劉 偉,吳江平, 2, 3,袁平川, 2, 3,邵太麗, 2, 3,柳春燕, 2, 3, 4,王國棟, 2, 3, 4*
中藥多糖對非酒精性脂肪性肝病改善作用及機制研究進展
劉 偉1,吳江平1, 2, 3,袁平川1, 2, 3,邵太麗1, 2, 3,柳春燕1, 2, 3, 4,王國棟1, 2, 3, 4*
1. 皖南醫學院藥學院藥物研發中心,安徽 蕪湖 241002 2. 安徽省多糖藥物工程技術研究中心,安徽 蕪湖 241002 3. 安徽省皖南地區植物藥活性物質篩選與再評價工程實驗室,安徽 蕪湖 241002 4. 活性生物大分子研究安徽省重點實驗室,安徽 蕪湖 241002
多糖是高等植物、動物細胞膜和微生物細胞壁的重要組成部分,在自然界中廣泛存在,是一種重要的天然生物大分子,具有多種生物活性。非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是一種以肝細胞內脂質過載為特征的慢性肝病。近年來,研究發現中藥多糖可通過調節脂質代謝紊亂、調節腸道菌群、減輕胰島素抵抗與氧化應激、改善線粒體功能障礙等多種途徑改善NAFLD。歸納總結了近年來中藥多糖改善NAFLD的藥理作用及相關機制,以期為多糖在NAFLD防治中的治療應用提供一定的理論參考。
多糖;非酒精性脂肪性肝病;脂質代謝;胰島素抵抗;氧化應激;腸道菌群
多糖是機體活動中必不可少的生物大分子,通常由10個或10個以上單糖通過不同類型的糖苷鍵連接構成,廣泛存在于動物、植物和微生物當中[1]。多糖具有生物活性多樣、空間結構復雜、自然界中廣泛存在等特點[2]。隨著研究的深入,研究者們發現多糖具有調節脂質代謝紊亂、調節腸道菌群、減輕胰島素抵抗(insulin resistance,IR)與氧化應激、改善線粒體功能障礙等生物活性[3]。此外,部分多糖經結構修飾或與其他藥物聯用后,生物活性會大幅提升,這表明多糖類藥物在疾病的防治中具有很大開發潛力[4-5]。
非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是指除酒精和其他明確的損肝因素所致的,以彌漫性肝細胞大泡性脂肪變為主要特征的臨床病理綜合征,包括單純性脂肪肝以及由其演變的脂肪性肝炎和肝硬化,與肥胖和2型糖尿病等疾病密切相關,同時也是導致肝病發生率不斷增加的關鍵因素[6]。“兩次打擊”學說認為IR與氧化應激是NAFLD發生、發展的主要機制[7]。隨著NAFLD研究的深入,“多次打擊”學說認為腸道菌群結構失衡、炎癥、內質網應激、線粒體損傷、肝纖維化、肝細胞凋亡等也是NAFLD重要的發生機制[8-9]。然而,健康的生活方式配合保肝類藥物輔助治療仍是目前臨床防治NAFLD的主要方式[10]。
近年來,大量研究表明多糖能有效改善NAFLD脂質代謝紊亂和肝臟損傷,并對其機制進行了深入研究。本文綜述了中藥多糖對NAFLD改善作用及機制的研究進展,并對現有研究存在的問題和解決辦法進行了討論,旨在為中藥多糖防治NAFLD提供一定的理論支持。
脂肪在肝臟中過度積累是NAFLD發生的第1個關鍵步驟,其主要原因是脂肪合成與分解的失衡。細胞中的脂質,如三酰甘油(triglycerides,TG)、磷脂、糖脂、膽固醇酯等的代謝失衡,可能會引起脂肪合成增加與分解減慢,最終導致脂肪過度積累,誘發NAFLD等疾病[11]。
多糖可調控多種脂質代謝信號通路的表達,從而發揮脂質代謝改善作用。黃芪多糖是黃芪中一種關鍵活性物質。王春花等[12]研究發現對高脂高糖飲食小鼠連續ig黃芪多糖400 mg/kg 8周能有效減輕小鼠肝脂肪變性程度,降低血清TG、總膽固醇(total cholesterol,TC)、天冬氨酸氨基轉移酶(aspartate aminotransferase,AST)、丙氨酸氨基轉移酶(alanine aminotransferase,ALT)、堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和葡萄糖水平,并使肝臟Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)和髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)表達下降,提示黃芪多糖可能通過抑制TLR4/MyD88信號通路減輕肝脂肪變性,改善血脂紊亂。