大蒜素治疗溃疡性结肠炎的研究进展

张文媛 王承党

福建医科大学附属第一医院消化内科 福建医科大学消化系病研究室(350005)

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是一种慢性、非特异性肠道炎症性疾病，属于炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)中的一种。UC病情呈反复发作过程，不但影响患者的生活、工作，且具有不同程度的致残性，甚至癌变。UC的病因和发病机制尚未完全明确，目前的治疗药物主要包括氨基水杨酸制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂、生物制剂以及粪菌制剂等，中医中药在UC治疗中亦发挥较好的作用。但总体而言，UC尚缺乏特效药物，现有治疗药物的疗效存在个体差异、价格高昂、长期使用安全性不明确等问题，因此探寻更多的治疗药物是目前UC的研究热点。近年来国内外学者发现大蒜素(allicin)可缓解UC的肠道黏膜炎症。本文就大蒜素治疗UC的研究进展作一综述。

一、大蒜素概述

大蒜是一种植物药品，大蒜素为其主要有效成分，最早由Cavallito和Bailey于1944年发现[1]。约10 g单瓣食用大蒜最多可产生5 mg大蒜素，当大蒜组织受到破坏(如咀嚼、捣碎)时，其鳞茎中的蒜氨酸酶在半胱氨酸酶的作用下释放至细胞质中，催化前体蒜氨酸产生烯丙基亚磺酸，后者缩合形成二烯丙基硫代亚磺酸酯(diallyl thiosulfinate)，即大蒜素[2]。大蒜素在加热或蒸馏过程中迅速分解为多种易挥发的脂溶性化合物，包括二烯丙基二硫化物、二烯丙基硫化物、二烯丙基三硫化物和二氧化硫[3]，上述成份所占的份额因提取方法的不同而异。由于大蒜素具有很高的反应活性和较低的热稳定性，因此难以获得和储存纯大蒜素。2018年Lawson等[4]对食用大蒜素的吸收效率进行了研究，受试者在进食13种大蒜素补充剂和9种大蒜素制品后，将大蒜素浓度的曲线下面积与其主要呼吸代谢产物进行比较，通过生物测试法测定受试者大蒜素的生物利用度，发现大蒜素胶囊制剂的生物利用度较高(26%～109%)，但若同时进食高蛋白食物，生物利用度则降至22%～57%，此变化由胃排空速度减慢所致。

二、大蒜素对肠道菌群的影响

UC主要累及结直肠黏膜层和黏膜下层，是在遗传背景下机体对肠道病原体和食物抗原等失去耐受，引起局部免疫失衡所致，肠道菌群失调是免疫反应的始动因素[5]。临床上粪菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)对UC的疗效亦证实了肠道菌群失调是肠道免疫稳态失衡和免疫失耐受的重要原因[6]。肠道中的有益菌群通过刺激肠道免疫细胞，分泌免疫活性物质，激活调节性T细胞(Tregs细胞)发挥抗炎作用，亦可拮抗致病性菌群对肠道的损伤[7]。树突细胞(DC)在肠道免疫屏障和肠道细菌移位的调控中亦发挥重要作用。

研究[8]发现，创伤(失血性休克)大鼠肠道黏膜通透性显著增加，肠内细菌大量转移至肠系膜淋巴结，大蒜素可抑制大鼠DC早期凋亡，提高免疫屏障功能，阻止肠内细菌向肠外器官(如肝脏、脾脏和血液)转移。Shi等[9]采用高通量测序法观察高脂饮食诱导的小鼠肠道微生物种群变化，发现大蒜素可显著增加肠道有益菌群尤其是Akkermansia菌的相对丰度，其定居于人类肠道黏膜层，可增加肠道黏膜的厚度和功能；同时降低厚壁菌门、棒状杆菌和乳杆菌的相对丰度。此外，该研究进一步发现大蒜素亦可增加肠绒毛长度、提高胰蛋白酶和脂肪酶活性，改善肥胖小鼠的代谢。因此，大蒜素对肠道菌群的调节作用有望使其成为治疗UC的潜在药物，其作用机制与小檗碱对结肠炎大鼠的作用效应类似[10]。

三、大蒜素对肠黏膜屏障的影响

目前普遍认为以CD4+T细胞为主的免疫反应在UC的发病机制中起关键作用，Th1、Th2细胞及其调节因素可能成为主要的免疫靶点。UC患者肠道黏膜屏障功能异常、黏膜通透性增高、肠腔内细菌抗原等移位至黏膜固有层，继而激活免疫细胞，诱导黏膜免疫反应异常；另一方面，激活的炎性细胞因子可直接破坏肠黏膜屏障，加重已产生的异常免疫反应。

