虎杖活性成分治療非酒精性脂肪性肝病的相關(guān)信號通路及相互作用

李淑娣， 陳欣菊， 劉江凱， 王 振， 段 飛， 袁卓雅， 梁 磊， 李素領(lǐng)

1 河南中醫(yī)藥大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院， 鄭州 450000； 2 河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 脾胃肝膽科， 鄭州 450000

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是以肝細胞脂肪過量堆積為病理特征的慢性肝病[1]，全球患病率高達25.2%[2]。其發(fā)病機制尚不清楚，目前被廣泛認可的是“多次打擊”學(xué)說，主要認為其發(fā)病涉及胰島素抵抗、氧化應(yīng)激、脂質(zhì)代謝紊亂、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及炎癥浸潤等多種潛在途徑及損傷的相互作用[3]，且目前尚無任何治療NAFLD的有效藥物獲批[4]。中藥虎杖為蓼科蓼屬多年生草本植物虎杖的干燥根莖和根，歸肝、膽經(jīng)，具有活血散瘀、利濕退黃等功效。其主要化學(xué)成分包括以大黃素為代表的醌類，以白藜蘆醇、虎杖苷為代表的二苯乙烯類，以槲皮素為代表的黃酮類及其他化合物4類[5]?；⒄染哂锌寡住⒖寡趸?、調(diào)節(jié)代謝、改善微循環(huán)、肝保護、抗腫瘤等多種藥理活性[6]。近年來有大量研究[7-10]表明，虎杖活性成分可通過改善胰島素抵抗、抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、減輕炎癥浸潤等方面發(fā)揮對NAFLD的治療作用。本文重點梳理虎杖活性成分治療NAFLD的關(guān)鍵信號通路相關(guān)研究進展，為進一步闡明虎杖防治NAFLD的分子機制提供理論依據(jù)，也為抗NAFLD藥物研發(fā)提供思路和參考。

1 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2)相關(guān)信號通路的機制

1.1 Nrf2相關(guān)信號通路在NAFLD中的作用 Nrf2是一種氧化還原反應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控一系列抗氧化蛋白表達。Keap1是Nrf2的負調(diào)節(jié)器，在生理狀態(tài)下，Nrf2多存在于胞漿中與Keap1結(jié)合，處于被抑制狀態(tài)；當(dāng)受到機體內(nèi)氧化應(yīng)激信號刺激后，迅速與Keap1解離，以穩(wěn)態(tài)形式轉(zhuǎn)入細胞核中，啟動抗氧化反應(yīng)元件，并與之結(jié)合啟動下游多種基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，從而上調(diào)抗氧化物質(zhì)的表達。氧化應(yīng)激在NAFLD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，Nrf2作為機體抗氧化應(yīng)激的核心途徑之一，調(diào)控Ⅱ相解毒酶、抗氧化酶的表達，清除超氧化物，發(fā)揮抗氧化損傷作用[11]。研究[12]發(fā)現(xiàn)，Nrf2無效型小鼠相較于野生型小鼠肝甘油三酯升高，Nrf2的缺失加速了非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的進展。另有多項研究[13-14]表明，通過激活Nrf2通路可改善或抑制氧化應(yīng)激，改善NAFLD和NASH損傷，多種Nrf2通路激活劑在干預(yù)NAFLD的實驗中已顯示出積極的效果，Nrf2被認為是防治肝病的關(guān)鍵治療靶點。以上研究表明，Nrf2相關(guān)信號通路與NAFLD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

