蒽醌類化合物用于潰瘍性結腸炎治療的研究進展

廖伊琦, 康玥(綜述), 余祥彬, 余越(審校)

根據病變累及的解剖范圍,潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis, UC)通?？煞譃橹蹦c炎、左半結腸炎(即乙狀結腸或不累及降結腸)以及全結腸炎,少數患者還會累及回腸。UC的病因尚不明確,可能與免疫功能障礙、遺傳易感性和微生物失衡有關。臨床治療中,常使用美沙拉嗪制劑、皮質類固醇和免疫抑制劑等藥物來控制炎癥反應,從而緩解癥狀,促進結腸黏膜愈合。近年來,具有新靶點的生物制劑不斷進入臨床試驗,可通過減輕炎癥反應及修復腸黏膜達到治療目的[1]。然而,仍有部分患者出現藥物無應答或停藥后復發[2]。近年來,有關UC治療藥物的研究不斷取得進展,針對其他單體成分和中藥的研究發現,蒽醌類化合物可在UC的治療中發揮良好的抗炎作用,現進行綜述如下。

1 醌類化合物

醌類化合物可以分為苯醌(具有對苯醌和鄰苯醌2種結構)、萘醌、菲醌和蒽醌4種類型(圖1),其中蒽醌類化合物是天然醌類化合物中數量最多、最重要的一類化合物,分布于蓼科、豆科、玄參科及百合科等植物中(如大黃、蘆薈、虎杖和番瀉葉等)。在天然蒽醌類化合物中,9,10-蒽醌最為常見[3]。蒽醌類化合物在植物中可游離存在,也可與糖結合成苷。游離的蒽醌類化合物極性較小,微溶或不溶于水,但成苷后極性增大[3]。

圖1 常見醌類化合物的結構式

2 蒽醌單體化合物治療UC的研究

蒽醌單體化合物主要有大黃素(Emodin, Emo)、大黃酸(Rhein, Rh)、大黃酚(Chrysophanol, Chr)、蘆薈大黃素和大黃素甲醚等,在抗腫瘤、抗炎及抗菌等方面均有相關研究報道[3]。有關蒽醌單體化合物治療UC的研究主要涉及抑制炎癥通路、抑制促炎因子釋放和調節腸道微生物等方面。

2.1 蒽醌類化合物治療UC與結腸黑變病(melanosis coli, MC)的關系 MC的本質是含有脂褐素樣物質積聚在結腸黏膜固有層內的巨噬細胞中,導致結腸黏膜著色[4]。近年來,隨著人們對用藥的關注度增加,蒽醌類化合物導致MC的情況逐漸被重視?！昂谧儭迸c病變的聯系一直是人們關注的問題之一。目前研究認為：(1)蒽醌類中藥需要大劑量使用或正常劑量長期使用才會引發MC[5],而通常蒽醌類藥物用于治療UC時療程短、劑量小,并不一定能達到引起MC的程度;(2)MC本身是一種代謝性、非炎癥性的良性結腸黏膜色素沉著性疾病,目前尚無MC引發結直腸癌的直接證據[6]。因此使用蒽醌類化合物治療UC仍可能是安全的。

2.2 Emo Emo的化學名為1,3,8-三羥基-6-甲基蒽醌(結構式見圖2),具有多種藥理活性,包括抗腫瘤、抗炎、抗氧化、抗感染、免疫抑制和促進成骨活性等[7-8]。Emo對多種疾病具有潛在的治療作用,包括心肌梗死、動脈粥樣硬化、糖尿病等[9-12]。

圖2 大黃素的結構式

2.2.1 Emo治療UC的潛在機制 GAO等[13]的實驗證實,Emo可通過增加腸道有益微生物的豐度和抑制有害細菌的豐度,減輕大腸埃希菌(Escherichiacoli,E.coli)引起的腸道損傷,改善腸黏膜的

屏障功能。另外,膿毒癥作為一種由細菌等病原微生物侵入機體引起的全身炎癥反應綜合征,可能通過引發腸道菌群紊亂參與UC的發病。張瑞[14]指出,Emo可在一定程度重新平衡膿毒癥導致的腸道菌群紊亂,降低變形桿菌(Proteobacteria)的豐度,重新平衡早期膿毒癥小鼠的腸道菌群構成比例,減少致病菌數量,減少促炎因子釋放,從而緩解小鼠的UC癥狀。LUO等[15]發現,UC小鼠給予Emo灌胃后,結腸組織中表達增加的TLR5和NF-κB p65可被抑制,提示Emo對結腸炎的治療作用與調節TLR5信號通路有關。

