藏紅花素與缺氧的關(guān)系

張鴻飛，李嘉靜，古峻羽，張婷，徐靖宇，謝睿

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬消化病醫(yī)院遵義醫(yī)科大學(xué)附屬消化內(nèi)科，貴州 遵義 563000

缺氧是胚胎發(fā)育的一個(gè)重要因素，但也存在于許多病理環(huán)境中，如缺血事件和癌癥[1]。缺氧在生物體的細(xì)胞和組織中普遍存在，可導(dǎo)致代謝紊亂甚至器官衰竭[2]。藏紅花(Crocus sativusL.)是鳶尾科開花植物[3]，原產(chǎn)于伊朗、西班牙、克什米爾(印度和巴基斯坦)、希臘、阿塞拜疆、中國(guó)等地，在各個(gè)方面被長(zhǎng)期應(yīng)用及研究，已成為許多藥理學(xué)配方的一部分，被列入藥用植物目錄和歐洲藥典[4]。研究表明，藏紅花素具有抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗腫瘤等活性，在預(yù)防缺血、視力保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)、抗驚厥、抗抑郁、抗焦慮、降血脂、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗高血壓、抗糖尿病和抗癌等疾病的治療中被廣泛應(yīng)用[5-9]。

缺血再灌注(I/R)損傷是由于器官細(xì)胞缺血引起損傷，再灌注后在細(xì)胞、器官恢復(fù)氧氣的過程中會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷加重[10]。這一損傷過程通常易發(fā)生在依賴氧的器官中，比如肝臟、腎臟、胃、心臟、大腦和腸道等器官中[11]。在缺血發(fā)生時(shí)，細(xì)胞大分子氧化損傷會(huì)導(dǎo)致自由基的產(chǎn)生，從而激活活性氧(ROS)的產(chǎn)生。在局部缺血期間，缺氧伴隨發(fā)生，缺氧會(huì)中斷氧化磷酸化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞ATP 的消耗[12]。有大量研究支持藏紅花素可作為I/R 損傷保護(hù)劑存在。有實(shí)驗(yàn)證明藏紅花素可治療缺氧引起的相關(guān)疾病，本文將從缺氧與藏紅花素之間的治療及機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 藏紅花素在消化系統(tǒng)疾病中的作用

1.1 藏紅花素與胃癌的關(guān)系 胃癌是全世界常見的惡性腫瘤之一，雖然現(xiàn)如今檢測(cè)方法和治療手段有了明顯的進(jìn)展，但是晚期胃癌的預(yù)后差，且復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移發(fā)生率高。Krüppel-like factor 5(KLF5)是KLF轉(zhuǎn)錄因子家族的成員之一，在許多癌癥類型中異常表達(dá)，有研究認(rèn)為其可成為癌基因或腫瘤抑制因子存在[13-14]。HIF-1 是一種特異性轉(zhuǎn)錄因子，在缺氧條件下具有活性，缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)及其信號(hào)通路在代謝適應(yīng)缺氧應(yīng)激中發(fā)揮重要作用[15]。實(shí)體瘤時(shí)通常會(huì)發(fā)生缺氧，這是其標(biāo)志之一，而缺氧時(shí)，機(jī)體為了適應(yīng)這一變化，會(huì)激活轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)。有研究表明，KLF5 在胃癌中頻繁擴(kuò)增[16]，而HIF-1α在人胃癌中過表達(dá)，并被發(fā)現(xiàn)決定胃癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移潛能[17]。另有研究表明，KLF5 是結(jié)腸癌細(xì)胞中HIF-1α的反式激活因子[18]。癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移時(shí)會(huì)激發(fā)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)。有研究表明，藏紅花素治療降低了胃癌細(xì)胞中KLF5 的水平，而KLF5 的上調(diào)減弱了藏紅花素對(duì)胃癌細(xì)胞的遷移、侵襲和EMT 的作用，因此，藏紅花素通過減少胃癌中KLF5 的表達(dá)來抑制遷移、侵襲和EMT[19]。miR-320 是胃癌中的腫瘤抑制因子，其在胃癌組織中的表達(dá)減少，且可以抑制胃癌的增殖和侵襲[20]。而KLF5 的上調(diào)顯著增加HIF-1α的表達(dá)，經(jīng)藏紅花素治療后降低了HIF-1α的表達(dá)，KLF5 表達(dá)與胃癌組織中HIF-1α水平呈正相關(guān)，所以，藏紅花素主要通過抑制KLF5/HIF-1α信號(hào)發(fā)揮作用[19]。因此，藏紅花素抑制胃癌細(xì)胞的EMT、遷移和侵襲，其主要是通過調(diào)節(jié)miR-320/KLF5/HIF-1α信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)揮作用，KLF5 的上調(diào)顯著增加HIF-1α的表達(dá)，而藏紅花素降低了HIF-1α的表達(dá)，且藏紅花素通過增加miR-320水平來降低KLF5的表達(dá)，綜上所述，藏紅花素主要通過抑制KLF5/HIF-1α信號(hào)發(fā)揮抑癌作用[19]。因此，藏紅花素通過抑制缺氧而達(dá)到治療胃癌的作用(圖1)。

