C-藻藍蛋白對肝臟損傷的保護作用及機制研究進展

呂康寧，王蕾，秦松，王莉

C-藻藍蛋白（C-phycocyanin，C-PC）是藍藻的色素復(fù)合蛋白質(zhì)，也是一種是天然食用蛋白色素，具有抗氧化、抗炎和抗腫瘤等藥理作用，并且起效快、毒性低，可以用作功能性食品［1-2］。C-PC 還可增強機體免疫力，安全性好，不引起急性和亞急性毒性反應(yīng)［3］。富含硒元素的PC被證明藥理作用更強［4］。因此，C-PC 無論是作為藥物，還是作為功能性食品均具有重要的研究價值，已成為藥物研究領(lǐng)域的熱點［5］。本文就C-PC 在肝臟疾病中的應(yīng)用及機制的研究進展進行綜述。

1 C-PC 對藥物和毒性物質(zhì)造成肝損傷的改善作用

肝臟是藥物和外源毒性物質(zhì)的代謝中心，代謝物易造成肝損傷。C-PC 可通過抑制腫瘤壞死因子（TNF）-α和干擾素-γ等炎性因子的合成和釋放，增加過氧化氫酶和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，進而抑制肝臟炎癥，減輕肝損傷［3］。有研究發(fā)現(xiàn)，CPC能顯著預(yù)防硫代乙酰胺所致的肝損傷，顯著降低谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）和谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）水平，縮短凝血酶原時間和減輕肝組織病理學損傷，提高暴發(fā)性肝功能衰竭大鼠的存活率［6］。C-PC 對硫代乙酰胺誘導(dǎo)的肝性腦病也具有良好的改善作用，表現(xiàn)為暴發(fā)性肝功能衰竭大鼠腦內(nèi)不同區(qū)域色氨酸和脂質(zhì)過氧化指標降低，過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性增強［6］。另一項研究發(fā)現(xiàn)，C-PC不僅可減輕2-乙酰氨基芴誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，減少活性氧（ROS）自由基的生成，還可以抑制其誘導(dǎo)的蛋白激酶B（Akt）磷酸化和核因子（NF）-κB 的核移位，進而抑制多藥耐藥基因的表達［7］。Osman 等［8］的研究結(jié)果也表明，C-PC 可使四氯化碳（CCl4）中毒大鼠肝臟中的ALT、AST、過氧化氫酶、尿素、肌酐、SOD 和谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶等指標水平恢復(fù)正常。此結(jié)果在人肝細胞株（L02）實驗中也得到了驗證［9］。C-PC可以有效清除ROS，抑制CCl4誘導(dǎo)的大鼠肝臟脂質(zhì)過氧化［10］。CPC可改善赤霉酸中毒白化大鼠的抗氧化防御系統(tǒng)，并恢復(fù)肝臟中肝細胞結(jié)構(gòu)和肝酶活性［11］。作為PC色基的藻藍膽素也能顯著抑制ROS 生成，對多種藥物和毒性物質(zhì)引起的肝損傷具有改善作用［10］。Liu等［12］研究發(fā)現(xiàn)在CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝損傷模型中，藻藍膽素也表現(xiàn)出強抗炎作用，可顯著降低ALT、AST水平及TNF-α、細胞色素C的表達，增加白蛋白水平及SOD、增殖細胞核抗原的表達，促進肝細胞再生，改善急性肝衰竭小鼠的生存率。

Gammoudi等［13］采用響應(yīng)面法優(yōu)化C-PC的提取工藝，獲得了較高的提取回收率，以優(yōu)化法提取的C-PC具有清除羥基、超氧陰離子和一氧化氮自由基活性及金屬螯合能力，具有更強的抗氧化作用；CPC顯著提高鎘中毒大鼠體內(nèi)SOD的活性，并抑制其體內(nèi)ALT、AST和膽紅素升高。上述研究表明，C-PC對藥物和毒性物質(zhì)導(dǎo)致的肝損傷具有有效保護作用，具備作為藥物開發(fā)的功效基礎(chǔ)。

