趙瑞寧，楊統(tǒng)成，燕紅美，謝欣然，孫露洋，孫 穎，邢明偉，張 雯

(東北林業(yè)大學野生動物資源學院，黑龍江哈爾濱 150040)

姜黃素對鎘誘導肝腎損傷的保護作用研究進展

趙瑞寧，楊統(tǒng)成，燕紅美，謝欣然，孫露洋，孫 穎，邢明偉，張 雯*

(東北林業(yè)大學野生動物資源學院，黑龍江哈爾濱 150040)

鎘化合物是環(huán)境中存在的毒性最強的污染物之一，進入機體后，對生物組織器官有著廣泛的毒性損傷作用，尤其是肝臟和腎臟。姜黃素是從植物姜黃中提取的主要有效成分，具有顯著的抗氧化性能。近年研究發(fā)現，姜黃素對鎘誘導的肝腎損傷具有一定的保護作用，從而引起國內外同行的關注。論文綜述了姜黃素對鎘誘導肝腎損傷的保護作用和其相關機制，以期為進一步研究姜黃素的保護作用提供參考。

保護作用；姜黃素；鎘中毒；Nrf2；氧化應激

姜黃是姜科多年生草本植物姜黃的根莖。目前，姜黃臨床上已經應用于治療膽汁疾病、厭食、鼻炎、帶狀皰疹、痤瘡、咳嗽、尿道疾病、糖尿病傷口、肝臟疾病、風濕病和鼻竇炎的藥物制劑中[1]。姜黃素是姜黃的主要成分，表現出幾種生物活性，包括抗氧化、抗微生物、抗炎、抗病毒和抗癌[2]。姜黃素是一種疏水性多酚化合物，天然集中在草本植物姜黃的根莖中[2]。許多臨床研究表明姜黃素對各種疾病都有積極的療效[1]。其中姜黃素對鎘誘導的肝腎損傷存在顯著的保護作用，包括姜黃素改善鎘誘導的肝臟脂質過氧化，對鎘誘導的腎臟氧化應激產生拮抗作用等。此外，姜黃素誘導激活的Nrf2-ARE信號通路在鎘所致腎臟損傷中扮演重要角色，因而引起廣泛關注。由于姜黃素對鎘誘導肝腎損傷保護作用具有重要意義，筆者就姜黃素對鎘誘導腎臟損傷的保護作用及近年來研究進展進行綜述。

1 姜黃素概述

姜黃素和姜黃產品已被美國食品和藥物管理局(FDA)，加拿大天然健康產品局和糧農組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯合專家委員會聯合表征為安全的[1-3]。然而，姜黃素的生物利用度較低，為了改善姜黃素的溶解度，生物利用度和生物活性，已經進行了許多方法進行改進。包括姜黃素類似物：來自姜黃的天然類似物，例如去甲氧基姜黃素，天然存在的天然類似物，例如脫氫姜烯酮和合成類似物；姜黃素制劑：佐劑，納米顆粒，脂質體，膠束和磷脂復合物。雖然姜黃素生物利用度較低，但是許多臨床研究已經表明姜黃素對各種人類疾病都有療效，包括癌癥、糖尿病、家族性腺瘤性息肉病、炎性腸病、類風濕性關節(jié)炎、高膽固醇血癥和肝損傷[1]。未來可望通過增強姜黃素的生物利用度，使這種天然產物作為疾病的治療藥物加以利用。

1.1 姜黃素的抗氧化性能

姜黃素的抗氧化活性和其化學結構密切相關。姜黃素是疏水性的多酚化合物(1，7-雙(4-羥基-3-甲氧基苯基)-1-庚二烯-3，5-二酮)。在酸性和中性條件下，雙酮形式占優(yōu)勢，而且烯醇形式高于pH8。烯醇形式是帶正電荷的金屬的理想螯合劑，其通常存在于靶蛋白的活性位點中。酚羥基基團可以捕獲或清除自由基，在此基礎上甲氧基的存在增加了其抗氧化活性[3]。目前已經證明，姜黃素具有針對活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)變體的清除活性，包括O2-，HO·，羥自由基，二氧化氮自由基(NO2·)等[4]。

