桃葉珊瑚苷藥理作用及分子機制研究進展

朱志銘，任朝興，馬 博

(南京工業大學 藥學院，江蘇 南京 211800)

桃葉珊瑚苷(aucubin, AU)，又稱為珊瑚木苷，是一種天然的環烯萜苷化合物，其結構式見圖1。1905年，AU被首次發現于東瀛珊瑚(AucubachinensisBenth.)的葉中[1]，是玄參(ScrophularianingpoensisHemsl)、杜仲(EucommiaulmoidesOliver)和車前草(PlantagodepressaWild)等中草藥的有效成分之一。AU具有廣泛的藥理活性，可以抑制氧化應激反應(oxidative stress)、內質網應激反應(endoplasmic reticulum stress)，降低炎癥(inflammation)等，起到抑制神經、生殖、心血管、骨和眼損傷的作用[1]。筆者綜述了AU的藥理作用及其分子機制，以期為AU的研究和開發應用提供相關參考。

圖1 AU結構示意

1 桃葉珊瑚苷的分子機制

AU是一種高活性物質，對核因子E2 相關因子2(Nrf2)、核因子-κB(NF-κB)、腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)、NO、C-Jun 氨基末端激酶(JNK)等多條信號通路均有調節作用。

1.1 激活Nrf2信號通路

Nrf2是一種參與細胞內氧化微環境調控的重要轉錄因子，正常生理狀態下，環氧氯丙烷(ECH)相關蛋白 1(Keap1)可以與Nrf2結合，進一步通過泛素化或蛋白酶途徑將其降解。在氧化應激狀態下，Keap1 中的高反應性半胱氨酸殘基被氧化，Keap1 無法與Nrf2 結合以進行泛素化。隨后，Nrf2 積累并轉移到細胞核中，與抗氧化反應元件(ARE)結合，啟動下游超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等抗氧化酶的翻譯和轉錄，修復氧化損傷，在治療男性不育、骨關節炎(OA)、糖尿病(DM)等疾病中發揮著重要作用[2]。

AU可以誘導Keap1構象改變，使Keap1和Nrf2分離，阻止Nrf2的降解，促進Nrf2核易位，上調SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化酶的蛋白表達，促進內源性抗氧化防御[3- 4]，治療胃黏膜損傷、內皮功能障礙、骨關節炎和糖尿病等疾病[4-8]，AU對Nrf2的調節過程見圖2。

圖2 AU對Nrf2的調節示意

1.2 激活AMPK信號通路

AMPK是一種雜合三聚體，含有α催化亞基以及β、γ調節亞基，是調節細胞能量、自噬和氧化應激的關鍵蛋白，在治療脂肪肝、高脂血癥等疾病中發揮著重要作用[9-10]。

AU對AMPK的調節示意見圖3。AU通過促進乙酰輔酶A(ACC)的磷酸化，激活蛋白激酶B(AKT)，促進AMPKα和AMPKβ的磷酸化，以激活PPARα、 PPARγ以及Nrf2，從而抑制脂肪的生成和促進脂肪酸的氧化，可用于治療非酒精性脂肪肝病(NAFLD)[10]。

圖3 AU對AMPK的調節示意

1.3 激活NF-κB信號通路

NF-κB是一種與炎癥激活密切相關的重要的核轉錄因子，在參與調節炎癥反應、免疫調節和細胞增殖等過程中發揮著重要作用。NF-κB在穩定狀態下，以一種異源三聚體復合物的形式存在于細胞質中，其中最廣泛的結構是由2個亞基p65、p50和一個抑制性亞基IκB組成。在炎癥、細胞因子等因素的刺激下，細胞膜上受體蛋白通過激活IκB激酶(IKKα)，隨后IKKα將細胞內NF-κB·IκB復合物的IκB亞基調節位點的絲氨酸磷酸化，使得IκB亞基被泛素化修飾，進而被蛋白酶降解，從而釋放NF-κB p65二聚體，游離的NF-κB p65會進入細胞核，啟動下游白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細胞介素-1β(IL-1β)等炎癥因子的翻譯和轉錄，在動脈粥樣硬化、骨關節炎和糖尿病等疾病的發展中起到重要作用[11-12]。

