黄芪甲苷抑制上皮细胞凋亡的研究进展

王亚芳，成海建，张清峰，姜富贵，谭秀文，刘倚帆，宋恩亮*

(1.山东师范大学生物学院，山东济南 250000；2.山东省家畜繁育与疫病防控重点实验室，山东济南 250100；3.山东省畜禽健康养殖工程技术中心,山东济南 250100；4.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，山东济南 250100)

黄芪是豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根[1]，是我国传统名贵中药材，具有补气固表、利尿排毒、排脓、敛疮生肌等中医功效[2-3]。黄芪中包括皂苷类、黄酮类和多糖类等多种化学成分，而黄芪甲苷是现在研究较多的活性成分之一。黄芪甲苷属于四环三萜类皂苷，分子式为C41H68O14，相对分子质量为784.97，化学结构式见图 1[4]。黄芪甲苷具有抗氧化、抗凋亡、抗肿瘤等多种生物功能[5-6]。近年来，黄芪甲苷对细胞凋亡的抑制作用成为研究热点，包括对上皮细胞、神经细胞、肝细胞等凋亡的抑制作用及机制。

上皮细胞是位于皮肤或腔道表层的细胞，在人或者动物体内广泛存在，其中被覆上皮分布在表皮、内皮、间皮及呼吸、消化与泌尿生殖道粘膜上皮；腺上皮分布于外分泌和内分泌腺细胞；感觉上皮分布于听、视、平衡、嗅与味觉上皮；特化上皮分布于肌上皮细胞及胸腺上皮性网状细胞等。皮肤外层的上皮细胞通常发生角质化，发挥吸收和保护的作用。腔道中的上皮细胞可分化成多种形式，具有分泌、吸收和排泄等功能[7]。总之，上皮细胞在机体内环境和外环境中具有十分重要的意义。因此，本文主要就黄芪甲苷对上皮细胞凋亡的抑制作用进行综述。

图1 黄芪甲苷结构图

1 细胞凋亡途径与调控

细胞凋亡作为细胞的一种基本生物学现象，是细胞程序性死亡中特有的一种细胞死亡方式，是细胞在一系列内源性基因调控下发生的自然或生理性死亡过程，能去除不需要的或异常的细胞[8]。1972年Kerr等就提出了凋亡和死亡的概念。凋亡发生在单个细胞之间，特征是细胞萎缩、染色质凝聚、细胞聚集成团、形成凋亡小体等特征，凋亡小体可被巨噬细胞吞噬，不会引发周围细胞的炎症反应；坏死一般发生在多个细胞之间，一般表现为细胞膜破裂、细胞肿胀破裂，细胞核被溶解等，同时引发炎症反应，因此坏死和凋亡之间具有本质性区别[9-10]。

凋亡发生的途径主要有三种：(一)线粒体途径，又称为内源性途径，该途径分为两类，一类需要先激活Caspase 通路促进凋亡，诱导线粒体中的细胞色素C(CytC)释放到细胞质中，与凋亡蛋白酶活化因子1 (Apoptosis protease activating factor 1，APAF-1) 结合形成多聚体，构成的多聚体再结合凋亡起始分子Caspase-9 形成凋亡小体，Caspase-9凋亡小体激活，从而使凋亡执行分子Caspase-3，Caspase-6 和Caspase-7 等诱导细胞凋亡的级联反应；另一类是经由线粒体凋亡诱导因子(Apoptosis induce factor，AIF)直接诱导凋亡的发生；(二)死亡受体途径，又称为外源性途径，死亡受体与FADD结合后激活了Caspase-8 、caspase-10，进一步激活凋亡执行者Caspase-3，Caspase-6 和Caspase-7，促进凋亡的发生；(三)内质网途径，由于内质网应激使得细胞内钙离子稳态失衡或钙离子过多，一方面激活caspase-12，从而caspase-9被激活而促进凋亡，另一方面诱导B 细胞淋巴瘤蛋白 (Bcl-2)家族中促凋亡蛋白 Bax 和Bak的激活诱导凋亡[11-12]。

