人参皂苷Rg3现代药理作用及作用机制的研究进展

刘倩倩，樊官伟，2

天然产物在治疗各种疾病方面具有独特的治疗效果。人参作为一种传统的中草药，对多种疾病都有防治作用。人参皂苷是人参的天然产物，具有良好的药理作用[1]。由于人参皂苷的化学结构和物理化学性质的多样性，不同皂苷具有不同的药理作用。最常被研究的是Rb1、Rg1、Rg3、Re、Rd和Rh1。在这些人参皂苷中，Rg3已被证明具有广泛的药理活性，包括抗肿瘤[2]、抗心血管疾病、抗炎、抗病毒、抗疲劳、抗抑郁和神经保护作用[3-7]。因此，本研究综述近年来关于Rg3的临床和实验研究，并总结Rg3现代药理作用及其作用机制。

1 人参皂苷Rg3的化学结构

人参皂苷Rg3是一种人参二醇四环三萜皂苷。根据氢在碳20(C20)上的定位，人参皂苷有两个立体异构体：20(S)和20(R)。由于构型不同，两种结构的抗肿瘤活性也不同。

1.1 抗肿瘤 癌症的特点是增殖不受控制、抵抗凋亡、组织浸润和转移，以及持续的血管生成[8]。近年来，人参皂苷Rg3已被证实可以抑制肿瘤血管生成，诱导肿瘤细胞凋亡，选择性抑制肿瘤细胞转移，提高机体免疫功能。总结通过体内和体外实验获得的人参皂苷Rg3的抗癌活性，根据现有研究，概述Rg3对肿瘤的具体作用机制如下。

1.1.1 抑制肿瘤增殖 正常体细胞的增殖能力有限，但最终细胞老化为非增殖状态。另一方面，肿瘤细胞可以避免衰老，并具有无限增殖的潜力。大量研究表明，Rg3可以抑制肿瘤细胞的生长。通过上调活性氧(ROS)水平来抑制前列腺癌细胞系前列腺癌PC3细胞的生长来诱导细胞周期阻滞[9]。此外，Rg3能够降低组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)，增加p53的乙酰化作用，从而阻止A375黑色素瘤的增殖[10]。Rg3通过抑制CCAAT增强子结合蛋白β(C/EBPβ)/核转录因子-κB(NF-κB)信号通路，对3种人结直肠癌细胞系(HCT116、HT29、SW480)的癌细胞增殖和裸鼠移植瘤生长均有抑制作用[11]。Rg3在体内异种移植模型中抑制肿瘤生长，并在体外中对结肠癌细胞系HCT116细胞的增殖有明显的抑制作用[12]。并通过改变凋亡相关基因(Bcl-2、Caspase-3)和磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路，诱导骨肉瘤细胞系(MG-63、U-2OS和SaOS-2)的增殖[13]。另一项实验证实，Rg3通过减少胰岛素样生长因子-1(IGF-1)的分泌和调节Akt/mTOR通路来抑制多发性骨髓瘤细胞(U266、RPMI8226和SKO-007)的增殖并诱导细胞凋亡(Bcl-2相关蛋白失衡和Caspase激活)[14]。说明Rg3可能通过靶向PI3K/AKT/mTOR信号通路和蛋白修饰来抑制肿瘤增殖。

1.1.2 抑制肿瘤的转移和侵袭 肿瘤转移是指肿瘤从原发部位扩散到远端，是导致肿瘤治疗失败和病人死亡的主要原因。Rg3对多种癌症具有抑制侵袭和转移的作用[15]。研究表明，Rg3可以通过抑制LncRNA结肠癌相关转录本1(CCAT1)的表达来抑制结肠癌的迁移和侵袭，影响凋亡相关蛋白(上调p53、Bax、Caspase-3，下调Bcl-2的表达)，促进Caco-2细胞凋亡[16]。另有研究证实，20(S)-Rg3可以通过上调脯氨酸羟化酶结构域蛋白1，从而降低缺氧诱导因子1α(HIF-1α)的表达，也可能降低NF-κB的表达，从而抑制人卵巢癌细胞系(SKOV3和3AO)的迁移[17]。此外，Liu等[18]研究证实，20(S)-Rg3激活泛素-蛋白酶体途径促进HIF-1α降解，进而导致上皮细胞特异性标记钙黏蛋白E(E-cadherin)上调，有效抑制卵巢癌细胞和卵巢癌异种移植模型的上皮-间充质转化(EMT)。类似结果表明，20(R)-Rg3明显增加上皮标记的钙黏蛋白E的表达，抑制Snail和间充质标记波形蛋白上调，抑制转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导的A549肺癌细胞上皮-间充质转化，从而抑制肺癌迁移、侵袭和抗性。以上结果表明，Rg3抑制肿瘤侵袭和迁移的作用可能与上皮-间充质转化的调控高度相关[19]。

