尿石素A的藥理作用及機制研究進展

石瑩，杜鳳，王玥，陳蓉，劉啟玲，李影娜（.陜西中醫藥大學公共衛生學院，陜西 咸陽 7046；.西北大學生命科學學院，西安 70069；3.廣東省第二人民醫院珠海醫院（珠海高新技術產業開發區人民醫院），廣東 珠海 59085）

尿石素A（urolithin A，UA）是天然多酚化合物鞣花單寧（ellagitannins，ETs）的一種次生代謝產物。ETs 主要存在于石榴、樹莓、草莓、核桃和紅酒等食物中[1]，UA 則是ETs 經腸道微生物代謝后的產物。大量研究證實UA 具有抗氧化、抗炎、抗衰老、調節雌/雄激素及誘導線粒體自噬等多方面的生物活性[2-3]。隨著研究的深入和相關機制的探索，UA 的許多藥理學作用被逐漸闡明。UA 具有顯著的抗增殖和抗氧化作用，能預防及治療前列腺癌和結直腸癌，同時對膀胱癌、子宮內膜癌及胰腺癌等均有防治作用[4-7]。近年來研究發現，UA 能夠誘導線粒體自噬，從而發揮延緩衰老及治療心血管疾病的作用[8]。UA因其強大的抗炎作用，能夠保護腎臟并預防結直腸炎、骨關節炎及椎間盤退變等疾病[9-10]，同時有研究發現UA 在神經退行性疾病包括阿爾茨海默病和帕金森病的治療中具有顯著效果[11]。此外，UA 對許多代謝性疾病的防治也具有積極作用。UA 在眾多疾病的防治領域具有廣闊的應用前景，與此同時UA 的食物來源十分廣泛，目前關于UA 的綜述較少，本文對UA 的藥理學作用及機制的研究進展進行綜述，以期為UA 的研究開發及臨床應用提供參考。

1 UA 的來源及分布

1.1 來源

UA 是ETs 經腸道微生物代謝的產物。ETs 作為天然多酚化合物，因具有抗氧化、抗炎、抗過敏及抗病毒等生物活性而備受關注[12]。ETs 除了來源于石榴和核桃等食物，也存在于余甘子、訶子及五味子等中藥中[13]。ETs 分子結構中的羥基極性較大，不利于腸壁吸收，本身的生物利用度非常低。許多研究發現，ETs 被人體攝入后在結腸部位經腸道菌群代謝轉化生成尿石素后才被吸收，ETs 在上消化道中水解成鞣花酸（ellagic acid，EA），EA 經腸道菌群進一步加工丟失一個內酯環并進行連續的脫羥反應后生成尿石素[14]。有報道認為尿石素可能是ETs 在體內發揮生物作用的物質基礎[15]。

1.2 分布

尿石素是具有不同羥基取代基的二苯并吡喃-6-酮衍生物，通過從不同位置依次去除羥基后相繼產生四羥基尿石素（UD）、三羥基尿石素（UC）、二羥基尿石素（UA）和單羥基尿石素（UB）[16]。UA 作為ETs 最主要的代謝產物，依賴其親脂性通過腸上皮細胞進入血液循環，同時UA 在體內存在肝腸循環，部分UA 以葡糖醛酸苷結合物的形式存在。UA 在前列腺、結腸和小腸中的分布水平較其他器官組織更高，而UA葡糖醛酸苷結合物在肝臟和腎臟中的分布水平較高[17-18]。給予石榴汁能夠在腦組織中檢測到UA，提示UA 可透過血腦屏障，發揮腦保護作用[19]。在ETs 的排泄研究中，發現UA 及其葡糖醛酸苷結合物是尿液中ETs 代謝衍生物中含量最豐富的成分，而UA 是糞便中唯一檢測到的ETs 代謝衍生物[20]。

圖1 尿石素A 的藥理作用Fig 1 Pharmacological effect of urolithin A

2 UA 的藥理作用及相關機制研究

2.1 UA 與癌癥

關于癌癥的治療多集中在手術及化學藥物療法，然而化療藥物大多存在毒副作用大并且耐藥性強的弊端。有研究發現植物化學物能夠減輕化療藥物的耐藥性及其毒副作用，具有作為癌癥防治藥物和佐劑的潛力[21]。已有許多研究報道UA具有顯著的抗腫瘤作用，其在前列腺癌、結直腸癌、膀胱癌、子宮內膜癌及胰腺癌等相關癌癥的治療中均發揮有益作用。

