楊詩鈺

（成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川成都 611130）

黃芩是中醫(yī)臨床中的常見藥物，早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中便有記載，主要有清熱瀉火、解毒安胎等功效。通過現(xiàn)代藥理學(xué)的探究，黃酮類成分被證明是黃芩的主要成分，包括黃芩苷、黃芩素、漢黃芩苷、漢黃芩素等。黃芩苷是植物黃芩中提取出的主要活性成分，具有抗氧化、抗炎癥、抑制細(xì)胞凋亡等作用，在治療心肌梗塞和心臟搭橋手術(shù)中可以抑制心肌缺血再灌注損傷（MIRI）的發(fā)生。黃芩苷的抗氧化作用機(jī)制是現(xiàn)代藥理學(xué)的重點(diǎn)方向之一，而其抗氧化機(jī)制的核心是對(duì)Nrf2（NF-E2相關(guān)因子，Nuclear factor-erythroid 2-related factor 2）核因子的調(diào)控作用。

Nrf2是調(diào)控細(xì)胞氧化反應(yīng)的核心轉(zhuǎn)錄因子，通過對(duì)抗氧化反應(yīng)蛋白原件（AREs）活性的誘導(dǎo)，抑制氧自由基（ROS）造成的氧化應(yīng)激損傷，保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定環(huán)境[1]。研究表明，黃芩苷通過調(diào)控Nrf2的轉(zhuǎn)錄活性來改善機(jī)體的氧化應(yīng)激情況，本文主要對(duì)近年來的文獻(xiàn)進(jìn)行研究，就黃芩苷調(diào)控Nrf2的具體信號(hào)通道和抗氧化作用機(jī)制進(jìn)行歸納。

1 黃芩苷的分子結(jié)構(gòu)

黃芩苷（Baicalin）是從唇形科多年生植物黃芩（Scutellaria BaicalensisGeorgi）中提取出的一種黃酮類化合物。黃芩苷是黃芩的核心活性作用成分，化學(xué)分子式為C21H18O11（圖1），為淡黃色粉末，其結(jié)構(gòu)中有酚羥基存在，結(jié)構(gòu)的不飽和度為11，熔點(diǎn)223～225 ℃[2]。黃芩苷被廣泛應(yīng)用在高血壓、冠心病等相關(guān)疾病的治療中，主要是通過影響細(xì)胞內(nèi)酶的活性、調(diào)控蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)相關(guān)聯(lián)的細(xì)胞因子表達(dá)這3種作用方式，來實(shí)現(xiàn)其抗氧化、抗炎癥、抑制細(xì)胞損傷和凋亡等療效和保護(hù)作用。

圖1 黃芩苷化學(xué)分子式

2 黃芩苷調(diào)節(jié)下的Nrf2抗氧化機(jī)制

抗氧化功能是黃芩苷的主要作用之一，其核心機(jī)制在于調(diào)控Nrf2因子，進(jìn)而影響抗氧化蛋白反應(yīng)原件的轉(zhuǎn)錄，調(diào)控超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）、血紅素氧合酶 1（Heme Oxygenase-1，HO-1）、機(jī)體內(nèi)的谷胱甘肽（L-γ-glutamyl-cysteinyl-glycine，GSH）和NAD(P)H：醌氧化還原酶1（NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1，NQO1）的表達(dá)，達(dá)到清除細(xì)胞內(nèi)多余自由基、保護(hù)細(xì)胞在缺氧/復(fù)氧情況下免受損傷的目的。

如圖2所示，Nrf2主要受到kelch樣ECH相關(guān)蛋白1（Keap1）、泛素鏈接酶蛋白（cullin E3，cul3）和自噬蛋白（protein 62，p62）的調(diào)控，其在正常情況下為復(fù)合蛋白結(jié)構(gòu)。其中，Keap1/Nrf2是Nrf2的主要受控信號(hào)通路，Nrf2和Keap1蛋白通過DLG和ETGE兩個(gè)域結(jié)合。在缺氧/復(fù)氧條件下，細(xì)胞的自我保護(hù)機(jī)制會(huì)提高Nrf2的表達(dá)，增加核內(nèi)Nrf2聚集含量。細(xì)胞核內(nèi)的Nrf2因子能夠促進(jìn)抗氧化蛋白反應(yīng)原件的基因轉(zhuǎn)錄，從而提高細(xì)胞內(nèi)抗氧化蛋白的含量，清除細(xì)胞內(nèi)的氧自由基，抑制細(xì)胞的過氧化反應(yīng)。黃芩苷主要通過keap1/Nrf2、cul3/Nrf2和p62/Nrf2三種方式來對(duì)Nrf2因子進(jìn)行調(diào)控，激活其抗氧化機(jī)制，從而抑制氧化作用帶來的細(xì)胞損傷。