圖1 藏紅花素抑制胃癌機(jī)制圖Figure 1 Mechanism of inhibition of gastric cancer by Crocin

1.2 藏紅花素與結(jié)腸癌的關(guān)系 結(jié)腸癌是世界常見四大惡性腫瘤之一[21]，藏紅花素被廣泛應(yīng)用在各種腫瘤治療中，有研究表明，藏紅花素在結(jié)腸癌中可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、抗增殖，從而達(dá)到抗腫瘤效果[22]。另有研究表明，KLF5 是結(jié)腸癌細(xì)胞中HIF-1α的反式激活因子[23]。因此可以大膽推測(cè)，在結(jié)腸癌治療中，藏紅花素可能不僅僅是通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡達(dá)到抗癌效果，并且缺氧可能也在其中參與這一過程，這需要進(jìn)行更深入的研究。

1.3 藏紅花素在肝臟缺血再灌注中的作用 肝臟IR 損傷對(duì)于肝移植以及創(chuàng)傷和切除手術(shù)中起著關(guān)鍵的作用[23]，是影響術(shù)后器官存活的主要問題[24]。肝臟缺血再灌注損傷后會(huì)發(fā)生一系列生理生化變化。線粒體的活性因?yàn)榻M織缺氧、營(yíng)養(yǎng)和缺血期代謝反應(yīng)的破壞而受到損壞，從而導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷。近年研究表明，氧化應(yīng)激是導(dǎo)致?lián)p傷的原因之一，氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致器官衰竭[25]。而抗氧化劑治療可以改善肝臟微循環(huán)和器官功能[26]，因此有研究通過用藏紅花預(yù)處理大鼠，夾閉大鼠門靜脈和肝動(dòng)脈60 min進(jìn)行缺血再灌注，結(jié)果提示內(nèi)源抗氧化劑水平在IR期間顯著降低，藏紅花處理可以促進(jìn)抗氧化酶如過氧化氫酶和SOD1的含量，有助于清除H2O2和其他自由基，因此，在再灌注早期應(yīng)用外源性抗氧化劑，可以有效地阻止ROS 的產(chǎn)生和分解IR誘導(dǎo)的ROS。藏紅花通過維持抗氧化酶的功能和ER穩(wěn)態(tài)在保護(hù)肝臟免受IR損傷中具有關(guān)鍵作用[27]。SEE(saffron ethanol extract)可以通過提高抗氧化能力來預(yù)防IR 損傷[27]。大鼠缺血時(shí)，會(huì)導(dǎo)致組織缺氧，藏紅花素在逆轉(zhuǎn)氧化應(yīng)激時(shí)，對(duì)于缺氧的治療現(xiàn)暫未有相關(guān)研究報(bào)告。因此，藏紅花素治療氧化應(yīng)激時(shí)，有沒有可能通過調(diào)節(jié)缺氧相關(guān)因子或通過相關(guān)通路而達(dá)到抗氧化作用，尚需進(jìn)行更深入的研究。肝臟缺血再灌注后還會(huì)引起腎臟損傷，其發(fā)生率高達(dá)40%～85%[28]。肝臟缺血再灌注后會(huì)引起腎組織損傷，其病理生理學(xué)變化是由于氧化應(yīng)激引起的，主要是產(chǎn)生ROS 造成損傷[29]，而活性氧產(chǎn)生的自由基可以破壞內(nèi)皮細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞和腎小球膜細(xì)胞[30]。肝臟IR 可能通過增加丙二醛水平和降低超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性導(dǎo)致腎臟氧化應(yīng)激，而SOD 和CAT 通過清除細(xì)胞內(nèi)的ROS保護(hù)由IR誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷[31]。有一個(gè)假說提示，門靜脈高壓后可能發(fā)生內(nèi)臟血管擴(kuò)張，腎內(nèi)缺血后會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性低血壓和腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活。最后，缺氧導(dǎo)致腎小管壞死和這個(gè)器官的紊亂[32]。有研究表明，藏紅花素預(yù)處理能有效地抑制了肝損傷后腎組織的破壞作用[33]，而藏紅花素可能通過增加SOD 和CAT 的抗氧化酶活性而保護(hù)腎組織免受缺血再灌注損傷[30]。該研究提示，藏紅花素預(yù)處理后抗氧化酶(SOD、CAT)的活性都增加了[33]。這表明，藏紅花素預(yù)處理通過增加抗氧化酶的活性，改善腎功能，并且改善腎臟的組織病理學(xué)變化，在缺血再灌注誘導(dǎo)的肝損傷后具有腎臟保護(hù)作用。這提示肝臟缺血再灌注后，不僅會(huì)導(dǎo)致肝臟損傷，還會(huì)損傷腎臟，由于缺血、缺氧，會(huì)引發(fā)氧化應(yīng)激，而藏紅花素會(huì)糾正這一變化，保護(hù)肝臟的同時(shí)保護(hù)腎臟。