2 C-PC對肝纖維化的預(yù)防作用

肝纖維化是各種慢性肝病發(fā)展的必經(jīng)過程，如早期及時治療可能被逆轉(zhuǎn)。肝纖維化的關(guān)鍵是肝星狀細胞的激活。既往研究發(fā)現(xiàn)，低劑量C-PC聯(lián)合大豆異黃酮能通過抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性而抑制肝星狀細胞激活［14］，但C-PC 單獨作用能否抑制NADPH 氧化酶活性尚不明確。因此，適當劑量的C-PC和大豆異黃酮聯(lián)合應(yīng)用可能對高危人群的肝纖維化具有預(yù)防作用。C-PC 可通過抑制氧化損傷來抑制非酒精性脂肪性肝炎的進展，從而抑制肝纖維化的發(fā)生［15］。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是促進纖維化疾病發(fā)生的關(guān)鍵機制之一。而C-PC 可抑制轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）誘導(dǎo)的人EMT［16］。盡管C-PC 對肝纖維化中EMT 的影響鮮見報道，但有研究發(fā)現(xiàn)，C-PC 可以通過抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化減輕肺纖維化［17］。另有研究發(fā)現(xiàn)，C-PC可減少人真皮成纖維細胞中α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和結(jié)締組織生長因子（CTGF）mRNA 的表達，減輕纖維性攣縮［18］。這些研究結(jié)果對抑制肝纖維化機制也有借鑒意義，為進一步將CPC 作為一種潛在的抗纖維化藥物進行研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。

3 C-PC對肝臟缺血再灌注損傷的保護作用

肝臟缺血再灌注損傷是一種重要的臨床病理生理現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，在離體灌流大鼠肝臟模型中，添加2 種不同劑量（0.1 g/L 和0.2 g/L）C-PC 的Krebs Henseleit 保存液一方面可顯著降低肝臟ALT、AST和堿性磷酸酶的活性，減少脂質(zhì)過氧化速率和丙二醛的含量；另一方面其可增加肝臟谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性及肝組織中巰基的含量，因此，C-PC 作為一種抗氧化劑可顯著減輕肝臟缺血再灌注損傷［19］。在離體灌流小鼠肝臟中發(fā)現(xiàn)，C-PC可顯著降低肝巨噬細胞（Kupffer細胞）的吞噬功能和呼吸爆發(fā)活性，減輕高活性Kupffer細胞導(dǎo)致的細胞毒性和炎癥反應(yīng)，并呈劑量依賴性抑制灌流肝臟對碳的吞噬和碳誘導(dǎo)的氧攝取，進而抑制甲狀腺激素誘導(dǎo)的肝臟一氧化氮合酶活性升高［20］。

然而C-PC在體內(nèi)的半衰期極短，限制了其在體內(nèi)的應(yīng)用。有研究發(fā)現(xiàn)使用具有良好的載藥量和緩釋性能的大分子材料聚乙二醇-b-（聚谷氨酸-g-聚乙烯亞胺）作為C-PC 的納米載體可解決這一問題，該復(fù)合物在大鼠腹部皮下注射后，可延緩C-PC的釋放，減輕肝臟缺血再灌注所致的胰島損傷，增強胰島功能［21］。該研究拓寬了C-PC 在體內(nèi)的應(yīng)用范圍，提高了C-PC的治療效果。

4 C-PC對肝癌的抑制作用

有研究發(fā)現(xiàn)，C-PC 能顯著降低人肝癌細胞（HepG2細胞）中基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-2和MMP-9 的表達活性及組織金屬蛋白酶抑制因子2（TIMP2）mRNA 的表達［22］。C-PC 是一種天然光敏劑，以藻藍蛋白微囊藻毒素介導(dǎo)的光動力療法（PDT）能誘導(dǎo)HepG2 細胞大量積累ROS，促進其線粒體損傷和細胞色素C 釋放，達到肝癌細胞凋亡的目的［23］。Liu 等［24］采用乳糖酸接枝和阿霉素負載的方法制備的納米級C-PC顆粒在聯(lián)合化療-PDT作用時，該C-PC顆粒能有效地在腫瘤多細胞球體中蓄積和擴散，從而增強對HepG2 細胞的生長抑制作用。體內(nèi)外實驗對富含硒元素的PC 對肝癌的PDT 效應(yīng)研究表明，富硒PC定位從溶酶體向線粒體的遷移具有時間依賴性，富硒的PC-PDT 在體內(nèi)可通過產(chǎn)生自由基誘導(dǎo)腫瘤細胞死亡，提高體內(nèi)抗氧化酶的活性，誘導(dǎo)線粒體介導(dǎo)的凋亡并抑制自噬，為腫瘤的治療提供了相對安全的途徑，顯示出新的開發(fā)前景［4］。

