人參皂苷對免疫功能的調節作用及機制

張艷, 周淑如, 韓仕陽, 江佳佳

(江蘇大學附屬澳洋醫院腫瘤研究院, 江蘇 蘇州 215600)

人參在亞洲國家作為天然滋補品被廣泛應用,最初主要被用作食物和能量的來源,后來研究者逐漸發現人參對免疫功能、心血管系統、神經系統和癌癥治療等方面有重要作用[1-2]。人參皂苷是人參的主要活性成分,目前很多研究報道了人參皂苷具有調節免疫功能的作用,并觀察到人參皂苷改善胰島素抵抗、體外抑制病毒、改善小鼠肢體缺血并促進血管新生等現象[3-5]。本文主要從人參皂苷對免疫器官、免疫細胞及免疫分子等方面的調節作用及其可能的作用機制進行綜述和分析。

1 人參皂苷概述

人參皂苷主要是從人參的根、莖、葉、花和果實中提取的一組三萜皂苷,是一種多糖衍生物,主要由糖和非糖化合物的半縮醛羥基組成[6]。目前已分離鑒定的人參皂苷有100多種,由于皂苷元的區別,主要分為兩種類型:達瑪烷型和齊墩果烷型,其中達瑪烷型人參皂苷含量最多,達瑪烷型人參皂苷依據皂苷元C-6上有無羥基分為原人參二醇型皂苷(如Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rg3)和原人參三醇型皂苷(如Re、Rf、Rg、Rg2、Rh1)[7]。人參皂苷具有廣泛的生物學功能,如抗氧化、抗癌、抗肥胖、免疫調節、保護肝臟、降血脂,還具有調節代謝及改善心血管疾病的作用,甚至可作為腫瘤靶向治療和糖尿病治療的輔助用藥等[3,8-11]。

2 人參皂苷對免疫器官的調節作用

免疫器官是免疫調節的根本,主要包括中樞免疫器官和外周免疫器官,前者主要由骨髓、胸腺構成,后者主要由脾臟、淋巴結構成。人參皂苷通過對免疫器官的調節可延緩多種疾病的進展。人參皂苷Rg3通過Ca2+依賴途徑增強線粒體抗氧化能力,提高人骨髓間充質干細胞的增殖和分化潛力,防止骨髓間充質干細胞衰老[12]。Liu等[13]發現環磷酰胺誘導免疫抑制小鼠體重減輕,胸腺和脾臟指數下降,病理損傷嚴重,然而當Rg3治療后可逆轉環磷酰胺誘導的免疫抑制作用,胸腺與脾臟形態明顯改善,臟器指數升高,表明Rg3可以改善免疫抑制小鼠的免疫功能。冉瑞圖等[14]發現Rg1能夠顯著降低D-半乳糖致大鼠衰老胸腺細胞的凋亡率,提高大鼠衰老胸腺細胞對刀豆蛋白A的增殖反應能力、胸腺皮/髓質比例與胸腺指數等,說明Rg1通過提高胸腺細胞的增殖能力及胸腺指數延緩機體的衰老。

在抗腫瘤研究中也觀察到人參皂苷對免疫器官的正向調節作用。再生障礙性貧血小鼠模型中,原人參二醇型皂苷能顯著增加骨髓造血細胞數量,髓系、紅系和巨核祖細胞的集落數明顯增加[15]。Cao等[16]發現人參皂苷Rg1通過抑制Bax易位導致的線粒體凋亡來改善再生障礙性貧血的造血干細胞,從而恢復造血功能。化療是腫瘤治療的主要途徑之一,骨髓抑制是其主要不良反應,動物實驗結果表明,原人參二醇型中的Rb1、Rc、Rb2、Rd和原人參三醇型中的Re、Rg1、Rf能有效改善環磷酰胺誘導的骨髓抑制,經人參皂苷治療后,小鼠體重、血細胞數量、造血相關細胞因子以及脾臟與胸腺指數增加,并抑制骨髓細胞凋亡[17]。此外,對肝癌小鼠模型連續給藥Rg3后,小鼠免疫器官中超氧化物歧化酶的活性增強,而黃嘌呤氧化酶活性和丙二醛水平降低,表明Rg3具有良好的抗腫瘤和抗氧化活性,并可改善荷瘤機體的免疫狀態,說明人參皂苷可通過促進免疫器官生長,調節機體抗腫瘤免疫功能[18]。越來越多的研究發現人參皂苷及其代謝物可能通過參與調節多種氧化信號通路發揮其抗氧化作用[8],如Keap1/Nrf2/ARE、PI3K/Akt、NF-κB信號通路等。