從姜黃提取出的姜黃素自然類似物，其他天然存在的類似物，合成類似物和姜黃素制劑在體外和體內模型中表現出不同的抗氧化活性。姜黃素比去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素更有效。然而，四氫姜黃素是姜黃素的主要代謝產物之一，在大多數模型中表現出比姜黃素更大的抗氧化能力。另一方面，與其他天然存在的類似物相比，姜黃素的抗氧化能力的信息很少，因此，有必要對其進行比較研究。結果表示，合成姜黃素類似物的分子設計和合成與許多試驗條件下的姜黃素相比已經提高了抗氧化活性[5]。

1.2 姜黃素對Nrf2的影響

核轉錄相關因子2(NF-E2-related factor 2，Nrf2)在抗氧化反應元件(antioxidant responsive element，ARE)介導的抗氧化基因表達中起關鍵作用。姜黃素可通過誘導Nrf2間接保護細胞免受氧化應激。Nrf2與p45NF-E2，Nrf1和Nrf3同屬于b-Zip轉錄因子的CNC(cap-n-collar)家族，Nrf2在細胞核內與小Maf蛋白結合形成異二聚體發(fā)揮轉錄調節(jié)作用。Nrf2是一種氧化還原敏感的轉錄因子，在生理條件下，它與細胞質中的阻遏物Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein-1，Keap1)結合形成復合體。Keap1作為Nrf2和含有E3的Cullin3連接酶泛素化復合物之間的銜接蛋白，其N-末端BTB區(qū)介導Nrf2的泛素化，隨后Nrf2由26S蛋白酶降解[6]。姜黃素的分子結構中包含2個邁克爾反應受體分子，邁克爾反應受體分子可以修飾Keap1的半胱氨酸殘基并且通過邁克爾加成到Keap1中的硫醇從而促進Nrf2-Keap1復合物中的構象變化，使Nrf2解離。Nrf2入核與Maf蛋白結合為異二聚體后，與DNA中的ARE結合啟動靶基因表達并增加Ⅱ相酶的表達[7]。

2 鎘的肝腎毒性

2.1 鎘的肝毒性

急性或慢性鎘暴露均會導致嚴重的肝臟損傷。急性鎘暴露與血清中肝臟特異性酶天冬氨酸轉氨酶，丙氨酸氨基轉移酶和堿性磷酸酶的升高相關，以及肝壞死，非酒精性脂肪性肝病，非酒精性脂肪性肝炎，纖維增生和肝相關死亡率等水平的升高有關[8]。鎘誘導的肝損傷的關鍵決定因素是金屬硫蛋白(metallothionein，MT)的肝臟濃度。MT是富含半胱氨酸的低分子量細胞內蛋白，對必需和非必需金屬具有高親和力MT與鎘形成復合物，并降低其在細胞內的游離濃度來降低鎘的肝毒性能力[9]。隨著MT的結合能力飽和，未結合的鎘的可用性增加，開始導致一系列細胞損傷或死亡的現象。鎘致肝臟毒性的機制包括Cd2+與關鍵分子巰基的結合，巰基的失活，氧化應激，線粒體通透性改變，線粒體功能紊亂，線粒體片段化以及凋亡[10]。急性鎘暴露的繼發(fā)性損傷來自Kupffer細胞的活化和嗜中性粒細胞浸潤,促炎細胞因子和趨化因子也參與其中[10]。

2.2 鎘的腎毒性

腎臟是對鎘毒性作用最敏感的器官之一。因此，鎘即使在非常低的濃度下也可引起對腎臟的病理變化。動物研究表明，在鎘誘導合成MT螯合金屬后，優(yōu)先積累在肝和腎組織。通過吸入或口服攝入的鎘慢性暴露導致腎功能障礙。機體在暴露于鎘后，能夠觀察到腎皮質中近端小管幾種損傷的形態(tài)學改變[11]。

