大蒜素预防心肌缺血分子机制的进展

苏彦文，张凤荣，苏彦斌*

(1．吉林化工学院 教务处，吉林 吉林132022;2．吉林省食品药品检验所 化学室，吉林 长春130033)

大蒜素(二烯丙基三硫化物)为大蒜活性组分，源于百合科葱属植物大蒜的鳞茎，微溶于水，溶于乙醇、苯、乙醚等有机溶剂．大蒜素具有抗菌、抗病毒、抗癌、抗心肌缺血、抗衰老和提高免疫能力等作用．虽然大蒜素［1］提取及其应用的相关研究十分活跃，作用机制研究不断深入，新型制剂不断完善和更新，但是根据有关文献记载，大蒜素自身潜力一直没有得到充分发挥，分析原因主要源于作用机制的制约．

化学结构及其变化是药物作用的基础，大蒜中二烯丙基基团、有机多硫结构和亚砜基团可以调控与心肌缺血密切相关的醛基，产生抗心肌缺血作用．2008年以来，美国科学家Mochly-Rosen，D．研究证实了乙醇激活和移位 ε-蛋白激酶 C(Epsilon protein kinase C，εPKC)于心肌线粒体(Mitochondria)，活化乙醛脱氢酶-2(Aldehyde dehydrogenase，ALDH2)，降低醛类含量水平，产生抗心肌缺血的分子过程，在研究机制上凸显了创新和突破［2］．大蒜素分离纯化和化学合成简单，技术成熟，乙醇具有良好溶解大蒜素特性，为制备大蒜素醇溶制剂提供了可能性、可行性和可操作性．针对预防心肌缺血，挖掘大蒜素自身潜在应用价值，开发新型药物制剂具有重要现实意义．

1 大蒜素提取、分离和检测

大蒜素作为一种单体化合物，微溶于水，易溶于乙醚、乙醇、乙酸乙酯等有机溶剂．采用乙醚萃取法、水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法、超临界CO2萃取法等多种提取技术，已经成功提取出大蒜素纯品．提取物主要为含硫有机化物和皂苷类成分．含硫化合物分为脂溶性和水溶性，脂溶性硫化合物有较强抗肿瘤活性，水溶性有较强的降脂作用．通过提取的酶解温度、pH、时间、水量和离心pH的分析，最佳提取条件是酶解温度25℃，pH 7．0，时间 60 min，水量 100 mL，离心 pH 3．2，二次萃取可以显著减少产物流失［3］．采用气相色谱法(GC)［4］、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)［5］、高效液相色谱法(HPLC)［6］、定硫法［7］和分光光度法［8-9］检测二烯丙基三硫化物(醚)、二烯丙基二硫化物(醚)、烯丙基甲基三硫化物(醚)、烯丙基甲基二硫化物(醚)的方法日渐成熟．

2 大蒜素预防心肌缺血效应及其分子机制

大蒜素具有抗菌、抗病毒、抗癌、抗心肌缺血、抗衰老和提高机体免疫效应，其预防心肌缺血作用一直受到国内、外学者高度关注．大蒜素的急性、亚急性和慢性毒性非常低，口服生物利用度高．大蒜素的前体烯丙基半胱氨酸(S-allyl cysteine，SAC)是大蒜水溶性主要有效成分，与抗心肌缺血密切，具有潜在药用价值，但研究文献报道较少．

大蒜素的抗心肌缺血作用历史可谓源远流长，效应十分确定．在分子水平上，表现为对心肌细胞膜的钠通道激活态和失活态均具有调控，以失活态为主，特别是对除极病损细胞钠通道具有较高亲和力［10］．大蒜素通过磷脂膜和红细胞膜转运到细胞内，与巯基(Sulfhydryl，-SH)化合物相互作用，产生效应［11］．烯丙基半胱氨酸抗心肌缺血与抗氧化、清除自由基、降低胆固醇和一氧化氮(Nitric oxide，NO)小分子信号转导调节有关．

在作用效应和分子机制等方面，廖奕华等研究表明:大蒜素对家兔心肌缺血具有剂量反应依赖性保护作用，在服用剂量为24 mg·kg－1时，疗效最佳［12］．大蒜素抗心肌缺血效应的剂量反应关系提示:适宜浓度是产生最佳疗效的前提，必须选择适宜溶剂才能达到最佳疗效．乙醇作为首选溶剂源于良好稳定性，高效性和传统性的乙醇提取大蒜素方法．鉴于人体对乙醇中等耐受和醛基代谢产物的堆积，机体自身具有精确的反馈调节机制，乙醇羟基可能成为有效调节因子参与调控醛基的基本过程［13］．乙醇反馈调节醛基是在线粒体相关酶参与下发生的，例如:乙醛脱氢酶-2(Aldehyde dehydrogenase，ALDH2)与该反应密切关联．ALDH属于人体线粒体消除毒性醛基的关键酶，分布在线粒体基质，主要参与乙醇代谢过程．ALDH功能失调与包括心血管疾病在内多种疾病关系密切．研究显示:ALDH功能失调与人体老化过程相联系．流行病学研究结果表明:正常机体内不同细胞的ALDH水平和活力与正常人体的易发病理倾向有关，可能引导正常人体发生特定疾病，包括心肌缺血等老年化疾病．在正常心肌细胞，微量活性醛基与功能蛋白质结合形成加合化合物，不会导致正常心肌细胞损害和心脏功能异常，主要由于ALDH代谢毒性醛基，成为无毒代谢产物而解毒．但在病理性心肌缺血发生时，心肌细胞的ALDH水平和活力均显示低下［14］，超过机体自身调控能力，发生急性或慢性心肌缺血，对人体生命造成严重危害．因此，建立心肌细胞的ALDH水平和活力为目的动物醛基模型［15］，结合应用新型药理学工具，以醛基作为潜在药物分子靶标［16］，乙醇为大蒜素溶剂，研究醇溶大蒜素经由醛基的含量和结构调控，探索抗心肌缺血分子机制，具有十分重要价值，体现良好药物研发前景．

