尿石素A的药理作用及机制研究进展

石莹，杜凤，王玥，陈蓉，刘启玲，李影娜（.陕西中医药大学公共卫生学院，陕西 咸阳 7046；.西北大学生命科学学院，西安 70069；3.广东省第二人民医院珠海医院（珠海高新技术产业开发区人民医院），广东 珠海 59085）

尿石素A（urolithin A，UA）是天然多酚化合物鞣花单宁（ellagitannins，ETs）的一种次生代谢产物。ETs 主要存在于石榴、树莓、草莓、核桃和红酒等食物中[1]，UA 则是ETs 经肠道微生物代谢后的产物。大量研究证实UA 具有抗氧化、抗炎、抗衰老、调节雌/雄激素及诱导线粒体自噬等多方面的生物活性[2-3]。随着研究的深入和相关机制的探索，UA 的许多药理学作用被逐渐阐明。UA 具有显著的抗增殖和抗氧化作用，能预防及治疗前列腺癌和结直肠癌，同时对膀胱癌、子宫内膜癌及胰腺癌等均有防治作用[4-7]。近年来研究发现，UA 能够诱导线粒体自噬，从而发挥延缓衰老及治疗心血管疾病的作用[8]。UA因其强大的抗炎作用，能够保护肾脏并预防结直肠炎、骨关节炎及椎间盘退变等疾病[9-10]，同时有研究发现UA 在神经退行性疾病包括阿尔茨海默病和帕金森病的治疗中具有显著效果[11]。此外，UA 对许多代谢性疾病的防治也具有积极作用。UA 在众多疾病的防治领域具有广阔的应用前景，与此同时UA 的食物来源十分广泛，目前关于UA 的综述较少，本文对UA 的药理学作用及机制的研究进展进行综述，以期为UA 的研究开发及临床应用提供参考。

1 UA 的来源及分布

1.1 来源

UA 是ETs 经肠道微生物代谢的产物。ETs 作为天然多酚化合物，因具有抗氧化、抗炎、抗过敏及抗病毒等生物活性而备受关注[12]。ETs 除了来源于石榴和核桃等食物，也存在于余甘子、诃子及五味子等中药中[13]。ETs 分子结构中的羟基极性较大，不利于肠壁吸收，本身的生物利用度非常低。许多研究发现，ETs 被人体摄入后在结肠部位经肠道菌群代谢转化生成尿石素后才被吸收，ETs 在上消化道中水解成鞣花酸（ellagic acid，EA），EA 经肠道菌群进一步加工丢失一个内酯环并进行连续的脱羟反应后生成尿石素[14]。有报道认为尿石素可能是ETs 在体内发挥生物作用的物质基础[15]。

1.2 分布

尿石素是具有不同羟基取代基的二苯并吡喃-6-酮衍生物，通过从不同位置依次去除羟基后相继产生四羟基尿石素（UD）、三羟基尿石素（UC）、二羟基尿石素（UA）和单羟基尿石素（UB）[16]。UA 作为ETs 最主要的代谢产物，依赖其亲脂性通过肠上皮细胞进入血液循环，同时UA 在体内存在肝肠循环，部分UA 以葡糖醛酸苷结合物的形式存在。UA 在前列腺、结肠和小肠中的分布水平较其他器官组织更高，而UA葡糖醛酸苷结合物在肝脏和肾脏中的分布水平较高[17-18]。给予石榴汁能够在脑组织中检测到UA，提示UA 可透过血脑屏障，发挥脑保护作用[19]。在ETs 的排泄研究中，发现UA 及其葡糖醛酸苷结合物是尿液中ETs 代谢衍生物中含量最丰富的成分，而UA 是粪便中唯一检测到的ETs 代谢衍生物[20]。

图1 尿石素A 的药理作用Fig 1 Pharmacological effect of urolithin A

2 UA 的药理作用及相关机制研究

2.1 UA 与癌症

关于癌症的治疗多集中在手术及化学药物疗法，然而化疗药物大多存在毒副作用大并且耐药性强的弊端。有研究发现植物化学物能够减轻化疗药物的耐药性及其毒副作用，具有作为癌症防治药物和佐剂的潜力[21]。已有许多研究报道UA具有显著的抗肿瘤作用，其在前列腺癌、结直肠癌、膀胱癌、子宫内膜癌及胰腺癌等相关癌症的治疗中均发挥有益作用。

