黄酮类化合物的心血管保护作用机制研究进展

李旭光，方莲花，杜冠华

(中国医学科学院北京协和医学院药物研究所，北京市药物靶点研究与新药筛选重点实验室，北京 100050)

黄酮(flavonoids)是广泛存在于自然界中的一大类低分子生物活性化合物。根据其化学结构可分为黄酮类(如芹菜素、红橘素)、黄酮醇(如槲皮素、杨梅素、山奈酚)、黄烷酮(如柚皮素、橙皮素)、黄烷-3-醇(如儿茶素、表儿茶素)、异黄酮(如染料木素、大豆苷元)、花青素(如矢车菊素、飞燕草素)等。近年来，多项研究证明黄酮类化合物对心血管系统具有良好的保护作用。黄酮类化合物可通过直接清除自由基、抑制产生活性氧(reactive oxygen species, ROS)相关的酶，增加细胞分泌抗氧化介质如维生素E和谷胱甘肽，从而减少氧化应激。此外，黄酮类化合物还可以发挥抗炎作用，主要是通过清除自由基，下调环氧合酶(cyclooxygenase, COX)及脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)活性，上调内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)活性，以及改变相关基因的表达来实现的。

黄酮类化合物还可以抑制血栓形成，其抗血小板聚集机制复杂。首先，通过可逆性拮抗血栓素A2受体，还可抑制凝血酶刺激的血清素释放。其次，黄酮类化合物具有舒张血管和保护内皮功能的作用，主要是通过内皮细胞和NO依赖的信号途径参与介导。此外，黄酮类化合物还可影响脂质过氧化和调节葡萄糖代谢，有益于改善代谢综合征患者的血脂谱。本文查阅国内外最新研究文献，总结了近年来黄酮类化合物在心血管保护方面重要的作用及其机制，简要概括为以下5个方面。

1 减少氧化应激

正常生理情况下，机体内氧化和抗氧化之间维持着动态平衡，一旦平衡被打破，则有可能导致氧化应激产生ROS和活性氮，导致大量自由基和非自由基形成，进而损伤细胞。自由基干扰细胞功能的机制和内在联系尚不完全清楚，但脂质过氧化在其中起到关键的作用，其可导致细胞膜损伤，进而引起细胞净电荷和渗透压的改变，细胞肿胀并最终导致细胞死亡[1]。

几乎每一种黄酮类化合物都具有抗氧化活性。据报道，类黄酮和儿茶素是对抗ROS，保护机体最强大的黄酮类化合物[1]。其广泛的抗氧化作用引起了研究者对其在心血管保护方面的兴趣。由于黄酮类化合物的抗氧化和螯合特性，可以使ROS失活，从而抵消血浆低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)氧化和改善血管内皮炎症。此外，它还可以降低黄嘌呤氧化酶、NADPH氧化酶和LOX的活性，减少ROS生成。

在多种天然黄酮化合物对缺氧/复氧损伤乳鼠心肌细胞的保护作用的比较实验中，发现黄芩苷、黄芩素及槲皮素具有较好的心肌细胞保护作用，可能与其强抗氧化活性相关，而染料木黄酮、柚皮素、芹菜素等抗氧化活性较弱，可能与其抗氧化活性的构效关系有关[2]。此外，某些黄酮类化合物还可以抑制LOX活性，并清除LDL氧化过程中的自由基，从而保护心肌功能。

黄酮类化合物也是各种氧化反应的清除剂，如超氧阴离子、羟基自由基和过氧自由基。某些黄酮能直接清除超氧离子，某些黄酮如染料木素和大豆苷元则能清除过氧亚硝基阴离子。表儿茶酸和芦丁有很强的羟基自由基的清除作用，比甘露醇高约100～300倍，并抑制在次黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶反应中超氧阴离子的产生[3]。通过清除自由基，黄酮类化合物能抑制LDL在体外氧化，保护低密度脂蛋白颗粒，这可能有助于预防动脉粥样硬化相关疾病。

黄酮类化合物也可以通过影响基因表达发挥抗氧化作用，从而导致细胞间信息传递发生改变。其可通过核转录因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)信号通路调节IκBα蛋白，使得NF-κB直接结合于DNA，从而发挥抗氧化作用。近期一项研究发现，橙皮苷可以通过增加Nrf2的表达，提高抗氧化防御能力，对衰老大鼠心肌具有一定的保护作用。在体外细胞实验中得到相似的结果，柚皮素能明显抑制阿霉素诱导的衰老模型中β-半乳糖苷酶的生成[3]。可见，这些信号分子所介导的信号通路为进一步确定黄酮类化合物抗氧化机制的直接作用靶点提供有力依据。

