人參皂苷對免疫功能的調(diào)節(jié)作用及機制

張艷, 周淑如, 韓仕陽, 江佳佳

(江蘇大學(xué)附屬澳洋醫(yī)院腫瘤研究院, 江蘇 蘇州 215600)

人參在亞洲國家作為天然滋補品被廣泛應(yīng)用,最初主要被用作食物和能量的來源,后來研究者逐漸發(fā)現(xiàn)人參對免疫功能、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和癌癥治療等方面有重要作用[1-2]。人參皂苷是人參的主要活性成分,目前很多研究報道了人參皂苷具有調(diào)節(jié)免疫功能的作用,并觀察到人參皂苷改善胰島素抵抗、體外抑制病毒、改善小鼠肢體缺血并促進血管新生等現(xiàn)象[3-5]。本文主要從人參皂苷對免疫器官、免疫細胞及免疫分子等方面的調(diào)節(jié)作用及其可能的作用機制進行綜述和分析。

1 人參皂苷概述

人參皂苷主要是從人參的根、莖、葉、花和果實中提取的一組三萜皂苷,是一種多糖衍生物,主要由糖和非糖化合物的半縮醛羥基組成[6]。目前已分離鑒定的人參皂苷有100多種,由于皂苷元的區(qū)別,主要分為兩種類型:達瑪烷型和齊墩果烷型,其中達瑪烷型人參皂苷含量最多,達瑪烷型人參皂苷依據(jù)皂苷元C-6上有無羥基分為原人參二醇型皂苷(如Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rg3)和原人參三醇型皂苷(如Re、Rf、Rg、Rg2、Rh1)[7]。人參皂苷具有廣泛的生物學(xué)功能,如抗氧化、抗癌、抗肥胖、免疫調(diào)節(jié)、保護肝臟、降血脂,還具有調(diào)節(jié)代謝及改善心血管疾病的作用,甚至可作為腫瘤靶向治療和糖尿病治療的輔助用藥等[3,8-11]。

2 人參皂苷對免疫器官的調(diào)節(jié)作用

免疫器官是免疫調(diào)節(jié)的根本,主要包括中樞免疫器官和外周免疫器官,前者主要由骨髓、胸腺構(gòu)成,后者主要由脾臟、淋巴結(jié)構(gòu)成。人參皂苷通過對免疫器官的調(diào)節(jié)可延緩多種疾病的進展。人參皂苷Rg3通過Ca2+依賴途徑增強線粒體抗氧化能力,提高人骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖和分化潛力,防止骨髓間充質(zhì)干細胞衰老[12]。Liu等[13]發(fā)現(xiàn)環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)免疫抑制小鼠體重減輕,胸腺和脾臟指數(shù)下降,病理損傷嚴重,然而當Rg3治療后可逆轉(zhuǎn)環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的免疫抑制作用,胸腺與脾臟形態(tài)明顯改善,臟器指數(shù)升高,表明Rg3可以改善免疫抑制小鼠的免疫功能。冉瑞圖等[14]發(fā)現(xiàn)Rg1能夠顯著降低D-半乳糖致大鼠衰老胸腺細胞的凋亡率,提高大鼠衰老胸腺細胞對刀豆蛋白A的增殖反應(yīng)能力、胸腺皮/髓質(zhì)比例與胸腺指數(shù)等,說明Rg1通過提高胸腺細胞的增殖能力及胸腺指數(shù)延緩機體的衰老。