前列腺癌发展初期是雄激素依赖性的，所以雄激素剥夺治疗（androgen deprivation therapy，ADT）是治疗前列腺癌的重要方法之一，UA 则能够下调雄激素受体（androgen receptor，AR）的表达抑制细胞增殖，同时下调AKT 磷酸化的水平，发挥前列腺癌治疗作用[4]。Stanislawska等[22]研究发现UA 能够抑制LNCaP 细胞（一种雄激素依赖性前列腺癌体外模型）增殖，诱导其凋亡，同时增加AKT 的Ser473 位点磷酸化的水平，从而在前列腺癌的防治中发挥作用。比卡鲁胺是一种非甾体抗雄激素药物，常用于治疗前列腺癌，UA 与比卡鲁胺联合使用显示出更好的抗增殖作用，并促进AR 的胞质定位，表明UA 能够作为前列腺癌的辅助治疗药物[23]。Vicinanza等[24]通过对雄激素非依赖性的前列腺癌细胞研究发现，UA 通过诱导G2/M 阻滞，致使Cyclin B1/CDC2 激酶复合物失活，提示UA 能够抑制雄激素非依赖性的前列腺癌细胞生长。Zhou 等[25]研究发现甲基化的尿石素A（methylated urolithin A，mUA）也可以治疗前列腺癌，mUA 通过调节miR-21 及其下游靶点包括PTEN、AKT 和Wnt/β-catenin 信号传导来抑制前列腺癌细胞的活力。

结直肠癌患者摄入石榴提取物后，在结肠组织发现大量尿石素，其中UA 和异尿石素A（isourolithin A，IsoUA）含量最多，同时尿石素混合物对结肠上皮癌细胞具有抗肿瘤作用，以UA 和IsoUA 的作用最强，可能是通过上调p21发挥抗肿瘤作用[26]。5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）是结直肠癌治疗的首选药物，但大多数晚期结直肠癌患者对5-FU 单药治疗敏感性较低。González-Sarrías 等[5]研究发现，UA 靶向结直肠癌患者的结肠黏膜，能够增强5-FU 和5'DFUR（一种5-FU 前体药物）对结肠癌细胞的作用，可作为治疗结直肠癌的佐剂。同时有研究发现UA可以通过阻滞细胞周期并诱导结直肠癌细胞凋亡来显示抗肿瘤活性，还会诱导自噬并抑制结直肠癌细胞转移[27]。Norden 等[28]发现UA 是通过降低p53/TIGAR 轴在结肠癌细胞中的糖酵解潜能而获得抗增殖能力，抑制结肠癌细胞的生长。

已有研究发现尿石素对膀胱癌细胞系T24 具有潜在抗增殖作用，其机制是通过p38/丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）和c-Jun 介导的caspase-3 激活抑制细胞增殖[29]。但在不同细胞系之间，尿石素的敏感性差异明显，膀胱癌细胞UMUC3 相对更易感。不同尿石素的作用强度也不尽相同，UA 的作用更强，可通过阻滞细胞周期，增加细胞凋亡，并抑制UMUC3 细胞中的细胞内磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/AKT 和MAPK 的信号传导，从而抑制膀胱癌[6]。

UA 能通过诱导G2/M 期阻滞抑制子宫内膜癌细胞增殖，同时调节雌激素受体-α（estrogen receptor-α，ER-α）依赖性基因表达发挥雌激素激动剂作用，治疗子宫内膜癌[30]。此外有研究发现UA 通过抑制PI3K/AKT/mTOR 途径抑制细胞增殖和促进细胞凋亡，从而发挥治疗胰腺导管腺癌的作用[7]。

2.2 UA 与衰老

衰老的自由基理论认为线粒体代谢中产生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）致使机体发生氧化应激从而导致衰老，而线粒体自噬对维持线粒体健康及完整发挥着重要作用[31]。近期有报道称UA 可以调控线粒体自噬从而展示出延缓衰老的潜力。Ryu 等[3]研究发现UA 在秀丽隐杆线虫中通过诱导线粒体自噬缓解了线粒体功能障碍，延长了其寿命。在啮齿动物中，UA 能够逆转与年龄相关的肌肉功能下降，表明UA 通过增强线粒体功能改善肌肉质量并延长机体寿命。Waltz 等[32]也得出类似的结论，UA 能够诱导线粒体自噬改善老年人肌肉减少的症状。Chen 等[33]证实UA 能够抑制衰老相关的星形胶质细胞的激活，并通过激活miR-34a 介导的SIRT1/mTOR 信号通路来诱导海马组织自噬，改善衰老相关的认知障碍。Liu 等[34]则利用UA 干预衰老的皮肤成纤维细胞，结果显示UA 显著增加了Ⅰ型胶原蛋白的表达，并降低了基质金属蛋白酶1（matrix metalloproteinase-1，MMP-1）的表达，还通过激活核因子E2 相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）介导的抗氧化反应减少细胞内的ROS，从而显示出强大的抗衰老潜力。

