花青素抗炎机制的研究进展

杨霞,王利,李少伟,韩璐,郭晓明,陈琦

(内蒙古医科大学基础医学院，呼和浩特010059)

花青素抗炎机制的研究进展

杨霞,王利,李少伟,韩璐,郭晓明,陈琦

(内蒙古医科大学基础医学院，呼和浩特010059)

花青素是一种存在于植物性食物中具有生物活性的化合物，具有较强的调节炎症的能力，有助于防止神经元疾病、心血管疾病、糖尿病等疾病的发生。花青素能通过抑制促炎细胞因子、细胞黏附分子、氧自由基的表达，影响核转录因子κB及丝裂原活化蛋白激酶通路，介导一氧化氮、环氧合酶2的表达等发挥抗炎作用。其作为有效抗炎且安全的天然物质,具有广阔的研究前景。

花青素；炎性细胞因子；丝裂原活化蛋白激酶；核转录因子；一氧化氮；活性氧；环氧合酶

花青素是一种存在于植物性食物中的具有生物活性的化合物，存在于植物的叶、茎、花和果实中，它赋予水果、蔬菜、花卉和谷物以橙色、红色，紫色和蓝色等明亮的颜色[1]。目前已报道的花青素有22大类600多种，其中最常见的有飞燕草色素、矢车菊色素、天竺葵色素、锦葵色素、芍药色素和牵牛花色素6种，其中以紫甘薯、黑米、野生蓝莓、葡萄、黑醋栗、黑豆种皮、越橘、黑树莓等花青素含量较为丰富[2]。大量研究结果证实，花青素具有较强的抗氧化、抗炎、抗癌等特性[3]。炎症是一种非特异性免疫反应，可有效保护机体，防止病原体侵袭。急性炎症是一个短期、自限过程，而慢性全身性促炎状态可引发如胰岛素抵抗、动脉粥样硬化、2型糖尿病、代谢综合征、心血管疾病、癌症和神经变性等疾病[4，5]。因此，控制炎症发展可能是防治某些疾病的良好策略。目前，用于炎症治疗的药物多为甾体类和非甾体类抗炎药，而这些药物不良反应较大[6]。因此，寻找有效抗炎且安全的天然物质取代抗炎药物有广阔的研究前景。研究表明，花青素在体内和体外均有较强的抗炎活性，但这一效应的确切机制尚未完全阐明。现对花青素的抗炎机制作一综述。

1 炎性细胞因子

炎症由多种分子调控，其中包括炎性细胞因子。炎性细胞因子之间的平衡是维持机体正常免疫状态、自身稳态和正常生理活动的关键因素，促炎和抗炎细胞因子的产生由严格复杂的反馈机制控制。促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β，其主要负责对病原体应答，从而激活机体免疫系统，消灭入侵者；而抗炎细胞因子，如脂连蛋白，其作用是促进恢复机体正常状态，从而保持稳态[7]。有研究[8]发现，从黑大豆种皮中提取的花青素可抑制脂多糖(LPS)诱导的小鼠小神经胶质细胞BV2中促炎细胞因子，包括TNF-α、IL-1β的过度表达。Xu等[9]研究发现，蓝莓花青素可抑制LPS诱导小鼠巨噬细胞RAW 264.7炎症反应中INF-γ、IL-1β和IL-6的表达，且呈浓度依赖性。总之，越来越多的研究表明花青素可以通过减少促炎细胞因子表达，和(或)增强抗炎细胞因子表达发挥其抗炎作用。

2 丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)

MAPKs是与炎症相关的重要信号途径，可响应不同刺激，继之调节许多不同的细胞反应，包括细胞分化、有丝分裂和细胞凋亡。正常情况下，MAPKs的基本形式为可催化的无活性形式，需要磷酸化使其活化才能发挥效用[10]。MAPKs有3个重要的亚类：①细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)包括ERK1和ERK2,是将信号从表面受体传导至细胞核的关键；磷酸化的ERK1/2从细胞质转移到细胞核内，进而介导NF-κB、AP-1、Elk-1、ATF和c-Jun的转录活化。②氨基末端激酶(c-JNKs)又称为应激活化蛋白激酶(SAPK)，在应激条件下，激活的c-JNKs还可增加转录活性，特别是激活AP-1的转录活性[11]。③p38 MAPKs是公认的MAPKs家族在控制炎症反应中最重要的成员之一，因其性质与c-JNKs相似，又称为SAPK2。大量研究表明，p38 MAPK信号通路的激活与炎性细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)的产生、环氧合酶2(COX-2)的诱导表达、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和细胞间黏附分子1(ICAM-1)的表达等有密切联系[12]。这些MAPKs由炎性细胞因子及其他应激源激活，它们的激活与炎症有关的疾病相关，如哮喘和自身免疫疾病等。

