龙胆科植物来源的化合物抗炎作用机制研究进展

Research Progress on Anti-Inflammatory Mechanisms of Compounds from Gentiaceae Plants

摘要: 龙胆科(Gentianaceae)植物是一类广泛分布于全球的药用植物，其主要活性成分为龙胆苦苷、獐芽菜苷、獐芽菜苦苷以及生物碱、黄酮、香豆素及内酯等化合物。龙胆科植物来源的化合物具有显著的抗炎作用，可以通过多种途径调节炎症反应，对于治疗各种炎症相关疾病具有重要的意义。本文综述了龙胆科植物来源的化合物抗炎作用的主要机制，包括抑制转录因子的激活；抑制炎症相关酶的表达；减少炎症介质的产生；调节免疫细胞的功能；以及影响自噬和NLRP3等新兴机制，旨在为龙胆科植物来源的化合物在炎症性疾病中的应用提供一定的参考。

Abstract: Gentianaceae is a kind of medicinal plants widely distributed in the world. Its main active compo-nents are gentiopicroside, swertiamarin, sweroside, alkaloids, flavonoids, coumarins and lactones. Compounds from Gentianaceae plants have significant anti-inflammatory effects, can regulate in-flammatory response through a variety of ways, and is of great significance for the treatment of var-ious inflammation-related diseases. This paper reviewed the main mechanisms of anti-inflammatory effects of compounds from Gentianaceae plants, including in hibiting the activation of transcription factors, down regulating the expression of inflammation-related enzymes, reducing the production of inflammatory mediators, regulating the function of immune cells, as well as affecting autophagy and NLRP3, the aim is to provide references for application of compounds from Gentianaceae plantsin inflammatory diseases.

1. 引言

龙胆科(Gentianaceae)植物是一类广泛分布于全球的药用植物，约有87属1000余种，主要生长在温带和寒带地区。随着现代药理学发展，越来越多的证据表明，龙胆科植物具有多种药理活性，如抗炎、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、抗凝血、降血压、降血脂、降血糖等，其中，抗炎作用是龙胆科植物最重要的药理作用之一。

目前研究表明，最具药用价值的龙胆科植物主要是龙胆属和獐芽菜属，活性成分包括环烯醚萜苷类、黄酮类、木脂素类和三萜类等化合物。这些化合物中，环烯醚萜苷类是龙胆科植物的特征性成分，包括裂环烯醚萜苷类、环烯醚萜苷和环烯醚萜酯 [1] ，如龙胆苦苷、獐牙菜苦苷等 [2] [3] [4] 。

炎症是一种常见的病理过程，涉及多种细胞因子、信号通路和免疫细胞，参与许多炎症性疾病，是机体为了自我保护做出的防御性反应。但持续过度的炎症反应会导致组损伤和器官功能障碍，引发各种急性或者慢性疾病，如急性肺损伤、急性痛风性关节炎和炎症性肠病等 [5] 。因此，针对性控制和调节炎症反应是治疗和预防炎症性疾病的重要策略之一。

目前，临床上常用的抗炎药物主要为非甾体类抗炎药(NSAIDs)和糖皮质激素(GCs)，但是这些药物的长期使用会带来诸如胃肠道损伤、心血管损伤等一系列的不良反应 [6] 。因此，寻找安全有效，副作用少的天然抗炎药物具有重要的意义。本文将从以下几个方面介绍龙胆科植物来源的化合物抗炎作用的主要机制，希望为其深入开发和临床应用提供参考。