2.3 UA 与心血管疾病

全球心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）的发病率逐年上升，死亡率更是居高不下，不仅增加了社会经济负担，还严重影响了人们的生活质量[35]。CVD 是多因素疾病，炎症能够增加CVD 的发病风险，氧化应激与CVD 的发病机制有关，有报道将肠道微生物衍生的代谢产物与CVD 的发病风险相关联[36]。UA 已被报道具有强大的抗炎和抗氧化作用，相关研究证实UA 能够在CVD 中发挥有益作用。Savi 等[37]采用糖尿病大鼠模型对糖尿病性心肌病进行体内研究，发现UA 能够减轻心肌组织对高血糖症的初始炎症反应并改善心肌微环境，促进心肌细胞收缩力和钙动力学的恢复，表明UA 可以作为一种辅助药物控制糖尿病性心肌病并预防其并发症。Mele 等[38]研究发现，ETs 来源的代谢产物可以减缓动脉粥样硬化进程，其机制主要与抗炎作用和脂质转运及代谢有关。Cui 等[39]研究发现UA 通过激活B族Ⅰ型清道夫受体（scavenger receptor class B type I，SR-BI）和激活Nrf2 信号通路延缓动脉粥样硬化。Selma 等[40]研究了尿石素代谢表型（urolithin metabotypes，UMs）和心脏代谢风险（cardiometabolic risk，CMR）因素之间的关系，发现载脂蛋白A-I（apolipoprotein A-I，ApoA-I）和高密度脂蛋白胆固醇（high density lipoprotein-cholesterol，HDL-C）的水平随着尿液中UA 水平的升高而显著提高。Tang 等[41]研究发现UA 可以改善心肌缺血再灌注损伤，通过调节PI3K/AKT 通路，减轻缺血再灌注后心肌细胞的缺氧复氧（hypoxia/reoxygenation，H/R）损伤，减少心肌梗死面积和细胞凋亡，同时增强心肌细胞的抗氧化能力。UA 能够通过诱导线粒体自噬改善线粒体功能及肌肉功能，而心脏线粒体是负责产生能量丰富的ATP 的关键细胞器，线粒体功能障碍是导致心力衰竭的根本原因，目前线粒体功能障碍被认为是潜在的治疗靶点，UA 也成为治疗CVD 的新型候选药物[42]。

2.4 UA 与神经系统疾病

神经炎症是神经退行性疾病（neurodegenerative disease，ND）发生和发展中的重要过程。氧化应激和异常蛋白聚集引起的细胞凋亡往往会引发神经炎症，神经炎症释放的促炎细胞因子进而影响神经变性[43]。有研究发现UA 通过诱导自噬以及激活沉默信号调节因子1（SIRT-1）去乙酰化机制介导抗炎活性，抑制了神经炎症和神经毒性，预防了神经变性，提示UA 是一种有效的神经保护剂[44]。Kim 等[45]使用UA 处理H2O2诱导氧化损伤的神经元细胞时，发现其可以通过抑制线粒体相关的凋亡途径和调节p38/MAPK 途径来减轻氧化应激诱导的细胞凋亡，发挥神经保护作用。同时，有研究发现UA 可以通过直接清除自由基及抑制氧化酶发挥神经保护作用[46]。Ahsan等[47]研究发现UA 通过激活自噬抑制了内质网应激从而减轻缺血性神经元死亡，具有治疗脑缺血性中风的潜力。