Sogo等[13]在研究飞燕草花青素对LPS诱导的RAW264.7细胞的抗炎机制中发现，花青素可抑制MEK1/2的磷酸化以及ERK1/2上游的酶，MEK/ERK表达下调。有研究[8]表明，从黑大豆种皮中提取的花青素可显著抑制LPS诱导的小鼠小神经胶质细胞BV2中ERK、c-JNKs、p38 MAPKs的磷酸化。Medda等[14]在研究黑树莓花青素对人类食管和肠道微血管内皮细胞的抗炎中发现，内皮细胞中磷酸化的p44/42 MAPK和JNK显著降低。总而言之，大量研究证实花青素可以通过MAPKs途径发挥其抗炎作用。

3 NF-κB信号通路

NF-κB信号通路是大多数代谢信号与炎症之间的关键环节[15]。具体来说，NF-κB是在细胞中广泛表达的诱导转录因子，其对氧化应激和炎症敏感。正常情况下，NF-κB与抑制蛋白IκB有高度亲和力，与其结合后以无活性形式存在于细胞质中[4]。当暴露在刺激环境中时,IκB激酶(IKK)磷酸化IκB，IκB的磷酸化致其解离，使NF-κB转移至细胞核，与κB调控元件结合，进而激活基因表达，如促炎性细胞因子、趋化因子、黏附分子(CAM)、iNOS、COX-2等[16，17]。

众多研究显示，花青素能够调控NF-κB信号通路发挥抗炎作用。Jeong等[8]研究发现，花青素可明显抑制小鼠小神经胶质细胞BV2中LPS诱导的IκB的降解和NF-κB p65的核易位，从而下调促炎介质，包括一氧化氮(NO)、前列腺素E2(PGE2)和促炎细胞因子如IL-1β和TNF-α的产生。有研究[18]发现，在矢车菊色素对于胆固醇代谢的调节和抗炎作用中，部分是通过抑制NF-κB从胞质转移至细胞核从而减少炎症的靶向基因的表达，如单核细胞趋化蛋白1(MCP1)、细胞间黏附分子1(ICAM-1)和转化生长因子β1(TGFβ1)。有趣的是，矢车菊色素在TNF-α诱导的人血管内皮细胞中，可显著抑制NF-κB活化,而不能抑制核转移。研究[19]发现，从黑大豆种皮提取的花青素可抑制幽门螺杆菌感染的胃癌细胞AGS中IκB的磷酸化，且呈剂量依赖性抑制。总之，花青素已经显示出其可以影响NF-κB信号转导通路，包括IκB的降解、NF-κB的核转移及活化发挥其抗炎特性。

4 NO和一氧化氮合酶(NOS)

NO是炎症反应过程中的重要信使分子，在炎症反应中起到关键的调节作用，如影响炎性因子的表达、抑制NF-κB的激活等。iNOS通常以无活性存在，促炎细胞因子NF-κB或MAPKs可诱导其活化，由此产生大量NO[20]。此外，内皮型一氧化氮合酶(eNOS)可调节由iNOS催化产生的高量NO，从而维持细胞内稳态。因此，增加eNOS的表达量也可以抑制炎症反应，发挥保护内皮细胞的作用。有研究[19]表明，黑大豆种皮花青素提取物作用的幽门螺旋杆菌感染的人胃上皮细胞和LPS诱导的BV-2细胞中，iNOS表达显著减少，NO生成减少。在二甲花翠素-3-葡萄糖苷处理的过氧亚硝酸盐刺激的牛动脉内皮细胞中，发现iNOS的表达受抑制，eNOS表达上调[21]。总之，越来越多的研究表明花青素可抑制iNOS的表达以及上调eNOS的表达，从而减弱在氧化应激下NO的过量产生而引起的有害炎症。

5 活性氧(ROS)

ROS又称氧自由基，是存在于机体组织细胞内的非特异性损伤因素。当机体处于急性炎症时，巨噬细胞在短时间内产生大量的ROS，可有效清除和消灭外源异物。而当急性炎症转化为慢性炎症时，ROS的产生失去控制会促进炎症因子活跃，加剧炎症反应并且可能造成细胞的基因突变，继而诱发细胞癌变[22]。因此，调节体内ROS平衡，是抵抗炎症的重要环节。超氧化物歧化酶(SOD)是清除体内ROS的关键酶，并能减弱ROS对组织细胞的破坏，可用来反映ROS损伤机体的程度[23]。花青素属于类黄酮化合物，结构本身具有一定数目的酚羟基，这一结构使其具备了清除ROS的特性，并呈现出较强的抗氧化特性[24]。研究[25]发现，金叶女贞果实花青素可抑制二甲苯所致小鼠耳廓肿胀，提高小鼠血清SOD水平从而发挥其抗炎和镇痛作用。Kim等[19]研究发现，黑大豆种皮花色苷可呈剂量依赖性抑制幽门螺杆菌感染的人胃上皮细胞中ROS的表达，且抑制效果显著。总之，现已证实花青素有较强抗氧化性，其可通过抑制ROS的产生和增强SOD的表达发挥抗炎作用。