2 藏紅花素在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

2.1 藏紅花素與中風(fēng)的關(guān)系 中風(fēng)是導(dǎo)致死亡及長(zhǎng)期殘疾的主要原因之一[34]，其中缺血性中風(fēng)約占80%[35-37]，缺血性中風(fēng)的最主要原因是由于血栓形成導(dǎo)致血管阻塞、腦部血流中斷所導(dǎo)致的[37-38]。有研究表明，藏紅花素對(duì)于因氧化應(yīng)激而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡有提前預(yù)防作用[39]。對(duì)于中風(fēng)患者來說，導(dǎo)致病情嚴(yán)重與否的關(guān)鍵是神經(jīng)行為結(jié)果而不是梗死面積，有研究發(fā)現(xiàn)，藏紅花素顯著改善了神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后，同時(shí)減少了腦梗死面積[40]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)另一研究發(fā)現(xiàn)也支持該結(jié)果，建造大鼠局灶性腦缺血模型，并提前一周給予大鼠口服藏紅花素，可明顯改善大鼠的神經(jīng)行為[41]。腦缺血后會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激和自由基，導(dǎo)致血腦屏障中斷和腦水腫的形成[42]。因此有相關(guān)研究報(bào)道，藏紅花素可以增加細(xì)胞抗氧化酶的能力和減少自由基的產(chǎn)生，從而保護(hù)細(xì)胞，使其免受腦卒中后的氧化應(yīng)激損傷[40]。在腦缺血發(fā)生時(shí)，缺氧會(huì)加重氧化應(yīng)激，從而加重腦缺血的發(fā)生，很多研究都表明藏紅花素可以治療缺氧所致的相關(guān)損傷。藏紅花和藏紅花素的抗氧化作用可以認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抵抗缺氧引起的氧化損傷的潛在保護(hù)機(jī)制[43]。

2.2 藏紅花素在腦缺血再灌注中的作用 腦IR

損傷是由于氧化應(yīng)激和凋亡機(jī)制所導(dǎo)致的[44]。有研究發(fā)現(xiàn)，藏紅花素可有效抑制小鼠全腦缺血后缺血再灌注引起的腦微血管血管損傷[45]。本文前面也提到過，藏紅花素可以減少腦梗死面積，而有研究通過建造大鼠缺血-再灌注模型時(shí)發(fā)現(xiàn)，藏紅花素同樣也可以減少大鼠缺血-再灌注模型中的腦梗死體積[46]。但是相關(guān)機(jī)制是怎樣的呢？腦組織作為富氧器官，容易受到氧化損傷，且大腦的抗氧化酶活性很弱，因此，減輕氧化應(yīng)激可以增加腦缺血后神經(jīng)元的存活率，并為發(fā)展神經(jīng)保護(hù)提供策略方法[47]。海馬CA1 區(qū)域是大腦中最脆弱的區(qū)域之一，在短暫腦缺血損傷后會(huì)發(fā)生該區(qū)域的神經(jīng)元死亡。在I/R 發(fā)生時(shí)，氧化應(yīng)激時(shí)產(chǎn)生的ROS 會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元丟失[48]，并且ROS 積累會(huì)增加凋亡細(xì)胞死亡的發(fā)生率[49]。Caspase 3 是一種白細(xì)胞介素轉(zhuǎn)化酶，是凋亡細(xì)胞死亡途徑中的基本的受體和指示凋亡活性的可靠標(biāo)志物，多項(xiàng)研究表明其可在腦缺血后增加[50-52]。HIF-1α作為細(xì)胞適應(yīng)缺氧的重要轉(zhuǎn)錄因子存在，在缺血、缺氧期間激活各種促凋亡基因的表達(dá)參與細(xì)胞死亡[53]。有研究表明，HIF-1α和caspase-3誘導(dǎo)之間存在因果關(guān)系，HIF-1α可功能性結(jié)合到caspase-3 基因啟動(dòng)子[54]。四血管閉塞模型誘導(dǎo)的全腦缺血再灌注損傷的大鼠模型中，藏紅花素治療導(dǎo)致HIF-1α、caspase-3的表達(dá)降低，表明施用藏紅花素可以保護(hù)大腦免于凋亡，可能是通過抑制HIF-1α和caspase-3 通路，而藏紅花素治療可能會(huì)減弱細(xì)胞凋亡，這可能是通過降低ROS 產(chǎn)生誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激指數(shù)和抑制腦缺血后HIF-1α和caspase-3 的蛋白質(zhì)表達(dá)來介導(dǎo)的[55]。

