天然產物通過GSH在防治肝病中的作用及機制研究

楊杰，丁雅雪，宗藝璇，丁啟龍

(中國藥科大學藥學實驗教學中心，江蘇 南京 211198)

肝臟是體內主要的排毒器官，可從體內清除病原體、有毒化學物質和代謝廢物，也有助于其他器官發揮正常功能，對于維持系統平衡具有不可或缺的作用。肝臟持續暴露于某些因素(如病毒、酒精、脂肪、生物轉化的代謝產物等)會導致肝損傷，從而導致炎癥和肝臟變性。當損傷長期持續時，會導致慢性肝病，包括肝炎、非酒精性脂肪肝、纖維化、肝硬化和肝癌等[1]。肝病在世界上的發病率很高，有些患者可能會出現并發癥，包括門肺性高血壓、肝腎和肝肺綜合征。

研究表明，在各種肝臟疾病中，肝臟中活性氧(ROS)的過量產生以及谷胱甘肽(GSH)的減少都是常見特征[2]，GSH含量變化與肝臟疾病的發生密切相關[3]。本文綜述了GSH在肝臟疾病中的作用及天然藥物的干預機制，為臨床上肝病的防治提供新的策略。

1 GSH在肝臟疾病中的作用

GSH是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的，其從頭合成主要在肝臟中發生，涉及兩個需要ATP的酶促反應，其中谷氨酸半胱氨酸連接酶(GCL)是該反應的限速酶。GCL是由催化亞基(GCLC)和修飾亞基(GCLM)組成的二元異構體。GSH在肝細胞內合成后，通過小管側和血竇側外排到膽汁及血液中，在生命活動過程中發揮重要的功能[4]。

1.1 對抗肝細胞的氧化應激 肝臟是ROS攻擊的主要器官，肝實質細胞是肝臟氧化應激損傷的主要細胞。細胞中的ROS可以通過調節過氧化物酶體增殖活化受體α(PPARα)等，引起肝細胞脂質過氧化。肝細胞脂質過氧化引起的炎癥浸潤會誘發肝炎、肝纖維化、肝硬化甚至肝癌。此外，枯否細胞和肝星狀細胞等可能對氧化應激相關分子的敏感性增強。氧化應激誘導枯否細胞產生多種細胞因子，如腫瘤壞死因子α(TNF-α)，這可能會促進炎癥反應和細胞凋亡。氧化應激還通過促進脂質過氧化，誘導的肝星狀細胞的增殖和膠原合成[5-6]。目前的研究表明，氧化應激是導致各種肝臟疾病的關鍵因素[7]。

GSH通過清除ROS等自由基對抗肝細胞內的氧化應激作用。GSH除了與ROS直接反應發揮抗氧化作用以外，還可以在谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽S-轉移酶(GST)的催化下完成。Kendig等[8]研究發現，GCL基因敲除的小鼠高脂飲食11周，肝臟及機體的氧化應激水平顯著增強。N-乙酰半胱氨酸(NAC)是GSH的前體，研究表明，與對照組相比，NAC處理顯著降低了肝臟缺血再灌注損傷的小鼠體內ROS介導的內質網應激，保護肝細胞[9]。

1.2 抗炎作用 GSH可能具有抗炎作用[10]。炎癥在促進脂肪性肝炎向肝硬化和癌癥的發展中起著關鍵作用。此外，炎癥對于宿主抵抗病原體感染、清除死細胞和肝臟再生也至關重要[11]。炎癥細胞浸潤是酒精性肝病(ALD)或非酒精性脂肪肝(NAFLD)中脂肪性肝炎的標志。Hajighasem等[12]觀察到，大鼠NAFLD的發生與TNF-α、IL-6和IL-1β等促炎癥介質的大量釋放和上調有關。Irie等[13]發現NAFLD患者血清GSH水平顯著降低，而DNA氧化標志物8-羥基-2-脫氧鳥苷(8-OHdG)顯著升高。在肝細胞特異性GCLC基因敲除小鼠體內探究了肝臟中GSH的作用，發現與正常小鼠相比，GCLC敲除的小鼠出現大量脂肪變性、肝細胞死亡和炎癥浸潤[14]。另外在肝硬化患者中發現，血清中高敏C-反應蛋白(hsCRP)水平與Child-Turcotte-Pugh(CTP)評分呈正相關，GSH水平與CTP評分呈負相關。二者可能存在相互作用，但具體機制尚不清楚[15]。

