苦瓜提取物生物活性及临床应用前景

张志慧，苏秀兰

（内蒙古医科大学附属医院临床医学研究中心，呼和浩特010050）

苦瓜（bitter melon），其苦味独特，在世界各地广泛种植。苦瓜生长在热带和亚热带地区，果实为长圆形或纺锤形，表面有丘疹，类似一个小黄瓜。幼果为翠绿色，成熟时变为橙色（图1）。苦瓜以其药理活性和营养特性而闻名。含有许多生物活性化合物，其中一些具有很强的生物学作用，因此该植物在世界范围内用于民间医学，主要治疗糖尿病，癌症及其他与炎症相关的疾病[1]。苦瓜的降糖活性能抑制I型和II型糖尿病血糖水平，作为一种辅助剂改善T2DM患者的血糖控制水平[2]。苦瓜的抗癌活性，使癌细胞周期阻滞，影响细胞信号传导，导致癌症干细胞活性降低[3]。已报道，苦瓜对淋巴样白血病，淋巴瘤以及乳腺癌，皮肤癌，前列腺癌，结肠癌，膀胱癌和胰腺癌以及霍奇金病具有显着抗癌作用[4]。慢性炎症可以促进许多癌症的发生和进展。苦瓜的抗炎活性，能够预防或逆转这一过程，已成为控制瘤形成的重要方法[5]。因此苦瓜被用作有希望的预防和治疗剂。

1 苦瓜的主要成分

苦瓜除了食用外，苦瓜的种子、叶、藤都有较高的药用价值。国内外学者对不同地区、不同品种的苦瓜果实、种子中的多种蛋白质和多肽成分进行分离提取和鉴定表明，苦瓜中有药用作用的成分主要有具有降糖作用的降糖多肽-P和mcIRBP-19[6]；苦瓜凝集素（MCL）和核糖体失活蛋白（RIP)，包括I、II、III型、I型为单链的 RIP，MAP30、α-MMC和β-MMC均属于I型；II型为双链的RIP，MCL是II型RIP，具有特殊毒性，可用作抗肿瘤药[7]。糖蛋白MC-VFK7S具有抗氧化，降低血脂和抗高血压功能[8]。MCP30是从苦瓜籽中分离出一种蛋白质，具有抗癌作用[9]。BG-4是从苦瓜中分离出的另一种新型肽，能抑制结肠癌细胞的增值和促进其凋亡。RNase MC2蛋白具体抗肿瘤活性，是用于不同癌症有前途的药物。（图1）

2 苦瓜的生物学功能

苦瓜具有多种生物学活性，其中抗糖尿病活性、抗氧化/抗炎以及抗癌活性受到广泛关注。通过抑制糖异生，保护肝脏，改善胰腺β细胞和胰岛素分泌功能，调节血糖水平。抑制炎症和氧化应激，改善免疫功能，降低心血管疾病及癌症的发生。蛋白质和多肽是苦瓜提取物中的主要成分，对多种肿瘤表现出抗癌活性。

2.1 抗糖尿病活性

糖尿病是一种代谢性疾病，其特征是葡萄糖耐量降低，胰岛素相对或绝对缺乏和大量营养素代谢发生变化导致。

最早苦瓜被用作民间药物。随着研究不断深入，发现苦瓜具有抗糖尿病活性，通过刺激周围骨骼肌利用葡萄糖，抑制肠道葡萄糖摄取，抑制关键的糖异生酶，并保留胰腺β细胞和胰岛素分泌功能，维持血糖水平[10]。在胰腺内，苦瓜通过抑制肠内α-葡萄糖苷酶和葡萄糖转运，保护胰岛β细胞，增强胰岛素分泌，增加肝葡萄糖代谢，减少糖异生，改善胰岛素抵抗[11]。研究发现，糖代谢相关酶，肝葡萄糖激酶，己糖激酶、葡萄糖-6-磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和糖原合成酶受抗糖尿病活性影响较大，苦瓜提取物抑制肠道单糖和氨基酸摄取，刺激外周葡萄糖摄取，促进肝脏葡萄糖利用和糖原储存[12]。苦瓜果实和种子提取物可以改善葡萄糖和氨基酸的吸收[11]。苦瓜提取物对糖尿病并发症，神经病变和微血管损害眼睛和肾脏具有积极的保护作用。可以明显延迟糖尿病视网膜病变的发作[13]。苦瓜能增加胰岛素和Pdx1基因的表达，同时降低Glut2的表达。研究表明，经苦瓜治疗后的动物中胰岛的数目和体积均发生变化，肝脏ALT，AST和ALP酶的活性降至正常范围，说明苦瓜通过激活胰腺β细胞并保护肝脏组织而改善胰腺功能[14]。

