姜黃素抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用機(jī)制及研究進(jìn)展

王夢(mèng)楠，秦合偉，郭寧，宋雪梅，牛雨晴，孫孟艷

(1.河南中醫(yī)藥大學(xué)，河南 鄭州 450046；2.河南省中醫(yī)院，河南 鄭州 450002)

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種發(fā)生在全身的慢性炎癥疾病，一般從大中動(dòng)脈的內(nèi)膜開始病變，發(fā)生脂肪浸潤(rùn)及復(fù)合糖類沉積，進(jìn)而內(nèi)膜呈灶狀纖維化并出現(xiàn)鈣質(zhì)沉著，形成AS斑塊，導(dǎo)致血管壁變硬增厚并伴隨管腔狹窄。動(dòng)脈粥樣硬化的疾病周期很長(zhǎng)，往往開始于童年時(shí)期，可以引起心、腦、腎等器官發(fā)生許多繼發(fā)性病變。AS發(fā)病機(jī)制仍不清楚，目前主流觀點(diǎn)認(rèn)同內(nèi)皮損傷學(xué)說(shuō)和脂質(zhì)滲入學(xué)說(shuō)，而遺傳因素、吸煙、肥胖、高血壓、高血脂、糖尿病、性別、年齡等因素也能夠顯著影響AS進(jìn)程。

姜黃素(Curcumin，Cur)屬于二酮類化合物，主要來(lái)源于姜黃屬類植物的根莖，分子式為C21H20O6，呈橙黃色結(jié)晶粉末狀，可用作食物色素和調(diào)味品。在中國(guó)以姜黃根莖入藥的歷史悠久，它具有良好的通經(jīng)止痛功效?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)姜黃素具有抗癌、抗炎、抗氧化、預(yù)防老年癡呆、抑制動(dòng)脈粥樣硬化等藥理作用，且價(jià)格低、毒性小。本文旨在討論姜黃素抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用機(jī)制及研究進(jìn)展。

1 抑制炎癥反應(yīng)

動(dòng)脈粥樣硬化的各個(gè)階段都存在炎癥反應(yīng)，炎癥是機(jī)體發(fā)生病理變化的關(guān)鍵因素，與炎性細(xì)胞因子的表達(dá)密切相關(guān)。姜黃素可通過調(diào)節(jié)多種炎癥信號(hào)通路抑制各種刺激如基因編碼、活性氧(ROS)、TNF-α、大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)、內(nèi)毒素(LPS)、氧化的低密度脂蛋白等引起的血管炎癥，其調(diào)節(jié)作用包括抑制核因子κB(NF-κB)激活、減少Toll樣受體4(TLR4)表達(dá)、抑制絲裂原激活蛋白激酶MAPK(ERK、p38MAPK、JNK)和Janus激酶(JAK/STAT)的磷酸化，從而減少促炎細(xì)胞因子和酶的分泌，大幅度減輕AS各階段的炎癥反應(yīng)[1-4]。

姜黃素可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化從而抑制機(jī)體的炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞可分為M1表型和M2表型，其中M1型巨噬細(xì)胞會(huì)增加促炎癥因子的產(chǎn)生，刺激生物體發(fā)生炎癥反應(yīng)；而M2型巨噬細(xì)胞可以提高抗炎細(xì)胞因子IL-10的含量并阻止促炎因子分泌，發(fā)揮抗炎作用。AS斑塊中細(xì)胞因子表達(dá)水平會(huì)影響巨噬細(xì)胞的極化，姜黃素可以通過抑制NF-κB的激活來(lái)降低炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，減少M(fèi)1型巨噬細(xì)胞含量；還可以顯著抑制TLR4/MAPK/NF-κB級(jí)聯(lián)信號(hào)通路的活性，使巨噬細(xì)胞由促炎表型向抗炎表型轉(zhuǎn)化[5]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)是巨噬細(xì)胞向M2表型極化的重要通路，姜黃素可以激活PPARγ，進(jìn)而促進(jìn)巨噬細(xì)胞由M0和M1表型向M2表型極化[6]。

動(dòng)脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病，姜黃素可以通過調(diào)節(jié)炎癥信號(hào)通路和巨噬細(xì)胞極化來(lái)減少促炎因子的分泌，增加抗炎因子的表達(dá)，從而抑制機(jī)體炎癥反應(yīng)，延緩AS進(jìn)程。

