C-藻蓝蛋白对肝脏损伤的保护作用及机制研究进展

吕康宁，王蕾，秦松，王莉

C-藻蓝蛋白（C-phycocyanin，C-PC）是蓝藻的色素复合蛋白质，也是一种是天然食用蛋白色素，具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等药理作用，并且起效快、毒性低，可以用作功能性食品［1-2］。C-PC 还可增强机体免疫力，安全性好，不引起急性和亚急性毒性反应［3］。富含硒元素的PC被证明药理作用更强［4］。因此，C-PC 无论是作为药物，还是作为功能性食品均具有重要的研究价值，已成为药物研究领域的热点［5］。本文就C-PC 在肝脏疾病中的应用及机制的研究进展进行综述。

1 C-PC 对药物和毒性物质造成肝损伤的改善作用

肝脏是药物和外源毒性物质的代谢中心，代谢物易造成肝损伤。C-PC 可通过抑制肿瘤坏死因子（TNF）-α和干扰素-γ等炎性因子的合成和释放，增加过氧化氢酶和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，进而抑制肝脏炎症，减轻肝损伤［3］。有研究发现，CPC能显著预防硫代乙酰胺所致的肝损伤，显著降低谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）水平，缩短凝血酶原时间和减轻肝组织病理学损伤，提高暴发性肝功能衰竭大鼠的存活率［6］。C-PC 对硫代乙酰胺诱导的肝性脑病也具有良好的改善作用，表现为暴发性肝功能衰竭大鼠脑内不同区域色氨酸和脂质过氧化指标降低，过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性增强［6］。另一项研究发现，C-PC不仅可减轻2-乙酰氨基芴诱导的氧化应激，减少活性氧（ROS）自由基的生成，还可以抑制其诱导的蛋白激酶B（Akt）磷酸化和核因子（NF）-κB 的核移位，进而抑制多药耐药基因的表达［7］。Osman 等［8］的研究结果也表明，C-PC 可使四氯化碳（CCl4）中毒大鼠肝脏中的ALT、AST、过氧化氢酶、尿素、肌酐、SOD 和谷胱甘肽-s-转移酶等指标水平恢复正常。此结果在人肝细胞株（L02）实验中也得到了验证［9］。C-PC可以有效清除ROS，抑制CCl4诱导的大鼠肝脏脂质过氧化［10］。CPC可改善赤霉酸中毒白化大鼠的抗氧化防御系统，并恢复肝脏中肝细胞结构和肝酶活性［11］。作为PC色基的藻蓝胆素也能显著抑制ROS 生成，对多种药物和毒性物质引起的肝损伤具有改善作用［10］。Liu等［12］研究发现在CCl4诱导的小鼠肝损伤模型中，藻蓝胆素也表现出强抗炎作用，可显著降低ALT、AST水平及TNF-α、细胞色素C的表达，增加白蛋白水平及SOD、增殖细胞核抗原的表达，促进肝细胞再生，改善急性肝衰竭小鼠的生存率。

Gammoudi等［13］采用响应面法优化C-PC的提取工艺，获得了较高的提取回收率，以优化法提取的C-PC具有清除羟基、超氧阴离子和一氧化氮自由基活性及金属螯合能力，具有更强的抗氧化作用；CPC显著提高镉中毒大鼠体内SOD的活性，并抑制其体内ALT、AST和胆红素升高。上述研究表明，C-PC对药物和毒性物质导致的肝损伤具有有效保护作用，具备作为药物开发的功效基础。

2 C-PC对肝纤维化的预防作用

肝纤维化是各种慢性肝病发展的必经过程，如早期及时治疗可能被逆转。肝纤维化的关键是肝星状细胞的激活。既往研究发现，低剂量C-PC联合大豆异黄酮能通过抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性而抑制肝星状细胞激活［14］，但C-PC 单独作用能否抑制NADPH 氧化酶活性尚不明确。因此，适当剂量的C-PC和大豆异黄酮联合应用可能对高危人群的肝纤维化具有预防作用。C-PC 可通过抑制氧化损伤来抑制非酒精性脂肪性肝炎的进展，从而抑制肝纤维化的发生［15］。

上皮间质转化（EMT）是促进纤维化疾病发生的关键机制之一。而C-PC 可抑制转化生长因子β1（TGF-β1）诱导的人EMT［16］。尽管C-PC 对肝纤维化中EMT 的影响鲜见报道，但有研究发现，C-PC 可以通过抑制上皮间质转化减轻肺纤维化［17］。另有研究发现，C-PC可减少人真皮成纤维细胞中α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和结缔组织生长因子（CTGF）mRNA 的表达，减轻纤维性挛缩［18］。这些研究结果对抑制肝纤维化机制也有借鉴意义，为进一步将CPC 作为一种潜在的抗纤维化药物进行研究提供了一定的理论基础。