2 减少炎症信号分子的表达

乳酸脱氢酶和总胆固醇升高可以导致严重的氧化应激、脂质过氧化，引起血管壁脂肪堆积、丙二醛产生以及炎症介质的释放，最终导致严重的心血管系统损伤。许多小分子都可以引起炎症反应，包括细胞因子(IL-6、IL-1、TNF)、ROS和黏附分子(ICAM-1、VCAM-1)等。研究表明，黄酮醇、黄烷酮、异黄酮等黄酮类化合物都具有良好的抗炎作用。其机制主要是通过清除ROS，下调COX、脂肪氧化酶的活性，上调eNOS的活性和改变相关基因的表达实现的。

炎症可以引起大量的氧自由基产生，氧自由基形成又促进炎症进一步发展，因此，维持体内ROS平衡，清除多余的ROS被认为是最直接有效的方法。研究发现，玉米须黄酮可以明显降低丙二醛含量，增强超氧化物歧化酶的活性，可以有效缓解局部炎症引起的氧化应激反应[4]。COX和脂肪氧化酶是花生四烯酸代谢所必需的酶，也是前列腺素(prostaglandin，PG)、白三烯、血栓素合成必需的酶，它们都可以加重炎症反应。黄酮类化合物抑制COX-1的作用较弱，但可以明显抑制COX-2在炎症反应中的过度表达。例如，低浓度的柚皮素可以减少PGE2的生成，降低COX-2的表达，而高浓度的柚皮素则可以抑制NF-κB的活化，从而减少炎症反应的发生[5]。此外，黄酮醇(山奈酚、槲皮素、桑色素、杨梅黄酮)也是LOX的抑制剂，抑制白三烯的产生、减轻炎症反应。黄芩茎叶总黄酮能够调节花生四烯酸的代谢，抑制白三烯的合成，其中以黄芩素和黄芩苷作用最强，且存在量效关系。在兔动脉粥样硬化模型中，山奈酚可以明显下调ICAM-1、VCAM-1及单核细胞趋化蛋白-1的表达，表明山奈酚能通过减轻血管炎症，抑制动脉粥样硬化的发展[6]。

除此之外，黄酮类化合物能够降低促炎性细胞因子，如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α的表达，上调抗炎细胞因子IL-10的表达。主要机制是下调诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、抑制NF-κB核易位，以及抑制κB蛋白的同步降解[7]。此外，黄酮类化合物也可以通过影响NF-κB通路，调节p65亚基或NF-κB与DNA结合。研究发现，樱花素可以抑制p65-NF-κB的表达，降低IL-1β及TNF-α水平，调节炎症反应[8]。淫羊藿总黄酮可以抑制MAPK/NF-κB信号通路，减轻自然衰老大鼠脑组织的炎症反应[9]。在大鼠心肌缺血/再灌注损伤实验中，牛舌草总黄酮能降低IL-1β、IL-6及TNF-α 的水平，其机制可能与上调PI3K/Akt信号通路，从而抑制细胞炎症有关[10]。可见，不同的黄酮类化合物可分别或同时作用于炎症反应的特定阶段，通过减少炎症信号分子的表达，起到抗炎作用。但由于其种类繁多，炎症疾病机制复杂以及缺乏结构优化的有效剂型，因此，更深层次的研究与开发仍需进行。

3 扩张血管及降压作用

血管内皮细胞在调节血管张力和心血管稳态方面占据主导地位， 这是由于其分泌的多种因子不仅影响血管收缩功能(如内皮素-1)，也影响舒张功能(如NO、前列环素2、内皮源性超极化因子)。然而，一旦两者之间平衡被打破，则有可能导致严重的心血管疾病，如高血压、心脏衰竭等。

内皮功能障碍导致NO的产生和/或生物利用度下降。当动脉粥样硬化、高血压和缺血/再灌注损伤发生时，eNOS和神经元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase, nNOS)的表达及活性降低。此外，NO影响并维持着血管内微环境的稳态，因此，调节其生成是一个重要的心血管系统药物靶点。多项体内和体外实验表明，黄酮类化合物能明显影响这一过程[11-14]。