3 激活Nrf2的上游調(diào)控因子

3.1 keap1/Nrf2

Keap1是激活和調(diào)控Nrf2分子的調(diào)節(jié)器，通過keap1上的N末端結(jié)構(gòu)域?qū)崿F(xiàn)與Nrf2之間的相互作用。在正常狀態(tài)下，keap1與DLG位點(diǎn)結(jié)合并導(dǎo)致Nrf2被降解；而氧化應(yīng)激反應(yīng)下，keap1無法與DLG結(jié)合并降解Nrf2，新合成的Nrf2即可在細(xì)胞核內(nèi)聚集并產(chǎn)生作用[3]。高善頌等[4]研究發(fā)現(xiàn)，黃芩苷可以通過調(diào)控keap1/Nrf2信號(hào)通路，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)SOD、GSH、CAT等抗氧化酶的活性。Li等[5]提出黃芩苷可能通過修飾keap1蛋白復(fù)合物來下調(diào)keap1蛋白活性，保證Nrf2的表達(dá)，從而在氧化應(yīng)激損傷中保護(hù)心臟，Hong等人[6]和Guo等人[7]研究發(fā)現(xiàn)黃芩苷可以干預(yù)Nrf2和Keap1之間的聯(lián)系，防止Keap1抑制Nrf2的表達(dá)，保護(hù)Nrf2與抗氧化劑反應(yīng)因子結(jié)合來激活各種抗氧化基因并提高AREs的活性。

3.2 Cul3/Nrf2

Cul3是殘余E3泛素連接酶復(fù)合物的支架蛋白，其過度表達(dá)會(huì)使Nrf2多聚泛素化，抑制Nrf2的蛋白表達(dá)。Keap1和Cul3之間通過BTB域相互作用，共同維持Nrf2在正常狀態(tài)下的降解，當(dāng)Cul3與keap1相互作用的域界面發(fā)生突變時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致keap1活性下調(diào)。Kobayashi等[8]研究證明敲除Cul3可以抑制Nrf2多聚泛素化。Yu等[9]研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控miR-101，可以下調(diào)Cul3 mRNA的表達(dá)，并大幅上調(diào)Nrf2和HO-1的表達(dá)。Cuadrado等[10]提出在收到氧化刺激時(shí)，RING蛋白（Ring-box 1，RBX1）的Keap1-Gul3-RBX1蛋白復(fù)合體會(huì)被破壞，從而導(dǎo)致Nrf2堆積并起到抗氧化的作用。Sun等[11]提出keap1可以通過Cul3泛素化Nrf2并將其降解。盡管Cul3在調(diào)控Nrf2的過程中起到重要作用，目前黃芩苷Cul3/Nrf2通路的相關(guān)研究較少，僅有Zhou等[12]證明在黃芩苷激活Keap1-Nrf2系統(tǒng)的過程中，通過干預(yù)Cul3和keap1的聯(lián)接，從而降低Nrf2泛素化。

圖2 黃芩苷調(diào)控Nrf2的抗氧化機(jī)制

3.3 p62/Nrf2

p62是一種自噬蛋白，可以表征細(xì)胞的自噬程度，p62是Keap1的調(diào)控蛋白之一，通過單獨(dú)調(diào)控keap1蛋白的活性來保證Nrf2的正常表達(dá)，當(dāng)受到氧化刺激時(shí)，p62會(huì)通過自身的STGE位點(diǎn)與Keap1相結(jié)合，誘發(fā)keap1泛素化從而增加Nrf2含量。Liang等[13]證明黃芩苷可以增加p62表達(dá)，并提出黃芩苷可能通過增加p62表達(dá)的方式來激活Nrf2，并干擾Nrf2和Keap1間的聯(lián)系。Wang等[14]證明減少p62會(huì)降低keap1的自噬性泛素化程度，進(jìn)一步證明了p62對(duì)keap1/Nrf2信號(hào)通路的調(diào)控作用。Matthew等[15]說明p62對(duì)keap1的抑制會(huì)進(jìn)一步激活Nrf2，當(dāng)Nrf2含量提高到一定程度，會(huì)導(dǎo)致自噬功能障礙，逆作用于選擇性自噬接頭蛋白（p62/Sequestosome 1，p62/SQSTM1），將其作為靶蛋白并降解。