Lee 等[48]研究发现UA 能够预防和治疗糖尿病相关阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）。通常糖尿病患者的高血糖会导致淀粉样蛋白生成，进而引起神经病理学改变。研究证实UA 可以通过调节2 型转谷氨酰胺酶依赖的线粒体相关内质网膜和钙稳态来抑制高糖诱导的神经元淀粉样蛋白生成。Gong 等[49]发现UA 可以改善APP/PS1（APPswe/PS1ΔE9）转基因小鼠的记忆力损伤和神经炎症，其机制主要是UA 通过增强脑AMPK 激活，降低p38/MAPK 和p65/NF-κB 的激活以及抑制淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）和淀粉样前体蛋白β位裂解酶1（β-site APP cleaving enzyme-1，BACE-1）的降解来影响关键的细胞信号通路，从而预防神经元凋亡，改善认知障碍。因此，UA 可以作为潜在的AD 治疗药物。Fang 等[11]在对AD 的研究中，发现UA 通过诱导线粒体自噬改善了APP/PS1 小鼠的记忆障碍和认知障碍，线粒体自噬可消除与AD 有关的tau 蛋白过度磷酸化，减少不溶性β淀粉样蛋白Aβ1-42 和Aβ1-40，通过小胶质细胞吞噬细胞外Aβ斑块并抑制神经炎症来预防APP/PS1 小鼠模型中的记忆损伤和认知障碍。

Kujawska 等[19]在对帕金森病（Parkinson’s disease，PD）进行研究中发现，石榴汁可以治疗鱼藤酮诱导的PD 大鼠，而石榴汁的神经保护作用主要是通过UA 介导。研究指出石榴汁通过增加线粒体醛脱氢酶活性，维持抗凋亡蛋白Bcl-xL水平，减轻α-突触核蛋白聚集和氧化损伤，影响神经元活性和稳定性，从而起到神经保护作用。

2.5 UA 与关节及脊椎退行性疾病

退行性疾病由增龄、劳损及创伤等多因素引起，最常见的有关节退行性疾病骨关节炎（osteoarthritis，OA）和脊椎退行性疾病椎间盘退化（intervertebral disc degeneration，IDD），退行性疾病的发生可引起疼痛和活动受限从而导致劳动力丧失，严重危害民众健康。Ding 等[50]研究指出UA 主要是通过抑制MAPK/NF-κB 信号通路减弱白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）诱导的Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的降解，并减少炎症介质的产生，保护软骨细胞。Fu 等[9]在研究骨关节炎的治疗中发现，UA 以浓度依赖的方式抑制了IL-1β诱导的一氧化氮（nitric oxide，NO）、前列腺素E-2（prostaglandin E-2，PGE-2）、环氧化酶（cyclooxygenase-2，COX-2）、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的表达及细胞外基质的降解，其机制主要是UA 通过抑制PI3K/AKT/NF-κB 信号通路，减轻了IL-1β诱导的炎症反应和软骨降解。

UA 治疗脊椎退行性疾病IDD 的机制可能与延缓髓核（nucleus pulposus，NP）细胞凋亡有关。NP 是椎间盘的重要组成部分，通过分布压力与保持基质稳态，维持椎间盘的生物学功能[51]。Lin等[10]研究发现，UA 通过激活AMPK 信号通路诱导了线粒体自噬，从而抑制叔丁基过氧化氢（tertbutyl hydroperoxide，t-BHP）诱导的人骨肉瘤细胞NP 细胞凋亡，减轻了椎间盘退化。Liu 等[52]在研究椎间盘病变时发现，UA 通过ERK、JNK 和AKT 通路改善了TNF-α诱导的NP 细胞降解，同时延缓了H2O2诱导的NP 细胞衰老，进而减轻了椎间盘退化。

2.6 UA 与代谢性疾病

肥胖和糖尿病等代谢性疾病的发生率逐年升高[53]，而膳食多酚对人体健康的有益作用已被多方证实，并显示出对代谢性疾病的防治潜力。石榴多酚及其肠道代谢产物UA 可以改善代谢性疾病相关临床指标，例如参与葡萄糖和脂肪酸代谢的脂肪酶、α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）和二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4），以及影响脂肪细胞分化和三酰甘油（triglyceride，TG）积累的相关基因脂联素、PPARγ、GLUT4和FABP4等[54]。

高级糖基化终产物（advanced glycation endproducts，AGEs）在体内的累积是导致糖尿病的病因之一，有研究表明UA 可能是通过清除甲基乙二醛减少AGEs 的生成，预防糖尿病的发生[55]。Toney 等[56]研究证明UA 通过增强线粒体功能和生物合成来改善胰岛素抵抗（insulin resistance，IR），并减轻肝脏中TG 的积累，加强巨噬细胞中M1/M2 极化。Yang 等[57]研究得到类似的结论，使用高脂/高蔗糖（high fat/high sucrose，HF/HS）饮食诱导IR 小鼠模型，发现UA 显著降低了空腹血糖、游离脂肪酸（free fatty acids，FFA）和TG水平，升高了脂联素水平，同时还能减少IR 小鼠肝细胞线粒体呼吸链的质子漏出，表明UA 可能通过介导肝脏糖异生及线粒体功能改变来促进IR改善。Zhou 等[58]研究发现余甘子可以改善高血糖大鼠的血管功能，其机制是余甘子中ETs 的代谢产物UA 调节AKT/β-catenin 信号传导，改善了血管平滑肌细胞的功能障碍。Tuohetaerbaike 等[59]利用2 型糖尿病小鼠模型研究UA 的抗糖尿病作用，结果表明UA 通过诱导自噬及调节AKT/mTOR 信号通路发挥对糖尿病小鼠的胰腺保护作用。

