姜黃素的抗氧化性作用

姜黃素的抗氧化性作用

姜黃素是從姜黃素中提取的天然色素。姜黃是姜科姜黃屬一種多年生的草本植物,其粉末稱為姜黃根粉,可作藥用。姜黃的研究歷史悠久,印度傳統(tǒng)醫(yī)學按現(xiàn)代醫(yī)學術語認為,姜黃根粉可治療膽疾患、厭食、鼻炎、咳嗽、糖尿病、肝疾患、風濕病和鼻竇炎。我國傳統(tǒng)醫(yī)學認為,姜黃可用于腹痛、黃疸等相關疾病的治療。姜黃素為姜黃的主要活性成分,大量研究證明,姜黃素具抗氧化、抗腫瘤、抗炎、清除自由基、抗微生物以及對心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等多方面藥理作用。近來姜黃素已成為國內(nèi)外的研究熱點,涉及的研究領域也越來越廣泛。本文對其近年國外有關藥理作用的研究作如下歸納、綜述。1ros的生物活性氧化作用無時無刻不在影響著生物體內(nèi)的生理病理過程,不僅外源性氧化可以引起細胞內(nèi)活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)的堆積,而且細胞本身的有氧代謝過程中亦有ROS的產(chǎn)生。ROS具有很高的生物活性,很容易與生物大分子反應,直接損害或通過一系列過氧化應激反應而引起廣泛的生物結(jié)構(gòu)破壞。為了減少有氧代謝過程ROS對機體的損傷,國內(nèi)外學者設想用抗氧化藥物抑制ROS的生物毒性。近年來的研究表明,姜黃素是一種新型的抗氧化劑。姜黃素經(jīng)口服后,在腸管的上皮細胞被吸收并轉(zhuǎn)換成四氫姜黃素,Sugiyama等經(jīng)分子水平研究確證,四氫姜黃素捕捉自由基后,自身會降解成2′-甲氧基鄰羥基苯丙酸類化合物,此化合物和四氫姜黃素都具有比姜黃素更強的抗氧化能力。Priyadarsini等證實,姜黃素分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基在姜黃素的抗氧化活性中起決定性的作用。1.1姜黃素的抗氧化作用Sreejayan等通過研究發(fā)現(xiàn)姜黃素可抑制輻射引起的肝微粒體脂質(zhì)過氧化反應,可通過超離心與微粒體合并,其抑制脂質(zhì)過氧化反應的能力具有時間和濃度依賴性。Akila等通過體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn),姜黃素ig(250mg/kg)能顯著抑制CCl4誘導Wistar大鼠肝纖維化,顯著降低CCl4誘導的大鼠體內(nèi)血清谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)和堿性磷酸酶(ALP)。筆者認為,姜黃素是通過抑制脂質(zhì)過氧化從而對CCl4誘導的肝纖維化起到保護作用。Reddy等體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn),姜黃素ig(30mg/kg)能顯著抑制Fe2+(30mg/kg,ip)誘導的Wistar大鼠肝細胞損傷,降低Fe2+誘導的肝勻漿和血清過氧化脂質(zhì),提示姜黃素可通過抑制脂質(zhì)過氧化反應發(fā)揮其抗細胞毒的作用。Grinberg等通過姜黃素對人紅血球細胞及細胞膜的抗氧化作用的研究發(fā)現(xiàn),4～100μmol姜黃素抑制H2O2誘導的脂質(zhì)過氧化物。雖然姜黃素單獨應用不能改變血紅細胞的Fe2+/Fe3+的比例,但可抑制Fe2+由于H2O2引起的再次氧化,因此姜黃素作為細胞膜抗氧化劑,能保護地中海貧血紅細胞由于鐵刺激而引起的損傷。1.2姜黃素對大鼠細胞的抗氧化作用Unnikrishnan等研究表明姜黃素具有抗亞硝酸誘導氧化血紅蛋白的作用,保護血紅蛋白不被氧化成為高鐵血紅蛋白,其抗氧化活性具有濃度依賴性,實驗結(jié)果顯示,姜黃素酚羥基乙?；罂寡趸钚悦黠@減弱,證實姜黃素是通過除去過氧化物、二氧化氮而發(fā)揮抗氧化作用。