1.1.3 诱导肿瘤细胞凋亡 细胞的死亡和更新是多细胞生物整个生命过程中不可或缺的一重要环节。它能及时清除体内多余的受损细胞。研究表明，Rg3对癌症模型的疗效常与凋亡标志物的增加有关[20]。Sin等[21]报道20(S)-Rg3通过Akt和p53/p21依赖的信号通路上调胶质瘤细胞中衰老相关β-半乳糖苷酶的表达，诱导人胶质瘤癌衰老样生长阻滞。Rg3诱导的肿瘤细胞凋亡与抑制NF-κB信号通路，可能是通过抑制NF-κB与FUT4启动子的结合，降低NF-κB的易位和转录活性，下调NF-κB下游分子的表达[22]。热处理西洋参(HAG)产生的活性成分-20(S)-Rg3促进人胃癌细胞凋亡通过调节Bcl-2和Bax的表达和激活。Rg3增加Bax/Bcl-2，线粒体膜电位的去极化和细胞色素C增加[23]。同样，介导的影响是通过降低细胞活力和线粒体膜电位，线粒体细胞色素C的释放，Caspase-3和Bax蛋白的表达增加，Bcl-2蛋白的表达降低。以上研究证明Rg3诱导细胞凋亡的作用主要是针对Bax/Bcl-2、Caspase家族、PI3K/Akt、p53/p21、NF-κB/FUT4和表皮生长因子受体(EGFR)信号通路的比例。

1.1.4 抑制肿瘤血管生成 当肿瘤血管不受控制和不规则的形成时，肿瘤生长迅速。因此，抑制血管生成被认为是抑制肿瘤增殖和迁移的有效手段。胶质母细胞瘤是一种相对常见和致命的成人原发性脑肿瘤。低剂量节律学和替莫唑胺通过靶向血管生成治疗胶质母细胞瘤。低剂量节律学和替莫唑胺联合Rg3在大鼠C6胶质瘤细胞中的应用对血管生成具有加性抑制作用，可增强低剂量节律学和替莫唑胺对胶质母细胞瘤的疗效[24]。Rg3与导管动脉栓塞术(TAE)联合治疗可缩小肿瘤体积、微血管密度，减少肿瘤转移，抑制CD31和血管内皮生长因子受体 2(VEGF-R2)磷酸化的蛋白表达[25]。Rg3联合吉西他滨治疗小鼠Lewis 肺癌，不仅可增强对肿瘤生长的抑制作用，也可增加肿瘤坏死的速度，并明显减少血管内皮生长因子(VEGF)的表达，缩小微血管密度以及血流和收缩速度峰值(PSV)[26]。此外，Guo等[27]认为Rg3通过下调血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)、Ephrina型受体2(EphA-2)的表达，明显抑制胰腺癌中血管生成拟态的形成，基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)蛋白及mRNA水平。Chen等[28]研究表明，Rg3在缺氧条件下作用于人食管癌细胞系Eca-109和786-0细胞，抑制缺氧诱导的HIF-1α、环氧化酶-2(COX-2)和NF-κB表达，降低缺氧诱导的信号转导和转录激活因子3(STAT3)、细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)和JNK磷酸化，下调VEGF表达，抑制肿瘤血管生成。Rg3被认为可以抑制内皮祖细胞(EPC)的增殖、细胞迁移、EPC管形成，并在体外减弱VEGF依赖的p38/细胞外调节蛋白激酶(ERK)信号的磷酸化级联，同时抑制肿瘤生长和调节VEGF依赖的肿瘤血管生成[29]。总之，Rg3抑制血管生成的机制主要以VEGF、p38/ERK信号通路和ephrin受体为靶点。