2 抗氧化

機(jī)體在受到刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量含氧活性基團(tuán)ROS，其氧化活性極為活躍，能夠?qū)ι矬w內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)等大分子產(chǎn)生不可逆?zhèn)Γ瑥亩饳C(jī)體損傷。姜黃素的酚性羥基具有清除氧自由基的作用，Cur可憑此結(jié)構(gòu)直接發(fā)揮抗氧化作用。姜黃素可分別通過抑制NADPH氧化酶p67亞基活性和刺激線粒體內(nèi)膜解偶聯(lián)蛋白2分泌，有效降低NADPH氧化酶和線粒體系統(tǒng)表達(dá)的ROS[7]，也可通過抑制HMGB1-TLRS-NF-κB信號(hào)通路，減少細(xì)胞內(nèi)炎癥因子和ROS的過表達(dá)，阻止AS進(jìn)展[8]。姜黃素還能顯著增強(qiáng)抗氧化酶的活性，Xie等人[9]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可激活Keap1-Nrf2-ARE信號(hào)通路，使抗氧化酶基因谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、醌氧化還原酶1(NQO1)、過氧化氫酶(CAT)、血紅素氧合酶-1(HO-1)和超氧化物歧化酶(SOD)的轉(zhuǎn)錄增加，減弱糖尿病大鼠模型的氧化應(yīng)激反應(yīng)。LDL氧化為Ox-LDL后被平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞吞噬是AS發(fā)生的關(guān)鍵，Cur可有效抑制該過程，部分原因可能是促進(jìn)了一氧化氮合酶(eNOS)產(chǎn)生NO，NO能夠抑制LDL氧化，進(jìn)而減少泡沫細(xì)胞形成[7]。綜上，姜黃素主要通過抗炎和減少泡沫細(xì)胞形成，清除氧自由基，抑制促進(jìn)ROS生成的酶和增加抗氧化酶的活性來(lái)抑制AS的氧化應(yīng)激反應(yīng)。

3 抗凝

血液處于高凝狀態(tài)的主要原因是凝血和纖溶系統(tǒng)的失衡，這會(huì)促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展并發(fā)生血栓性疾病。姜黃素能夠抑制血小板聚集和活化，從而發(fā)揮抗血栓形成作用，如通過抑制血栓素(TXA2)形成和鈣離子傳導(dǎo)，從而減少血小板激活因子(PAF)等激動(dòng)劑介導(dǎo)的血小板聚集；抑制膠原蛋白和血小板受體的結(jié)合來(lái)減少血小板活化[10]。高脂血癥動(dòng)物血小板聚集增強(qiáng)與前列環(huán)素2(PGI2)產(chǎn)生減少有關(guān)，而姜黃素能增加前列環(huán)素2(PGI2)表達(dá)；血小板凋亡或促凝血小板的形成也會(huì)影響血小板的活化，Rukoyatkina等[11]的實(shí)驗(yàn)證明姜黃素可以通過抑制P-gp活性介導(dǎo)血小板凋亡和促凝血小板形成，阻止血小板激活。組織因子(TF)可以激活凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)，其表達(dá)受促炎細(xì)胞因子含量影響，姜黃素可以減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和血管內(nèi)皮中的TF表達(dá)，避免啟動(dòng)凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)，還可以通過提高組織型纖溶酶原激活劑(t-PA)表達(dá)水平促進(jìn)溶栓，防治血栓[10]。Wang等[12]證明姜黃素可以調(diào)節(jié)miR-499介導(dǎo)的 PTEN/VEGF/Ang-I信號(hào)通路促進(jìn)治療性血管生成，有效促進(jìn)靜脈血栓消退。姜黃素主要通過抑制血小板的聚集和激活、抑制凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)及促進(jìn)血栓溶解，從而減少AS過程中的血栓形成。