Brouet等研究發(fā)現(xiàn),低濃度的姜黃素能抑制內(nèi)毒素激活的巨噬細胞一氧化氮合成酶(NOS)的活性,體外培養(yǎng)巨噬細胞并用內(nèi)毒素激活NOS,經(jīng)姜黃素處理后檢測培養(yǎng)液上清液中亞硝酸鹽含量,結(jié)果顯示,姜黃素抑制巨噬細胞釋放一氧化氮IC50為6mmol/L,一氧化氮合成酶mRNA和蛋白質(zhì)含量降低。提示姜黃素能抑制誘導型一氧化氮的產(chǎn)生,具有清除過氧亞硝基陰離子的作用。Joe等發(fā)現(xiàn),用含姜黃素的培養(yǎng)液培養(yǎng)大鼠腹腔巨噬細胞,10mmol/L就能完全抑制巨噬細胞產(chǎn)生超氧陰離子、過氧化氫和亞硝酸;飼料中添加姜黃素喂養(yǎng)8周,繼續(xù)ig2周后取腹腔巨噬細胞體外培養(yǎng)并測定超氧陰離子、過氧化氫和亞硝酸含量,結(jié)果顯示,與對照組比較,給藥組腹腔巨噬細胞釋放ROS減少。1.3黃嘌呤氧化酶活性檢測Shalini等研究證實姜黃素水提液100μg/L具有保護DNA免受過氧化損傷的作用,抑制率達到80%。Shin等研究發(fā)現(xiàn)NIH3T3細胞用乙酸肉豆蔻沸波醇處理30min后黃嘌呤氧化酶活性升高1.8倍;黃嘌呤氧化酶催化反應生成ROS,進而氧化脂質(zhì)和核苷酸,使脫氧鳥苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-羥基脫氧鳥苷酸,引起基因突變產(chǎn)生致癌作用;與單獨給予誘變劑組比較,同時給予2mmol/L姜黃素和誘變劑的黃嘌呤氧化酶活性降低22.7%。另報道,誘變劑乙酸肉豆蔻沸波醇體外處理鼠成纖維細胞后,能使鼠成纖維細胞DNA中8-羥基脫氧鳥苷酸含量升高,而姜黃素能抑制此過程,說明姜黃素具有抗氧化和抗誘變的作用。Rajakumar等報道,75mmol/L姜黃素能抑制黃嘌呤氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生的超氧陰離子。1.4姜黃素類化合物保護大鼠心肌生化姜黃素及其結(jié)構(gòu)類似物通過抗過氧化脂質(zhì)達到保護生物膜的作用,而其抗過氧化脂質(zhì)的主要機制是清除自由基。有研究報道,酚羥基有很強的去除自由基的能力,這種能力在甲氧基的存在下顯得越發(fā)明顯,而姜黃素的分子結(jié)構(gòu)正好符合這種特性,因此具有較強的清除自由基的能力。Bonte等通過氧嘌呤/黃嘌呤氧化酶(HX/XO)和硝基四唑藍(NBT)還原局部產(chǎn)生超氧化物引起人角質(zhì)化細胞發(fā)生應激反應研究姜黃素對角質(zhì)化細胞的保護作用,MTT實驗觀察到HX/XO引起人角質(zhì)化細胞嚴重損傷,49%的細胞死亡,給予姜黃素0.325、1.25、5μg/mL可使細胞的存活率分別增加13%、18%、22%,且無細胞毒作用;還發(fā)現(xiàn)姜黃素類化合物可抑制NBT的還原,1.25、5μg/mL下抑制率高達87%,0.325μg/mL抑制率為75%。提示姜黃素類化合物通過抑制NBT的還原,減少超氧化物的形成,降低過氧化氫濃度而對人角化細胞起到保護作用。Manikandan等研究報道姜黃素對異丙腎上腺素引起的大鼠心肌缺血的保護作用;造成心肌缺血前或后30minpo給予15mg/kg姜黃素,檢測大鼠心肌中與氧化應激相關的生化指標。實驗表明:姜黃素治療后降低了大鼠心肌的黃嘌呤氧化酶、過氧化陰離子、脂質(zhì)過氧化物以及過氧化物酶的水平;相反,其顯著增加了超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化酶(GPx)以及谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(GST)的活性;組織病理學以及透射電鏡研究同樣證實上述實驗結(jié)果,作者認為,姜黃素的這種作用歸功于其抗氧化性和抑制XD/XO的轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的過氧化陰離子。2黃鼠的腫瘤作用姜黃素可作為抗突變劑和抗癌劑,美國國立腫瘤研究所已將其列為第3代癌化學預防藥,姜黃素的抗腫瘤作用已經(jīng)成為國內(nèi)外學者的研究熱點。