2. 龙胆科植物来源的化合物抗炎作用机制

2.1. 抑制NF-κB和STAT3等转录因子的激活

NF-κB信号通路是炎症反应中一种经典的促炎信号通路，主要基于白细胞介素1 (IL-1)和肿瘤坏死因子α (TNF-α)等促炎细胞因子对NF-κB的激活 [7] [8] 。通常情况下，NF-κB与抑制因子IκB结合，以非活性形式存在于细胞质中。当细胞受到外界刺激时，通过IκB磷酸化降解诱导NF-κB活化和核易位 [9] 。STAT3是信号传导及转录激活蛋白(STAT)家族中一员，是一种潜在的转录因子，通过与细胞表面的多肽受体相互作用介导细胞外信号 [10] 。STAT3蛋白在细胞中有正常生理水平的表达，在受到刺激后，STAT3蛋白主要通过酪氨酸激酶(JAK)磷酸化被转录激活，活化的STAT3二聚化，易位到细胞核，并与序列特异性DNA元件结合，从而转录靶基因 [11] 。

研究发现，龙胆苦苷可以显著降低胶原蛋白诱导的关节炎小鼠模型NF-κB信号通路上游IκBα磷酸化水平和信号通路中p65蛋白的核易位，并且能显著降低TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症相关因子的水平 [12] 。在小鼠类风湿关节炎模型和LPS诱导的RAW264.7细胞炎症模型上，獐芽菜苦苷能够显著降低NF-κB p65，p-IκBα，p-JAK2和p-STAT3信号蛋白水平的释放，并且减少IL-1β，TNF-α，IL-6和促血管生成酶(MMP，iNOS，PGE2，PPARγ和COX-2)的释放和显著增加IL-10和IL-4水平 [13] 。α-香树脂醇是滇龙胆中三萜类化合物中的一种，在佛波酯诱导的小鼠皮肤炎症模型上，α-香树脂醇以剂量依赖性地抑制COX-2在小鼠皮肤中的表达，在NF-κB信号通路中，α-香树脂醇局部治疗能够阻断IκB-α降解，p65 /RelA磷酸化和NF-κB活化，且α-香树脂醇还能抑制上游蛋白激酶的活化，即细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)，p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和蛋白激酶C (PKC) [14] 。橙皮素是龙胆科植物来源的化合物中的木脂素类成分，能够抑制NF-κB活化，减少TNF-α和IL-6的分泌，减轻非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)小鼠肝脏炎症 [15] 。

2.2. 抑制炎症相关酶的表达

2.2.1. 抑制COX和iNOS表达

环氧合酶(cyclooxygenase, COX)是一种膜结合蛋白，有COX-1、COX-2和COX-3三种亚型，限制炎症介质前列腺素(PGs)合成速度，参与炎症、发热、疼痛等过程 [16] 。COX-2在正常生理条件下几乎检测不到，但是在人体对损伤或感染的急性炎症反应中具有高度诱导性，增强的COX-2能诱导前列腺素合成并刺激癌细胞增殖，促进血管生成，抑制细胞凋亡，增加转移潜力 [17] 。诱导型一氧化氮合酶(iNOS)是合成NO的关键酶，当细胞被外界刺激时，iNOS催化L-精氨酸(L-Arg)产生高水平的NO，NO再通过激活可溶性鸟苷环化酶(sGC)来发挥作用，在哺乳动物的巨噬细胞，中性粒细胞中均有表达 [18] 。

传统的龙胆科植物秦艽(GM)常用治疗风湿性疾病，例如系统性红斑狼疮。研究发现，从秦艽花中提取的环烯醚萜苷类化合物(马钱子酸、獐芽菜苦苷、龙胆苦苷和獐芽菜苷)能够降低胶原诱导类风湿关节炎(CIA)大鼠血清中IL-1β，IL-6和TNF-α的水平，下调iNOS和COX-2表达 [19] 。从龙胆根部提取的龙胆苦苷可以抑制LPS诱导的小鼠巨噬细胞RAW264.7中COX-2和iNOS基因的表达 [20] 。研究发现，去甲基雏菊叶龙胆酮(demethylbellidifolin)能够降低ox-LDL诱导的内皮细胞TNF-α和ADMA (NOS的内源性抑制剂)水平来抑制单核细胞与内皮细胞的粘附 [21] 。