体外研究表明，许多黄酮类化合物具有血管舒张活性，其机制与内皮细胞NO释放有关。一项经典的研究发现，用去氧肾上腺素预收缩大鼠主动脉后，槲皮素、白藜芦醇及芦丁仍然可以引起有效的血管舒张，而且可被NOS抑制剂完全阻断[11]。其它黄酮类化合物在多种不同的血管床实验中也具有相似的作用，如猪冠状动脉和兔肺动脉环。临床中，许多新的方法已经证实食用含黄酮丰富的食品可以增加循环中NO水平[12]。在离体血管或体外培养的内皮细胞中，许多黄酮类化合物如染料木黄酮、槲皮素和表儿茶素可以直接或间接地调节NO的产生，发挥舒血管活性[13]。

黄酮类化合物促进NO增加的另一机制是诱导内皮细胞PI3K/Akt信号通路的活化。研究发现，花青素可以诱导内皮细胞PI3K/Akt通路的激活，引起eNOS磷酸化，进而促进NO的产生[14]。此外，黄酮类化合物也可以通过内皮源性超极化因子诱导超极化，扩张血管平滑肌。研究发现，山奈酚可以作为平滑肌细胞内皮依赖性超极化介质调控血管张力[15]。

虽然大多数研究集中在黄酮类化合物诱导的内皮依赖性血管舒张功能，但是部分研究也发现其可直接影响血管平滑肌细胞的舒缩，主要是通过调节钙离子、氯离子、钾离子等离子通道，减少钙离子内流，引起血管松弛[12]。这些研究表明，黄酮类化合物的多途径、多靶点的舒张血管作用，为黄酮类化合物的降压机制研究提供新的思路。

4 抑制血小板聚集

血小板活化后聚集被认为是心血管、脑和外周血管疾病中非常重要的因素。多种研究表明，黄酮类化合物可以有效抑制血小板聚集，从而降低血栓的形成。在ADP诱导的大鼠体外实验中，7种黄酮类化合物均表现出抑制血小板聚集的作用，且作用大小槲皮素>芦丁>异槲皮素>橙皮素>橙皮苷>柚皮素>柚皮苷[16]。此外，钙对于血小板聚集也有促进作用，黄酮类化合物可以通过激活Ca2+-ATP酶和抑制磷脂酶C及肌醇三磷酸，导致纤维蛋白原GPIIb/IIIa之间的结合被抑制，从而发挥抗血小板作用。胶原诱导的血小板聚集与钙离子的增加和激活也有关。黄酮类化合物如槲皮素和儿茶素能明显减少胶原诱导的氧化损伤，从而抑制血小板聚集[17]。

研究发现，血清素也参与血小板聚集过程，橙皮素可以抑制花生四烯酸分泌血清素，抗血小板聚集。橙皮素和橙皮苷对凝血的影响也可能是通过抑制血管内皮细胞血栓素A2合成酶和血栓素B2合成酶基因表达来实现的[18]。而且将橙皮苷涂抹在不锈钢材料表面，检测其血液相容性，发现其可以延长凝血酶原时间、部分促凝血酶原激酶时间和凝血酶时间值，这些结果提示黄酮类化合物可能会作为心脏植入物的潜在天然涂层[19]。可见，黄酮类化合物可以通过不同靶点参与胞内信号通路的调节，发挥抗血小板聚集的作用。但是仍然需要更多的研究去确定这些化合物的初始靶点，从而了解活性物质与细胞信号分子及通路的直接关系。

5 对脂质代谢的影响

脂肪酸、甘油三酯和胆固醇是体内维持心血管系统稳态非常重要的物质，它们共同维持体内脂质水平的动态平衡。脂质代谢一旦出现异常，可能引起脂质堆积和动脉粥样硬化的发生和发展，最终导致严重的心血管疾病。多项研究表明，黄酮类化合物能够改善血脂异常，对心血管疾病具有良好的预防、缓解，甚至治疗作用[20-25]。黄酮类化合物对脂质代谢的影响体现在多个方面，主要是通过减少脂质吸收，下调乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase, ACC)、脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase, FAS)的活性，减少脂质合成，调控脂质代谢相关基因的表达来实现的。

黄酮类化合物可能影响脂质吸收与排泄，逆转不利作用的发生。首先，黄酮类化合物可以影响小肠和胶束增溶脂的脂质吸收，导致脂质吸收减少。此外，槲皮素和芹黄素可以通过调节肠上皮细胞刷状缘膜上特定的转运蛋白，抑制胆固醇的吸收，呈现明显的剂量依赖性，同时它也会增加粪便中胆固醇的释放[20]。有趣的是，柚皮素一方面可以促进LDL和甘油三酯减少，另一方面，还可以增加HDL-C并改善抗氧化防御系统，下调引发动脉粥样硬化的相关基因[21]。在ApoE基因敲除小鼠模型中发现，陈皮、山楂和葛花组成的复方总黄酮可以减少胸主动脉斑块的形成，提高HDL-C及超氧化物歧化酶水平，对小鼠早期动脉粥样硬化具有良好的保护作用[22]。