1.2 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)Nrf2相關(guān)信號通路的機制 氧化應(yīng)激是指細胞呼吸利用氧產(chǎn)生能量形成三磷酸腺苷時，氧衍生的自由基或ROS的產(chǎn)生及其作用超過對其防御或解毒的能力, 這種細胞氧化還原失調(diào)的狀態(tài)被稱為氧化應(yīng)激[15]。槲皮素屬虎杖中活性較高的黃酮類成分具有很強的抗氧化活性，能夠有效減輕肝氧化應(yīng)激[16]。Panchal等[17]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素可使Nrf2表達顯著升高，而上調(diào)血紅素氧合酶1(heme oxygenase-1，HO-1)、肉堿?；D(zhuǎn)移酶(carnitine palmitoyltransferase 1，CPT1)的表達，發(fā)揮抗炎、降低氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂肪酸氧化作用。虎杖苷是從虎杖根中分離出的天然二苯乙烯類化合物，具有抗氧化、抗炎、改善微循環(huán)等多種藥理活性[18]。吉秋霞等[7]發(fā)現(xiàn)虎杖苷能夠抑制肝臟炎性因子TNFα和IL-6水平，促進Nrf2入核表達，從而提升抗氧化酶活性，減輕肝氧化應(yīng)激。徐志廣等[8]研究發(fā)現(xiàn)，高劑量虎杖苷可降低大鼠的血清TNFα、IL-1β、IL-6以及肝組織脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物丙二醇(MDA)水平，增加肝組織超氧化物歧化酶(SOD)活性，虎杖苷可通過激活Nrf2/HO-1信號通路，抑制肝臟炎癥及氧化損傷。以上研究提示，虎杖活性成分可通過Nrf2相關(guān)信號通路降低炎癥反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激而發(fā)揮治療NAFLD的作用(表1)。

表1 虎杖活性成分調(diào)節(jié)Nrf2通路作用于NAFLD的效應(yīng)路徑

2 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)腺苷酸活化蛋白激酶(amp-activated kinase，AMPK)相關(guān)信號通路的機制

2.1 AMPK相關(guān)信號通路在NAFLD中的作用 AMPK被稱為“細胞能量平衡的感受器”，是體內(nèi)不可缺少的蛋白激酶，參與多種代謝過程，是細胞內(nèi)調(diào)節(jié)糖、脂代謝的關(guān)鍵分子[19]。AMPK參與炎癥信號通路的調(diào)節(jié)，被認為是NAFLD的潛在治療靶點[20]，是改變代謝通路的關(guān)鍵能量傳感器[21]。研究[22]表明，AMPK活化后可通過抑制增加脂肪酸氧化、肝臟中脂肪生成和促進脂肪組織中線粒體功能完整性這3種途徑減輕NAFLD的損傷。另有研究[23]發(fā)現(xiàn)，激活A(yù)MPK/mTOR介導(dǎo)的自噬亦是NAFLD重要的保護機制，當(dāng)AMPK/mTOR介導(dǎo)的自噬水平顯著提升時，肝毒性可得到緩解，激活A(yù)MPK/mTOR介導(dǎo)的自噬是一種新興的NAFLD治療方法。以上研究表明，AMPK相關(guān)信號通路與NAFLD密切相關(guān)。

2.2 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)AMPK相關(guān)信號通路的機制 固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP-1c)作為AMPK信號分子的下游蛋白，直接參與調(diào)控葡萄糖代謝、脂肪酸和甘油三酯合成相關(guān)酶基因的表達[24]。大黃素是虎杖中主要的蒽醌類成分，具有抗炎、改善微循環(huán)、保護肝腎、抗癌等藥理活性[25]。大黃素可上調(diào)AMPK抑制SREBP-1c及其下游脂肪酸合成相關(guān)蛋白的表達，減少肝脂質(zhì)生成和蓄積，并產(chǎn)生抗氧化應(yīng)激損傷的作用[26]。胰島素抵抗為NAFLD的首次打擊，在NAFLD的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。脂聯(lián)素是脂肪細胞因子中與胰島素抵抗關(guān)系最緊密的一個特異性細胞因子，是參與胰島素抵抗的重要因素，可增強脂肪細胞的胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[27-28]。大黃素不僅可激活A(yù)MPK，提升脂聯(lián)素及其受體的表達，提高胰島素的敏感性[29]；亦可激活A(yù)MPK調(diào)控的脂聯(lián)素促進AMPKα的磷酸化、提高酶活性，從而激活A(yù)MPKα下游的過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)、SREBP-1c及其靶基因，增強肝細胞脂氧化作用，抑制脂肪酸合成和轉(zhuǎn)運，減少肝脂聚積[22]。體外研究[30]發(fā)現(xiàn)，25 μmol/L大黃素作用24 h后，可抑制分化成熟的肌小管細胞和脂質(zhì)細胞的氧消耗量，激活A(yù)MPK信號通路，增加脂質(zhì)細胞的糖酵解水平，增加葡萄糖消耗量，改善葡萄糖的代謝。以上研究提示，虎杖活性成分可通過調(diào)節(jié)AMPK相關(guān)信號通路在NAFLD的脂質(zhì)代謝、葡萄糖代謝、胰島素抵抗等過程中發(fā)揮重要作用(表2)。