2.3 鎘對肝腎氧化功能的影響

鎘與必需金屬競爭，其具有明確的穩(wěn)態(tài)吸收和流出途徑，相同的運輸系統(tǒng)進入肝腎細胞，破壞必需金屬的細胞內平衡并產生毒性效應。ROS通常與鎘誘導的有害健康影響有關，HO·、O2-和H2O2已經在體內檢測到，其通常伴隨激活的氧化還原敏感的轉錄因子如活化B細胞的核因子κ-輕鏈增強子，激活蛋白-1和Nrf2，以及ROS相關基因表達的改變[12]。因此，鎘通過氧化應激誘導組織損傷，增加脂質過氧化作用，增強抗氧化防御系統(tǒng)，改變DNA表達的表觀遺傳學，抑制血紅素合成，減少GSH和由于鎘與巰基的結合而使蛋白質變形，破壞鈣穩(wěn)態(tài)，損傷線粒體功能和導致其凋亡[12]。

2.4 Nrf2在鎘中毒中的作用

研究表明，鎘在多種動物模型和細胞模型中激活Nrf2(包括大鼠腎細胞，大鼠心臟，小鼠巨噬細胞和小鼠胚胎成纖維細胞)。Nrf2的激活能夠保護鎘引起的氧化應激和肝損傷。同樣，Casalino E[13]等人表示在急性鎘中毒的大鼠肝臟中，Nrf2因子的活化，以及ARE介導的基因表達和醌氧化還原酶(NQO1)的活性顯著增加。這可能通過激活促進Nrf2的磷酸化的蛋白激酶或通過重金屬與Keap1的巰基的相互作用改變該抑制劑的結構，消除Nrf2與Keap1之間的關聯，從而激活ARE介導的基因表達而發(fā)生。

3 姜黃素的保護作用

3.1 姜黃素對肝毒性的保護作用

在嚙齒動物和體外模型的幾項研究中已顯示出姜黃素對多種重金屬中毒導致的肝毒性具有保護作用，表現為具有抗氧化、抗炎、抗膽汁淤積、抗纖維化和抗致癌作用。姜黃素通過抑制肝臟炎癥，調節(jié)肝細胞的氧化應激，增加異源生物解毒酶表達，抑制肝星狀細胞活化和支持線粒體功能保護肝臟，防止肝損傷和纖維化[14]。這些性質使姜黃素成為重金屬誘導的肝損傷的潛在保護劑。

Eybl V等[15]研究了姜黃素對大鼠和小鼠鎘誘導的肝損傷的保護作用。動物用姜黃素(50 mg/kg)和氯化鎘(大鼠251 mol/kg和小鼠301 mol/kg)處理。結果顯示，姜黃素改善了鎘誘導的肝臟脂質過氧化。然而，姜黃素處理組GSH水平沒有發(fā)生任何變化，這可能是因為抗氧化劑的劑量相對較低且治療持續(xù)時間短(3 d)。此外，檢測了肝臟中的微量元素濃度，結果表明添加姜黃素影響和鎘中毒相關的某些金屬離子的濃度，如鋅和鐵。在隨后的研究中，Eybl V等[16]進行了天然抗氧化劑對鎘誘導的小鼠氧化損傷的比較研究。用氯化鎘(7 mg/kg)和姜黃素(50 mg/kg)、白藜蘆醇(20 mg/kg)或褪黑激素(12 mg/kg)處理動物。結果表明，所有抗氧化劑都可以預防肝臟脂質過氧化，但只有姜黃素和褪黑激素減弱了鎘暴露引起的小鼠肝臟GSH降低。抗氧化劑完全阻止了鎘誘導的肝GPx活性的降低，而白藜蘆醇能維持CAT活性。試驗結果表明，抗氧化劑預處理不影響鎘在肝、腦、腎和睪丸中鎘的累積。這種情況下，姜黃素的作用表現為清除劑而不是螯合劑。

Tarasub N等[17]報道,姜黃素(200和400 mg/kg)與維生素C(100 mg/kg)的組合可以以5 mg/kg的劑量防止鎘誘導的氧化損傷，MT表達和肝臟結構損傷。作者發(fā)現聯合治療比單獨的抗氧化劑治療的結果更有效。因此，姜黃素能夠治療鎘誘導的肝損傷。然而，在這些模型中，沒有確定姜黃素是否可以充當間接抗氧化劑和激活Nrf2/Keap1/ARE途徑，因此仍然要研究姜黃素是否通過激活該途徑或者作為直接抗氧化劑作來防止抗氧化酶和GSH的活性降低。

