花青素抗炎機制的研究進展

楊霞,王利,李少偉,韓璐,郭曉明,陳琦

(內蒙古醫科大學基礎醫學院，呼和浩特010059)

花青素抗炎機制的研究進展

楊霞,王利,李少偉,韓璐,郭曉明,陳琦

(內蒙古醫科大學基礎醫學院，呼和浩特010059)

花青素是一種存在于植物性食物中具有生物活性的化合物，具有較強的調節炎癥的能力，有助于防止神經元疾病、心血管疾病、糖尿病等疾病的發生?；ㄇ嗨啬芡ㄟ^抑制促炎細胞因子、細胞黏附分子、氧自由基的表達，影響核轉錄因子κB及絲裂原活化蛋白激酶通路，介導一氧化氮、環氧合酶2的表達等發揮抗炎作用。其作為有效抗炎且安全的天然物質,具有廣闊的研究前景。

花青素；炎性細胞因子；絲裂原活化蛋白激酶；核轉錄因子；一氧化氮；活性氧；環氧合酶

花青素是一種存在于植物性食物中的具有生物活性的化合物，存在于植物的葉、莖、花和果實中，它賦予水果、蔬菜、花卉和谷物以橙色、紅色，紫色和藍色等明亮的顏色[1]。目前已報道的花青素有22大類600多種，其中最常見的有飛燕草色素、矢車菊色素、天竺葵色素、錦葵色素、芍藥色素和牽?；ㄉ?種，其中以紫甘薯、黑米、野生藍莓、葡萄、黑醋栗、黑豆種皮、越橘、黑樹莓等花青素含量較為豐富[2]。大量研究結果證實，花青素具有較強的抗氧化、抗炎、抗癌等特性[3]。炎癥是一種非特異性免疫反應，可有效保護機體，防止病原體侵襲。急性炎癥是一個短期、自限過程，而慢性全身性促炎狀態可引發如胰島素抵抗、動脈粥樣硬化、2型糖尿病、代謝綜合征、心血管疾病、癌癥和神經變性等疾病[4，5]。因此，控制炎癥發展可能是防治某些疾病的良好策略。目前，用于炎癥治療的藥物多為甾體類和非甾體類抗炎藥，而這些藥物不良反應較大[6]。因此，尋找有效抗炎且安全的天然物質取代抗炎藥物有廣闊的研究前景。研究表明，花青素在體內和體外均有較強的抗炎活性，但這一效應的確切機制尚未完全闡明?，F對花青素的抗炎機制作一綜述。

1 炎性細胞因子

炎癥由多種分子調控，其中包括炎性細胞因子。炎性細胞因子之間的平衡是維持機體正常免疫狀態、自身穩態和正常生理活動的關鍵因素，促炎和抗炎細胞因子的產生由嚴格復雜的反饋機制控制。促炎細胞因子，如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β，其主要負責對病原體應答，從而激活機體免疫系統，消滅入侵者；而抗炎細胞因子，如脂連蛋白，其作用是促進恢復機體正常狀態，從而保持穩態[7]。有研究[8]發現，從黑大豆種皮中提取的花青素可抑制脂多糖(LPS)誘導的小鼠小神經膠質細胞BV2中促炎細胞因子，包括TNF-α、IL-1β的過度表達。Xu等[9]研究發現，藍莓花青素可抑制LPS誘導小鼠巨噬細胞RAW 264.7炎癥反應中INF-γ、IL-1β和IL-6的表達，且呈濃度依賴性。總之，越來越多的研究表明花青素可以通過減少促炎細胞因子表達，和(或)增強抗炎細胞因子表達發揮其抗炎作用。

2 絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)

MAPKs是與炎癥相關的重要信號途徑，可響應不同刺激，繼之調節許多不同的細胞反應，包括細胞分化、有絲分裂和細胞凋亡。正常情況下，MAPKs的基本形式為可催化的無活性形式，需要磷酸化使其活化才能發揮效用[10]。MAPKs有3個重要的亞類：①細胞外信號調節蛋白激酶(ERK)包括ERK1和ERK2,是將信號從表面受體傳導至細胞核的關鍵；磷酸化的ERK1/2從細胞質轉移到細胞核內，進而介導NF-κB、AP-1、Elk-1、ATF和c-Jun的轉錄活化。②氨基末端激酶(c-JNKs)又稱為應激活化蛋白激酶(SAPK)，在應激條件下，激活的c-JNKs還可增加轉錄活性，特別是激活AP-1的轉錄活性[11]。③p38 MAPKs是公認的MAPKs家族在控制炎癥反應中最重要的成員之一，因其性質與c-JNKs相似，又稱為SAPK2。大量研究表明，p38 MAPK信號通路的激活與炎性細胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)的產生、環氧合酶2(COX-2)的誘導表達、誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和細胞間黏附分子1(ICAM-1)的表達等有密切聯系[12]。這些MAPKs由炎性細胞因子及其他應激源激活，它們的激活與炎癥有關的疾病相關，如哮喘和自身免疫疾病等。

