香草乙酮對炎癥相關疾病作用研究進展

元榮榮 張宇 魏丹丹

1 河南大學淮河醫(yī)院 內分泌科,河南 開封 475000;2河南大學淮河醫(yī)院 腎內科,河南 開封 475000;3河南大學淮河醫(yī)院 檢驗科,河南 開封475000

炎癥是一種臨床常見的病理過程,是機體對刺激的一種防御反應,具有防御和損傷雙重效應,過度的炎癥反應可造成自身組織細胞的殺傷。炎癥是很多慢性疾病發(fā)生發(fā)展的重要機制,如炎癥性腸病[1]、心血管疾病[2]、代謝性疾病[3]、肺部疾病[4]、神經退行性疾病[5]、癌癥[6]等。

香草乙酮化學名3-甲氧基-4-羥基苯乙酮,是從黃連根部提取的具有免疫調節(jié)活性的酚性化合物,是多種精神藥物和各種新型抗瘧藥的合成原料,同時是目前公認的特異性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶抑制劑。研究[7]發(fā)現(xiàn),香草乙酮在多種細胞及炎癥動脈模型中起到抗炎作用。香草乙酮治療炎癥相關疾病方面的研究較多,本文通過查閱相關文獻,對香草乙酮對炎癥相關疾病作用進行綜述,以期為臨床研究提供理論依據。

1 香草乙酮對潰瘍性結腸炎的作用

結腸炎(UC)是一種病因及發(fā)病機制尚不清楚的直腸和結腸慢性、反復發(fā)作性非特異性腸道炎癥疾病。與克羅恩病(CD)一起作為炎癥性腸病,在我國已成為腸道主要疾病和慢性腹瀉的主要因素。近年來,UC發(fā)病呈逐年上升趨勢。本病病情頑固,反復發(fā)作、遷延不愈,被世界衛(wèi)生組織列為現(xiàn)代難治病之一。UC的發(fā)病機制受多種因素影響,涉及遺傳易感性、上皮屏障缺陷、免疫失調和環(huán)境因素,其中免疫失調引起的組織損傷持續(xù)放大學說最受關注[8]。該學說認為,外源性物質作用于腸道黏膜的免疫活性細胞(包括T/B淋巴細胞、中性粒細胞、巨噬細胞等),刺激免疫細胞產生細胞因子,導致促炎和抗炎因子的失調,從而導致炎癥性腸病的發(fā)生發(fā)展[9]。

香草乙酮對潰瘍性結腸炎動物有治療作用。2013年Marin等[10]發(fā)現(xiàn)在葡聚糖硫酸鈉誘發(fā)的急性結腸炎小鼠模型中,香草乙酮可以降低疾病活動指數(shù)和結腸長度,減少誘導型一氧化氮合酶(iNOS)催化生成的一氧化氮(NO)和環(huán)氧合酶-2(COX-2)催化花生四烯酸產生的前列腺素E2(PGE2),同時能降低核因子κB(NF-κB)p65和STAT3的活性。2014年Ramonaite等[11]用硫酸鈉葡聚糖制備急性和慢性結腸炎小鼠模型,小鼠成模后分離、培養(yǎng)其結腸上皮細胞,香草乙酮可改善結腸上皮細胞的活性、減少壞死,可減少過氧化氫、腫瘤壞死因子α(TNFα)的水平,具有抗氧化、抗炎作用。同時我們在2015年研究發(fā)現(xiàn)[12],香草乙酮能減輕硫酸鈉葡聚糖誘發(fā)的結腸炎小鼠的結腸病理學改變,減少結腸組織中活性氧(ROS)水平,降低結腸組織中NADPH氧化酶(NOXs)活性及p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)磷酸化水平,減少結腸組織中NO 及PGE2水平和細胞因子TNF-α、白介素6(IL-6)、干擾素γ(IFN-γ)和白介素1β(IL-1β)水平,推測香草乙酮可能通過抑制NOXs的活性抑制ROS 的生成,進而降低p38MAPK 的磷酸化水平,影響下游炎癥分子的表達。Hwang等[13]發(fā)現(xiàn)香草乙酮能減少結腸炎小鼠結腸中的促炎酶(iNOS、COX-2)、促炎因子(TNF-α)的表達,同時能減輕氧化應激反應標志物Nrf2 的表達。Mouzaoui等[14]發(fā)現(xiàn)香草乙酮能改善TNF-α誘發(fā)的結腸炎小鼠結腸的形態(tài)學及宏觀改變,同時能減輕結腸的組織學改變及炎性細胞的浸潤,香草乙酮可抑制NOX1、NOXO1、p22PHOX、DUOX2在結腸中的表達,同時濃度依賴性減少結腸炎小鼠結腸中中性粒細胞數(shù)量,同時香草乙酮能增加結腸組織中ROS的標志物(氮藍四唑,與ROS生成呈負相關),減少脂質過氧化的標志物(丙二醛),改善過氧化氫酶活性并增加谷胱甘肽水平,降低TNF-α誘導的結腸炎小鼠結腸組織中ERK1/2、p38MAPK 水平。綜上所述,香草乙酮能改善潰瘍性結腸炎小鼠的病理改變,機制可能與改善氧化應激、調節(jié)細胞因子有關,但具體分子機制有待進一步研究,而且缺乏臨床研究。