3.2 姜黃素對腎毒性的保護作用

姜黃素是一種自由基清除劑，由于其卓越的抗氧化能力，能夠緩解多種急性和慢性腎臟疾病的腎損傷，如糖尿病腎病、腎毒性和腎缺血[18]。近年來，研究發(fā)現姜黃素對鎘中毒誘導的腎損傷也具有保護作用。Naovarat N等[19]將試驗組用姜黃素預處理15 d，劑量為動物每天10 mg，第16天施用氯化鎘(每個動物每天50 mg/kg)。在試驗小鼠的腎臟組織病理學切片中觀察到，施用單劑量的CdCl2的小組明顯地顯示腎臟損傷，腎小管中細胞的變性和脫屑的數目顯著增加，硬化腎小球的誘導明顯。聯合給予姜黃素和氯化鎘的動物中腎小球和腎小管的組織結構顯示出變性腎小管數目顯著減少，細胞脫落小于僅鎘處理組，并且觀察到正常腎小球的產生。因此，可以提出姜黃素可用于檢查氯化鎘的腎毒性作用。進一步發(fā)現姜黃素部分保護腎臟勻漿中Cd誘導的脂質過氧化，以及減少Cd誘導的腎皮質結構損傷。姜黃素預處理可以顯著逆轉Cd誘導的降低GSH水平，使其增加。

黎珊珊等[20]將32只Wistar大鼠按體重隨機分為4組,每組4只,分別為對照組、低劑量CdCl2組、高劑量CdCl2組和姜黃素干預組。結果顯示比較對照組,姜黃素干預組ROS含量顯著降低,Nrf2、HO-1、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)、Gpx-1的mRNA及蛋白表達均顯著升高(P<0.01)。因此，姜黃素對鎘所致的大鼠腎臟氧化應激存在拮抗作用，其機制可能與Nrf2及其調控下游HO-1、γ-GCS和Gpx-1表達有關。

4 小結

研究結果都顯示出姜黃素對鎘誘導的肝腎損傷具有明顯的保護作用。鎘中毒引起機體產生過量的自由基，同時抑制內源性抗氧化機能，促進氧化應激的發(fā)生。姜黃素具有卓越的抗氧化能力，可以通過誘導表達Nrf2和下游基因，調控抗氧化酶和體內II相解毒酶的表達來增強機體抗氧化能力改善鎘誘導的肝腎損傷。進一步加強對姜黃素保護作用的研究，這對于開發(fā)新藥，臨床應用具有重大意義。因此，研究姜黃素對鎘致肝腎損傷的保護作用，對于開發(fā)治療鎘致肝腎疾病的藥物有巨大的應用前景。

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ProgressonProtectiveEffectofCurcuminagainstCadmium-inducedLiverandKidneyDamages

ZHAO Rui-ning,YANG Tong-cheng,YAN Hong-mei,XIE Xin-ran,SUN Lu-yang,SUN Ying,XING Ming-wei,ZHANG Wen

(NortheastForestryUniversity,Harbin，Heilongjiang，150000，China)

Cadmium (Cd) is one of the most toxic metal compounds released the environment.Once Cd enters into the body,it causes massive toxic effects,especially hepatotoxicity and nephrotoxicity.Curcumin is an active ingredient extracted fromCurcumalongaL.Curcumin has excellent antioxidant properties.In recent years,it has been found that curcumin has a protective effect on cadmium-induced liver and kidney damages.In this paper,the protective effects of curcumin on cadmium-induced hepatotoxicity and nephrotoxicity and underling mechanisms were reviewed.for providing reference for further study on the protective effect of curcumin.

protective effect; curcumin; cadmium toxicity; Nrf2; oxidative stress

2017-05-19

中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(2572017CA17)；黑龍江省博士后面上資助(LBH-Z15005)；大學生創(chuàng)新訓練項目(201610225136)

趙瑞寧(1996-)，女，山西晉中人，本科，主要從事動物醫(yī)學研究。*

S852.2;S859.8

A

1007-5038(2017)11-0103-04