五味子乙素抗氧化应激损伤作用及机制的研究进展

王睿琦 白洁

氧化应激(oxidative stress)是活性氧(reactive oxygen species，ROS)的生成与细胞抗氧化防御能力之间的不平衡,与多种疾病以及老化相关。氧化应激时，大量的自由基引起脂质过氧化和线粒体肌膜不稳定，氧化还原信号传导中断、失控，进而引起多种疾病，如：糖尿病、动脉粥样硬化、帕金森病等[1]。已有的研究显示，五味子乙素(γ-Schizandrin B,Sch B)能改善神经系统功能，增加脑、心脏、肝脏和骨骼肌等组织线粒体抗氧化能力，同时还具有降糖、抗炎、抗肿瘤等多种药理作用[3]。本文结合Sch B的抗氧化特性，概述其对机体各组织保护作用，为其深入研究和开发提供参考依据。

1 Sch B的抗氧化特性

Sch B是木兰科植物北五味子果实中含量较高的联苯环辛烯类木脂素，提纯后呈白色结晶粉末状，具有保护组织、抗炎、抗氧化、抗肿瘤等多种药理作用。Sch B又名五味子乙醇，分子式为C23H28O6，分子量为400.46，不溶于水，微溶于石油醚，易溶于乙醇、乙酸乙酯及甲醇。目前认为Sch B是五味子发挥其抗氧化作用最佳的单体活性成分[2]。它能减少ROS的产生，提高酶抗氧化系统活性，如谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)等，从而抑制脂质过氧化反应的发生，维持线粒体功能和结构的完整性，对身体组织产生广泛的保护作用[3]。目前，实验发现其抗氧化作用可能涉及多种信号调节通路，包括：Nrf2、AMPK、ATR、P53、TGF-β1/Smads等。此外，Sch B还具有调节抗氧化相关基因表达、提高细胞因子活性的作用[4,5]。

2 五味子乙素对机体的保护作用

2.1 神经精神系统 大量研究表明，Sch B可以维持神经元细胞中的氧化还原稳态和细胞线粒体功能，保护神经细胞免受氧化损伤[6-10]。

海马体与学习、记忆和认知相关，而阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)、帕金森病、慢性酒精中毒会影响海马体功能。研究显示，Sch B可能有益于AD的治疗，它可以增强小鼠海马齿状回神经元的存活和成熟[6]。给予Sch B的AD小鼠学习记忆功能表现较好，其海马神经细胞较完整,Sch B通过下调P53和Bax蛋白的表达，降低了细胞色素C(Cytochrome C，Cyto C)含量，随后下调了下游蛋白Caspase-9、Caspase-3的表达，改善了AD小鼠记忆能力[7]。此外，Sch B可通过调控大鼠大脑海马组织中PSD-95蛋白的表达水平，改善慢性酒精中毒大鼠学习记忆能力[8]。进一步实验证明，Sch B可以保护小神经胶质细胞免受氧化损伤，其机制可能是抑制了与氧化损伤和凋亡相关Jak2/State3信号通路的活化。给予Sch B处理后，SOD及血红素加氧酶1(heme oxygenase 1，HO-1)蛋白表达水平显著升高，降低了氧化应激损伤[9]。