2.3 藏紅花素在阿爾茲海默病中的作用 阿爾茨海默病(AD)是最常見的癡呆癥，其中神經(jīng)細(xì)胞死亡會(huì)導(dǎo)致記憶喪失和認(rèn)知障礙[43]，AD 的病理特征是β-淀粉樣蛋白(Aβ)肽在細(xì)胞外形成和積聚斑塊，Tau蛋白沉積為神經(jīng)原纖維纏結(jié)，以及神經(jīng)元和突觸的喪失[56]。神經(jīng)元對(duì)缺氧非常敏感，因此缺氧情況會(huì)加重AD 的發(fā)病率[57]。AD 通過分泌酶裂解淀粉樣前體蛋白產(chǎn)生的β-淀粉樣肽導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和癡呆，缺血等缺氧條件會(huì)改變分泌酶的表達(dá)，增加β-淀粉樣蛋白的積累、增加tau 蛋白的磷酸化、破壞血腦屏障的功能和使神經(jīng)元變性，并進(jìn)一步促進(jìn)β-淀粉樣肽的過度產(chǎn)生和聚集，致使腦功能受損[58]。ΒACE1和早老素-1通過連續(xù)蛋白水解分裂將β淀粉樣前體蛋白(APP)轉(zhuǎn)化為β淀粉樣肽(βA)，低氧時(shí)通過上調(diào)ΒACE1 mRNA的水平來增加ΒACE1 的表達(dá)和酶活性[59]。HIF-1α作為細(xì)胞缺氧的重要轉(zhuǎn)錄因子，可以介導(dǎo)ΒACE1 的過度表達(dá)[60]。有研究表明，缺氧后會(huì)誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)增加，從而導(dǎo)致ΒACE1 的活性增加，而ΒACE1 因HIF-1α的表達(dá)增加而增加[61]。并且ΒACE1的活性增加，可以導(dǎo)致APP(amyloid precursor protein)中β-淀粉樣蛋白(βA42和βA40)的產(chǎn)生[62-63]。因此缺氧強(qiáng)度是缺氧導(dǎo)致腦功能障礙的重要因素[64]。有研究表明，β-淀粉樣蛋白相關(guān)基因(ΒACE1 和HIF-1α)的表達(dá)隨著缺氧強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的增加而增加，而經(jīng)過藏紅花素治療后，可降低這些基因的表達(dá)，并改善記憶[64]。因?yàn)樽杂苫涂寡趸瘎┑漠a(chǎn)生之間的不平衡是導(dǎo)致AD的另一個(gè)原因，高效化O2、多不飽和脂肪酸和抗氧化劑低水平，大腦及其容易受到氧化應(yīng)激的影響[65]。Aβ的積累會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，而氧化劑增加Aβ的產(chǎn)生[65]。缺氧反應(yīng)中ROS 的來源是線粒體，有研究表明，藏紅花的抗氧化特性可以被認(rèn)為是保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元免受缺氧導(dǎo)致的記憶障礙引起氧化損傷的一種可能機(jī)制，因?yàn)椴丶t花和藏紅花素會(huì)破壞和消除像ROS這樣的自由基[66]。

