2. 南京医科大学第二附属医院疼痛科，江苏 南京 210011
2. Dept of Pain, the Second Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing 210011, China
炎症是由多种细胞、多种因子参与的复杂免疫防御反应，可以发生在机体任何部位的组织和器官，是临床上常见的病理过程。越来越多的证据表明，炎症参与了许多常见慢性疾病的发生、发展，如心血管疾病、骨质疏松、糖尿病以及癌症等，在上述疾病中应用抗炎治疗显得尤为重要。天然异黄酮类化合物因为能与体内雌激素受体相结合而表现出一定的生理性雌激素作用，因此也被称为是一种植物雌激素，如升麻、射干、补骨脂、葛根等[1]。自上世纪50年代被分离鉴定以来，葛根素作为一种异黄酮类植物提取物被广泛用于临床和动物实验研究，现已被认为是从野葛根中提取出来的一种最重要的植物雌激素。葛根素化学名为8-β-D-葡萄吡喃糖-4′，7-二羟基异黄酮，分子式为C21H20O9，相对分子质量为416.38，常温常压下低含量的葛根素为棕色粉末，高含量葛根素为白色针状结晶粉末。目前，国内批准的剂型主要有注射剂和滴眼液2种，更多新剂型及给药途径也在不断开发与改进。葛根素具有抗炎、抗氧化、抗骨质疏松、降糖、抗癌等多种功能活性[2]，由于其不良反应少，在临床上得到了广泛应用，近年来也受到国内外学者的关注，关于葛根素各种药理作用的机制也被深入研究。葛根素可以通过对相关炎性细胞因子及信号通路的调节，发挥抗炎作用，这种抗炎作用表现出多途径、多靶向性，作用机制尚未十分明确。该文主要从炎症方面来总结葛根素对心血管疾病、骨质疏松、糖尿病及癌症等炎症相关疾病的作用。
1 炎症的发病机制炎症反应的本质是各种致炎因子与抗炎因子通过不同的信号转导途径，调节炎症反应细胞生物学效应的过程。炎症反应涉及到多种炎症细胞、炎性细胞因子、炎症介质、黏附分子和趋化因子等的共同作用。其中炎性细胞包括T细胞、B细胞、单核巨噬细胞、中性粒细胞等；炎性细胞因子包括白细胞介素(interleukins，ILs)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)、干扰素-γ((interferon-γ，INF-γ)、单核细胞集落刺激因子等；炎症介质包括血小板活化因子、前列腺素、白三烯、基质金属蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)等；黏附分子包括细胞间黏附分子(intercellular cell adhesion molecule，ICAM)、血管细胞黏附分子、选择素、整合素等；趋化因子包括单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等。它们交互作用，形成强大而复杂的网络，这个网络与炎症相关疾病的发生、发展密切相关。此外，炎症根据持续时间不同可分为急性炎症与慢性炎症，机体对此产生的反应也不完全一样。心血管疾病、骨质疏松、糖尿病等的诱发主要与慢性炎症有关，而炎症与癌症的关系相对复杂，认为慢性炎症可促进肿瘤的发生发展，急性炎症一定条件下则可表现出抗肿瘤效应[3-4]。炎症诱导相关疾病的发生发展是一个相对复杂的过程，全面研究和了解炎症的致病机制可以为临床上防治相关疾病提供理论基础。
2 葛根素对心血管疾病的作用动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种常见的且严重危害人类健康的疾病，是大多数缺血性心脑血管疾病的发病基础。CRP作为代表性的炎性细胞因子，可以通过多种生物活性促进AS的发生和发展。研究表明，葛根素可以通过阻断核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信号通路，抑制兔动脉粥样硬化体内炎症反应[5]，也可以通过阻断NF-κB信号通路来抑制CRP的表达，从而有望成为抗AS的有效药物[6]。此外，在观察葛根素对载脂蛋白E基因敲除小鼠主动脉粥样硬化病变影响时发现，葛根素不仅可以通过降血脂、减少AS斑块面积，还可以通过降低IL-6及TNF-α等炎性细胞因子的含量，发挥抗AS作用[7]。
葛根素对高血压、心绞痛、心肌梗死等心血管疾病也可以发挥抗炎作用。Zhang等[8]在自发性高血压的大鼠模型中研究葛根素对心肌的保护作用时，发现在大鼠心肌组织中，葛根素能降低TGF-β1的mRNA表达。炎症在与心肌梗死相关的心肌纤维化发展中起重要作用。葛根素能抑制心肌梗死小鼠MCP-1的募集和活化，降低心肌组织中TGF-β1的表达，从而明显减轻心肌梗死后小鼠的心肌纤维化[9]。此外，葛根素还能通过降低脑组织中IL-1β、IL-6及TNF-α的水平，减少大鼠脑缺血/再灌注后缺血梗死体积，改善神经功能症状[10]。
上述研究表明炎症确实与心血管疾病的发生、发展有着密切的关系，葛根素也可以通过抗炎机制作用于心血管疾病。虽然这是一个很有价值的发现，但仍有许多问题需要进一步研究，葛根素对心血管疾病的作用除了抗炎机制外，是否还有其他作用机制？葛根素对心血管疾病的抗炎作用机制及作用靶点，也有待从更广泛的角度进行深入研究。