4 降脂

脂質(zhì)在血管內(nèi)膜下沉積是AS的基礎(chǔ)，而姜黃素可以有效降低血漿中甘油三酯(TG)、膽固醇以及游離脂肪酸(FFA)的水平。NPC1L1基因參與腸道內(nèi)脂質(zhì)吸收，姜黃素能夠通過抑制膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2(SREEBP-2)減少腸道內(nèi) NCP1L1 的表達(dá)，降低膽固醇吸收[13]。研究表明姜黃素可以抑制肝臟膽固醇合成限速酶3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMGCR)的表達(dá)[14]；也可介導(dǎo)蛋白激酶(AMPK)磷酸化進(jìn)而減少SREBP-1c含量，降低與脂質(zhì)合成相關(guān)的酶的活性，如乙酰輔酶A羧化酶、脂肪酸合酶等[15]，導(dǎo)致脂質(zhì)合成減少。除此之外，姜黃素還可以調(diào)控脂蛋白的代謝，TG的降解是通過脂蛋白脂酶(LPL)實(shí)現(xiàn)的，LPL表達(dá)不足會(huì)導(dǎo)致血漿TG水平升高，而姜黃素可以促進(jìn)LPL表達(dá)；還能夠上調(diào)細(xì)胞膜LDLR水平，促進(jìn)脂蛋白殘粒及LDL分解代謝，降低血漿膽固醇水平[14]。

姜黃素可以有效減少巨噬細(xì)胞對(duì)ox-LDL 攝取，并顯著增加膽固醇的外流，膽固醇的攝取和逆向轉(zhuǎn)運(yùn)主要是由清道夫受體(SR)和ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體(ABC)介導(dǎo)的。研究證明姜黃素可通過調(diào)控miR-125a-5p/SIRT6軸、抑制TLR4/NF-κB/miR33a信號(hào)通路、激活A(yù)MPK或PPARγ，促進(jìn)肝X受體α(LXRα)活化并與ABCA1啟動(dòng)子靶向結(jié)合，上調(diào)巨噬細(xì)胞膜上ABCA1表達(dá),有助于膽固醇的外流[16-19]。還有研究表明姜黃素可以通過上調(diào)Nrf2-ARE-HO-1信號(hào)傳導(dǎo)通路來(lái)增加脂質(zhì)逆向轉(zhuǎn)運(yùn)受體SR-BI和ABCA1表達(dá)，進(jìn)一步增加膽固醇外流[20]。Min等[21]認(rèn)為姜黃素可以通過抑制p38 MAPK磷酸化減少CD36表達(dá)，從而減少ox-LDL的攝??；也可以使血漿脂質(zhì)含量減少，改善巨噬細(xì)胞生存環(huán)境，進(jìn)而下調(diào)CD36的表達(dá)[22]。

根據(jù)以上內(nèi)容可知，姜黃素主要通過抑制脂質(zhì)的吸收和合成，促進(jìn)脂肪分解代謝來(lái)降低血脂，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)的攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而減少脂質(zhì)沉積，發(fā)揮其抗AS作用。

5 降糖

血糖升高會(huì)引起血管內(nèi)皮損傷，同時(shí)增加血液黏稠度導(dǎo)致血液流速明顯減慢，是促進(jìn)AS發(fā)展的危險(xiǎn)因素。胰島素是唯一的降血糖激素，研究表明姜黃素可通過抗炎和抗氧化來(lái)改善β細(xì)胞功能，防止β細(xì)胞死亡，從而增加胰島素的表達(dá)，降低人體血糖濃度和糖化血紅蛋白含量[23]。當(dāng)機(jī)體發(fā)生胰島素抵抗時(shí)，就會(huì)發(fā)生糖代謝異常，姜黃素可以改善胰島素抵抗，主要是通過促進(jìn)脂聯(lián)素基因表達(dá)和胰島素受體底物磷酸化，提高脂肪組織及肝臟對(duì)胰島素的敏感性[24]。此外，姜黃素還抑制糖原合酶激酶(GSK)-3β，增加肝糖原含量，并通過減少糖異生關(guān)鍵酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-P)的表達(dá)抑制糖異生，增加葡萄糖利用和糖原合成[25]。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可以抑制高脂飲食喂養(yǎng)小鼠中胰島B細(xì)胞環(huán)磷酸腺苷的表達(dá)，阻止肝臟產(chǎn)生葡萄糖。姜黃素還可以激活PPARγ來(lái)降低空腹血糖，增加糖酵解，刺激胰島素的分泌；增加GLUT2、GLUT3、GLUT4等基因的表達(dá)量，促進(jìn)脂肪組織攝取葡萄糖[24]。由此可知，姜黃素的降血糖機(jī)制主要是改善β細(xì)胞功能及胰島素抵抗，抑制肝臟糖異生，促進(jìn)機(jī)體對(duì)葡萄糖的攝取、利用和糖原合成。