此外,XU等[16]的研究結果表明,小劑量黃芩苷與Emo合用,對葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium,DSS)誘導的小鼠UC癥狀有明顯的緩解作用,可緩解小鼠體質量減輕、抑制結腸縮短、降低疾病活動指數和減輕腸道損傷。黃芩苷可降低CD14的表達[17],Emo可增加PPAR-γ的表達,兩者均可抑制NF-κB的活性,在UC小鼠中表現出聯合抗炎作用,降低UC小鼠結腸中CD14/TLR4/NF-κB通路蛋白的表達,同時增加PPAR-γ蛋白的表達。

2.2.2 Emo制劑治療UC 雖然目前已有部分Emo治療UC的研究報道,但Emo在水中的溶解性極低,給臨床用藥增加了難度。PU等[18]將乳鐵蛋白(lactoferrin, LF)包裹Emo的納米粒(Emo-NPs)負載到β-1,3-D-葡聚糖微載體酵母細胞壁微粒子(β-1,3-D-glucan based microcarrier, yeast cell wall microparticles, YPS)中,形成一種具有雙靶向層的納米微米系統(Emo-Nyps),用于結腸的靶向治療。外層靶向策略：YPS與巨噬細胞上的β-葡聚糖-Dectin-1受體結合,促進Emo-Nyps靶向富含巨噬細胞的炎癥部位,從而增強Emo的抗炎作用。YPS還具有保護Emo-Nyps在胃環境中的穩定性和控制結腸周圍負載的Emo-NPs釋放的能力。內層靶向策略：以負載LF配體的Emo-NPs靶向腸上皮細胞表面的LF靶點,增加細胞對Emo-NPs的攝取效率,增強黏膜的修復效果。研究提示,口服結腸靶向Emo-Nyps制劑可能是一種新型有效的治療UC的藥物遞送方法。

2.3 Rh Rh的化學名為1,8-二羥基-3-羧基蒽醌(結構式見圖3),是一種常見的蒽醌類化合物,具有多種藥理活性,如抗炎、抗腫瘤、抗纖維化和調節血脂等[19]。

圖3 大黃酸的結構式

2.3.1 Rh治療UC的潛在機制 WU等[20]研究發現,Rh能明顯減輕DSS誘導的UC,一定程度上恢復腸屏障功能。該實驗采用16s rRNA基因測序手段,評估糞便菌群移植(fecal microbiota transplantation, FMT)對腸道菌群的作用,發現Rh并不能直接降低尿酸濃度,但可通過提高小鼠腸道中的乳酸菌屬(Lactobacillus)的水平,間接改變嘌呤代謝,降低尿酸水平,以及降低腸內高尿酸相關的腸屏障通透性,從而達到治療UC的目的。羅爽等[21]的研究認為,Rh可通過降低炎癥因子的數量來緩解與治療UC。ERRIDGE等[22]發現,UC小鼠的結腸組織中TLR5的表達增加,經Rh治療后下降;結腸組織中NF-κB p65的表達也呈下降趨勢。這表明Rh能夠通過抑制TLR5/NF-κB信號通路,減少炎癥因子產生,降低淋巴細胞浸潤,從而緩解炎癥。

此外,增加巨噬細胞的M2表型可能是控制腸道炎癥的一種新方法[23]。Rh可上調CD206、Arg1、IL-10和Chil3的表達,從而引導巨噬細胞向M2表型轉變。ZHOU等[24]發現,Rh在體內外均可阻止巨噬細胞IL-1β的成熟和分泌,減輕DSS引起的炎癥細胞浸潤。Rh還可通過阻止巨噬細胞向結腸擴散、促進巨噬細胞從M1亞群向M2亞群的分化、阻斷結腸巨噬細胞中NLRP3炎癥小體的激活,從而減輕巨噬細胞和腸道之間的炎癥串擾。此外,DONG等[25]發現,Rh可通過抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路中炎癥因子的表達和調節腸道菌群平衡2種手段共同發揮抗炎作用。