2 香草乙酮對心血管疾病的作用

動脈粥樣硬化是很多心血管疾病發(fā)生的基礎,炎癥和氧化應激已被證明是動脈粥樣硬化的主要發(fā)病機制。多種危險因素如吸煙、高血脂、糖尿病、高血壓等可刺激動脈內膜,導致血管內皮細胞損傷、膽固醇和低密度脂蛋白在內皮下沉積,單核細胞趨化聚集在內皮下并被激活,進而引起慢性炎癥反應[15]。炎癥、免疫因素、氧化應激參與高血壓的發(fā)生發(fā)展,近年來認為高血壓也是一種低度炎癥性疾病,高血壓患者體內的IL-6、IL-1和TNF-α水平明顯升高[16]。

很多研究探討了香草乙酮抗動脈粥樣硬化的機制。有研究[17]表明,香草乙酮通過阻斷NADPH 氧化酶亞基P47phox易位至細胞膜,而抑制NADPH氧化酶的活性,降低氧自由基的生成,最終緩解小鼠動脈粥樣硬化的發(fā)展。另有研究[18]顯示,短期香草乙酮治療小鼠早期動脈粥樣硬化可以減少內皮細胞黏附分子的表達,這種作用與NADPH 氧化酶活性下降無關,可能通過ROS獨立機制介導。香草乙酮能改善apoE 基因敲除小鼠的動脈粥樣硬化病變的形成,降低TNF-α、IL-6和單核細胞趨化蛋白1水平,抑制低密度脂蛋白誘發(fā)產生的ROS、炎癥因子和巨噬細胞增殖[19]。香草乙酮對高血壓也有治療作用。香草乙酮治療高果糖餐老鼠可以通過防止超氧化物的生成、降低NO 的生物利用度改善內皮功能,并能阻礙高血壓的發(fā)展[20]。Nwokocha等[21]發(fā)現(xiàn)香草乙酮通過增加內皮型一氧化氮合酶改善鎘誘導的高血壓。有研究[22]顯示,在高血壓小鼠模型中,香草乙酮不能抑制血管NADPH 氧化酶依賴的超氧化物的形成,其舒張血管作用可能與抑制Rho激酶活性有關。在動脈粥樣硬化和高血壓動脈模型中,香草乙酮均可減少氧自由基的生成,不同研究的結果不一致,且具體機制可能不同,有待進一步深入研究。

3 香草乙酮對肥胖的作用

脂肪組織除了含有大量的脂肪細胞,還包括巨噬細胞、成纖維細胞和內皮細胞。脂肪也是內分泌器官,能分泌許多脂肪細胞因子,如瘦素、脂聯(lián)素、TNF-α、IL-6等。發(fā)表在FASEB Journal雜志上的一項研究報告[23]中,科學家證實在超重/肥胖人類和老鼠的腹部脂肪組織中PAR2 炎性蛋白的量增加。脂肪細胞可以分泌促炎因子和抗炎因子,當脂肪細胞逐漸增大,促炎因子逐漸占主導地位,最終引起慢性炎癥的發(fā)生,進而導致肥胖的產生,肥胖又可進一步誘導、觸發(fā)部分炎癥信號通路,又促進了慢性炎癥的發(fā)展。慢性低度炎癥反應在肥胖的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

在高脂飲食誘導的肥胖小鼠模型中,應用香草乙酮可以明顯減少心臟、肝臟及腦中的ROS生成,提示香草乙酮可減輕肥胖引起的氧化應激[24]。肥胖可誘發(fā)胰島素抵抗、血糖異常、血脂異常等一系列代謝紊亂。另有研究[25]顯示,香草乙酮能改善高脂飲食誘導的肥胖小鼠的高血糖、高胰島素和血脂異常,能降低血清中丙二醛,升高血清中超氧化物歧化酶,通過增強抗氧化防御系統(tǒng)發(fā)揮抗氧化應激作用。香草乙酮還可以通過降低血液、肝臟和脂肪組織中炎癥因子而改善高脂飲食誘導的肥胖小鼠的胰島素抵抗[26]。香草乙酮還可以改善肥胖小鼠氧化應激引起的冠狀動脈血管反應(血管收縮反應增加、血管舒張反應減少)[27]。香草乙酮對肥胖的作用主要是可以改善肥胖引起的代謝紊亂及心血管并發(fā)癥,機制與抗炎和抗氧化應激有關。

