雷公藤紅素參與脂質(zhì)代謝調(diào)控的研究進(jìn)展*

周永強(qiáng)，周維，岳蘭昕，鄧慧芳，邱麗珍，倪毓浩，高月

(中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)研究院，輻射醫(yī)學(xué)研究所抗輻射藥物研究室，北京 100850)

脂類既是機(jī)體組成的重要活性物質(zhì)，也是生命活動(dòng)所需能量的重要來源。正常的脂質(zhì)代謝是維持機(jī)體正常生理功能所必須的，但脂類食物過多攝入或脂質(zhì)代謝異常極易導(dǎo)致機(jī)體脂肪堆積、機(jī)體體質(zhì)量過度增長(zhǎng)，誘發(fā)肥胖癥、高脂血癥、脂肪肝等系列代謝性疾病。雷公藤紅素(celastrol)，又名南蛇藤素，是從雷公藤根部分離得到的一種五環(huán)三萜類化合物，也是雷公藤的主要活性成分之一[1]。2015年，《Nature》和《Cell》雜志[2-4]報(bào)道雷公藤紅素具有強(qiáng)有力的減肥效應(yīng)以后，不少國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)積極投身雷公藤紅素參與脂質(zhì)代謝調(diào)控相關(guān)研究工作，取得豐碩的研究成果。本文綜述雷公藤紅素調(diào)控脂質(zhì)代謝及相關(guān)分子生物學(xué)機(jī)制的最新研究進(jìn)展，以期為雷公藤紅素降脂減肥藥理機(jī)制和成藥性研究提供科學(xué)參考。

1 雷公藤紅素對(duì)于脂質(zhì)代謝的影響

脂質(zhì)代謝是生物體內(nèi)脂肪在相關(guān)酶的作用下，通過消化吸收、合成與分解，產(chǎn)生維持機(jī)體正常生命活動(dòng)所需要物質(zhì)與能量的生化反應(yīng)，主要包括脂肪的消化吸收，及其產(chǎn)生的四種脂類物質(zhì)在體內(nèi)的合成代謝與分解代謝。脂質(zhì)代謝過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常均可導(dǎo)致機(jī)體血液或器官組織中脂質(zhì)及其代謝產(chǎn)物含量異常，誘發(fā)高血脂癥、肥胖癥、脂肪肝等疾病發(fā)生。通常，脂質(zhì)代謝異常與年齡、性別、長(zhǎng)期高膽固醇和高熱量飲食習(xí)慣、運(yùn)動(dòng)缺乏、精神緊張以及遺傳因素等密切相關(guān)。自被發(fā)現(xiàn)具有良好減肥效果以來[2-4]，雷公藤紅素與脂質(zhì)代謝調(diào)控之間的潛在關(guān)系也成為研究熱點(diǎn)，備受關(guān)注。

研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可顯著抑制肥胖模型小鼠體內(nèi)脂肪消化吸收，實(shí)現(xiàn)模型動(dòng)物的體質(zhì)量降低。特別是在小鼠晝夜節(jié)律紊亂時(shí)，夜間給予雷公藤紅素，可導(dǎo)致小鼠食欲不振、瘦體質(zhì)量明顯降低[5-6]。部分研究表明，在脂質(zhì)合成代謝方面，雷公藤紅素降低正常小鼠體內(nèi)三酰甘油含量，導(dǎo)致結(jié)合溶血磷脂酰膽堿(LPCs)等系列脂質(zhì)氧化產(chǎn)物水平降低，可有效抑制正常機(jī)體脂類合成代謝，達(dá)到降低體質(zhì)量的作用[7]。同時(shí)，雷公藤紅素還能抑制游離脂肪酸在肝細(xì)胞內(nèi)沉積，有效防止肝臟細(xì)胞脂肪變性的產(chǎn)生，從而預(yù)防因脂質(zhì)代謝異常導(dǎo)致的非酒精性脂肪性肝病的產(chǎn)生[8]。此外，不少學(xué)者研究表明[4，9]，雷公藤紅素不僅能減少高脂模型小鼠皮下及內(nèi)臟脂肪量，抑制其肝臟內(nèi)脂滴形成，顯著降低其體內(nèi)三酰甘油、游離脂肪酸濃度等，還能通過控制機(jī)體體脂含量，很好地拮抗因地塞米松誘導(dǎo)的肥胖。