AU對NF-κB的調節示意見圖4。AU可以抑制IKKα的活化，降低IκB的活性，進而阻止NF-κB p65的核轉位，以下調下游基因的轉錄以及炎癥因子的表達，抑制炎癥反應[4, 13]，可用于治療動脈粥樣硬化、干眼病、骨關節炎以及糖尿病腎病(DN)等疾病[4, 6, 13-15]。

圖4 AU對NF-κB的調節示意

1.4 調控NO

NO是一種不穩定具有反應性的自由基，由一氧化氮合酶(NOS)生成，NOS有3種亞型，分別為神經型一氧化氮合酶(nNOS)、誘導型一氧化氮合酶(iNOS)及內皮型一氧化氮合酶(eNOS)[16]。

由nNOS產生的NO對心臟的心肌收縮和舒張具有調節作用[17]。在體內外實驗中，AU均可誘導nNOS表達增加，提高NO水平，抑制心肌梗死(MI)引起的左心室重構(LVR)[18]。然而，在對骨關節炎的研究中發現，AU可以抑制iNOS的mRNA和蛋白表達，以抑制NO的形成，治療骨關節炎[13]。

1.5 其他

JNK是一種應激活化蛋白激酶，易感受到細胞因子、紫外線和生長因子等胞外刺激，在調節細胞凋亡、增殖和炎癥等細胞功能中起到重要作用，對治療骨關節炎、男性不育具有重要意義[19-20]。

AU對JNK的調節示意見圖5。AU可以抑制JNK的磷酸化，抑制BAX的蛋白表達，促進Bcl-2的蛋白表達，抑制半胱氨酸天冬氨酸特異蛋白酶(Caspase-3)的剪切，以抑制細胞凋亡，保護生殖系統以及減緩骨關節炎進程[3, 21]。

圖5 AU對JNK的調節示意

炎癥小體(inflammasome)活化是由多蛋白復合物組裝信號介導的炎癥相關的Caspase活化以及IL-1β等炎癥因子的成熟過程。其中常見的NACHT、LRR 和PYD 結構域包含蛋白3(NLRP3)炎癥小體由NLRP3、ASC以及p-Caspase-1間的相互作用形成，其與心血管疾病的發展密切相關[22-23]。

AU對NLRP3炎癥小體的調節見圖6。AU通過抑制活性氧(ROS)以及硫氧還原蛋白相互作用蛋白(TXNIP)的形成，使NLRP3炎癥小體失活，抑制炎癥反應和細胞凋亡，改善心臟功能障礙[24]。

圖6 AU對NLRP3炎癥小體的調節示意

2 桃葉珊瑚苷的藥理作用

AU有著十分廣泛的藥理活性，具有保護神經和生殖系統、降低血糖水平、抗骨關節炎、抗骨質疏松、抗腫瘤以及抗老化等作用。

2.1 對神經系統的保護作用

神經系統的疾病已經是導致人類死亡的第二大原因[25]。神經元細胞損傷導致的運動、認知和行為功能障礙是神經系統常見的病理特征。對神經元細胞損傷的修復可以起到治療帕金森氏病(PD)、阿爾茨海默氏病(AD)和癲癇(EP)等神經系統疾病的作用[26]。

AU可促進分化神經元的細胞存活，增加神經絲蛋白(NF)-H、NF-M、突觸后致密蛋白(PSD-95)、生長相關蛋白(GAP-43)以及神經元特異核蛋白(NeuN)的蛋白表達，促進分化神經元的細胞存活；同時，AU還可顯著增加谷氨酸脫羧酶65/67(GAD 65/67)免疫反應的細胞數量并上調GAD 65/67的蛋白表達，以促進神經元細胞向GABA能神經元分化，修復神經元細胞損傷[27-28]。

