■ 趙宜豐 甘利平 趙紅月 趙晨凱 曹 樂 陳姿伊 王 朋 王金榮

（河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南鄭州 450001）

黃藤素（palmatine，PAL），又名巴馬汀，廣泛存在于罌粟科、小檗科、半夏科和毛茛科不同代表植物的提取物中[1-3]。黃藤素的藥用記錄最早記載于《本草綱目》，在我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，它被廣泛用于治療黃疸、高血壓、炎癥、痢疾等疾病[4-6]。2010 年被收錄于《中國獸藥典》。近年來，越來越多的研究聚焦于黃藤素抗炎、抗氧化等生物活性的探究，并初步闡明抗炎、抗氧化的作用機(jī)制。目前黃藤素在動物上的研究尚淺，在一定程度上限制了黃藤素在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用。文章對黃藤素的結(jié)構(gòu)特征、吸收代謝、作用機(jī)制進(jìn)行介紹，并總結(jié)了其在生產(chǎn)上應(yīng)用的最新研究進(jìn)展。

1 黃藤素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

黃藤素存在于多種植物中，包括黃柏、黃連[7]、延胡索[8]、心葉黃芩和矢狀黃芩等，呈黃色、無臭、味極苦的針狀結(jié)晶。其分子式為C21H22NO4，相對分子質(zhì)量為352.4 u，微溶于水，溶解度隨溫度的增加而增加。黃藤素的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有四元原小檗堿共有的四環(huán)骨架，由5,6-二氫二苯并喹啉組成，C-2，3 和C-9，10 處有四個甲氧基（圖1A）。在生理pH 下，黃藤素以亞胺陽離子的形式存在，其特征是極性C＝N+鍵容易與周圍負(fù)電子基團(tuán)發(fā)生親核加成反應(yīng)，在強(qiáng)堿性環(huán)境中C＝N+鍵斷裂在C8 位置引入羥基，轉(zhuǎn)化為游離堿，即8-羥基加合物（圖1B）。黃藤素作為一種小分子，可直接與DNA 通過溝槽作用及嵌插作用相結(jié)合[9]，同時黃藤素能與蛋白質(zhì)中的某些氨基酸的疏水鍵結(jié)合，充當(dāng)酶的抑制劑[10]，因此具有良好的抗菌、抗病毒等生物活性[11-12]。除天然植物提取來源外，黃藤素也可以鹽酸小檗堿為原料進(jìn)行化學(xué)合成，且合成黃藤素的抗炎活性與天然黃藤素沒有明顯差異[13-14]。黃藤素的生理功能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，據(jù)報(bào)道，C2和C3位置若是甲氧基（黃藤素），其對嗜熱四膜蟲的毒性大于C2 和C3 位置的亞甲二氧基的小檗堿，而甲氧基的抗菌活性更強(qiáng)[15]。而將黃藤素改性后的黃藤素衍生物的細(xì)胞毒性則會降低[16]。氯化黃藤素是黃藤素存在的主要形式之一，與黃藤素相比，氯化黃藤素具有良好的溶解性。但由于氯離子的存在，導(dǎo)致其吸濕性增強(qiáng)而穩(wěn)定性變差，在空氣中容易結(jié)塊和潮解，對其運(yùn)輸、儲存和臨床藥用效果有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)酸鹽蔗糖鈉（SACNa）與離子型PAL 共晶，合成的PAL- SACNa藥物鹽吸濕穩(wěn)定性顯著提高[17]。

圖1 黃藤素（A）及其游離堿8-羥基加合物（B）結(jié)構(gòu)

