大黄的降血脂生物活性成分及作用机制研究进展_刘亚洲.pdf

第 14 卷 第 11 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.11 2023 年 6 月 Journal of Food Safety and Quality Jun.,2023 基金项目:国家自然科学基金项目(31571825)、西藏自治区食品药品检验研究院基金项目(XZSYJY-YJKYXM-2022-05)Fund:Supported by the National Natural Science Foundation of China(31571825),and the Food and Drug Inspection and Research Institute of Tibet Autonomous Region(XZSYJY-YJKYXM-2022-05)*通信作者:普巴扎西,副主任药师,主要研究方向为食品安全检测。E-mail: 薛照辉,博士,副教授,主要研究方向为功能性食品。E-mail:*Corresponding author:PU Ba-Zha-Xi,Associate Chief of Pharmacy,Food and Drug Inspection and Research Institute of Tibet Autonomous Region,No.27,Linkuo North Road,Chengguan District,Lhasa 850000,China.E-mail: XUE Zhao-Hui,Ph.D,Associate Professor,College of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,No.135,Yaguan Road,Jinan District,Tianjin 300350,China.E-mail: 大黄的降血脂生物活性成分及作用机制研究进展 刘亚洲1,2,姜静雨1,拉毛才旦1,刘征辉3,普巴扎西1*,薛照辉2*(1.西藏自治区食品药品检验研究院,拉萨 850000;2.天津大学化工学院,天津 300350;3.天津市农业科学院农产品质量安全与营养研究所,天津 300384)摘摘 要要:大黄(Rheum)是蓼科(Polygonaceae)多年生草本植物,是我国医药学领域应用最广泛的草药之一。越来越多的研究表明大黄中的蒽醌类、蒽酮类、芪类、糖类、鞣质类、黄酮类和苯丁酮苷类等可能是预防或治疗高脂血症及其并发症的有效生物活性成分。本文综述了大黄中主要化合物及其降血脂作用的机制,主要从实验模型、剂量、作用和机制以及基本结构等对各种活性成分进行系统阐述。大黄中的主要降血脂生物活性成分可以分为蒽醌类、芪类、多糖和其他类等 4 类,这些成分集中在抑制外源性脂类吸收、抑制内源性脂类合成、调控脂质的转运和代谢以及调节肠道菌群等方面上发挥降血脂作用,主要涉及腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)、过氧化物酶体增殖物激活型受体(peroxisome proliferator activated receptor,PPAR)、胆固醇-7-羟化酶(cholesterol-7-hydroxylase,CYP7A1)、甾醇调节元件结合蛋白(sterol-regulatory element binding protein,SREBP)、低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor,LDLR)、ATP 结合盒转运体 A1(ATP-binding cassette protein A1,ABCA1)、人前蛋白转化酶枯草溶菌素 9(recombinant proprotein convertase subtilisin/kexin type 9,PCSK9)、尼曼匹克 C1 型类似蛋白 1(niemann-pick type C1 Like 1,NPC1L1)等重要的降血脂作用靶点。本综述将为大黄的降血脂生物活性研究提供新的思路、借鉴与方法,为开发安全、有效的降血脂功能性产品提供一定的理论基础和科学依据。