1.1.5 改善免疫功能 现代免疫学的发展表明，免疫功能的稳定性在肿瘤发生发展、转移、逆转和回归中起着重要作用。Rg3缓解环磷酰胺(CTX)诱导免疫抑制通过增强巨噬细胞的吞噬，增加相关免疫因子的释放[免疫球蛋白G(IgG)、白细胞介素-2(IL-2)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)]和T细胞活动，并调节Th1/Th2 CTX诱导免疫抑制小鼠[30]。研究证实，肝细胞癌H22移植肿瘤20(S)-Rg3和20(R)-Rg3治疗后的生长明显抑制，含H22的小鼠免疫更强，这可能是归因于刺激Cona诱导淋巴细胞增殖和增加Th1型细胞因子、IL-2和干扰素-γ(IFN-γ)[31]。Rg3增强红参制剂(Rg3-RGP)对人非小细胞肺癌(H460)具有细胞毒性，促进体内淋巴细胞增殖，增强血液巨噬细胞的碳颗粒吞噬指数，说明Rg3-RGP通过间接增强免疫力发挥重要的抗肿瘤作用[32]。

2 人参皂苷Rg3治疗心血管疾病

研究证明，人参皂苷Rg3对心血管疾病存在重要影响(见图1)。Guo等[33]研究表明，20(S)-Rg3可抑制晚期糖基化终末产物(AGEs)诱导的平滑肌细胞的增殖和迁移。在动脉粥样硬化小鼠模型中，20(S)-Rg3治疗后，斑块缩小，血管平滑肌细胞(VSMCs)增殖受到抑制。Rg3还可以通过降低三酰甘油、低密度脂蛋白。在低密度脂蛋白基因敲除(LDLR-/-)小鼠中，逆转M1型极化为M2表型，促进动脉粥样硬化损伤稳定性，并通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)依赖机制减轻斑块负荷[34]。在晚期糖基化终末产物处理的巨噬细胞和糖尿病小鼠模型中，富含Rg3的红参提取物(Rg3-RGE)不仅具有有效的降压作用，降低自发性高血压大鼠(SHR)病人的收缩压和舒张压，提高主动脉内皮型一氧化氮合酶(eNOS)磷酸化水平[35]。并且Rb1和Rg3共同给予SHR大鼠，可改善心室重构，减弱SHR心肌肾素-血管紧张素系统(RAS)活性，降低TGF-β1、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1(IL-1)和内皮素-1(ET-1)水平[36]。Rg3可明显降低收缩压、舒张压和肾素活性(RA)，增强对血管紧张素Ⅰ转换酶的抑制作用，增加一氧化氮(NO)的含量，发挥降压作用[37]。Rg3通过增加左室缩短和射血分数，降低左室舒张末期内径、收缩压和左室内压变化速率(±dp/dt)，抑制凋亡细胞Caspase-3活化，降低TNF-α和IL-1水平，诱导心肌缺血再灌注SD大鼠心功能障碍[7]。另一项实验利用心肌缺血再灌注损伤大鼠模型和新生大鼠心肌细胞(NRC)来研究Rg3的药理作用，结果表明，Rg3通过Akt/eNOS信号和Bcl-2/Bax通路发挥心肌缺血再灌注诱导的细胞凋亡的心脏保护作用。Rg3可降低左心室射血分数和左心室短轴缩短率，促进细胞活力，减少氧化损伤和细胞凋亡，从而改善阿霉素诱导的心脏毒性[38]，并且F127胶束联合使用阿霉素可降低阿霉素的心脏毒性，改善线粒体和代谢功能，减少ROS的产生，从而对心脏发挥保护作用[39]。

图1 人参皂苷Rg3治疗心血管疾病

3 人参皂苷Rg3对其他疾病的药理活性

人参皂苷Rg3除了对肿瘤、心血管疾病有明显的药理作用，另外有部分文献表明，Rg3还具有抗炎、抗病毒、抗抑郁、抗疲劳、抗衰老、减轻肺损伤的药理特性。

3.1 神经保护作用 Rg3是一种具有神经保护作用的原人参二醇。Kim等[40]研究了Rg3对大鼠脊髓损伤(SCI)的神经保护作用，实验数据表明，Rg3可抑制脊髓损伤后的神经元凋亡和炎症反应，可明显恢复运动功能，减少脊髓组织损伤。Rg3可以保护神经元免受朊病毒蛋白(PrP)诱导的细胞毒性和由自噬通量引起的线粒体损伤。Rg3降低cocl2诱导的PC12细胞损伤模型的ROS，抑制缺血/再灌注损伤大鼠细胞凋亡，增加线粒体膜电位，缩小脑梗死体积，改善颅神经功能障碍[41]。糖皮质激素地塞米松降低神经SHSY-5Y细胞活力，增加大鼠脑器官类型海马切片培养细胞mRNA表达，导致神经元死亡，而Rg3和Rb1可以逆转地塞米松的损伤作用[42]。因此，Rg3主要通过抑制神经元凋亡和神经毒性对神经发挥保护作用。