Lin 等［25］將C-PC 與單壁碳納米角結(jié)合，制備出的藻藍蛋白功能化的單壁碳納米角雜交體，增強了C-PC的光穩(wěn)定性，并能保護單壁碳納米角不被血漿蛋白吸附，協(xié)同PDT 和光熱療法（PTT）治療腫瘤。將C-PC 與生物二氧化硅共價偶聯(lián)后協(xié)同PDT 或與吲哚箐綠非共價偶聯(lián)后協(xié)同PTT作用于腫瘤相關(guān)巨噬細胞，同樣可以提高腫瘤細胞的凋亡率［26-27］。這些促進PDT和PTT協(xié)同治療癌癥方法的開發(fā)，為CPC的應(yīng)用拓寬了思路，增強了其在治療肝癌方面的應(yīng)用價值。

另外，C-PC 可以通過NF-κB 和激活蛋白-1（AP-1）介導(dǎo)的途徑抑制HepG2 細胞中多藥耐藥基因的表達，C-PC 以劑量依賴方式增加阿霉素在HepG2 細胞中的蓄積，使細胞對阿霉素的敏感性提高5 倍［28］。即使是對阿霉素耐藥的HepG2 細胞，CPC 仍可誘導(dǎo)其激活細胞色素C 和caspase-3 等凋亡途徑［29］。Prabakaran等［30］的研究結(jié)果同樣佐證了CPC 具有抑制HepG2 細胞增殖的效果，且主要通過BCR-ABL 信號和下游PI3K/Akt 通路失活介導(dǎo)。此外，C-PC 還能修飾線粒體膜電位，促進癌細胞凋亡［30］。目前，C-PC是一種與其他已被廣泛用于治療癌癥的藥物協(xié)同作用的分子［31］。以上研究證明了C-PC在肝癌領(lǐng)域具有良好的治療潛力。

5 C-PC 對代謝綜合征和非酒精性脂肪肝的改善作用

有研究發(fā)現(xiàn)，C-PC可降低缺乏膽堿的高脂飼料誘導(dǎo)的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）模型大鼠的ALT 和AST 水平，減少ROS 產(chǎn)生和NF-κB 的激活，減輕肝纖維化，因此，C-PC 通過抗炎和抗氧化機制對NAFLD 大鼠具有保護作用［15］。另一項研究用螺旋藻水提取物（主要成分為C-PC）對高熱量/高脂的西方飲食誘導(dǎo)的C57Bl/6J 小鼠NAFLD 影響的研究表明，螺旋藻水提取物可以顯著改善小鼠葡萄糖耐量，降低血漿膽固醇并增加膽汁中熊去氧膽酸的含量［32］。Kasbi-Chadli 等［33］的研究表明，螺旋藻水提取物可以通過顯著降低膽固醇合成的限制酶羥基-3-甲基戊二酰輔酶A 還原酶（HMG CoA）基因及TGF-β1基因的表達，降低高脂飲食倉鼠肝臟的膽固醇和鞘脂含量及主動脈膽固醇含量，并且高螺旋藻水提取物治療組糞便中熊去氧膽酸含量明顯增加。每天服用一定劑量富含C-PC 的螺旋藻可以減少由富含脂質(zhì)過氧化物的飲食引起的氧化應(yīng)激的有害影響［34］。Ma 等［35］研究發(fā)現(xiàn)，C-PC 在體內(nèi)外均能促進肝細胞AMP 依賴的蛋白激酶（AMPK）磷酸化，提高乙酰輔酶A 羧化酶的磷酸化水平。在治療小鼠NAFLD 的過程中，C-PC 能通過上調(diào)磷酸化AMPK和受AMPK調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPAR-α）的表達及其靶基因CPT1的表達水平，下調(diào)TNF-α和CD36等促炎因子的表達，改善肝臟炎癥［35］。這表明，C-PC還可通過AMPK途徑改善肝臟中的脂質(zhì)沉積。