关键词关键词:大黄;生物活性成分;降血脂;蒽酮类;芪类;作用机制 Research progress on the hypolipidemic bioactive components and mechanism of action of Rheum LIU Ya-Zhou1,2,JIANG Jing-Yu1,LA Mao-Cai-Dan1,LIU Zheng-Hui3,PU Ba-Zha-Xi1*,XUE Zhao-Hui2*(1.Food and Drug Inspection and Research Institute of Tibet Autonomous Region,Lhasa 850000,China;2.College of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300350,China;3.Institute of Agricultural Product Quality,Safety and Nutrition,Tianjin Academy of Agricultural Sciences,Tianjin 300384,China)ABSTRACT:Rheum,a perennial plant of the Polygonaceae family,is one of the most widely used herbs in Chinese medicine.There is a growing body of research suggesting that anthraquinones,anthrone,stilbenes,sugars,tannins,DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.11.036第 11 期 刘亚洲,等:大黄的降血脂生物活性成分及作用机制研究进展 273 flavonoids and phenylbutazones in Rheum may be effective bioactive components in preventing or treating hyperlipidemia and its complications.This review focused on main bioactive components of Rheum and their mechanisms of hypolipidemic effects.For each bioactive component,this paper summarized an overview of the experimental model,dosage,effects,and mechanisms,as well as the underlying chemical monomer structure.The main hypolipidemic bioactive components in Rheum can be divided into 4 categories:Anthraquinones,stilbenes,polysaccharides and others.The mechanisms of these components focus on effects such as inhibition of exogenous lipid absorption and of endogenous lipid synthesis,regulation of lipid transport and metabolism,and of intestinal flora to exert hypolipidemic effects.These mechanisms mainly involve important hypolipidemic targets of adenosine monophosphate-activated protein kinase(AMPK),peroxisome proliferator activated receptor(PPAR),cholesterol-7-hydroxylase(CYP7A1),sterol-regulatory element binding protein(SREBP),low-density lipoprotein receptor(LDLR),ATP-binding cassette protein A1(ABCA1),recombinant proprotein convertase subtilisin/kexin