前列腺癌發展初期是雄激素依賴性的，所以雄激素剝奪治療（androgen deprivation therapy，ADT）是治療前列腺癌的重要方法之一，UA 則能夠下調雄激素受體（androgen receptor，AR）的表達抑制細胞增殖，同時下調AKT 磷酸化的水平，發揮前列腺癌治療作用[4]。Stanislawska等[22]研究發現UA 能夠抑制LNCaP 細胞（一種雄激素依賴性前列腺癌體外模型）增殖，誘導其凋亡，同時增加AKT 的Ser473 位點磷酸化的水平，從而在前列腺癌的防治中發揮作用。比卡魯胺是一種非甾體抗雄激素藥物，常用于治療前列腺癌，UA 與比卡魯胺聯合使用顯示出更好的抗增殖作用，并促進AR 的胞質定位，表明UA 能夠作為前列腺癌的輔助治療藥物[23]。Vicinanza等[24]通過對雄激素非依賴性的前列腺癌細胞研究發現，UA 通過誘導G2/M 阻滯，致使Cyclin B1/CDC2 激酶復合物失活，提示UA 能夠抑制雄激素非依賴性的前列腺癌細胞生長。Zhou 等[25]研究發現甲基化的尿石素A（methylated urolithin A，mUA）也可以治療前列腺癌，mUA 通過調節miR-21 及其下游靶點包括PTEN、AKT 和Wnt/β-catenin 信號傳導來抑制前列腺癌細胞的活力。

結直腸癌患者攝入石榴提取物后，在結腸組織發現大量尿石素，其中UA 和異尿石素A（isourolithin A，IsoUA）含量最多，同時尿石素混合物對結腸上皮癌細胞具有抗腫瘤作用，以UA 和IsoUA 的作用最強，可能是通過上調p21發揮抗腫瘤作用[26]。5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）是結直腸癌治療的首選藥物，但大多數晚期結直腸癌患者對5-FU 單藥治療敏感性較低。González-Sarrías 等[5]研究發現，UA 靶向結直腸癌患者的結腸黏膜，能夠增強5-FU 和5'DFUR（一種5-FU 前體藥物）對結腸癌細胞的作用，可作為治療結直腸癌的佐劑。同時有研究發現UA可以通過阻滯細胞周期并誘導結直腸癌細胞凋亡來顯示抗腫瘤活性，還會誘導自噬并抑制結直腸癌細胞轉移[27]。Norden 等[28]發現UA 是通過降低p53/TIGAR 軸在結腸癌細胞中的糖酵解潛能而獲得抗增殖能力，抑制結腸癌細胞的生長。

已有研究發現尿石素對膀胱癌細胞系T24 具有潛在抗增殖作用，其機制是通過p38/絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）和c-Jun 介導的caspase-3 激活抑制細胞增殖[29]。但在不同細胞系之間，尿石素的敏感性差異明顯，膀胱癌細胞UMUC3 相對更易感。不同尿石素的作用強度也不盡相同，UA 的作用更強，可通過阻滯細胞周期，增加細胞凋亡，并抑制UMUC3 細胞中的細胞內磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/AKT 和MAPK 的信號傳導，從而抑制膀胱癌[6]。

UA 能通過誘導G2/M 期阻滯抑制子宮內膜癌細胞增殖，同時調節雌激素受體-α（estrogen receptor-α，ER-α）依賴性基因表達發揮雌激素激動劑作用，治療子宮內膜癌[30]。此外有研究發現UA 通過抑制PI3K/AKT/mTOR 途徑抑制細胞增殖和促進細胞凋亡，從而發揮治療胰腺導管腺癌的作用[7]。

2.2 UA 與衰老

衰老的自由基理論認為線粒體代謝中產生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）致使機體發生氧化應激從而導致衰老，而線粒體自噬對維持線粒體健康及完整發揮著重要作用[31]。近期有報道稱UA 可以調控線粒體自噬從而展示出延緩衰老的潛力。Ryu 等[3]研究發現UA 在秀麗隱桿線蟲中通過誘導線粒體自噬緩解了線粒體功能障礙，延長了其壽命。在嚙齒動物中，UA 能夠逆轉與年齡相關的肌肉功能下降，表明UA 通過增強線粒體功能改善肌肉質量并延長機體壽命。Waltz 等[32]也得出類似的結論，UA 能夠誘導線粒體自噬改善老年人肌肉減少的癥狀。Chen 等[33]證實UA 能夠抑制衰老相關的星形膠質細胞的激活，并通過激活miR-34a 介導的SIRT1/mTOR 信號通路來誘導海馬組織自噬，改善衰老相關的認知障礙。Liu 等[34]則利用UA 干預衰老的皮膚成纖維細胞，結果顯示UA 顯著增加了Ⅰ型膠原蛋白的表達，并降低了基質金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase-1，MMP-1）的表達，還通過激活核因子E2 相關因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）介導的抗氧化反應減少細胞內的ROS，從而顯示出強大的抗衰老潛力。