氧化应激反应是焦虑症、抑郁症的重要发病机制之一。大量释放的氧自由基会使神经元、突触的可塑性受损，从而产生抑郁行为。近期的研究证实五味子乙素具有镇定催眠、抗焦虑，改善认知功能的作用[12,13]。Wu等[12]采用强迫游泳的急性应激方式诱导小鼠焦虑样行为，通过高架十字迷宫和开放领域测试证明了Sch B可缓解由急性应激引起的焦虑症状。Sch B减少了异常氧化产物水平，提高了抗氧化系统(SOD、GSH)水平，减轻了小鼠杏仁核组织损伤，其机制可能与Sch B提高了Nrf2的表达、降低了Keap1蛋白水平有关。蔡萧君等[13]通过禁食水、昼夜颠倒等不可预见性应激方法建立大鼠抑郁模型,结果表明与对照组相比，Sch B组的抑郁大鼠模型糖水偏爱分数明显降低、强迫游泳实验的不动时间明显延长，说明Sch B处理后，大鼠的焦虑有所缓解，同时实验还验证了Sch B不仅能够调控单胺类神经递质释放，还能减轻炎性反应和氧化应激。在使用Sch B干预后,大鼠海马中NF-κB、血清肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)的表达及MDA的含量明显减少,而SOD、GPx的含量明显增加。由此可见，Sch B是治疗氧化应激相关焦虑症的可试行药物。但是目前仍不清楚，Sch B触发Nrf2抗氧化信号通路的确切机制以及该通路是否能直接抵抗焦虑。

2.2 呼吸系统 肺纤维化时会出现大量细胞外基质聚集，成纤维细胞过度增生，引发炎症损伤及组织破坏。氧化应激参与肺纤维化过程，ROS水平升高破环了DNA结构，引起脂质、蛋白质变性。据报道，抗肿瘤药物博来霉素(BLM)能通过增加生长因子、细胞因子和ROS的产生而诱导肺纤维化[14]。另有实验证明，Sch B可以降低BLM给药2周后肺胶原的积累，并降低组织学和生化参数，当Sch B和甘草酸一起使用时，可以减轻炎性反应、降低Bml在肺胶原中积累并发挥抗氧化作用[14]。

氧化应激失衡参与了哮喘的发病，ROS可能通过NF-κB通路引起蛋白及脂质过氧化而对机体产生损伤[15]。Sch B可减轻卵白蛋白(ovalbumin,OVA)诱导的哮喘小鼠肺部炎症，它能通过调控HMGB1/TLR4/NF-κB信号通路，降低血中ROS表达，重塑血清中SOD活力，降低丙二醛(MDA)水平，降低血清和肺组织炎性细胞因子[TNF-α、IL-1β、白介素-6(IL-6)]表达[16]。

有害气体及有害颗粒可以通过氧化应激、毒性损伤等方式引发气道的异常炎性反应。香烟的烟雾含有数百种高毒性化学物质,如尼古丁、一氧化碳、甲醛、乙醛、氰化物等有害成分。长期吸烟可激活气道及肺泡的炎性反应和氧化损伤，破坏其正常生理结构，造成气管狭窄、不完全堵塞，导致慢性阻塞性肺疾病(COPD)的发生。运用香烟烟雾提取物和脂多糖作用于肺泡上皮细胞可以建立COPD急性加重期体外模型。研究显示Sch B可以抑制上述模型的肺泡上皮细胞增殖，抑制模型的炎性因子表达，有良好的抗炎作用；其机制可能是通过调控NF-κB信号通路，下调与炎症密切相关的IL-8、COX-2等的表达，从而改善炎症微环境有关[17]。

2.3 循环系统 心血管疾病的发生与氧化应激关系密切，氧化应激导致线粒体功能障碍和细胞凋亡，影响内皮细胞功能，促进内皮-间质转化(EndMT)的发展，最终引起纤维化及血管重构[18,19]。Sch B能抑制ROS生成，抑制血管EndMT和纤维化，这可能对预防心血管疾病进展起到积极作用[20]。学者通过主动脉弓缩窄术建立小鼠心肌肥厚模型，发现Sch B可改善心脏功能，减少心肌肥厚和纤维化。进一步研究表明，Sch B通过抑制心肌细胞中MAPK信号通路，抑制血管紧张素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ，AngⅡ)诱导的心肌肥大和纤维化[21,22]。同时，SchB可以抑制大鼠主动脉内皮细胞(RAEC)凋亡和线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential，MMP)去极化，抑制AngⅡ诱导的ROS生成并诱导RAEC中的抗氧化反应，其抗氧化活性涉及Keap1-Nrf2途径的调节，且Keap1为其在此过程中的作用靶点[23]。