type 9(PCSK9),and niemann-pick type C1 Like 1(NPC1L1).This review will provide new ideas,references and methods for the study of hypolipidemic biological activity of Rheum,and provide theoretical and scientific basis for the development of safe and effective hypolipidemic functional products.KEY WORDS:Rheum;bioactive components;hypolipidemic;anthraquinones;stilbenes;mechanism of action 0 引 言 大黄(Rheum)是蓼科(Polygonaceae)多年生宿根草本植物1,主要分布在温带及亚热带的高寒山区,其中药用大黄的道地产区为甘肃、四川、西藏等高海拔地区2。大黄药用植物是中国最重要的草药之一,其使用最早可追溯到的中国已知最早的中药学著作神农本草经3。传统医学认为大黄具有泻下、清热、凉血、通经、消炎等多种功效,临床上主要用于治疗胃肠积滞、湿热泻痢、目赤 肿痛、瘀血经闭、痈肿疔疮、湿热黄疸等症状45。此外,大黄也在中国国家卫健委公布的可用于保健食品的中药目录之中。随着对大黄研究的深入,其化学成分、药理活性和作用机制愈发清晰。近年来大黄属中有近 300 个天然产物在国内外期刊被报道,包含蒽醌类、蒽酮类、芪类、糖类、鞣质类、黄酮类和苯丁酮苷类等多种成分67。现代药理学研究表明,大黄中的活性物质表现出包括抗肿瘤、抗氧化、降血脂、抗炎、调节胃肠菌群等广泛的药理活性3。其中,近年来降血脂作用在中药天然药物研究领域中倍受关注。以脂质代谢异常为特征的高脂血症是许多慢性疾病的主要特征,包括肥胖、糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化和高血压等心脑血管疾病,每年在世界造成数百万人死亡810,一般表现为血清胆固醇(total serum cholesterol,TC)、甘油三酯(triglycerides,TG)和低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)含量过高或者高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)过低1113。越来越多的研究表明大黄显著的降脂活性与其含有多类天然活性成分有着密切联系,大黄中的天然活性物质在治疗高脂血症、防止心血管疾病等方面显示出独特优势和巨大潜力。本文总结了大黄中的天然活性物质降血脂作用的最新研究成果,提出了这些活性物质降血脂作用的可能机制,并指出当前大黄降血脂研究中存在的问题和未来研究方向,旨在为大黄在高血脂症及其慢性疾病的预防治疗上奠定理论基础,为其开发潜在的药物和保健食品提供参考。1 大黄中的降血脂活性成分 1.1 蒽醌类化合物 蒽醌类物质被认为是大黄属植物最具代表性的生物活性成分,常以游离状态(游离型蒽醌)或与糖结合成甙(结合型蒽醌)的状态存在,据报道大黄属植物中已有 40 余种天然的蔥醌类物质被分离鉴定出来7。该类化合物以 9,10-蒽醌为结构母核(图 1),主要有大黄素、大黄酸、大黄酚、芦荟大黄素、大黄素甲醚,其他物质多数以以上化合物为苷元,在不同位置结合不同的糖而形成糖苷1415。陈艺丹等16采用 HepG2 细胞系脂肪变性模型评价大黄蒽醌类成 注:大黄素:R1=OH,R2=CH3;大黄酸:R1=H,R2=COOH;大黄酚:R1=H,R2=CH3;芦荟大黄素:R1=H,R2=CH2OH;大黄素甲醚:R1=OCH3,R2=CH3。图 1 大黄中蒽醌类化合物的结构骨架 Fig.1 Structural skeleton of anthraquinones in Rheum 274 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 分降脂活性,采用肝细胞亲和色谱法筛选大黄蒽醌类细胞亲和成分,以高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法(high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry,HPLC-Q-TOF-MS)检测鉴定亲和成分,结果证实 5 种大黄蒽醌类成分均具有体外降脂活性,并认为芦荟大黄素、大黄素、大黄酚、大黄素甲醚以原型的形式降脂,而大黄酸可能代谢为芦荟大黄素形式降脂。