肠黏膜屏障主要由肠道黏膜基底膜、上皮细胞及其表面的黏液层组成。肠上皮内淋巴细胞(intraepithelial lym-phocyte, IEL)是肠黏膜免疫的第一道防线，生理状态下处于免疫耐受状态。肠上皮细胞凋亡加速和(或)淋巴细胞凋亡减缓参与UC的发病，IEL凋亡时间延长是导致肠道炎症持续和进展的关键因素[11]。既往研究发现，大蒜素具有诱导细胞凋亡的作用。大蒜素可通过Bcl-2/Bax线粒体途径、MAPK/ERK信号途径和抗氧化酶系统诱导恶性胶质细胞瘤等多种恶性肿瘤细胞的凋亡，这可能是大蒜素联合抗癌药物增敏的机制之一[12]。大蒜素亦可通过氧化谷胱甘肽，引起细胞氧化还原电位向相关范围移动，诱导酵母细胞凋亡[13]。

利用DNA缺口末端标记技术(TUNEL)检测大鼠结肠组织凋亡的淋巴细胞，结果显示正常大鼠仅在表皮可见阳性表达，而UC大鼠固有层亦见少量淋巴细胞凋亡，经大蒜素治疗后TUNEL染色阳性表达的淋巴细胞数量明显增加，即凋亡细胞明显增加，同时Bcl-2阳性淋巴细胞数量明显减少，而Bax蛋白表达无明显变化。推测大蒜素可通过延缓Bcl-2蛋白的合成速度促进肠黏膜固有层淋巴细胞凋亡，从而对UC产生治疗作用[14]。此外，大蒜素亦可改变线粒体巯基的氧化还原状态、调节线粒体膜对某些凋亡蛋白前体的通透性，诱导淋巴细胞凋亡[15]。UC是引起结肠炎相关性结肠癌(colitis-associated colon cancer, CACC)的重要因素，邵淑丽等[16]的研究发现，大蒜素可上调结肠癌细胞株HT-29的Bax基因表达，从而诱导结肠癌细胞凋亡。但大蒜素是否可预防CACC仍有待考证。

四、免疫反应

不同亚群的淋巴细胞在IBD发病过程中发挥的作用不同。在IBD小鼠肠黏膜固有层中发现大量CD4+T细胞浸润，而接受抗CD4单克隆抗体预处理的小鼠则不发生IBD， 提示以CD4+T细胞为主的免疫异常在IBD中起有重要作用[17]。CD4+T细胞主要亚型有Th1、Th2、Th17和Treg细胞，其中Th1细胞主要分泌干扰素-γ(IFN-γ)、白细胞介素-1β(IL-1β)等促炎因子，而Th2细胞主要分泌IL-4、IL-10等抑炎因子，两者的动态平衡维持着免疫功能稳态[18]。许多因素参与调节Th1/Th2的增殖和分化，如抗原、细胞因子、转录因子等。有研究[19]认为UC主要与Th2型反应相关；但亦有学者认为在UC早期Th1型反应占优势，而在炎症后期，Th2型反应则起主导作用[20]。

大蒜素可影响与免疫相关的细胞信号通路，强化机体对外来病原体的监视和清除能力，抑制超敏反应和自身免疫反应，对机体起保护作用。研究[21]显示，大蒜素不仅能抑制中性粒细胞向上皮细胞迁移，亦能抑制肠上皮细胞中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)依赖的促炎细胞因子的释放，从而参与机体的免疫反应和免疫调节。

1. 大蒜素影响细胞因子数量：细胞因子是一类主要由免疫细胞分泌、可调节细胞功能的小分子多肽。细胞因子与其相应受体结合后，通过多种途径将信号传递至细胞核内，促进或抑制靶基因的表达。促炎细胞因子与抗炎细胞因子失衡是导致IBD发生的重要机制之一。Lang等[22]研究了大蒜素对结肠癌细胞株HT-29、Caco-2的影响，结果发现大蒜素可显著抑制此两种细胞IL-1β和IL-8 mRNA表达，降低培养液中IL-1β和IL-8浓度，表明大蒜素具有抑制性免疫调节作用。Li等[23]的研究显示，三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的结肠炎模型大鼠血清TNF-α、IL-1β水平显著升高，而IL-4、IL-10水平显著降低。分别给予美沙拉嗪(100 mg/kg)、大蒜素(30 mg/kg)、美沙拉嗪(100 mg/kg)联合大蒜素(30 mg/kg)治疗2周后，美沙拉嗪联合大蒜素组大鼠血清TNF-α、IL-1β水平最低，而IL-4水平高于其余组别。提示大蒜素可抑制促炎因子表达、协同抑炎因子的保护作用，对UC具有一定的治疗作用。

