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(xué)按現(xiàn)代醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)認(rèn)為,姜黃根粉可治療膽疾患、厭食、鼻炎、咳嗽、糖尿病、肝疾患、風(fēng)濕病和鼻竇炎。我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為,姜黃可用于腹痛、黃疸等相關(guān)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(duì)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(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn),涉及的研究領(lǐng)域也越來越廣泛。本文對(duì)其近年國(guó)外有關(guān)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(shí)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(xì)胞內(nèi)活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)的堆積,而且細(xì)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(yīng),直接損害或通過一系列過氧化應(yīng)激反應(yīng)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(duì)機(jī)體的損傷,國(guó)內(nèi)外學(xué)者設(shè)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(xì)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(huì)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(qiáng)的抗氧化能力。Priyadarsini等證實(shí),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(yīng),可通過超離心與微粒體合并,其抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的能力具有時(shí)間和濃度依賴性。Akila等通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),姜黃素ig(250mg/kg)能顯著抑制CCl4誘導(dǎo)Wistar大鼠肝纖維化,顯著降低CCl4誘導(dǎo)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(rèn)為,姜黃素是通過抑制脂質(zhì)過氧化從而對(duì)CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化起到保護(hù)作用。Reddy等體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),姜黃素ig(30mg/kg)能顯著抑制Fe2+(30mg/kg,ip)誘導(dǎo)的Wistar大鼠肝細(xì)胞損傷,降低Fe2+誘導(dǎo)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(yīng)發(fā)揮其抗細(xì)胞毒的作用。Grinberg等通過姜黃素對(duì)人紅血球細(xì)胞及細(xì)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(dǎo)的脂質(zhì)過氧化物。雖然姜黃素單獨(dú)應(yīng)用不能改變血紅細(xì)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(xì)胞膜抗氧化劑,能保護(hù)地中海貧血紅細(xì)胞由于鐵刺激而引起的損傷。1.2姜黃素對(duì)大鼠細(xì)胞的抗氧化作用Unnikrishnan等研究表明姜黃素具有抗亞硝酸誘導(dǎo)氧化血紅蛋白的作用,保護(hù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,姜黃素酚羥基乙?；罂寡趸钚悦黠@減弱,證實(shí)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(xì)胞一氧化氮合成酶(NOS)的活性,體外培養(yǎng)巨噬細(xì)胞并用內(nèi)毒素激活NOS,經(jīng)姜黃素處理后檢測(cè)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(xì)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(dǎo)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(xì)胞,10mmol/L就能完全抑制巨噬細(xì)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(xì)胞體外培養(yǎng)并測(cè)定超氧陰離子、過氧化氫和亞硝酸含量,結(jié)果顯示,與對(duì)照組比較,給藥組腹腔巨噬細(xì)胞釋放ROS減少。1.3黃嘌呤氧化酶活性檢測(cè)Shalini等研究證實(shí)姜黃素水提液100μg/L具有保護(hù)DNA免受過氧化損傷的作用,抑制率達(dá)到80%。Shin等研究發(fā)現(xiàn)NIH3T3細(xì)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(yīng)生成ROS,進(jìn)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(dú)給予誘變劑組比較,同時(shí)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(bào)道,誘變劑乙酸肉豆蔻沸波醇體外處理鼠成纖維細(xì)胞后,能使鼠成纖維細(xì)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(bào)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(hù)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(dá)到保護(hù)生物膜的作用,而其抗過氧化脂質(zhì)的主要機(jī)制是清除自由基。