类似的,MISHRA 等17在大黄的乙醇提取物中分离鉴定了 4 种蒽醌衍生物,即大黄酚、大黄素、大黄酚-8-O-D-吡喃葡萄糖苷和大黄素-8-D-吡喃葡萄糖苷,在高脂喂养的小鼠模型中均可以显著降低 TC 水平,显示出较强的降血脂活性和抗氧化活性。此外,研究也表明单一的芦荟大黄素18、大黄素19、大黄酚20、大黄酸21均显示出抑制肝脏中的脂质聚集,改善血清中 TC、TG、LDL-C 和 HDL-C的水平等来达到降血脂作用。大黄蒽醌类活性成分的降血脂作用有可能达到一般抗高血脂症药物的同等功效。一项最新的研究结果显示低浓度(12.5 mol/L)的大黄素比依泽替米贝(ezetimibe,一种常用的降脂药,100 mol/L)更有效地抑制 HepG2 细胞对胆固醇的摄取,从而防止高血脂症的形成22。此外,在大黄素与降血脂药辛伐他丁对比的高脂小鼠降脂实验中,用 10 mg/kg 大黄素处理高脂小鼠可显著降低血清中的 TC和 LDL-C 水平,提高超氧化物歧化酶活性,降低肝脏和血清丙二醛水平,其效果接近 10 mg/kg 的辛伐他汀作用,并且与高剂量大黄素处理相比,低剂量显示出更好的主动脉内皮保护和抗氧化作用23。当然,虽然细胞和动物研究已经证明大黄蒽醌类的降血脂作用,但是高剂量蒽醌类化合物的毒副作用也是不容忽视的,一些研究表明高剂量的蒽醌类成分会对肾和肝造成损伤24。例如,JIANG 等25研究显示当芦荟大黄素含量达到 8时,金鱼(Carassius auratus)的肝组织病理切片中出现了一些异常和病变,丙二醛指数也明显增加,表明较高的芦荟大黄素含量会对金鱼产生一定的毒副作用。目前已经研究的大黄属植物中蒽醌类物质的降血脂作用如表 1 所示。表 1 蒽醌类化合物的降血脂作用的实验评估和机制 Table 1 Experimental assessment and mechanism of the hypolipidemic effect of anthraquinones 蒽醌类化合物 浓度 实验模型 降脂作用 文献 芦荟大黄素、大黄素、大黄酚、大黄素甲醚、大黄酸 0.2、1.0、5.0、25.0 g/mLHepG2 细胞 在不同浓度范围内,细胞内 TG 含量随浓度的增加呈剂量依赖性减少 16 大黄酚、大黄素、大黄酚-8-O-D-吡喃葡萄糖苷和大黄素-8-O-D-吡喃葡萄糖苷 200 mg/kg 雄性成年大鼠 显示出显著的降低 TC、TG 活性,并显示出显著的抗氧化活性 17 含大黄游离蒽醌(芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、大黄酚和大黄素甲醚)的二氯甲烷提取物 150 mg/kg 雄性 Sprague-Dawley大鼠 降低总胆固醇和 LDLC,逆转甘油三酯,升高 HDLC 水平 26 芦荟大黄素 30 mol/L HepG2 细胞 可以逆转升高的胆固醇水平,上调LDLR 并促进低密度脂蛋白摄取 18 0.08、0.8和 8 金鱼(Carassius auratus)血清中甘油三酯和胆固醇含量也呈下降趋势,肝组织中的脂滴减少 25 大黄素 0.125、0.25、0.5 g/mL斑马鱼 改善了 TC、TG、LDL-C 和 HDL-C的水平,可有效减少血管和肝脏中的脂质堆积,减轻肝脏组织学损伤,抑制血管中性粒细胞炎症 19 100、75、50、25、12.5 mol/L HepG2 和 U2OS 细胞通过反竞争抑制作用抑制了细胞对胆固醇的吸收 22 10、30、100 mg/kg Sprague-Dawley 大鼠降低血清总 TC 和 LDL-C、恢复主动脉内皮功能和提高抗氧化能力 23 1.5 mg/kg C57/BL6J 小鼠 血糖、血清 TG 和 TC 水平显著降低,血清 HDL-C 浓度明显升高,显著提高肝脏和脂肪组织中 PPAR 的 mRNA表达水平 27 40 mg/kg,80 mg/kg Huh-7/SRE-Luc 细胞阻止了体重增加,降低了血脂、肝脏TG和TC含量,改善了胰岛素敏感性,并减小了白色和棕色脂肪细胞的大小。肝脏和脂肪组织中 SREBP-1 和SREBP-2 mRNA 水平明显降低。