在脂肪分解代謝方面，ZHANG等[7]通過脂類組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素促進(jìn)了野生小鼠溶血磷脂酰膽堿(LPCs)、磷脂酰膽堿(PCs)、鞘磷脂(SMs)和磷脂酰乙醇胺(Pes)的分解代謝，降低體內(nèi)該類脂質(zhì)物質(zhì)含量。LIU等[4]通過測(cè)定小鼠能量消耗、呼吸交換率以及體力活動(dòng)水平等代謝相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素能夠顯著提高小鼠白天機(jī)體代謝水平，但在夜晚無影響，暗示雷公藤紅素可提高正常節(jié)律下能量代謝，達(dá)到調(diào)控體內(nèi)過多脂質(zhì)分解代謝的目的。同時(shí)雷公藤紅素作為南蛇藤屬植物的活性成分，ZHANG等[10]研究發(fā)現(xiàn)，其能夠通過促進(jìn)肝臟膽固醇分解，來抑制脂質(zhì)沉積的發(fā)生。綜上所述，雷公藤紅素抑制機(jī)體脂類物質(zhì)攝入的同時(shí)，顯著上調(diào)體內(nèi)脂質(zhì)分解代謝，從而降低脂肪體內(nèi)合成與蓄積，達(dá)到控制體質(zhì)量和肥胖的效果。

2 雷公藤紅素調(diào)控脂質(zhì)代謝的相關(guān)機(jī)制

2.1上調(diào)機(jī)體瘦素敏感性 瘦素，又稱為消脂素，是脂肪組織分泌的一種參與抑制脂肪合成的重要激素，與肥胖等脂肪代謝相關(guān)疾病的關(guān)系已得到廣泛研究。研究表明，瘦素一方面通過結(jié)合下丘腦瘦素受體，激活下丘腦-神經(jīng)肽通路，促進(jìn)脂肪氧化功能[11-12]，另一方面可通過激活STAT3等信號(hào)，上調(diào)CPT1α1b、FAS等脂肪分解代謝相關(guān)基因，促進(jìn)機(jī)體脂肪消耗[13-14]。近年來，部分研究證實(shí)雷公藤紅素可在顱內(nèi)蓄積，并通過抑制瘦素負(fù)性調(diào)控蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)和T 細(xì)胞蛋白酪氨酸磷酸酶(TCPTP)，上調(diào)瘦素在中樞系統(tǒng)中的活性[5，15]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)服用雷公藤紅素后，大鼠下丘腦中STAT3-Tyr705磷酸化水平被證實(shí)顯著增加，繼續(xù)給予瘦素，p-STAT3Tyr705的水平可進(jìn)一步增加，提示雷公藤紅素可增強(qiáng)瘦素與其受體信號(hào)的敏感性，改變機(jī)體對(duì)食物的攝入欲望，并將脂肪作為機(jī)體主要供能形式，加速機(jī)體脂肪消耗，進(jìn)而導(dǎo)致體質(zhì)量降低[4，16]。Umut Ozcan團(tuán)隊(duì)[17]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)白細(xì)胞介素1受體1(interleukin-1 receptor-1，IL1R1)缺失時(shí)，雷公藤紅素并不能上調(diào)瘦素及其下游STAT3信號(hào)通路，其相關(guān)減肥、抗糖尿病、減脂肪肝等效果也完全喪失，表明在IL1R1在雷公藤紅素增強(qiáng)瘦素敏感性過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。不難看出，雷公藤紅素作為瘦素增敏劑，參與機(jī)體脂質(zhì)代謝，但效果可能因相關(guān)基因表達(dá)不同而產(chǎn)生顯著差異。