2.3 UA 與心血管疾病

全球心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）的發病率逐年上升，死亡率更是居高不下，不僅增加了社會經濟負擔，還嚴重影響了人們的生活質量[35]。CVD 是多因素疾病，炎癥能夠增加CVD 的發病風險，氧化應激與CVD 的發病機制有關，有報道將腸道微生物衍生的代謝產物與CVD 的發病風險相關聯[36]。UA 已被報道具有強大的抗炎和抗氧化作用，相關研究證實UA 能夠在CVD 中發揮有益作用。Savi 等[37]采用糖尿病大鼠模型對糖尿病性心肌病進行體內研究，發現UA 能夠減輕心肌組織對高血糖癥的初始炎癥反應并改善心肌微環境，促進心肌細胞收縮力和鈣動力學的恢復，表明UA 可以作為一種輔助藥物控制糖尿病性心肌病并預防其并發癥。Mele 等[38]研究發現，ETs 來源的代謝產物可以減緩動脈粥樣硬化進程，其機制主要與抗炎作用和脂質轉運及代謝有關。Cui 等[39]研究發現UA 通過激活B族Ⅰ型清道夫受體（scavenger receptor class B type I，SR-BI）和激活Nrf2 信號通路延緩動脈粥樣硬化。Selma 等[40]研究了尿石素代謝表型（urolithin metabotypes，UMs）和心臟代謝風險（cardiometabolic risk，CMR）因素之間的關系，發現載脂蛋白A-I（apolipoprotein A-I，ApoA-I）和高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein-cholesterol，HDL-C）的水平隨著尿液中UA 水平的升高而顯著提高。Tang 等[41]研究發現UA 可以改善心肌缺血再灌注損傷，通過調節PI3K/AKT 通路，減輕缺血再灌注后心肌細胞的缺氧復氧（hypoxia/reoxygenation，H/R）損傷，減少心肌梗死面積和細胞凋亡，同時增強心肌細胞的抗氧化能力。UA 能夠通過誘導線粒體自噬改善線粒體功能及肌肉功能，而心臟線粒體是負責產生能量豐富的ATP 的關鍵細胞器，線粒體功能障礙是導致心力衰竭的根本原因，目前線粒體功能障礙被認為是潛在的治療靶點，UA 也成為治療CVD 的新型候選藥物[42]。

2.4 UA 與神經系統疾病

神經炎癥是神經退行性疾病（neurodegenerative disease，ND）發生和發展中的重要過程。氧化應激和異常蛋白聚集引起的細胞凋亡往往會引發神經炎癥，神經炎癥釋放的促炎細胞因子進而影響神經變性[43]。有研究發現UA 通過誘導自噬以及激活沉默信號調節因子1（SIRT-1）去乙酰化機制介導抗炎活性，抑制了神經炎癥和神經毒性，預防了神經變性，提示UA 是一種有效的神經保護劑[44]。Kim 等[45]使用UA 處理H2O2誘導氧化損傷的神經元細胞時，發現其可以通過抑制線粒體相關的凋亡途徑和調節p38/MAPK 途徑來減輕氧化應激誘導的細胞凋亡，發揮神經保護作用。同時，有研究發現UA 可以通過直接清除自由基及抑制氧化酶發揮神經保護作用[46]。Ahsan等[47]研究發現UA 通過激活自噬抑制了內質網應激從而減輕缺血性神經元死亡，具有治療腦缺血性中風的潛力。

Lee 等[48]研究發現UA 能夠預防和治療糖尿病相關阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）。通常糖尿病患者的高血糖會導致淀粉樣蛋白生成，進而引起神經病理學改變。研究證實UA 可以通過調節2 型轉谷氨酰胺酶依賴的線粒體相關內質網膜和鈣穩態來抑制高糖誘導的神經元淀粉樣蛋白生成。Gong 等[49]發現UA 可以改善APP/PS1（APPswe/PS1ΔE9）轉基因小鼠的記憶力損傷和神經炎癥，其機制主要是UA 通過增強腦AMPK 激活，降低p38/MAPK 和p65/NF-κB 的激活以及抑制淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）和淀粉樣前體蛋白β位裂解酶1（β-site APP cleaving enzyme-1，BACE-1）的降解來影響關鍵的細胞信號通路，從而預防神經元凋亡，改善認知障礙。因此，UA 可以作為潛在的AD 治療藥物。Fang 等[11]在對AD 的研究中，發現UA 通過誘導線粒體自噬改善了APP/PS1 小鼠的記憶障礙和認知障礙，線粒體自噬可消除與AD 有關的tau 蛋白過度磷酸化，減少不溶性β淀粉樣蛋白Aβ1-42 和Aβ1-40，通過小膠質細胞吞噬細胞外Aβ斑塊并抑制神經炎癥來預防APP/PS1 小鼠模型中的記憶損傷和認知障礙。