Sogo等[13]在研究飛燕草花青素對LPS誘導的RAW264.7細胞的抗炎機制中發現，花青素可抑制MEK1/2的磷酸化以及ERK1/2上游的酶，MEK/ERK表達下調。有研究[8]表明，從黑大豆種皮中提取的花青素可顯著抑制LPS誘導的小鼠小神經膠質細胞BV2中ERK、c-JNKs、p38 MAPKs的磷酸化。Medda等[14]在研究黑樹莓花青素對人類食管和腸道微血管內皮細胞的抗炎中發現，內皮細胞中磷酸化的p44/42 MAPK和JNK顯著降低?？偠灾罅垦芯孔C實花青素可以通過MAPKs途徑發揮其抗炎作用。

3 NF-κB信號通路

NF-κB信號通路是大多數代謝信號與炎癥之間的關鍵環節[15]。具體來說，NF-κB是在細胞中廣泛表達的誘導轉錄因子，其對氧化應激和炎癥敏感。正常情況下，NF-κB與抑制蛋白IκB有高度親和力，與其結合后以無活性形式存在于細胞質中[4]。當暴露在刺激環境中時,IκB激酶(IKK)磷酸化IκB，IκB的磷酸化致其解離，使NF-κB轉移至細胞核，與κB調控元件結合，進而激活基因表達，如促炎性細胞因子、趨化因子、黏附分子(CAM)、iNOS、COX-2等[16，17]。

眾多研究顯示，花青素能夠調控NF-κB信號通路發揮抗炎作用。Jeong等[8]研究發現，花青素可明顯抑制小鼠小神經膠質細胞BV2中LPS誘導的IκB的降解和NF-κB p65的核易位，從而下調促炎介質，包括一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)和促炎細胞因子如IL-1β和TNF-α的產生。有研究[18]發現，在矢車菊色素對于膽固醇代謝的調節和抗炎作用中，部分是通過抑制NF-κB從胞質轉移至細胞核從而減少炎癥的靶向基因的表達，如單核細胞趨化蛋白1(MCP1)、細胞間黏附分子1(ICAM-1)和轉化生長因子β1(TGFβ1)。有趣的是，矢車菊色素在TNF-α誘導的人血管內皮細胞中，可顯著抑制NF-κB活化,而不能抑制核轉移。研究[19]發現，從黑大豆種皮提取的花青素可抑制幽門螺桿菌感染的胃癌細胞AGS中IκB的磷酸化，且呈劑量依賴性抑制?？傊?，花青素已經顯示出其可以影響NF-κB信號轉導通路，包括IκB的降解、NF-κB的核轉移及活化發揮其抗炎特性。

4 NO和一氧化氮合酶(NOS)

NO是炎癥反應過程中的重要信使分子，在炎癥反應中起到關鍵的調節作用，如影響炎性因子的表達、抑制NF-κB的激活等。iNOS通常以無活性存在，促炎細胞因子NF-κB或MAPKs可誘導其活化，由此產生大量NO[20]。此外，內皮型一氧化氮合酶(eNOS)可調節由iNOS催化產生的高量NO，從而維持細胞內穩態。因此，增加eNOS的表達量也可以抑制炎癥反應，發揮保護內皮細胞的作用。有研究[19]表明，黑大豆種皮花青素提取物作用的幽門螺旋桿菌感染的人胃上皮細胞和LPS誘導的BV-2細胞中，iNOS表達顯著減少，NO生成減少。在二甲花翠素-3-葡萄糖苷處理的過氧亞硝酸鹽刺激的牛動脈內皮細胞中，發現iNOS的表達受抑制，eNOS表達上調[21]?？傊絹碓蕉嗟难芯勘砻骰ㄇ嗨乜梢种苅NOS的表達以及上調eNOS的表達，從而減弱在氧化應激下NO的過量產生而引起的有害炎癥。

5 活性氧(ROS)

ROS又稱氧自由基，是存在于機體組織細胞內的非特異性損傷因素。當機體處于急性炎癥時，巨噬細胞在短時間內產生大量的ROS，可有效清除和消滅外源異物。而當急性炎癥轉化為慢性炎癥時，ROS的產生失去控制會促進炎癥因子活躍，加劇炎癥反應并且可能造成細胞的基因突變，繼而誘發細胞癌變[22]。因此，調節體內ROS平衡，是抵抗炎癥的重要環節。超氧化物歧化酶(SOD)是清除體內ROS的關鍵酶，并能減弱ROS對組織細胞的破壞，可用來反映ROS損傷機體的程度[23]。花青素屬于類黃酮化合物，結構本身具有一定數目的酚羥基，這一結構使其具備了清除ROS的特性，并呈現出較強的抗氧化特性[24]。研究[25]發現，金葉女貞果實花青素可抑制二甲苯所致小鼠耳廓腫脹，提高小鼠血清SOD水平從而發揮其抗炎和鎮痛作用。Kim等[19]研究發現，黑大豆種皮花色苷可呈劑量依賴性抑制幽門螺桿菌感染的人胃上皮細胞中ROS的表達，且抑制效果顯著?？傊?，現已證實花青素有較強抗氧化性，其可通過抑制ROS的產生和增強SOD的表達發揮抗炎作用。