2.2.2. 抑制细胞粘附分子表达

细胞粘附分子(Cell Adhesion Molecules, CAM)是参与细胞间或细胞间基质(ECM)结合的跨膜受体蛋白，根据结构可分为：整合素，钙粘蛋白，选择素和免疫球蛋白超家族CAM (IgCAM) [22] 。CAM-1和血管细胞粘附分子-1 (VCAM-1)有助于调节炎症相关的血管粘附分子和白细胞(如巨噬细胞和T细胞)的跨内皮迁移。研究表明，VCAM-1与各种免疫疾病的进展密切相关，包括类风湿性关节炎、哮喘、移植排斥反应和癌症 [23] 。TNF-α、ROS、ox-LDL、高葡萄糖浓度和Toll样受体激动均能激活VCAM-1的表达 [24] 。此外，血清VCAM-1的水平能够反应RA患者的病情和疗效 [25] 。因此，阻断VCAM-1激活，是一种可行的减轻RA炎症的治疗方法。

神经损伤诱导蛋白1 (Ninjurin1, Ninj1)是一种神经损伤诱导的粘附分子 [26] 。当机体受到刺激时，诱导白细胞中Ninj1表达，增强对血管内皮细胞(VECs)和ECM的粘附，并募集到炎症部位，可调节自身免疫性脑脊髓炎、多发性硬化症和动脉粥样硬化中的巨噬细胞功能 [27] [28] 。研究发现，黄龙胆提取物和异牡荆苷均能够阻断TNF-α诱导的ICAM-1和VCAM-1在人脐静脉内皮细胞中的表达，并能降低糖尿病大鼠主动脉节段中VCAM-1、iNOS和血管内皮钙粘蛋白的表达 [29] 。

2.2.3. 抑制基质金属蛋白酶的表达

基质金属蛋白酶(MMPs)是锌依赖性内肽酶家族，能够水解细胞外基质蛋白，在细胞分化、增殖、伤口愈合、细胞凋亡和血管生成中起主要作用。此外，MMPs还参与多种疾病如癌症转移、肿瘤生长、炎症、动脉粥样硬化和心肌梗死的发病机制 [30] 。目前已知的MMPs包括：MMP-1，MMP-2，MMP-3，MMP-7，MMP-8，MMP-9，MMP-10，MMP-11，MMP-12，MMP-14，MMP-23和MMP-26，参与炎症反应的主要是MMP-2和MMP-9 [30] 。一方面，人类和转基因小鼠的MMP-2缺乏可诱发炎症并影响心脏代谢，另一方面，MMP-2的心脏特异性过表达会诱导先天免疫应答和促炎细胞因子水平升高，与细胞凋亡和炎性细胞浸润相关 [31] [32] 。研究发现，芒果苷能通过抑制MMP-9和MMP-7的表达并抑制酶活性、转移潜力和β-catenin途径的激活来改善炎症微环境预防神经癌和乳腺癌 [33] 。

2.3. 减少炎症介质的产生

炎症介质主要有细胞因子、花生四烯酸代谢产物和血管活性胺等，参与了炎症反应的发生和维持。红景天酮(Rhodanthpyrone, Rho)是龙胆的有效成分，RhoA和RhoB可下调LPS刺激RAW 264.7细胞炎症模型中炎症细胞因子/趋化因子(TNF-a、IL-6和CCL2)和炎症介质(NOS2和PTGS2)的表达，并通过NF-κB信号通路发挥抗炎作用 [34] 。在乙醇诱导的C57BL/6鼠胃炎模型上，龙胆苦苷能够降TNF-α，IL-1β和IL-8的水平，升高IL-10水平，明显减轻小鼠胃炎 [35] 。齐墩果酸能显著降低LPS诱导的急性肝损伤动物肝组织中IL-1β，IL-6和TNF-α的表达，增加IL-10的表达，缓解LPS诱导的肝损伤 [36] 。异牡荆苷(Isovitexin)是龙胆科植物来源的黄酮类化合物。在急性痛风性关节炎(GA)大鼠模型中，异牡荆苷能够减少中TNF-α、IL-1β和IL-6的水平，并通过TLR4/MyD88/NF-κB途径改善急性GA的关节炎症 [37] 。