3 C-PC对肝脏缺血再灌注损伤的保护作用

肝脏缺血再灌注损伤是一种重要的临床病理生理现象。研究发现，在离体灌流大鼠肝脏模型中，添加2 种不同剂量（0.1 g/L 和0.2 g/L）C-PC 的Krebs Henseleit 保存液一方面可显著降低肝脏ALT、AST和碱性磷酸酶的活性，减少脂质过氧化速率和丙二醛的含量；另一方面其可增加肝脏谷胱甘肽-s-转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性及肝组织中巯基的含量，因此，C-PC 作为一种抗氧化剂可显著减轻肝脏缺血再灌注损伤［19］。在离体灌流小鼠肝脏中发现，C-PC可显著降低肝巨噬细胞（Kupffer细胞）的吞噬功能和呼吸爆发活性，减轻高活性Kupffer细胞导致的细胞毒性和炎症反应，并呈剂量依赖性抑制灌流肝脏对碳的吞噬和碳诱导的氧摄取，进而抑制甲状腺激素诱导的肝脏一氧化氮合酶活性升高［20］。

然而C-PC在体内的半衰期极短，限制了其在体内的应用。有研究发现使用具有良好的载药量和缓释性能的大分子材料聚乙二醇-b-（聚谷氨酸-g-聚乙烯亚胺）作为C-PC 的纳米载体可解决这一问题，该复合物在大鼠腹部皮下注射后，可延缓C-PC的释放，减轻肝脏缺血再灌注所致的胰岛损伤，增强胰岛功能［21］。该研究拓宽了C-PC 在体内的应用范围，提高了C-PC的治疗效果。

4 C-PC对肝癌的抑制作用

有研究发现，C-PC 能显著降低人肝癌细胞（HepG2细胞）中基质金属蛋白酶（MMP）-2和MMP-9 的表达活性及组织金属蛋白酶抑制因子2（TIMP2）mRNA 的表达［22］。C-PC 是一种天然光敏剂，以藻蓝蛋白微囊藻毒素介导的光动力疗法（PDT）能诱导HepG2 细胞大量积累ROS，促进其线粒体损伤和细胞色素C 释放，达到肝癌细胞凋亡的目的［23］。Liu 等［24］采用乳糖酸接枝和阿霉素负载的方法制备的纳米级C-PC颗粒在联合化疗-PDT作用时，该C-PC颗粒能有效地在肿瘤多细胞球体中蓄积和扩散，从而增强对HepG2 细胞的生长抑制作用。体内外实验对富含硒元素的PC 对肝癌的PDT 效应研究表明，富硒PC定位从溶酶体向线粒体的迁移具有时间依赖性，富硒的PC-PDT 在体内可通过产生自由基诱导肿瘤细胞死亡，提高体内抗氧化酶的活性，诱导线粒体介导的凋亡并抑制自噬，为肿瘤的治疗提供了相对安全的途径，显示出新的开发前景［4］。

Lin 等［25］将C-PC 与单壁碳纳米角结合，制备出的藻蓝蛋白功能化的单壁碳纳米角杂交体，增强了C-PC的光稳定性，并能保护单壁碳纳米角不被血浆蛋白吸附，协同PDT 和光热疗法（PTT）治疗肿瘤。将C-PC 与生物二氧化硅共价偶联后协同PDT 或与吲哚箐绿非共价偶联后协同PTT作用于肿瘤相关巨噬细胞，同样可以提高肿瘤细胞的凋亡率［26-27］。这些促进PDT和PTT协同治疗癌症方法的开发，为CPC的应用拓宽了思路，增强了其在治疗肝癌方面的应用价值。

另外，C-PC 可以通过NF-κB 和激活蛋白-1（AP-1）介导的途径抑制HepG2 细胞中多药耐药基因的表达，C-PC 以剂量依赖方式增加阿霉素在HepG2 细胞中的蓄积，使细胞对阿霉素的敏感性提高5 倍［28］。即使是对阿霉素耐药的HepG2 细胞，CPC 仍可诱导其激活细胞色素C 和caspase-3 等凋亡途径［29］。Prabakaran等［30］的研究结果同样佐证了CPC 具有抑制HepG2 细胞增殖的效果，且主要通过BCR-ABL 信号和下游PI3K/Akt 通路失活介导。此外，C-PC 还能修饰线粒体膜电位，促进癌细胞凋亡［30］。目前，C-PC是一种与其他已被广泛用于治疗癌症的药物协同作用的分子［31］。以上研究证明了C-PC在肝癌领域具有良好的治疗潜力。