2.2 抗炎/抗氧化

生活方式和饮食习惯助长了慢性炎症持续感染，使免疫状态和肠道菌群发生改变[15]。在RAW 264.7细胞中，苦瓜降低LPS诱导的TNF-α和IL-1β的表达，新型肽BG-4降低促炎因子NO、IL-6和TNF-α以及COX-2和iNOS的表达[16]。苦瓜的抗炎活性及其代谢作用抑制GLUT1和糖酵解表达[17]。

慢性炎症与神经退行性疾病，肥胖，代谢综合征，心血管疾病，T2DM和癌症之间关联密切。在糖尿病患者中，慢性全身性炎症有助于增加血糖浓度，并且是发展心血管疾病和肥胖症的危险因素[15]。苦瓜抗炎活性也可以减轻细菌引起的炎症，减少痤疮丙酸杆菌诱导的小鼠皮肤炎症，并抑制痤疮丙酸杆菌诱导的THP-1细胞炎症中的细胞因子和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）表达水平[7]。肿瘤的进展与慢性炎症密切相关，慢性炎症导致周围正常组织浸润和肿瘤血管生成，抵抗炎症对抑制肿瘤发生发展发挥重要作用[18]。

图1 苦瓜中所含的蛋白和多肽Fig. 1 Protein and peptides contained in bitter gourd

抗氧化剂被用于预防心血管疾病、癌症和糖尿病[19-20]。苦瓜是抗氧化剂的良好来源。苦瓜提取物预处理神经母细胞瘤可通过增加细胞内清道夫活性和减少H2O2诱导的JNKs、p38和ERK1/2mapk信号通路的激活，减轻H2O2诱导的细胞毒性氧化应激[21]。活性氧（ROS）积累引起的氧化应激在许多疾病的发生和发展中起着至关重要的作用。氧化应激是由ROS引起细胞损伤导致，ROS引起的氧化应激在神经退行性疾病的病理生理过程中起重要作用。通过苦瓜乙醇提取物降低ROS水平，增强细胞内抗氧化系统，抑制线粒体，并抑制细胞凋亡，降低神经毒性[22-23]。苦瓜抗氧化活性能预防肝毒性，增强记忆功能，减轻脑缺血/再灌注损伤[25]。

2.3 抗癌

近年来，苦瓜提取物对多种恶性肿瘤的抗癌作用而备受关注。提取物已显示出对淋巴样白血病，淋巴瘤以及乳腺癌，皮肤癌，前列腺癌，结肠癌，膀胱癌和胰腺癌以及霍奇金病具有显着抗癌作用[25]。还可抑制乳腺癌细胞系（MDA-MB-231，MCF-7）、结肠癌细胞系（HT-29，SW480）和胰腺癌细胞系（BxPC-3，MiaPaCa-2，AsPC-1）的细胞增殖。能抑制结肠癌细胞系，HT-29细胞周期阻滞，抑制乳腺癌细胞系MCF-7细胞在G2-M期阻滞[26]。

苦瓜凝集素（MCL）是一种II型RIP，具有毒性，用作抗癌剂。MCL可抑制细胞活力，诱导自噬、凋亡和细胞周期阻滞。MAP30是一种单链RIP，具有很强的抗肿瘤活性，类似于MCL，MAP30的抗肿瘤活性能抑制癌细胞增殖，诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞。α-MMC和β-MMC都是I型RIPs，α-MMC是30kda的糖蛋白，而β-MMC在29kda之间。两者都具有抗肿瘤活性。从苦瓜中分离纯化的MCP30也具有抗肿瘤活性。α-MMC和MCP30分别诱导鼻咽癌细胞系和前列腺癌细胞系的凋亡和细胞周期阻滞。α-MMC对鼻咽癌细胞株CNE-1和HONE1具有细胞毒作用[1]。BG-4是从苦瓜籽中分离得到的一种新型肽，具有抗癌作用[16]。从苦瓜中分离得到的生物活性和药理活性分子在肿瘤细胞系和异种移植小鼠中显示出显著的抗癌活性（表1）。