3.2 抗炎作用 炎症是一种重要的生理反应，由于炎症介质的持续释放，炎症与大多数疾病有关。Rg3通过抑制NF-κB介导的细胞因子/趋化因子[如白细胞介素-4(IL-4)、TNF-α、嗜酸性粒细胞趋化因子]，调节NF-κB的活性，对A549细胞和人哮喘气道上皮组织中IL-1诱导的炎症产生抗炎作用[43]。Rg3在人类肥大细胞-1(HMC-1)和大鼠嗜碱性细胞白血病细胞RBL-2H3中，通过抑制促炎细胞因子的产生，提高环磷酸腺苷(cAMP)水平和钙流入减少组胺释放激活肥大细胞，调节丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/NF-κB和受体相互作用蛋白激酶2(RIP2)/Caspase-1信号通路发挥抗过敏作用[44]。Rg3通过诱导M2标记基因的表达，抑制M1标记基因的表达，促进巨噬细胞M2极化，加速炎症反应的消退[45]。20(R)-Rg3通过抑制氧化应激和炎症反应，激活PI3K/Akt信号通路，减轻肝细胞坏死和凋亡。Hou等[3]用Rg3和Rh2治疗三甲基素中毒诱导的小鼠模型的神经退行性变，结果表明，Rg3和Rh2可明显降低三甲基素诱导的癫痫发作和行为改变，减轻氧化应激反应和神经炎症反应，选择性上调PI3K/Akt，抑制ERK激活。Rg3能够通过调节诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表达来抑制NO的产生，从而抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)的致死性内毒素休克和炎症小体的s-亚硝基化和白细胞介素-1β(IL-1β)的产生。Rg3还能抑制脂多糖或紫外线照射诱导的巨噬细胞和人永生化表皮细胞(HaCaT)中的ROS水平，从而防止脾细胞凋亡。因此，Rg3可能作为治疗炎症和氧化应激相关疾病的双重治疗调节剂[46]，并主要靶向PI3K/AKT、MAPK/NF-κB信号通路和炎性因子。

3.3 抗病毒 据报道，口服Rb2及其水解液20(S)-Rg3可以预防轮状病毒(RV)感染。研究人员使用1.5×10斑块形成单位/RV菌株SA11治疗新生小鼠(10 d龄)，评价人参皂苷对RV感染的保护作用。结果表明，持续给药20(S)-Rg3可降低RV感染小鼠肠道内的病毒滴度，并预防了RV感染[47]。此外，Rg3治疗丙型肝炎病毒(HCV)感染的细胞，使HCV核心蛋白介导的细胞质p21表达水平的降低，这是增加周期蛋白依赖性激酶1活性所必需的。在HCV诱导的线粒体裂变后，Rg3也能恢复HCV诱导的线粒体裂变后的线粒体自噬[4]。另一项实验证实，Rg3通过降解肿瘤坏死因子受体相关因子6/转化生长因子活化激酶-1和抑制c-Junn端激酶/AP-1信号通路，减少了乙肝表面抗原、e抗原和乙肝病毒颗粒的分泌[48]。

3.4 抗抑郁 抑郁症是一种心理健康问题，定义为无休止的抑郁情绪。疲劳、疼痛、对预期活动失去兴趣和睡眠障碍是抑郁情绪中出现的一些身体特征。Rg3可以通过调节免疫发挥抗抑郁作用。Kang等[49]在尾悬挂试验和强迫游泳试验抑郁动物模型中通过脂多糖诱导小鼠抑郁样行为。Rg3治疗后，小鼠血浆IL-6和TNF-α水平升高，吲哚-2，3-双加氧酶(IDO)mRNA表达降低，色氨酸-犬尿氨酸代谢恢复。此外，Rg3通过改变N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)处理的HT22小鼠海马神经元的细胞周期来恢复细胞增殖并抑制细胞凋亡。Rg3通过磷酸化cAMP反应元件结合蛋白(CREB)和激活脑源性神经营养因子(BDNF)信号通路来介导抗抑郁作用，从而介导慢性轻度应激模型中明显的生理和行为变化[50]。在慢性社会挫败应激(CSDS)抑郁模型中，Rg3恢复了CSDS诱导的海马BDNF信号通路的衰减，并预防了CSDS引起的抑郁症状[6]。