3 葛根素对骨质疏松的作用骨质疏松症(osteoporosis，OP)是一种以骨量减少、骨微结构破坏、骨脆性增加、易发生骨折为特点的全身性骨病，其发病受多种因素影响，机制较为复杂[11]。目前，骨质疏松的发病机制尚不完全清楚，可以肯定的是炎症参与了骨质疏松的发生、发展过程。
TNF-α由活化的T淋巴细胞分泌，它能抑制成骨细胞生成、促进破骨细胞的分化，对骨质疏松的发生起着重要作用[12]。葛根素对TNF-α的作用研究发现，葛根素作为一种抗炎因子，能明显降低卵巢切除大鼠血清中TNF-α的水平，对骨质疏松有一定的治疗作用[13]。
IL-6是一种骨吸收刺激因子，主要作用于破骨细胞前体细胞，促使其向破骨细胞分化，发挥骨的重吸收作用。IL-6能刺激成骨细胞中核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand，RANKL)的表达，通过RANKL与核因子κB受体活化因子相互作用，促进破骨细胞分化，从而促进骨吸收。关于葛根素抗骨质疏松的体外实验研究发现，葛根素能刺激骨保护素(osteoprotegerin，OPG)产生同时，也能抑制RANKL和IL-6的产生，可能是葛根素抗骨质疏松的重要机制[14]。李俊华等[15]用葛根素治疗40例绝经后女性骨质疏松患者，发现葛根素能降低患者血清中IL-4、IL-6水平，升高IL-10水平，改善绝经后女性骨质疏松症状。
IL-4以及IL-10等抑制骨吸收因子水平的下降也是骨质疏松的发病因素。IL-4、IL-10作为抑制骨吸收的细胞因子，血清中二者水平的下降对骨质疏松发生也有重要影响[16-17]，而关于葛根素对于IL-4、IL-10作用的实验研究却很少。有研究显示[15]，葛根素作用于绝经后骨质疏松患者，抑制了IL-4的表达，上述研究结果与IL-4抑制骨吸收的作用相矛盾，产生这种矛盾的因素可能是多方面的，可能是实验对象、实验设计或实验条件造成的，也可能是基于机体代谢调控网络的复杂性、多样性而出现的不同结果。因此，加强葛根素对于IL-4、IL-10及其它因子的研究，发现它们对骨代谢作用的潜在价值，进一步阐明葛根素对骨质疏松的作用机制，仍然有很多深入的工作要做。
4 葛根素对糖尿病的作用糖尿病(diabetic mellitus，DM)是一组以高血糖为特征的代谢性疾病。糖尿病的病因及发病机制目前尚未完全阐明，越来越多的证据认为炎症与糖尿病的关系密切，炎症反应是胰岛素抵抗、胰岛β细胞损伤引发糖尿病的重要因素，而长期的糖代谢异常又可以加重炎症的进展，糖尿病的“炎症学说”得到了广泛认可[18]。
葛根素自20世纪90年代开始应用于糖尿病及其并发症的研究，至今已取得了一定的成果。葛根素能够影响糖尿病机体炎症因子的分泌，减轻炎症反应，改善糖尿病相关临床症状。实验研究发现[19]，葛根素能降低糖尿病大鼠血清MCP-1水平，减少肾皮质中MCP-1的表达，减轻肾脏的病变程度。实验证实[20]，胰岛素抵抗能够使机体的炎性因子TNF-α水平明显提高，而使抗炎因子明显降低，造成机体处于一种慢性炎症状态。用葛根素干预膳食诱导的胰岛素抵抗的肥胖大鼠，结果发现葛根素能降糖降脂的同时，还能明显降低炎性因子TNF-α的水平[21]。也有研究发现[22]，葛根素可以同时降低ICAM-1和TNF-α的水平，减轻糖尿病大鼠的肾损害。此外，葛根素还能有效降低糖尿病大鼠肾组织INF-γ及TGF-β1的表达[23]。
总的来说，葛根素可以通过直接调控炎症因子的表达，对糖尿病机体的胰岛素抵抗及糖代谢紊乱发挥作用。但是，关于炎症因子引起的相关炎性信号通路的激活，目前实验研究较少，对糖尿病相关的炎性信号通路的作用或许是葛根素发挥降糖作用的一种机制。
5 葛根素对癌症的作用1863年，德国病理学家Virchow发现在肿瘤组织中存在一些白细胞，首次提出了炎症与癌症可能存在着某些联系的观点[24]。后来陆续也有报道指出，慢性炎症可以促进癌症的发生、发展，但是都没能引起人们的广泛关注。近年来，随着分子生物学、基因组学的深入研究，炎症与肿瘤的密切关联才得到明确证实。
早在上世纪90年代，天然植物葛根就已被用于对恶性肿瘤作用的研究。近年来，葛根素作为葛根的主要活性成分，其抗癌作用及其机制也被大量研究。研究表明[2]，葛根素能够抑制多种不同器官或组织的癌变，如血液、肺、肝脏和乳腺等。葛根素可通过调控炎症相关蛋白和信号通路，对癌细胞表现为抑制作用，抗炎作用也是葛根素发挥抗癌作用的原因之一。
MMP被认为是炎症发生过程中的重要介质，葛根素可通过抑制MMP-2与MMP-9蛋白表达，表现出对小鼠Lewis肺癌细胞增殖和转移的抑制作用[25]。NF-κB信号通路可以调控炎症因子的转录，在许多炎症相关疾病和肿瘤中都可以检测到NF-κB的激活。Hien等[26]对葛根素逆转乳腺癌细胞的耐药性研究发现，葛根素能抑制NF-κB的活性和IκB的降解，阻断NF-κB信号通路的激活，最终抑制乳腺癌MCF-7/adr细胞的报道。黑质组织血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)是一种具有潜在抗炎作用的酶，HO-1的表达增加可以抑制炎症反应。有实验诱导小鼠肝癌细胞研究时发现[27]，葛根素能通过激活Keap1/Nrf-2/ ARE信号通路，增加HO-1的表达，从而影响癌细胞的增殖。