此外有研究还发现UA 具有减轻肥胖症状的潜力。UA 是多酚类物质经肠道代谢的产物，这些代谢产物具有减少肝脏细胞及脂肪细胞中TG 累积的能力[60]。Abdulrasheed 等[61]对Wistar 大鼠进行高脂饮食喂养诱导肥胖症，UA 治疗后不仅能够增加粪便中的脂肪排泄，还通过调节与脂肪生成和脂肪酸氧化相关的基因，降低了内脏脂肪组织质量和体质量，减少了肝脏脂肪的积累及其氧化应激。同时，UA 可以通过增强棕色脂肪组织的生热作用和诱导白色脂肪的褐变来增加能量消耗，其机制是升高棕色脂肪及腹股沟脂肪库中三碘甲状腺原氨酸（triiodothyronine，T3）水平，增加产热进而拮抗肥胖[62]。

2.7 其他药理作用

UA 能够发挥肾脏保护作用。Guada 等[63]利用UA 治疗经顺铂诱导肾脏损伤的小鼠，发现UA 显著下调促炎细胞因子，抑制细胞凋亡，有效减轻了顺铂诱导的肾脏损害。Jing 等[64]研究发现UA能减少促炎细胞因子/趋化因子包括TNF-α、白细胞介素-23（interleukin-23，IL-23）、白细胞介素-18（interleukin-18，IL-18）和巨噬细胞炎性蛋白2（macrophage inflammatory protein 2，MIP2）的表达，从而抑制浸润的白细胞；此外UA 通过减少炎症反应减少了产生ROS 的酶，缓解氧化应激。Wang 等[65]在研究肾脏缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IRI）中发现，UA 通过促进自噬，减少促炎因子TNF-α、IL-1β、MIP1α和MIP2 mRNA，缓解了肾脏IRI。

UA 产生于胃肠道并经肠上皮细胞入血，提示其有可能在肠道及肠壁发挥作用。研究发现 UA可以通过增强肠道屏障功能和减轻炎症治疗炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）[66]。而调节炎症的机制可能依赖于芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AHR）途径。AHR 在肠道的免疫细胞和非免疫细胞中表达广泛，其激活与IBD 的发生相关[67]。Singh 等[68]发现UA 及其模拟物UAS03 通过AHR 和Nrf2 依赖性途径增强屏障功能，上调上皮紧密连接蛋白，从而减轻结肠炎。Larrosa 等[69]给予大鼠5%右旋糖酐硫酸钠，建立经典的IBD 模型，结果显示UA 改善了肠道菌群并降低了炎症标志物。

此外，UA 还具有抑制黑色素生成的功效。Wang 等[70]研究发现UA 可以明显减弱B16 黑色素瘤细胞的黑色素生成，其机制主要是UA 通过对细胞酪氨酸酶的竞争性抑制作用影响了酪氨酸酶的催化活化，进而减轻色素沉着。因此UA 具有美白淡斑的潜力和功效。

3 总结与展望

综上所述，近年来UA 作为天然植物化学物ETs 的肠道代谢产物备受关注，随着UA 的药理作用及其机制的研究日益广泛和深入，UA 不仅对癌症、CVD、ND 及代谢性疾病等众多临床疾病具有很好的防治作用，在延缓皮肤衰老、减轻体质量和抑制黑色素生成等美容保健领域也展示出了巨大的应用潜力。但目前已有的研究大多为细胞实验和动物实验，将UA 作为药物或功能性食品应用于临床人群仍有很长一段距离。需要注意的是，由于UA 是ETs 经肠道代谢产生，进一步探索其肠道菌群代谢过程，及相应菌群调控机制，提高UA 的转化率和利用率，也将是研究开发UA 必不可少的重要内容。总而言之，鉴于UA 诸多的有益作用，有必要对其加强全面系统的药理学作用及机制研究，加快相关药物及产品的研究与开发，以期早日应用于临床。