在抗腫瘤研究中也觀察到人參皂苷對免疫器官的正向調(diào)節(jié)作用。再生障礙性貧血小鼠模型中,原人參二醇型皂苷能顯著增加骨髓造血細胞數(shù)量,髓系、紅系和巨核祖細胞的集落數(shù)明顯增加[15]。Cao等[16]發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1通過抑制Bax易位導(dǎo)致的線粒體凋亡來改善再生障礙性貧血的造血干細胞,從而恢復(fù)造血功能。化療是腫瘤治療的主要途徑之一,骨髓抑制是其主要不良反應(yīng),動物實驗結(jié)果表明,原人參二醇型中的Rb1、Rc、Rb2、Rd和原人參三醇型中的Re、Rg1、Rf能有效改善環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)的骨髓抑制,經(jīng)人參皂苷治療后,小鼠體重、血細胞數(shù)量、造血相關(guān)細胞因子以及脾臟與胸腺指數(shù)增加,并抑制骨髓細胞凋亡[17]。此外,對肝癌小鼠模型連續(xù)給藥Rg3后,小鼠免疫器官中超氧化物歧化酶的活性增強,而黃嘌呤氧化酶活性和丙二醛水平降低,表明Rg3具有良好的抗腫瘤和抗氧化活性,并可改善荷瘤機體的免疫狀態(tài),說明人參皂苷可通過促進免疫器官生長,調(diào)節(jié)機體抗腫瘤免疫功能[18]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷及其代謝物可能通過參與調(diào)節(jié)多種氧化信號通路發(fā)揮其抗氧化作用[8],如Keap1/Nrf2/ARE、PI3K/Akt、NF-κB信號通路等。

3 人參皂苷對免疫細胞的調(diào)節(jié)作用

免疫細胞是人體免疫應(yīng)答的參與者,同時還是免疫功能的執(zhí)行者,包括淋巴細胞、樹突細胞、巨噬細胞、NK細胞、肥大細胞等?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,人參皂苷對免疫細胞具有調(diào)節(jié)作用。

3.1 對T細胞的調(diào)節(jié)

T細胞在免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮重要作用,具有多種生物學(xué)功能,如直接殺傷靶細胞,輔助和抑制B細胞產(chǎn)生抗體,對特異性的抗原和促有絲分裂原的應(yīng)答反應(yīng),以及產(chǎn)生細胞因子等。已有多項研究報道了人參皂苷對T細胞的免疫調(diào)節(jié)作用。Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn),人參皂苷Rh2作用于小鼠黑色素瘤模型后可抑制腫瘤生長并延長小鼠的存活期,T淋巴細胞浸潤腫瘤明顯增高,說明Rh2可以增強小鼠抗腫瘤免疫反應(yīng)。但在一定條件下人參皂苷也可抑制T細胞增殖。Wang等[20]通過大鼠皮膚移植模型觀察到Rd可顯著降低大鼠外周血中CD4+T細胞和CD8+T細胞,抑制Th1細胞因子的表達水平,能延長皮膚移植物的存活時間,改善移植物的病理損傷,有效拮抗同種異體移植排斥反應(yīng),這使人參皂苷Rd可能用于治療Th1誘導(dǎo)的疾病,包括移植排斥反應(yīng)。此外,Th17細胞自身免疫反應(yīng)過度和Treg細胞功能障礙可能是多發(fā)性硬化癥和自身免疫性腦脊髓炎等自身免疫性疾病發(fā)生的重要原因[21]。Park等[22]發(fā)現(xiàn)Rg3可以負向調(diào)節(jié)CD4+T細胞中RORγt的表達,進而抑制Th17細胞分化和Th17介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。

3.2 對B細胞的調(diào)節(jié)

B細胞主要是接受抗原刺激后產(chǎn)生抗體,并通過體液免疫來發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。有研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷被人體吸收的主要形式是人參皂苷代謝物compound K(CK)。Zhang等[23]通過研究發(fā)現(xiàn),對于膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎,CK治療能夠降低小鼠多發(fā)性關(guān)節(jié)炎指數(shù)、關(guān)節(jié)腫脹個數(shù)、脾臟病理評分、B細胞增殖和血清抗體IgG1、IgG2a等的水平,部分通過抑制B細胞活化來改善膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎的惡化。Chen等[24]在非特異性關(guān)節(jié)炎大鼠模型中同樣發(fā)現(xiàn)CK可以通過抑制記憶B細胞發(fā)揮作用,以減輕非特異性關(guān)節(jié)炎的嚴重程度。在系統(tǒng)性紅斑狼瘡復(fù)雜的發(fā)病機制中,免疫功能調(diào)節(jié)障礙是其發(fā)病的主要原因之一,特征在于B細胞的高度活化并產(chǎn)生大量自身抗體。余昕[25]在人參皂苷對系統(tǒng)性紅斑狼瘡體液免疫的調(diào)節(jié)研究中發(fā)現(xiàn)Rb1、Rh1、Rg1和Rg3均能抑制B細胞增殖,促進B細胞凋亡,抑制IgG和IgM分泌,表明人參皂苷具有抑制體液免疫的功能。