虽然目前普遍认为癌症是基因病，它的发生是基因异常的结果，但也有证据表明炎症与癌症关系密切，这足以说明癌症的发生机制相当复杂。在葛根素的抗肿瘤研究报道中，大多数机制尚未明确；另外，新生血管的形成与肿瘤侵袭、转移密切相关，葛根素对肿瘤血管形成的影响研究鲜有报道，有待进一步深入研究。
6 总结与展望总的来说，葛根素对上述炎症相关疾病发挥抗炎作用主要是从以下方面：①降低IL-1、IL-6、CRP、TNF-α等炎性细胞因子的产生；②减少MMP-2、MMP-9等炎症介质的表达；③降低ICAM-1细胞黏附分子的产生；④抑制炎症趋化因子的作用，如MCP-1、TGF-β。或从一方面发挥作用，或从多方面共同作用以达到抗炎效果。目前普遍认为，心血管疾病、骨质疏松、糖尿病、癌症等炎症相关性疾病的发生、发展与其所处的炎症微环境关系密切，早期对炎症微环境中特定组分的干预对疾病的发生、发展影响重大。关于葛根素的研究历史悠久，由于其毒副作用较小，在临床上得到了广泛应用，近年来也受到国内外学者的关注。抗炎作为葛根素的药理活性之一，成为治疗上述疾病的共同机制，这个发现让我们有理由相信，葛根素的抗炎治疗作用具有巨大的临床应用价值。我们有理由期待，通过基因组学、蛋白质组学和代谢组学研究方法，对葛根素进行更深入的研究，一定能够阐明葛根素对机体代谢的系统影响。同时，从整体性、网络化的角度对葛根素进行全方位的研究，还能够推动其它疾病研究方式的改变，必定将大大提高研发药物的临床疗效，这也是医学研究的方向。
| [1] | 王冬生, 韩婧, 康文博, 等. 植物雌激素防治骨质疏松作用的机制进展[J]. 中国骨质疏松杂志, 2016, 22(5): 632-40. Wang D S, Han J, Kang W B, et al. Research progress in the mechanism of phytoestrogens in the prevention and treatment of osteoporosis[J]. Chin J Osteoporos, 2016, 22(5): 632-40. |
| [2] | Zhou Y X, Zhang H, Peng C. Puerarin: a review of pharmacological effects[J]. Phytother Res, 2014, 28(7): 961-75. doi:10.1002/ptr.v28.7 |
| [3] | Landskron G, Fuente M D L, Thuwajit P, et al. Chronic inflammation and cytokines in the tumor microenvironment[J]. J Immunol Res, 2014, 2014(2): 149185. |
| [4] | Korniluk A, Koper O, Kemona H, et al. From inflammation to cancer[J]. Ir J Med Sci, 2017, 186(1): 57-62. doi:10.1007/s11845-016-1464-0 |
| [5] | Ji L, Du Q, Li Y, et al. Puerarin inhibits the inflammatory response in atherosclerosis via modulation of the NF-κB pathway in a rabbit model[J]. Pharmacol Rep, 2016, 68(5): 1054-9. doi:10.1016/j.pharep.2016.06.007 |
| [6] | Yang X, Hu W, Zhang Q, et al. Puerarin inhibits C-reactive protein expression via suppression of nuclear factor kappaB activation in lipopolysaccharide-induced peripheral blood mononuclear cells of patients with stable angina pectoris[J]. Basic Clin Pharmacol Toxicol, 2010, 107(2): 637-42. doi:10.1111/pto.2010.107.issue-2 |
| [7] | 万强, 周凤华, 崔小冰, 等. 葛根素降低ApoE-/-小鼠visfatin表达抑制动脉粥样硬化形成的研究[J]. 时珍国医国药, 2015, 26(6): 1305-8. Wan Q, Zhou F H, Cui X B, et al. The research of puerarin reduce the expression of visfatin on ApoE-/- mice to inhibit the formation of atherosclerosis[J]. Lishizhen Med Mate Med Res, 2015, 26(6): 1305-8. |