3.5 抗疲劳 Rg3被证明可以缓解疲劳，疲劳这是一种伴随各种情况的非特异性症状。有研究建立大鼠术后疲劳综合征(POFS)模型，结果表明，Rg3明显增加了进食频率，减缓了休息时间，激活沉默信息调节因子1(SIRT1)，抑制了p53的转录活性，因此，Rg3可能通过提高运动表现和增加沉默信息调节因子1去乙酰化酶活性来预防疲劳[5]。采用多步乳化法制备了装载Rg3的壳聚糖微球，发现装载Rg3的壳聚糖微球可延长小鼠负重游泳时间，上调肝糖原、乳酸脱氢酶水平，降低乳酸和血清尿素氮水平，从而发挥抗疲劳作用[51]。在疲劳动物模型中建立负重强迫游泳，发现疲劳导致多巴胺的减少，这可能部分是由于酪氨酸羟化酶表达和磷酸化的变化，而Rg3逆转了这些疲劳诱导的病理变化。可能的机制包括调控蛋白激酶Aα(PKAα)、ERK1/2、Akt和α-突触核蛋白活性(α-synuclein)[52]。

3.6 抗衰老 近年来，从面霜到面膜，抗衰老补充剂都被用于延缓或中止衰老。这些补充剂大多含有来自天然来源的成分或天然产品。20(S)-Rg3通过下调PI3K/Akt、mTOR和激活sirtuin3/过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(PGC1α)来促进线粒体生物发生，从而逆转人真皮成纤维细胞(HDFs)的复制衰老[53]。蛋白质组学方法表明，20(S)-Rg3通过诱导线粒体过氧化物还原蛋白(PRDX3)的转录和翻译增加，至少部分逆转了HDFs的衰老[54]。Lee等[55]发现Rg3可以恢复三磷酸腺苷(ATP)和膜电位，增加紫外线辐射诱导的损伤皮肤细胞的细胞增殖基因和细胞外基质蛋白的表达。这说明Rg3通过靶向PI3K/Akt/mTOR信号通路调节线粒体功能，发挥抗衰老作用。

3.7 减轻肺损伤 急性肺损伤是一种常见的临床疾病。Yang等[56]研究了Rg3对脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤的影响，发现Rg3降低了促炎介质(包括TNF-α、IL-1β和IL-6)水平，并增加了抗炎细胞因子[白细胞介素-10(IL-10)和肿瘤坏死因子-β(TGF-β)]的产生，以减轻脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤。其潜在的机制是通过MERTK依赖的激活和下游的PI3K/Akt/mTOR信号通路来介导的。此外，脂多糖诱导的急性肺损伤导致病理改变，包括上调NF-κB/p65磷酸化和下游COX-2表达，触发肺组织中NF-κB信号，增加肺干重比(W/D)和促炎细胞因子水平。与预期的一样，Rg3干预逆转了脂多糖诱导的急性肺损伤的病理改变[57]。虽然Rg3对BEAS-2B细胞的增殖和凋亡没有明显影响，但Rg3通过抑制炎症反应和激活PI3K和MAPK信号通路来预防高血糖诱导的肺损伤[58]。因此，Rg3减少肺损伤的靶点始终围绕着PI3K/Akt/mTOR/NF-κB/MAPK信号通路抑制炎症。

4 小结与展望

人参皂苷Rg3作为一种活血产品，预防肿瘤术后复发转移，具有广阔的发展前景。Rg3还能抵抗心血管疾病，发挥神经保护功能，以及抗炎、抗病毒、抗抑郁、抗疲劳、抗衰老，减轻肝、肺损伤。实验已经证实，当Rg3作用于心脏、肝、肺、肾、骨髓和神经系统时，它是相对安全的。然而，Rg3有其局限性。首先，Rg3在全球范围内的应用范围较窄，而Rg3在我国主要用于癌症治疗，在心血管疾病，神经保护等方面的药理作用并未得到有效的开发，Rg3的口服生物利用度较低也限制了Rg3的应用。仍有必要评估这些优化疗法的体内疗效,开发新的Rg3类似物提高生物利用度特性。而且，基于这些研究，还没有进行实际的临床治疗。目前迫切需要对Rg3的详细、合理的分子机制进行研究，以证实其有效性和更好的临床应用。