表1 蛋白和多肽在苦瓜中的分布Tab. 1 The distribution of protein and peptide in bitter gourd

3 苦瓜的临床应用

由于生活压力及饮食习惯不规律，导致一些疾病的发生。苦瓜作为一种天然产物，价格低廉、毒性低，具有巨大的药用价值。已作为一种辅助剂用于多种疾病。调节I型和II型糖尿病血糖水平，降低血脂，预防肥胖。作为治疗各种癌症的佐剂。

3.1 作为I/II型糖尿病的辅助剂

糖尿病一般分为4类：1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）、妊娠期糖尿病和特定类型的糖尿病。它是一种慢性疾病，可逐渐损害心脏、血管、眼表、神经和肌肉骨骼系统，已成为导致肾功能衰竭和失明的主要原因[27]。目前主要的降糖方法是药物降糖，但是，由于药物副作用和耐药性，寻求一种天然植物降糖是研究的热点。苦瓜是用于临床研究最多的抗高血糖药物，苦瓜作为辅助制剂可改善T2DM患者的血糖水平。当在糖尿病伤口上局部使用苦瓜提取物时，可防止伤口肉芽组织和血管退化，加速并改善伤口愈合[28]。

从苦瓜中提取的含有19个氨基酸（mcIRBP-19）的特异序列作为一种生物活性肽，可以结合胰岛素受体（IR）并降低血糖[28]。研究表明，mcIRBP-19肽激活胰岛素受体，刺激IR下游信号转导通路，增强GLUT4的表达，增加3T3-L1细胞葡萄糖摄取和糖尿病小鼠葡萄糖的清除[29]。每天服用600毫克含有mcIRBP-19的苦瓜（Insumate®）（午餐和晚餐前各300毫克），结果显示，显著改善糖尿病患者的血糖水平，同时，含有mcIRBP-19的胶囊在调节糖尿病患者血糖方面的治疗具有剂量依赖性，其调节血糖比其他替代品更安全[30]。在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠中，苦瓜果汁能诱导胰岛β细胞的再生，使甘油三酯和胆固醇降低，显著刺激了肝脏中糖原的储存和从胰岛分离出来的β细胞分泌胰岛素[31]。苦瓜粉已被用作治疗糖尿病的一种新药。在2型糖尿病（T2DM）患者中，苦瓜通过胰岛素分泌，胰岛素敏感性或两者的改变来改善对2型糖尿病降糖作用。苦瓜作为口服植物胰岛素治疗糖尿病具有潜在的应用价值[32]。

3.2 抵抗肥胖和降脂

肥胖是慢性疾病的主要危险因素之一，如高血压、血脂异常、2型糖尿病、心血管疾病、失眠和呼吸暂停。肥胖已成为全社会关注的重大问题。虽然肥胖可以通过药物和手术来治疗，但副作用大[32]。近年来，治疗肥胖症的新疗法越来越受到重视。改变生活方式和限制脂肪摄入被认为是控制肥胖的有效方法[33-34]。然而，由于现代生活节奏加快，压力增加，以及人们对抗肥胖药物的安全性和耐受性的担忧。当前，天然产物苦瓜及其抗肥胖活性的研究已成为人们关注的主要课题。

脂肪合成被认为是肥胖症发展过程中的关键，调控脂肪合成将有效控制肥胖症的进展[35]。脂肪合成是一个高度复杂的调控过程，涉及多种转录因子（如C/EBPα和PPARγ）和脂质代谢蛋白（如GluT-4、脂联素和瘦素）。研究发现，苦瓜中的生物活性成分能刺激葡萄糖转运蛋白4（GLUT-4）向细胞膜迁移，并通过提高腺苷一磷酸活化蛋白激酶（AMPK）活性介导葡萄糖的摄取。苦瓜提取物中含有硬脂酰苷类成分，能增加脂肪酸的氧化和葡萄糖的分配。由此可见，苦瓜中的生物活性成分具有预防肥胖的作用[36]。经苦瓜提取物处理后的L6肌管和3T3-L1脂肪细胞可以抑制脂肪合成，预防肥胖。从苦瓜乙醇提取物中分离出的新葫芦素型三萜类化合物通过改善胰岛素敏感性和葡萄糖稳态，增强了预防和治疗肥胖的潜力。研究显示，抑制脂肪合成和促进葡萄糖利用与脂联素、瘦素、GLUT-4、AMPK、PPARγ、C/EBPα和PI3K有关，通过促进其调节，促进脂肪酸氧化，抑制脂肪细胞分化，达到减肥的效果。PPAR-γ在脂肪细胞分化和糖、脂肪代谢等多种代谢途径中起重要作用，苦瓜提取物通过阻断PPAR-γ的表达，阻断PPAR-γ下游通路C/EBPα和PI3K，减少脂肪的积累[37]。