2.1姜黃素抑制乳腺癌細胞的增殖Singh等報道姜黃素可抑制成纖維細胞生長因子和內(nèi)皮細胞生長因子誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞增殖,并呈劑量相關,可抑制DNA的合成,經(jīng)流式細胞檢測發(fā)現(xiàn),46%以上的細胞阻斷于S期,姜黃素是通過抑制胸苷激酶活性來阻斷DNA的合成。提示姜黃素有望作為一種新型的藥物用于癌癥治療。已有研究表明,姜黃素引起細胞分裂停滯G2和G2/S期,從而抑制部分乳腺細胞的增殖。Holy研究發(fā)現(xiàn)10～20μmol姜黃素處理人乳腺癌MCF-7細胞24～48h,細胞阻斷于M期,DNA合成受到抑制;48h后細胞形成多個微核,提示姜黃素阻斷細胞于G2/M期與細胞核異常裝配有關。Squires等報道姜黃素通過對S/G2/M細胞周期的影響而抑制HBL100和MDA-MB-468人乳腺癌細胞的增殖(IC50=1～5μmol/L)。上述研究表明,姜黃素對不同組織的癌細胞周期的調(diào)控基于不同的作用機制,這些機制的研究有待進一步深入。2.2姜黃素誘導的ak-5腫瘤細胞凋亡細胞凋亡是多細胞生物體一種重要的自穩(wěn)機制,姜黃素的抗腫瘤活性與其誘導細胞凋亡密切相關。Bush等報道姜黃素對8種人惡性黑素瘤細胞株其中4種野生型,4種p53突變型有促進凋亡的作用。姜黃素誘導細胞凋亡與劑量和時間成正相關,實驗表明,姜黃素誘導細胞凋亡是通過激活caspases-3和8,但不是caspase-9;姜黃素同時能不依賴于FasL而誘導Fas蛋白的聚集,并能夠阻斷NF-κB細胞存活通道。由于p53突變型惡性黑素瘤細胞對傳統(tǒng)的化療有強烈的抵抗性,因此姜黃素有望成為一種新的治療藥物。Choudhuri等研究發(fā)現(xiàn)姜黃素能誘導p53野生型MCF-7乳腺癌細胞的凋亡,凋亡伴隨著p53表達水平的升高以及Bax蛋白表達水平升高引起的DNA結(jié)合活性增強。進一步實驗應用p53基因缺陷型MDAH041細胞以及p53高表達和低表達TR9-7細胞(p53表達水平由四環(huán)素嚴格控制),結(jié)果表明,姜黃素誘導的乳腺癌細胞凋亡依賴于p53基因相關途徑,而Bax表達則是p53調(diào)控途徑的下游因素。姜黃素這種特性有望在乳腺癌患者的治療中得以應用。Bhaumik等報道姜黃素通過激活caspase蛋白表達誘導AK-5腫瘤(一種鼠組織瘤)細胞的凋亡,姜黃素處理細胞后表現(xiàn)為細胞內(nèi)ROS升高,線粒體膜電位消失,細胞色素C釋放,說明姜黃素誘導的AK-5腫瘤細胞的凋亡是通過氧化還原信號傳導和激活caspase蛋白表達。Han等報道低濃度的姜黃素就可以抑制BKS-細胞(未成熟的淋巴瘤細胞)增殖,比對普通的淋巴瘤細胞作用效果明顯,其誘導細胞凋亡與劑量和作用時間呈正相關;而且可下調(diào)早期生長反應基因-1(egr-1)、管壁原癌基因(c-myc)、死亡拮抗蛋白(bcl-X2)和p53基因的表達,TNF-κB結(jié)合活性幾乎被姜黃素完全阻斷,但低濃度姜黃素抑制的細胞增殖可被基鳥苷(CpG)寡聚核苷酸和抗跨膜蛋白(anti-CD40)阻斷。結(jié)果提示,姜黃素是通過下調(diào)生長基因和存活基因的表達,從而抑制BKS-2細胞的增殖以及誘導其進行細胞凋亡。Pillai等研究姜黃素對人肺癌細胞A549和H1299的作用,其中H1299是p53缺陷型,兩種細胞分別用0～160μmol/L的姜黃素處理12～72h,二者增殖的抑制率都與濃度成正相關,其中H1299還與作用時間有關;姜黃素還能誘導兩種人肺癌細胞的凋亡,40μmol/L姜黃素作用12h后觀察到p53、bcl-2和bcl-XL基因表達水平下降,80～160μmol/L可使Bak和caspase的表達水平降低,結(jié)果表明,姜黃素誘導的人肺癌細胞凋亡是p53非依賴性的。