抗輻射天然產(chǎn)物研究進(jìn)展

姚一青，方家豪，馬薈琳，王 璇，呂狄亞

（海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系藥物分析測(cè)試中心, 上海 200433）

1 電離輻射的危害

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，核工業(yè)在軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域得到全面發(fā)展，但伴隨而來(lái)的是對(duì)從業(yè)人員和附近居民造成嚴(yán)重的輻射危害。

輻射是指能量以電磁波或粒子的形式向外傳播的現(xiàn)象，可分為電離輻射和非電離輻射。擁有足夠高能量而使原子電離的輻射為電離輻射，它包括X 射線、α 射線、β 射線、γ 射線等，具有潛在的致癌性。非電離輻射能量較低，不會(huì)電離物質(zhì)而會(huì)使物質(zhì)內(nèi)粒子運(yùn)動(dòng)，包括紅外線、紫外線和微波等[1]。

輻射可引起全身性的放射病，幾乎所有系統(tǒng)、器官均可發(fā)生病理性改變，其中以神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和造血器官的改變最為明顯，會(huì)誘發(fā)心血管疾病、糖尿病甚至癌突變。輻射對(duì)機(jī)體的損傷可分為急性和慢性放射性損傷。短時(shí)間內(nèi)接受高劑量的照射，可引起機(jī)體的急性損傷，常見于核事故和放射治療患者。劑量低于1 Gy 時(shí)少數(shù)會(huì)出現(xiàn)輕微癥狀，劑量在1～10 Gy 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)造血型急性放射病；劑量超過(guò)10 Gy，會(huì)出現(xiàn)高致死率[2]。而長(zhǎng)期接受超劑量的全身或局部照射，可引起慢性放射病，如皮膚損傷、造血障礙、白細(xì)胞減少、生育功能受損等。此外，輻射還能直接導(dǎo)致視力下降、視網(wǎng)膜脫落，誘發(fā)孕婦流產(chǎn)、不育、畸胎、兒童發(fā)育不足等[3]。

2 抗輻射天然產(chǎn)物的作用機(jī)制[4]

抗輻射藥物是指在輻射前或后給予藥物預(yù)防或治療，可減輕或修復(fù)輻射損傷的藥物?，F(xiàn)有的抗輻射化學(xué)合成藥物主要包括細(xì)胞因子、含硫化合物和激素類藥物[5]，因其毒副作用較大而應(yīng)用受限，近年來(lái)天然產(chǎn)物因其毒副作用小、多成分多靶點(diǎn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)受到廣泛的關(guān)注。目前認(rèn)為抗輻射天然產(chǎn)物的作用機(jī)制主要有以下4 個(gè)方面。

2.1 防護(hù)DNA 損傷

輻射損傷可破壞DNA 分子的結(jié)構(gòu)與功能，導(dǎo)致DNA 堿基破壞、DNA 分子間交聯(lián)、DNA 雙鏈或單鏈斷裂、糖基破壞等。此外，輻射還可導(dǎo)致細(xì)胞周期改變以及DNA 合成抑制，直接影響細(xì)胞增殖?？馆椛涮烊划a(chǎn)物可通過(guò)減輕或抑制輻射致細(xì)胞周期的縮短，避免或修復(fù)DNA 損傷而起輻射防護(hù)作用。

2.2 清除自由基

人體產(chǎn)生的80%自由基是由水分子組成的。輻射可引起水分子生成強(qiáng)活性的氧化自由基，主要包括·OH、、H2O2、·NO 等，其中，·OH 氧化性最強(qiáng)，可導(dǎo)致組織細(xì)胞產(chǎn)生脂質(zhì)過(guò)氧化物[6]。人體由于自由基的產(chǎn)生造成的破壞主要有3 個(gè)方面：破壞細(xì)胞膜；使血清抗蛋白酶失去活性；損傷基因?qū)е录?xì)胞變異，如自由基和生物大分子的結(jié)合，導(dǎo)致DNA 主鏈斷裂或堿基破壞，通過(guò)氧化性降解使得多糖鏈斷裂，形成脫氫自由基，破壞細(xì)胞膜上的多糖結(jié)構(gòu)[7]?，F(xiàn)代研究表明，大多數(shù)抗輻射天然產(chǎn)物具有清除多種自由基作用，能降低氧化酶活性，抑制細(xì)胞過(guò)氧化物的產(chǎn)生。