2.2改善胰島素抵抗 胰島素抵抗是指胰島素促進(jìn)機(jī)體器官和組織攝取和利用葡萄糖的效率降低，機(jī)體代償性增加胰島素分泌，上調(diào)血液胰島素含量參與血糖水平調(diào)控的現(xiàn)象。研究表明，胰島素抵抗多與肥胖及相關(guān)脂質(zhì)代謝異常相關(guān)，極易導(dǎo)致血液中過多的游離脂肪酸在骨骼肌、脂肪細(xì)胞及肝臟中沉積。研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素改善游離脂肪酸誘導(dǎo)肝臟細(xì)胞脂質(zhì)沉積現(xiàn)象[18-19]，這可能與雷公藤紅素增加肝細(xì)胞miR-223表達(dá)，降低肝臟細(xì)胞胰島素抵抗情況，進(jìn)而減少脂肪在肝臟細(xì)胞內(nèi)的沉積有關(guān)[20]。部分研究通過GTT和ITT試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可顯著提升高脂模型小鼠的胰島素敏感性，促進(jìn)肝臟脂質(zhì)代謝，降低肝臟脂滴堆積和三酰甘油含量，實(shí)現(xiàn)高脂模型小鼠體質(zhì)量控制[8]。此外，研究表明NF-κB信號(hào)是參與脂肪組織胰島素抵抗形成的重要機(jī)制[9，21]，雷公藤紅素被證實(shí)可抑制NF-κB的活化，達(dá)到治療胰島素抵抗的目的[22]。ABU等[23]研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素還可增加骨骼肌內(nèi)GLUT4蛋白表達(dá)，促進(jìn)胞漿到質(zhì)膜的位移，從而增強(qiáng)高脂大鼠模型骨骼肌的胰島素敏感性。以上研究均證實(shí)改善機(jī)體胰島素抵抗是雷公藤紅素調(diào)控脂質(zhì)代謝的重要機(jī)制。

2.3抑制脂肪細(xì)胞分化 脂肪細(xì)胞分化是指前體脂肪細(xì)胞經(jīng)有絲分裂后，細(xì)胞內(nèi)脂肪合成代謝旺盛，大量脂滴胞內(nèi)聚合，并最終發(fā)育為成熟脂肪細(xì)胞的過程。脂肪細(xì)胞分化主要生理功能則是機(jī)體將多余脂肪儲(chǔ)存至脂肪細(xì)胞中。脂肪細(xì)胞分化成熟后會(huì)分泌脂肪因子，促進(jìn)三酰甘油的合成，導(dǎo)致機(jī)體脂肪含量增加，與肥胖癥、高脂血癥和脂肪肝等疾病有著密切關(guān)聯(lián)[24-25]。脂肪細(xì)胞分化進(jìn)程受諸多轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，其中過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAKγ)被認(rèn)為是脂肪細(xì)胞生成的中樞因子[26]。CHOI等[27]通過體外研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素長(zhǎng)期連續(xù)給藥可下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子PPAKγ2和CCTTA/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α(CEBPα)表達(dá)，降低靶基因aP2和Perilipin表達(dá)，抑制3T3-L1脂肪細(xì)胞終末分化，降低細(xì)胞內(nèi)脂肪水平。此外，HONG等[28]認(rèn)為，脂肪干細(xì)胞擁有分化成為前體脂肪細(xì)胞的潛力，抑制其分化也能達(dá)到減肥作用。通過體外誘導(dǎo)人脂肪干細(xì)胞(HADSCs)分化，在第5天或第6天時(shí)給予雷公藤紅素，可顯著降低HADSCs成脂標(biāo)志物PPARγ和CEBPα水平，抑制脂肪干細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積聚，從而降低前體脂肪細(xì)胞的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)減肥作用。以上研究證實(shí)雷公藤紅素抑制脂肪干細(xì)胞和前體脂肪細(xì)胞的分化，控制機(jī)體成熟脂肪細(xì)胞的數(shù)量和體積，達(dá)到減肥效果。