帕金森病小鼠在給予AU治療后，極下降測試和牽引測試中的運動性得到恢復，多巴胺能神經元損傷及炎癥反應被抑制，且小鼠紋狀體中的多巴胺和酪氨酸羥化酶水平提高[29]。并且，AU可以顯著減輕大鼠癲癇持續狀態(SE)，降低癲癇發作強度，延長發作的潛伏期。給藥治療1周后，癲癇大鼠DG、Hilus、CA1和CA3海馬區的神經元細胞凋亡率降低[30]。深入研究后發現：AU通過抑制炎癥反應和調節神經傳遞發揮抗癲癇作用，小鼠星形膠質細胞和小膠質細胞的活化減弱，IL-1β、HMGB1、TNF-α的蛋白表達降低。此外，AU還可以增加GABA、GABAARα1和GLT-1的蛋白表達，降低細胞內谷氨酸濃度[14]。

總之，AU具有顯著的神經元細胞保護作用，可以抑制神經元細胞的凋亡，調節神經遞質，治療帕金森病、癲癇等疾病。此外，AU對其他一些神經病變也有一定的治療作用。Xue等[31]研究發現：AU可以顯著抑制H2O2誘導的PC12細胞(從大鼠嗜鉻細胞瘤細胞獲得)凋亡，降低細胞內丙二醛(MDA)水平，增強SOD、CAT和GSH-Px的活性，減輕細胞核氧化損傷，治療神經退行性病變。紫杉醇是一種化學治療劑，會引起周圍神經的病變，這是其主要的劑量限制副作用。Andoh等[32]研究發現：AU可以抑制紫杉醇誘導的機械性異常性疼痛，以及脊髓背角神經元的自發性和機械性刺激引起的放電。進一步研究發現：AU通過降低內質網應激蛋白(CHOP)的蛋白表達，抑制外周雪旺細胞系(LY-PPB6 cells)內的內質網應激，以達到抑制周圍神經機械性異常性疼痛。

2.2 對糖尿病及其并發癥的治療作用

糖尿病已成為21世紀的主要流行病，國際糖尿病聯合會(IDF)曾預測到2017年，全世界共有4.51億成年人患有糖尿病[33]。AU可以降低糖尿病大鼠血糖，抑制糖尿病大鼠肝臟和腎臟中脂質過氧化水平，提高抗氧化酶活性。并且，AU可以顯著改善糖尿病大鼠胰腺功能，增加胰β細胞的數量[34]。

長期的糖尿病狀態會導致晚期糖基化終產物(AGEs)水平升高，進而誘發多種嚴重的糖尿病并發癥。Jung等[35]研究發現：AU可顯著抑制AGEs的形成，在體內實驗中，AU呈劑量依賴性抑制甲基乙二醛(MGO)誘導的AGEs-牛血清白蛋白及其與膠原蛋白交聯物的形成，并且抑制了AGEs的形成以及在各組織(腎臟、血管、心臟和視網膜等)中的積累；在體外實驗中，AU可清除MGO，具有抑制AGEs相關的各種慢性疾病的藥理潛力。

Xue等[5, 36]研究發現：AU可以降低糖尿病大鼠的血糖水平，預防并發癥并改善糖尿病大鼠的生活質量，減少糖尿病性腦病大鼠的Y迷宮測試的錯誤率，提高糖尿病大鼠認知能力。進一步研究還發現：AU通過提高抗氧化酶活性，抑制脂質氧化物的生成，以抑制大鼠海馬CA1區神經元細胞的凋亡，發揮保護糖尿病大鼠神經功能的作用。此外，Kim等[37]研究發現：AU可以促進神經干細胞中神經元分化和神經突增生。并且，坐骨神經損傷給藥治療3周后，AU促進了軸突的延長，軸突的厚度和髓鞘增生。