2.3 保護(hù)免疫系統(tǒng)

輻射主要損傷骨髓、胸腺和脾臟等免疫器官以及淋巴細(xì)胞等。崔玉芳等[8]發(fā)現(xiàn)輻射對(duì)免疫系統(tǒng)的損傷主要表現(xiàn)為兩個(gè)特點(diǎn)——早期損傷嚴(yán)重和后期恢復(fù)緩慢。在輻射早期脾臟T、B 淋巴細(xì)胞數(shù)量迅速減少，絲裂原反應(yīng)明顯降低，而在受照射1 年后，小鼠的免疫組織和外周血淋巴細(xì)胞凋亡率與正常水平相比仍較高，小鼠T 淋巴細(xì)胞免疫功能仍未恢復(fù)。促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖，抑制胸腺和脾臟細(xì)胞凋亡等是抗輻射損傷的有效途徑。

2.4 保護(hù)造血系統(tǒng)

造血組織是輻射的敏感組織，機(jī)體受到輻射后，造血細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)功能低下甚至死亡現(xiàn)象，其中，造血干細(xì)胞、粒系祖細(xì)胞、紅系祖細(xì)胞是輻射攻擊的主要靶細(xì)胞，外周血細(xì)胞的數(shù)量隨著照射劑量的增加而減少，其形態(tài)和功能也會(huì)隨之發(fā)生改變[1]。因此，改善造血微環(huán)境，促進(jìn)白細(xì)胞增殖，修復(fù)骨髓造血功能等有助于保護(hù)造血系統(tǒng)，修復(fù)輻射損傷。

3 抗輻射天然產(chǎn)物

3.1 多糖類化合物

天然多糖包括植物多糖、動(dòng)物多糖和微生物多糖。它們是一類具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗輻射、抗炎、抗疲勞、抗衰老作用的生物大分子[9]。關(guān)于多糖的抗輻射作用的機(jī)制尚不清楚，一般認(rèn)為與多糖的抗氧化，對(duì)造血系統(tǒng)的保護(hù)，引起免疫系統(tǒng)的效應(yīng)增強(qiáng)以及誘導(dǎo)產(chǎn)生某些細(xì)胞因子等作用有關(guān)。

3.1.1 植物多糖

研究表明，大多數(shù)植物多糖有較為顯著的抗輻射作用，能提高輻射誘導(dǎo)損傷的防護(hù)能力，改善輻射誘導(dǎo)的氧化損傷。其輔助保護(hù)輻射損傷的作用機(jī)制復(fù)雜，一般推測(cè)與其修復(fù)DNA 損傷、消除自由基、增強(qiáng)免疫功能等有關(guān)[10]。張乃珣等[11]研究發(fā)現(xiàn)，酸性黑木耳多糖(AAP)和紅松球果多酚的聯(lián)合使用可以有效地清除體內(nèi)自由基，降低自由基對(duì)體內(nèi)DNA 造成的損傷，顯著提高對(duì)60Co γ 射線誘導(dǎo)氧化損傷的防護(hù)能力。此外，白海娜等[12]發(fā)現(xiàn)原花青素與黑木耳多糖（AAP-4）同樣有協(xié)同防護(hù)輻射誘導(dǎo)氧化損傷的作用。徐俊杰等[13]研究山藥多糖對(duì)低強(qiáng)度連續(xù)微波輻射致小鼠免疫系統(tǒng)功能損傷的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)正常動(dòng)物組與輻射損傷組相比，不同劑量(200、400、800 mg/kg)的山藥多糖可提高巨噬細(xì)胞的吞噬指數(shù)、T 淋巴細(xì)胞的增殖刺激指數(shù)和血清IgG 水平，并降低血清IL-4 水平。表明山藥多糖能明顯改善低強(qiáng)度連續(xù)微波輻射對(duì)小鼠免疫系統(tǒng)的損害。胡淼等[14]報(bào)道，預(yù)先給藥黑大蒜多糖（150～600 mg/kg）可減輕X 射線輻射對(duì)小鼠免疫器官和全血白細(xì)胞、血小板的影響，提高脾臟的代償性造血增殖能力，提高抗氧化酶水平，具有較好的輻射防護(hù)作用。Zhang 等[15]發(fā)現(xiàn)大黃多糖(RTP)通過(guò)調(diào)控Nrf2 及其下游蛋白HO-1，顯著降低細(xì)胞凋亡和炎癥因子，從而顯著改善輻射誘導(dǎo)的腸道損傷。