研究表明，染料木黄酮可以通过下调FAS及ACC基因的表达，抑制胆固醇的合成，导致胞内胆固醇水平降低。此外，可以通过固醇调节元件结合蛋白-1(sterol regulatory element-binding protein-1，SREBP1)的活化，下调脂质合成相关酶的基因表达，从而抑制脂肪酸和胆固醇的合成[23]。其他黄酮类化合物如橙皮素也可能调节SREBPs，但机制尚不明确，有待进一步研究验证。

此外，黄酮类化合物可通过腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)途径，调节脂肪酸的利用，增加脂联素和过氧化物酶体增殖剂激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)在肝、肌肉、肾及棕色脂肪组织中的活性，上调脂肪酸分解代谢酶类的合成，如肉毒碱棕榈酰转移酶、乙酰辅酶A氧化酶等[24]。近几年的研究发现，某些黄酮类化合物可以影响脂质代谢相关miRNA表达，葡萄籽中含有的花青素可以逆转肥胖大鼠肝脏中miR-33和miR-122的过表达，改善肥胖引起的代谢综合征。槲皮素也可以通过相似的机制降低胆固醇含量，改善脂质代谢作用[25]。这些研究都为黄酮类化合物的降脂机制研究提供新的视角。

6 结语与展望

综上所述，黄酮类化合物以其天然低毒的特点和广泛的药理活性倍受瞩目，可通过多种机制、不同途径防治心血管疾病的发生发展。另一方面，由于黄酮类化合物作用靶点较多且结构复杂，对疾病缺乏特异性和选择性，限制了对其进一步的开发与应用，有待深入的研究和探讨。总之，目前这些数据表明了黄酮类化合物作为天然心血管保护剂具有很大的潜力，为以黄酮为药效成分的新药开发和临床应用提供理论依据。

[1] Panche A N, Diwan A D, Chandra S R. Flavonoids: an overview [J].JNutrSci, 2016,5: e47.

[2] 郭 晶, 袁天翊, 方莲花, 等. 天然黄酮对缺氧/复氧损伤乳鼠心肌细胞的保护作用及抗氧化作用比较[C]. 中国药理学会补益药药理专业委员会成立大会暨人参及补益药学术研讨会会议论文集, 昆明, 2011: 14-5.

[2] Guo J, Yuan T Y, Fang L H, et al. Comparison of the protective effects of natural flavones on cardiomyocytes damaged by hypoxia/reoxygenation in rats [C]. Proceedings of the Symposium on pharm and pharm of China pharmacological Association Specialized Committee and the Symposium on ginseng and tonic med, Kunming,2011: 14-5.

[3] Da Pozzo E, Costa B, Cavallini C, et al. The Citrus Flavanone Naringenin protects myocardial cells against age-associated damage [J].OxidMedCellLongev, 2017,2017: 9536148.

[4] Peng K Z, Yang X, Zhou H L, et al. Safety evaluation,invitroandinvivoantioxidant activity of the flavonoid-rich extract from Maydis stigma [J].Molecules, 2015,20(12): 22102-12.

[5] Testai L, Calderone V. Nutraceutical value of Citrus flavanones and their implications in cardiovascular disease [J].Nutrients, 2017,9(5): 502.

[6] Kong L, Luo C, Li X, et al. The anti-inflammatory effect of kaempferol on early atherosclerosis in high cholesterol fed rabbits [J].LipidsHealthDis, 2013,12:115.

[7] Yang J H, Choi M H, Yang S H, et al. Potent anti-inflammatory and antiadipogenic properties of Bamboo (Sasa coreana Nakai) leaves extract and its major constituent flavonoids [J].JAgricFoodChem, 2017,65(31): 6665-73.

[8] Taguchi L, Pinheiro N M, Olivo C R, et al. A flavanone from Baccharis retusa (Asteraceae) prevents elastase-induced emphysema in mice by regulating NF-kappaB, oxidative stress and metalloproteinases [J].RespirRes, 2015,16: 79.

[9] 宋来新, 张长城, 王 婷, 等. 淫羊藿总黄酮通过抑制MAPK/NF-κB信号通路减轻自然衰老大鼠脑组织炎症反应[J]. 中国药理学通报, 2017,33(1): 84-9.

