齊爽 張飛 王佳賀

衰老是機體多系統(tǒng)功能隨時間推移逐漸衰退、老化的持續(xù)性復雜生理過程,是死亡的前奏。2020年由國家統(tǒng)計局發(fā)布的統(tǒng)計報告顯示,我國有2.64億的60歲及以上人口,占總人口比重為18.7%,我國已經(jīng)進入老齡化時代。中醫(yī)藥是中華民族的重要瑰寶,延年益壽是人類健康發(fā)展史上無數(shù)人追求的目標,經(jīng)過千年的實踐與發(fā)展,中醫(yī)藥為抗衰老研究提供了重要借鑒意義。延緩衰老,降低公共衛(wèi)生支出成本是醫(yī)學領域目前的重要研究主題。

甘草(licorice)為豆科多年生草本植物,是一種常見的中藥,其在《本草綱目·草部》中位列第一,被認為是可以“解七十二毒”的調(diào)和藥[1]。甘草中含有的300多種黃酮類和20多種三萜類化合物是其發(fā)揮藥理作用的核心物質[2]。本文就甘草的多系統(tǒng)抗衰老藥理作用及其可能的機制進行綜述,以期為甘草抗衰老的研究和應用提供理論基礎和參考依據(jù)。

1 甘草抗衰老活性成分及藥理作用

甘草的化學組成中存在幾種生物活性的化合物,包括甘草酸(glycyrrhizic acid, GL)、甘草次酸(glycyrrhetinic acid, GA)、甘草苷(liquiritin, LQ)、異甘草素(isoliquiritigenin, ISL)、甘草查爾酮 A(licochalcone A, LA)和甘草多糖(glycyrrhiza polysaccharide, GPS),具有抗氧化、抗炎、抗病毒、抗腫瘤等多種藥理作用。

1.1 抗氧化 機體在氧化代謝反應中會產(chǎn)生一些含氧大分子,這些大分子物質會損傷DNA、蛋白質等大分子,被認為是衰老的重要機制之一[3]。甘草及其活性成分可通過以下機制對抗機體氧化應激,進而發(fā)揮抗氧化作用。首先是抑制活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產(chǎn)生,ROS是機體中性質活潑的含氧生物化學物的總稱,被認為與衰老有關。GL通過下調(diào)高遷移率族蛋白-1(high mobility group box-1 protein, HMGB1)和Toll樣受體-5(Toll-like receptor 5, TLR5)的表達,維持細胞內(nèi)氧化還原平衡,消除線粒體ROS[4],LQ則是通過減少相關黏附分子的表達,減少ROS的產(chǎn)生[5]。其次是捕捉自由基,自由基是細胞在有氧呼吸過程中產(chǎn)生的,具有信號傳遞等多種功能。Hu等[6]通過網(wǎng)絡藥理學、分子對接技術、體外清除自由基實驗、過氧化氫誘導的人永久生化角質形成細胞氧化應激損傷實驗、D-半乳糖誘導的小鼠衰老模型和蛋白質印記實驗明確了甘草綠茶飲料清除氧自由基的分子機制。此外,甘草及其藥理活性成分通過其他分子機制發(fā)揮抗氧化作用,例如LQ通過下調(diào)磷酸化細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2、磷酸化核因子κB抑制蛋白α(I-κBα)、磷酸化核因子kappa B(nuclear factor kappa B, NF-κB)等蛋白的表達水平,進而抑制與D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝相關的細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2-NF-κB途徑。同時,LQ通過上調(diào)核因子紅細胞2相關因子2(nuclear factor-erythroid 2 related factor 2, Nrf2)、Keap1、血紅素加氧酶1(HO-1)、NAD(P)H醌脫氫酶1(NQO1)的蛋白表達水平,激活了與谷胱甘肽(glutathione,GSH)代謝相關的Nrf2-Keap1途徑,提高了超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)的活性,從而發(fā)揮抗氧化作用[7]。另外,在生甘草的基礎上,應用蜂蜜加工炮制可得到炙甘草,提示不同加工方式會改變甘草的藥理作用。Zhou等[8]的研究表明,炙甘草可以減輕甲硝唑誘導的氧化應激損傷,并抑制偶氮二異丁脒鹽酸鹽誘導的過量ROS的產(chǎn)生。體內(nèi)外進一步研究發(fā)現(xiàn),炙甘草可以通過上調(diào)Nrf2信號通路中的關鍵基因如HO-1、NQO1、谷氨酸-半胱氨酸連接酶修飾亞基和谷氨酸-半胱氨酸連接酶催化亞基的表達來調(diào)節(jié)其氧化活性。