4 香草乙酮對糖尿病及其并發(fā)癥的作用

2型糖尿病患者很多存在體重超標。在體重超標的狀態(tài)下體內一些炎癥因子水平升高,這種慢性炎癥狀態(tài)可導致胰島素抵抗。胰島素抵抗是2型糖尿病的一個重要病因。炎癥被認為是糖尿病潛在的致病介質[28]。炎癥在2型糖尿病及其慢性并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

香草乙酮對糖尿病有無治療作用目前研究結論不一致。有研究[29]報道,鏈脲佐菌素誘導的糖尿病老鼠出現(xiàn)血糖升高、體重下降、膽固醇和甘油三酯升高,高密度脂蛋白下降,香草乙酮可改善上述指標的變化。而Olukman等[30]發(fā)現(xiàn)香草乙酮對糖尿病大鼠的血糖和體重無影響。香草乙酮在2型糖尿病慢性并發(fā)癥方面的研究較多且廣泛。香草乙酮通過抑制糖尿病大鼠海馬區(qū)的氧化應激和炎癥反應及抗凋亡作用來改善糖尿病大鼠的認知功能障礙[31]。香草乙酮可以改善糖尿病大鼠的視網膜病變,機制可能與改善炎癥反應和氧化應激,抑制TLR4/NF-κB信號通路有關[29]。Olukman等[30]發(fā)現(xiàn)香草乙酮能抑制NOX-p47 和過氧化氫酶的表達,通過抑制氧化應激介導的病理過程改善糖尿病大鼠痛性神經病變。香草乙酮在糖尿病腎病方面也有保護作用。研究[32]發(fā)現(xiàn),鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠尿液中過氧化氫、脂質過氧化物、一氧化氮產物和蛋白質排泄增加,腎臟p47phox、gp91phox和內皮型一氧化氮合酶表達增加。香草乙酮可以預防上述改變,同時能改善系膜基質的增加。提示香草乙酮可以通過抑制氧化應激改善糖尿病腎臟損害。另有研究[33]發(fā)現(xiàn),香草乙酮可通過抑制NLRP3/XIAP 信號通路發(fā)揮抗炎作用而抗腎臟纖維化作用。GK 大鼠是一種非胰島素依賴型、非肥胖自發(fā)性、2型糖尿病動物模型。在GK 大鼠主動脈平滑肌細胞中,香草乙酮可抑制晚期糖基化終產物誘導的NF-κB 蛋白過表達,提示香草乙酮可通過抑制氧化應激改善GK 大鼠相關血管疾病[34]。目前研究顯示香草乙酮主要通過抑制氧化應激及炎癥過程來改善糖尿病慢性并發(fā)癥,具體分子機制有待進一步研究。

5 香草乙酮對肺部疾病的作用

由各種原因引起的急、慢性炎癥反應以及氧自由基導致的氧化應激反應是肺部疾病共有的發(fā)病機制。近年來多項研究顯示香草乙酮可從多種途徑減輕炎癥反應及氧化應激的程度,進而起到對肺臟的保護作用。

有研究[35]表明,香草乙酮可通過降低嗜酸性粒細胞過氧化物酶分泌及IL-4、IL17的水平改善哮喘小鼠模型的氣道高反應性,同時還消除了細支氣管周圍的白細胞浸潤,并提升了IL-1β的分泌。另有研究[36]顯示,肥胖哮喘小鼠模型單用香草乙酮及香草乙酮聯(lián)合低脂飲食均可顯著提升超氧化物歧化酶水平。動物實驗顯示,香草乙酮可通過降低總體蛋白、TNF-α的水平,抑制NADPH 氧化酶激活,增加超氧化物歧化酶,從而對脂多糖誘發(fā)的急性呼吸窘迫綜合征小鼠模型有顯著的保護作用[37]。香草乙酮對博來霉素誘導的大鼠肺纖維化亦有保護作用,經過香草乙酮處理后的大鼠肺組織纖維化程度顯著低于對照組,同時抑制了血清髓過氧化物酶的活性[38]。同時香草乙酮對肺缺血再灌注損傷亦有治療作用,經香草乙酮處理后可顯著降低肺灌洗液內中性粒細胞(CD31)、白蛋白、白細胞總數(shù)、IL-1β、TNF-α、IL-2等炎性因子的水平,并抑制NF-κB 的上調和激活[39]。上述研究提示,香草乙酮對一些非感染性肺部炎癥疾病(如哮喘、肺纖維化、肺缺血再灌注損傷)有治療作用。

