祝德秋,劉皋林
(1.上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院藥劑科,上海市 200080;2.同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院臨床藥理室,上海市 200065)
木樨草素(Luteolin)為天然黃酮類化合物中的代表性成分,屬弱酸性四羥基黃酮類化合物,在植物界分布廣泛,存在于紫蘇、金銀花、菊花、四方蒿、忍冬花和芹菜、洋白菜、菜花、胡蘿卜等許多天然藥物和蔬菜、水果中。木樨草素的化學(xué)名為3′,4′,5,7-四羥基黃酮(3′,4′,5,7-Tetralydroxy flanone),其分子式為C15H10O6,分子量為286.23,因最初從木樨草科Resedaceae木樨草屬Reseda的草本植物木樨草Reseda odorata L.的葉、莖、枝中所分離出而得名,是一種天然色素組分。這種色素組分從天然植物色素化學(xué)結(jié)構(gòu)分類上屬于多酚(Polyphenol)類的黃酮(Flavone)亞類色素;從溶解性能分類上屬于水、醇溶性的染料類色素;木樨草素已被世界權(quán)威性的英國色素化學(xué)家學(xué)會(huì)(UK)載入該學(xué)會(huì)編輯出版的色素索引,被命名為黃色天然色素2(Natural yellow 2),編為CI No.75590。木樨草素純品為黃色結(jié)晶狀粉末,能溶于乙醇、乙醚,微溶于熱水,溶于堿溶液,水溶液呈悅目的淡黃色,正常條件下穩(wěn)定。因木樨草素分子上存在著酚羥基,故其水溶液顯示微弱的酸性,并能夠與鐵、鎂、鈣、銅、鋁、鋯等金屬離子生成帶色的絡(luò)合物。自從1955年P(guān)aris R首次分離得到木樨草素后,人們就其抗氧化、抗腫瘤、抗炎和對抗缺血性血管損害等方面生物活性和藥理作用進(jìn)行了較為廣泛的研究[1],但目前應(yīng)用主要局限在保健品、染料和食物添加劑等方面。近年來,人們對木樨草素的生物調(diào)節(jié)活性進(jìn)行了較為廣泛和深入的研究,有了更深入的了解。為了便于木樨草素的進(jìn)一步開發(fā)利用,現(xiàn)就近10年來木樨草素的藥理作用研究狀況作如下綜述。
木樨草素可以通過抗增殖和誘導(dǎo)凋亡抑制惡性腫瘤細(xì)胞的生長,在體外對人肝癌細(xì)胞(HepG2、J5)、結(jié)直腸癌細(xì)胞(COLO205、HCT116和HCT15)、宮頸癌Hela細(xì)胞、黑色素瘤細(xì)胞(SK-MEL-1和SK-MEL-2)、卵巢囊腺癌細(xì)胞SKOV-3、人中樞神經(jīng)腫瘤細(xì)胞XF-498、胃癌細(xì)胞HGC-27、腹水癌細(xì)胞NK/LY、白血病細(xì)胞(P388、CEM-CT、CEM-27)、平滑肌瘤細(xì)胞、上皮細(xì)胞癌細(xì)胞A431等10多種癌細(xì)胞有抑制增殖作用,還可誘導(dǎo)一些癌細(xì)胞發(fā)生凋亡[2]。
木樨草素主要靠改變細(xì)胞信號通路抑制腫瘤細(xì)胞生長因子或改變激酶活性抵抗癌細(xì)胞的浸潤,也可通過阻滯細(xì)胞周期等方式抑制腫瘤細(xì)胞生長。在HepG2中,木樨草素通過影響絲裂原活化的蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERKS)和PI3K-Akt信號通路這2條途徑抑制細(xì)胞增殖[3]。在野生型P53細(xì)胞系中,木樨草素通過阻滯細(xì)胞周期產(chǎn)生抗腫瘤作用。木樨草素誘導(dǎo)S-相細(xì)胞周期阻滯,并誘導(dǎo)DNA修復(fù)酶mRNA的轉(zhuǎn)錄[4]。木樨草素能提高P53蛋白和細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶(CDK)抑制劑P21(WAF1/CIP1)蛋白的表達(dá),下調(diào)CDK4表達(dá),并通過抑制細(xì)胞周期生長和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生抗肝細(xì)胞癌活性,其效果與5-氟尿嘧啶(5-FU)相當(dāng);低劑量可抑制肝癌細(xì)胞株P(guān)LC/PRF/5、Hep3B和HA22T/VGH,但需較高的濃度來抑制肝癌細(xì)胞株HepG2和SK-Hep1[5]。除此之外,百里香、芽甘藍(lán)、洋白菜等蔬菜中含有的木樨草素可抑制與腫瘤細(xì)胞增殖有關(guān)的酪氨酸激酶和局部黏著斑激酶(FAK),F(xiàn)AK是細(xì)胞浸潤的重要調(diào)節(jié)因子,對其磷酸化的活化的阻斷有利于抑制腫瘤細(xì)胞浸潤[6]。
誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡是腫瘤治療研究的新途徑,木樨草素可通過不同的方式誘導(dǎo)不同的腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡。木樨草素可誘導(dǎo)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ介導(dǎo)的凋亡,這表明木樨草素對拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ的抑制部分是因?yàn)橥負(fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ-DNA-可剪切復(fù)合體有較高的穩(wěn)定性[7]。在腫瘤細(xì)胞中,40 μmol·L-1的木樨草素就可完全抑制真核DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶[8]。所以,木樨草素可作為拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ接觸反應(yīng)活性的抑制劑,成為一種誘導(dǎo)型抗癌化合物,對拓?fù)洚悩?gòu)酶產(chǎn)生抑制作用[9]。木樨草素還可誘導(dǎo)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ介導(dǎo)的凋亡,通過形成木樨草素-topoⅡ-DNA三重復(fù)合物剪切DNA,與槲皮素比較,具有更強(qiáng)烈地抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ活性的作用[10]。在HeLa細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞系DU145等人類惡性腫瘤細(xì)胞中,木樨草素能顯著上調(diào)死亡受體(DR5,也稱為TRAIL-R2),引起細(xì)胞凋亡,而對正常細(xì)胞則沒有類似作用[11]。木樨草素不僅在人類惡性腫瘤細(xì)胞中上調(diào)DR5引起凋亡,其本身單獨(dú)作用也可輕微地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。可見,木樨草素可能有較廣的抗癌譜。
凋亡增敏劑是新近抗腫瘤研究的另一熱點(diǎn)。木樨草素可作為凋亡增敏劑,當(dāng)與化療藥物聯(lián)合應(yīng)用時(shí),能增強(qiáng)藥物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的能力,表現(xiàn)在腫瘤壞死因子-α(TNF-α)可以激活細(xì)胞死亡和細(xì)胞存活2條路徑,因此大多數(shù)癌細(xì)胞對它的細(xì)胞毒作用易產(chǎn)生耐受性。用木樨草素預(yù)處理一些人類癌細(xì)胞系(如結(jié)腸直腸癌COLO205、HCT116細(xì)胞和宮頸癌HeLa細(xì)胞)后發(fā)現(xiàn),TNF-α誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的能力顯著增強(qiáng)[12]。木樨草素也可通過抑制蛋白激酶C(PKC)的活性和降解凋亡蛋白的X-鏈接的抑制劑(XIAP),促進(jìn)半胱氨酸-天冬氨酸蛋白水解酶-8(Caspase-8)的活性和Caspase-3成熟,產(chǎn)生對腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)誘導(dǎo)的凋亡增敏作用[13],這可能是木樨草素一個(gè)獨(dú)特的新功能。許多癌細(xì)胞對TRAIL有耐受性,當(dāng)前的研究發(fā)現(xiàn),用無細(xì)胞毒性濃度的木樨草素處理對TRAIL敏感的HeLa細(xì)胞和TRAIL耐受的癌細(xì)胞(CNE1、HT29和HepG2),可以顯著提高TRAIL誘導(dǎo)凋亡的敏感性[14]。在腫瘤細(xì)胞中XIAP蛋白水平明顯降低,而用木樨草素和TRAIL處理過的細(xì)胞的XIAP在mRNA水平保持穩(wěn)定。所有這些結(jié)果都表明,木樨草素聯(lián)合TRAIL在癌癥治療中具有潛在的應(yīng)用前景。