1.2 抗炎 炎癥是機體對生物因素、理化因素以及異物或壞死組織的免疫反應。甘草的多種提取物被證實具有抗炎作用。ISL通過抑制NF-κB上游,激活Nrf2途徑,以及抑制Nod樣受體蛋白3(NLRP3)途徑和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑等調(diào)節(jié)多種細胞過程進而發(fā)揮抗炎作用[9]。GA通過抑制多聚ADP核糖聚合酶1[Poly(ADP-ribose) polymerase 1, PARP1]介導的NF-κB和HMGB1信號通路減輕巴氏桿菌引起的血管內(nèi)皮細胞炎癥[10]。LA通過MAPK、NF-κB、NLRP3和Nrf2等信號傳導途徑相互作用而發(fā)揮出抗炎活性[11]。

1.3 抗病毒 現(xiàn)階段的研究表明,GL及其代謝產(chǎn)物對肝炎病毒、皰疹病毒和嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2(SARS-coV-2)等病毒具有廣泛的抗病毒活性[12]。雙熒光素酶報告試驗結果表明,LA通過調(diào)節(jié)內(nèi)部核糖體進入位點(internal ribosome entry site, IRES)的翻譯進而抑制腸道病毒D68的復制[13]。甘草及其衍生物可以抑制病毒復制,殺滅潛伏病毒,在未來可作為有潛力的抗病毒藥物。

1.4 其他藥理作用 現(xiàn)階段的抗腫瘤治療方案都會帶來不同程度的不良反應,限制了其治療前景。甘草作為一種天然中藥,在抗腫瘤領域具有廣闊的研究前景,目前的研究已從甘草中分離并鑒定了約56個查爾酮類化合物,其中14個被證實具有抗腫瘤作用。這些查爾酮類化合物可以通過阻斷癌細胞周期來抑制癌細胞的存活、增殖和遷移,從而誘導細胞凋亡和自噬,然而,查爾酮抗癌作用的分子機制仍需要進一步的研究加以明確[14]。此外,GL對肺癌、結腸癌、肝癌、黑色素瘤、白血病、惡性神經(jīng)膠質腫瘤等多種腫瘤具有抗癌作用,并且還能抑制化療引起的肝毒性、腎毒性、遺傳毒性、神經(jīng)毒性和肺毒性等不良反應[15]。同時,現(xiàn)階段的研究表明,甘草還具有調(diào)節(jié)免疫[16]、調(diào)節(jié)糖脂代謝[17-18]等功能。

2 甘草抗衰老的多系統(tǒng)表現(xiàn)

2.1 神經(jīng)系統(tǒng) 甘草提取物LQ具有神經(jīng)保護作用。Li等[7]基于代謝組學的液相色譜/質譜技術研究發(fā)現(xiàn),LQ的神經(jīng)保護機制與調(diào)節(jié)代謝紊亂、激活Nrf2-Keap1通路、抑制ERK1/2-NF-κB通路、抑制線粒體凋亡通路有關。即通過降低細胞內(nèi)鈣離子濃度,改善線粒體膜基質,上調(diào)Bcl2表達,下調(diào)Bax、細胞色素C、裂解半胱氨酸天冬氨酸酶3的表達水平,從而抑制線粒體的凋亡,進而保護神經(jīng)系統(tǒng)。另有研究表明,LQ通過抑制氧化應激和內(nèi)質網(wǎng)應激,從而維持血腦屏障的完整性[5]。