3 人參皂苷對免疫細胞的調節作用

免疫細胞是人體免疫應答的參與者,同時還是免疫功能的執行者,包括淋巴細胞、樹突細胞、巨噬細胞、NK細胞、肥大細胞等。現代藥理學研究表明,人參皂苷對免疫細胞具有調節作用。

3.1 對T細胞的調節

T細胞在免疫應答過程中發揮重要作用,具有多種生物學功能,如直接殺傷靶細胞,輔助和抑制B細胞產生抗體,對特異性的抗原和促有絲分裂原的應答反應,以及產生細胞因子等。已有多項研究報道了人參皂苷對T細胞的免疫調節作用。Wang等[19]研究發現,人參皂苷Rh2作用于小鼠黑色素瘤模型后可抑制腫瘤生長并延長小鼠的存活期,T淋巴細胞浸潤腫瘤明顯增高,說明Rh2可以增強小鼠抗腫瘤免疫反應。但在一定條件下人參皂苷也可抑制T細胞增殖。Wang等[20]通過大鼠皮膚移植模型觀察到Rd可顯著降低大鼠外周血中CD4+T細胞和CD8+T細胞,抑制Th1細胞因子的表達水平,能延長皮膚移植物的存活時間,改善移植物的病理損傷,有效拮抗同種異體移植排斥反應,這使人參皂苷Rd可能用于治療Th1誘導的疾病,包括移植排斥反應。此外,Th17細胞自身免疫反應過度和Treg細胞功能障礙可能是多發性硬化癥和自身免疫性腦脊髓炎等自身免疫性疾病發生的重要原因[21]。Park等[22]發現Rg3可以負向調節CD4+T細胞中RORγt的表達,進而抑制Th17細胞分化和Th17介導的神經炎癥。

3.2 對B細胞的調節

B細胞主要是接受抗原刺激后產生抗體,并通過體液免疫來發揮免疫調節作用。有研究發現人參皂苷被人體吸收的主要形式是人參皂苷代謝物compound K(CK)。Zhang等[23]通過研究發現,對于膠原誘導性關節炎,CK治療能夠降低小鼠多發性關節炎指數、關節腫脹個數、脾臟病理評分、B細胞增殖和血清抗體IgG1、IgG2a等的水平,部分通過抑制B細胞活化來改善膠原誘導性關節炎的惡化。Chen等[24]在非特異性關節炎大鼠模型中同樣發現CK可以通過抑制記憶B細胞發揮作用,以減輕非特異性關節炎的嚴重程度。在系統性紅斑狼瘡復雜的發病機制中,免疫功能調節障礙是其發病的主要原因之一,特征在于B細胞的高度活化并產生大量自身抗體。余昕[25]在人參皂苷對系統性紅斑狼瘡體液免疫的調節研究中發現Rb1、Rh1、Rg1和Rg3均能抑制B細胞增殖,促進B細胞凋亡,抑制IgG和IgM分泌,表明人參皂苷具有抑制體液免疫的功能。

3.3 對巨噬細胞的調節

巨噬細胞是炎癥反應的主要作用細胞,在不同條件下,有著明顯的形態和功能異常。根據活化狀態、發揮功能以及分泌因子的不同,主要分為經典活化的M1型巨噬細胞和選擇性活化的M2型巨噬細胞。M1型巨噬細胞一般受脂多糖、IFN-γ、TNF-α或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)刺激,表達CD68、CD80、CD86,分泌IL-1β、IL-6、IL-12等促炎因子,在炎癥早期及抗腫瘤過程中發揮重要作用。M2型巨噬細胞通過Th2細胞因子如IL-4、IL-10、IL-13及免疫復合物進行活化,表達CD163、CD204、CD206及抑制炎癥因子,發揮抑制炎癥反應及組織修復的作用,在腫瘤中分泌IL-10、TNF、CCL17等細胞因子促進腫瘤進展[26]。在不同條件下,人參皂苷對不同亞型巨噬細胞具有不同的調節作用。