腸道通透性增加會促進NAFLD發展,熒光標記葡聚糖實驗表明,小鼠ig黃芪多糖的腸道通透性顯著低于ig高脂高糖的小鼠,提示黃芪多糖可改善NAFLD小鼠的腸道通透性,抑制NAFLD發展。核轉錄因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)/血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)是體內氧化應激經典信號通路,研究發現,對血脂紊亂大鼠ig黃芪多糖200 mg/kg 14 d后,血清TG、ALT、AST、ALP水平均顯著降低,肝臟Nrf2、HO-1蛋白表達升高,提示黃芪多糖可能通過調控Nrf2/HO-1信號通路減輕氧化應激損傷,保護肝臟[13]。崔寧等[14]在研究黃芪各成分改善脾虛水濕不化大鼠肝功能實驗中發現,黃芪多糖對肝功能提升作用最為明顯,且能促進膽固醇代謝,改善血脂紊亂。枸杞多糖對NAFLD及糖脂代謝相關疾病都有良好的治療效果。研究人員發現枸杞多糖可顯著降低NAFLD大鼠TG、TC、AST、ALT水平,并增加高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)水平,改善脂質代謝紊亂,其機制可能與調控脂質代謝通路解偶聯蛋白2(uncoupling protein 2,UCP2)/沉默信息調節因子3(silent information regulator 3,SIRT3)的表達有關,且這種改善作用在聯合有氧運動后顯著提升[15]。此外,枸杞多糖也可顯著調節NAFLD伴發糖尿病前期大鼠血漿中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸水平,從而調節游離脂肪酸(free fatty acids,FFAs)代謝紊亂,改善大鼠口服糖耐量,這說明枸杞多糖可緩解NAFLD大鼠脂肪酸譜的異常變化,改善NAFLD脂肪變性,從而發揮保肝作用[16]。肝臟脂肪合成與分解的失衡是引起NAFLD的關鍵因素,而腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)是重要的細胞能量傳感器,中藥多糖可通過激活AMPK信號通路,抑制肝臟脂肪生成,促進脂肪分解。一種從麥冬根莖中分離純化且糖鏈結構清晰的果聚糖MDG-1具有改善NAFLD脂質代謝紊亂的功效,其機制被認為可能與其調節AMPK/固醇調節元件結合蛋白-1c(sterol regulatory element binding protein-1c,SREBP-1c)等脂代謝信號通路,抑制NAFLD肝臟脂肪合成,促進膽汁酸代謝有關[17-18]。五味子多糖可顯著降低高脂飲食大鼠血清TG、TC和低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)水平,增加高密度脂蛋白膽固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)水平,抑制脂肪合成信號通路SREBP-1c/脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FAS)/乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)表達,減少脂肪積累,提示五味子多糖可通過減少脂肪合成改善NAFLD[19-20]。紅景天多糖是紅景天根莖中的主要活性成分。研究發現,對高脂飲食大鼠ig紅景天多糖150 mg/kg連續8周,大鼠肝臟病理損傷減輕,血清TG、TC、ALT、AST水平均顯著降低,肝臟內AMPK和過氧化物酶體增殖劑激活受體α(peroxisome proliferators activated receptor α,PPARα)表達均顯著升高,SREBP-1c表達顯著降低,提示紅景天多糖可能通過調控AMPK/PPARα/SREBP-1c信號通路,抑制脂肪合成的同時促進脂肪分解,從而改善血脂紊亂,減輕NAFLD肝臟損傷[21]。