內(nèi)皮功能障礙與高血壓、動脈粥樣硬化和代謝綜合征有關(guān)。對自發(fā)性高血壓動物模型的研究發(fā)現(xiàn)，長期服用C-PC可能通過增加主動脈內(nèi)皮型一氧化氮合酶含量來改善大鼠全身血壓，且血壓呈劑量依賴性下降，因此C-PC可能有助于預(yù)防代謝綜合征中與內(nèi)皮功能障礙相關(guān)的疾?。?6］。在妊娠期和哺乳期喂食C-PC的載脂蛋白E缺陷小鼠所生后代中，雄性仔鼠肝臟還原型/氧化型谷胱甘肽比值升高，肝臟SOD 和谷胱甘肽過氧化物酶基因表達顯著降低，CPC 可有效防止成年后遺傳性高膽固醇血癥小鼠動脈粥樣硬化的發(fā)生［37］。在體外研究中，C-PC還可改善高糖誘導(dǎo)的胰島素抵抗HepG2細胞生成葡萄糖及表達磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-Pase）［38］。C-PC 還能通過胰島素受體底物（IRS）/PI3K/Akt 和Sirtuin-1（SIRT1）/肝激酶B1（LKB1）/AMPK 信號通路增加高葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素抵抗HepG2 細胞對葡萄糖的攝取，激活糖原合成酶，增加糖原含量［38］。C-PC能改善四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠的血糖和空腹血清胰島素等水平［39］。因此，C-PC可以通過改善肝細胞胰島素抵抗來維持細胞葡萄糖穩(wěn)態(tài)。

6 C-PC在其他肝病中的肝保護作用

研究表明，C-PC可在抑制酒精性肝損傷模型小鼠的血清總膽固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、ALT、AST 和丙二醛水平的同時，顯著增加肝臟中SOD 含量，促進CD4+T細胞激活增殖，對酒精性肝損傷具有改善作用［40］。另外C-PC 還可能通過增強腸道屏障功能，調(diào)節(jié)腸道菌群，減少細菌及代謝產(chǎn)物向肝臟的易位，抑制Toll樣受體4（TLR4）/NF-κB通路的活性，減輕小鼠肝臟炎癥和預(yù)防肝纖維化的發(fā)生［41］。在X線輻射誘導(dǎo)的肝損傷小鼠中，C-PC可通過上調(diào)核因子（NF）-E2相關(guān)因子2（Nrf2）的表達和下游基因，如HO-1 的表達，減輕輻射引起的DNA 損傷和氧化應(yīng)激損傷，并通過增強SOD 和谷胱甘肽過氧化物酶活性等途徑發(fā)揮肝臟保護作用［42］。

7 展望

肝纖維化是慢性肝病共同的最后過程，目前尚無有效的治療藥物，雖然在中醫(yī)藥領(lǐng)域取得了一些對肝纖維化逆轉(zhuǎn)的研究進展［43］，但其毒理作用尚未明確。盡管隨著疫苗和抗病毒藥物的研發(fā)和普及，病毒性肝炎的發(fā)病率已逐漸下降，但是隨著人們生活條件的改善，藥物性肝損傷和NAFLD等肝臟疾病的發(fā)病率逐年上升［44］。因此，迫切需要尋求既有助于維持正常的肝細胞功能，又能有效地抑制肝臟炎癥和纖維化的藥物或營養(yǎng)物質(zhì)。C-PC 所具有的抗炎、抗氧化和抗腫瘤作用，及良好的食品著色作用，無論在藥物行業(yè)還是食品行業(yè)都將具有廣泛的應(yīng)用前景。