6 降血壓

動(dòng)脈血壓升高會(huì)引起一系列血流動(dòng)力學(xué)的改變?nèi)缪毫魉偌涌?、?duì)血管壁的沖擊力增強(qiáng)，進(jìn)而使血管壁損傷，加速動(dòng)脈粥樣硬化。姜黃素可以減少機(jī)體內(nèi)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)的表達(dá)及活性，抑制AngⅠ向AngⅡ轉(zhuǎn)化[27]；AngⅡ是導(dǎo)致動(dòng)脈血壓升高的最主要細(xì)胞介質(zhì)，與其1型受體(AT1R)結(jié)合會(huì)使血管收縮及順應(yīng)性降低，進(jìn)而發(fā)生高血壓。有研究表明姜黃素可以下調(diào)平滑肌細(xì)胞中AT1R的表達(dá)，抑制AT1R介導(dǎo)AngⅡ引起的血管收縮，阻止高血壓的發(fā)展[28]。ROS的過表達(dá)會(huì)大幅度降低NO的利用率，導(dǎo)致外周阻力升高，姜黃素可以減弱體內(nèi)的氧化應(yīng)激，從而舒張血管，使血液循環(huán)系統(tǒng)外周總阻力顯著降低[29]；Kukongviriyapan等[30]證明姜黃素的抗氧化作用還可以拮抗鎘(Cd)誘導(dǎo)的血管反應(yīng)性受損，恢復(fù)血管對(duì)血管活性劑的反應(yīng)能力，從而使鎘中毒小鼠的血壓恢復(fù)正常。此外，腸道生態(tài)失調(diào)和腸道-大腦通訊失調(diào)也可能引起高血壓，Li等[31]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可以重塑自發(fā)性高血壓大鼠的腸道微生物群和改善腸-腦軸的失調(diào)，抑制免疫炎癥反應(yīng)，降低血壓。由此可知姜黃素主要通過抑制AngⅡ及其受體的表達(dá)、抗炎抗氧化、保護(hù)血管功能、調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)定性來(lái)降低血壓，延緩AS進(jìn)程。

7 抑制平滑肌細(xì)胞增殖和遷移

動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成和治療后血管再狹窄的主要原因是動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(ASMC)的增殖和遷移。正常情況下，VSMC表現(xiàn)為收縮表型，處于高度分化狀態(tài)，此時(shí)它的增殖和遷移能力很差，但當(dāng)受到某些刺激如發(fā)生血管炎癥和損傷時(shí)，處于收縮型的平滑肌細(xì)胞就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿シ只暮铣尚?，展現(xiàn)出極大的增殖、遷移能力，導(dǎo)致VSMC遷移到內(nèi)膜，吞噬膽固醇，形成泡沫細(xì)胞，合成細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。研究表明姜黃素、煙酸姜黃素脂和姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力療法可以分別通過調(diào)節(jié)JAK/STAT3信號(hào)通路、上調(diào)多功能死亡域相關(guān)蛋白(Daxx)調(diào)節(jié)PTEN/Akt通路和誘導(dǎo)自噬，顯著增加α-SMA、SM22α等VSMC收縮型標(biāo)志蛋白的含量，并且使合成型標(biāo)志物OPN的表達(dá)大幅度降低，抑制VSMC表型轉(zhuǎn)換[32-35]。Li等[36]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素通過自身激活PPARγ和抗氧化應(yīng)激的作用，減少AngⅡ引起的大鼠體內(nèi)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的過度表達(dá)，從而抑制VSMC炎癥和增殖。平滑肌細(xì)胞的遷移能力與基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)系統(tǒng)有關(guān)，姜黃素能夠顯著降低MMP-2和MMP-9在機(jī)體內(nèi)的表達(dá)和活性，抑制平滑肌細(xì)胞的遷移[37]。Han等[38]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可以減弱NF-κB的活性，減少自發(fā)性高血壓大鼠VSMC中炎癥小體NLRP3的表達(dá)量，進(jìn)而抑制其增殖和遷移。張銘華等[39]證明miR-22 基因通過靶向結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子SP1抑制VSMC增殖和遷移，而姜黃素能夠明顯提升血管平滑肌細(xì)胞中此基因的表達(dá)量。Xiang等[40]發(fā)現(xiàn)姜黃素通過抑制炎癥反應(yīng)減少LPS誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞外囊泡(EVs)的分泌，從而調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞功能(包括抑制其增殖和遷移)，對(duì)AS產(chǎn)生有益影響。根據(jù)以上內(nèi)容可知，姜黃素抑制VSMC的增殖和遷移的機(jī)制主要是通過抑制合成型VSMC的表達(dá)、減弱炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)或減少與增殖、遷移相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)減少AS斑塊的形成和預(yù)防治療后血管腔再狹窄有重要意義。