研究表明，Sch B通过调节Traf6/TAK1、Jak2/Stat3信号通路抑制H2O2诱导的小鼠心肌细胞氧化损伤[24,25]。高血糖导致的氧化应激增强是糖尿病大血管病变的发病基础。高糖还可加速内皮细胞衰老,而衰老所导致的血管内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化早期的关键环，研究显示Sch B呈剂量依赖性的延缓人脐静脉内皮细胞(HUVEC)衰老[26]。这种抗衰老作用的机制可能与减轻氧化应激损伤、增加NO生物利用度、增强端粒酶活性进而修复端粒，进而延长细胞的寿命,保持细胞增殖潜能作用有关。仲维莉等[26]发现经过Sch B处理后，SA β-gal染色阳性细胞比例出现降低,G0/G1期细胞比例减少,细胞内ROS水平降低,NO水平增高,尤其是20 μmol/L的Sch B抗衰老作用最为明显。

Sch B对大鼠心肌缺血再灌注损伤有一定的保护作用，因其可以明显增加心肌细胞活力，且具有浓度依赖性，其作用与抑制氧化损伤和内质网应激、保护线粒体功能有关。内质网是细胞内蛋白质合成、加工和Ca2+贮存的主要场所，对维持细胞的正常生理功能具有重要作用。发生缺血再灌注损伤时，大量自由基生成引起氧化应激反应，相关细胞信号级联反应被激活，使尚未折叠的蛋白质或已错误折叠的蛋白质在内质网蓄积，以至于内质网过度应激、稳态失衡。内质网应激导致应激活化蛋白激酶(JNK)激活，导致线粒体膜电位降低,线粒体应激反应和线粒体膜通透性增加，线粒体内细胞色素C、Caspase-3、Caspase-9等细胞因子释放，线粒体呼吸链正常活动抑制,呼吸链复合物活性改变，影响线粒体能量生成同时也发生了线粒体氧化应激反应，线粒体功能障碍。最终导致细胞凋亡、心肌组织损伤[27]。Sch B可抑制上述活动的过度激活，对心脏缺血再灌注损伤和线粒体功能具有明显的保护作用[28]。

通过概念隐喻，人们不断挖掘事物间的各种新联系，为认识世界提供了一种基本方式。人体词之所以具有除指示人体部位以外的含义，是因为人们在认知思维中把人体部位作为始源域，将其部分特征或功能映射到目标域，将完全不同的两个概念域联系起来，如此形成了人体词的隐喻意义，从而使人体词的语义发生了转移。

心肌发生缺血再灌注损伤时，应用Sch B能少MDA含量，升高SOD及GSH-Px抗氧化酶活性，进而抑制心肌缺血再灌注导致的氧化应激反应，降低细胞MDA含量，改善脂质过氧化状态。同时，应用Sch B可减少心肌细胞线粒体损伤，降低缺氧/复氧心肌细胞谷氨酸脱氢酶和细胞色素C及Caspase-3、Caspase-9表达水平，以保护线粒体膜完整，恢复至正常的心肌能量供，并改善缺血再灌注心脏的血流动力学状态[29,30]。此外，部分研究还表明Sch B降低心肌细胞缺血再灌注损伤的机制，还与其提高心肌糖酵解水平，调节线粒体自噬有关[31]。

2.4 运动系统 老化、氧化应激与骨关节炎(osteoarthrosis,OA)的发生发展有关，而OA以关节软骨、骨磨损、滑膜的慢性轻度炎症和异常的骨骼重构为主要特征。关节内促炎性细胞因子(如IL-1)导致ROS生成，同时抗氧化系统(如SOD)下调，该过程中产生的氧化应激导致分解代谢加强，细胞内基质合成减少，细胞外基质降解，从而导致关节软骨细胞衰老，引发关节炎。