1.3 參與細胞凋亡發生 TNF-α是介導肝損傷的重要細胞因子，GSH可降低肝細胞對TNF-α的敏感性[16]。TNF-α誘導的肝細胞凋亡在多種肝臟疾病中都有涉及。TNF-α作用于TNF受體1(TNF-R1)，在細胞凋亡過程中發揮多種效應。活化的TNF-R1可激活多種凋亡途徑，包括促凋亡的Bcl-2家族蛋白、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、酸性鞘磷脂酶(ASMase)、中性鞘磷脂酶以及組織蛋白B等。這些途徑密切相關并主要作用于線粒體，促進線粒體釋放促凋亡因子等物質，導致細胞凋亡。研究表明，在缺乏TNF-R1的小鼠中，四氯化碳(CCl4)和慢性乙醇等外源性物質引起的肝損傷顯著減少。持續升高的TNF-α水平會促進肝細胞的凋亡和壞死，從而導致肝損傷。TNF-α誘導的肝細胞凋亡和壞死在一定程度上介導了酒精性肝炎、肝臟缺血和CCl4等外源性毒素引起的肝損傷。Suyavaran等[17]發現，用GSH預處理恢復大鼠GSH/GSSG比率可以抑制肝臟缺血再灌注損傷中的TNF-α和細胞凋亡。

Montserrat等[18]研究了GSH耗竭的小鼠原代細胞對TNF-α敏感性的機制。NF-κB是調節TNF-α敏感性的主要調節因子，在NF-κB激活的情況下，線粒體谷胱甘肽(mGSH)耗竭可使肝細胞對TNF-α敏感。ASMase誘導神經酰胺生成，其能刺激線粒體ROS (mROS)生成，誘導心磷脂氧化，氧化的心磷脂對于線粒體中促凋亡因子的釋放是必須的。在ASMase缺失的小鼠中發現，mGSH耗竭的小鼠對TNF-α具有抵抗力，且在ASMase缺失的肝細胞中未檢測到氧化心磷脂的生成。所以mGSH可能調控ASMase介導的氧化心肌磷脂生成來影響線粒體膜的通透性，進而影響肝細胞對TNF-α的敏感性[18]。

1.4 解毒作用 GSH通過與毒性物質絡合而發揮解毒作用。GST是一種多功能的生物轉化Ⅱ相反應的重要酶，主要負責催化GSH與外源性物質形成絡合物，再通過腺苷三磷酸結合盒轉運蛋白(ABC轉運蛋白)排出細胞外，達到清除外源性物質和毒物的目的。藥物誘導是造成肝損傷的一個重要因素，其中對乙酰氨基酚(APAP)誘導的肝損傷是藥物誘導肝毒性的主要研究熱點。約有5%～10%的APAP在肝臟中通過肝細胞色素P450(主要是CYP2E1)系統代謝為活性代謝物N-乙酰基-對苯醌亞胺(NAPQI)，這是誘導肝毒性的主要物質。肝細胞優先將GSH與NAPQI結合以進行解毒，大量的NAPQI將導致GSH耗竭。McConnachie等[19]發現，GCL基因敲除的小鼠比正常小鼠更容易受到APAP誘導的肝損傷。NAC是臨床上唯一被批準用于治療APAP引起的肝毒性的藥物，它通過促進肝臟GSH的恢復來發揮保肝作用。

2 治療肝臟疾病的天然產物

天然產物泛指自然界中包括動物、植物和微生物等活體生物體中內源性的化學成分或其代謝產物，其中存在著許多結構多樣性、活性多樣性、不良反應小的活性成分。研究發現，很多類天然產物通過防止氧化應激的發生、抑制線粒體功能障礙和炎癥，發揮保護肝臟的作用[20]。

2.1 黃酮類 在自然界中廣泛分布的黃酮類天然產物是具有2-苯基色原酮結構的化合物，具有抗氧化、抗炎和抗凋亡等多種生物學作用，一直是藥物研發的熱點領域。

高良姜素、芹菜素、異槲皮素和花青素都是黃酮類化合物，都能保護APAP誘導的肝損傷[21-24]。它們通過增加GSH等抗氧化劑的水平，抑制CYP2E1酶活性，在APAP誘導的小鼠模型中顯示了肝保護作用；高良姜素和水飛薊素在APAP誘導的肝損傷中比NAC更有效，但高良姜素并沒有顯著提高APAP誘導的肝損傷小鼠的死亡率[21]。

表兒茶素是一種天然黃酮醇。肝竇阻塞綜合征(HSOS)是一種罕見的肝臟疾病，具有相當高的發病率和死亡率。表兒茶素在野百合堿(MCT)誘導的小鼠HSOS中具有很好的治療作用，它通過激活Nrf2抗氧化劑途徑，增加GSH等抗氧化物質的表達來減少肝臟氧化損傷，并通過抑制熱休克蛋白60(HSP60)啟動NF-κB信號傳導途徑來抑制肝炎性損傷，從而減輕MCT誘導的HSOS[25]。

