甘草抗衰老藥理作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

齊爽 張飛 王佳賀

衰老是機(jī)體多系統(tǒng)功能隨時(shí)間推移逐漸衰退、老化的持續(xù)性復(fù)雜生理過程,是死亡的前奏。2020年由國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,我國有2.64億的60歲及以上人口,占總?cè)丝诒戎貫?8.7%,我國已經(jīng)進(jìn)入老齡化時(shí)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(biāo),經(jīng)過千年的實(shí)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(xué)領(lǐng)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(rèn)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(zhì)[2]。本文就甘草的多系統(tǒng)抗衰老藥理作用及其可能的機(jī)制進(jìn)行綜述,以期為甘草抗衰老的研究和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)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(xué)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(jī)體在氧化代謝反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生一些含氧大分子,這些大分子物質(zhì)會(huì)損傷DNA、蛋白質(zhì)等大分子,被認(rèn)為是衰老的重要機(jī)制之一[3]。甘草及其活性成分可通過以下機(jī)制對抗機(jī)體氧化應(yīng)激,進(jìn)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(jī)體中性質(zhì)活潑的含氧生物化學(xué)物的總稱,被認(rèn)為與衰老有關(guān)。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(dá),維持細(xì)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(guān)黏附分子的表達(dá),減少ROS的產(chǎn)生[5]。其次是捕捉自由基,自由基是細(xì)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(luò)藥理學(xué)、分子對接技術(shù)、體外清除自由基實(shí)驗(yàn)、過氧化氫誘導(dǎo)的人永久生化角質(zhì)形成細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷實(shí)驗(yàn)、D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型和蛋白質(zhì)印記實(shí)驗(yàn)明確了甘草綠茶飲料清除氧自由基的分子機(jī)制。此外,甘草及其藥理活性成分通過其他分子機(jī)制發(fā)揮抗氧化作用,例如LQ通過下調(diào)磷酸化細(xì)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(dá)水平,進(jìn)而抑制與D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝相關(guān)的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2-NF-κB途徑。同時(shí),LQ通過上調(diào)核因子紅細(xì)胞2相關(guān)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(dá)水平,激活了與谷胱甘肽(glutathione,GSH)代謝相關(guān)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(chǔ)上,應(yīng)用蜂蜜加工炮制可得到炙甘草,提示不同加工方式會(huì)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(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷,并抑制偶氮二異丁脒鹽酸鹽誘導(dǎo)的過量ROS的產(chǎn)生。體內(nèi)外進(jìn)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(guān)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(dá)來調(diào)節(jié)其氧化活性。

1.2 抗炎 炎癥是機(jī)體對生物因素、理化因素以及異物或壞死組織的免疫反應(yīng)。甘草的多種提取物被證實(shí)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(xì)胞過程進(jìn)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(dǎo)的NF-κB和HMGB1信號通路減輕巴氏桿菌引起的血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥[10]。LA通過MAPK、NF-κB、NLRP3和Nrf2等信號傳導(dǎo)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(yán)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(bào)告試驗(yàn)結(jié)果表明,LA通過調(diào)節(jié)內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(internal ribosome entry site, IRES)的翻譯進(jìn)而抑制腸道病毒D68的復(fù)制[13]。甘草及其衍生物可以抑制病毒復(fù)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(huì)帶來不同程度的不良反應(yīng),限制了其治療前景。甘草作為一種天然中藥,在抗腫瘤領(lǐng)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(gè)查爾酮類化合物,其中14個(gè)被證實(shí)具有抗腫瘤作用。這些查爾酮類化合物可以通過阻斷癌細(xì)胞周期來抑制癌細(xì)胞的存活、增殖和遷移,從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬,然而,查爾酮抗癌作用的分子機(jī)制仍需要進(jìn)一步的研究加以明確[14]。此外,GL對肺癌、結(jié)腸癌、肝癌、黑色素瘤、白血病、惡性神經(jīng)膠質(zhì)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(yīng)[15]。同時(shí),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L(fēng)Q具有神經(jīng)保護(hù)作用。Li等[7]基于代謝組學(xué)的液相色譜/質(zhì)譜技術(shù)研究發(fā)現(xiàn),LQ的神經(jīng)保護(hù)機(jī)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(guān)。即通過降低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度,改善線粒體膜基質(zhì),上調(diào)Bcl2表達(dá),下調(diào)Bax、細(xì)胞色素C、裂解半胱氨酸天冬氨酸酶3的表達(dá)水平,從而抑制線粒體的凋亡,進(jìn)而保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)。另有研究表明,LQ通過抑制氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)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(hù)作用,ISL是從甘草中提取的一種黃酮類單體。相關(guān)研究表明,ISL可通過提高心肌梗死后心肌細(xì)胞核Nrf2和細(xì)胞質(zhì)HO-1的水平,減輕急性心肌梗死后的氧化應(yīng)激反應(yīng)[19]。GL亦被證實(shí)對糖尿病大鼠心肌損傷具有保護(hù)作用。具體機(jī)制為GL通過激活Nrf2、抑制CXCR4/SDF1和轉(zhuǎn)化生長因子-β/p38MAPK信號通路實(shí)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(zhuǎn)化生長因子-β的表達(dá),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(dá)[20]。LQ可促進(jìn)AMPKα磷酸化和sirtuin1蛋白表達(dá),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(xì)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(yīng)激和炎癥[21]。