Duvoix等報道姜黃素通過抑制(谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶)GSTP1-1的mRNA表達來誘導K562白血病細胞的凋亡,GSTP-1的表達與致癌作用以及癌細胞的化療密切相關;姜黃素還能阻斷腫瘤壞死因子TNF-α的表達,抑制佛波酯誘導的激活蛋白-1(AP-1)和NF-κB結(jié)合形成的轉(zhuǎn)錄因子與GSTP1-1基因的啟動子相結(jié)合;通過基因的檢測發(fā)現(xiàn),姜黃素還能抑制TNF-α誘導的GSTP1-1基因轉(zhuǎn)錄活性。因此認為,姜黃素是通過對GSTP1-1基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控來誘導細胞凋亡的。線粒體在細胞凋亡中起關鍵作用。Morin等研究發(fā)現(xiàn),姜黃素能使大鼠肝細胞線粒體膜通透性增加,線粒體腫脹,線粒體膜電位消失以及ATP合成受到抑制,這些結(jié)果都是因為線粒體通透性轉(zhuǎn)換通道的開放。線粒體是姜黃素誘導腫瘤細胞凋亡的作用靶點。Busquets等對惡性YoshidaAH-130腹水肝細胞瘤處理過的大鼠整體給予姜黃素(20mg/kg,6d),對腫瘤的抑制率達到31%;有趣的是在體外實驗中,濃度為0.5μmol/L的姜黃素可抑制腫瘤細胞的生長,抑制率為24%,但在這過程中并沒有促進細胞凋亡。Sindhwani等報道姜黃素與UMUC人及MBT-2鼠膀胱癌細胞共孵育,發(fā)現(xiàn)在100μmol/L的濃度下,姜黃素可以完全抑制兩種細胞的生長,電鏡下可觀察到調(diào)亡細胞的存在;又將MBT-2細胞移植于膀胱損傷的C3H小鼠,然后觀察姜黃素對膀胱癌細胞移植成功率的影響,實驗結(jié)果顯示,給予姜黃素的小鼠膀胱癌細胞移植成功率為16.7%,而對照組(只給予溶劑)小鼠膀胱癌細胞移植成功率為73%。因此認為,姜黃素對膀胱癌細胞的生長和移植有顯著性的抑制作用。姜黃素的抗腫瘤作用于1985年由印度學者Kuttan首次提出,到1995年Menon發(fā)現(xiàn)其對黑色素瘤B16-F10細胞肺轉(zhuǎn)移具有抑制作用后,姜黃素的抗腫瘤作用被國內(nèi)外學者逐漸重視。到目前為止,關于姜黃素的抗腫瘤研究報道非常多,但實驗結(jié)果和作用機制相差很大,甚至矛盾,表明姜黃素抗腫瘤機制比較復雜,有待進一步研究。3炎癥前期細胞因子Abe等將姜黃素作用于佛波酯(PMA)或脂多糖(LPS)刺激的單核細胞以及肺泡巨噬細胞,并檢測其中的白介素IL-8、單核細胞炎癥因子MIP-1α、單核細胞趨化因子MCP-1、白介素IL-1b以及腫瘤壞死因子TNF-α的水平。結(jié)果表明,姜黃素對IL-8、MIP-1α、MCP-1、IL-1b及TNF-α有抑制作用,并且與作用劑量和作用時間成正相關,姜黃素正是通過對這些細胞因子的抑制作用而達到抗炎效果的。Literat等報道阻斷炎癥前期細胞因子的表達可以降低慢性肺病在嬰兒中的發(fā)病率,新生兒前期的肺炎細胞通過支氣管-肺泡灌洗以及LPS10ng/mL刺激形成慢性肺病,成人外周血單核細胞相同條件處理作為對照,LPS處理后兩種細胞都產(chǎn)生高水平的炎癥前期細胞因子;分別加入濃度為0、0.5和20μmol/L的姜黃素,12h后檢測炎癥前期細胞因子TNFα、IL-1β和IL-8的含量;20μmol/L的姜黃素能顯著抑制前期肺炎細胞的IL-1β和IL-8的表達,但對TNFα的抑制能力很弱,對于成人外周血單核細胞,20μmol/L的姜黃素能顯著抑制IL-8的表達。因此,姜黃素有望成為慢性肺病的一種有效治療手段。Fuller等在研究肝臟移植過程中發(fā)現(xiàn):在10例肝臟中,溫和的細胞洗脫液可以上調(diào)細胞間黏附分子和內(nèi)皮細胞白細胞黏附分子的表達,這些分子的表達能促進炎癥的發(fā)生,但加入姜黃素后可以降低細胞間黏附分子的過量表達(10例中的8例),而對內(nèi)皮細胞白細胞黏附分子的過量表達則完全抑制。Kobayashi等報道姜黃素可抑制遺傳性哮喘病人的淋巴細胞的增殖,其抑制IL-2、IL-4以及巨噬細胞集落刺激因子GM-CSF表達的效果與作用濃度成正比。由此推斷,姜黃素對免疫疾病的治療有潛在價值。4利用姜黃素分子與其他藥理作用相比,姜黃素的抗病毒作用相對報道較少,1995年Mazumder等研究發(fā)現(xiàn)了姜黃素對人類免疫缺陷病毒