2 黃藤素在動物腸道的吸收與體內(nèi)代謝

黃藤素的吸收、代謝及在各組織器官中的分布是其在動物體內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)活性的基礎(chǔ)。動物攝入黃藤素后，首先經(jīng)過胃腸道，有一部分被腸道吸收后進(jìn)入血液，并通過自身和其代謝產(chǎn)物影響其他組織器官。通過大鼠的灌胃試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黃藤素在腸道各段均有吸收。灌胃0.5 h 后主要在十二指腸和空腸吸收，1～2 h 后主要被回腸吸收，且回腸的吸收效果較好[18]。研究顯示，黃藤素通過血液循環(huán)進(jìn)入體內(nèi)，并在心臟、腎臟、脾臟、肝臟中分布；在腎臟、脾臟和肝臟中的含量較高，表明這些器官可能是黃藤素作用的靶器官[19]。靜脈注射結(jié)果同樣表明，黃藤素可到達(dá)大鼠的肝臟、腎臟、脾臟、心臟、肺臟、腦等不同組織，主要在肝臟和腎臟代謝，且部分經(jīng)肝腸循環(huán)到達(dá)腸道參與微生物代謝，最后經(jīng)糞便和尿液排出[20-21]。有研究發(fā)現(xiàn)，按60 mg/kg 的劑量對大鼠灌胃黃藤素，在2.8 h后血漿中的黃藤素濃度達(dá)到峰值，血藥濃度最大為19.8 ng/mL，半衰期為6 h，其口服生物利用度為10.98%[22-23]。黃藤素生物利用度低的原因之一是其為P-糖蛋白（P-glycoprotein, P-gp）的底物[24]。P-糖蛋白廣泛存在于腸道上皮細(xì)胞，其可將到達(dá)動物腸道過量吸收的異生素（如毒素或藥物等）泵回腸腔，對動物起著保護(hù)作用，但同時這種保護(hù)機(jī)制也會增加治療性藥物的外排，降低藥物的藥效。研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的黃藤素（2.5 μmol/L）能激活人結(jié)腸腺癌細(xì)胞(LS180)中P-gp 的活性[25]，而高濃度的黃藤素（100 μmol/L）對P-gp的活性沒有明顯影響[26]，因此，在特定濃度范圍內(nèi)使用黃藤素不會影響藥物的腸道吸收?；邳S藤素是P-gp 的底物，研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌誘導(dǎo)的仔豬腸道損傷和正常仔豬相比，對黃藤素的吸收沒有改變，說明即使腸道在受損的情況下對黃藤素的吸收利用并不會改變[27]。因此，在考慮黃藤素的生物利用度時，除了考慮酸堿變化對藥物的解離等物理性質(zhì)的影響外，還應(yīng)考慮腸道內(nèi)P-gp影響。

黃藤素經(jīng)腸道消化吸收后，一部分黃藤素會被代謝并通過尿液排出體外；另外一部分則會到達(dá)大腸，與腸道微生物發(fā)生相互作用，并經(jīng)糞便排出。據(jù)報(bào)道，使用黃藤素灌胃大鼠后，在大鼠尿液、血漿、膽汁、肝臟組織及糞便中共鑒定出58 種黃藤素相關(guān)代謝產(chǎn)物，包括尿液中的46種代謝產(chǎn)物、血漿中的18種代謝產(chǎn)物、膽汁中的34種代謝產(chǎn)物、肝臟組織中的26種代謝產(chǎn)物和糞便中的10 種代謝產(chǎn)物，這58 種相關(guān)代謝產(chǎn)物分析表明，黃藤素在體內(nèi)的Ⅰ期代謝途徑是去甲基化和羥基化，Ⅱ期代謝主要包括葡萄糖醛酸化和硫酸化結(jié)合[28]。通過體外將黃藤素與大鼠、恒河猴和人肝微粒體共培養(yǎng)，同樣發(fā)現(xiàn)葡萄糖醛酸化、羥基化以及硫酸化是黃藤素的主要代謝途徑[29]。研究證明，藥根堿（是一種源自黃連的原小檗堿生物堿，與黃藤素結(jié)構(gòu)相似）的去甲基化和羥基化是由肝臟微粒體中的細(xì)胞色素（cytochrome，CY）P450 催化，其中CYP3A1/2和CYP2D2主要負(fù)責(zé)去甲基化[30]。在肝微粒體中添加黃藤素，其主要被CYP1A2 代謝[31]。在灌胃正常對照組大鼠和灌胃代謝綜合征、急性肝炎試驗(yàn)大鼠黃藤素后，與正常大鼠相比，代謝綜合征、急性肝炎大鼠血漿中的黃藤素藥峰濃度和藥時曲線下面積明顯升高[32-33]，這可能是由于CYP450 在病理狀態(tài)下活性降低的原因。將黃藤素與新鮮大鼠糞便共孵育后，共檢測出黃藤素的10 種代謝產(chǎn)物，說明微生物也可代謝黃藤素[34]。斑馬魚體內(nèi)肝臟和腎臟等組織均能檢測到黃藤素的代謝產(chǎn)物，且主要經(jīng)過Ⅰ期代謝9 種和Ⅱ期代謝10 種產(chǎn)物，這是由于黃藤素不同于其他原小檗生物堿，在C2，3 和C9，10 位置上具有開環(huán)結(jié)構(gòu)，因此能夠在Ⅰ期代謝后產(chǎn)生羥基化產(chǎn)物[35]。同時，腸道微生物也能代謝黃藤素，其代謝途徑需要進(jìn)一步研究，這也說明黃藤素能夠與腸道微生物相互作用，可通過影響動物腸道微生物對動物產(chǎn)生影響。