28 10 mg/kg 肝癌细胞 抑制 SREBP-2的转录活性,从而抑制胆固醇生物合成 29 第 11 期 刘亚洲,等:大黄的降血脂生物活性成分及作用机制研究进展 275 表 1(续)蒽醌类化合物 浓度 实验模型 降脂作用 文献 大黄素 1 mol/L 和 20、40、80 mg/kg3T3-L1 细胞和雄性 Wistar大鼠 使高脂饮食大鼠的血浆 TG、TC 和 LDL-C水平降低,可以通过激活 AMPK 来减轻白色脂肪组织中的脂质积累。30 40 mg/kg 雄性 Sprague-Dawley 大鼠降低血清和肝脏 TC,减少肝脏脂肪堆积31 大黄酚 40 mol/L Huh-7 细胞 降低细胞内 TC、TG的含量,减轻肝细胞脂肪变性 20 10 mg/kg 雄性 Sprague-Dawley 大鼠降低大鼠体重、血糖和 TG 水平,并提高HDL-C 水平 32 大黄酸 100 mg/kg C57BL/6J 小鼠 减少了脂肪量和白色及棕色脂肪细胞的大小,并降低小鼠的血清 TG、LDL-C 和空腹血糖水平 21 150 mg/kg 昆明小鼠 降低体重、血糖、TG、TC 和 LDL-C 33 75、150、300mg/kg 昆明小鼠 空腹血糖、TG、TC 显著降低,SIRT1 mRNA 及蛋白表达显著增加 34 50、100、150mg/kg 雄性 Sprague-Dawley 大鼠通过提高 SIRT1 表达、降低胰岛素抵抗和降低血脂异常 35 注:甾醇调节元件结合蛋白(sterol-regulatory element binding protein,SREBP);沉默信息调节因子 1(sirtuin 1,SIRT1)。1.2 芪类化合物 芪类化合物是以二苯乙烯为基本母核经衍生后形成的天然植物多酚类化合物,具有抗菌、抗氧化、抗炎、降血脂、降血糖、保肝、扩张冠状血管及降压等作用3637。大量研究表明,大黄中的芪类化合物白藜芦醇及其糖苷具有显著的降血脂作用。与对照组和洛伐他汀处理组相比,白藜芦醇处理可显著降低载脂蛋白 E(apolipoprotein E,apoE)基因敲除小鼠血浆中的 TC、TG 和 LDL-C 水平,显著升高 HDL-C 水平,并且组织形态学也显示白藜芦醇可以显著减少肝脏脂滴和主动脉脂肪条纹,缓解了动脉粥样硬化38。此外,临床试验进一步揭示了白藜芦醇对人体脂质代谢的调节作用。TIMMERS 等39用安慰剂和 150 mg/d的白藜芦醇对 11 名健康的肥胖男性进行了为期 30 d 的随机双盲交叉研究,结果显示白藜芦醇显著降低了肝内脂质、循环葡萄糖、TG 和丙氨酸氨基转移酶等含量,证实对人体脂质代谢的有益作用。曲札茋苷(3,5,3,4-四羟基茋-3-O-葡萄糖苷)是拉萨大黄干燥根或根茎中提取的有效成分之一,属于芪类化合物40。研究发现曲札茋苷可以逆转高胆固醇饮食诱导的小鼠胸主动脉中的精氨酸酶活性升高和活性氧产生的升高,并可以改善胆固醇介导的内皮功能障碍的病理学特征4142。由此可见,曲札茋苷可以作为预防高血脂症及其相关疾病的有效疗法。此外,大黄属植物中的土大黄苷、脱氧土大黄苷及其苷元也被证实具有类似作用,并且土大黄苷元在降低高脂血症风险方面被认为比糖基化的土大黄苷更有效4344。总的来讲,这些芪类化合物结构上的芳香环都存在羟基(图 2),羟基的多少和位置决定了其抗氧化能力和清除自由基的能力,而大黄中芪类化合物的降血脂活性与其抗氧化能力和清除自由基的能力密切相关。随着研究者对芪类化合物的生物活性与化学结构的进一步阐明,该类化合物的降血脂应用前景将越来越广阔。目前已经研究的大黄属植物中芪类化合物的降血脂作用及机制如表 2 所示。1.3 大黄多糖 多糖是植物的重要活性成分之一,具有降血脂、降血糖、增强免疫、抗氧化、抗炎症、抗动脉粥样硬化等作用49。大黄多糖因其治疗效果和相对较低的毒性,在医疗保健、食品和化妆品行业具有广泛的应用。WANG 等50研究了大黄多糖对动脉粥样硬化大鼠血脂代谢及主动脉形态学的影响,结果显示,在大黄多糖的作用下,动脉粥样硬化大鼠的 TG、TC、LDL-C 水平明显降低,显著改善了动脉粥样硬化大鼠的血脂代谢异常和病理改变。