葛根素在呼吸系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

古路路 吳福玲

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院兒科，濱州 256600

呼吸系統(tǒng)疾病具有高發(fā)病率和高病死率的特點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)造成巨大的健康負(fù)擔(dān)，包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPO）、病毒性肺炎、急性肺損傷（ALI）、肺癌及其他呼吸系統(tǒng)疾病。葛根素是從葛根中提取的主要活性成分，可以通過(guò)抗炎、抗氧化、抗病毒、抗細(xì)胞凋亡等作用緩解此類疾病。因此，我們現(xiàn)對(duì)近年來(lái)葛根素干預(yù)呼吸系統(tǒng)疾病的機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)歸納，以期為治療該系統(tǒng)疾病提供新的思路和治療靶點(diǎn)。

葛根素概述

葛根素是從葛根中提取的主要活性成分，其結(jié)構(gòu)式為7，4'-二羥基-8-C-糖基異黃酮，呈白色針狀晶體，微溶于水，水溶液為無(wú)色或淡黃色。葛根素是一種具有很高保健價(jià)值的天然抗氧化劑，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、提高免疫力、保護(hù)心腦血管和神經(jīng)細(xì)胞等一系列生物活性。近年來(lái)，人們研究了包括微乳和自乳化給藥系統(tǒng)、樹(shù)枝狀聚合物、納米顆粒和納米晶體在內(nèi)的各種納米技術(shù)和制備技術(shù)，從而提高葛根素的生物利用度［1］。

葛根素與呼吸系統(tǒng)疾病

1.葛根素與哮喘

哮喘是一種氣道慢性炎癥性疾病，由多種炎癥因子參加，并抑制抗原呈遞［2］。葛根素可減輕卵清蛋白（OVA）誘導(dǎo)的過(guò)敏性哮喘小鼠模型的炎癥反應(yīng)，顯著抑制支氣管肺泡灌洗液（BALF）和肺組織中炎癥細(xì)胞的募集，降低血清中白細(xì)胞介素（IL）-4、IL-10表達(dá)以及增高γ干擾素（IFN-γ）的釋放［3］。葛根素還可以抑制人支氣管上皮細(xì)胞（HBEC）和中性粒細(xì)胞共培養(yǎng)模型炎性細(xì)胞因子的釋放［4］。胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素（TSLP）和Th2細(xì)胞因子在哮喘患者氣道上皮細(xì)胞和固有層高表達(dá)，且與支氣管哮喘的嚴(yán)重程度和Th2炎癥趨化因子表達(dá)密切相關(guān)［5］。王文璐等［6］通過(guò)研究證實(shí)葛根素抑制TSLP的表達(dá)，進(jìn)而減輕慢性哮喘小鼠氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性和Th2免疫，從而起到保護(hù)作用。因此，調(diào)控TSLP、Th2免疫可作為治療哮喘的新思路。

2.葛根素與COPD

COPD與香煙煙霧（CSE）等有害氣體或有害顆粒刺激誘發(fā)氣道和肺組織的氧化應(yīng)激和慢性炎癥增強(qiáng)有關(guān)，而葛根素可有效改善慢性氣道炎癥中的肺功能，減少炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。已知，在COPD進(jìn)展中，哺乳動(dòng)物有絲分裂受體結(jié)構(gòu)域蛋白1（FUNDC1）與缺氧細(xì)胞的自噬和凋亡密切相關(guān)［7］。Wen等［8］發(fā)現(xiàn)，沉默CSE刺激的HBEC中的FUNDC1基因，從而抑制線粒體自噬和凋亡，減緩COPD過(guò)程。有研究表明，用不同濃度的葛根素處理后，CSE刺激的HBEC的活力增強(qiáng)，細(xì)胞凋亡減少［9］。潘曉杰等［10］通過(guò)葛根素作用于COPD大鼠實(shí)驗(yàn)后證實(shí)，葛根素還可調(diào)節(jié)PINK1-parkin通路誘導(dǎo)的線粒體自噬，抑制肺泡上皮細(xì)胞凋亡，減輕炎癥反應(yīng)。

值得注意的是，葛根素還可通過(guò)不同信號(hào)通路來(lái)參與COPD的進(jìn)展。核因子（NF）-κB的氧化激活調(diào)節(jié)COPD中重要炎癥介質(zhì)的表達(dá)，例如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、環(huán)氧合酶（COX）-2和IL-8［11］。Zhang等［12］研究發(fā)現(xiàn)，急性吸煙（ACS）誘導(dǎo)小鼠NOX1、2和4蛋白表達(dá)上調(diào)、活性氧（ROS）產(chǎn)生和肺部炎癥反應(yīng)，同時(shí)增加了肺實(shí)質(zhì)和BALF中的炎癥細(xì)胞計(jì)數(shù)，激活了NF-кB通路，上調(diào)了TNF-α、KC（IL-8的小鼠同源物）、COX-2、IL-6和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）的表達(dá)，葛根素緩解了上述癥狀。在CSE處理的HBEC中，葛根素明顯降低了NOX1和NOX4的上調(diào)，從而抑制ROS的產(chǎn)生，使NF-кB通路失活，并消除IL-8的釋放和COX-2的上調(diào)。綜上，葛根素通過(guò)減弱ACS誘導(dǎo)小鼠肺和小氣道上皮細(xì)胞的早期氧化和炎癥反應(yīng)，緩解COPD的發(fā)展。