3 黃藤素的生物學(xué)活性

3.1 抗炎作用

炎癥反應(yīng)是機(jī)體抵抗外來病原體、免受傷害的一種免疫防御性反應(yīng)，炎癥介質(zhì)的表達(dá)體現(xiàn)了機(jī)體對病原體的抵抗能力，但越來越多研究發(fā)現(xiàn)過度肥胖、糖尿病、動脈粥樣硬化、代謝綜合征與長期的慢性炎癥往往密不可分[36]，因此，適度抑制炎癥的發(fā)展對于機(jī)體的健康是必要的。研究發(fā)現(xiàn)，黃藤素具有良好的抗炎效果。在山羊子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞（gEECs）中，黃藤素能通過降低上游通路中Toll 樣受體（toll-likerecep‐tor4，TLR4）、TIR 結(jié)構(gòu)域銜接蛋白（TIR-domain-con‐taining-adaptor-inducing IFN-β，TRIF）、核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的表達(dá)緩解下游腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）、IL-1β等促炎因子的分泌，但不改變MyD88的產(chǎn)生[37]。在小鼠巨噬細(xì)胞（RAW264.7）中，黃藤素能抑制IκB 的降解，阻止NF-κB活化進(jìn)入核內(nèi)轉(zhuǎn)錄IL-1β、TNF-α等促炎因子，但在RAW264.7細(xì)胞中TLR4和MyD88的表達(dá)以及脂多糖（LPS）與TLR4 的結(jié)合沒有受到黃藤素影響[37-38]，說明黃藤素可能是依賴于TRIF 的信號傳導(dǎo)而不通過MyD88發(fā)揮抗炎作用。研究發(fā)現(xiàn)，在LPS誘導(dǎo)的小鼠肺炎模型中，黃藤素可以抑制蛋白激酶B（pro‐tein kinaseB，Akt）/NF-κB 信號通路的激活，明顯降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和IL-1β的表達(dá)，并且分子動力模擬顯示，黃藤素能和Akt 存在結(jié)合位點(diǎn)且具有強(qiáng)烈的相互作用[39]。在小鼠乳腺上皮細(xì)胞中，黃藤素可以通過抑制Akt/NF-κB、胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regu‐lated kinases，ERK）和P38MAPK 信號通路下調(diào)下游炎癥因子IL-1β、IL-6及TNF-α的表達(dá)[40]。Akt參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞存活和炎癥反應(yīng)，也是維持動物基本生命活動的重要信號通路，Akt 的活化可使IκB 泛素化，激活NF-κB，還能促進(jìn)一氧化氮（nitric oxide，NO）的釋放，加速炎癥的發(fā)展[41-42]。因此，黃藤素可能通過TLR4或Akt激活NF-κB通路，進(jìn)而抑制炎癥因子表達(dá)，降低炎癥反應(yīng)。炎癥小體NLRP3在炎癥的發(fā)生和發(fā)展中也起著一定的作用。研究發(fā)現(xiàn)，人急性單核白血病細(xì)胞中，黃藤素能顯著抑制NF-κB通路中磷酸化的NF-κB抑制蛋白（p-Iκ）Bα蛋白表達(dá)，同時阻斷NLRP3中Pro-Caspase-1和凋亡相關(guān)點(diǎn)樣蛋白（ASC）的結(jié)合，降低NLRP3蛋白和Caspase-1蛋白的表達(dá)，減少IL-1β和IL-18的釋放[43]。在葡聚糖硫酸鈉（dextran sulfate sodium Salt，DSS）誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中，研究發(fā)現(xiàn)，黃藤素同樣可以抑制NLRP3 的激活，干擾Pro-Caspase-1 被剪切為Caspase-1，阻礙IL-1β、TNF-α等炎癥因子的分泌[44]。因此，黃藤素可以抑制細(xì)胞質(zhì)中NLRP3炎癥小體的激活達(dá)到降低炎癥反應(yīng)的目的。然而，作為小分子的黃藤素是能夠進(jìn)入細(xì)胞，其對NF-κB通路及NLRP3炎癥小體的作用是否僅通過細(xì)胞表面的TLR4進(jìn)行傳導(dǎo)信號，還是進(jìn)入細(xì)胞后在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)直接與NF-κB通路及NLRP3炎癥小體發(fā)揮作用，或是進(jìn)入細(xì)胞核與核酸結(jié)合發(fā)揮抑制炎癥的作用仍需進(jìn)一步探索。

