·药学专题·

梓醇及其衍生物治疗非神经系统疾病研究进展*

姜汝红1,万果然2 综述,万 东3△ 审校

(1.重庆医科大学神经精神系,重庆 400016;2.重庆医科大学临床医学系,重庆 400016;3.重庆医科大学附属第一医院重症医学科,重庆 400016)

[关键词] 梓醇/药理学; 神经系统疾病; 炎症; 综述

梓醇是一种环烯醚萜类化合物,又名脱对羟基苯甲酸梓苷,具有广泛的药理作用,其化学分子式简写为C15H22O10,相对分子量为362.33,可溶于水,在中性环境中比较稳定,在酸碱及酶学环境下丢失糖苷后变得不稳定,尤其是在酸环境下极易分解。目前,大多数关于梓醇药理作用的研究提到梓醇分离于传统中药地黄。

1 梓醇抗过氧亚硝酸盐(ONOO-)形成

ONOO-是一氧化氮(NO)与超氧阴离子(O2-)的快速反应产物,与其共轭酸(过氧亚硝酸)具有明显的氧化作用,并能衍生其他的氧化剂。ONOO-参与介导多脏器缺血-再灌注损伤、脑缺血及内毒素休克的氧化损伤。梓醇治疗心脏缺血-再灌注损伤与梓醇抗ONOO-自由基损伤有关。雄性大鼠经历30 min缺血,3 h再灌注后,ONOO-形成显著增加,在灌注前5 min给予梓醇(5 mg/kg,腹腔注射)可以显著改善心脏功能,缩小梗死体积,减少心肌凋亡和坏死细胞数目,显著减少ONOO-形成[1]。Wortmannin是一种常用的磷脂酰肌醇-3(PI3K)抑制剂。Wortmannin可以通透细胞与PI3K的110kD催化亚基相结合,特异性抑制PI3K及PI3K/苏氨酸蛋白激酶(Akt)信号途径,包括常见的对Akt磷酸化的抑制等。同时,Wortmannin也可抑制心肌特异性肌球蛋白轻链激酶等。梓醇和Wortmannin联合使用后(15 mg/kg,再灌注前15 min腹腔注射)可增加Akt和内皮一氧化氮合酶(NOS)的磷酸化、NO的产生和抗氧化能力,减少心肌再灌注损伤诱导的诱导型NOS的表达及O2-的产生。Wortmannin不仅阻断了梓醇诱导的Akt激活,而且减少了梓醇相关的有利效应。而梓醇及ONOO-清除剂尿酸 (5 mg/kg)却抑制了ONOO-形成,并伴随有心肌梗死体积缩小[1]。梓醇对心肌梗死的保护作用与梓醇减少O2-的产生和ONOO-的形成、增加生理性NO水平有关。

2 梓醇抗放射性损伤

电离辐射可以诱导细胞DNA损害,产生大量氧自由基并导致死亡。细胞以1 Gy/min的剂量接受60Co-γ射线放射性损害前,梓醇(25~100 mg/mL)能够显著抑制人淋巴细胞AHH-1凋亡,增加细胞存活率[2]。在体实验小鼠接受8 Gy剂量放射损伤后3 d,梓醇(25~100 mg/kg)能够减轻放射对小肠黏膜的损伤,其损伤程度剂量依赖性地减轻了15.6%、33.3%和44.4%,并降低了血浆丙二醛、肠道细胞中8-羟基脱氧鸟苷(反映自由基DNA损害的指标)水平,增加了血浆中内源性抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽脱氢酶水平及外周白细胞和血小板数量[2]