8 抑制血管生成

血管生成可有效緩解動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程，但血管結(jié)構(gòu)不完整的病理性血管大量生成，會(huì)造成AS斑塊不穩(wěn)定，進(jìn)而發(fā)生斑塊破裂、出血，炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，缺氧加重等情況。無(wú)論是在生理性還是在病理性血管生成過程中，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)都發(fā)揮著不可或缺的作用，NF-κB和激活蛋白-1(AP-1)可以影響VEGF的分泌，而姜黃素能夠抑制NF-κB和AP-1的活性，降低VEGF的過度表達(dá)[23]，抑制斑塊中的血管生成；還能進(jìn)一步抑制MMP和細(xì)胞黏附分子的表達(dá)，減少新生血管的數(shù)量。研究表明姜黃素能夠上調(diào)miR-126的表達(dá)，促進(jìn)其與VEGF上的3’UTR靶向結(jié)合，對(duì)VEGF產(chǎn)生負(fù)向調(diào)節(jié)作用，減弱人內(nèi)皮細(xì)胞的活性與遷移[32]，還可以通過抑制ERK信號(hào)通路來(lái)拮抗高脂誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)的表達(dá)，從而減弱促血管生成效應(yīng)[41]。由此可知，姜黃素主要抑制VEGF、HIF-1α的表達(dá)，減少病理性血管生成，提高AS斑塊穩(wěn)定性，預(yù)防疾病進(jìn)一步發(fā)展。

9 保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞

血管內(nèi)皮損傷是促進(jìn)AS發(fā)展的重要病理因素，發(fā)生在AS各個(gè)階段，吸煙、血壓升高、衰老、糖脂代謝異常等因素均可使內(nèi)皮細(xì)胞損傷，引起血管內(nèi)皮功能異常。而姜黃素能夠有效抑制炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，減少各種因素引起的炎性細(xì)胞因子、黏附因子和ROS的過度表達(dá)，同時(shí)誘導(dǎo)eNOS產(chǎn)生適宜的NO，改善血管功能障礙，保護(hù)血管內(nèi)皮功能[32]。姜黃素還可以提高氧化應(yīng)激狀態(tài)下的血管內(nèi)皮細(xì)胞中自噬體標(biāo)志分子LC3-Ⅱ表達(dá)水平，增加自噬溶酶體數(shù)量，從而誘導(dǎo)自噬，抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷和凋亡[42]。巨細(xì)胞病毒(CMV)基因產(chǎn)物可進(jìn)入并損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，姜黃素抑制CMV增殖并改善宿主的細(xì)胞微環(huán)境，有效減少炎癥和血管損傷[8]。由此可知，姜黃素組要通過影響機(jī)體血壓、血脂、血糖，抗炎、抗氧化、抗病毒感染、促進(jìn)氧化應(yīng)激狀態(tài)下的血管內(nèi)皮細(xì)胞自噬等方式減少血管內(nèi)皮損傷，影響AS進(jìn)展。

10 討論

綜上所述，姜黃素可以通過減少炎癥和氧化應(yīng)激、抗凝、改善脂肪代謝、促進(jìn)糖代謝、調(diào)控平滑肌細(xì)胞增殖和遷移、降血壓、減少病理性新生血管數(shù)量、保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞等途徑延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究完善。姜黃素價(jià)格低、毒性小、來(lái)源廣泛，但姜黃素的生物活性較低，在人體內(nèi)代謝率較高，故臨床應(yīng)用不廣泛。目前已證明聯(lián)合用藥可以提高血液中姜黃素濃度，降低藥物代謝清除率[33]，姜黃素類似物較姜黃素更加穩(wěn)定，且生物利用度更高[43]，但目前仍處在體外實(shí)驗(yàn)階段，缺少臨床研究證據(jù)。在姜黃素的進(jìn)一步研究中，應(yīng)該更注重藥理活性和構(gòu)效關(guān)系，在保證藥物安全的前提下提高其生物活性，延長(zhǎng)半衰期，使其廣泛運(yùn)用于疾病的臨床治療。