，秦皮素可顯著抑制人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的增殖，并可誘導(dǎo)其細(xì)胞皺縮及染色質(zhì)凝聚，誘導(dǎo)Fas和FasL基因表達(dá)水平上調(diào)，促使癌基因BCL2的減少及凋亡促進(jìn)基因的BAX積累[2]，提示秦皮素激活了線粒體凋亡信號(hào)，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。

在癌細(xì)胞中，PI3K/Akt信號(hào)通路被過度活化。霍洪楠[35]的研究中，秦皮素處理的MCF-7細(xì)胞中雌激素受體α、周期蛋白D1、Bcl-2表達(dá)下降，PI3K/Akt信號(hào)通路及其下游信號(hào)分子MAPK/ERK1/2也受到了抑制。Song等[5]近期在體外研究中發(fā)現(xiàn)，秦皮素可致人肝癌細(xì)胞及Hep3B線粒體功能失常，使其膜電位降低、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)并產(chǎn)生大量ROS，同時(shí)通過JNK調(diào)控PI3K，減少增殖性細(xì)胞的抗原表達(dá)，阻滯細(xì)胞周期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

JAK/STAT通路的持續(xù)激活與多種腫瘤發(fā)生及耐藥性密切相關(guān)。在四氯化碳誘導(dǎo)的大鼠肝纖維化模型中，秦皮素處理可能通過抑制JAK1/STAT3信號(hào)通路阻止肝星狀細(xì)胞的激活與增殖，防治慢性肝炎導(dǎo)致的肝纖維化[36]。在非小細(xì)胞肺癌中，秦皮素可通過STAT3誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，表現(xiàn)出抑制細(xì)胞生長效應(yīng)[6]。Qu等[7]提出秦皮素可通過線粒體依賴途徑誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡，還通過抑制JAK2/STAT3通路活化，阻止膠質(zhì)瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移，并在裸鼠移植瘤實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了秦皮素對膠質(zhì)瘤生長的抑制作用。Ren等[3]發(fā)現(xiàn)，秦皮素通過直接靶向JAK2的Y1007、Y1008殘基，阻止其自磷酸化或轉(zhuǎn)磷酸化，導(dǎo)致下游STAT3的核轉(zhuǎn)位不能進(jìn)行，進(jìn)而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖。在Guo等[8]對胰腺導(dǎo)管腺癌增殖、浸潤和轉(zhuǎn)移的研究發(fā)現(xiàn)秦皮素與STAT3分子結(jié)構(gòu)域Src Homoligy 2的強(qiáng)烈互作，抑制其同源二聚體形成，阻止下游信號(hào)的活化。

糖代謝異常是腫瘤細(xì)胞增殖失控的重要因素之一。Xu等[4]研究表明秦皮素抑制人子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞RL95-2增殖并促進(jìn)凋亡的同時(shí)，還使線粒體膜電位降低、葡萄糖消耗和乳酸產(chǎn)量增加。Guo等[8]發(fā)現(xiàn)胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1表達(dá)可被秦皮素抑制，從而改變細(xì)胞糖代謝狀態(tài)。Xia等[37]通過研究秦皮素在體內(nèi)代謝的過程，發(fā)現(xiàn)其在人類肝臟中可被二磷酸尿苷葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化為兩種葡糖苷酸。這些結(jié)果都提示了秦皮素通過代謝途徑促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡。

此外，許多腫瘤中存在異常表達(dá)的miR-21-3p，這種小RNA可調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移、凋亡和分化等過程。最新研究發(fā)現(xiàn)，秦皮素或可通過降低miR-21-3p抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞系的增殖并誘導(dǎo)其凋亡[9]，為秦皮素抗增殖、促凋亡的分子機(jī)制提供了新線索。