2.2 酚類 酚類化合物是一類在結構中具有多個酚羥基的化合物，具有抗氧化、抗病毒、抗腫瘤等生物活性。很多研究發現，多酚類天然產物對于保護肝臟疾病具有重要作用。

沒食子酸是一種天然多酚，具有多種藥理作用。沒食子酸通過誘導ERK/Nrf2以及干擾Keap1和Nrf2之間的蛋白-蛋白相互作用，促進Nrf2的核移位，激活的Nrf2促進GSH等抗氧化物的表達來有效保護叔丁基過氧化氫(T-BHP)誘導的肝毒性[26]。

阿魏酸是一種與姜黃素結構相似的多酚類化合物，在許多蔬菜、水果和谷類作物的葉子和種子中都有發現。1994年首次證明了當歸有效成分阿魏酸的保肝作用[27]。近來有研究表明，阿魏酸保護APAP介導的小鼠肝損傷，作用機制包括抑制Toll樣受體4(TLR4)介導的炎癥反應以及抑制CYP2E1酶的表達來減少對GSH的消耗[28]。

2.3 萜類 萜類化合物是由異戊二烯或異戊烷以各種方式連接而成的一類天然化合物，在自然界中廣泛存在。研究報道，某些萜類天然產物對于保護肝臟具有重要作用。

紫杉醇對肝臟具有保護和治療作用。紫杉醇通過抑制CYP450酶介導的APAP代謝激活，調節GSH代謝，以及相關抗氧化信號的表達，防止APAP誘導的肝損傷。可以利用這些性質來預防或治療肝毒性[29]。

人參皂苷Rg1是人參的主要成分之一，在機體多個組織器官系統中發揮保護作用。人參皂苷Rg1對CCl4誘導的急性肝損傷小鼠具有保護作用，其通過抑制炎癥相關基因(包括TNF-α、IL-1β、IL-6等)的表達水平來抑制肝臟炎癥反應。此外，還能通過上調Nrf2及其靶基因(如GCLC、GCLM、HO-1等)來增強抗氧化應激和肝臟解毒能力，發揮預防急性肝損傷的作用[30]。

2.4 多糖類 多糖是由單糖通過糖苷鍵連接而成的天然高分子聚合物，在自然界中含量極為豐富，具有多組分、多靶點的作用特點。

褐藻多糖是源于海洋褐藻的天然產物，是以硫酸基為主的多糖體，具有廣泛的藥理作用。在APAP誘導的肝損傷小鼠中發現，褐藻多糖預處理可以降低血清中ALT、AST和MDA的水平，同時增加GSH、SOD和CAT的表達，其改善APAP誘導的肝毒性的機制可能與Nrf2介導的氧化應激有關[31]。

慈姑多糖是從慈姑中分離得到的均一多糖，已被用作保護異煙肼和利福平引起的肝毒性的保護劑。慈姑多糖通過抑制CYP2E1基因和蛋白表達，激活Nrf2促進下游GCL和HO-1的基因和蛋白表達，發揮對異煙肼和利福平誘導的小鼠肝損傷的保護作用[32]。

2.5 其他類 紫草素是從天然紫草中提取的萘醌類化合物。在APAP誘導的小鼠肝損傷中，紫草素顯示了良好的保肝作用，它恢復了小鼠肝臟中GSH等抗氧化物質的表達，阻斷氧化應激的作用；顯著減弱了APAP誘導的TNF-α、IL-6和IL-1β的產生，并抑制了與炎癥相關的基因的表達[33]。

咖啡因是存在于咖啡豆、茶葉等天然植物中的一種黃嘌呤類生物堿化合物。許多研究證明，飲用咖啡和茶對肝臟有保護作用，這主要歸因于咖啡因。Cachón 等[34]的研究證明低劑量咖啡因對CCl4所致大鼠肝損傷具有保護作用。低劑量咖啡因治療降低了血清中天冬氨酸轉氨酶(AST)、谷丙轉氨酶(ALT)和堿性磷酸酶(AP)活性和膽紅素水平，恢復了人血白蛋白水平和肝臟中GSH水平。此外，咖啡因還可防止CCl4誘導的肝纖維化和細胞死亡。

3 結論

GSH在細胞中具有多種重要功能。越來越多的證據表明，肝纖維化、酒精性、非酒精性和藥物性肝損傷等疾病的發生發展與GSH含量密切相關。天然產物在防治肝臟疾病中發揮重要作用，具有結構多樣性、活性多樣性、副作用低等特點。隨著天然產物的分離技術不斷提升，防治肝臟疾病的新藥開發和應用將會快速發展。