此外,有研究显示大黄多糖是茵陈蒿汤调控代谢相关脂肪性肝病的效应组分51,其机制在于大黄多糖可以调控法尼酯 X 受体 图 2 具有降血脂作用并存在于大黄中的芪类化合物的基本结构 Fig.2 Basic structures of stilbenes that have hypolipidemic effect and are found in Rheum 276 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 表 2 芪类化合物的降血脂作用的实验评估和机制 Table 2 Experimental assessment and mechanism of the hypolipidemic effect of stilbenes 芪类化合物 浓度 实验模型 降脂作用 文献 白藜芦醇 0.02%apoE 缺陷小鼠 显著降低高脂模型小鼠血浆中的TC、TG和LDL-C水平,显著升高 HDL-C 水平,通过调节肝脏和白色脂肪组织的脂质代谢,对肝脏和主动脉具有保护作用 38 400 mg/kg 雄性小鼠 小鼠脂肪组织中的脂肪堆积显著减少,血浆总胆固醇和葡萄糖水平降低。45 200 mg/kg C57BL/6 J 小鼠 改善了血清脂质参数,减少了肝脏胆固醇蓄积,并增加了胆汁酸池的大小,提高肝脏 CYP7A1 mRNA 表达 46 200、400 mg/kg C57BL/6 J 小鼠 减轻了胰岛素抵抗,降低血清促炎细胞因子的水平 47 150 mg/d 肥胖男性(临床)降低了肝内脂质、循环葡萄糖、TG、丙氨酸氨基转移酶及炎症标志物等含量 39 土大黄苷 125 mg/kg KK/Ay 2 型糖尿病小鼠 血清 TC、TG、LDL 的含量降低,乳酸脱氢酶、肌酸激酶、天冬氨酸转氨酶和丙氨酸转氨酶的血清酶活性显著降低 43 10 mg/kg 雄性 Sprague-Dawley 大鼠 血清脂质水平的剂量依赖性降低,并剂量依赖性地改善了高胆固醇饮食诱导的高脂血症大鼠中变性脂肪肝的病理学特征 44 去氧土大黄苷 50、100、200 mol/L 人类乳腺上皮细胞系 MCF-7 抑制细胞内脂肪酸合成酶的活性 48 曲札茋苷 50 mol/L 雄性 C57BL/6J 和 apoE-/-小鼠 改善高脂 apoE-/-小鼠模型中受损的血管功能和减少脂肪条纹的形成 41 40 mol/L 雄性 C57BL/6 小鼠 以剂量依赖的方式抑制从小鼠肝脏和肾脏裂解物中制备的精氨酸酶 I 和 II 的活性。42 (farnesoid X receptor,FXR)/肝脏 X 受体(liver X receptor,LXRs)信号通路,改善脂肪代谢,减少新生脂肪形成。与其他活性成分相比,多糖类化合物具有极性强、分子量大等特点52,目前的降血脂活性研究主要针对的是大黄粗多糖,既包含多聚糖、低聚糖、多糖蛋白等多种成分的混合物。大黄多糖常用的提取纯化方法为水提醇沉后去蛋白、超滤,主要的单糖组分为葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、甘露糖、葡糖醛酸、半乳糖醛酸等,此外,大黄多糖中单糖组成的种类和比例随大黄的产地、种属及采集时间不同而有所差异53,这可能会导致大黄多糖降血脂作用的差异。1.4 大黄其他降脂活性成分 除上述大黄的活性成分具有降脂作用外,还含有鞣质类化合物没食子酸54、儿茶素55,黄酮类化合物槲皮素56、山奈酚57等其他活性成分也被发现具有治疗高脂血症及相关疾病的作用,但是由于这些活性物质在大黄中的含量很低或难以分离而没有被大量研究。此外,值得注意的是在早期的实验中,一些研究者将大黄的降脂作用归因于其膳食纤维含量5859,之后的研究发现大黄纤维并未对小鼠血浆中的 TG 和 TC 水平产生有益影响60。目前已经研究的大黄属植物中具有降血脂作用的其他类化合物的基本结构如图 3 所示。图 3 其他具有降血脂作用并存在于大黄中的化合物的基本结构 Fig.3 Basic structures of other compounds that have hypolipidemic effect and are found in Rheum 综上所述,目前已有一定量的研究报道了大黄中活性成分的降脂作用,特别是蒽醌类化合物和芪类化合物。尽管如此,仍然存在一些未解决的问题,例如活性物质的降脂作用通常基于在细胞或动物模型进行研究,而在分子水平及构效关系上的深入和系统的分析仍有待进行。从结构上看大黄中的蒽醌类物质因为拥有相同的母核而具有共同的降脂活性,另一方面大黄酚、芦荟大黄素、大黄醛、第 11 期 刘亚洲,等:大黄的降血脂生物活性成分及作用机制研究进展 277 大黄酸依次为具有甲基、羟甲基、醛基、羧基取代的蒽醌化合物,不同的支链结构导致这类化合物的降血脂效力存在一定差异,而目前关于这方面的研究数据非常少。此外,活性物质在体内的吸收、转运、分布和代谢过程难以考察,这些问题极大地限制了大黄中的活性成分在降血脂方向的发展。