2.4增強(qiáng)線粒體功能 線粒體是真核生物進(jìn)行能量代謝的主要細(xì)胞器，也是脂質(zhì)分解代謝和氧化功能的重要場(chǎng)所。高脂飲食易導(dǎo)致脂肪酸胞內(nèi)代謝時(shí)產(chǎn)生大量的還原性代謝底物。該類物質(zhì)進(jìn)入線粒體底物氧化磷酸化時(shí)，可顯著增強(qiáng)線粒體呼吸鏈活性，促使ROS生成增多。機(jī)體內(nèi)氧化水平增加，不僅能誘發(fā)機(jī)體食物成癮性，直接參與脂肪形成[29]，還能造成線粒體和細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，間接降低機(jī)體脂肪分解代謝與氧化供能的能力，最終加速肥胖、高脂血癥等脂質(zhì)代謝紊亂相關(guān)疾病的發(fā)生。現(xiàn)有研究表明，雷公藤紅素一方面可通過提高機(jī)體抗氧化酶SOD等活性，降低細(xì)胞內(nèi)ROS和脂質(zhì)過氧化水平，改善線粒體膜電位，提高胞內(nèi)ATP含量[30-31]；另一方面還能通過SIRT1、CREB和HSF1重要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，激活PGC1-TFAM信號(hào)介導(dǎo)的線粒體新生，抑制線粒體內(nèi)ROS產(chǎn)生的同時(shí)，增強(qiáng)脂滴與線粒體相互作用，大幅提升線粒體脂肪氧化代謝供能水平[9，32-34]。也有研究提示，雷公藤紅素還可以抑制線粒體氧化應(yīng)激導(dǎo)致的低密度脂蛋白的氧化修飾，促進(jìn)該類脂質(zhì)的正常代謝[35]。由此可見，雷公藤紅素通過抑制機(jī)體氧化應(yīng)激，能有效保護(hù)和提升線粒體脂質(zhì)代謝功能，促進(jìn)脂類物質(zhì)體內(nèi)代謝供能，防治肥胖等相關(guān)疾病的產(chǎn)生。

2.5緩解脂質(zhì)代謝相關(guān)炎性反應(yīng) 肥胖亦或脂質(zhì)代謝紊亂均會(huì)導(dǎo)致脂肪、肝臟、腎臟等組織器官長(zhǎng)期處于輕度炎癥狀態(tài)。機(jī)體脂肪過多或脂質(zhì)代謝紊亂通常使得肝細(xì)胞或腎小球內(nèi)異常脂蛋白積聚，如氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)腎內(nèi)堆積，從而激活NLRP3炎性小體，促進(jìn)IL-1β和IL-18的前體物質(zhì)裂解為促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18[36-37]，導(dǎo)致腎小球炎癥的發(fā)生[38-39]。因此，促炎因子過度激活被認(rèn)為是脂質(zhì)代謝相關(guān)炎性病理發(fā)生的重要機(jī)制之一[40]。SUN等[41]研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素預(yù)處理腎系膜細(xì)胞，可顯著抑制NLRP3炎癥體的激活，降低ox-LDL的致炎效果。XIN等[42]研究結(jié)果也顯示，雷公藤紅素能通過調(diào)控NLRP3炎性小體相關(guān)途徑有效抑制IL-1β分泌。同時(shí)，越來越多的研究也證實(shí)[43-44]，雷公藤紅素不僅能夠減少肝臟和脂肪組織中的巨噬細(xì)胞含量及其炎性因子(IL-1β，IL-18，MCP-1α和TNF-α)表達(dá)水平，還能通過激活Nrf2-HO1經(jīng)典抗炎信號(hào)、抑制MAP激酶活化與NF-κB P56亞基核位移，實(shí)現(xiàn)機(jī)體脂質(zhì)代謝調(diào)控和炎性反應(yīng)抑制，達(dá)到減肥目的。此外，人體輔助性T17細(xì)胞(Th17)與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)在體內(nèi)炎性反應(yīng)調(diào)控方面相互拮抗，兩種T細(xì)胞亞群之間的不平衡易導(dǎo)致機(jī)體炎癥的產(chǎn)生。而脂質(zhì)不僅可以滿足T細(xì)胞的能量需求，還是T細(xì)胞(尤其是Treg細(xì)胞)活化的重要代謝checkpoint[45]。ZHANG等[46]研究表明，雷公藤紅素可上調(diào)Treg細(xì)胞中的FAO信號(hào)，促進(jìn)Treg細(xì)胞脂質(zhì)代謝與自身活化，維持與Th17細(xì)胞之間平衡的同時(shí)，發(fā)揮炎癥拮抗之功效。因此，雷公藤紅素可通過緩解機(jī)體脂質(zhì)代謝相關(guān)的慢性炎癥反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)體脂肪代謝調(diào)控與肥胖的高效控制。