4 Nrf2調(diào)控的下游抗氧化因子

4.1 Nrf2/HO-1

HO-1是一種重要的抗氧化酶，可以使得血紅素分解成CO、亞鐵和膽綠素。HO-1不僅可以通過分解血紅素來抑制其促氧化作用，分解產(chǎn)生的膽綠素可以有效清除ROS的活性[16]。研究發(fā)現(xiàn)，Nrf2/HO-1是心肌缺血-再灌注損傷保護(hù)的重要渠道，在缺氧/復(fù)氧條件下Nrf2/HO-1通路會(huì)被激活，心肌細(xì)胞由Nrf2機(jī)制產(chǎn)生3H-1、D3T誘導(dǎo)劑，并誘導(dǎo)HO/HO-1表達(dá)，從而幫助心肌細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激損傷[17-19]。Cheng等[20]證明了在心肌缺血再灌注的缺氧/復(fù)氧條件下，黃芩苷可以提高Nrf2/HO-1通路的表達(dá)。Yu[21]等進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在缺血再灌注過程中，黃芩苷是通過上調(diào)Nrf2和HO-1的表達(dá)，來進(jìn)一步激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路。

4.2 Nrf2/NQO1

NQO1可以催化醌發(fā)生反應(yīng)，防止醌被還原成半氫醌，半氫醌會(huì)反應(yīng)產(chǎn)生ROS，因此NQO1通過對(duì)醌的反應(yīng)處理來起到抗氧化劑的作用。Nrf2是穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和氧化應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)中控制NQO1的核心因子，Nrf2的含量與NQO1的表達(dá)程度呈正相關(guān)。Zhang等[22]證明黃芩苷可以上調(diào)Nrf2/NQO1/HO-1抗氧化信號(hào)通路，而NQO1是Nrf2調(diào)控下的產(chǎn)物。Chen等[23]證明黃芩苷可以減少Nrf2的含量，同時(shí)增加NQO1的mRNA轉(zhuǎn)錄活性。Yang等[24]通過熒光蛋白分析，證明黃芩苷可以顯著提高細(xì)胞內(nèi)Nrf2水平，并能誘導(dǎo)NQO1含量的增高。

4.3 Nrf2/SOD

SOD的主要作用是清除超氧陰離子自由基，是生物體內(nèi)清除自由基的首要物質(zhì)，通過抑制細(xì)胞與氧反應(yīng)中產(chǎn)生的超氧陰離子，催化其分解為過氧化氫和氧，間接幫助清除氧自由基[25]。黃賢華等[26]驗(yàn)證了黃芩苷可以提高SOD活性，降低脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物丙二醛（MDA）和髓過氧化物酶（MPO）的含量，清除氧自由基、減少脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的發(fā)生。

4.4 Nrf2/CAT

CAT是細(xì)胞抗氧化的關(guān)鍵酶，可以分解過氧化氫，防止過氧化氫產(chǎn)生羥自由基，從而抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[27]。Zhu等人[17]研究證明，Nrf2與心肌細(xì)胞中CAT的誘導(dǎo)表達(dá)有關(guān)。KhanS等人[31]證明黃芩苷可以提高CAT的活性，減少活性氧（ROS）和MDA，抑制炎癥因子的表達(dá)。高善頌等人[4]證明黃芩苷可以通過激活keap1-Nrf2/ARE通路，提高抗氧化酶SOD的活性，進(jìn)一步激活免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高組織的抗氧化能力，抵抗氧化因素引起的損傷。

4.5 Nrf2/GSH

GSH與SOD、CAT一起作為氧化還原系統(tǒng)的核心抗氧化因子，具有清除自由基和防止過氧化反應(yīng)損傷的作用。Nrf2可以提高γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（γ-glutamyl cysteine synthetase，γ-GCS）的表達(dá)，γ-GCS負(fù)責(zé)調(diào)控GSH的合成，因此Nrf2可以調(diào)控GSH的生物合成[17]。Nrf2還可以通過調(diào)節(jié)谷胱甘肽還原酶（Glutathione Reductase，GSR）來還原被胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase，GPx）氧化的GSH，促進(jìn)GSH的再生[29]。Chen等[30]證明黃芩苷通過降低肌肉過氧化脂質(zhì)（Lipid Peroxidated Oxidation，LPO）、肌肉超氧陰離子和過氧亞硝酸鹽的產(chǎn)生，降低Nrf2的表達(dá)，增加GSH和GPx的表達(dá)，可以有效減輕骨關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis，OA）大鼠的氧化應(yīng)激。

5 結(jié)語

本文簡(jiǎn)述了黃芩苷的分子結(jié)構(gòu)和基本特性，提出了黃芩苷調(diào)節(jié)下Nrf2的抗氧化機(jī)制，總結(jié)了其中起主要作用的上游調(diào)控因子和下游抗氧化因子，詳細(xì)說明了keap1、cul3和p62三種上游調(diào)控因子激活Nrf2的工作機(jī)制及Nrf2調(diào)節(jié)HO-1、NQO1、SOD、CAT和GSH等下游抗氧化因子的機(jī)理，為黃芩苷的臨床治療和藥物研提供了理論基礎(chǔ)。