研究显示，Sch B可以有效抑制IL-1β诱导的大鼠软骨细胞的NF-κB信号激活，降低IL-1β诱导的Erk、p38和Jnk磷酸化，从而抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)活化[32]。此外，Sch B通过改善软骨侵蚀和减少基质变性保护大鼠软骨细胞，其作用机制是恢复了由IL-1β介导的Ⅱ型胶原蛋白、蛋白多聚糖和sox9的下调[33]。

2.5 消化系统 Sch B已被临床公认为是具有广泛作用的护肝药，另外，其制剂还可通过激活粘附斑激酶影响肠道微生物群来预防溃疡性结肠炎和结肠相关性癌症[34]。

非酒精性脂肪肝疾病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)包括一系列肝脏病变：非酒精性脂肪性肝炎、肝脂肪变性、肝硬化和肝细胞癌等，NAFLD的发病机制涉及氧化应激、内质网(ER)应激、游离脂肪酸的异常蓄积及肝脏中的促炎状态。已有大量研究证明，Sch B在肝脏中具有抗炎、抗氧化、抗纤维化、调节脂质含量、抗ER应激作用。且在中医领域，五味子乙素已用于治疗肝炎[35]。此外最近的研究表明：Sch B通过能保护肠上皮屏障，影响肠道微生物群，有可能成为治疗溃疡性结肠炎和预防结肠炎相关性癌症的新方法[36]。

实验证明，Sch B能减少胶原沉积，延缓CCL4引起的大鼠肝纤维化进展，有效改善肝功能，其机制涉及氧化还原、内质网应激和凋亡等[37]。用Sch B预处理小鼠可显著抑制CCL4诱导的血浆丙氨酸氨基转移酶(ALT)活性，降低CCL4中毒小鼠的血浆SDH活性，说明Sch B具有肝保护作用，这与肝线粒体谷胱甘肽氧化还原状态的增强以及线粒体谷胱甘肽还原酶(mtGRD)活性增强有关。进一步研究发现，Sch B对肝脏发挥抗氧化作用的机制是：通过抑制TGF-β/Smad信号通路来抑制肝星状细胞活化，激活Nrf2介导的抗氧化信号传导通路[38]。

此外，Sch B还可以通过抑制内质网应激减轻利福平诱导的肝损伤[39]。

2.6 生殖系统 Sch B对男性、女性生殖系统均有保护作用。Nasser等[40]经研究发现，Sch B可抑制前列腺癌细胞(LNCaP)增殖，使癌细胞凋亡。其作用机制与Sch B的抗氧化作用，抑制雄激素受体表达及促进PI3K/AKT和STA3/JAK2磷酸化有关。该研究成果提示我们，Sch B有望成为一种有效治疗前列腺癌的药物。

多环芳烃环境污染物——苯并[a]芘(B[a]P)，是导致不良妊娠的危险因素，它作用于芳香烃受体(AHR)导致胚胎细胞死亡。研究表明，Sch B可以保护人绒毛膜滋养层细胞(HTR8-SVneo)，预防B[a]P所致的DNA氧化损伤。给予Sch B后，DNA损伤程度明显减轻，修复基因(XRCC1和PARP1)的活性提高，AHR mRNA表达减少[41]。

陈冠男等[42]建立了乳腺癌小鼠模型，发现Sch B可增强紫杉醇对乳腺癌的疗效，减轻紫杉醇的不良反应，其机制可能与提高免疫功能、增强抗氧化应激能力和抑制VEGF、MMP-2表达有关。联合应用Sch B和紫杉醇的小鼠生存时间明显延长，肿瘤缩小，肺转移减少，TNF-α、IL-10、MDA含量和肿瘤组织中血管内皮生长因子(VEGF)、基质金属蛋白酶-2(MMP-2)蛋白表达显著降低，血清SOD、GSH活性显著升高。