6 COX

COX是催化花生四烯酸(AA)生成血栓素(TX)和前列腺素(PG)的限速酶，包括兩種同工酶，即結構型COX-1和誘導型COX-2。COX-1主要存在于正常的組織細胞中，如胃、血管等，催化產生前列腺素，維持機體正常的生理功能。COX-2在正常的健康組織細胞中表達不多，但在促炎促氧化介質如IL-1α、IL-1β、TNF-α誘導后表達增加，參與AA轉化為各種類二十烷酸(如炎癥反應PGE2和血管收縮劑PGF2a),調節炎癥、免疫、血管張力和血小板聚集[26]。PGE2是一類活性很強的炎癥介質，可加劇炎癥反應，并且PGE2有疼痛增敏作用[25]。此外，PGE2的產生常伴有大量ROS的生成，繼而引起細胞損傷。因此，可將COX-2作為炎癥檢測的標志蛋白。

王正等[27]研究發現，紫甘薯花青素處理的高脂飲食誘導的小鼠前腦皮質和海馬中的COX-2蛋白表達顯著下降。有研究表明，從黑大豆種皮中分離的花青素可抑制LPS誘導的小鼠神經膠質細胞BV2中COX-2 mRNA表達，從而發揮抗炎作用。Kim等[19]研究發現，花青素處理的幽門螺桿菌感染的胃上皮細胞COX-2 mRNA表達量下降。王靜等[25]在金葉女貞果實花青素抗炎鎮痛的作用機制研究中發現，花青素處理組小鼠的血清PGE2水平降低，且高濃度花青素可抑制小鼠耳廓腫脹、腹腔毛細血管通透性的增加和肉芽腫的增生。總之，大量研究顯示花青素可抑制COX-2的表達，減少PGE2的產生，從而發揮其顯著的抗炎作用。

7 CAM

CAM是指由細胞產生的具有多種生物活性的膜表面糖蛋白，多位于白細胞表面和血管內皮細胞，主要介導細胞之間、細胞外基質和細胞之間相互接觸及結合。ICAM-1與血管細胞黏附分子1(VCAM-1)二者都是免疫球蛋白超家族中的成員，其主要作用是介導內皮細胞與中性位細胞的黏附、白細胞活化和內皮細胞損傷，在炎癥區域富集中性粒細胞，參與炎癥反應中的信號轉導，包括JAK/STAT和MAPKs等信號通路[28]。正常情況下，VCAM-1與ICAM-1主要在細胞表面表達，而在血管內皮細胞和其他非造血細胞中低水平表達。當在炎癥刺激下，血漿VCAM-1和ICAM-1水平增高。反之，VCAM-1和ICAM-1表達下調，炎癥被抑制[29]。因此，血漿VCAM-1和ICAM-1水平可作為內皮細胞活化和炎癥相關程度的標志。

研究表明，花青素可影響VCAM-1和ICAM-1的表達發揮抗炎作用。二甲花翠素可以抑制TNF-α誘導的人血管內皮細胞中的ICAM-1和VCAM-1產生，在蛋白和mRNA水平上呈濃度依賴性抑制。用純化的花翠素-3-葡萄糖苷和矢車菊色素混合物處理LPS誘導的豬髂動脈內皮細胞，可呈劑量依賴性地抑制VCAM-1的分泌[30]。Medda等[31]在研究黑樹莓提取物對人食管和腸道微血管內皮細胞的抗炎和抗血管生成作用中發現，花青素可顯著抑制ICAM-1和VCAM-1基因與蛋白表達。總之，大量研究表明細胞在各種應激條件下，花青素可抑制ICAM-1和VCAM-1的表達，繼而發揮其抗炎作用。

近年來，大量的研究報道證實花青素有較強的抗炎特性，其可能通過抑制促炎細胞因子、CAM、氧自由基的表達，影響NF-κB及MAPKs通路及介導NO、COX-2的表達等發揮抗炎作用?；ㄇ嗨刈鳛橛行У目寡浊野踩奶烊晃镔|，具有取代抗炎藥物的廣闊的研究前景；然而，目前尚未有花青素作為臨床用藥的報道。因此，這需要更深層次的研究及創新，以期將花青素具體運用到臨床疾病防治中。

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國家自然科學基金資助項目(81460496)。

陳琦(E-mail: yongqi_1@163.com )

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.18.039

R284

A

1002-266X(2017)18-0106-04

2016-09-04)