[9] Song L X, Zhang C C, Wang T, ea al. Total flavonoids of Epimedium attenuate aging-related inflammation in rat brain by inhibiting MAPK/NF-κB signaling pathway [J].ChinPharmacolBull, 2017,33(1): 84-9.

[10] 徐晓娜, 牛子冉, 王守宝, 等. 牛舌草总黄酮抗大鼠心肌缺血/再灌注损伤的作用及机制[J]. 药学学报, 2014,49(6): 875-81.

[10] Xu X N, Niu Z R, Wang S B, et al. Effect and mechanism of total flavonoids of bugloss on rats with myocardial ischemia and reperfusion injury [J].ActaPharmSin, 2014,49(6): 875-81.

[11] Ajay M, Gilani A U, Mustafa M R. Effects of flavonoids on vascular smooth muscle of the isolated rat thoracic aorta [J].LifeSci, 2003,74(5): 603-12.

[12] Almeida Rezende B, Pereira A C, Cortes S F, et al. Vascular effects of flavonoids [J].CurrMedChem, 2016,23(1): 87 -102.

[13] Jimenez R, Lopez-Sepulveda R, Romero M, et al. Quercetin and its metabolites inhibit the membrane NADPH oxidase activity in vascular smooth muscle cells from normotensive and spontaneously hypertensive rats [J].FoodFunct, 2015,6(2): 409-14.

[14] Kaufeld A M, Pertz H H, Kolodziej H. A chemically defined 2,3-trans procyanidin fraction from willow bark causes redox-sensitive endothelium-dependent relaxation in porcine coronary arteries [J].JNatProd, 2014,77(7): 1607-14.

[15] Xu Y C, Leung S W, Leung G P, et al. Kaempferol enhances endothelium-dependent relaxation in the porcine coronary artery through activation of large-conductance Ca2+-activated K+channels [J].BrJPharmacol, 2015,172(12): 3003-14.

[16] 郭一萌, 郭春梅, 刘淑清, 等. 黄酮抑制血小板聚集及其构效的研究[J]. 大连医科大学学报, 2012,34(5): 424-7.

[16] Guo Y M, Guo C M, Liu S Q, et al. Structure-function study of flavonoid phytochemicals on platelet aggregation [J].JDalianMedUniv, 2012,34(5): 424-7.

[17] Faggio C, Sureda A, Morabito S, et al. Flavonoids and platelet aggregation: a brief review [J].EurJPharmacol, 2017,807:91-101.

[18] Yamamoto M, Jokura H, Suzuki A, et al. Effects of continuous ingestion of hesperidin and glucosyl hesperidin on vascular gene expression in spontaneously hypertensive rats [J].JNutrSciVitaminol(Tokyo), 2013,59(5): 470-3.

[19] Roohbakhsh A, Parhiz H, Soltani F, et al. Molecular mechanisms behind the biological effects of hesperidin and hesperetin for the prevention of cancer and cardiovascular diseases [J].LifeSci, 2015,124: 64-74.

[20] Nekohashi M, Ogawa M, Ogihara T, et al. Luteolin and quercetin affect the cholesterol absorption mediated by epithelial cholesterol transporter niemann-pick c1-like 1 in caco-2 cells and rats [J].PLoSOne, 2014,9(5): e97901.

[21] Orhan I E, Nabavi S F, Daglia M, et al. Naringenin and atherosclerosis: a review of literature [J].CurrPharmBiotechnol, 2015,16(3): 245-51.

[22] 祝晓庆, 杨 洁, 邵 娟, 等. 复方总黄酮对ApoE基因敲除小鼠动脉粥样硬化的影响[J]. 中国药理学通报, 2017,33(2): 180-4.

[22] Zhu X Q, Yang J, Shao J, et al. Effect of compound flavonoids on atherosclerosis in ApoE-/-mice [J].ChinPharmacolBull, 2017,33(2): 180-4.

[23] Nambiar D K, Deep G, Singh R P, et al. Silibinin inhibits lipid metabolism by primarily targeting the master regulator sterol response element binding protein 1 (SREBP1) in prostate cancer cells [J].Oncotarget, 2014,5(20): 1073-80.

[24] Kou X H, Zhu M F, Chen D, et al. Bilobetin ameliorates insulin resistance by PKA-mediated phosphorylation of PPARalpha in rats fed a high-fat diet [J].BrJPharmacol, 2012,165(8): 2692-706.

[25] Baselga-Escudero L, Pascual-Serrano A, Ribas-Latre A, et al. Long-term supplementation with a low dose of proanthocyanidins normalized liver miR-33a and miR-122 levels in high-fat diet-induced obese rats [J].NutrRes, 2015,35(4): 337-45.