2.2 心血管系統(tǒng) 甘草對心肌損傷有保護作用,ISL是從甘草中提取的一種黃酮類單體。相關研究表明,ISL可通過提高心肌梗死后心肌細胞核Nrf2和細胞質HO-1的水平,減輕急性心肌梗死后的氧化應激反應[19]。GL亦被證實對糖尿病大鼠心肌損傷具有保護作用。具體機制為GL通過激活Nrf2、抑制CXCR4/SDF1和轉化生長因子-β/p38MAPK信號通路實現(xiàn)降低心肌組織磷酸化p38 MAPK、糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)、Na(V)1.5和轉化生長因子-β的表達,改變縫隙連接蛋白43(CX43)、CXC族趨化因子受體4(CXCR4)、Nrf2和肌鈣蛋白Ⅰ的表達[20]。LQ可促進AMPKα磷酸化和sirtuin1蛋白表達,抑制NF-κB p65磷酸化,調(diào)節(jié)AMPK/SIRT1/NF-κB信號通路,減輕心肌細胞氧化損傷,并通過降低ROS、丙二醛、乳酸脫氫酶、TNF-α、IL-1β、IL-6水平,提高ATP、SOD、GSH-Px、GSH還原酶和CAT等多種酶或因子減輕氧化應激和炎癥[21]。

2.3 呼吸系統(tǒng) 甘草能對抗肺上皮細胞損傷。Shi等[22]采用顆粒物所致肺損傷(particulate matter-induced lung injury, PILI)小鼠模型和人支氣管上皮細胞體外模型研究GL的呼吸保護作用。結果發(fā)現(xiàn),GL通過抗氧化Nrf2信號通路,減輕氧化應激介導的內(nèi)質網(wǎng)應激和NLRP3炎癥介導的焦亡,可作為PILI的未來治療方向。Gu等[23]的研究發(fā)現(xiàn),GL可減輕膿毒癥所致的急性呼吸窘迫綜合征(ARDS),減少肺組織中中性粒細胞外誘捕網(wǎng)(Net)的形成,其機制可能與抑制HMGB1/TLR9途徑有關。GA通過其抗氧化和抗炎作用對多藥耐藥鮑曼不動桿菌(multidrug-resistant acinetobacter baumannii, MDR-AB)誘導的肺上皮細胞損傷具有保護作用。具體機制為:GA能逆轉MDR-AB誘導的細胞凋亡,阻止MDR-AB對細胞的黏附和侵襲,抑制促炎細胞因子IL-1β、IL-6和TNF的表達,另外,GA可影響TLR/髓樣分化因子88(MYD88)途徑來抑制MDR-AB誘導的肺上皮細胞損傷,從而減輕炎癥反應[24]。

2.4 消化系統(tǒng) 甘草在中醫(yī)中被認為是一種很好的解毒藥,可以保護肝臟功能。相關研究表明,GL可降低肝組織中α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)、膠原α1、透明質酸、Ⅲ型膠原蛋白、層粘連蛋白等肝纖維化指標,并顯著提高干擾素-γ(IFN-γ)、p-STAT1、Smad7的水平,降低CUGBP1的水平[25]。即GL可通過促進CUGBP1介導的IFN-γ/STAT1/Smad7信號通路減輕肝纖維化和肝星狀細胞活化。還有研究表明,GA通過PI3K/Akt/GSK-3β途徑增強Nrf-2介導的抗氧化作用,從而保護RTS誘導的肝損傷[26]。甘草和骨髓間充質干細胞的組合使順鉑誘導的大鼠肝損傷模型血清ALT、堿性磷酸酶(ALP)和丙二醛(malondialdehyde, MDA)水平由異常升高降低至正常范圍,還能提高肝臟SOD和GSH水平,降低MDA水平。其主要機制涉及Caspase9、活化NF-κB和IL-1β[27]。甘草酸單銨(monoammonium glycyrrhizinate, MG)是甘草的主要活性成分,半胱氨酸鹽酸鹽(L-cysteine hydrochloride, CH)是GSH的一種成分,MG-CH對APAP誘導的DILI具有保護作用,可明顯減輕肝損傷,降低ALT、AST、ALP、乳酸脫氫酶(LDH)活性及肝臟ROS和MOA含量,升高血清GSH和GSH-Px活性,其機制可能與抑制氧化應激,激活Keap1/Nrf2/ARE通路有關。此外,MG-CH還可促進Nrf2、HO-1、谷氨酸-半胱氨酸連接酶修飾亞單位(GCLM)和NQO1的表達,從而提高機體抗氧化及解毒能力[28]。