有研究報(bào)道,酚羥基有很強(qiáng)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(qiáng)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(lán)(NBT)還原局部產(chǎn)生超氧化物引起人角質(zhì)化細(xì)胞發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)研究姜黃素對(duì)角質(zhì)化細(xì)胞的保護(hù)作用,MTT實(shí)驗(yàn)觀察到HX/XO引起人角質(zhì)化細(xì)胞嚴(yán)重?fù)p傷,49%的細(xì)胞死亡,給予姜黃素0.325、1.25、5μg/mL可使細(xì)胞的存活率分別增加13%、18%、22%,且無細(xì)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(dá)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(duì)人角化細(xì)胞起到保護(hù)作用。Manikandan等研究報(bào)道姜黃素對(duì)異丙腎上腺素引起的大鼠心肌缺血的保護(hù)作用;造成心肌缺血前或后30minpo給予15mg/kg姜黃素,檢測(cè)大鼠心肌中與氧化應(yīng)激相關(guān)的生化指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)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(xué)以及透射電鏡研究同樣證實(shí)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,作者認(rèn)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(guó)國(guó)立腫瘤研究所已將其列為第3代癌化學(xué)預(yù)防藥,姜黃素的抗腫瘤作用已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。2.1姜黃素抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖Singh等報(bào)道姜黃素可抑制成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子和內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖,并呈劑量相關(guān),可抑制DNA的合成,經(jīng)流式細(xì)胞檢測(cè)發(fā)現(xiàn),46%以上的細(xì)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(xì)胞分裂停滯G2和G2/S期,從而抑制部分乳腺細(xì)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(xì)胞24～48h,細(xì)胞阻斷于M期,DNA合成受到抑制;48h后細(xì)胞形成多個(gè)微核,提示姜黃素阻斷細(xì)胞于G2/M期與細(xì)胞核異常裝配有關(guān)。Squires等報(bào)道姜黃素通過對(duì)S/G2/M細(xì)胞周期的影響而抑制HBL100和MDA-MB-468人乳腺癌細(xì)胞的增殖(IC50=1～5μmol/L)。上述研究表明,姜黃素對(duì)不同組織的癌細(xì)胞周期的調(diào)控基于不同的作用機(jī)制,這些機(jī)制的研究有待進(jìn)一步深入。2.2姜黃素誘導(dǎo)的ak-5腫瘤細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡是多細(xì)胞生物體一種重要的自穩(wěn)機(jī)制,姜黃素的抗腫瘤活性與其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。Bush等報(bào)道姜黃素對(duì)8種人惡性黑素瘤細(xì)胞株其中4種野生型,4種p53突變型有促進(jìn)凋亡的作用。姜黃素誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與劑量和時(shí)間成正相關(guān),實(shí)驗(yàn)表明,姜黃素誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是通過激活caspases-3和8,但不是caspase-9;姜黃素同時(shí)能不依賴于FasL而誘導(dǎo)Fas蛋白的聚集,并能夠阻斷NF-κB細(xì)胞存活通道。由于p53突變型惡性黑素瘤細(xì)胞對(duì)傳統(tǒng)的化療有強(qiáng)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(dǎo)p53野生型MCF-7乳腺癌細(xì)胞的凋亡,凋亡伴隨著p53表達(dá)水平的升高以及Bax蛋白表達(dá)水平升高引起的DNA結(jié)合活性增強(qiáng)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)應(yīng)用p53基因缺陷型MDAH041細(xì)胞以及p53高表達(dá)和低表達(dá)TR9-7細(xì)胞(p53表達(dá)水平由四環(huán)素嚴(yán)格控制),結(jié)果表明,姜黃素誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞凋亡依賴于p53基因相關(guān)途徑,而Bax表達(dá)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(yīng)用。Bhaumik等報(bào)道姜黃素通過激活caspase蛋白表達(dá)誘導(dǎo)AK-5腫瘤(一種鼠組織瘤)細(xì)胞的凋亡,姜黃素處理細(xì)胞后表現(xiàn)為細(xì)胞內(nèi)ROS升高,線粒體膜電位消失,細(xì)胞色素C釋放,說明姜黃素誘導(dǎo)的AK-5腫瘤細(xì)胞的凋亡是通過氧化還原信號(hào)傳導(dǎo)和激活caspase蛋白表達(dá)。Han等報(bào)道低濃度的姜黃素就可以抑制BKS-細(xì)胞(未成熟的淋巴瘤細(xì)胞)增殖,比對(duì)普通的淋巴瘤細(xì)胞作用效果明顯,其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與劑量和作用時(shí)間呈正相關(guān);而且可下調(diào)早期生長(zhǎng)反應(yīng)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(dá),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(xì)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(zhǎng)基因和存活基因的表達(dá),從而抑制BKS-2細(xì)胞的增殖以及誘導(dǎo)其進(jìn)行細(xì)胞凋亡。