3.1.2 動(dòng)物多糖

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從動(dòng)物體內(nèi)提取出不同種類的多糖，尤其是海洋動(dòng)物，如蝦蟹動(dòng)物的甲殼質(zhì)、河蚌多糖、鮑魚多糖等，具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、抗輻射等生物活性[16]。

3.1.3 微生物多糖

研究發(fā)現(xiàn)微生物中，尤其生活在高壓、高輻射環(huán)境中的藻類，其多糖有著較為特殊的結(jié)構(gòu)與生理特性，大多有較好的抗輻射效果。Kim 等[17]在探討低分子量巖藻多糖（LMF）對(duì)中波紫外線誘導(dǎo)的光老化的保護(hù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，持續(xù)15 周的中高劑量（2.0、1.0 mg/cm2）LMF 治療可對(duì)受到中波紫外線照射的小鼠光老化起到明顯的保護(hù)作用，可抑制皺紋形成，皮膚水腫以及中性粒細(xì)胞在光老化病灶上的聚集。楊凱業(yè)等[18]報(bào)道稱鐵皮石斛多糖、褐藻多糖、靈芝多糖、竹蓀多糖在50 mg/L 的質(zhì)量濃度下的復(fù)合作用可抑制紫外線輻射誘導(dǎo)的皮膚細(xì)胞光老化作用。

3.2 多酚類化合物

植物多酚是廣泛存在于植物體內(nèi)的一類次生代謝產(chǎn)物，包括黃酮類、花色苷類和酚酸類。研究表明，多酚類化合物含有多個(gè)酚羥基，具有顯著的清除自由基能力，能減輕自由基對(duì)機(jī)體的傷害，從而起到輻射防護(hù)作用[19]。

Lekmine[20]等評(píng)價(jià)用阿爾及利亞南部特有植物Astragalus gombiformisPomel 地上部分制備的丁醇提取物的藥理活性，采用防曬系數(shù)(SPF)等評(píng)價(jià)Astragalus gombiformisPomel 的光保護(hù)作用和抗氧化能力，結(jié)果表明提取物（SPF=37.78±0.85，SPF 值＞30 的皮膚保護(hù)產(chǎn)品被認(rèn)為是有效的紫外線輻射過(guò)濾器）具有良好的紫外線吸收能力，推測(cè)主要與其中的黃酮類和酚酸類化合物（主要為水飛薊素、迷迭香酸、槲皮苷和山柰酚）的紫外吸收能力和抗氧化防御能力有關(guān)，具有潛在的輻射防護(hù)能力。

3.2.1 黃酮類化合物

黃酮類化合物泛指兩個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)(A-與B-環(huán))通過(guò)中央三碳原子相互連結(jié)而成的一系列化合物，其基本母核為2-苯基色原酮。黃酮類化合物是一類從中草藥中提取的天然產(chǎn)物，被認(rèn)為是一種有效的抗氧化劑，可以調(diào)控炎癥介質(zhì)的調(diào)節(jié)酶或轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)與DNA 的相互作用影響氧化應(yīng)激，增強(qiáng)基因組穩(wěn)定，具有神經(jīng)保護(hù)和輻射保護(hù)作用[21]。