Ma等[4]研究發現：AU可有效治療糖尿病腎病，給藥治療10周后，AU可顯著降低小鼠尿蛋白排泄率，抑制腎小球基底膜增厚和腎纖維化，減少氧化應激和炎癥反應。進一步研究還發現：AU能夠誘導SIRT1和SIRT3介導的Nrf2、FOXO3a的激活和核轉位，促進抗氧化酶以及抗氧化劑的基因表達；并且可以抑制NF-κB p65的核轉位，抑制炎癥因子的表達，發揮保護腎臟組織的作用。

2.3 對心血管系統的保護作用

心血管疾病是嚴重威脅人類生命健康的疾病之一。心肌纖維化是各種心血管疾病的關鍵特征，會損害心臟的收縮和舒張功能。Xiao等[38]研究發現：AU可以抑制TGF-β1誘導的心臟成纖維細胞增殖，并抑制成纖維細胞活化為肌成纖維細胞。此外，AU顯著降低了肌成纖維細胞中Collagen Ⅰ、Collagen Ⅳ及FN等纖維化相關蛋白的表達。進一步研究發現：AU通過誘導AMPK的磷酸化和抑制mTOR活性，以抑制成纖維細胞的增殖和活化功能[38]。此外，Park[39]研究發現：AU可以顯著抑制小鼠胚胎成纖維細胞(3T3-L1)中TNF-α的合成，抑制PAI-1、 MCP-1和IL-6在內的動脈粥樣化脂肪因子的蛋白表達，改善肥胖癥引起的動脈粥樣硬化。

心肌梗死后會引起左心室重構，包括左心室大小、形態、功能和細胞分子的復雜變化[40]。AU可以顯著抑制脂多糖(LPS)誘導的心臟內氧化應激和炎癥反應，抑制細胞凋亡，改善小鼠心臟功能障礙[24]。Yang等[18]研究發現：AU可以有效提高心肌梗死小鼠的存活率，并減緩心肌梗死誘導的左心室重構過程，給藥治療2周后，氧化應激標志物明顯降低，心臟梗死面積減少，心臟功能得到恢復。進一步研究發現：AU通過激活nNOS/NO信號通路，增加NO的含量，降低氧化應激反應，并且增加硫氧還原蛋白(Trx)含量，抑制ASK1/JNK信號通路，以減緩心肌梗死引起的左心室重構過程，增強小鼠的心功能和提高小鼠生存率[18]。此外，Wu等[8]還研究發現：AU可以通過誘導eNOS的表達，增加NO的含量，以達到通過激活β3-AR/adenylate cyclase/cAMP信號通路，降低心臟內氧化反應，抑制心肌肥大，減緩心臟重構，改善心功能。

AU還有促進血管生成的作用，可以抑制炎癥因子的mRNA表達，以抑制LPS所致的人臍靜脈血管內皮細胞系(HUVECs)損傷[41]。此外，Chen等[42]研究發現：AU可以促進小鼠后肢肌肉灌注速度，減少組織損傷，促進缺血后肢的血管生成。進一步研究發現：AU通過激活依賴于雌激素的VEGF/Akt/eNOS信號通路誘導血管生成，治療周圍血管疾病[41]。

2.4 抗骨質疏松和對骨關節炎的作用

骨質疏松癥(OP)是一種代謝性疾病，其特征在于成骨細胞的分化和增殖減少以及破骨細胞的過度分化與增殖。AU可以顯著上調人成骨細胞系(MG63)中CollagenⅠ、Integrinβ1、Osterix、OCN、OPN和BMP2等反映骨形成的標志性蛋白表達，促進成骨細胞的分化，增加皮質骨厚度、骨密度以及使小骨梁變緊密，具有潛在治療骨質疏松癥的作用[43-44]。Zhu等[45]研究發現：AU可以增加鈦微粒處理過的小鼠成骨細胞系(MC3T3-E1)活性，減少氧化應激標志物的表達，降低氧化應激反應，抑制細胞的凋亡。進一步研究發現：AU通過激活BMP2/Smads/RunX2信號通路，增加堿性磷酸酶(ALP)的活性以及抗氧化酶和成骨因子的蛋白表達，降低氧化應激反應；以及通過提高Bcl-2蛋白的表達，抑制B淋巴細胞瘤-2基因相關X蛋白(BAX)的表達，降低MC3T3-E1細胞的凋亡率，發揮促進成骨的作用。