表2 虎杖活性成分調(diào)節(jié)AMPK通路作用于NAFLD的效應(yīng)路徑Table 2 Active ingredients of Polygonum cuspidatumregulates the pathway of AMPK pathway on NAFLD

3 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)NF-κB相關(guān)信號通路的機制

3.1 NF-κB相關(guān)信號通路在NAFLD中的作用 NF-κB作為一種重要的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，具有多向調(diào)節(jié)功能，可與多種啟動子結(jié)合，參與調(diào)控多種炎癥基因、黏附分子和蛋白酶基因的表達[31]。NF-κB的上游分子多種因素激活后，使IκB磷酸化并降解，從而釋放并激活NF-κB，激活的NF-κB移入核內(nèi)結(jié)合到相關(guān)基因的NF-κB受體上，調(diào)控與炎癥、細胞增殖及凋亡等相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[32]。NF-κB通路已被證實是炎癥反應(yīng)和細胞免疫中的重要通路之一，對肝臟的炎癥、氧化應(yīng)激、肝細胞凋亡和再發(fā)生、肝纖維化的過程發(fā)揮著重要的作用[33]。以上研究提示，NF-κB相關(guān)信號通路與NAFLD在多方面密切相關(guān)。

3.2 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)NF-κB相關(guān)信號通路的機制 脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，也稱為內(nèi)毒素，引發(fā)的慢性低度炎癥被認為是NAFLD進展的關(guān)鍵因素。張蓉等[34]發(fā)現(xiàn)50 μmol/L大黃素作用4 h可抑制LPS過多引起的肌小管細胞和脂質(zhì)細胞中NF-κB通路的表達，抑制炎癥因子IL-6、TNFα的分泌，減輕炎癥反應(yīng)，改善胰島素抵抗。研究[35]發(fā)現(xiàn)，大黃素可能通過抑制NF-κB活化，阻斷LPS損傷信號途徑的傳導(dǎo)，從而減緩NAFLD的病理進程。白藜蘆醇是虎杖中非黃酮類多酚化合物，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗老化等功效[36]。研究[37]證實，白藜蘆醇通過抑制NF-κB炎癥通路，減少TNFα、IL-6和IL-1β mRNA的轉(zhuǎn)錄，從而減少促炎因子TNFα、IL-6和IL-1β的表達，干預(yù)了NAFLD發(fā)生發(fā)展重要環(huán)節(jié)中的炎癥反應(yīng)。以上研究表明，虎杖活性成分通過調(diào)節(jié)NF-κB相關(guān)信號通路從減少炎癥反應(yīng)、改善胰島素抵抗等方面作用于NAFLD(表3)。

表3 虎杖活性成分調(diào)節(jié)NF-κB通路作用于NAFLD的效應(yīng)路徑Table 3 Active ingredients of Polygonum cuspidatumregulates the pathway of NF-κB pathway on NAFLD

4 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)沉默信息調(diào)節(jié)因子1(sirtuin type 1，SIRT1)相關(guān)信號通路的機制

4.1 SIRT1相關(guān)信號通路在研究NAFLD中的作用 沉默信息調(diào)節(jié)因子(Sirtuin)是一組高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性組蛋白和蛋白質(zhì)脫乙酰酶和ADP-核糖基轉(zhuǎn)移，SIRT1屬于Sirtuin家族的一員，其活性受NAD水平與AMPK活性的調(diào)節(jié)，可以使一系列蛋白發(fā)生去乙?；?，對蛋白的下游信號分子進行調(diào)節(jié)，參與能量代謝﹑細胞生存、衰老及凋亡[38]。SIRT1是肝脂質(zhì)代謝、氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因子，可介導(dǎo)與NAFLD發(fā)生機制密切相關(guān)的胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、脂質(zhì)過氧化等過程，而改善NAFLD/NASH的損傷[39]。研究[40]表明，SIRT1可通過脂肪合成、脂肪代謝和膽固醇代謝3個方面在NAFLD脂質(zhì)代謝過程中發(fā)揮作用。以上研究表明，SIRT1相關(guān)信號通路與NAFLD發(fā)生機制中的脂質(zhì)代謝、氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等多方面密切相關(guān)。