3.3 對巨噬細胞的調(diào)節(jié)

巨噬細胞是炎癥反應(yīng)的主要作用細胞,在不同條件下,有著明顯的形態(tài)和功能異常。根據(jù)活化狀態(tài)、發(fā)揮功能以及分泌因子的不同,主要分為經(jīng)典活化的M1型巨噬細胞和選擇性活化的M2型巨噬細胞。M1型巨噬細胞一般受脂多糖、IFN-γ、TNF-α或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)刺激,表達CD68、CD80、CD86,分泌IL-1β、IL-6、IL-12等促炎因子,在炎癥早期及抗腫瘤過程中發(fā)揮重要作用。M2型巨噬細胞通過Th2細胞因子如IL-4、IL-10、IL-13及免疫復(fù)合物進行活化,表達CD163、CD204、CD206及抑制炎癥因子,發(fā)揮抑制炎癥反應(yīng)及組織修復(fù)的作用,在腫瘤中分泌IL-10、TNF、CCL17等細胞因子促進腫瘤進展[26]。在不同條件下,人參皂苷對不同亞型巨噬細胞具有不同的調(diào)節(jié)作用。

人參皂苷Rg3作用于脂多糖誘導(dǎo)的小鼠腹腔巨噬細胞后發(fā)現(xiàn),Rg3可以抑制M1型巨噬細胞標志基因的表達以及iNOS和NO的產(chǎn)生,并誘導(dǎo)M2型巨噬細胞極化,促進小鼠腹膜炎模型炎癥的消除,為人參藥理學(xué)在消炎藥物的設(shè)計方面提供了一種新的思路[27]。人參皂苷Rh2則可顯著誘導(dǎo)M2巨噬細胞向M1表型分化,從而抑制肺癌細胞增殖、遷移和減少血管內(nèi)皮生長因子相關(guān)蛋白、MMP2、MMP9等多種因子的表達,提示人參皂苷Rh2可通過調(diào)節(jié)肺癌中腫瘤相關(guān)巨噬細胞的表型改善腫瘤微環(huán)境[28]。此外,CK作為人參皂苷的一種活性代謝物也可發(fā)揮調(diào)節(jié)巨噬細胞的作用。Liu等[29]研究發(fā)現(xiàn),CK在治療小鼠膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎過程中可顯著抑制巨噬細胞吞噬功能,并促進巨噬細胞從M1型向M2型轉(zhuǎn)化,抑制小鼠血漿和腹腔巨噬細胞培養(yǎng)上清液中炎性因子的分泌,提高IL-10的水平,表明CK可以通過增加抗炎巨噬細胞的極化來治療膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎[30]。

3.4 對NK細胞的調(diào)節(jié)

NK細胞是一種細胞毒性先天淋巴樣細胞,是機體受到外來病原體攻擊時的第一道免疫防線。NK細胞可以產(chǎn)生多種趨化因子和細胞因子(如IFN-γ),招募和激活各種免疫細胞(如T細胞和巨噬細胞),對靶細胞產(chǎn)生協(xié)調(diào)的免疫反應(yīng)。NK細胞與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展或治療有關(guān),而人參皂苷可通過對NK細胞的調(diào)節(jié)延緩疾病進展。