骨關節炎是一種嚴重的關節退行性疾病，特征是軟骨被破壞，大約有20%～30%的成年人受其影響[46]。AU可以抑制IL-1β誘導的軟骨細胞內活性氧簇(ROS)產生，降低氧化應激反應，抑制軟骨細胞凋亡；并顯著提高OA小鼠的蛋白多糖水平，減輕關節軟骨的侵蝕，保護小鼠關節軟骨，減緩骨關節炎進程[21]。Wang等[13]研究發現：AU可以顯著抑制大鼠軟骨細胞中MMP-3、MMP-9、MMP-13、iNOS和COX-2的基因和蛋白表達。進一步研究發現：AU可以抑制IKKα的磷酸化，從而抑制NF-κB p65的核轉位，進而抑制下游炎癥因子的表達，降低細胞內炎癥反應，保護軟骨細胞[13]。此外，AU聯合透明質酸(HA)可以改善IL-1β誘發的人關節軟骨細胞的細胞增殖和肥大轉化，相對于單獨使用HA或AU治療，聯合治療可以進一步下調TNF-α、COX-2水平，糾正COL1A1和AGC水平，并上調TIMP-1的蛋白表達，促進軟骨細胞的基質蛋白的產生；激活Nrf2信號通路，提高細胞的總抗氧化能力，治療骨關節炎[47]。

此外，AU可以抑制MMP-3等細胞外基質降解酶的活性，以抑制IL-1β、TNF-α等促炎因子誘發的人髓核細胞(HNPCs)的細胞外基質降解，治療腰椎間盤退變(IDD)。其與AU促進miR-140的mRNA表達，抑制CREB1、MMP的蛋白表達相關[48]。

2.5 對男性生殖系統的保護作用

不孕癥發生率的增加已成為世界范圍內的嚴重問題。男性不育占所有不孕病例的30%以上。遺傳因素、內分泌失調、環境因素、藥物副作用和糖尿病等多種因素可導致精子異常、精子數量減少或精子質量差，進一步誘發男性不育的發生[49-50]。睪丸是男性重要的生殖器官，能產生精子和分泌雄激素。男性精子的數量和質量與睪丸功能及形態密切相關。

杜仲是中國名貴的中藥，具有壯陽補腎的作用，對男性生殖系統和生殖內分泌功能具有促進作用[51]。AU作為杜仲主要活性成分，對男性生殖系統也有保護作用。Ma等[3]研究發現：AU可以有效治療雷公藤甲素造成的小鼠睪丸損傷和生精功能障礙，給藥治療兩周后，小鼠睪丸質量和形態、精子數量及血睪屏障完整性明顯恢復。進一步研究發現：AU能夠誘導Nrf2的激活和核轉位，促進抗氧化酶和II相解毒酶的表達，抑制活性氧所介導的PERK/CHOP和JNK依賴的凋亡信號通路的激活，降低睪丸支持細胞的凋亡率，發揮保護睪丸組織的作用。

2.6 抗腫瘤作用

早期研究報道，AU對慢性粒細胞白血病有微弱的抗白血病活性[52]。然而，Kim等[53]對人類髓樣白血病細胞系(K562)研究發現：AU對這些細胞的作用不明顯，但其水解產物具有明顯的細胞毒性作用，可以誘導Caspase-3的活化，誘導細胞凋亡。進一步研究發現：AU的水解產物可以抑制JAK2和c-Src的活化，減少白血病融合基因Bcr-Abl的磷酸化，降低STAT3的活性，以促進K562細胞的凋亡[53]。