2.3.2 Rh制劑治療UC Rh難溶于水,LUO等[26]提出,可使用果膠鈣(calcium pectin, CP)和透明質酸(hyaluronic acid, HA)修飾的LF納米粒負載Rh形成CP/HA/Rh-NPs的雙靶向納米粒來治療UC。細胞攝取實驗證實,NPs可通過LF和HA形成具有特異性靶向的配體,并提高攝取速率。而體內實驗表明,CP/HA/Rh-NPs通過抑制TLR4/MyD88/NF-κB 信號通路,顯著減輕炎癥反應。觀察并測量小鼠結腸的X線片發現,CP/HA/Rh-NPs對DSS治療中結腸縮短有良好的抑制作用。與DSS組比較,Rh-NPs組和CP/HA/Rh-NPs組小鼠具有更完整的隱窩,表明Rh-NPs組和 CP/HA/Rh-NPs組小鼠結腸炎癥的癥狀和體征均得到改善。此外,CP/HA/Rh-NPs組小鼠脾的平均質量低于HA/Rh-NPs 組和Rh-NPs組,表明CP/HA/Rh-NPs 對UC的改善作用更大。

2.4 Chr Chr的化學名為1,8-二羥基-3-甲基蒽醌(結構式見圖4),具有抗腫瘤、神經保護、改善學習認知功能障礙、保護心肌等多種藥理作用[27]。

圖4 大黃酚的結構式

內毒素處理的腹膜巨噬細胞可高表達COX-2,進而刺激前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)過表達。KIM等[28]發現,Chr處理可顯著抑制腹膜巨噬細胞的PGE2表達,使之接近正常水平,并可抑制IκBα蛋白的降解和Rel/p65的轉位,進而抑制NF-κB 通路激活。進一步在動物體內進行研究,結果發現,DSS處理小鼠的結腸組織中NF-κB活化,IL-6和COX-2表達上調,但Chr治療后模型小鼠的癥狀減輕,結腸組織Caspase-1激活受抑制,IL-6和COX-2表達下調。綜上,離體和在體實驗均表明,Chr可通過抑制內毒素誘導的NF-κB活化、IκBα降解和Caspase-1的激活發揮對UC的抗炎作用。

LEE等[29]的體內實驗證實,Chr可通過抑制NF-κB/MAPK通路,有效降低促炎細胞因子的表達。在DSS誘導的UC動物模型中,Chr可緩解結腸組織的炎癥反應,通過調節Th1/Th17細胞的活性來降低效應細胞因子的mRNA水平,并可通過下調CD40L的表達來調節T細胞激活。該研究首次報道了Chr對HT-29細胞和UC模型腸道炎癥的調節作用,使用Chr預處理HT-29細胞,可有效抑制NF-κB通路刺激后炎癥因子NF-κB、IL-8、IL-1β和IL-6的表達。

3 傳統中醫藥中的蒽醌類化合物在UC治療中的應用

3.1 傳統中醫藥與蒽醌類化合物的關系 中醫古籍雖無“潰瘍性結腸炎”病名的記載,但歷代中醫藥學者根據其臨床表現和發病特點將其歸屬于“痢疾”或“滯下”等范疇。扁鵲《難經·五十七難》中記載：“大瘕泄者,里急后重……”[30]?！按箴埂钡牡湫桶Y狀為“里急后重”,與臨床上UC所表現的癥狀極為相似。中藥治療從中藥活性成分、單味中藥提取物、中藥經典名方及中成藥聯用化藥等多方面入手治療UC[31],甘草、白術、黃連和茜草等富含蒽醌類成分的中藥使用頻次較高[32]。

3.2 中草藥 蘆薈是一種多年生常綠多肉質草本植物,屬于百合科蘆薈屬。常見藥用品種為庫拉索蘆薈(AloebarbadensisMiller, Aloe)[33],其主要活性成分蘆薈苷是一種單體蒽醌類化合物。蘆薈苷在生物機體內代謝為Emo、蘆薈Emo和Rh等,從而發揮藥理學作用。過去人們常將Aloe用作瀉藥或美容保健品,近年研究發現,Aloe對緩解UC癥狀也有一定效果[34-35]。