6 COX

COX是催化花生四烯酸(AA)生成血栓素(TX)和前列腺素(PG)的限速酶，包括两种同工酶，即结构型COX-1和诱导型COX-2。COX-1主要存在于正常的组织细胞中，如胃、血管等，催化产生前列腺素，维持机体正常的生理功能。COX-2在正常的健康组织细胞中表达不多，但在促炎促氧化介质如IL-1α、IL-1β、TNF-α诱导后表达增加，参与AA转化为各种类二十烷酸(如炎症反应PGE2和血管收缩剂PGF2a),调节炎症、免疫、血管张力和血小板聚集[26]。PGE2是一类活性很强的炎症介质，可加剧炎症反应，并且PGE2有疼痛增敏作用[25]。此外，PGE2的产生常伴有大量ROS的生成，继而引起细胞损伤。因此，可将COX-2作为炎症检测的标志蛋白。

王正等[27]研究发现，紫甘薯花青素处理的高脂饮食诱导的小鼠前脑皮质和海马中的COX-2蛋白表达显著下降。有研究表明，从黑大豆种皮中分离的花青素可抑制LPS诱导的小鼠神经胶质细胞BV2中COX-2 mRNA表达，从而发挥抗炎作用。Kim等[19]研究发现，花青素处理的幽门螺杆菌感染的胃上皮细胞COX-2 mRNA表达量下降。王静等[25]在金叶女贞果实花青素抗炎镇痛的作用机制研究中发现，花青素处理组小鼠的血清PGE2水平降低，且高浓度花青素可抑制小鼠耳廓肿胀、腹腔毛细血管通透性的增加和肉芽肿的增生。总之，大量研究显示花青素可抑制COX-2的表达，减少PGE2的产生，从而发挥其显著的抗炎作用。

7 CAM

CAM是指由细胞产生的具有多种生物活性的膜表面糖蛋白，多位于白细胞表面和血管内皮细胞，主要介导细胞之间、细胞外基质和细胞之间相互接触及结合。ICAM-1与血管细胞黏附分子1(VCAM-1)二者都是免疫球蛋白超家族中的成员，其主要作用是介导内皮细胞与中性位细胞的黏附、白细胞活化和内皮细胞损伤，在炎症区域富集中性粒细胞，参与炎症反应中的信号转导，包括JAK/STAT和MAPKs等信号通路[28]。正常情况下，VCAM-1与ICAM-1主要在细胞表面表达，而在血管内皮细胞和其他非造血细胞中低水平表达。当在炎症刺激下，血浆VCAM-1和ICAM-1水平增高。反之，VCAM-1和ICAM-1表达下调，炎症被抑制[29]。因此，血浆VCAM-1和ICAM-1水平可作为内皮细胞活化和炎症相关程度的标志。

研究表明，花青素可影响VCAM-1和ICAM-1的表达发挥抗炎作用。二甲花翠素可以抑制TNF-α诱导的人血管内皮细胞中的ICAM-1和VCAM-1产生，在蛋白和mRNA水平上呈浓度依赖性抑制。用纯化的花翠素-3-葡萄糖苷和矢车菊色素混合物处理LPS诱导的猪髂动脉内皮细胞，可呈剂量依赖性地抑制VCAM-1的分泌[30]。Medda等[31]在研究黑树莓提取物对人食管和肠道微血管内皮细胞的抗炎和抗血管生成作用中发现，花青素可显著抑制ICAM-1和VCAM-1基因与蛋白表达。总之，大量研究表明细胞在各种应激条件下，花青素可抑制ICAM-1和VCAM-1的表达，继而发挥其抗炎作用。

近年来，大量的研究报道证实花青素有较强的抗炎特性，其可能通过抑制促炎细胞因子、CAM、氧自由基的表达，影响NF-κB及MAPKs通路及介导NO、COX-2的表达等发挥抗炎作用。花青素作为有效的抗炎且安全的天然物质，具有取代抗炎药物的广阔的研究前景；然而，目前尚未有花青素作为临床用药的报道。因此，这需要更深层次的研究及创新，以期将花青素具体运用到临床疾病防治中。

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国家自然科学基金资助项目(81460496)。

陈琦(E-mail: yongqi_1@163.com )

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.18.039

R284

A

1002-266X(2017)18-0106-04

2016-09-04)