人參皂苷Rg3作用于脂多糖誘導的小鼠腹腔巨噬細胞后發現,Rg3可以抑制M1型巨噬細胞標志基因的表達以及iNOS和NO的產生,并誘導M2型巨噬細胞極化,促進小鼠腹膜炎模型炎癥的消除,為人參藥理學在消炎藥物的設計方面提供了一種新的思路[27]。人參皂苷Rh2則可顯著誘導M2巨噬細胞向M1表型分化,從而抑制肺癌細胞增殖、遷移和減少血管內皮生長因子相關蛋白、MMP2、MMP9等多種因子的表達,提示人參皂苷Rh2可通過調節肺癌中腫瘤相關巨噬細胞的表型改善腫瘤微環境[28]。此外,CK作為人參皂苷的一種活性代謝物也可發揮調節巨噬細胞的作用。Liu等[29]研究發現,CK在治療小鼠膠原誘導性關節炎過程中可顯著抑制巨噬細胞吞噬功能,并促進巨噬細胞從M1型向M2型轉化,抑制小鼠血漿和腹腔巨噬細胞培養上清液中炎性因子的分泌,提高IL-10的水平,表明CK可以通過增加抗炎巨噬細胞的極化來治療膠原誘導性關節炎[30]。

3.4 對NK細胞的調節

NK細胞是一種細胞毒性先天淋巴樣細胞,是機體受到外來病原體攻擊時的第一道免疫防線。NK細胞可以產生多種趨化因子和細胞因子(如IFN-γ),招募和激活各種免疫細胞(如T細胞和巨噬細胞),對靶細胞產生協調的免疫反應。NK細胞與多種疾病的發生、發展或治療有關,而人參皂苷可通過對NK細胞的調節延緩疾病進展。

有研究發現人參皂苷Rg1的去糖基化代謝物人參皂苷F1可通過促進NK細胞功能減輕慢性鼻竇炎嗜酸性粒細胞炎癥反應,降低IL-4和IL-13以及產生前列腺素D2所需的造血前列腺素D合成酶的表達,但當NK細胞缺失時人參皂苷F1的治療則無效,這表明人參皂苷F1增強NK細胞活性可能是一種潛在的治療慢性鼻竇炎中嗜酸性粒細胞炎癥的策略[31]。Kwon等[32]研究也發現人參皂苷F1可促進NK細胞的細胞毒性和IFN-γ的產生。以上結果均表明人參皂苷F1可以增強NK細胞的功能,為以NK細胞為基礎的免疫治療提供理論依據。在腫瘤研究方面,人參皂苷對NK細胞的調節作用也起到關鍵作用。Lee等[33]發現Rg3通過激活MAPK/ERK通路促進NK細胞活性,提示Rg3可作為NK細胞的細胞毒性激活劑,用于多種癌癥的治療。綜上可見,人參皂苷可通過增強NK細胞的活性提高機體的免疫功能。

3.5 對樹突細胞的調節

樹突細胞是機體功能最強的專職抗原遞呈細胞,能高效地攝取、加工處理和遞呈抗原,并有效激活初始型T細胞處于啟動、調控并維持免疫應答的中心環節。目前已有多篇文獻報道人參皂苷對樹突細胞的免疫調節作用。

王毅等[34]研究發現Rg1、Rh1能夠增加細胞表面第一、二信號系統重要分子HLA-DR和ICAM-1的表達,增加介導細胞間黏附的分子CD25、CD11c、CD44的表達,有利于樹突細胞-T細胞簇的形成及抗原的遞呈,從而導致樹突細胞免疫功能的增強,表明人參皂苷Rg1、Rh1可以增強樹突細胞的抗原遞呈能力。大量文獻已報道人參皂苷具有雙向免疫調節作用,不僅可以增強樹突細胞的抗原遞呈能力,在一定條件下可抑制樹突細胞的作用。Chen等[35]發現人參皂苷代謝物CK可下調關節炎中樹突細胞啟動的T細胞激活,抑制CCL21/CCR7介導的樹突細胞遷移以及T細胞與樹突細胞之間的信號轉導,從而減輕炎癥的發生。雒宏等[36]研究發現人參皂苷可以通過調節膠原誘導性類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)模型小鼠脾臟細胞中樹突細胞比例而抑制炎癥,進而緩解RA模型小鼠關節炎病理改變,表明人參皂苷抑制RA模型小鼠外周血炎癥可能是通過調節脾臟中傳統樹突細胞亞群種類而發揮作用的。Son等[37]將脾樹突細胞(CD11c+)與鈣網蛋白標記的腫瘤細胞共培養,發現經Rg3處理后CD11c+細胞比例顯著增加,表明Rg3可以提高樹突細胞對腫瘤細胞的攝取能力。