2.3 呼吸系統(tǒng) 甘草能對抗肺上皮細(xì)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(xì)胞體外模型研究GL的呼吸保護(hù)作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),GL通過抗氧化Nrf2信號通路,減輕氧化應(yīng)激介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和NLRP3炎癥介導(dǎo)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(xì)胞外誘捕網(wǎng)(Net)的形成,其機(jī)制可能與抑制HMGB1/TLR9途徑有關(guān)。GA通過其抗氧化和抗炎作用對多藥耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌(multidrug-resistant acinetobacter baumannii, MDR-AB)誘導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用。具體機(jī)制為:GA能逆轉(zhuǎn)MDR-AB誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,阻止MDR-AB對細(xì)胞的黏附和侵襲,抑制促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-6和TNF的表達(dá),另外,GA可影響TLR/髓樣分化因子88(MYD88)途徑來抑制MDR-AB誘導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞損傷,從而減輕炎癥反應(yīng)[24]。

2.4 消化系統(tǒng) 甘草在中醫(yī)中被認(rèn)為是一種很好的解毒藥,可以保護(hù)肝臟功能。相關(guān)研究表明,GL可降低肝組織中α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)、膠原α1、透明質(zhì)酸、Ⅲ型膠原蛋白、層粘連蛋白等肝纖維化指標(biāo),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(jìn)CUGBP1介導(dǎo)的IFN-γ/STAT1/Smad7信號通路減輕肝纖維化和肝星狀細(xì)胞活化。還有研究表明,GA通過PI3K/Akt/GSK-3β途徑增強(qiáng)Nrf-2介導(dǎo)的抗氧化作用,從而保護(hù)RTS誘導(dǎo)的肝損傷[26]。甘草和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的組合使順鉑誘導(dǎo)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(jī)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(dǎo)的DILI具有保護(hù)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(jī)制可能與抑制氧化應(yīng)激,激活Keap1/Nrf2/ARE通路有關(guān)。此外,MG-CH還可促進(jìn)Nrf2、HO-1、谷氨酸-半胱氨酸連接酶修飾亞單位(GCLM)和NQO1的表達(dá),從而提高機(jī)體抗氧化及解毒能力[28]。

2.5 泌尿系統(tǒng) 甘草能保護(hù)泌尿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整,并延緩慢性腎臟病進(jìn)展。ISL是甘草中主要的黃酮苷類化合物之一,可以恢復(fù)Sirt1和腎臟氧化-抗氧化平衡,抑制炎癥反應(yīng),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(hù)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(xì)胞凋亡標(biāo)志物[29]。同時(shí),ISL還能以劑量依賴方式減輕順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷,對順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡起保護(hù)作用。此外,ISL可顯著抑制順鉑誘導(dǎo)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(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)減輕順鉑誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞損傷,卻對細(xì)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(guān)研究表明,DPG可通過調(diào)節(jié)不同的機(jī)制和信號通路,減輕炎癥過程,促進(jìn)皮膚創(chuàng)面愈合,并且在減輕炎性滲出物的同時(shí)增加肉芽組織、組織再上皮化和總膠原,且不伴有活動(dòng)性充血[31]。具體機(jī)制為DPG治療降低了促炎細(xì)胞因子(TNF-α、環(huán)氧化酶-2、IL-8、白細(xì)胞介素受體相關(guān)激酶-2、NF-κB和IL-1)的表達(dá),而增加了IL-10的表達(dá)。大鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與對照組相比,補(bǔ)充甘草提取物通過上調(diào)堿性成纖維細(xì)胞生長因子、血管內(nèi)皮生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子-β基因表達(dá)水平,促進(jìn)血管生成和膠原沉積,從而促進(jìn)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(yīng)用LQ可降低中波紫外線照射引起的ROS、促炎因子和基質(zhì)金屬蛋白酶的增加,增加Sirtuin3和膠原α1的水平。LQ促進(jìn)SIRT3抑制中波紫外線誘導(dǎo)的促炎介質(zhì)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(yù)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(dá),恢復(fù)視網(wǎng)膜SIRT1水平,減輕氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和內(nèi)皮損傷,保護(hù)視網(wǎng)膜正常組織學(xué)和超微結(jié)構(gòu)等機(jī)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(jié)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(shí)間的沉淀,許多中醫(yī)藥走進(jìn)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。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科技手段已經(jīng)驗(yàn)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(jī)制及原理,具有廣闊的應(yīng)用前景,但未來仍需要進(jìn)一步的研究明確其生物安全性、藥代動(dòng)力學(xué)以及生物利用度。