4.2 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)SIRT1相關(guān)信號通路的機制 脂代謝紊亂所導(dǎo)致的脂肪異位沉積是造成NAFLD的重要原因之一。研究[41]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇能夠在肝臟和脂肪組織中通過SIRT1促進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激蛋白ATF6的去乙酰化和失活化，上調(diào)SIRT1的轉(zhuǎn)錄水平，減少脂滴在肝臟中的蓄積。研究[42]顯示，大黃素可通過促進SIRT1表達，進而促進脂肪細胞對葡萄糖的吸收，改善脂肪細胞糖代謝。白藜蘆醇作為SIRT1的激活劑能夠通過SIRT1介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑改善NAFLD[9]。研究[43]表明，白藜蘆醇能夠通過激活SIRT1/腺苷酸活化蛋白激酶信號通路參與細胞的抗氧化反應(yīng)。Ding等[44]研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可調(diào)節(jié)SIRT1自噬途徑及其下游的進程，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力、調(diào)節(jié)肝脂質(zhì)代謝。以上研究表明，虎杖活性成分可通過SIRT1相關(guān)信號通路從調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等途徑在NAFLD中發(fā)揮作用(表4)。

表4 虎杖活性成分調(diào)節(jié)SIRT1通路作用于NAFLD的效應(yīng)路徑Table 4 Active ingredients of Polygonum cuspidatumregulates the pathway of SIRT1 pathway on NAFLD

5 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)PPARα相關(guān)信號通路的機制

5.1 PPARα相關(guān)信號通路在研究NAFLD中的作用 PPARα是一種配體誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子，屬于核受體超家族，在能量代謝、肝功能、炎癥、細胞周期改變中起關(guān)鍵作用[45]。脂肪酸生成和β-氧化是脂質(zhì)代謝的2個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，PPARα在2個環(huán)節(jié)均發(fā)揮重要作用[46-47]。一方面PPARα可通過調(diào)控SREBP-1c表達，通過抑制多種脂肪酸從頭合成基因的表達，抑制肝甘油三酯的合成；另一方面PPARα活化后，會催化β-氧化的限速酶，加速脂肪酸氧化。研究[48]表明，在Kupffer細胞向M1型極化過程中因受到PPARα的調(diào)控影響，可進一步改善肝細胞脂肪變性，降低局部炎癥反應(yīng)。Yu等[49]研究提示，PPARα激動劑可作為潛在治療NAFLD的方法。以上研究表明，PPARα相關(guān)信號通路與NAFLD中脂質(zhì)代謝、炎癥反應(yīng)等方面密切相關(guān)。

5.2 虎杖活性成分在NAFLD中調(diào)節(jié)PPARα相關(guān)信號通路的機制 陳劍明等[50]研究證實，虎杖苷可增強脂質(zhì)代謝關(guān)鍵酶PPARα的合成，改善脂質(zhì)代謝障礙，減少脂質(zhì)異位沉積，改善機體氧化應(yīng)激狀態(tài)。吉秋霞等[7]研究顯示，虎杖苷可使肝臟中FASN和SCD1蛋白表達顯著下降，上調(diào)PPARα和肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1蛋白水平，而發(fā)揮調(diào)節(jié)脂肪酸的新生脂肪生成和β-氧化的作用，減輕血脂異常和肝脂肪變性。研究[10]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可通過PPARα途徑改善脂質(zhì)代謝和氧化還原穩(wěn)態(tài)，影響NAFLD的發(fā)生發(fā)展。以上研究表明，虎杖活性成分可通過PPARα相關(guān)信號通路從改善脂質(zhì)代謝、氧化應(yīng)激等方面在NAFLD中發(fā)揮作用(表5)。

表5 虎杖活性成分調(diào)節(jié)PPARα通路作用于NAFLD的效應(yīng)路徑Table 5 Active ingredients of Polygonum cuspidatumregulates the pathway of PPARα pathway on NAFLD