3.葛根素與病毒性肺炎

新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）已成為流行病之一，研究和開(kāi)發(fā)有效的治療藥物非常重要。一些研究人員推測(cè)，葛根素可能是COVID-19的一種候選治療方法。主要蛋白酶（Mpro）在嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2）的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮著重要作用，也是一個(gè)有吸引力的藥物靶點(diǎn)。葛根素可以與SARS-CoV-2（Mpro）的結(jié)合位點(diǎn)對(duì)接，這表明葛根素是一種潛在的抗SARS-CoV-2藥物。葛根素還具有很強(qiáng)的抑制棘過(guò)程蛋白質(zhì)的能力。S蛋白是冠狀病毒與宿主細(xì)胞表面血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2（ACE2）受體結(jié)合，進(jìn)而介導(dǎo)病毒侵襲宿主細(xì)胞的關(guān)鍵蛋白，是抗體開(kāi)發(fā)的重要靶點(diǎn)［13］。葛根素是一種具有ACE2結(jié)合活性的潛在化合物。基于表面等離子共振（SPR）的競(jìng)爭(zhēng)分析表明，葛根素可顯著影響病毒S蛋白與ACE2受體的結(jié)合。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和分子對(duì)接的方法，有研究者發(fā)現(xiàn)葛根素的抗COVID-19作用與抑制氧化應(yīng)激、炎癥級(jí)聯(lián)以及細(xì)胞凋亡有關(guān)［14］。葛根素治療COVID-19的信號(hào)通路包括凋亡、IL-17信號(hào)通路、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路和TNF信號(hào)通路。此外，已經(jīng)確定了葛根素治療COVID-19的所有關(guān)鍵生物靶點(diǎn)，包括表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）、TNF、腫瘤蛋白p53（TP53）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（CASP3）、RELA原癌基因（RELA）、Fos原致癌基因（Fos）、Caspase 8（CASP8）、前列腺素-過(guò)氧化合酶2（PTGS2）、IL2、蛋白激酶CB（PRKCB）、B細(xì)胞淋巴瘤/白血病基因-2（BCL2）、蛋白激酶CA（PRKCA）、一氧化氮合酶3（NOS3）和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARG）［14］。流感是一種急性病毒性呼吸道疾病，也會(huì)引起腸胃炎樣癥狀，如腹痛、惡心、嘔吐和腹瀉，因?yàn)榱鞲胁《究筛腥菊ｓw質(zhì)量小鼠的脂肪組織，引起腸道脂肪免疫功能障礙。葛根素治療可逆轉(zhuǎn)流感病毒對(duì)腸道和脂肪免疫系統(tǒng)的損害［15］。此外，有研究揭示，葛根素在小鼠中表現(xiàn)出有效的抗病毒活性，對(duì)H1N1具有50%和70%的保護(hù)作用，降低病毒滴度，并有效緩解肺部炎癥［16］。其機(jī)制是：葛根素與H1N1的神經(jīng)氨酸酶（NA）具有較強(qiáng)的結(jié)合親和力；葛根素在NA蛋白的150環(huán)區(qū)具有較高的穩(wěn)定結(jié)合。這些結(jié)果表明，葛根素在細(xì)胞和動(dòng)物模型中均可作為NA阻斷劑抑制甲型流感病毒［16］。因此，葛根素在治療流感病毒感染方面也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

4.葛根素與ALI

ALI是一種危重癥綜合征，患者發(fā)病率和病死率較高。眾所周知，炎癥與ALI的發(fā)展有關(guān)。葛根素可通過(guò)多種機(jī)制緩解ALI進(jìn)展，機(jī)制之一是通過(guò)調(diào)節(jié)血管緊張素系統(tǒng)和NF-κB通路［17］。它可調(diào)節(jié)煙霧所致ALI的CD4+淋巴細(xì)胞亞群，降低BALF中炎癥細(xì)胞因子水平，并通過(guò)抑制Th17反應(yīng)減輕炎癥反應(yīng)。經(jīng)葛根素治療后可抑制煙霧吸入誘導(dǎo)的血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）1型受體、ACE的表達(dá)，增強(qiáng)煙霧吸入抑制的ACE2的表達(dá)，并可下調(diào)NF-κB的表達(dá)。另一個(gè)機(jī)制是通過(guò)調(diào)節(jié)鐵死亡［18］。鐵死亡是一種新型的程序性細(xì)胞死亡，已證實(shí)葛根素可抑制脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞鐵死亡和膿毒癥所致的肺損傷炎癥［19］。研究還發(fā)現(xiàn)，葛根素降低細(xì)胞上清液中TNF-α和IL-1β的水平，阻止內(nèi)皮鈣粘蛋白的下調(diào)來(lái)緩解LPS誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞的高滲透性［20］。因此，葛根素通過(guò)降低LPS誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞高滲來(lái)減輕肺損傷。

