當歸多糖抗衰老的研究進展

王麗平 彭雯

1 當歸的藥理學作用

當歸作為一種經典的中藥材,為補血、補氣類藥品,傳統意義上主要治療病癥為原發性痛經、月經不調[1-2]、氣虧血虛、便秘等[3]。楊浩宇等[4]的研究提出了使用肉蓯蓉、火麻仁、當歸組成的三味小方來治療老年性便秘。當歸的藥理學研究提示,其有效成分具有抗血小板聚集、促進造血、改善心血管功能、護肝保腎、消炎鎮痛、抗腫瘤等作用[3,5]。當歸的不同部位具有不同的化學成分和藥理作用,當歸中含有當歸多糖(angelica sinensis polysaccharide,ASP)、揮發油、有機酸、無機鹽等多種復雜的藥效成分[6],其中,ASP是當歸的主要活性成分之一,具有多種藥理作用。研究表明,“土當歸”的有效成分還具有腫瘤調節、神經保護、增強免疫、抗菌、心腦血管保護等多重藥理學活性[7]。

2 ASP的化學結構與生物活性

ASP是從當歸中提取的一種有效成分,屬于植物多糖,具有多種生物學活性[8]。根據化學結構,ASP可分為相同單糖組合形成的同聚多糖和同種類,及2種及以上單糖組合形成的雜多糖;根據其溶解特性又分為水溶性多糖和非水溶性多糖,而其中活性多糖大部分為水溶性成分[9]。ASP的活性功能與分子化學結構、分子量、聚合糖組成成分密切相關。Liu等[10]的研究表明,多糖分子的糖鏈結構決定了促白血病細胞凋亡的作用;單俊杰等[11]使用不同濃度的乙醇對當歸總多糖進行分級降解后發現,不同分子量的ASP促進淋巴細胞增殖的作用、誘導淋巴細胞分泌免疫調節因子的能力、調節抗病毒類干擾素水平的能力不一樣,經沉淀后分子量較大的多糖部分免疫活性明顯較強。ASP的硒化和硫酸化等不同化學修飾種類與其免疫活性密切相關。與未修飾過的ASP相比,硒化后的ASP免疫活性增強,這種增強是通過促進疫苗接種受體淋巴細胞增殖、提高受體血清抗體效價、增加抗病毒干擾素水平來實現的,而且經不同ASP劑量干預的受體表現出的免疫活性也不同[12]。硫酸化的ASP及其衍生物ASP-1顯著提高了外周血CD4+細胞水平,增加了白血病病毒感染小鼠的胸腺與BMI比值,這提示ASP增加了機體的免疫功能,研究還提示ASP-1可以抑制病毒的復制[13]。不同類型的單糖含量及組成也能對ASP的生物活性造成明顯影響[14]。總之,ASP的分子種類、化學結構、分子含量、分子組成成分與其藥理作用和生物活性息息相關。

3 ASP的抗衰老作用

衰老是隨著年齡的增加,機體出現能量代謝減慢,組織、器官結構退行性變化,功能衰退等一系列表現。目前,衰老的主要機制有氧化應激反應、炎癥反應、免疫功能下降、線粒體自噬、端粒學說、遺傳學說、激素代謝紊亂等[15]。結合ASP的藥理學作用、機體的衰老機制和ASP在衰老中的應用研究,其抗衰老機制如下。

3.1 抗氧化損傷 在細胞的衰老機制中,氧自由基相關的氧化應激是導致衰老的重要原因[16]。ASP能夠清除體內的自由基,降低氧化應激反應,從而延緩衰老過程。賈敏等[17]用過氧化氫(H2O2)誘導細胞損傷,再給予注射ASP后發現細胞活性得以改善。已有多項研究證實了ASP的抗氧化損傷作用:ASP可降低心肌細胞中活性氧的水平,從而抑制由氧化應激介導的細胞凋亡;提高抗氧化酶活性,減少脂質過氧化產物丙二醛(MDA)含量,減少氧化應激反應;通過增加谷胱甘肽含量,減輕脂質的過度氧化,抑制肝細胞凋亡,減輕氧化應激造成的肝臟損傷[18-20]。一項使用ASP干預衰老模型大鼠的研究發現,ASP通過抑制氧化損傷下調衰老相關標志物β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)的表達,進而延緩細胞衰老[21]。李雪燕等[22]的研究證實,ASP可能通過提高大鼠腦組織的超氧化物歧化酶(SOD)活性來對抗細胞的氧化損傷。此外,ASP還可通過抑制氧化應激過程,拮抗致衰劑誘導的衰老模型大鼠的多種臟器損傷[23-25]:經ASP處理的模型鼠,抗氧化酶活性升高,氧化產物減少,肝細胞損傷減輕;ASP可提升睪丸組織的總抗氧化能力,減少衰老相關蛋白的表達,延緩組織的衰老進程;使用ASP干預衰老小鼠,可使小鼠腦部海馬區組織內氧化產物減少,抗氧化能力增加。