2.6調(diào)節(jié)腸道微生態(tài) 此外，部分研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素可通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)參與機(jī)體脂質(zhì)代謝調(diào)控。腸道微生態(tài)是指寄居于人體腸道的微生物，如細(xì)菌、真菌、病毒等微生物，與腸道相互作用形成的生態(tài)系統(tǒng)[47]。正常情況下，腸道微生物可通過調(diào)控膽汁酸合成與分泌、影響腸道內(nèi)特殊內(nèi)分泌細(xì)胞產(chǎn)生激素樣物質(zhì)，參與腸道內(nèi)脂肪吸收，肝臟內(nèi)脂質(zhì)代謝等脂質(zhì)代謝相關(guān)活動(dòng)。在高脂飲食等情況下，腸道微生態(tài)失調(diào)，相關(guān)菌群組成或豐度發(fā)生變化，影響膽汁酸代謝，從而降低機(jī)體胰島素敏感性。最新研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可改善肥胖模型小鼠腸道菌群多樣性，提高擬桿菌門/硬壁菌門相對(duì)豐度比值，從而發(fā)揮減輕體質(zhì)量作用。同時(shí)，雷公藤紅素還可以調(diào)節(jié)機(jī)體腸道菌群豐度和構(gòu)成，干預(yù)膽汁酸代謝過程，繼而增強(qiáng)機(jī)體胰島素敏感性，加速脂質(zhì)代謝。當(dāng)利用抗生素抑制腸道菌群后，雷公藤紅素降低模型小鼠體質(zhì)量的能力大幅下降[16]，提示腸道菌群是雷公藤紅素發(fā)揮減肥功效的關(guān)鍵因素之一。

3 雷公藤紅素的毒性效應(yīng)

雷公藤紅素既是傳統(tǒng)中藥雷公藤的重要藥效成分，又是其主要毒性成分，且治療窗口狹窄，半數(shù)致死量約為20.5 mg·kg-1。已有報(bào)道證實(shí)，雷公藤紅素在臨床應(yīng)用過程中出現(xiàn)血液毒性、肝腎毒性、生殖毒性、胚胎發(fā)育毒性等[48]。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，30 μmol·L-1雷公藤紅素不僅可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞增殖，產(chǎn)生明顯神經(jīng)系統(tǒng)毒性[49]，還可顯著抑制肝細(xì)胞CYD450酶活性及肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)體Oct1與Oatp1b2的攝取功能，誘發(fā)藥源性肝損傷[50-52]。甚者，低至400 nmol·L-1雷公藤紅素，在造成肝損傷出現(xiàn)之前，便能造成膽管細(xì)胞與膽管結(jié)構(gòu)損傷[53]。特別值得注意的是，不超過800 nmol·L-1的雷公藤紅素單獨(dú)使用無明顯心臟毒性，但存有高血脂時(shí)可引發(fā)明顯心肌損傷[54]。由此可見，雷公藤紅素潛在毒性效應(yīng)是制約其成藥的關(guān)鍵因素，如何使其減毒增效是后續(xù)亟待攻克的重要科學(xué)問題。

4 總結(jié)與展望

雷公藤紅素作為傳統(tǒng)中藥雷公藤中的重要單體活性成分，自2015年首次報(bào)道能有效地降低機(jī)體體質(zhì)量以來，其調(diào)節(jié)脂類代謝相關(guān)藥理學(xué)機(jī)制得到廣泛研究。越來越多的研究?jī)A向認(rèn)為，雷公藤紅素不僅可通過改善肥胖及其他脂質(zhì)代謝紊亂機(jī)體腸道菌群結(jié)構(gòu)、瘦素和胰島素敏感性，抑制高脂食物攝入和脂肪沉積、增強(qiáng)體內(nèi)脂肪代謝消耗，還可以通過調(diào)控脂肪細(xì)胞終末分化、抑制機(jī)體炎性反應(yīng)和氧化損傷，減少肝臟等組織器官脂肪堆積、促進(jìn)線粒體脂肪氧化功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體肥胖的有效控制。但當(dāng)前，雷公藤紅素抑制脂肪細(xì)胞分化相關(guān)機(jī)制研究不夠深入，對(duì)腸道微生態(tài)的影響及具體生物學(xué)機(jī)制也尚不完全清楚。加之，雷公藤紅素被報(bào)道具有明顯的胃腸道毒性、腎臟毒性以及心臟毒性。因此，在基于雷公藤紅素的強(qiáng)有力新型減肥藥研制之前，不僅需要加強(qiáng)參與脂質(zhì)代謝相關(guān)藥理學(xué)機(jī)制研究，還應(yīng)積極開展毒理學(xué)研究和臨床試驗(yàn)，完成雷公藤紅素的安全性、成藥性系統(tǒng)評(píng)價(jià)。