3 梓醇及其衍生物的抗肿瘤活性

DNA聚合酶作为抗癌小分子化合物的分子靶点而受到关注。天然产生的梓醇是Taq DNA聚合酶抑制剂,其亲水性削弱了对抗人体实体肿瘤细胞系的能力。传统的方法是将梓醇所有游离的羟基乙酰化后产生一种新化合物,可对敏感细胞系A2780(卵巢癌)产生一定抑制作用,其半数生长抑制浓度(GI50)为60 μmol/L。增加1~3个甲硅烷基醚基团形成的梓醇类似物却对6种人类实体肿瘤细胞系[SW1573(非小细胞肺癌)、WiDr(结肠癌)、T-47D(乳腺癌)、HBL-100(乳腺癌)、HeLa(宫颈癌)]产生了明显的抑制作用(GI50为1.8~4.8 mmol/L,肿瘤细胞多数停滞在G0/G1期),与其DNA聚合酶抑制作用相一致[3]。梓醇对DNA聚合酶活性的抑制与DNA浓度、合成引物、特异性模板及镁离子螯合作用无关。在双链DNA的增色效应实验中,梓醇也没有影响其解链曲线,其作用与三磷酸脱氧核苷(dNTPs)竞争性结合聚合酶的位点有关[4]。因为该实验表明增加dNTP浓度逆转了Taq DNA聚合酶的活性,而结合位点作用模式及相关理论计算还需要实验数据进一步充实。另外,计算机分子对接实验模拟发现,梓醇的衍生物6,10,2′,6′-tetraacetyl-O-梓醇也是DNA聚合酶抑制剂,和梓醇作用机制一样,也是竞争性抑制所致[5]

4 梓醇及其衍生物止痛、抗痉挛活性

梓醇抑制p苯醌诱导的疼痛,显著减轻小鼠扭体和腹部收缩次数[6];梓醇的全乙酰化衍生物可以抑制乙酰胆碱诱导的豚鼠回肠收缩[7]。另外,梓醇抗坐骨神经痛的作用也与其抗炎有关。采用坐骨神经慢性压迫性损伤合并腰5脊神经结扎模型观察梓醇的保护作用,结果发现,梓醇(1、5、25、125 mg/kg)剂量依赖性地逆转了损伤导致的触摸痛和痛觉过敏现象,以及损伤所致的腰髓段小胶质细胞激活、核因子-κB(NF-κB)活化,并显著降低促炎性因子[白细胞介素(IL)-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)]水平[8]。提示梓醇对抗神经病理性疼痛的显著作用与其调节脊髓神经炎症有关。

5 梓醇抗炎性损伤效应

梓醇及其衍生物3,4-二羟基梓醇[9]具有抗炎效应,对脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤[10]、牛磺胆酸钠导致的急性胰腺炎[11]具有保护作用。

5.1 LPS诱导的肺损伤 细菌感染机体后,LPS会在细菌死亡溶解或杀菌治疗破坏菌细胞后释放出来,对全身多系统造成损害。鼻内滴注LPS前1 h给予梓醇,12 h后检测发现梓醇能够降低肺微血管通透性,减少肺泡灌流液中炎性细胞的数量,降低炎性因子如TNF-α、IL-6、IL-4和IL-1β水平,升高IL-10水平[10]。离体培养肺泡巨噬细胞,采用梓醇治疗再现了在体实验结果,而且进一步发现,梓醇抗炎作用是通过抑制Toll样受体4,从而抑制了其介导的NF-κB和促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号,最终实现梓醇对LPS诱导肺损伤的保护作用[10]

5.2 牛磺胆酸钠诱导的胰腺炎 梓醇(50 mg/kg)提前2 h给药,24、48 h再重复给药1次,可以减轻牛磺胆酸钠诱导的胰腺组织学损伤改变,抑制髓过氧化酶产生,增强SOD1表达,降低血液中炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α水平[11]。梓醇(0、5、10、20 mg/L)可剂量依赖性降低牛磺胆酸钠(3 750 nmol/L)诱导的离体培养胰腺腺泡细胞死亡率,促进腺泡细胞增殖,减少三磷酸腺苷(ATP)消耗[11]。离体和在体实验均证实,梓醇抗急性胰腺炎作用与梓醇增强抑制性卡巴蛋白-α、抑制NF-κB p65表达相关[11]

5.3 哮喘气道炎症 3,4-二羟基梓醇可抑制哮喘气道炎症,并显著抑制卵白蛋白导致的血浆免疫球蛋白E水平升高、IL-4和IL-13释放、嗜酸性粒细胞增加,以及气道高反应性和黏液分泌过多[9]