3.2 減少細胞凋亡 衰老過程中,細胞凋亡速度逐漸增加,導致機體組織、器官功能逐漸衰退。ASP可通過調控線粒體自噬、保護線粒體功能、改善內質網過度應激等機制減少細胞凋亡。ASP通過激活雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路,抑制神經細胞的凋亡和自噬,減輕細胞損傷[26]。王艷新等[27]的研究發現,ASP通過阻斷Akt/GSK-3β通路,減輕細胞內氧化損傷,抑制細胞的凋亡。ASP保護細胞的機制是多方面的,其一方面下調內質網應激相關調節蛋白和因子的表達,改善內質網應激[28],一方面提高抑制細胞凋亡的調節蛋白Bcl-2的表達[29],除此之外,還可抑制線粒體自噬相關信號通路介導的細胞凋亡[30]。研究證實,ASP從降低衰老標志物γ-H2A的表達、提高細胞抗氧化能力、抑制細胞衰老過程中Wnt/β-catenin信號通路的過度激活3個方面發揮細胞保護作用,延緩細胞衰老[31]。

3.3 增強免疫調節 伴隨著衰老過程一起發生的是先天免疫功能的下降,機體免疫系統對外界病原體的抵抗力減弱。隨著對ASP研究的逐步深入,其增強免疫功能的生物活性已得到廣泛認可,ASP可促進脾細胞增殖,增加小鼠的脾臟指數,調節輔助T細胞分泌因子水平,調節機體的體液免疫和細胞免疫,維持機體免疫功能的穩態[32-33]。免疫調節能力是ASP成分中當歸醇沉物的重要生物活性[34]。ASP具有增強免疫細胞活性、促進免疫調節細胞增殖及免疫球蛋白生成的作用,進而能提高機體的免疫功能,延緩衰老。ASP可明顯提高卵巢早衰小鼠的免疫調節功能[35]。ASP促進了淋巴細胞的增殖,與未進行化學修飾的ASP相比,硒化修飾的ASP免疫活性顯著增強[12]。劉永琦等[36]使用ASP治療鎘污染的大鼠后發現,大鼠體內促免疫細胞因子IL-2含量增加,淋巴細胞轉換能力以及自然殺傷細胞的殺傷能力均明顯提升。徐露等[37]在ASP抗衰老作用的研究中觀察到,使用ASP干預后,衰老模型小鼠脾淋巴細胞數目、脾臟指數增加。

3.4 抗炎作用 炎癥刺激是腦神經元老化的促發因素[38],抑制炎癥反應也是抗衰老的重要途徑。ASP可通過抑制炎癥因子的釋放,減輕炎癥反應,保護機體免受炎癥損傷,從而延緩衰老。一項使用ASP干預大鼠潰瘍性結腸炎的研究發現,ASP明顯抑制了炎癥因子及相關蛋白的表達,從而緩解大鼠結腸炎癥狀[39]。ASP通過減少TNF-α、IL-6等炎性因子水平,下調炎癥趨化因子表達,減輕了炎癥的級聯反應[40]。在使用ASP干預癲癇幼鼠的研究中也監測到幼鼠體內TNF-α、IL-1β等炎性因子水平下降,同時研究觀察到幼鼠海馬組織細胞的凋亡率下降,這與ASP調控了TLR4/NF-κB信號通路,幼鼠海馬區炎癥反應的過度激活得以抑制有關[41]。ASP治療大鼠關節炎的研究表明,大鼠體內IL-1β、TNF-α水平與ASP 呈劑量依賴性下降,ASP同時調控Wnt/β-catenin信號通路來抑制組織內的炎癥反應[42]。ASP除了調節炎性因子分泌、調控炎癥通路外,還通過影響腸道菌群分布、加強腸道屏障功能、調節脂質代謝等機制發揮抗炎作用[43]。ASP治療D-半乳糖誘導衰老大鼠的研究證實,ASP可通過減少TNF-α等炎性因子的表達來抑制慢性炎癥反應,拮抗衰老[44]。

3.5 調控端粒系統 端粒學說一直是衰老機制的著名學說,隨著細胞的不停增殖,端粒不斷縮短,導致細胞線粒體功能障礙以及細胞衰老,而端粒的長度是由端粒酶控制的[45]。ASP可通過調節端粒酶活性、保護端粒結構延緩細胞衰老。汪蘭等[44]的研究發現,使用ASP處理后,衰老模型大鼠海馬區端粒酶損耗速度受到抑制,明顯延緩了大鼠腦組織衰老。這些研究提示ASP可能通過調控端粒系統來延緩細胞、組織衰老。

4 結語和展望

綜上所述,ASP可以通過清除氧自由基、抑制氧化應激、減少細胞凋亡、調節免疫、抗炎、調控端粒酶活性、影響端粒酶損耗速度等多種作用機制來保護細胞,延緩細胞、組織的衰老。多糖是一類分子聚合體,ASP分子種類繁多,不同的化學修飾結構、不同的單糖成分組合影響其生物活性,因此,ASP的分子結構和藥理作用仍有待深入研究和挖掘。天然的ASP產量較低,提純方法復雜,但其毒理作用小、藥用價值大,有必要對其化學成分及炮制、提純方法進一步研究。

衰老是多因子、多通路調控的。雖然已有較多研究從抗氧化、抗炎、免疫調節等角度證實ASP在致衰劑誘導的衰老模型鼠中的抗衰老作用,但ASP抗衰老的研究仍存在較多可深入探索的領域,有望從ASP的分子種類、劑量水平、分子量大小、化學修飾結構等多方面探索特定ASP分子在氧化應激、炎癥反應、免疫調節、細胞凋亡等相關信號通路中的具體有效靶點以及作用機制,這將有利于發現ASP抗衰老治療領域的新理論依據。總之,開發ASP抗衰老制劑有望成為防治老年性疾病的新途徑。