因此,今后应加强对活性物质的分子结构、活性基团及构效关系的研究,将是阐明其降血脂作用的关键。2 大黄活性成分的降脂机制 植物活性成分调节脂质代谢是一个复杂的过程,涉及多种途径和靶点。当前,研究者一般从抑制外源性脂类吸收、抑制内源性脂类合成、调控脂质的转运和代谢等方面解析植物活性成分降血脂的机制61。其中,胆固醇和甘油三酯是脂质代谢研究的热点。胆固醇代谢的研究又主要包括胆固醇逆向转运增加、胆固醇吸收受抑、肝脏胆固醇排泄加快、胆固醇合成减少等重要机制8。2.1 抑制外源性脂类吸收 胆固醇吸收是机体摄入脂质的重要来源,在肝细胞和胃肠上皮细胞中表达的尼曼匹克 C1 型类似蛋白 1(niemann-pick type C1 Like 1,NPC1L1)是调控胆固醇吸收的重要靶点62。研究表明,抑制肠道胆固醇吸收可有效降低血清 LDL-C 水平63,并降低高血脂症风险64。MENG等22使用胆固醇特异性荧光染料Filipin,在HepG2和U2OS细胞之间(NPC1L1 表达有明显差异)中证明了大黄素具有抑制NPC1L1介导的胆固醇运输的能力,并且分子动力学实验也显示它可以通过反竞争性抑制作用于这一过程。2.2 抑制内源性脂类合成 甾醇调节元件结合蛋白(sterol-regulatory element binding protein,SREBP)与 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGCR)被鉴定为胆固醇合成的积极调节因子6566。研究表明,大黄素等蒽醌类提取物可显著下调 SREBP-2 基因的表达,进而抑制胆固醇的合成26,29。此外,大黄素还可以通过降低 HMGCR 水平,上调低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor,LDLR)、ATP 结合盒转运体 A1(ATP-binding cassette protein A1,ABCA1)以及 ATP 结合盒转运G1(ATP-binding cassette protein G1,ABCG1)的表达水平,负调控胆固醇的合成19。同时,SREBP 的表达也受腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)通路的调节67。AMPK 被认为是细胞中的主要能量感受器68,通过参与多种生物活动,维持脂质、葡萄糖和能量失衡正常化。最近的研究表明,激活的 AMPK 通过抑制下游靶标的表达,如 SREBP-1,来减少脂质合成6970。TZENG 等30证实大黄素可以通过激活 AMPK,抑制SREBP-1 的 蛋白表达,并导致肉碱棕榈酰转移酶 1(carnitine palmitoyltransferase1,CPT-1)上调、乙酰辅酶 A 羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase,FAS)转录活性降低,从而减少脂质合成,增加脂肪酸氧化。类似的,大黄酚也对 AMPK 的激活起到正向调节作用。与对照组相比,小鼠喂食大黄酚可有效缓解高质饮食导致的AMPK 磷酸化和 SIRT1 的表达降低,改善高脂饮食诱导的肥胖和炎症32。2.3 调控脂质的转运和代谢 动脉粥样硬化是一种高发病率和高死亡率的高脂血症慢性疾病,其特点是泡沫细胞在动脉壁上的积累71。胆固醇流出能力被认为是预测动脉粥样硬化等心血管疾病的一种新生物标志物37。当胆固醇外排功能出现障碍时,巨噬细胞内会积聚大量胆固醇,导致泡沫细胞的形成72。LIU 等73研究认为大黄中的活性成分可以通过调节胆固醇转运蛋白如白细胞分化抗原36(cluster of differentiation 36,CD36)、ABCA1、ABCG1 或一些参与脂质代谢的基因如过氧化物酶体增殖物激活型受体(peroxisome proliferator activated receptor,PPAR)、SREBPs、LXRs、脂肪酸结合蛋白(fatty acid-binding protein,FABPs)来减少脂质的积累,预防和治疗动脉粥样硬化。此外,胆固醇-7-羟化酶(cholesterol-7-hydroxylase,CYP7A1)是催化动物肝脏胆固醇转变成胆汁酸的限速酶74。CHEN 等46发现喂食白藜芦醇可显著增加 C57BL/6J 小鼠肝脏中 CYP7A1 的表达,降低血清中 TC 和 LDL-C 的浓度。