Kujawska 等[19]在對帕金森病（Parkinson’s disease，PD）進行研究中發現，石榴汁可以治療魚藤酮誘導的PD 大鼠，而石榴汁的神經保護作用主要是通過UA 介導。研究指出石榴汁通過增加線粒體醛脫氫酶活性，維持抗凋亡蛋白Bcl-xL水平，減輕α-突觸核蛋白聚集和氧化損傷，影響神經元活性和穩定性，從而起到神經保護作用。

2.5 UA 與關節及脊椎退行性疾病

退行性疾病由增齡、勞損及創傷等多因素引起，最常見的有關節退行性疾病骨關節炎（osteoarthritis，OA）和脊椎退行性疾病椎間盤退化（intervertebral disc degeneration，IDD），退行性疾病的發生可引起疼痛和活動受限從而導致勞動力喪失，嚴重危害民眾健康。Ding 等[50]研究指出UA 主要是通過抑制MAPK/NF-κB 信號通路減弱白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）誘導的Ⅱ型膠原和蛋白聚糖的降解，并減少炎癥介質的產生，保護軟骨細胞。Fu 等[9]在研究骨關節炎的治療中發現，UA 以濃度依賴的方式抑制了IL-1β誘導的一氧化氮（nitric oxide，NO）、前列腺素E-2（prostaglandin E-2，PGE-2）、環氧化酶（cyclooxygenase-2，COX-2）、誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）、白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的表達及細胞外基質的降解，其機制主要是UA 通過抑制PI3K/AKT/NF-κB 信號通路，減輕了IL-1β誘導的炎癥反應和軟骨降解。

UA 治療脊椎退行性疾病IDD 的機制可能與延緩髓核（nucleus pulposus，NP）細胞凋亡有關。NP 是椎間盤的重要組成部分，通過分布壓力與保持基質穩態，維持椎間盤的生物學功能[51]。Lin等[10]研究發現，UA 通過激活AMPK 信號通路誘導了線粒體自噬，從而抑制叔丁基過氧化氫（tertbutyl hydroperoxide，t-BHP）誘導的人骨肉瘤細胞NP 細胞凋亡，減輕了椎間盤退化。Liu 等[52]在研究椎間盤病變時發現，UA 通過ERK、JNK 和AKT 通路改善了TNF-α誘導的NP 細胞降解，同時延緩了H2O2誘導的NP 細胞衰老，進而減輕了椎間盤退化。

2.6 UA 與代謝性疾病

肥胖和糖尿病等代謝性疾病的發生率逐年升高[53]，而膳食多酚對人體健康的有益作用已被多方證實，并顯示出對代謝性疾病的防治潛力。石榴多酚及其腸道代謝產物UA 可以改善代謝性疾病相關臨床指標，例如參與葡萄糖和脂肪酸代謝的脂肪酶、α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）和二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4），以及影響脂肪細胞分化和三酰甘油（triglyceride，TG）積累的相關基因脂聯素、PPARγ、GLUT4和FABP4等[54]。

高級糖基化終產物（advanced glycation endproducts，AGEs）在體內的累積是導致糖尿病的病因之一，有研究表明UA 可能是通過清除甲基乙二醛減少AGEs 的生成，預防糖尿病的發生[55]。Toney 等[56]研究證明UA 通過增強線粒體功能和生物合成來改善胰島素抵抗（insulin resistance，IR），并減輕肝臟中TG 的積累，加強巨噬細胞中M1/M2 極化。Yang 等[57]研究得到類似的結論，使用高脂/高蔗糖（high fat/high sucrose，HF/HS）飲食誘導IR 小鼠模型，發現UA 顯著降低了空腹血糖、游離脂肪酸（free fatty acids，FFA）和TG水平，升高了脂聯素水平，同時還能減少IR 小鼠肝細胞線粒體呼吸鏈的質子漏出，表明UA 可能通過介導肝臟糖異生及線粒體功能改變來促進IR改善。Zhou 等[58]研究發現余甘子可以改善高血糖大鼠的血管功能，其機制是余甘子中ETs 的代謝產物UA 調節AKT/β-catenin 信號傳導，改善了血管平滑肌細胞的功能障礙。Tuohetaerbaike 等[59]利用2 型糖尿病小鼠模型研究UA 的抗糖尿病作用，結果表明UA 通過誘導自噬及調節AKT/mTOR 信號通路發揮對糖尿病小鼠的胰腺保護作用。