Wu等[22]發現對高脂飲食大鼠ig貽貝葡聚糖MP-A 600 mg/kg 4周后,與模型組比較,大鼠肝質量降低,脂肪變性程度減輕,血清與肝臟TG、LDL-C、HDL-C水平均降低,肝臟SREBP-1c、PPARg蛋白表達均下降,提示MP-A可通過調控SREBP-1c/PPARg信號通路抑制脂肪合成,促進脂肪分解,改善血脂水平紊亂與肝臟脂肪變性。載脂蛋白是血漿脂蛋白中的蛋白質部分,在脂質代謝平衡中發揮著重要的作用。其中,載脂蛋白A1(apolipoprotein A1,ApoA1)和載脂蛋白B(apolipoprotein B,ApoB)分別是HDL-C和LDL-C的主要結構蛋白。張赫等[23]研究發現,對高脂乳膠誘導大鼠ig黑木耳多糖50、100、200 mg/kg 6周后,大鼠血清TG、肝濕質量、肝指數均下降,HDL-C水平升高,LDL-C水平降低,且ApoA1和ApoB的表達均顯著降低,提示黑木耳多糖可能通過抑制載脂蛋白活性與表達,減少膽固醇合成,改善血脂紊亂,從而減輕肝臟損傷。滸苔多糖是一種硫酸化多糖,研究發現對高脂飲食大鼠ig滸苔多糖200 mg/kg 5周后,肝臟TG、TC、膽固醇水平均顯著下降,胱硫醚b-合成酶(cystathionineb-synthase,CBS)和胱硫醚γ裂解酶(cystathionine γ-lyase,CSE)表達均顯著增加,血清硫化氫水平也顯著升高[24]。以上數據共同提示滸苔多糖可能通過上調CBS/CSE表達升高血清硫化氫水平,從而改善脂質代謝。
具有脂質代謝改善作用是中藥多糖發揮NAFLD保護作用的基礎條件,安全有效、不良反應小、可用于臨床防治NAFLD的多糖仍需進一步深入研究。中藥多糖可多途徑改善脂質代謝紊亂,減少肝臟脂肪積累,其主要機制見表1。
腸道菌群在機體營養攝取和能量調節中發揮著不可替代的作用。近年來,腸道菌群與肝臟的密切聯系(腸-肝軸)備受關注,為NAFLD防治提供了新思路[29-30]。研究發現,腸道菌群中主要的門,如厚壁菌門(Firmicutes)與擬桿菌門(Bacteroides)的相對豐度(F/B)值的增加和一些特定菌群的變化可以促進NAFLD的發生、發展[31]。同時,腸道菌群結構失衡也會破壞腸道屏障完整性,促內源性乙醇、脂多糖等內毒素流向肝臟,損傷肝臟的同時加重炎癥反應和IR[32-34]。多糖可通過調節腸道菌群改善NAFLD血脂紊亂、炎癥損傷、IR等。
靈芝水提物中分離得到的高相對分子質量(>3×105)多糖可改善高脂飲食造成的肥胖和高脂血癥,降低F/B比值和變形菌門(Proteobacteria)水平[35]。此外,靈芝多糖和殼聚糖可以協同調節高脂飲食金倉鼠的血脂水平,減輕其肝臟損傷和腸道菌群結構紊亂,并增加普雷沃氏菌屬和顫螺菌屬等有益菌的相對豐度。研究還發現,普雷沃氏菌屬、擬普雷沃氏菌屬、雙歧桿菌屬和另枝菌屬的相對豐度與高脂飲食金倉鼠的血清脂譜呈負相關,這提示一些特定細菌與脂代謝密切關聯[36]。麥冬果聚糖MDG-1干預NAFLD小鼠后,a-和b-多樣性分析共同表明小鼠腸道內菌群整體豐富度和多樣性均得到明顯提升,并且在門和屬水平上,MDG-1在顯著降低F/B值的同時,也增加了嗜黏蛋白阿克曼菌屬的相對豐度[18]。其中,F/B值的降低被認為能減肥、調脂和降血糖;嗜黏蛋白阿克曼菌屬的豐度與NAFLD發展呈負相關[17]。此外,MDG-1還促進了乙酸與戊酸等短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)的產生,幫助改善NAFLD[37]。針對多糖能否進入血液發揮調脂功效這一問題,菌群移植實驗揭示了MDG-1可能是被腸道中細菌降解利用后引起一些菌群變化,從而間接發揮調脂、抗炎等功效,但這一假說是否成立還需進一步研究,不過這提示多糖功效的發揮可能是間接性的[38-39]。對NAFLD大鼠連續ig貽貝葡聚糖MP-A 600 mg/kg 5周后,稀疏曲線和主坐標分析表明,長期高脂飲食顯著降低了大鼠腸道菌群豐富度和多樣性,而MP-A顯著逆轉了這種降低。在門水平上,MP-A顯著降低了F/B值;在屬水平上,高脂飲食導致63個屬相對豐度發生變化,其中13個屬被MP-A顯著改變,包括擬普雷沃氏菌屬、擬桿菌屬、嗜黏蛋白阿克曼菌屬等6個屬相對豐度顯著升高,異桿菌屬、綠膿桿菌屬、氫噬胞菌屬等7個屬相對豐度顯著降低,提示MP-A可在門和屬水平上調節腸道菌群發揮NAFLD治療作用。此外,MP-A還可顯著降低NAFLD大鼠血漿中內源性乙醇和脂多糖含量,升高乙酸、丙酸、丁酸的含量,其中丁酸的高水平與腸道屏障完整性呈正相關,以上數據提示MP-A可減少內毒素產生和促進SCFAs生成,恢復腸道屏障完整性[22]。螺旋藻多糖是螺旋藻中含量最豐富的活性成分,研究證實螺旋藻多糖不僅可以改善高脂飲食大鼠血脂紊亂、高血糖和脂肪變性,還可降低大鼠盲腸內容物菌群F/B值和丙酸含量,提示螺旋藻多糖可通過調節腸道菌群改善NAFLD[40]。