细胞凋亡的发生受多种基因的共同调控，其中抑制凋亡基因有Bcl-2、ced-9、Bcl-xL、Mcl-1等；促进凋亡基因有Bax、Nbk、Bak、Bad等；双向调控基因有：c-myc。当Bcl-2与其他基因如 C-myc、p53等相互作用可抑制细胞的增殖及程序性死亡，抑癌基因p53 参与启动DNA受到损害的细胞的凋亡，而C-myc表达的下调可促进凋亡，但在某些情况下，当关键性生长因子缺乏时，C-myc的高表达也可促使细胞凋亡[13]。

2 黄芪甲苷对上皮细胞的保护作用

细胞的凋亡和坏死在生物体中起着重要的作用[14]，许多疾病的发生都和细胞凋亡的紊乱有着直接或是间接的关系，如肿瘤、神经系统疾病、自身免疫性疾病毒感染等[15]。经查阅相关文献得出结论，黄芪甲苷可抑制上皮细胞的凋亡从而对机体发挥保护作用。

2.1 黄芪甲苷对肾小管上皮细胞的保护作用

目前，无论是在发达国家还是发展中国家慢性肾脏病(CKD)的发病率逐渐上升[16]。慢性肾脏病人在不同的发病阶段的具体病症各不相同，发病初期仅有腰酸无力等轻微症状。而在后期，会出现高血压、消化道紊乱等症状，严重时危及生命。因此治疗过程中会消耗大量的人力、财力及卫生资源，给我国医疗行业带来严峻挑战。肾纤维化大多是慢性肾脏病中细胞外基质过度积累所导致的，而肾纤维化发生的主要原因之一就是肾小管上皮细胞的凋亡[17]。

田磊等[18]探讨黄芪甲苷(AS-IV) 抑制TGF-β1诱导肾小管上皮细胞凋亡的机制，将实验小鼠随机分为假手术组、模型组和治疗组，连续7天灌胃给药，术后第14天采集肾脏组织，经过检验得出结论：AS-IV可改善单侧输尿管梗阻诱导的肾组织内TGF-β1 表达 (P<0. 01)，抑制TGF-β1诱导的 HK-2 细胞活性下降，进而抑制细胞凋亡，且200 μg/ml AS-IV 作用最明显(P<0. 01) 。

肾脏病的病因有很多，一方面是由免疫伤害所引起，另一方面是由糖尿病、高血压等疾病所引起。而肾小球细胞凋亡与该病之间具有一定的相关性[19]。Wang[20]等针对AS-IV对高糖诱导的人肾小管上皮细胞凋亡的抑制作用进行了研究, 通过体外培养人肾小管上皮细胞,分为低糖组和高糖组并分别在高糖培养基内加入不同浓度的AS-IV，在处理后 0、1、12、24、48、96 h观察，检测各组细胞凋亡情况。经过研究得出结论：高糖环境能诱导的人肾小管上皮细胞凋亡，黄芪甲苷可有效地抑制其凋亡，其抑制作用呈现剂量依赖性与时间依赖性。

急性肾损伤是由多种病因所引起的肾功能下降而引发的一种常见疾病，肾小管上皮细胞的损伤以及缺血等都能造成这种疾病，特点是细胞的凋亡[21]，可通过干细胞移植治疗，但是干细胞的移植存活又是一大难题，王葳[22]等通过观察黄芪甲苷孵育后的脂肪源性干细胞对顺铂诱导的肾小管上皮细胞凋亡的作用，将实验分为四组，分别为顺铂损伤组、脂肪源性干细胞+损伤肾小管上皮细胞组、黄芪甲苷孵育脂肪源性干细胞+损伤肾小管上皮细胞组、正常对照组。结果显示，与正常组相比，顺铂损伤组的细胞凋亡的最多，加入脂肪源干细胞共培养后细胞凋亡减少，而加入黄芪甲苷培养后细胞凋亡数量明显减少。因此实验对比得出结果，黄芪甲苷孵育的人脂肪源性干细胞对顺铂诱导的肾小管上皮细胞凋亡具有抑制作用，从而有利于肾小管损伤的早期恢复。