3.2 抗氧化作用

氧化應(yīng)激影響動物的健康，也是造成很多慢性病的重要原因。而黃藤素可通過激活核因子紅系2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor，Nrf2）通路提高動物體內(nèi)抗氧化酶等抗氧化物質(zhì)的含量，因此在一定程度上提高動物的抗氧化能力，促進(jìn)動物的健康。黃藤素有良好的抗氧化活性，在體外，黃藤素能有效清除DPPH-、ABTS+、-OH 和NO 自由基[45]。在體內(nèi)，黃藤素可以激活Nrf2 通路，Nrf2 是抵抗氧化應(yīng)激的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，正常情況下，Nrf2 與其抑制因子Kelch 樣ECH 相關(guān)蛋白1（kelch-like ECH-associated‐protein1，Keap1）結(jié)合，存在于細(xì)胞質(zhì)中保持無活性狀態(tài)，當(dāng)遭受氧化應(yīng)激或暴露于活性氧（ROS）時，Keap1的半胱氨酸殘基被氧化修飾并失去活性，被激活的Nrf2從Keap1-Nrf2復(fù)合物中釋放出來進(jìn)入核內(nèi)，促進(jìn)下游抗氧化基因，如血紅素加氧酶-1（heme oxygen‐ase，HO-1）的表達(dá)[46-47]。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠在灌服右旋糖酐硫酸鈉鹽（DSS）后，腸道有大量ROS 產(chǎn)生，黃藤素處理能有效活化Nrf2 并促進(jìn)HO-1 的蛋白表達(dá)，并且內(nèi)源性抗氧化劑超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和谷胱甘肽（GSH）的水平顯著上升[48]。在缺血/再灌注（I/R）誘導(dǎo)的小鼠氧化損傷模型中，Nrf2 的表達(dá)也被黃藤素激活，體內(nèi)抗氧化酶水平顯著提升[49]。此外，黃藤素還可以緩解口服阿霉素對身體產(chǎn)生的毒性，可能是因?yàn)辄S藤素增加了體內(nèi)總氧化物歧化酶（T-SOD）和CAT 的活性，顯著降低了心臟中ROS、4-羥基壬烯醛（4-HNE）和丙二醛（MDA）的水平[50]。

3.3 調(diào)節(jié)糖、脂代謝

黃藤素對血糖和脂質(zhì)的代謝具有雙重作用。研究發(fā)現(xiàn)，黃藤素在體外能顯著抑制α-葡萄糖苷酶活性；在大鼠體內(nèi)黃藤素能有效抑制腸道α-葡萄糖苷酶活性，從而抑制葡萄糖、蔗糖、麥芽糖引起的血糖上升[51]。這可能是由于黃藤素通過影響胰腺細(xì)胞中絲裂原激活蛋白（MAPK）通路引起的血糖降低選擇性抑制MAPK 介導(dǎo)的ERK[52]和c-Jun 氨基末端激酶[53]（c-Jun N-terminal kinases，JNK）通路可以緩解胰島素抵抗和提高胰島素敏感性。在高脂飲食誘導(dǎo)的雄性Sprague Dawley（SD）大鼠葡萄糖耐量受損模型中，黃藤素顯著抑制了MAPK 介導(dǎo)的ERK 和JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低胰島素抵抗并促進(jìn)體內(nèi)胰島B細(xì)胞質(zhì)量，減緩高脂飲食誘導(dǎo)大鼠的葡萄糖耐量受損[54]。此外，黃藤素還能有效降低脂質(zhì)在體內(nèi)的蓄積，體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黃藤素處理能抑制3T3-L1脂肪細(xì)胞中的脂肪生成，從而減少脂滴在3T3-L1 脂肪細(xì)胞中的聚積，與完全分化的脂肪細(xì)胞相比，黃藤素顯著下調(diào)了過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARγ）的表達(dá)，抑制了脂肪的生成[55]。在飼糧中添加高脂和高膽固醇誘導(dǎo)小鼠高脂血癥中，黃藤素處理小鼠體重顯著低于未處理組，研究發(fā)現(xiàn)黃藤素通過下調(diào)膽固醇合成限速酶羥甲基戊二酰輔酶A還原酶（hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase，HMGCR）的表達(dá)、上調(diào)低密度脂蛋白受體（low density lipoprotein receptor，LDLR）和膽固醇-7α-羥化酶（cholesterol-7α-hydroyyase，CYP7A1）的表達(dá)以及促進(jìn)糞便中總膽汁酸的排泄來代謝和排泄膽固醇，加速脂質(zhì)的清除[56]。黃藤素對抑制多糖的分解、提高胰島素敏感性、降低胰島素抵抗和減少脂肪在體內(nèi)的蓄積有明顯的效果，這為糖尿病及高血脂高膽固醇等疾病的藥物篩選提供了新的參考。