3.3 癌症中的应用

尽管在过去几年中，癌症的治疗有了长足进步，但仍然是第二大死因，到2030年，全球新发癌症病例将大幅增加，达到2200多万。前列腺癌、肺癌和结直肠癌乳腺癌是最常见的癌症（占所有病例的50%），肾脏、胰腺、肝脏、口腔和咽部（头颈部）以及皮肤的其他癌症的发病率仍在不断增加[38]。由于苦瓜提取物在预防癌症进展方面的功能。在传统抗癌治疗中具有作为佐剂的潜力[39]。许多研究评估了苦瓜提取物或纯化成分对不同肿瘤源性细胞的疗效。

新型肽BG-4能抑制HCT116和HT-29结肠癌细胞的增殖及促进其凋亡，通过下调抗凋亡蛋白Bcl-2和XIAP，上调凋亡蛋白Bax和caspase-3发挥作用[40]。BG-4对高胰蛋白酶具有抑制活性，对人结肠癌细胞产生细胞毒性的能力，BG-4处理后，HCT-116和HT-29凋亡百分比从5.4%增至24.8%。苦瓜籽水、乙醇提取物对人结肠癌H-116细胞具有细胞毒作用。MAP30通过诱导ERK和p38磷酸化，并激活caspase-9和caspase-8介导的caspase级联反应，最终促成细胞凋亡。通过诱导肿瘤坏死，使Caspase-3激活，PARP裂解和肿瘤组织中TUNEL阳性细胞增多[41]。MAP30通过诱导坏死和凋亡来抑制Hep G2细胞，抑制裸鼠HepG2细胞异种移植瘤的生长[42]。苦瓜提取物RNase MC2表现出对MCF-7乳腺癌细胞的细胞抑制活性和细胞毒性活性。用RNase MC2处理MCF-7细胞会引起核损伤，最终导致早期/晚期细胞凋亡。RNase MC2诱导MAPK（p38，JNK和ERK）、Akt 、caspase-8，caspase-9，caspase-7的激活，使Bak表达量增加，并裂解了PARP，进而发生凋亡[43]。a-MMC降低鼻咽癌细胞活力，诱发缺氧，抑制缺氧性诱导因子1-α（HIF1α）和血管内皮生长因子（VEGF）的表达水平和人脐静脉内皮细胞的生长[44]。苦瓜提取物能阻止4-硝基喹啉1-氧化物（4-NQO）诱导的小鼠舌鳞状细胞癌在肿瘤前阶段的发展。证明了苦瓜提取物在预防鳞状细胞癌的发生[45]。苦瓜粗提物通过增强活性氧的生成来预防多种癌症。阻滞癌细胞周期，细胞信号传导，癌症干细胞，葡萄糖和脂质代谢，侵袭，转移，缺氧和血管生成；诱导细胞凋亡和自噬细胞死亡，增强免疫防御能力[46]。故而苦瓜可以用作有希望的癌症预防和治疗剂（图2）。

图2 苦瓜提取物对癌症作用Fig. 2 The effect of bitter melon extract on cancer

4 苦瓜发展前景

到目前为止，苦瓜的生物活性研究发展迅速。植物中生物活性成分的分离和鉴定已引起人们越来越多的关注，并仍呈上升趋势，苦瓜在食品、医药等领域的应用还处于初级加工阶段，其健康效益还远未得到充分利用。随着苦瓜研究的深入，苦瓜中各种功能成分的结构与作用机理之间的关系将得到进一步的阐明。同时，需要关注其对人体可能产生的副作用，特别是长期食用后对机体的正常生理活动的影响。目前尚未展开研究。苦瓜具有众多的保健功能，在保证安全的前提下，在降血糖、肿瘤治疗等领域拥有广阔的临床应用前景。