2. 大蒜素对信号转导和转录激活蛋白通路的影响：信号转导和转录激活蛋白(signaling transducer and activator of transcription, STAT)是一种能与DNA结合的蛋白质，其结合特定肽段后被磷酸化，成为活化的转录激活因子，进入细胞核与靶基因结合，参与靶基因的表达和调控。STAT家族成员有4种JAK激酶和7种STAT，其中磷酸化的STAT3在肠黏膜固有层有明显表达，STAT3磷酸化后激活核因子-κB(NF-κB)，使之进入细胞核介导结肠炎症。

Lee等[24]给小鼠预防性口服大蒜素7 d后，再用葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导结肠炎，发现大蒜素可显著抑制STAT3第705位酪氨酸残基的磷酸化，同时亦可抑制靶蛋白细胞周期蛋白D1(cyclin D1)表达。Pandurangan等[25]的研究显示，大蒜素可改善DSS结肠炎小鼠体质量降低，显著降低CD68、髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)和促炎因子(如IL-6)的表达，抑制STAT3的激活和核积累，减少抑制蛋白IκB的降解。STAT的激活可诱导细胞因子信号转导抑制蛋白(suppressor of cytokine signaling, SOCS)表达，SOCS通过泛素化和促进JAK、STAT降解的方式抑制JAK/STAT信号通路活化[26]。梁桐尔[27]采用大蒜素(30 mg/kg)、美沙拉嗪(30 mg/kg)以及大蒜素(30 mg/kg)联合美沙拉嗪(30 mg/kg)分别治疗UC大鼠10 d，结果发现大蒜素联合美沙拉嗪治疗组大鼠血清IL-6水平显著降低、结肠组织中STAT3阳性细胞数量显著减少、SOCS3细胞计数显著增多。因此推测大蒜素对UC的治疗作用可能与抑制IL-6/JAK/STAT3途径相关。

3. 大蒜素抑制MAPK及其相关信号通路：一项对大蒜素在DSS诱导的结肠炎小鼠中抗炎作用的研究[28]显示，口服大蒜素可显著抑制小鼠体质量减少，改善疾病活动指数，并减少结肠黏膜组织中炎性细胞浸润。进一步研究显示，大蒜素可降低一氧化氮(NO)、丙二醛(MDA)以及MPO含量，抑制诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和炎性因子的表达以及MAPK和过氧化物酶增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)磷酸化。Li等[23]采用IL-1β诱导结肠癌细胞株Caco-2建立炎症细胞模型，发现随着IL-1β浓度增加，Caco-2细胞核中NF-κB p65含量逐渐升高，大蒜素干预后NF-κB p65含量明显下降。进一步采用1 ng/mL IL-1β激活Caco-2细胞的p38、ERK、JNK通路，发现大蒜素可抑制p38、JNK磷酸化，减轻炎症反应，但ERK途径不受影响，因此推测大蒜素可能是通过抑制p38/JNK/NF-κB通路活化从而发挥抗炎作用。

五、大蒜素的临床疗效观察

有关大蒜素对UC患者疗效的报道较少。张红[29]对口服大蒜素胶囊联合柳氮磺吡啶栓治疗溃疡性直肠炎的临床效果进行观察，患者在每日两次柳氮磺吡啶栓(0.5 g/次)直肠给药的基础上口服大蒜素胶囊(0.4 g/次，每日两次)，4周后联合用药组的总有效率明显增加。但目前尚缺乏严格的随机双盲对照研究证实大蒜素的疗效。

六、结语

综上所述，免疫失衡和肠道黏膜屏障破坏是UC发生和持续的重要因素。研究显示，大蒜素可抑制UC的发生、发展，可能的作用机制包括抑制DC早期凋亡、促进固有层淋巴细胞凋亡、维持肠道菌群平衡、调节免疫反应相关因子和转导蛋白以及信号通路等，从而增强肠道黏膜屏障功能，利于UC肠道炎症的修复。但目前相关研究多局限于动物实验，尚缺乏高质量临床随机双盲对照研究。此外，由于UC免疫相关的信号转导通路涉及多个环节，大蒜素对细胞因子及其调节因素的作用以及相关信号转导通路的具体作用机制仍有待进一步研究明确。