与白藜芦醇类似,大黄素也可以促进 CYP7A1 的表达,加速胆固醇转化为胆汁酸31。人前蛋白转化酶枯草溶菌素 9(recombinant proprotein convertase subtilisin/kexin type 9,PCSK9)是脂质调节代谢中的关键靶点75。PCSK9 可以特异性地结合肝细胞表面的LDLR,导致LDLR因溶酶体降解而减少,进而引发外周组织的 LDL-C 水平增加76。SU 等18在建立的高脂模型大鼠中发现芦荟大黄素可抑制 SREBP-2 和肝细胞核因子(hepatocyte nuclear factor-1,HNF-1)介导的 PCSK9 信号传导,削弱 PCSK9 导致的 LDLR 水平下降,从而促进LDL-C摄取,即芦荟大黄素通过抑制肝PCSK9/LDLR通路调节脂质代谢。PPAR是一种配体激活的核转录因子,在调节葡萄糖稳态、脂质代谢和脂肪细胞分化中起关键作用77。大黄酸和大黄素均能通过 PPAR 发挥降血脂效用,但作用方式却有所差异。ZHANG 等21通过对小鼠与脂肪酸合成、氧化和脂肪形成有关基因表达的分析,发现大黄酸抑制了PPAR 的转导及其靶基因(FAS、ACC 和 CD36)的表达,表明大黄酸可能作为 PPAR 的拮抗剂改善脂质代谢紊乱。相反,XUE 等27研究发现大黄素喂食显著提高了小鼠肝脏278 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 PPAR 的基因表达水平,并调节小鼠皮下脂肪细胞的抵抗素和 FABPs 等受 PPAR 调控的下游因子的 mRNA 表达水平。上述结果表明,通过同一途径参与脂质代谢的多种活性成分,在作用机制上也可能存有差异。因此,大黄诸多活性成分的具体调节途径和活性成分之间的协同或拮抗等相互作用也是值得研究的问题。2.4 调节肠道菌群 肠道微生物作为环境因素,通过与宿主的许多生理和病理相互作用来调节脂质储存、影响能量代谢平衡78。由于肠道微生物群失调会破坏能量平衡、胆固醇和葡萄糖代谢以及胰岛素抵抗,最终导致肥胖症、高血脂症等病症的发生,因此肠道微生物也成为饮食和代谢健康交叉研究的焦点7980。患有高血脂症个体的特点是肠道微生物多样性低、肠道微生物群组成受损,特别是厚壁菌门和拟杆菌门比率将增加81。WANG 等26通过 16S rRNA 扩增测序技术研究活性成分对实验大鼠肠道菌群的影响,结果证实大黄中的蒽醌类提取物能改变高血脂症大鼠粪便中厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门的组成,增加了厚壁菌门和拟杆菌门的比例,从而调节大鼠的能量代谢平衡。此外,QIAO等82发现白藜芦醇可改善由高脂饮食诱导的肠道微生物菌群失调,包括增加拟杆菌门和厚壁菌门的比例、抑制粪肠球菌的生长、增加乳酸杆菌和双歧杆菌的生长,并且显著增加了肠道内脂肪细胞因子(肠道微生物负调控的关键基因)的表达,从而减少脂肪积累。总之,大黄中活性成分的降血脂作用是一个涉及多种化合物、多种途径的复杂机制,其中,AMPK、PPARs、CYP7A1、SREBP、LDLR、ABCA1、PCSK9、NPC1L1 等是这些机制的重要靶点(图 4)。此外,大黄素是目前大黄研究中最重要、最复杂的降血脂活性成分,已有研究中大黄素降血脂作用的机制如图 5 所示。3 小结及展望 脂质代谢的调节是一个复杂的过程,涉及多种途径和靶点。大黄中的蒽醌类物质、芪类、多糖等多种活性成分,可以通过抑制外源性脂类吸收、抑制内源性脂类合成、调控脂质的转运和代谢以及调节肠道菌群等方式发挥降血脂作用。目前,针对大黄降血脂功效的研究已取得一定成果,但仍然存在一些限制和亟待解决的问题。例如,蒽醌类化合物是大黄中重要的活性成分,但是一些蒽醌类化合物表现出的毒性是不可否认的,安全性方面的问题是开发以蒽醌类物质为基础的功能性食品的一个限制因素83。因此,有必要对大黄中蒽醌类物质进行更深入的降血脂研究。此外,现有研究主要集中在细胞、动物模型,缺乏一定规模的临床试验,导致大黄的降血脂功效仅停留在理论层面,离基于大黄属植物活性成分的功能性食品开发应用仍有很大差距。因此,设计更科学、更严格和更广泛的临床试验对 图 4 已有研究中大黄的生物活性成分发挥降血脂作用涉及的重要靶点 Fig.4 Important targets involved in the hypolipidemic effect of bioactive components of Rheu