2.4 藏紅花素母體缺氧的關(guān)系 在胚胎和成熟動(dòng)物中，缺氧可能與自由基合成增加、脂質(zhì)過氧化激活、細(xì)胞外鈣離子濃度降低以及Na-K-ATP 酶泵活性降低有關(guān)[67-70]。缺氧環(huán)境是各種神經(jīng)退行性疾病發(fā)病的因素之一，有研究認(rèn)為，懷孕期間的缺氧會(huì)影響嬰兒行為并改變海馬體功能[71]。產(chǎn)前缺氧是最常見的缺氧形式，可能增加流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致胎兒大腦發(fā)育異常，并且導(dǎo)致兒童期神經(jīng)元發(fā)育障礙，更有甚者可能會(huì)導(dǎo)致青春期后代大鼠的學(xué)習(xí)和記憶障礙[72-73]，且缺氧持續(xù)時(shí)間、缺氧強(qiáng)度和胎兒年齡可能是引起的暫時(shí)性腦功能障礙或永久性腦損傷的重要因素[74]。因此，有研究表明，母體缺氧可能導(dǎo)致記憶缺陷，研究者通過Morris水迷宮發(fā)現(xiàn)，缺氧會(huì)降低探測(cè)階段目標(biāo)象限的平均行進(jìn)距離，而藏紅花素預(yù)處理組增加了目標(biāo)象限的行進(jìn)距離[64]。另有研究發(fā)現(xiàn)，母體缺氧通過增加HIF-1α基因的表達(dá)增加了后代大腦中ΒACE1 酶mRNA1 的轉(zhuǎn)錄，繼之促進(jìn)了β位點(diǎn)APP 向β-淀粉樣蛋白的轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致記憶障礙。而藏紅花素治療通過降低HIF-1α和ΒACE1 基因的表達(dá)來改善記憶障礙[43]。通過研究三種不同氧強(qiáng)度的母體缺氧方案中對(duì)大鼠子代運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和平衡的影響，發(fā)現(xiàn)母體缺氧通過氧化應(yīng)激等不同的機(jī)制導(dǎo)致后代的運(yùn)動(dòng)損傷，而缺氧的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間影響運(yùn)動(dòng)損傷的嚴(yán)重程度，藏紅花素作為抗氧化劑化合物可以觀察導(dǎo)積極作用[70]。

2.5 藏紅花素與缺氧缺血性腦病的關(guān)系 缺氧缺血性腦病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)通常發(fā)生在出生前或出生前后，此時(shí)大腦的血流量和氧氣供應(yīng)減少，是一種嚴(yán)重的疾病。發(fā)生率大概為1.5/1 000 活產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致嚴(yán)重腦損傷、新生兒死亡的發(fā)生[75]。HIE 的病理生理中炎癥和氧化應(yīng)激至關(guān)重要[76-77]。有研究發(fā)現(xiàn)，低溫可以減少小鼠HIE 模型中的氧化應(yīng)激和炎癥，而藏紅花素能增強(qiáng)缺氧缺血后低溫治療的效果，可作為HIE低溫治療的一種綜合治療方法[77]。

2.6 藏紅花素在急性高原缺氧的作用 急性高原缺氧會(huì)影響血流及器官的血流分布，并且影響O2利用率。急性高原缺氧最容易損傷大腦，導(dǎo)致頭痛、頭暈、視力模糊、耳鳴、空間學(xué)習(xí)和記憶障礙，嚴(yán)重時(shí)可能引起病理變化[78-80]。高原缺氧會(huì)引起氧化應(yīng)激，導(dǎo)致大鼠腦海馬海馬線粒體形態(tài)發(fā)生快速和嚴(yán)重的損傷，嚴(yán)重影響海馬主要神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)完整性，致使錐體細(xì)胞數(shù)量減少，導(dǎo)致海馬依賴性學(xué)習(xí)和記憶功能下降[81-83]。Sirtuin-1(沉默信息調(diào)節(jié)因子1)主要存在于大多數(shù)細(xì)胞類型的細(xì)胞核中，Sirt1 去乙?；⒁种艸IF-1α的活性，而HIF-1α抑制線粒體功能和耗氧量，因此有研究認(rèn)為，Sirt1活性可能通過HIF-1α影響線粒體呼吸功能[84]。線粒體的生物發(fā)生是由過氧化物酶體增殖物激活受體Gamma Coactivator-1 (PGC-1)家族的轉(zhuǎn)錄共激活因子協(xié)調(diào)的，而PGC-1α(過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α)是該過程的主要調(diào)節(jié)劑[85]。Sirt1及其底物PGC-1α通過線粒體調(diào)節(jié)能量代謝的各個(gè)方面[86]。Sirt1 可對(duì)PGC-1α的去乙酰化起作用，Sirt1 通過增加胰島素敏感性、減少循環(huán)游離脂肪酸、增加PGC-1α活性以及增加線粒體數(shù)量來增加細(xì)胞抗應(yīng)激能力[87]。SIRT1 通過調(diào)節(jié)PGC-1α的轉(zhuǎn)錄表達(dá)影響線粒體生物發(fā)生，SIRT1/PGC-1α是線粒體生物合成的中心調(diào)節(jié)因子，上調(diào)SIRT1/PGC-1α通路的表達(dá)可以增加mtDNA 的表達(dá)和線粒體生物發(fā)生[88]。有研究發(fā)現(xiàn)，藏紅花素顯著減少了海馬神經(jīng)元損傷；改善海馬神經(jīng)元的組織形態(tài)學(xué)；藏紅花素可修復(fù)海馬神經(jīng)元的超微結(jié)構(gòu)和增加海馬中Sirt1和PGC-1α的表達(dá)，改善了大鼠體內(nèi)急性低壓缺氧誘導(dǎo)的認(rèn)知缺陷的學(xué)習(xí)和記憶缺陷[89]。藏紅花素可提高急性高原缺氧大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，并通過調(diào)節(jié)大鼠海馬中的SIRT1/PGC-1α通路在缺氧條件下表現(xiàn)出認(rèn)知保護(hù)作用[90]。