表1 中藥多糖調節NAFLD脂質代謝及主要機制
“↓”表示降低;“—”表示不變
“↓” indicates decrease; “—” indicates no change
IR是引起脂肪變性的主要原因,在NAFLD患者中幾乎都存在IR[41]。一些多糖能通過改善胰島素敏感性,抑制新生脂肪合成,從而減少FFAs流向肝臟,改善NAFLD血脂水平。
紅芪多糖被證實可增加IR-HepG2細胞的胰島素敏感性,改善細胞糖代謝功能[42]。甜玉米芯多糖可增加IR-HepG2細胞的葡萄糖攝取和糖原含量,升高細胞活力和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)水平,降低丙二醛和活性氧水平,緩解肝細胞氧化應激損傷,改善肝細胞IR和糖代謝[43]。沙棘多糖[44]、藍刺頭多糖[45]、樺褐孔菌質多糖[46]及苦瓜堿提多糖[47-48]均能促進IR-HepG2細胞葡萄糖攝取和糖原含量的增加,降低細胞內TG和TC水平,改善IR。其中,沙棘多糖還可緩解糖尿病大鼠IR與腎損傷,減輕肝臟脂肪積累[49]。藍刺頭多糖還可促進IR骨骼肌細胞葡萄糖消耗,改善胰島素敏感性[50]。此外,威靈仙多糖[51]、酵母多糖[52]、黃芪多糖[53]均能顯著降低NAFLD大鼠或小鼠IR指數和血糖水平,改善NAFLD。
由活性氧和炎癥反應引起的氧化應激是導致細胞和組織損傷的重要因素。過量的活性氧還會攻擊抗氧化防御系統,進一步加劇氧化應激損傷,而線粒體功能破壞、抗氧化酶活性下降、白細胞聚集以及肝炎等都是導致活性氧過量的重要因素[54-56]。
Nrf2/HO-1信號通路通過增強偶聯反應和細胞抗氧化基因表達,調控解毒及消除活性氧蛋白的產生,是氧化應激經典信號通路。Deng等[57]研究發現,對蛋氨酸及膽堿缺乏飲食小鼠連續ig慈菇多糖800 mg/kg 12周后,血漿TG、TC、花生四烯酸水平均顯著降低,肝臟SOD、谷胱甘肽、Nrf2和HO-1蛋白表達均顯著升高,表明慈菇多糖可能通過激活Nrf2/HO-1信號通路改善脂質紊亂,促進花生四烯酸代謝,減輕肝臟氧化應激,從而發揮NAFLD保護作用。菊苣多糖被證實能顯著降低NAFLD大鼠血清丙二醛水平,升高SOD水平,提高大鼠抗氧化能力,從而減輕氧化應激損傷[58]。裙帶菜多糖可促進動脈粥樣硬化伴發NAFLD前期小鼠的主動脈擴張,并激活Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)/Nrf2/抗氧化反應元件(antioxidant response element,ARE)通路,減輕小鼠氧化應激損傷,發揮NAFLD保護作用[59]。石斛多糖[60]、紅芪多糖[61]、玉竹多糖[62]等也可顯著降低NAFLD大鼠丙二醛水平,升高SOD、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidases,GPXs)及過氧化氫酶(catalase,CAT)水平,提示具有抗氧化應激作用,但具體分子機制還需進一步研究。
作為活性氧的主要來源,線粒體功能發生障礙不僅會導致脂肪分解減慢,還會促進活性氧與促炎因子的大量釋放,加重氧化應激與炎癥損傷,所以有學者提出NAFLD是一種線粒體疾病的假說[63-64]。
慈菇多糖被證實不僅可以改善NAFLD小鼠脂質代謝紊亂和氧化應激,還可以抑制肝臟脂肪過氧化,減輕線粒體供能負擔[57]。對高脂飲食小鼠連續ig針葉多糖800 mg/kg 9周,可顯著改善小鼠氧化應激和線粒體損傷,并促進線粒體b氧化,其機制可能與針葉多糖通過激活肝臟中過氧化物酶體增殖物激活受體g共激活因子-1α(peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator-1α,PGC-1α)表達,從而抑制UCP2表達,增加線粒體復合物Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ活性,恢復線粒體ATP含量有關[23]。