6 梓醇抗糖尿病活性

6.1 梓醇的降糖活性 梓醇对多种糖尿病模型均有降糖作用,包括单剂量链脲佐菌素(STZ,65 mg/kg,雄性SD大鼠)腹腔注射模型[12]、STZ(60 mg/kg,wistar大鼠)腹腔注射模型[13]、高脂饮食和STZ(35 mg/kg)注射糖尿病模型[14]。梓醇有效剂量在0.01~0.10 mg/kg,0.15 mg/kg梓醇降糖效应已经没有明显变化[12]。梓醇对口服及静脉注射葡萄糖糖耐量有良性影响,同时对糖尿病所致的脂质代谢紊乱有调节作用,其可以降低糖尿病高脂饮食所致的高总胆固醇和三酰甘油水平[15-16]

6.2 梓醇对糖尿病并发症的治疗作用 糖尿病危害在于其并发症,如高糖可导致血管内皮损伤;炎症可导致多器官损害,出现糖尿病脑、肾损害。目前临床缺乏有效药物治疗上述并发症。

6.2.1 糖尿病脑认知功能损害 糖尿病所致的脑病损害发生率高,危害也极大,常导致认知功能损害。STZ(65 mg/kg)一次性腹腔注射成功导致糖尿病模型,同时也导致了脑病的发生,使大鼠出现记忆功能缺损、血浆氧化应激产物水平升高。梓醇(10、50、100 mg/kg灌胃,每天1次,连续6周)不仅降低了血糖水平,而且显著减少了脑海马神经细胞凋亡数量,与血浆氧自由基水平降低、脑内神经生长因子水平升高呈正相关[13]。表明梓醇对糖尿病脑损害的保护机制与减轻氧自由基所致的神经细胞凋亡相关。

6.2.2 糖尿病并发症——糖尿病肾病 梓醇(30、60、120 mg/kg)治疗10周能够显著降低高脂饮食合并STZ(35 mg/kg)造模所致的糖尿病血糖升高,减轻糖尿病肾脏病理损害,对反映肾功能的指标如糖化血清蛋白、24 h尿蛋白、血肌酐、血尿蛋白氮和肾脏指数的升高有剂量依赖性降低作用,并可显著降低高糖对肾脏小球基底膜的损害[17]。其机制与显著降低肾皮质血管紧张素Ⅱ、基底膜转化生长因子β1、结蹄组织生长因子表达水平,从而抑制病理学产物层黏素、纤维连接素、Ⅳ型胶原在细胞外基质基底膜聚集有关。

6.3 梓醇的降糖机制

6.3.1 依赖于肾上腺作用 梓醇降低血糖与促进肌细胞对葡萄糖的摄取和利用,以及促进肝细胞对糖原的合成有关[12],是骨骼肌葡萄糖转运子亚型4(GLUT4)水平增加、肝中磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)表达降低的结果。梓醇在与肾上腺髓质共孵育时增加了肾上腺髓质β内啡肽的释放;当阿片样μ受体敲出后,梓醇对糖尿病小鼠失去了降糖作用;切除双侧肾上腺后,梓醇降糖效应消失。表明梓醇通过促进肾上腺髓质释放β内啡肽作用于肌细胞阿片样μ受体,增强GLUT4表达,降低PEPCK基因表达发挥降糖作用[18]

6.3.2 抗自由基损害 晚期糖基化终末产物(AGEs)是体内糖的醛基或酮基与蛋白质等自由氨基经过非酶促反应形成的化合物,高糖状态下大量积累引起机体一系列病理改变是导致糖尿病多种并发症的原因。AGEs沉积在细胞内或细胞外,与细胞表面的受体作用,通过信号传导引发一系列病理生理过程。AGEs影响细胞功能,导致糖尿病血管并发症的发生。AGEs诱导的NF-κB激活主要与细胞膜上烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶系统活性氧产生有关。AGE所致细胞内活性氧簇水平升高,导致NF-κB活性升高,促进炎性介质如单核细胞趋化蛋白(MCP-1)、TNF-α、诱导型NOS和AGEs受体(RAGE)的产生,导致组织炎性损伤。梓醇抑制THP-1细胞AGEs介导的炎性反应,减低促炎性介质如MCP-1、TNF-α、诱导型NOS和RAGE的产生。梓醇(100、300、500 μmol/L)抑制AGEs介导的炎性反应是因为梓醇减少了活性氧簇的产生,抑制了NADPH氧化酶活性。梓醇通过两条路径发挥作用:(1)抑制MAPK激酶激活;(2)剂量依赖性抑制NF-κB亚基P65蛋白,增加抑制性卡巴蛋白-α表达,抑制其降解、核转位,降低NF-κB活性,抑制相关炎性因子转录,从而对抗AGEs介导的炎性反应对组织的损伤,减缓或阻止糖尿病并发症的进展[19]