此外，Hung等[54]研究發現：AU可以通過上調p53和p21蛋白的表達，阻斷G(0)/G(1)相的細胞周期進程，以抑制人的非小細胞肺癌細胞系(A549)的增殖，并且還可誘導Fas/FasL系統，以促進A549的凋亡。

2.7 內臟保護作用

光感受器的功能障礙和退化是導致視力下降的主要原因。Jung等[55]研究發現：AU可以顯著恢復視網膜電圖中a波和b波振幅，抑制感光細胞凋亡和氧化性DNA損傷，從而抑制視網膜病變，保護視力。此外，Kang等[15]研究發現：桃葉珊瑚屬提取物(AJE)及其活性成分AU具有改善干眼癥的作用。AJE和AU可以提高眼淚滴數，恢復角膜。其機制可能是抑制角膜細胞的凋亡和炎癥因子的蛋白表達。

NAFLD是最常見的慢性肝病。Shen等[10]研究發現：AU可以減少NAFLD小鼠體內總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)、極低密度脂蛋白(VLDL)、髓過氧化物酶(MPO)、IL-1β、IL-6以及TNF-α的含量，增加SOD、高密度脂蛋白(HDL)的含量。進一步研究發現；AU通過促進ACC、AMPKα、AMPKβ和AKT的磷酸化，以促進Nrf2和PPAR核轉位，提高抗氧化酶的蛋白表達，降低睪丸內氧化應激反應和炎癥反應，減少小鼠體內脂質的積累。此外，Lee等[56]研究發現：AU可以增強溶酶體活性，調節BAX的溶酶體定位，抑制高脂飲食動物模型中的血脂異常。

AU對LPS誘導的急性肺損傷(ALI)也有一定的治療作用。AU可以減輕肺組織病理損傷，降低損傷評分，顯著減少原發性腫瘤(BALF)總細胞、中性粒細胞和巨噬細胞數，顯著降低乳酸脫氫酶(LDH)活性和總蛋白含量[57]。此外，Qiu等[58]研究發現：給藥治療30 d后，小鼠體內MDA和O2-含量明顯降低，炎癥反應明顯減少。進一步研究發現：AU通過抑制NF-κB信號通路，減少LPS誘導的炎癥因子的釋放；以及通過誘導抗氧化酶的表達，以達到通過誘導AMPK 信號通路和促進轉錄因子Nrf2核轉位，降低肺內氧化反應，改善肺損傷，提高小鼠存活率。肺纖維化是一種嚴重威脅生命的惡性疾病，其特征在于進行性呼吸困難和肺功能惡化。給藥治療21 d后，肺纖維化小鼠呼吸頻率得到降低，肺動力順應性得到增加。此外，肺內膠原蛋白的沉積以及肺內炎癥反應減少，纖維細胞的增殖和分化被抑制[59]。

2.8 其他保護作用

桃葉珊瑚苷藥理學活性及潛在分子機制的總結見表1。另外，紫外線B(UVB)輻射會在細胞和皮膚中誘導ROS的生成，引起氧化應激反應，導致光老化和癌癥。AU可以顯著降低UVB誘導的人類角質形成細胞系(HaCaT)內氧化應激反應，降低脂質氧化標志物的含量，提高CAT活性，顯著抑制MMP-1的mRNA和蛋白表達以及衰老相關的β-半乳糖苷酶活性[60-61]。

表1 AU的藥效及藥理機制

3 總結

AU是環烯醚萜類化合物，在天然植物中分布十分廣泛，杜仲、玄參、地黃和車前草等植物中尤其豐富。AU具有抗炎、抗氧化和抗纖維化等十分廣泛的藥理作用。總之，AU是一種來源豐富、安全性好、具有多種生物活性的化合物，在保健品和藥品的研發中具有很高的潛在價值，值得進一步研究與開發。