6 香草乙酮對神經退行性疾病的作用

炎癥反應與神經退行性疾病之間的關系密切。正常情況下,大腦有抗氧化能力及阻止活性氧和其他有害物質生成的能力。如果氧化和抗氧化系統(tǒng)功能失衡,可引起神經退行性疾病的發(fā)生發(fā)展。NADPH 氧化酶在多種神經退行性疾病如缺血性腦損傷、帕金森病等疾病中均扮演重要角色。NADPH 氧化酶產生的ROS可對神經系統(tǒng)多個靶點產生危害,因此,如何減輕或者消除這種危害現(xiàn)在已經成為了研究的熱點問題。

香草乙酮作為一種NADPH 氧化酶抑制劑,現(xiàn)有的研究已經證實對多種神經系統(tǒng)病變有效[40-41]。研究者針對不同的疾病進行了研究,更加肯定了香草乙酮在不同神經退行性病變中的治療效果。Qin[42]等研究發(fā)現(xiàn)香草乙酮可通過抑制缺血大腦皮層中的NLRP3 ASC、caspase-1、IL-1β 和IL-18 等炎性蛋白的表達從而起到神經保護作用。Feng[43]等證實香草乙酮可通過影響TLR4/NF-κB 信號通路減少TLR4、NF-κB p65、TNF-α 和IL-1β等炎性蛋白的水平從而起到減輕大腦創(chuàng)傷模型大鼠的神經自噬反應。Hou[44]等證實香草乙酮可通過抑制NADPH 氧化酶活性而改善帕金森病小鼠模型的學習能力及記憶缺陷。同時,對香草乙酮的藥代動力學研究[45]顯示,作為一種小分子量藥物,香草乙酮可自由通過血腦屏障,顯著減輕腦內ROS產生,從而更有效地起到治療作用。

7 香草乙酮對癌癥的作用

目前研究者越來越重視炎癥與癌癥之間的關系的研究。急性炎癥可以殺滅病原體、阻止腫瘤生長,一旦炎癥無法及時消退則轉變成慢性炎癥,慢性炎癥的長期刺激可誘發(fā)惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)香草乙酮可抑制Rac1的磷酸化而抑制NADPH 氧化酶,從而抑制細胞周期而發(fā)揮抗雄激素非依賴性前列腺癌作用[46]。另有研究[47]顯示,香草乙酮的衍生物在亞毒性濃度下可抑制乳腺癌細胞系MDAMB-435的遷移,同時還可引起肌動蛋白細胞骨架的顯著重排,活性Rac1及相關G 蛋白CDC42水平降低。香草乙酮在肝癌細胞中通過抑制FAK/PI3K/Akt信號通路發(fā)揮抗癌細胞轉移能力[48]。關于香草乙酮抗腫瘤的作用機制比較復雜,有待進一步研究探討。

8 香草乙酮對其他炎癥相關疾病的作用

香草乙酮可以減輕幽門螺桿菌胃炎的炎癥反應、中性粒細胞浸潤及凹坑膿腫的形成,其機制可能與抑制中性粒細胞NAOPH 氧化酶有關[49]。在乙醇誘發(fā)的胃潰瘍大鼠模型中,香草乙酮通過抗氧化、抗炎、抗凋亡及下調NADPH-1和NADPH-4的表達發(fā)揮胃保護作用[50]。肝纖維化是由于慢性炎癥引起的細胞外基質過度積聚,氧化應激參與其發(fā)病機制,香草乙酮可以改善刀豆球蛋白誘導的肝纖維化動物模型的肝功能和組織病理學改變,減輕氧化應激損傷、減少炎癥因子TNF-α、IL-6、NF-κB 的表達[51]。研究[52]表明,香草乙酮具有抗關節(jié)炎能力。

9 結語

香草乙酮是從植物中提取的天然產物,也可進行人工合成,可用于食品添加劑。香草乙酮在炎癥相關疾病的治療中具有抗氧化、抗炎、抗凋亡等作用。作用廣泛且分子機制復雜,臨床上有廣泛的應用價值及發(fā)展前景。但目前關于香草乙酮的研究均在細胞及動物水平,未見人體研究,且香草乙酮藥物代謝動力學的研究較少。因此,香草乙酮在治療炎癥相關疾病方面的研究仍需進一步深入,爭取早日能臨床應用。