肝細胞凋亡可直接、間接地促進炎癥與肝纖維化,是誘發NAFLD的重要因素,其過程主要受抗凋亡蛋白B細胞淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma 2,Bcl-2)和促凋亡蛋白Bcl-2相關X蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)的調控[65]。一些具有抑制細胞凋亡作用的多糖被證實可改善NAFLD。蟲草花是單純以人工培養基培養的蛹蟲草,價格低廉,且多糖含量高。研究人員發現,對肝纖維化小鼠連續ig蟲草花多糖400 mg/kg 4周后,與模型組對比,小鼠體質量升高,血清ALT、AST水平降低,肝臟病理損傷程度減輕,且肝臟腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、核因子-kB(nuclear factor-kB,NF-kB)、Bcl-2、Bax以及PPARg表達均顯著升高,以上結果提示蟲草花多糖不僅能抑制炎癥反應,還能通過調控Bcl-2/Bax信號通路抗肝細胞凋亡,從而改善肝纖維化,緩解NAFLD進程[66]。
細胞外基質過度積累會造成肝纖維化的發生,多糖可通過減少基質積累,減輕肝纖維化,從而改善NAFLD。徐杰等[67]發現對肝纖維化大鼠連續ig狗肝菜多糖100、200、300 mg/kg 6周后,大鼠肝纖維化程度有所改善,且300 mg/kg劑量改善效果最為明顯,膠原沉積顯著減少,TNF-α、白細胞介素-6、白細胞介素-1b等促炎因子水平顯著降低,肝臟絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)蛋白表達也顯著下降,提示狗肝菜多糖可通過抑制MAPK信號通路抑制炎癥反應,減少膠原沉積,改善肝纖維化。
多糖是自然界中廣泛存在的天然物質,對動、植物和微生物加以合適的提取分離手段就可以得到不同的多糖[68]。目前部分多糖,特別是果聚糖與葡聚糖,不僅結構明確,且具有顯著的調血脂、降血糖、抗氧化、增強免疫力等生物活性[69-71]。在總結近年來多糖改善NAFLD及機制研究后,發現多糖主要通過調節脂質代謝紊亂、調節腸道菌群、減輕IR與氧化應激、改善線粒體功能障礙等途徑防治NAFLD。但是,現階段也存在一些問題亟待解決:(1)作用機制研究尚不深入,有必要在現有研究的基礎上深入開展多糖改善NAFLD的藥理作用靶點研究,為開發療效明確、靶點清晰的多糖類藥物提供理論支撐;(2)構效關系研究還不充分,由于絕大多數多糖是混合物,目前多糖結構表征研究仍主要集中在相對分子質量、單糖組成、官能團等方面,鮮有確切的分子結構報道,這也限制了多糖在防治NAFLD中的構效關系研究;(3)臨床試驗還很缺乏,目前多糖防治NAFLD相關研究主要集中在細胞和動物層面,鮮有臨床大規模試驗,限制了多糖的繼續研究與成果轉化,相關研究需將基礎實驗與臨床研究相結合,促進多糖安全有效應用于NAFLD的臨床防治。
總之,具有NAFLD改善作用的中藥多糖為新藥的研究與開發提供了優良的天然原料,在防治NAFLD等疾病方面具有很大優勢,值得繼續深入研究與探索。
利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突
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Research progress on improving effect and mechanism of traditional Chinese medicine polysaccharides on non-alcoholic fatty liver disease
LIU Wei1, WU Jiang-ping1, 2, 3, YUAN Ping-chuan1, 2, 3, SHAO Tai-li1, 2, 3, LIU Chun-yan1, 2, 3, 4, WANG Guo-dong1, 2, 3, 4