Pillai等研究姜黃素對(duì)人肺癌細(xì)胞A549和H1299的作用,其中H1299是p53缺陷型,兩種細(xì)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(guān),其中H1299還與作用時(shí)間有關(guān);姜黃素還能誘導(dǎo)兩種人肺癌細(xì)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(dá)水平下降,80～160μmol/L可使Bak和caspase的表達(dá)水平降低,結(jié)果表明,姜黃素誘導(dǎo)的人肺癌細(xì)胞凋亡是p53非依賴性的。Duvoix等報(bào)道姜黃素通過抑制(谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶)GSTP1-1的mRNA表達(dá)來誘導(dǎo)K562白血病細(xì)胞的凋亡,GSTP-1的表達(dá)與致癌作用以及癌細(xì)胞的化療密切相關(guān);姜黃素還能阻斷腫瘤壞死因子TNF-α的表達(dá),抑制佛波酯誘導(dǎo)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(dòng)子相結(jié)合;通過基因的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),姜黃素還能抑制TNF-α誘導(dǎo)的GSTP1-1基因轉(zhuǎn)錄活性。因此認(rèn)為,姜黃素是通過對(duì)GSTP1-1基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的。線粒體在細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用。Morin等研究發(fā)現(xiàn),姜黃素能使大鼠肝細(xì)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?yàn)榫€粒體通透性轉(zhuǎn)換通道的開放。線粒體是姜黃素誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用靶點(diǎn)。Busquets等對(duì)惡性YoshidaAH-130腹水肝細(xì)胞瘤處理過的大鼠整體給予姜黃素(20mg/kg,6d),對(duì)腫瘤的抑制率達(dá)到31%;有趣的是在體外實(shí)驗(yàn)中,濃度為0.5μmol/L的姜黃素可抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),抑制率為24%,但在這過程中并沒有促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Sindhwani等報(bào)道姜黃素與UMUC人及MBT-2鼠膀胱癌細(xì)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(xì)胞的生長(zhǎng),電鏡下可觀察到調(diào)亡細(xì)胞的存在;又將MBT-2細(xì)胞移植于膀胱損傷的C3H小鼠,然后觀察姜黃素對(duì)膀胱癌細(xì)胞移植成功率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,給予姜黃素的小鼠膀胱癌細(xì)胞移植成功率為16.7%,而對(duì)照組(只給予溶劑)小鼠膀胱癌細(xì)胞移植成功率為73%。因此認(rèn)為,姜黃素對(duì)膀胱癌細(xì)胞的生長(zhǎng)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(xué)者Kuttan首次提出,到1995年Menon發(fā)現(xiàn)其對(duì)黑色素瘤B16-F10細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移具有抑制作用后,姜黃素的抗腫瘤作用被國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸重視。到目前為止,關(guān)于姜黃素的抗腫瘤研究報(bào)道非常多,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果和作用機(jī)制相差很大,甚至矛盾,表明姜黃素抗腫瘤機(jī)制比較復(fù)雜,有待進(jìn)一步研究。3炎癥前期細(xì)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(xì)胞以及肺泡巨噬細(xì)胞,并檢測(cè)其中的白介素IL-8、單核細(xì)胞炎癥因子MIP-1α、單核細(xì)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(duì)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(shí)間成正相關(guān),姜黃素正是通過對(duì)這些細(xì)胞因子的抑制作用而達(dá)到抗炎效果的。Literat等報(bào)道阻斷炎癥前期細(xì)胞因子的表達(dá)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(xì)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(xì)胞相同條件處理作為對(duì)照,LPS處理后兩種細(xì)胞都產(chǎn)生高水平的炎癥前期細(xì)胞因子;分別加入濃度為0、0.5和20μmol/L的姜黃素,12h后檢測(cè)炎癥前期細(xì)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(xì)胞的IL-1β和IL-8的表達(dá),但對(duì)TNFα的抑制能力很弱,對(duì)于成人外周血單核細(xì)胞,20μmol/L的姜黃素能顯著抑制IL-8的表達(dá)。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(xì)胞洗脫液可以上調(diào)細(xì)胞間黏附分子和內(nèi)皮細(xì)胞白細(xì)胞黏附分子的表達(dá),這些分子的表達(dá)能促進(jìn)炎癥的發(fā)生,但加入姜黃素后可以降低細(xì)胞間黏附分子的過量表達(dá)(10例中的8例),而對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞白細(xì)胞黏附分子的過量表達(dá)則完全抑制。Kobayashi等報(bào)道姜黃素可抑制遺傳性哮喘病人的淋巴細(xì)胞的增殖,其抑制IL-2、IL-4以及巨噬細(xì)胞集落刺激因子GM-CSF表達(dá)的效果與作用濃度成正比。由此推斷,姜黃素對(duì)免疫疾病的治療有潛在價(jià)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(duì)報(bào)道較少,1995年Mazumder等研究發(fā)現(xiàn)了姜黃素對(duì)人類免疫缺陷病毒