5 C-PC 对代谢综合征和非酒精性脂肪肝的改善作用

有研究发现，C-PC可降低缺乏胆碱的高脂饲料诱导的非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）模型大鼠的ALT 和AST 水平，减少ROS 产生和NF-κB 的激活，减轻肝纤维化，因此，C-PC 通过抗炎和抗氧化机制对NAFLD 大鼠具有保护作用［15］。另一项研究用螺旋藻水提取物（主要成分为C-PC）对高热量/高脂的西方饮食诱导的C57Bl/6J 小鼠NAFLD 影响的研究表明，螺旋藻水提取物可以显著改善小鼠葡萄糖耐量，降低血浆胆固醇并增加胆汁中熊去氧胆酸的含量［32］。Kasbi-Chadli 等［33］的研究表明，螺旋藻水提取物可以通过显著降低胆固醇合成的限制酶羟基-3-甲基戊二酰辅酶A 还原酶（HMG CoA）基因及TGF-β1基因的表达，降低高脂饮食仓鼠肝脏的胆固醇和鞘脂含量及主动脉胆固醇含量，并且高螺旋藻水提取物治疗组粪便中熊去氧胆酸含量明显增加。每天服用一定剂量富含C-PC 的螺旋藻可以减少由富含脂质过氧化物的饮食引起的氧化应激的有害影响［34］。Ma 等［35］研究发现，C-PC 在体内外均能促进肝细胞AMP 依赖的蛋白激酶（AMPK）磷酸化，提高乙酰辅酶A 羧化酶的磷酸化水平。在治疗小鼠NAFLD 的过程中，C-PC 能通过上调磷酸化AMPK和受AMPK调控的转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPAR-α）的表达及其靶基因CPT1的表达水平，下调TNF-α和CD36等促炎因子的表达，改善肝脏炎症［35］。这表明，C-PC还可通过AMPK途径改善肝脏中的脂质沉积。

内皮功能障碍与高血压、动脉粥样硬化和代谢综合征有关。对自发性高血压动物模型的研究发现，长期服用C-PC可能通过增加主动脉内皮型一氧化氮合酶含量来改善大鼠全身血压，且血压呈剂量依赖性下降，因此C-PC可能有助于预防代谢综合征中与内皮功能障碍相关的疾病［36］。在妊娠期和哺乳期喂食C-PC的载脂蛋白E缺陷小鼠所生后代中，雄性仔鼠肝脏还原型/氧化型谷胱甘肽比值升高，肝脏SOD 和谷胱甘肽过氧化物酶基因表达显著降低，CPC 可有效防止成年后遗传性高胆固醇血症小鼠动脉粥样硬化的发生［37］。在体外研究中，C-PC还可改善高糖诱导的胰岛素抵抗HepG2细胞生成葡萄糖及表达磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-Pase）［38］。C-PC 还能通过胰岛素受体底物（IRS）/PI3K/Akt 和Sirtuin-1（SIRT1）/肝激酶B1（LKB1）/AMPK 信号通路增加高葡萄糖诱导的胰岛素抵抗HepG2 细胞对葡萄糖的摄取，激活糖原合成酶，增加糖原含量［38］。C-PC能改善四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠的血糖和空腹血清胰岛素等水平［39］。因此，C-PC可以通过改善肝细胞胰岛素抵抗来维持细胞葡萄糖稳态。

6 C-PC在其他肝病中的肝保护作用

研究表明，C-PC可在抑制酒精性肝损伤模型小鼠的血清总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、ALT、AST 和丙二醛水平的同时，显著增加肝脏中SOD 含量，促进CD4+T细胞激活增殖，对酒精性肝损伤具有改善作用［40］。另外C-PC 还可能通过增强肠道屏障功能，调节肠道菌群，减少细菌及代谢产物向肝脏的易位，抑制Toll样受体4（TLR4）/NF-κB通路的活性，减轻小鼠肝脏炎症和预防肝纤维化的发生［41］。在X线辐射诱导的肝损伤小鼠中，C-PC可通过上调核因子（NF）-E2相关因子2（Nrf2）的表达和下游基因，如HO-1 的表达，减轻辐射引起的DNA 损伤和氧化应激损伤，并通过增强SOD 和谷胱甘肽过氧化物酶活性等途径发挥肝脏保护作用［42］。

7 展望

肝纤维化是慢性肝病共同的最后过程，目前尚无有效的治疗药物，虽然在中医药领域取得了一些对肝纤维化逆转的研究进展［43］，但其毒理作用尚未明确。尽管随着疫苗和抗病毒药物的研发和普及，病毒性肝炎的发病率已逐渐下降，但是随着人们生活条件的改善，药物性肝损伤和NAFLD等肝脏疾病的发病率逐年上升［44］。因此，迫切需要寻求既有助于维持正常的肝细胞功能，又能有效地抑制肝脏炎症和纤维化的药物或营养物质。C-PC 所具有的抗炎、抗氧化和抗肿瘤作用，及良好的食品着色作用，无论在药物行业还是食品行业都将具有广泛的应用前景。