有研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1的去糖基化代謝物人參皂苷F1可通過促進NK細胞功能減輕慢性鼻竇炎嗜酸性粒細胞炎癥反應(yīng),降低IL-4和IL-13以及產(chǎn)生前列腺素D2所需的造血前列腺素D合成酶的表達,但當NK細胞缺失時人參皂苷F1的治療則無效,這表明人參皂苷F1增強NK細胞活性可能是一種潛在的治療慢性鼻竇炎中嗜酸性粒細胞炎癥的策略[31]。Kwon等[32]研究也發(fā)現(xiàn)人參皂苷F1可促進NK細胞的細胞毒性和IFN-γ的產(chǎn)生。以上結(jié)果均表明人參皂苷F1可以增強NK細胞的功能,為以NK細胞為基礎(chǔ)的免疫治療提供理論依據(jù)。在腫瘤研究方面,人參皂苷對NK細胞的調(diào)節(jié)作用也起到關(guān)鍵作用。Lee等[33]發(fā)現(xiàn)Rg3通過激活MAPK/ERK通路促進NK細胞活性,提示Rg3可作為NK細胞的細胞毒性激活劑,用于多種癌癥的治療。綜上可見,人參皂苷可通過增強NK細胞的活性提高機體的免疫功能。

3.5 對樹突細胞的調(diào)節(jié)

樹突細胞是機體功能最強的專職抗原遞呈細胞,能高效地攝取、加工處理和遞呈抗原,并有效激活初始型T細胞處于啟動、調(diào)控并維持免疫應(yīng)答的中心環(huán)節(jié)。目前已有多篇文獻報道人參皂苷對樹突細胞的免疫調(diào)節(jié)作用。

王毅等[34]研究發(fā)現(xiàn)Rg1、Rh1能夠增加細胞表面第一、二信號系統(tǒng)重要分子HLA-DR和ICAM-1的表達,增加介導(dǎo)細胞間黏附的分子CD25、CD11c、CD44的表達,有利于樹突細胞-T細胞簇的形成及抗原的遞呈,從而導(dǎo)致樹突細胞免疫功能的增強,表明人參皂苷Rg1、Rh1可以增強樹突細胞的抗原遞呈能力。大量文獻已報道人參皂苷具有雙向免疫調(diào)節(jié)作用,不僅可以增強樹突細胞的抗原遞呈能力,在一定條件下可抑制樹突細胞的作用。Chen等[35]發(fā)現(xiàn)人參皂苷代謝物CK可下調(diào)關(guān)節(jié)炎中樹突細胞啟動的T細胞激活,抑制CCL21/CCR7介導(dǎo)的樹突細胞遷移以及T細胞與樹突細胞之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),從而減輕炎癥的發(fā)生。雒宏等[36]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷可以通過調(diào)節(jié)膠原誘導(dǎo)性類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)模型小鼠脾臟細胞中樹突細胞比例而抑制炎癥,進而緩解RA模型小鼠關(guān)節(jié)炎病理改變,表明人參皂苷抑制RA模型小鼠外周血炎癥可能是通過調(diào)節(jié)脾臟中傳統(tǒng)樹突細胞亞群種類而發(fā)揮作用的。Son等[37]將脾樹突細胞(CD11c+)與鈣網(wǎng)蛋白標記的腫瘤細胞共培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)經(jīng)Rg3處理后CD11c+細胞比例顯著增加,表明Rg3可以提高樹突細胞對腫瘤細胞的攝取能力。

4 對免疫分子的調(diào)節(jié)

免疫分子主要由T淋巴細胞、B淋巴細胞和巨噬細胞等受抗原刺激后產(chǎn)生。主要包括淋巴因子、補體、抗體等,人參皂苷對免疫分子的調(diào)節(jié)功能在多種疾病中發(fā)揮重要作用,目前被認為是調(diào)節(jié)機體免疫的首選中藥。

4.1 對細胞因子的調(diào)節(jié)