| [8] | Zhang N B, Huang Z G, Cui W D, et al. Effects of puerarin on expression of cardiac Smad3 and Smad7 mRNA in spontaneously hypertensive rat[J]. J Ethnopharmacol, 2011, 138(3): 737-40. doi:10.1016/j.jep.2011.10.013 |
| [9] | Tao Z. Puerarin inhibits cardiac fibrosis via monocyte chemoattractant protein(MCP)-1 and the transforming growth factor-β1(TGF-β1) pathway in myocardial infarction mice[J]. Am J Transl Res, 2016, 8(10): 4425-33. |
| [10] | Liu X, Mei Z, Qian J, et al. Puerarin partly counteracts the inflammatory response after cerebral ischemia/reperfusion via activating the cholinergic anti-inflammatory pathway[J]. Neural Regen Res, 2013, 8(34): 3203-15. |
| [11] | 李近, 杨亚军, 刘钰瑜. FoxOs与骨质疏松[J]. 中国药理学通报, 2016, 32(2): 169-71. Li J, Yang Y J, Liu Y Y. FoxOs and osteoporosis[J]. Chin Pharmacol Bull, 2016, 32(2): 169-71. |
| [12] | Sang C, Zhang Y, Chen F, et al. Tumor necrosis factor alpha suppresses osteogenic differentiation of MSCs by inhibiting semaphorin 3B via Wnt/β-catenin signaling in estrogen-deficiency induced osteoporosis[J]. Bone, 2016, 84(1): 78-87. |
| [13] | 刘浩, 李斌斌. 葛根素预防雌激素缺乏性骨质疏松的机制探讨[J]. 中国比较医学杂志, 2012, 22(6): 16-20. Liu H, Li B B. Effect of puerarin on the osteoporosis resulted from ovariectomy in rats[J]. Chin J Comp Med, 2012, 22(6): 16-20. |
| [14] | Wang Y, Yang C, Xie W L, et al. Puerarin concurrently stimulates osteoprotegerin and inhibits receptor activator of NF-κB ligand(RANKL) and interleukin-6 production in human osteoblastic MG-63 cells[J]. Phytomedicine, 2014, 21(8-9): 1032-6. doi:10.1016/j.phymed.2014.04.012 |
| [15] | 李俊华, 潘子毅. 葛根素对绝经后骨质疏松症患者血清IL-4、IL-6、IL-10和雌激素水平的影响[J]. 中国中医骨伤科杂志, 2007, 15(5): 28-9. Li J H, Pan Z Y. Effects of puararin on IL-4, IL-6, IL-10 and estrogen of blood serum in post menopause osteoporosis[J]. Chin J Tradit Med Traumatol Orthop, 2007, 15(5): 28-9. |
| [16] | Brincat S D, Borg M, Camilleri G, et al. The role of cytokines in postmenopausal osteoporosis[J]. Minerva Ginecol, 2014, 66(4): 391-407. |
| [17] | Zhang Q, Chen B, Yan F, et al. Interleukin-10 inhibits bone resorption: a potential therapeutic strategy in periodontitis and other bone loss diseases[J]. Biomed Res Int, 2014, 2014(1): 131-2. |
| [18] | Zheng Y, Zhang G, Chen Z, et al. Relationship between type 2 diabetes and inflammation diseases: cohort study in Chinese adults[J]. Iran J Public Health, 2015, 44(8): 1045-52. |