3 藏紅花素在心血管系統(tǒng)中的作用

3.1 藏紅花素在心肌缺氧中的作用 心血管疾病(CVDs)是全球死亡的主要原因，ROS在許多心血管疾病中起著至關(guān)重要的作用，其不受控制的產(chǎn)生與心肌損傷有關(guān)[91]。缺血性心臟病中ROS 增加的原因之一是心肌缺血缺氧后，心肌細(xì)胞的能量供應(yīng)不足，三磷酸腺苷降解產(chǎn)物(黃嘌呤和次黃嘌呤)的水平增加，從而在黃嘌呤轉(zhuǎn)化為尿酸的代謝過程中產(chǎn)生大量的ROS[92]。心肌缺血(myocardial ischemia，MI)是由于血液灌注和供氧減少以及心肌能量代謝異常而不能支持心臟正常功能的一種病理狀態(tài)。高血壓、主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全和冠狀動(dòng)脈閉塞是心肌梗死的危險(xiǎn)因素。氧化應(yīng)激是誘發(fā)心血管功能障礙的關(guān)鍵因素，它使內(nèi)皮功能惡化，導(dǎo)致供血不足，這可能是心肌梗死的病理基礎(chǔ)。心肌I/R 損傷導(dǎo)致心臟功能障礙、組織損傷和代謝變化[93]。ROS 和脂質(zhì)過氧化是心肌IR 損傷的原因，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞大分子(包括膜脂、蛋白質(zhì)和核酸)發(fā)生氧化損傷[94]。有研究表明，藏紅花素具有抑制各種氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧的能力[95]，藏紅花素不僅減輕氧化應(yīng)激，而且可以作為延緩缺血性心臟病進(jìn)展的輔助治療[96]。那么藏紅花素治療心血管疾病、抗氧化的機(jī)制是什么呢，缺氧在心血管疾病所致的氧化應(yīng)激中又扮演著什么角色，起著什么作用呢？HIF-1 是調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)缺氧反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄因子，在組織細(xì)胞對(duì)ROS的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，是調(diào)節(jié)參與細(xì)胞代謝、血管生成、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)和凋亡的各種基因[97]。泛素(Ub)是一種蛋白，用泛素標(biāo)記底物蛋白的過程稱為泛素化，泛素化為蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用提供了分子表面。許多生物過程由泛素化調(diào)節(jié)，包括DNA 修復(fù)和復(fù)制、基因表達(dá)、凋亡、內(nèi)吞作用和免疫反應(yīng)等[98]。而ROS 可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)泛素化的變化。ROS 可導(dǎo)致包括泛素化在內(nèi)的蛋白質(zhì)發(fā)生嚴(yán)重的可逆和不可逆變化[99]。多項(xiàng)研究表明，ROS 與HIF-1α信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[100]。氧化還原系統(tǒng)在不同條件下對(duì)HIF-1α的調(diào)節(jié)也有重要作用[99]。在缺氧條件下，ROS 通過多種信號(hào)通路激活HIF-1α，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的作用。腫瘤抑制蛋白von Hippel-Lindau (VHL)是E3 連接酶泛素化的成分之一，在常氧條件下，泛素/蛋白酶體途徑通過該蛋白降解HIF-1α。由位于氧依賴降解域的氧依賴脯氨酰羥化酶(PHDs)的翻譯后羥基化觸發(fā)這一過程，在缺氧情況下，阻斷了HIF-1α的羥基化，在穩(wěn)定HIF-1 的同時(shí)保護(hù)細(xì)胞免受缺氧損傷[97]。二嗪農(nóng)(DZN)是一種被廣泛用于農(nóng)業(yè)的化學(xué)藥品，經(jīng)研究其急性和慢性毒性會(huì)誘發(fā)氧化應(yīng)激，產(chǎn)生自由基和抗氧化劑或ROS清除酶的變化，有研究通過使用DZN 誘發(fā)氧化應(yīng)激，增加了大鼠心臟組織中總蛋白的泛素化發(fā)生，該研究表明，DZN可以增加HIF-1α蛋白水平，降低HIF-1α泛素化，而藏紅花素通過抗氧化特性降低DZN誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)泛素化，并且通過調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原系統(tǒng)增加HIF-1α的泛素化[100]。因此，藏紅花素可通過調(diào)節(jié)缺氧而達(dá)到抗氧化的作用。另有研究表明，HIF-1 在低氧條件下可影響缺氧反應(yīng)的基因表達(dá)[101]，使用CoCl2可導(dǎo)致HIF-1α血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子增加，而藏紅花素可通過促進(jìn)缺氧所致的HIF-1α蛋白表達(dá)增加，激活其下游的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等表達(dá)，促進(jìn)血管再生或擴(kuò)張，提高心肌對(duì)缺氧的耐受力和適應(yīng)性，且藏紅花素可能會(huì)減少HIF-1α的表達(dá)[100](圖2)。