此外，凋亡在ALI的發(fā)展中起重要作用。凋亡的主要特征是細(xì)胞質(zhì)膜迅速破裂，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物和促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。NOD樣受體蛋白3（NLRP3）是炎癥小體的關(guān)鍵代表，能引發(fā)凋亡［21］。如前所述，胞質(zhì)DNA感覺(jué)受體激活NLRP3炎癥小體是導(dǎo)致LPS誘導(dǎo)ALI的關(guān)鍵原因之一［22］。Ying等［23］的研究證實(shí)NLRP3炎癥小體激活的減弱能夠阻止ALI的進(jìn)展。Cai等［24］通過(guò)構(gòu)建ALI動(dòng)物和細(xì)胞模型，然后進(jìn)行葛根素治療，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，葛根素下調(diào)組蛋白去乙酰化酶1（HDAC1）的表達(dá)，以減輕ALI的癥狀。HDAC1過(guò)表達(dá)促進(jìn)LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，從而逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)ALI的抑制作用，HDAC1過(guò)表達(dá)也降低了蛋白磷酸酶2A（PP2A）的表達(dá)，提示PP2A參與了HDAC1對(duì)LPS誘導(dǎo)的炎癥的影響。PP2A對(duì)NLRP3具有抑制作用。同時(shí)，葛根素通過(guò)在體內(nèi)和體外沉默HDAC1或過(guò)表達(dá)PP2A阻礙了ALI的進(jìn)展。綜上所述，葛根素通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡減輕ALI。

5.葛根素與肺癌

肺癌是一種嚴(yán)重威脅人類健康的常見(jiàn)腫瘤，發(fā)病率和病死率都很高。miR-490是目前研究較多的抑癌因子之一，可抑制胃癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、食管癌等惡性腫瘤的生長(zhǎng)、遷移和侵襲。miR-490在非小細(xì)胞肺癌中同樣具有抑癌作用［25］。E3泛素連接酶（DTL）是miR-490潛在下游靶基因。DTL在非小細(xì)胞肺癌中表達(dá)異常上調(diào)。在非小細(xì)胞肺癌中，葛根素可通過(guò)上調(diào)miR-490的表達(dá)，靶向抑制下游靶因DTL的表達(dá)，進(jìn)而抑制非小細(xì)胞肺癌生長(zhǎng)和遷移。聯(lián)合化療已成為最常用的癌癥預(yù)防治療方法之一，Zhao等［26］開(kāi)發(fā)用于遞送葛根素和5-氟尿嘧啶（5FU）的可堆肥聚合物納米材料（NM）。5-氟尿嘧啶-葛根素（5FU-PRN）NMs在體外觸發(fā)肺癌細(xì)胞系（如HEL-299和A549）的細(xì)胞凋亡。與游離抗癌產(chǎn)品相比，5FU-PRN NMs的溶血分析結(jié)果顯示出優(yōu)異的生物相容性。綜合這些優(yōu)點(diǎn)，這種組合藥物輸送策略揭示了5FU-PRN NMs在提高肺癌細(xì)胞治療有效性方面具有顯著的前景。

基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）在惡性腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中有重要意義。楊潔等［27］經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，葛根素對(duì)小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的抑制作用與MMP-2和MMP-9有關(guān)。大量研究證實(shí)，ERK/MAPK的經(jīng)典通路在調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞的增殖、存活和侵襲性方面起著重要作用［28-29］。既可以通過(guò)抑制ERK的磷酸化來(lái)抑制侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)因子的表達(dá)［30］，又通過(guò)PI3K/Akt和MAPK/Erk1/2信號(hào)通路輕微誘導(dǎo)細(xì)胞自噬［31］。這些發(fā)現(xiàn)表明葛根素具有抗癌活性，是肺癌的潛在治療劑。

總結(jié)與展望

葛根素是一種可實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用的藥物，在治療支氣管哮喘、COPD、病毒性肺炎、ALI及肺癌中具有重要價(jià)值，但目前缺少葛根素治療炎癥性疾病的完整實(shí)驗(yàn)研究［9］。此外，研究還應(yīng)該關(guān)注其在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的安全性和有效性。隨著研究的不斷加深，葛根素的作用與功效將被進(jìn)一步研發(fā)。

作者貢獻(xiàn)聲明古路路：醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)施研究，采集數(shù)據(jù)，分析/解釋數(shù)據(jù)，起草文章；吳福玲：醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，行政、技術(shù)或材料支持，指導(dǎo)，支持性貢獻(xiàn)