| [19] | 陆静, 刘乃丰, 张丽容. 葛根素降低糖尿病大鼠血清糖基化终产物水平和单核细胞趋化蛋白1含量[J]. 中华内分泌代谢杂志, 2004, 20(3): 255-8. Lu j, Liu N F, Zhang L R. Puerarin reduces serum levels of advanced glycation end products and monocyte chemoattractant protein-1 in diabetic rats[J]. Chin J Endocrinol Metab, 2004, 20(3): 255-8. |
| [20] | Park M H, Kim D H, Lee E K, et al. Age-related inflammation and insulin resistance: a review of their intricate interdependency[J]. Arch Pharm Res, 2014, 37(12): 1507-14. doi:10.1007/s12272-014-0474-6 |
| [21] | 王雪青, 宋文军, 李长文, 等. 葛根素通过调控炎性因子水平降低营养性肥胖大鼠的体质量[J]. 食品科学, 2012, 33(21): 298-302. Wang X Q, Song W J, Li C W, et al. Weight loss effect of puerarin in diet-induced obese rats by regulating inflammatory and anti-inflammatory cytokines[J]. Food Sci, 2012, 33(21): 298-302. |
| [22] | Pan X, Wang J, Pu Y, et al. Effect of puerarin on expression of ICAM-1 and TNF-α in kidneys of diabetic rats[J]. Med Sci Monit, 2015, 21(64): 2134-40. |
| [23] | She S, Liu W, Li T, et al. Effects of puerarin in STZ-induced diabetic rats by oxidative stress and the TGF-β1/Smad2 pathway[J]. Food Funct, 2014, 5(5): 944-50. doi:10.1039/C3FO60565E |
| [24] | Balkwill F, Mantovani A. Inflammation and cancer: back to Virchow[J]. Lancet, 2001, 357(9255): 539-45. doi:10.1016/S0140-6736(00)04046-0 |
| [25] | 潘亮亮, 白光振, 强晓菲, 等. 葛根素对Lewis肺癌荷瘤小鼠的作用及机制[J]. 中国老年学杂志, 2014, 34(20): 5780-1. Pan L L, Bai G Z, Qiang X F, et al. The function and mechanism of puerarin on Lewis lung cancer a tumor-burdened mice[J]. Chin J Gerontol, 2014, 34(20): 5780-1. doi:10.3969/j.issn.1005-9202.2014.20.074 |
| [26] | Hien T T, Kim H G, Han E H. Molecular mechanism of suppression of MDR1 by puerarin from Pueraria lobata via NF-kappaB pathway and cAMP-responsive element transcriptional activity-dependent up-regulation of AMP-activated protein kinase in breast cancer MCF-7/adr cells[J]. Mol Nutr Food Res, 2010, 54(7): 918-28. doi:10.1002/mnfr.v54:7 |
| [27] | Hwang Y P, Jeong H G. Mechanism of phytoestrogen puerarin-mediated cytoprotection following oxidative injury: estrogen receptor-dependent up-regulation of PI3K/Akt and HO-1[J]. Toxicol Appl Pharmacol, 2008, 233(3): 371-81. doi:10.1016/j.taap.2008.09.006 |