2.4. 调节免疫细胞功能

免疫细胞(immune cell)包括淋巴细胞和各种吞噬细胞等，共同参与机体的免疫反应和免疫应答。T细胞亚群是一类具有不同功能和表型的T淋巴细胞，如Th1、Th2、Th17、Treg等，参与细胞免疫调节，以及促炎和抗炎的平衡 [38] 。在不同刺激因素下，巨噬细胞会极化成不同的表型(M1和M2)，两型处于动态平衡状态，参与炎症性疾病的发病过程 [39] 。树突状细胞(DC细胞)是抗原提呈细胞，起源自骨髓多能造血干细胞，可分化为髓样DC(DC1)和淋巴样DC(DC2)。未成熟DC具有较强的迁移能力，成熟DC能有效激活初始T细胞，处于启动、调控、并维持免疫应答的中心环节 [40] 。龙胆苦苷可以调节Ⅱ型胶原诱导的类风湿性关节炎(CIA)小鼠Th17/Treg分化，改善Th17/Treg细胞失衡，缓解CIA小鼠关节炎症状 [41] 。当药醇苷(swertianolin)能够阻断败血症小鼠髓源性抑制细胞(MDSCs)的免疫抑制作用来改善T细胞活性，并且显著降低MDSCs中的IL-10、NO、ROS和精氨酸酶的产生，改善脓毒症的免疫功能障碍 [42] 。

2.5. 其他抗炎机制

除了上述的传统抗炎机制之外，近年来发现，龙胆科植物来源的化合物抗炎作用机制还包括一些新兴机制，如诱导自噬和抑制NLRP3炎性小体等。龙胆苦苷可以通过上调大鼠LC3Ⅱ蛋白和基因的表达促进自噬，缓解非酒精性脂肪性肝炎，并且在一定程度上降低ALT、CHOL、TG、IL-1β、TNF-α水平 [43] 。龙胆苦苷还可以通过抑制PI3K/Akt信号通路，诱导非小细胞肺癌耐药细胞自噬并提升其化疗敏感性 [44] 。雏叶龙胆酮(Bellidifolin)能够抑制NLRP3/ASC/Caspase-1复合物的形成，从而阻碍焦亡相关蛋白(GSDMD-N)穿梭和由此产生的ROS生成，防止人脑血管周细胞(HBVPs)焦亡，为治疗中风提供新思路 [45] 。熊果酸(UV)还可以抑制慢性前列腺炎小鼠模型和焦亡细胞模型中的IL-1β、IL-18水平，通过调节NLRP3炎症小体介导的Caspase-1/GSDMD途径来减轻慢性前列腺炎 [46] 。

Table 1. Anti-inflammatory mechanisms of plant-derived compounds from Gentianaceae

表1. 龙胆科植物来源的化合物的抗炎机制

3. 结论与展望

龙胆科植物来源的化合物是一类具有多种生物活性的天然产物，其中许多化合物已经在体外和动物模型上被证实具有显著的抗炎作用，可以通过多种途径调节炎症反应和免疫应答。然而，龙胆科植物来源的化合物抗炎作用的分子机制还不完全清楚，尚需要深入研究其与各种炎症相关通路及靶点的相互作用和调控机制，以及其在不同的细胞类型和组织器官中的差异性和特异性。此外，龙胆科植物来源的化合物抗炎作用的新兴机制还有待发现，需要更多的创新性和前沿性研究来探索其可能涉及到的新兴的信号通路或者信号分子。综上所述，龙胆科植物来源的化合物在抗炎与免疫方具有极大的药用价值，值得一步深入地开发和利用。

基金项目

国家自然科学基金项目(82260727)；云南省科技厅–昆明医科大学应用基础研究联合专项重点项目(202101AY070001-010；昆明医科大学抗炎与免疫调节药物研究科技创新团队(CXTD2022003)。

NOTES

^*通讯作者。