金銀花素(5,7-二羥基黃酮)是從蜂膠、蜂蜜和幾種植物中提取的一種黃酮類化合物。Mansour等[22]發(fā)現(xiàn)給藥金銀花素(50 mg/kg）可提高受5 Gy紅外線照射雄性Wister 大鼠大腦中丙二醛(MDA)水平和半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）活性，這提示金銀花素具有輻射致腦損傷的神經(jīng)保護(hù)作用。Kale等[23]通過(guò)組織病理評(píng)估，顯示槲皮素可顯著減少輻射誘導(dǎo)的神經(jīng)元變性和炎癥浸潤(rùn)，揭示了槲皮素對(duì)輻射致腦損傷的神經(jīng)保護(hù)作用。

Li 等[24]證實(shí)芹菜素（4′,5,7-三羥基黃酮）能夠一定程度上修復(fù)UVB 誘導(dǎo)的人表皮角質(zhì)形成細(xì)胞(HEKs)的毛細(xì)血管擴(kuò)張性共濟(jì)失調(diào)的異常突變，從而抑制HEKs 細(xì)胞凋亡和壞死，表明芹菜素對(duì)中波紫外線損傷的HEKs 具有新型的保護(hù)作用。Prasad 等[25]報(bào)道水飛薊賓（silibinin）可以防止中波紫外線誘導(dǎo)的胸腺嘧啶二聚體的形成，通過(guò)增加抑癌基因p53 水平進(jìn)而促進(jìn)DNA 修復(fù)和（或）啟動(dòng)受損細(xì)胞的凋亡。

曲克蘆?。═RX）是一種黃酮類化合物，廣泛存在于茶葉、咖啡、谷類食品、各種水果和蔬菜中，具有抗輻射作用，Panat[26]對(duì)其清除自由基的能力和抗細(xì)胞凋亡活性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。TRX 能清除超氧物、NO 和其他模型穩(wěn)定的自由基，從而保護(hù)受輻照的細(xì)胞。

有些英國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，每天喝兩杯綠茶、吃一個(gè)橘子，就可以幫助“電腦族”們抵御計(jì)算機(jī)輻射[27]。而兒茶素類化合物作為茶葉中的主要功能成分，具有顯著的抗輻射作用。茶樹中兒茶素類化合物主要包括，兒茶素、表兒茶素、沒食子兒茶素、表沒食子兒茶素、兒茶素沒食子酸酯、表兒茶素沒食子酸酯、沒食子兒茶素沒食子酸酯及表沒食子兒茶素沒食子酸酯8 種單體。其中，表沒食子兒茶素沒食子酸酯生理活性較為突出，具有抗氧化性和抗細(xì)胞凋亡活性，可預(yù)防不同刺激對(duì)組織的損傷。Korystova 等[28]研究發(fā)現(xiàn)在對(duì)輻射誘導(dǎo)的大鼠主動(dòng)脈損傷的預(yù)防作用中，發(fā)現(xiàn)紅茶比綠茶更加有效，即使?jié)舛鹊陀? g/100 ml 的紅茶也能夠有效預(yù)防紅外線對(duì)主動(dòng)脈造成的損傷。紅茶中的兒茶素含量明顯低于綠茶，但兩種茶中的黃酮醇含量幾乎相等。兒茶素、表沒食子兒茶素和表沒食子兒茶素沒食子酸酯可增加大鼠主動(dòng)脈的氧化應(yīng)激，而黃酮醇可降低輻射誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。因此，紅茶藥效的提高是由于兒茶素含量的降低使黃酮醇的正向調(diào)節(jié)作用更大程度地得到發(fā)揮所致。

3.2.2 酚酸類化合物

酚酸類化合物系指具有多羥基的芳香羧酸類化合物，主要以糖、酯以及有機(jī)酸的形式存在于植物中，現(xiàn)代研究表明酚酸類化合物能夠清除體內(nèi)多種自由基，具有良好的抗氧化活性和潛在的輻射防護(hù)作用。