3.2 藏紅花素對(duì)心肌缺氧細(xì)胞保護(hù)作用 MiR-210是一種缺氧特異性miRNA，在含氧量正常的內(nèi)皮細(xì)胞中過表達(dá)刺激了毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)的形成以及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞遷移[102]，并可誘導(dǎo)缺氧反應(yīng)，其依賴于HIF 激活并在缺氧后上調(diào)[103]。有研究提出，在運(yùn)動(dòng)過程中，心肌中可能會(huì)出現(xiàn)局部缺氧情況，并且缺氧情況會(huì)通過HIF-1α誘導(dǎo)的miR-210 表達(dá)引發(fā)許多生理反應(yīng)[104]。有研究表明，藏紅花素對(duì)心肌細(xì)胞缺氧損傷的保護(hù)作用是通過升高血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF) 作為一種促血管生成因子[105]。因此，藏紅花素與自主運(yùn)動(dòng)相結(jié)合可促進(jìn)心臟血管生成，這可能與miR-210 的表達(dá)有關(guān)[106]。藏紅花素在心血管相關(guān)疾病中可以抑制缺氧產(chǎn)生的損傷，從而達(dá)到保護(hù)作用。

圖2 藏紅花素在心臟組織中抗氧化作用的機(jī)制圖Figure 2 A mechanistic map of the antioxidant effect of crocin in heart tissue

4 藏紅花素在眼部疾病中的作用

很多研究表明，在眼部許多疾病中，視網(wǎng)膜缺血是由于不可逆的神經(jīng)元細(xì)胞死亡，比如缺血性視神經(jīng)病變、糖尿病性視網(wǎng)膜病、發(fā)紅性青光眼和眼部缺血綜合征[107]。有研究報(bào)道，缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)通路的異常激活是視網(wǎng)膜新生血管形成的根本原因[108]。藏紅花素的神經(jīng)保護(hù)作用可能是由于抗炎及抗氧化作用所致的[109]，而抗炎及氧化的作用可能是由于抑制不同機(jī)制的氧化應(yīng)激，這其中缺氧所發(fā)揮的作用，值得保持長(zhǎng)期關(guān)注。

IR 損傷發(fā)生后，視網(wǎng)膜變性導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層(GCL)中的神經(jīng)元大量丟失[110]。有研究表明，藏紅花素對(duì)視網(wǎng)膜I/R 損傷后視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGC)有神經(jīng)保護(hù)作用[111]。藏紅花素可改善視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜血流，并促進(jìn)眼內(nèi)壓(IOP)升高后的視網(wǎng)膜功能恢復(fù)[112]。但藏紅花在改善血流時(shí)，是否可通過逆轉(zhuǎn)缺氧而達(dá)到此目的，尚需深入研究。

氧化應(yīng)激可能是導(dǎo)致視網(wǎng)膜缺血的重要機(jī)制，在缺血和再灌注后形成ROS 和自由基會(huì)觸發(fā)膜的脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)變性和DNA 損傷[113]，有研究報(bào)道，通過結(jié)扎翼腭動(dòng)脈(PPA)和頸外動(dòng)脈(ECA)制造視網(wǎng)膜缺血模型，再灌注后口服藏紅花素可防止I/R 誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜細(xì)胞死亡，而藏紅花素的該作用可能部分是由其抗氧化作用介導(dǎo)的，為了測(cè)試藏紅花素對(duì)視網(wǎng)膜缺血性損傷的保護(hù)作用是否至少部分是由其抗氧化作用引起的，該研究檢測(cè)了氧化應(yīng)激標(biāo)志物，結(jié)果表明藏紅花素對(duì)I/R誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激具有預(yù)防作用[114]。

有大量研究表明，缺氧會(huì)誘發(fā)氧化應(yīng)激，而藏紅花素可逆轉(zhuǎn)氧化應(yīng)激，因此，研究眼部相關(guān)疾病中的缺氧與藏紅花素的關(guān)系是今后關(guān)注的重點(diǎn)。