2.5 泌尿系統(tǒng) 甘草能保護泌尿系統(tǒng)結構完整,并延緩慢性腎臟病進展。ISL是甘草中主要的黃酮苷類化合物之一,可以恢復Sirt1和腎臟氧化-抗氧化平衡,抑制炎癥反應,減少膠原堆積。ISL可能通過激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC),增加環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)及其下游的蛋白激酶G來發(fā)揮腎臟保護作用。ISL的長期治療呈劑量依賴性,能有效改善腺嘌呤引起的慢性腎臟和內(nèi)皮功能障礙,并減輕腎纖維化,降低細胞凋亡標志物[29]。同時,ISL還能以劑量依賴方式減輕順鉑誘導的細胞損傷,對順鉑誘導的細胞凋亡起保護作用。此外,ISL可顯著抑制順鉑誘導的Bax蛋白、caspase-3/caspase-3裂解比值、NF-κB/磷酸化NF-κB和IL-6水平以及ROS的產(chǎn)生。然而,盡管ISL可以通過拮抗細胞凋亡、氧化應激和炎癥反應減輕順鉑誘導的腎小管上皮細胞損傷,卻對細胞存活率無明顯影響[30]。

2.6 其他系統(tǒng) 甘草可以延緩皮膚、感覺系統(tǒng)的衰老。甘草酸二鉀(dipotassium glycyrrhizinate, DPG)是GL的副產(chǎn)物,相關研究表明,DPG可通過調(diào)節(jié)不同的機制和信號通路,減輕炎癥過程,促進皮膚創(chuàng)面愈合,并且在減輕炎性滲出物的同時增加肉芽組織、組織再上皮化和總膠原,且不伴有活動性充血[31]。具體機制為DPG治療降低了促炎細胞因子(TNF-α、環(huán)氧化酶-2、IL-8、白細胞介素受體相關激酶-2、NF-κB和IL-1)的表達,而增加了IL-10的表達。大鼠實驗結果表明,與對照組相比,補充甘草提取物通過上調(diào)堿性成纖維細胞生長因子、血管內(nèi)皮生長因子和轉化生長因子-β基因表達水平,促進血管生成和膠原沉積,從而促進創(chuàng)面愈合[32]。這闡釋了DPG等甘草制劑對抗皮膚衰老的潛力。在暴露的大鼠皮膚中應用LQ可降低中波紫外線照射引起的ROS、促炎因子和基質金屬蛋白酶的增加,增加Sirtuin3和膠原α1的水平。LQ促進SIRT3抑制中波紫外線誘導的促炎介質的產(chǎn)生,可能通過SIRT3/ROS/NF-κB途徑起作用[33]。以GL與白芍藥苷(paeoniflorin, PF)為主要有效成分制備的凝膠對黃體酮注射和紫外線B照射所致的黃褐斑具有明顯的預防作用,還可以減輕黃褐斑模型大鼠背部皮膚炎癥,減少膠原纖維的丟失,這無疑為黃褐斑未來的防治方案提供了新的潛在的治療方向[34]。最后,Alzahrani等[35]的研究表明,ISL可以通過下調(diào)miR-195表達,恢復視網(wǎng)膜SIRT1水平,減輕氧化應激、炎癥反應和內(nèi)皮損傷,保護視網(wǎng)膜正常組織學和超微結構等機制,改善糖尿病大鼠視網(wǎng)膜損傷,提示甘草制劑在對抗感覺系統(tǒng)衰老方面有潛力。

3 總結與展望

隨著老齡人口比重的不斷增加,抗衰老藥物的研發(fā)逐漸成為研究的重中之重,中醫(yī)藥在我國有著上千年的悠久歷史,隨著時間的沉淀,許多中醫(yī)藥走進了科研人員的視野,甘草作為一種常見的中藥也日益被人們熟知?，F(xiàn)代醫(yī)學科技手段已經(jīng)驗證了其在皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)等人體多種系統(tǒng)中的抗衰老機制及原理,具有廣闊的應用前景,但未來仍需要進一步的研究明確其生物安全性、藥代動力學以及生物利用度。