Milton 等[29]報(bào)道，魚腥草細(xì)胞培養(yǎng)物的甲醇提取物因細(xì)胞產(chǎn)生酚類次生代謝物而具有潛在的光保護(hù)作用，結(jié)果顯示魚腥草細(xì)胞的甲醇提取物(310～2 500 g/ml)能夠顯著提高受紫外線照射的3T3-Swiss 白化成纖維細(xì)胞活力。提取物的LC-MS 化學(xué)分析表明，其總酚和總酚酸含量（主要為沒食子酸和毛蕊花苷）較高，具有特征的紫外吸收峰(第一和第二波段的峰值分別為294 和330 nm)，能夠抵消紫外線對(duì)皮膚的有害影響。

Abozaid 等[30]報(bào)道肉桂酸納米顆?？勺鳛橐环N輻射誘導(dǎo)胰腺炎的氧化還原信號(hào)通路的調(diào)節(jié)劑，首先用I-精氨酸和γ 射線誘導(dǎo)大鼠患急性胰腺炎，口服肉桂酸納米顆粒(CA-NPs)后，急性胰腺炎的嚴(yán)重程度及血清淀粉酶和脂肪酶水平均降低。同時(shí)，胰腺組織的MDA 水平顯著降低，谷胱甘肽的消耗顯著恢復(fù)，caspase-3 水平降低，可明顯改善胰腺組織損傷或凋亡。因此，肉桂酸納米顆粒對(duì)輻射誘導(dǎo)的急性胰腺炎具有較好的治療潛力。Liu 等[31]研究發(fā)現(xiàn)姜黃素（Cur）對(duì)長(zhǎng)波紫外線輻射誘導(dǎo)的人皮膚成纖維細(xì)胞（HDFs）光老化具有一定的保護(hù)作用。Zhang 等[32]發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇通過(guò)激活Sirtuin1(Sirt1，組蛋白去乙?；讣易宄蓡T之一，可減輕炎癥損傷)減輕輻射誘導(dǎo)的小鼠腸道損傷。周瑞芳等[33]研究表明，丹酚酸B 可減輕γ 射線輻射誘導(dǎo)的造血系統(tǒng)損傷和骨髓細(xì)胞的DNA 及蛋白質(zhì)的減少，恢復(fù)小鼠免疫系統(tǒng)的輻射損傷，具有顯著的抗γ 射線輻射作用。

3.2.3 花色苷

花色苷是花青素和糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一種化合物，廣泛存在于植物的花、果實(shí)、莖、葉和根器官的細(xì)胞液中，起到保護(hù)植物抗氧化的作用。其抗氧化和消除自由基能力可防護(hù)不同射線輻射，能夠發(fā)揮獨(dú)特的生理效應(yīng)。

Fernandes 等[34]發(fā)現(xiàn)花色苷家族成員（矢車菊色苷、錦葵色苷及其衍生色素）具有促進(jìn)皮膚維持健康的活性，研究表明大部分化合物能夠抑制金黃色葡萄球菌和銅綠假單孢菌菌株的生長(zhǎng)繁殖，減少HEKs 和HDF 活性氧的產(chǎn)生，抑制皮膚降解酶的活性且無(wú)細(xì)胞毒性作用，具有一定的紫外線過(guò)濾作用。

Targhi 等[35]研究黑?；ㄉ諏?duì)大鼠肝組織和骨髓細(xì)胞的輻射防護(hù)作用，以60Co γ 射線遠(yuǎn)距放射（3 Gy 和6 Gy）建立大鼠輻射損傷模型，隨后腹腔注射200 mg/kg 的黑?；ㄉ?，結(jié)果顯示黑?；ㄉ湛山档痛笫蟾闻KMDA 和SOD 的水平，降低γ 射線照射對(duì)大鼠骨髓細(xì)胞和肝臟的遺傳毒性和細(xì)胞毒性，有潛在的輻射保護(hù)作用。