木樨草素能抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長,減少腫瘤組織血管生成,限制腫瘤生長;其還可封閉血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的黏附,從而限制腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移。木樨草素能顯著抑制大鼠大動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)血小板源性生長因子(PDGF)-BB-誘導(dǎo)的增殖和大鼠大動(dòng)脈VSMCs DNA合成,并呈現(xiàn)濃度依賴性關(guān)系;流式細(xì)胞儀分析DNA含量顯示木樨草素可阻滯PDGF-BB-誘導(dǎo)的細(xì)胞周期進(jìn)程;木樨草素預(yù)處理大鼠大動(dòng)脈的VSMCs,可明顯地抑制PDGF-BB-誘導(dǎo)的細(xì)胞外信號-調(diào)控激酶1/2(ERK1/2)、Akt激酶和磷脂酶C(PLC)-γ1活性[15]。體外試驗(yàn)表明,木樨草素也能抑制血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)誘導(dǎo)的人臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的生存與增殖,即新血管生成。因此,可以認(rèn)為木樨草素跟許多植物黃酮一樣,是一種血管生成抑制劑。
木樨草素在體內(nèi)具有化學(xué)保護(hù)作用,對抗惡性腫瘤的發(fā)生沒有明顯的毒副作用。研究發(fā)現(xiàn),木樨草素經(jīng)胃給藥于大鼠,可通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)抗氧化功能,預(yù)防二甲肼(DMH)誘導(dǎo)的組織病理學(xué)變化,抑制結(jié)腸癌發(fā)生[16]。木樨草素一方面通過清除射線產(chǎn)生的自由基來減少DNA損傷,減輕放療的副反應(yīng);另一方面它本身就能抑制癌細(xì)胞增殖,從而提高療效??诜鹃夭菟乜山档桶⒚顾氐亩拘?,減少腫瘤化療藥產(chǎn)生的副作用。
近年來,木樨草素抗炎和抗變態(tài)反應(yīng)的生物作用引起了人們的重視。木樨草素是一種活性很強(qiáng)大的肥大細(xì)胞釋放抑制劑,可抑制肥大細(xì)胞脫顆粒和組胺、前列腺素樣物質(zhì)(PGs)及細(xì)胞因子等炎性介質(zhì)的釋放[17],表現(xiàn)出抗炎和抗變態(tài)反應(yīng)的生物活性;對其它炎性細(xì)胞如中性白細(xì)胞、單核細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和淋巴細(xì)胞也表現(xiàn)出廣泛的免疫調(diào)節(jié)作用,主要表現(xiàn)在抑制炎性刺激作用下的細(xì)胞活化及炎性介質(zhì)(組胺、NO、TNF、白三烯和PGs樣物質(zhì)等)的釋放[18],抑制細(xì)胞跨膜信號傳遞或炎性介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控可能是其作用機(jī)制之一,在多種黃酮物質(zhì)的比較中,木樨草素活性最為明顯,體外試驗(yàn)中其有效濃度多在10 μmol·L-1以下。Hu C等[19]用脂多糖(LPS)刺激小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7,揭示木樨草素對前列腺素E2(PGE2)釋放減少和COX-2酶蛋白表達(dá)抑制的關(guān)系。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,木樨草素對小鼠足腫脹、肉芽腫和氣囊腫3種炎癥反應(yīng)均有明顯抑制作用;能夠顯著抑制刀豆蛋白A(ConA)刺激引起的小鼠脾細(xì)胞增殖,且呈濃度依賴性,顯示木樨草素可以明顯抑制急、慢性炎癥反應(yīng),其作用機(jī)制可能與其對COX-2活性特異性抑制有關(guān)[20]。