細胞因子包括多種類型,如白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子等。研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷通過參與細胞因子的調(diào)節(jié)作用干擾多種疾病的發(fā)生發(fā)展。Long等[38]采用人參皂苷Rg1干預(yù)硫酸葡聚糖鈉誘導(dǎo)BALB/c小鼠潰瘍性結(jié)腸炎,發(fā)現(xiàn)連續(xù)給藥14天后結(jié)腸炎小鼠體重、結(jié)腸重量、結(jié)腸長度、結(jié)腸重量指數(shù)和病理損傷評分均得到有效改善,伴有較少的潰瘍形成和炎癥細胞浸潤,IL-6、IL-33、CCL-2、TNF-α水平降低,IL-4和IL-10水平升高,提示人參皂苷Rg1可有效調(diào)控結(jié)腸組織中炎性細胞因子的表達。人參皂苷作用于CD14+單核細胞后,細胞上清液中IL-6、TNF-α、IL-10水平顯著升高,但IL-1b水平未明顯升高,提示人參皂苷可以調(diào)節(jié)單核細胞的作用[39]。H22荷瘤小鼠模型中也觀察到Rh2辛基酯衍生物可增強脾淋巴細胞的增殖能力和細胞毒性,并與TLR4相關(guān);TLR4-/-小鼠脾淋巴細胞中細胞因子(如IFN-γ、IL-2、IL-4)分泌水平明顯增高[11]。上述研究均表明人參皂苷通過調(diào)節(jié)細胞因子的水平發(fā)揮抗炎與抗腫瘤作用。

4.2 對補體的調(diào)節(jié)

補體廣泛存在于血清、組織液和細胞膜表面,是一個具有精密調(diào)控機制的蛋白質(zhì)反應(yīng)系統(tǒng),可廣泛參與機體抗感染防御反應(yīng)、機體免疫應(yīng)答及某些免疫病理過程的發(fā)生和發(fā)展。目前人參皂苷對補體在免疫反應(yīng)中的調(diào)節(jié)作用越來越受到研究者的關(guān)注。尤艷利等[40]發(fā)現(xiàn)人參皂苷可以提高潑尼松治療的臨床療效,降低血沉,促進補體C3的生成,表明人參皂苷通過對補體的促進作用,可以提高機體的免疫防御功能。

4.3 對抗體的調(diào)節(jié)

抗體是免疫系統(tǒng)在抗原刺激下,由B細胞或記憶B細胞增殖分化成的漿細胞所產(chǎn)生的,可與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白,按照理化性質(zhì)和生物學(xué)功能,可以將抗體分為IgM、IgG、IgA、IgE、IgD五類。Park等[41]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rg1和20(S)-Rg3可以直接刺激B細胞產(chǎn)生IgA,表明人參皂苷可以增強機體的免疫功能。在系統(tǒng)性紅斑狼瘡模型研究中,Yu等[42]研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1、Rh1、Rg1、Rg3可抑制B細胞分泌的IgG和IgM,并且呈劑量依賴性。

5 展望

免疫系統(tǒng)由免疫器官、免疫細胞和免疫分子組成,是機體執(zhí)行免疫應(yīng)答及免疫功能的重要系統(tǒng),具有識別和排除抗原性異物、與機體其他系統(tǒng)相互協(xié)調(diào),共同維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和生理平衡的功能。當機體免疫系統(tǒng)發(fā)生紊亂時,便會引發(fā)各種疾病的發(fā)生,如炎癥、腫瘤、糖尿病、肝腎等疾病。因此選擇合適的藥物來維持機體免疫系統(tǒng)的平衡至關(guān)重要。人參皂苷作為傳統(tǒng)中藥的一種,備受廣大研究者的關(guān)注。近年來,多項研究報道了人參皂苷對免疫器官、免疫細胞或者免疫分子發(fā)揮調(diào)節(jié)作用(表1),表明人參皂苷在治療腫瘤、炎癥或者糖尿病等方面均發(fā)揮藥用價值。

表1 人參皂苷對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

目前,人參皂苷在免疫系統(tǒng)方面的機制研究尚不夠深入,如抗氧化應(yīng)激的潛在機制尚不明確。雖然動物模型中應(yīng)用人參皂苷的相關(guān)研究較多,但其在臨床試驗中的研究報道較少。未來需進一步開展人參皂苷在免疫系統(tǒng)方面的機制研究,增加臨床應(yīng)用相關(guān)研究,為促進人參皂苷在臨床研究中的應(yīng)用提供更可靠的證據(jù)。