3.4 調(diào)節(jié)腸道菌群平衡

腸道菌群與動物健康密切相關(guān)。一方面腸道菌群通過腸-腦軸、腸-肝軸、腸-肌肉軸等途徑影響機(jī)體代謝與免疫[57]，一方面通過腸道優(yōu)勢菌群抵抗外來病原菌的入侵，當(dāng)腸道菌群平衡受到破壞時，則會引起動物腹瀉、營養(yǎng)吸收不良及免疫力下降等[58]。黃藤素對于恢復(fù)腸道菌群失調(diào)具有良好的效果。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠攝入高脂飼糧后腸道菌群失調(diào)，黃藤素處理可以恢復(fù)高脂飼糧引起的腸道菌群豐度下降，減少有害菌，增加原有優(yōu)勢菌比例[59]。眾所周知，使用抗生素容易導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，基于16S rRNA基因測序和非靶向代謝組學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn)，黃藤素對于恢復(fù)抗生素誘導(dǎo)的小鼠腸道微生物群失調(diào)具有良好的效果[60]。在DSS誘導(dǎo)小鼠腸道菌群失調(diào)后，含有黃藤素的中藥方劑也能恢復(fù)DSS誘導(dǎo)的菌群失調(diào)，降低有害菌比例調(diào)[61-62]，但是否是黃藤素發(fā)揮主要作用還有待進(jìn)一步研究。

3.5 其他功能

除上述生物學(xué)功能外，黃藤素還具有緩解疼痛、抑菌和抗病毒的作用。嘌呤能2X7受體（P2X7 receptor，P2X7R）是一種嘌呤能受體，與慢性炎癥和神經(jīng)性疼痛之間存在密切關(guān)系[63]。通過外科手術(shù)結(jié)扎SD 大鼠眶下神經(jīng)導(dǎo)致的眶下神經(jīng)慢性收縮性損傷而建立的三叉神經(jīng)痛（TN）模型，經(jīng)注射黃藤素治療后可顯著降低P2X7R 的表達(dá)，降低TN 大鼠的機(jī)械疼痛敏感性[64]。黃藤素還可以通過阻斷神經(jīng)傳遞發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用，降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide，CGRP)是一種傷害性神經(jīng)遞質(zhì)，主要負(fù)責(zé)傳遞疼痛的作用[65]。研究發(fā)現(xiàn)，在TN大鼠模型中，黃藤素處理能顯著抑制CGRP 及其受體的表達(dá)，緩解疼痛[66]。黃藤素對巨型芽孢桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和傷寒沙門氏菌等也有一定的抑制作用，并且對革蘭氏陽性細(xì)菌的抑制作用要明顯強(qiáng)于革蘭氏陰性細(xì)菌[67]。還有研究指出，黃藤素能有效抵抗呼吸道合胞病毒、寨卡病毒、西尼羅河病毒的感染，通過影響病毒的復(fù)制，阻礙病毒與宿主的結(jié)合方式，保護(hù)機(jī)體健康[68-70]。

4 黃藤素在生產(chǎn)中的應(yīng)用

基于黃藤素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及代謝活性，其作為植物提取物在治療肝臟相關(guān)疾病、炎癥及腹瀉等方面有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。由于抗生素作為促生長型添加劑在動物養(yǎng)殖中禁用，越來越多的學(xué)者研究植物提取物作為抗生素替代物在動物養(yǎng)殖中的作用。而黃藤素以及含有黃藤素的植物成分在生產(chǎn)中也有一定的應(yīng)用（見表1）。

表1 黃藤素在生產(chǎn)中的應(yīng)用

5 小結(jié)

黃藤素具有抗炎、抗氧化、降血糖、降血脂等多種生物學(xué)功能，在動物健康領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。然而，目前還存在諸多問題，比如生物利用率，黃藤素是P-gp 的底物，不同物種、不同生理狀態(tài)下的生物利用率最高的用藥濃度還需確定，如何通過化學(xué)修飾提高黃藤素的生物活性及生物利用率還需進(jìn)一步研究。黃藤素在生產(chǎn)中的應(yīng)用研究相對較少，確定黃藤素在不同物種之間的具體作用靶點(diǎn)、作用機(jī)制、發(fā)揮效果如何，對于未來更好地應(yīng)用于動物生產(chǎn)較為重要。