贾海忠等研究显示:大蒜素显著降低心肌细胞耗氧量，具有预适应性保护作用，避免过度心肌缺血［17］．李格等实验研究证实:大蒜素具有提高超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)和全血谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase，GSH-Px)活性，减少血浆内皮素(Endothelin)水平效应［18］．硫化氢(Hydrogen sulfide，H2S)可以源于大蒜素，H2S研究推动了大蒜素转化机制的深化．刘芳等实验研究证实:在心肌缺血时，H2S增强线粒体ATP酶、SOD、GSH-Px活性，降低线粒体脂质过氧化水平，对大鼠心肌缺血产生保护效应［19］．杨海扣等实验研究:外源性H2S处理，减轻大鼠心肌缺血，与抑制线粒体通透性转换孔的开放有关［20］．高琴等检测表明:ALDH-2在心肌缺血后表达增强，发挥心肌保护作用［21］．刘建勋综述了当心肌缺血时，线粒体病理损伤、保护途径、稳态变化和恶性循环特征，表明线粒体是心肌缺血损伤的重要靶点［22］．

3 乙醇抗心肌缺血作用机制及其制约因素

适量乙醇(Ethanol，Et-OH)对心肌缺血具有保护作用．流行病学研究显示:小到中剂量乙醇与心肌缺血呈现明显负相关［23-27］;当心肌梗塞时，适量乙醇明显降低总体死亡率［24］．然而，快速给予乙醇却不能产生抗心肌缺血作用［28-30］．

2008 年以来，Mochly-Rosen，D．［31］研究证实乙醇可以激活和移位ε-蛋白激酶C到心肌线粒体内膜，导致醛脱氢酶-2活化，降低醛类含量水平，产生抗心肌缺血效应［2］．同时，阐明了乙醇保护心肌缺血的前提条件是:心肌缺血已经发生、适量乙醇(0．5 g·kg－1)和恰当给予时间(30 ～60 min)．

线粒体作为心肌缺血亚细胞靶标，随着年龄增加，心肌缺血发生率提高，线粒体对心肌缺血敏感度提高［32］．心肌缺血作为线粒体脂质过氧化的后果，4-羟基壬烯醛(4-hydroxy-nonenal，4-HNE)作为线粒体脂质过氧化新颖指示剂，成为目前研究的热点［33］．根据醇醛缩合反应基本特点，作用靶点可能限定于乙醇羟基(-OH)和不饱和醛基(-CHO)，体现醇对醛的普遍生物反应机制，这是乙醇心肌生物保护的潜在机制［34］．

结合大蒜素可以良好的溶解在乙醇中，经心肌线粒体酶作用，调控不饱和醛含量，产生预防心肌缺血效应，挖掘了大蒜素潜在价值，拓展了大蒜素醇溶制剂的研发领域．

4 乙醇作为大蒜素制剂溶剂，挖掘了大蒜素的应用价值

大蒜素药物制剂分两大类:保健品类，主要包括粉剂、油剂、酒剂、淋浴液、护肤露、护发生发水等;药物类，主要包括片剂、粉剂、注射液、胶囊和糖浆等．目前，大蒜素剂型［35］研发推陈出新，更新周期缩短趋势渐显．徐巍等［36］以生物降解聚氰基丙烯酸正丁酯为载体材料，采用乳化聚合法制备大蒜素纳米粒，与注射液组相比，大蒜素的聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒消除半衰期显著延长，同时，纳米颗粒体现了独特的靶向性．

大蒜素调控线粒体不饱和醛基预防心肌缺血，提供了大蒜素溶于乙醇产生抗心肌缺血效应的有效途径和方法．体现三个方面潜在应用前景:首先，在研发抗心肌缺血新药剂型过程中，奠定了大蒜素溶于乙醇产生预防效应的基础;其次，推进大蒜素联合乙醇共同调控基于细胞增殖和分化的抗癌过程，例如:抗诱导脑胶质瘤的不饱和醛，调控不饱和共轭双键(C C—C C)和甲基(-CH3);第三，鉴于大蒜素源于隶属葱科属植物的大蒜、葱和韭菜，这些植物在成熟收成期有大量废弃物含有大蒜素等多硫化物，没有得到有效利用，如果大力开发，适当处理，可以产生高附加价值产品，一方面，开发预防心肌缺血的新型醇溶制剂，由于乙醇广泛的溶解性能，既能溶解有机化合物发挥新型醇溶制剂的特有功效，又要注意乙醇有效溶解无机物，增加杂质含量的缺点;另一方面，开发具有应用前景，低要求限制，消除各种材料中醛基的高附加值环保产品．

5 大蒜素醇溶制剂的发展前景

大蒜素来源广、结构简单、易合成，结合大蒜素和乙醇协同效应，以乙醇为溶剂，大蒜素中有机多硫分子和溶剂乙醇中羟基分子相互作用，充分发挥联合预防心肌缺血作用，最大限度发挥大蒜素的作用效应，为研发大蒜素醇溶制剂提供有效数据支撑．

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