此外有研究還發現UA 具有減輕肥胖癥狀的潛力。UA 是多酚類物質經腸道代謝的產物，這些代謝產物具有減少肝臟細胞及脂肪細胞中TG 累積的能力[60]。Abdulrasheed 等[61]對Wistar 大鼠進行高脂飲食喂養誘導肥胖癥，UA 治療后不僅能夠增加糞便中的脂肪排泄，還通過調節與脂肪生成和脂肪酸氧化相關的基因，降低了內臟脂肪組織質量和體質量，減少了肝臟脂肪的積累及其氧化應激。同時，UA 可以通過增強棕色脂肪組織的生熱作用和誘導白色脂肪的褐變來增加能量消耗，其機制是升高棕色脂肪及腹股溝脂肪庫中三碘甲狀腺原氨酸（triiodothyronine，T3）水平，增加產熱進而拮抗肥胖[62]。

2.7 其他藥理作用

UA 能夠發揮腎臟保護作用。Guada 等[63]利用UA 治療經順鉑誘導腎臟損傷的小鼠，發現UA 顯著下調促炎細胞因子，抑制細胞凋亡，有效減輕了順鉑誘導的腎臟損害。Jing 等[64]研究發現UA能減少促炎細胞因子/趨化因子包括TNF-α、白細胞介素-23（interleukin-23，IL-23）、白細胞介素-18（interleukin-18，IL-18）和巨噬細胞炎性蛋白2（macrophage inflammatory protein 2，MIP2）的表達，從而抑制浸潤的白細胞；此外UA 通過減少炎癥反應減少了產生ROS 的酶，緩解氧化應激。Wang 等[65]在研究腎臟缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IRI）中發現，UA 通過促進自噬，減少促炎因子TNF-α、IL-1β、MIP1α和MIP2 mRNA，緩解了腎臟IRI。

UA 產生于胃腸道并經腸上皮細胞入血，提示其有可能在腸道及腸壁發揮作用。研究發現 UA可以通過增強腸道屏障功能和減輕炎癥治療炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）[66]。而調節炎癥的機制可能依賴于芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AHR）途徑。AHR 在腸道的免疫細胞和非免疫細胞中表達廣泛，其激活與IBD 的發生相關[67]。Singh 等[68]發現UA 及其模擬物UAS03 通過AHR 和Nrf2 依賴性途徑增強屏障功能，上調上皮緊密連接蛋白，從而減輕結腸炎。Larrosa 等[69]給予大鼠5%右旋糖酐硫酸鈉，建立經典的IBD 模型，結果顯示UA 改善了腸道菌群并降低了炎癥標志物。

此外，UA 還具有抑制黑色素生成的功效。Wang 等[70]研究發現UA 可以明顯減弱B16 黑色素瘤細胞的黑色素生成，其機制主要是UA 通過對細胞酪氨酸酶的競爭性抑制作用影響了酪氨酸酶的催化活化，進而減輕色素沉著。因此UA 具有美白淡斑的潛力和功效。

3 總結與展望

綜上所述，近年來UA 作為天然植物化學物ETs 的腸道代謝產物備受關注，隨著UA 的藥理作用及其機制的研究日益廣泛和深入，UA 不僅對癌癥、CVD、ND 及代謝性疾病等眾多臨床疾病具有很好的防治作用，在延緩皮膚衰老、減輕體質量和抑制黑色素生成等美容保健領域也展示出了巨大的應用潛力。但目前已有的研究大多為細胞實驗和動物實驗，將UA 作為藥物或功能性食品應用于臨床人群仍有很長一段距離。需要注意的是，由于UA 是ETs 經腸道代謝產生，進一步探索其腸道菌群代謝過程，及相應菌群調控機制，提高UA 的轉化率和利用率，也將是研究開發UA 必不可少的重要內容。總而言之，鑒于UA 諸多的有益作用，有必要對其加強全面系統的藥理學作用及機制研究，加快相關藥物及產品的研究與開發，以期早日應用于臨床。