3.3 抗血管增生機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)，秦皮素可在體外減緩LDL氧化，并可誘導(dǎo)VSMCs細(xì)胞Nrf2信號(hào)活化，發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化及血管生成的作用[32]。新生血管的形成是腫瘤快速生長和轉(zhuǎn)移的必要條件，如何阻斷腫瘤血管形成及養(yǎng)分供應(yīng)是腫瘤防治的研究熱點(diǎn)之一?；ɑ鄣萚10]通過采用內(nèi)皮細(xì)胞高通量篩選模型和雞胚尿囊膜(Chorio allantioc membrane，CAM)實(shí)驗(yàn)篩選技術(shù)，發(fā)現(xiàn)秦皮素對內(nèi)皮細(xì)胞株Eahy926的生長抑制率可達(dá)89%，且顯著抑制CAM血管的形成，具備抗腫瘤血管生成的藥物功效。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，秦皮素可能通過降低缺氧誘導(dǎo)因子-1α和血管內(nèi)皮生長因子A表達(dá)，阻止了腫瘤內(nèi)部缺氧誘導(dǎo)的血管生成[8]。

3.4 抗炎及抗骨質(zhì)疏松機(jī)制

在脂多糖誘導(dǎo)的大鼠腎上腺髓質(zhì)嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞PC12損傷模型中，秦皮素可顯著降低NF-κB及COX-2等炎性因子表達(dá)，被認(rèn)為可能通過NF-κB/COX-2通路降低炎癥反應(yīng)[38]。秦皮素對關(guān)節(jié)炎癥及骨質(zhì)疏松的緩解主要體現(xiàn)在控制炎性因子的釋放、減少骨細(xì)胞凋亡及增強(qiáng)成骨細(xì)胞分化。Kuo等[11,12]研究發(fā)現(xiàn)，秦皮素可通過人類骨細(xì)胞樣細(xì)胞MG-63的骨形態(tài)發(fā)生蛋白誘導(dǎo)不同階段的骨細(xì)胞分化，并通過抑制腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)降低FASL活化，減少骨細(xì)胞凋亡。秦皮素通過調(diào)節(jié)TLR4/MyD88/NF-κB通路抑制IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞凋亡及炎性因子的釋放，還可抑制細(xì)胞外基質(zhì)中膠原蛋白II的降解，保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨免受破壞[13]。此外，秦皮素能抑制破骨細(xì)胞特異性基因及MAPK蛋白P38的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞分化，是防治關(guān)節(jié)置換假體周圍骨溶解的潛在藥物[39]。

3.5 抗菌機(jī)制

抗菌藥物的一般機(jī)制包括破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的完整性，或者抑制病原菌蛋白質(zhì)和核酸的合成[40]。Wang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，秦皮素并不會(huì)導(dǎo)致金黃色葡萄球菌細(xì)胞壁或細(xì)胞膜的瓦解，其作用靶點(diǎn)在細(xì)胞內(nèi)，可能會(huì)插入DNA導(dǎo)致拓?fù)洚悩?gòu)酶活性喪失，阻止細(xì)菌細(xì)胞的分裂。粘附和侵襲是細(xì)菌入侵宿主的第一步，董婧等[21]認(rèn)為，秦皮素可通過抑制分選酶A，降低無乳鏈球菌對人纖維蛋白原和纖連蛋白的粘附。

4 總結(jié)與展望

結(jié)合目前已有的研究，秦皮素可能通過抗氧化作用、促凋亡作用、降低炎癥反應(yīng)、阻止細(xì)菌分裂及侵染等多種機(jī)制，在腫瘤、炎癥、病原侵染、神經(jīng)損傷等多種病癥中發(fā)揮防治功效，是一種值得深入研究與開發(fā)的天然活性物質(zhì)。然而，這些研究大部分仍處于體外實(shí)驗(yàn)階段，或在動(dòng)物模型中有個(gè)別報(bào)道，對于秦皮素的臨床療效及在生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際應(yīng)用，仍亟需進(jìn)一步探究。