2.7 泌尿系统 研究发现，Sch B对肾病综合征和糖尿病肾病有一定的治疗作用，并且能抑制终末期肾病肾小管间质纤维化[43]。

炎症和氧化应激是肾病综合征和糖尿病肾病的关键致病因素。研究显示，Sch B可改善阿霉素诱导的肾病综合征大鼠模型的肾功能，降低血清MDA及NO水平，增强SOD活性，诱导谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基(glutamate L-cysteine ligase catalytic subunit，GCLC)、NQO1醌NADH脱氢酶1(quinone NADH dehydrogenase 1，NQO1)及HO-1蛋白表达水平，其作用机制可能与活化Nrf2/ARE信号通路有关[44]。此外，有研究提示糖尿病小鼠模型食用Sch B后可明显减轻高血糖引起的肾损伤，显著抑制肾细胞凋亡和纤维化[45]。

此外，实验表明Sch B能减轻药物引起的肾毒性，以保护肾组织[46]。环孢素A(CsA)属于强效免疫抑制剂，临床上主要用于治疗免疫性疾病和移植时的排异反应，但其肾毒性是个棘手的问题。长期CsA处理会导致细胞自噬、死亡。实验证明，Sch B治疗可以显着降低CsA处理的小鼠血液尿素氮(BUN)和血清肌酐水平，减轻肾脏组织病理变化。在近曲小管上皮细胞中，Sch B降低了细胞内ROS的生成，诱导了LDH释放，提高GSH和ATP表达水平，增加了细胞膜稳定性。另外，Sch B抑制了CsA诱导的Bax上调和Bcl-2下调，从而阻止了CsA诱导的HK-2细胞的凋亡和自噬[46]。

2.8 眼 学者们对五味子乙素在眼部的作用做了研究，主要集中于晶状体和视网膜两方面。

晶状体组织、细胞内氧化应激状态失衡引起晶状体代谢紊乱，导致白内障。Sch B可抑制晶状体上皮细胞(lens epithelial cells，LEC)氧化损伤和凋亡，维持LEC超微结构完整并减缓晶状体混浊的发展[47]，其机制可能是通过影响LEC内钙离子浓度、提高晶状体中SOD、GSH等酶性或非酶性氧化剂表达对氧化损伤的晶状体发挥保护作用，从而抑制LEC凋亡，防止、延缓白内障的发生发展[48]。

Sch B对糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)有多方面的抑制作用，可减少凋亡小体形成，促进SOD的表达，降低氧化产物MDA和LDH的含量，同时还有减少炎性因子表达、抑制新生血管形成、维持DR大鼠血视网膜屏障稳定的作用[49,50]。研究证实Sch B在视网膜变性上可能带来视觉益处[51]，研究者采用基因突变技术导致斑马鱼视锥视杆细胞变性进而建立pde6c w59斑马鱼视网膜变性模型，外源性给予Sch B处理后发现pde6c w59突变体的视觉运动反应提高，证实了Sch B通过减小异常视杆细胞的大小改善视网膜功能[51]。

细胞增殖、凋亡涉及PI3K/AKT和MEK/ERK信号通路，microRNAs是最近发现的非编码RNA,转录调控下游靶标基因的表达，miRNA失调可能导致白内障、青光眼视网膜疾病。SchB可通过上调miR-374a表达,并抑制PI3K/AKT和MEK/ERK信号传导,改善H2O2诱导的ARPE-19细胞损伤,增强细胞活力、减少细胞凋亡及降低ROS水平，SchB可能成为治疗视网膜氧化损伤的药物[52]。

Sch B毒性和不良反应笔者未见报道，可见它是一种较安全的药物。Sch B具有强大的抗氧化作用，能有效保护机体的组织细胞免受氧化应激损伤，为天然药物的临床应用提供了新的依据和选择。但是，现阶段Sch B抗氧化作用的具体机制研究仍有不足，其应用于人体的剂量、剂型、方式、效果尚且未知，有待进一步研究和开发。