6 信號通路間的相互作用

信號通路是指當(dāng)細胞要發(fā)生某種反應(yīng)時，信號從細胞外到細胞內(nèi)傳遞了一種信息，是將細胞外的分子信號經(jīng)細胞膜傳入細胞內(nèi)發(fā)揮效應(yīng)的一系列酶促反應(yīng)通路。在應(yīng)用虎杖活性成分治療NAFLD的相關(guān)通路中，NF-κB是由SIRT1介導(dǎo)的細胞應(yīng)激反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，SIRT1能夠促進p65/p50復(fù)合物結(jié)合，使NF-κB轉(zhuǎn)錄活性失活，抑制其促炎靶基因的表達[51]。SIRT1是AMPK的下游調(diào)節(jié)蛋白，可通過絲氨酸-蘇氨酸激酶11介導(dǎo)AMPK，增強AMPK的磷酸化，調(diào)控脂質(zhì)代謝[43]。AMPK激活可增加脂聯(lián)素的表達，從而激活A(yù)MPKα下游的PPARα，增強肝細胞脂氧化作用[22]。Nrf2可通過下調(diào)PPARα、PPARγ的表達調(diào)控脂質(zhì)代謝，發(fā)揮對肝臟的保護作用[52]。Nrf2可通過轉(zhuǎn)錄抗氧化劑和相關(guān)下游靶基因，下調(diào)IL-1、TNFα等促炎因子，減少NF-κB上游激活因子，而下調(diào)NF-κB表達[8]，共同調(diào)控炎癥反應(yīng)。由此可見，細胞傳導(dǎo)通路之間是一個復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，虎杖的多成分通過特定的細胞信息作用于多種靶細胞，對應(yīng)不同靶細胞的受體結(jié)合，激活不同的信號傳導(dǎo)通路，發(fā)揮相互協(xié)同或相互拮抗作用機制，形成相互作用網(wǎng)絡(luò)，顯示出從多靶點、多途徑、多層次相互作用的機制特點(圖1)。

圖1 虎杖活性成分治療NAFLD的細胞信號通路機制Figure 1 Mechanism of cell signaling pathway in treatment of NAFLD by active ingredients of Polygonum cuspidatum

7 小結(jié)與展望

本研究通過對虎杖活性成分治療NAFLD機制中所涉及到的細胞信號通路予以梳理，發(fā)現(xiàn)虎杖活性成分可通過調(diào)控Nrf2、AMPK、NF-κB、SIRT1和PPARα等多條相關(guān)信號通路，發(fā)揮改善胰島素抵抗、抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、減輕炎癥浸潤等作用，達到防治NAFLD的目的，顯示出多成分、多靶點、多途徑相互作用的機制特點。

目前，虎杖在NAFLD的治療方面取得一定的進展，但虎杖治療NAFLD所涉及的信號通路的相關(guān)研究還存在一些局限性：(1)多數(shù)研究集中在對虎杖治療NAFLD的經(jīng)典通路探討，還可挖掘其他重要的信號通路。(2)研究所構(gòu)建的動物模型比較單一，多屬高脂飲食誘導(dǎo)的模型，可從NAFLD不同發(fā)病機制開展模型構(gòu)建。(3)相關(guān)信號通路的相互聯(lián)系作用機制研究較少且不深入，可深入剖析探索相關(guān)通路間的作用機制。NAFLD發(fā)病機制復(fù)雜，其疾病譜包括非酒精性肝脂肪變、NASH、肝硬化和肝細胞癌?？蓪⑼返南嗷フ{(diào)節(jié)、相互拮抗或抑制的作用機制與預(yù)防NAFLD疾病譜的進展相聯(lián)系，達到更優(yōu)的防治效果。因此，研究相關(guān)信號通路之間的聯(lián)系機制，更好的發(fā)揮中藥多成分、多靶點、多途徑、多層次的優(yōu)勢，為虎杖治療NAFLD提供強有力的支撐依據(jù)及新的思路將是日后的研究重點。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：李淑娣負責(zé)課題設(shè)計，資料分析；陳欣菊、劉江凱、王振、段飛負責(zé)修改論文；袁卓雅、梁磊負責(zé)歸納總結(jié)文獻資料；李素領(lǐng)負責(zé)擬定寫作思路，指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。