1. Drug Research & Development Center, School of Pharmacy, Wannan Medical College, Wuhu 241002, China 2. Anhui Provincial Engineering Research Center for Polysaccharide Drugs, Wuhu 241002, China 3. Anhui Provincial Engineering Laboratory for Screening and Re-evaluation of Active Compounds of Herbal Medicine in Southern, Wuhu 241002, China 4. Anhui Province Key Laboratory of Active Biological Macromolecules, Wuhu 241002, China
Traditional Chinese medicine polysaccharides are important components of cell membranes of higher plants, animal and cell walls of microorganisms, and are widely found in nature as an important natural biomolecule with a variety of biological activities. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a chronic liver disease characterized by lipid overload in hepatocytes. In recent years, traditional Chinese medicine polysaccharides have been found to improve NAFLD by regulating lipid metabolism disorders, regulating intestinal flora, reducing insulin resistance and oxidative stress, and improving mitochondrial dysfunction. In this paper, related research on role and mechanism of traditional Chinese medicine polysaccharides in improving NAFLD in recent years was reviewed, in order to provide a theoretical basis for the therapeutic application of polysaccharides in prevention and treatment of NAFLD.
polysaccharides; non-alcoholic fatty liver disease; lipid metabolism; insulin resistance; oxidative stress; intestinal bacteria
R282.710.5
A
0253 - 2670(2022)23 - 7566 - 09
10.7501/j.issn.0253-2670.2022.23.028
2022-08-29
安徽省自然科學基金資助項目(1908085MH248);安徽省高校自然科學研究重大項目(KJ2021ZD0101);皖南醫學院科學研究“揭榜掛帥”專項項目(WK2022J02);蕪湖市科技項目(2022cg20)
劉 偉,男,碩士研究生,研究方向為多糖結構解析與活性篩選。E-mail: 13023031591@163.com
通信作者:王國棟,男,教授,博士,研究方向為活性多糖篩選與應用。E-mail: wangguodong@wnmc.edu.cn
[責任編輯 崔艷麗]