4 對免疫分子的調節

免疫分子主要由T淋巴細胞、B淋巴細胞和巨噬細胞等受抗原刺激后產生。主要包括淋巴因子、補體、抗體等,人參皂苷對免疫分子的調節功能在多種疾病中發揮重要作用,目前被認為是調節機體免疫的首選中藥。

4.1 對細胞因子的調節

細胞因子包括多種類型,如白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子等。研究發現人參皂苷通過參與細胞因子的調節作用干擾多種疾病的發生發展。Long等[38]采用人參皂苷Rg1干預硫酸葡聚糖鈉誘導BALB/c小鼠潰瘍性結腸炎,發現連續給藥14天后結腸炎小鼠體重、結腸重量、結腸長度、結腸重量指數和病理損傷評分均得到有效改善,伴有較少的潰瘍形成和炎癥細胞浸潤,IL-6、IL-33、CCL-2、TNF-α水平降低,IL-4和IL-10水平升高,提示人參皂苷Rg1可有效調控結腸組織中炎性細胞因子的表達。人參皂苷作用于CD14+單核細胞后,細胞上清液中IL-6、TNF-α、IL-10水平顯著升高,但IL-1b水平未明顯升高,提示人參皂苷可以調節單核細胞的作用[39]。H22荷瘤小鼠模型中也觀察到Rh2辛基酯衍生物可增強脾淋巴細胞的增殖能力和細胞毒性,并與TLR4相關;TLR4-/-小鼠脾淋巴細胞中細胞因子(如IFN-γ、IL-2、IL-4)分泌水平明顯增高[11]。上述研究均表明人參皂苷通過調節細胞因子的水平發揮抗炎與抗腫瘤作用。

4.2 對補體的調節

補體廣泛存在于血清、組織液和細胞膜表面,是一個具有精密調控機制的蛋白質反應系統,可廣泛參與機體抗感染防御反應、機體免疫應答及某些免疫病理過程的發生和發展。目前人參皂苷對補體在免疫反應中的調節作用越來越受到研究者的關注。尤艷利等[40]發現人參皂苷可以提高潑尼松治療的臨床療效,降低血沉,促進補體C3的生成,表明人參皂苷通過對補體的促進作用,可以提高機體的免疫防御功能。

4.3 對抗體的調節

抗體是免疫系統在抗原刺激下,由B細胞或記憶B細胞增殖分化成的漿細胞所產生的,可與相應抗原發生特異性結合的免疫球蛋白,按照理化性質和生物學功能,可以將抗體分為IgM、IgG、IgA、IgE、IgD五類。Park等[41]研究發現人參皂苷Rg1和20(S)-Rg3可以直接刺激B細胞產生IgA,表明人參皂苷可以增強機體的免疫功能。在系統性紅斑狼瘡模型研究中,Yu等[42]研究發現人參皂苷Rb1、Rh1、Rg1、Rg3可抑制B細胞分泌的IgG和IgM,并且呈劑量依賴性。

5 展望

免疫系統由免疫器官、免疫細胞和免疫分子組成,是機體執行免疫應答及免疫功能的重要系統,具有識別和排除抗原性異物、與機體其他系統相互協調,共同維持機體內環境穩定和生理平衡的功能。當機體免疫系統發生紊亂時,便會引發各種疾病的發生,如炎癥、腫瘤、糖尿病、肝腎等疾病。因此選擇合適的藥物來維持機體免疫系統的平衡至關重要。人參皂苷作為傳統中藥的一種,備受廣大研究者的關注。近年來,多項研究報道了人參皂苷對免疫器官、免疫細胞或者免疫分子發揮調節作用(表1),表明人參皂苷在治療腫瘤、炎癥或者糖尿病等方面均發揮藥用價值。

表1 人參皂苷對免疫系統的調節

目前,人參皂苷在免疫系統方面的機制研究尚不夠深入,如抗氧化應激的潛在機制尚不明確。雖然動物模型中應用人參皂苷的相關研究較多,但其在臨床試驗中的研究報道較少。未來需進一步開展人參皂苷在免疫系統方面的機制研究,增加臨床應用相關研究,為促進人參皂苷在臨床研究中的應用提供更可靠的證據。