木樨草素對皮膚變態(tài)的速發(fā)相和遲發(fā)相過程都表現(xiàn)出顯著的抗炎作用,并有直接對抗炎性因子的作用,提示木樨草素抗炎作用環(huán)節(jié)的多樣性。木樨草素抑制與皮膚變態(tài)反應(yīng)相關(guān)的瘙癢癥,亦能夠顯著減少干燥性皮炎引起的小鼠自主搔癢行為,降低病變皮膚中的PGE2含量,并能有效抑制Compound 48/80(50 μg·mL-1)引起的大鼠腹腔肥大細(xì)胞脫顆粒,說明木樨草素能有效減輕小鼠干燥性皮炎的瘙癢癥狀,其作用可能是通過對肥大細(xì)胞脫顆粒及局部炎癥的抑制來實(shí)現(xiàn)的[21]。一項(xiàng)數(shù)百名支氣管炎患者參加的臨床研究表明,木樨草素的有效率超過90%,完全緩解者達(dá)63.8%,對慢性支氣管炎癥狀,如咳嗽、咳痰、哮喘等都能有效緩解,而且未見有肝臟、心臟或腎臟毒性報(bào)道,其對試驗(yàn)性咳嗽以及病理性咳嗽均能抑制,其天然品已應(yīng)用于臨床治療止咳、祛痰,有較好的療效。木樨草素能減少支氣管哮喘氣道,抑制氣道重塑,提示其作為全身性抗炎藥應(yīng)用的可能性[22]。
早年的研究表明,木樨草素具有降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物血壓、降低狗冠脈阻力、增加狗冠動(dòng)脈流量的作用。在對黃酮類物質(zhì)動(dòng)脈血管舒張活性與結(jié)構(gòu)分析中,發(fā)現(xiàn)木樨草素具有顯著的血管舒張作用,其作用強(qiáng)度超過槲皮素、染料木黃酮、大豆異黃酮和兒茶素等[23]。對內(nèi)皮完整和去內(nèi)皮的大鼠胸主動(dòng)脈環(huán),木樨草素均能濃度依賴性地降低苯腎上腺素預(yù)收縮血管的張力,拮抗高鉀引起的血管收縮,而且可以顯著地對抗無鈣、無鉀環(huán)境下逐漸恢復(fù)鈣后由腎上腺素(PE)引起的血管收縮,表明木樨草素是一個(gè)有效的舒張血管活性物質(zhì),這可能是其降血壓作用的主要機(jī)制[24]。
木樨草素可通過阻斷血栓素A2受體而抑制血小板功能,這對改善動(dòng)脈硬化中高血凝傾向有一定的意義[25]。木樨草素可有效抑制溶血磷脂酰膽堿誘導(dǎo)通過鈣/線粒體/Caspase途徑所引起血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,從而表現(xiàn)出對血管內(nèi)膜的保護(hù)作用[26]。血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子表達(dá)和炎性細(xì)胞的募集是動(dòng)脈粥樣硬化的一個(gè)重要病理特征,木樨草素降低氧化型低密度脂蛋白所引起的血管內(nèi)膜黏附因子和E-選擇素的表達(dá),抑制單核細(xì)胞的炎性浸潤,提示其有通過抑制血管內(nèi)膜炎癥反應(yīng),對抗血脂紊亂所導(dǎo)致的血管內(nèi)膜損傷的作用[27]。
木樨草素對食品中4種常見供試菌——金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、啤酒酵母菌和大腸桿菌具有高效抗菌活性,且隨濃度增加而增強(qiáng)。木樨草素在1∶350000濃度時(shí)可抑制葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的生長,對卡他菌、白色念珠菌、變形桿菌也有抑制作用。因此,可作為天然的防腐保鮮劑在食品領(lǐng)域中使用,如延長月餅、桃酥的貨架期,抑制含油脂食品的劣變等[28]。
同時(shí),木樨草素對多種病毒(如單純皰疹病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、HIV-1病毒、柯薩奇B3病毒、豬傳染性胃腸炎病毒等)有不同程度的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn),這種作用可能與其所具有的黃酮類結(jié)構(gòu)有關(guān)。在黃酮類的化學(xué)結(jié)構(gòu)上,C3位上是否有羥基或 C3′、C4′或 C5、C7上同時(shí)存在羥基與抗病毒活性密切相關(guān)。有研究表明,黃酮骨架上的3-OCH3和5-OH是抗病毒活性必需的基團(tuán)。木樨草素的化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有3′、4′-OH和5-OH,表現(xiàn)出較好的抗病毒活性。其對HIV-1的整合酶和蛋白酶均有一定程度的抑制作用[29]。在抗病毒的同時(shí),觀察到木樨草素減緩胸腺的增齡性衰老,增強(qiáng)免疫作用,對免疫正向調(diào)節(jié)、維持機(jī)體的正常免疫功能起著重要作用。