5 藏紅花素在骨骼肌中的作用

骨骼肌的缺血和再灌注損傷影響急性缺血肢體血運(yùn)重建后的發(fā)病率和死亡率，因此在I/R 期間減少或預(yù)防肌肉損傷，是現(xiàn)在關(guān)注的重點(diǎn)[115]。骨骼肌缺血的許多過程與缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，因此，抗氧化療法已被充分證明有助于改善器官功能。有研究通過通過夾閉股總動(dòng)脈和靜脈誘導(dǎo)后肢缺血，缺血2 h 后，取下動(dòng)物股動(dòng)脈血管夾，對(duì)動(dòng)物進(jìn)行1 h 再灌注，再灌注前1 h 腹膜內(nèi)給予藏紅花素，結(jié)果表明，藏紅花提取物及其成分藏紅花素對(duì)大鼠肌肉I/R 損傷引起的氧化應(yīng)激有保護(hù)作用[116]。因此可以推測(cè)在缺血過程中會(huì)導(dǎo)致缺氧發(fā)生，而缺氧可能誘發(fā)氧化應(yīng)激，而藏紅花素對(duì)該損傷有保護(hù)作用。因此可以猜測(cè)藏紅花素逆轉(zhuǎn)氧化應(yīng)激的機(jī)制可能有缺氧參與其中。

6 總結(jié)

I/R主要包括缺血后再灌注，在許多疾病的發(fā)病機(jī)理中起主要作用。缺血是由于阻塞動(dòng)脈血液供應(yīng)的栓子引起的組織供氧不足，而再灌注是由于阻塞血流的恢復(fù)[24，117]。有研究發(fā)現(xiàn)缺血會(huì)導(dǎo)致缺氧和炎癥信號(hào)級(jí)聯(lián)的翻譯后激活[24，118]。比如說，由于局部缺血引起的缺氧被發(fā)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致代謝異常和有害的細(xì)胞損傷[117]。有大量研究表明，缺血會(huì)誘導(dǎo)血管缺氧，增加血管通透性[119-121]。而再灌注誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)進(jìn)一步惡化了微血管功能障礙[122]。缺血/再灌注損傷(IRI)是由于缺乏血液供應(yīng)和隨后的再灌注引起的氧化應(yīng)激，I/R期間產(chǎn)生的氧化應(yīng)激在IRI中起關(guān)鍵作用[123]，其主要原因是產(chǎn)生ROS，而ROS的主要來源之一是線粒體中的電子傳輸鏈[124]，線粒體是與膜電位、ATP、鈣負(fù)荷和凋亡途徑相關(guān)的結(jié)構(gòu)，再灌注過程中會(huì)重新引入氧氣，而缺血會(huì)導(dǎo)致線粒體功能障礙、ROS 快速增加[125]。大量ROS 的產(chǎn)生可通過誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化直接導(dǎo)致細(xì)胞膜破壞[126]，而抗氧化劑通過對(duì)ROS 產(chǎn)生影響來減少IR 損傷。IRI 多發(fā)生于心臟、大腦和腎臟等依賴氧的器官中[117]。由此可以得出結(jié)論，I/R發(fā)生時(shí)，會(huì)引起缺氧，而缺氧會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激，而藏紅花素可逆轉(zhuǎn)缺氧及氧化應(yīng)激，從而達(dá)到治療效果。而有研究表明，藏紅花素的保護(hù)作用機(jī)制可能與作為對(duì)缺氧的反應(yīng)而激活HIF-1介導(dǎo)的途徑有關(guān)[105]。

眾多研究表明，藏紅花素有抑制腫瘤的作用，其機(jī)制也很復(fù)雜。其中有研究發(fā)現(xiàn)，藏紅花素可降低p53的表達(dá)達(dá)到抑癌作用。p53是腫瘤抑制因子之一，主要通過抑制細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡來發(fā)揮作用[127]。氧化應(yīng)激后發(fā)生的損傷，如自由基、活性氧和缺氧可激活p53[128-129]。p53 可發(fā)揮保護(hù)作用，使肝臟免受IR損傷[130]。有研究表明，藏紅花素預(yù)處理后可增加抗氧化活性，同時(shí)降低了p53蛋白的表達(dá)[131]。因此，可以得出一下結(jié)論，缺氧會(huì)誘發(fā)氧化應(yīng)激，激活p53，而藏紅花素的抗氧化活性可降低p53 的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)缺氧導(dǎo)致的氧化應(yīng)激，從而發(fā)揮抗氧化作用。

藏紅花及其代謝產(chǎn)物因其眾多的治療特性而被廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，這篇綜述試圖從缺氧這一角度探討藏紅花素的治療機(jī)制，也為以后對(duì)于藏紅花素的抗氧化、抗腫瘤等治療機(jī)制的研究途徑提供新的思路。