2.2 黄芪甲苷对视网膜上皮细胞的保护作用

目前已知糖尿病能引发多种并发症，不但能导致肾病，还能致使视网膜病变。糖尿病视网膜病变主要和体内自由基所介导的氧化损伤相关联，并致使细胞凋亡。甲基乙二醛的积累可导致多种糖尿病并发症的发生，因此认为是引发糖尿病并发症的关键物质[23]。周云丰等人[24]研究黄芪甲苷( AS-IV) 对甲基乙二醛( MGO) 诱导的人视网膜色素上皮细胞(ARPE-19)损伤的作用。首先培养ARPE-19 细胞，然后再找出MGO和AS-IV的最佳作用浓度，通过多种检测发现，ARPE-19 细胞的活力与MGO的剂量成反比，AS-IV能逆转MGO引起的细胞活力下降，从而抑制细胞凋亡。

2.3 黄芪甲苷对肺泡上皮细胞的保护作用

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一种常见的一具有气流阻塞特征的慢性支气管炎和肺气肿，吸烟引起的肺气肿是一种自身免疫性疾病[30]，一些研究发现肺内细胞的凋亡是引发该病的关键[25]。楚琪等[26]人通过观察黄芪甲苷对慢性阻塞性肺疾病大鼠内质网应激诱导的肺泡上皮细胞凋亡的保护作用。将大鼠随机分为对照组、模型组和黄芪甲苷低、中、高剂量组，连续14天采用腹腔注射法对大鼠注药。结果显示，黄芪甲苷可改善肺组织细胞凋亡，且呈剂量效应关系。

2.4 黄芪甲苷对胃黏膜上皮细胞的保护作用

胃内环境复杂，但大多数情况下仍能处于正常的生理状态，主要是因为胃内存在胃黏膜屏障。胃粘膜屏障是由胃黏膜上皮细胞顶部的细胞壁和连接邻近细胞的紧密连接构成的一个脂蛋白层。胃黏膜屏障除具有多种作用，如机械保护作用、阻止胃蛋白酶通过、保护粘膜免受损伤以及其他因素侵蚀损伤的作用。因此，胃粘膜上皮细胞的完整性和分泌功能的正常，对机体内胃粘膜的保护至关重要。孙雪莲[27]等就探讨了黄芪皂苷及黄芪甲苷对胃损伤大鼠的胃粘膜上皮细胞的影响，将大鼠随机分为正常组，模型组，AST高、低剂量预防组，AS-IV高、低剂量预防组，模型自然恢复组，AST高、低剂量治疗组，AS-IV高、低剂量治疗组。实验结果显示：慢性胃粘膜损伤大鼠的胃粘膜屏障受到破坏，AST及AS-IV均具有保护胃粘膜屏障的作用。AST的作用明显优于AS-IV，且随剂量的增加，AST的优越性更加明显，大剂量的作用接近正常组的水平。AST在较低剂量的情况下可以达到甚至超过AS-IV大剂量的作用效应。

3 结语

综上所述，黄芪甲苷可通过降低caspase-3的表达、阻断p38 MAPK信号通路、抑制JNK磷酸化等途径，对多种上皮细胞的凋亡均具有一定的抑制作用。目前犊牛早期上皮的完整性对犊牛的消化吸收和免疫屏障的建立对犊牛的成活率和生长发育状态至关重要。外来病原微生物或异物在肠道内产生的化学物质可以对小肠上皮造成损伤引起上皮的坏死或凋亡后坏死。黄芪甲苷对肠上皮细胞的凋亡是否也具有抑制作用，有待于进一步的研究。