標(biāo)準(zhǔn)程序的化學(xué)分析研究表明,等摩爾濃度條件下的木樨草素與槲皮素及辣椒素相比,木樨草素具有最強(qiáng)的抗氧化活性。硫代巴比妥酸(TBA)快速測定法結(jié)果表明,木樨草素在芝麻油中顯示良好的抗氧化性,有效濃度為0.02%,在此濃度下,木樨草素在芝麻油和豬油中的抗氧化效果與二丁基羥基甲苯(BHT)相近,在豬油中的抗氧化能力比茶多酚強(qiáng),且其還原能力和清除羥自由基能力均比茶多酚和BHT強(qiáng),在酸性介質(zhì)下、pH 3~4時(shí),抗氧化活性最大[30]。
許多因素如炎癥、化學(xué)試劑、輻射等都可能造成細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)增加。ROS大量堆積造成心肌細(xì)胞的凋亡和功能失調(diào),在心肌缺血性損傷、心臟再灌注損傷及心力衰竭等心臟病變中,活性氧大量增加造成的病理反應(yīng)可能參與了疾病的發(fā)生和進(jìn)程。H2O2是體內(nèi)氧化代謝的產(chǎn)物,也是一類ROS,它不僅能直接氧化細(xì)胞膜上的脂質(zhì)及蛋白,而且能自由穿過細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)的鐵離子反應(yīng)生成·OH等活性更強(qiáng)的自由基,導(dǎo)致系列反應(yīng)。木樨草素能夠顯著抑制H2O2誘導(dǎo)的乳鼠心肌細(xì)胞LDH的外漏,顯著降低細(xì)胞丙二醛(MDA)含量,并明顯增加超氧化物歧化酶(SOD)活性,具有明顯的抗氧化作用,這些均表明木樨草素對H2O2誘導(dǎo)損傷的心肌細(xì)胞有保護(hù)作用[31]。
木樨草素對免疫功能低下小鼠抗體生成量以及免疫應(yīng)答早期階段均有明顯的促進(jìn)作用,但對正常小鼠免疫功能無明顯影響,提示木樨草素具有一定的免疫恢復(fù)作用。用熒光法研究木樨草素對大鼠腹腔巨噬細(xì)胞釋放H2O2的影響,結(jié)果表明,木樨草素在不同濃度(4×10-7~10-5mol·L-1)時(shí),對酵母多糖誘導(dǎo)的大鼠腹腔巨噬細(xì)胞H2O2的釋放呈濃度依賴性的抑制,且以木樨草素與巨噬細(xì)胞共同培養(yǎng)4 h抑制作用最明顯,其作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。趙穩(wěn)興等[32]通過實(shí)驗(yàn)推斷木樨草素在體外能抑制肝臟星狀細(xì)胞增殖和膠原表達(dá)合成,通過清除自由基抑制膠原基因表達(dá),在動(dòng)物體內(nèi)具有防治肝纖維化作用。同時(shí),木樨草素具有較好的抗肺纖維化的作用,不僅明顯降低博萊霉素引起的大鼠肺纖維化肺組織的相關(guān)指標(biāo)如MDA、羥脯氨酸(HYP)的升高,并抑制組織中轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)mRNA的表達(dá),而且對其肺組織的病理改變有明顯的恢復(fù)作用,其機(jī)制也可能與其是一個(gè)良好的抗氧化劑有關(guān)[33]。
綜上所述,木樨草素作為天然的黃酮類化合物具有廣泛的藥理活性,也日益受到人們的重視。但由于天然品提取率較低,通過從植物中分離提取得到的木樨草素不能夠滿足市場的需求,所以不僅要加強(qiáng)對木樨草素含量高的植物資源的開發(fā),還要在此基礎(chǔ)上,繼續(xù)開展對木樨草素藥理作用及其機(jī)制的研究,為其臨床開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
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