3.3 皂苷類化合物

皂苷（saponin）類化合物是苷元為三萜或螺旋甾烷類化合物的一類糖苷，存在于人參、桔梗、刺五加等許多中草藥中，在增強(qiáng)免疫、抗腫瘤、抗炎等方面具有顯著的生物活性。研究表明人參皂苷的抗輻射機(jī)制與清除自由基、抗氧化活性，與其對(duì)心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的保護(hù)作用以及對(duì)細(xì)胞凋亡的抑制作用有關(guān)[36]。

Wen[37]等研究黃芪甲苷對(duì)中波紫外線誘導(dǎo)的大鼠真皮成纖維細(xì)胞早衰的抗光老化作用，結(jié)果顯示黃芪甲苷不僅能通過(guò)激活細(xì)胞外調(diào)解蛋白激酶ERK 和絲裂原活化蛋白激酶p38 信號(hào)抑制中波紫外線誘導(dǎo)的膠原-I 的降解，還通過(guò)激活細(xì)胞自噬增加膠原-I 的積累，從而保護(hù)中波紫外線誘導(dǎo)的光老化細(xì)胞，表明黃芪甲苷在抗光老化治療中的潛在優(yōu)勢(shì)。

Wang 等[38]分析柴胡皂苷-d (SSd)對(duì)肝癌細(xì)胞自噬活性和放射敏感性的影響，SSd 通過(guò)抑制mTOR 磷酸化促進(jìn)肝癌細(xì)胞自噬，增加輻射誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡并且抑制肝癌細(xì)胞的增殖，為肝癌的放射增敏治療提供了一種可能的途徑。

Kim 等[39]研究知母皂苷A-III（TA-III）對(duì)中波紫外線誘導(dǎo)的HEKs 和HDF 侵襲效應(yīng)的保護(hù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，TA-III 在非細(xì)胞毒性劑量下（50 nmol/L）以劑量依賴的方式抑制中波紫外線誘導(dǎo)的環(huán)氧合酶-2（COX-2）、基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平，降低中波紫外線誘導(dǎo)的原代皮膚細(xì)胞的侵襲，組織腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-6（IL-6）和COX-2 在HEKs 中的過(guò)度表達(dá)，表明其具有光保護(hù)劑的開發(fā)潛力。

3.4 其他

除了上述多糖類、多酚類以及皂苷類化合物，天然產(chǎn)物中的許多其他化合物同樣具有良好的輻射防護(hù)作用，包括維生素類、蛋白類、無(wú)機(jī)成分、稀有元素等。

Rostami 等[40]研究發(fā)現(xiàn)預(yù)先攝入硒和維生素E 能夠?qū) 射線輻射引起的遺傳損害起到一定的防護(hù)作用。段一凡等[41]報(bào)道茶葉籽不飽和脂肪酸對(duì)中波紫外線誘導(dǎo)的HEKs 損傷具有保護(hù)作用。Jaisin 等[42]研究發(fā)現(xiàn)胡椒堿（10～40 μmol/L）預(yù)處理可抑制中波紫外線誘導(dǎo)的炎癥信號(hào)通路，減弱HEKs 的細(xì)胞毒性并且抑制其凋亡。這提示胡椒堿的抗炎作用能保護(hù)HEKs 免受中波紫外線輻射的損傷，可作為一種紫外線輻射誘導(dǎo)皮膚炎癥的有效治療手段。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越重視輻射損傷的防護(hù)，抗輻射藥物的尋找也變得十分緊迫。而與傳統(tǒng)的化學(xué)合成藥物相比，天然來(lái)源的藥物具有活性高、選擇性強(qiáng)、毒副作用小等優(yōu)點(diǎn)，作為抗輻射藥物有著廣闊的開發(fā)前景。但是抗輻射天然產(chǎn)物的篩選方法耗時(shí)耗力，因此建立高通量、高專屬性的抗輻射天然產(chǎn)物篩選方法意義重大。此外，對(duì)已有的天然產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，以期獲得抗輻射活性更高或毒副作用更小的衍生物以及提高抗輻射天然產(chǎn)物的提取純化效率等皆是未來(lái)抗輻射天然產(chǎn)物研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。