6.3.3 减轻线粒体功能障碍 线粒体功能障碍是糖尿病病理损害的重要原因之一。梓醇与二甲双胍联合口服4周后能够改善糖尿病小鼠(高脂饮食和STZ联合造模)线粒体功能障碍,降低空腹血糖、糖耐量,增加线粒体ATP产生,逆转骨骼肌线粒体膜电位和降低线粒体DNA拷贝数目。电镜结果显示,梓醇(200 mg/kg)逆转骨骼肌线粒体超微结构损害,与梓醇显著上调脂质过氧化物酶体增殖激活受体γ协同激活子1α转录水平有关[15]

7 梓醇对生殖系统的影响

国外植物与昆虫相关研究发现,环烯醚萜类有阻止蝶类昆虫进食或降低食欲作用,并可降低食草昆虫生长率。但环烯醚萜类也影响昆虫产卵,是其产卵关键所需,如梓醇是七叶树蝴蝶和鹿眼蛱蝶产卵的兴奋剂[19-22]。雌性昆虫产卵喜欢选择环烯醚萜类高的植物[23]。表明环烯醚萜类有利于产卵,抑或产卵诱导了植物环烯醚萜类产量,即梓醇影响昆虫的发育和繁殖。国内研究也发现,梓醇可治疗多种卵巢衰退疾病,特别是对多囊卵巢综合征、功能失调性子宫出血、卵巢早衰或绝经期综合征等具有显著效果(结果尚未公开发表,但已申请“梓醇在制备抗卵巢衰老药物中的应用”专利)。

8 小 结

梓醇不仅对神经系统疾病具有较好的防治作用,而且对多种非神经系统疾病也有治疗效果,其多效性的原因和机制目前还不清楚。另外,梓醇药代动力学才刚刚起步,在胃肠液环境中不稳定原因和机制研究有利于剂型和给药方式的确定,相信对梓醇全方位的认识将有利于梓醇的进一步研发。

参考文献

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Progress in studies of pleiotropic effects of catalpol and its derivatives on non nervous system disease*

JING Ruhong1,WAN Guoran2,WAN Dong3△

(1.Department of Psychiatry,Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China;2.Department of Clinic Medicine,Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China;3.Department of Critical Medicine,the First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing 400016,China)

[Key words] Catalpol/pharmacology; Nervous system diseases; Inflammation; Review

[专家简介] 万东,医学博士,副主任医师/副教授,硕士研究生导师,从事科研、教学与临床工作。中华医学会灾难医学分会教学培训组委员,中国救援医学建设大学联盟理事,中国医学救援协会卫生应急管理工作委员会第一届委员,中华中医药学会脑病分会第三届委员会委员,重庆市健康促进与教育学会急诊医学专业委员会第一届副主任委员,重庆市针灸学会第四届理事,重庆市中西医结合学会第三届理事,重庆市医学会灾难医学专业委员会第一、二届委员会委员,重庆市医师协会急诊医师分会第一届委员会委员。主持省部级科研项目4项,发表论文68篇(SCI收录21篇),参编神经病学、重症医学专著及教材共8部,获2010年度重庆市科技进步二等奖(排名第5),获国家授权专利2项。目前研究方向为重症与神经,聚焦脓毒症相关脑损伤机制与保护策略。

*基金项目国家自然科学基金资助项目(81073084,81873034);重庆市科技局基础与前沿研究计划项目(cstc2014jcyjA10083)。

通信作者,E-mail:wandongcqykdx@126.com。

DOI:10.3969/j.issn.1009-5519.2019.23.002

中图法分类号:R285.6

文章编号:1009-5519(2019)23-3571-04

文献标识码:A

(收稿日期:2019-03-20 修回日期:2019-08-26)