WANG等[36]的研究發現,低劑量(18 mg/kg)Aloe灌胃給藥可顯著增加UC大鼠結腸黏液層的厚度,提示Aloe在維持黏液屏障功能中起關鍵作用。此外,Aloe可緩解DSS誘導的UC,并上調黏蛋白MUC2和MUC5AC的表達。研究發現,Aloe可能通過抑制PI3K/AKT通路并激活PKC/ERK 通路發揮抗炎作用。有趣的是,與低劑量相比,高劑量的Aloe(72 mg/kg)并未表現出更好地緩解UC的效果,這可能與高劑量Aloe反而會抑制PGE2的合成、引起腹瀉等不良反應有關。此外,WANG等[36]在小鼠實驗模型中發現,Aloe還可顯著增強IL-10的表達,以抑制過度的炎癥反應,從而發揮對結腸的保護作用。

PARK等[37]發現,經口攝入Aloe成分可改善DSS誘導UC大鼠的腸道炎癥反應,其血漿LTB4和TNF-α濃度均顯著降低。Aloe、蘆薈苷或蘆薈凝膠灌胃的大鼠結腸黏膜中,TNF-α和IL-1β的表達均顯著降低。

Aloe的主要成分蘆薈苷單體也被證明具有治療UC的潛力,能顯著逆轉UC所致的體質量減輕和結腸損傷,有效提高結腸組織中IL-4和IL-10 mRNA的表達,降低IFN-γ、IL-6、IL-1β和TNF-α的表達[38]。此外,蘆薈苷還可顯著增強UC的閉鎖小帶蛋白-1(zonula occluden-1, ZO-1)、咬合蛋白(occludin)及E-鈣黏蛋白(E-cadherin)的表達水平,并通過激活AMPK信號通路來抑制UC增強的MLCK信號通路,抑制炎癥因子表達,從而恢復上皮屏障功能。

3.3 中藥制劑 致康膠囊(Zhikang capsules,ZKC)(國藥準字Z20025043;規格：0.3 g×24粒;西安千禾藥業有限責任公司)由大黃、黃連、三七和茜草等14味中藥組成,其中含有多種蒽醌類成分。FEI等[39]在DSS誘導的UC動物模型中使用ZKC,發現NF-κB、IFN-γ、IL-1β和IL-12等主要致炎細胞因子的表達受抑制,且抗炎介質生成通路激活。以往研究發現,ICAM-1的表達降低可顯著降低腸道炎癥反應,提示ICAM-1的促炎作用[40-41]。實驗結果顯示,DSS模型小鼠中ICAM-1表達水平上升,但在使用ZKC后下降。ZKC還可明顯抑制TLR4、MyD88、TRAF6和NF-κB的產生。以上結果均提示ZKC在UC動物模型中具有抗炎作用。

3.4 中藥方劑 黃芩湯出自張仲景的《傷寒論》,由黃芩、芍藥、甘草和大棗4味中藥組成,富含蒽醌類成分[42]。黃芩湯用于UC治療可能與保護腸黏膜屏障、抑制炎癥反應、促進線粒體自噬、抑制氧化應激、調控腸道菌群及基因表達、抑制細胞增殖和促進細胞凋亡等多種機制相關。徐航宇等[43]通過16s rRNA基因測序分析發現,黃芩湯能夠有效恢復UC大鼠腸道的乳酸桿菌屬和理研菌屬(Rikenella)等失衡菌群的豐度。劉濱等[44]的研究表明,黃芩湯可抑制促炎因子IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ和IL-17A 的表達,提高抗炎因子IL-4、IL-10和 TGF-β的表達。此外,黃芩湯可能通過調節經典的細胞焦亡途徑,降低結腸組織中NLRP3和Caspase-1的表達,減少血清IL-6、IL-1β和TNF-α表達,增加 IL-10 表達,從而減輕UC小鼠腸道黏膜炎癥浸潤[45]。

綜上所述,蒽醌類化合物廣泛存在于植物中,來源廣、易提取,具有獨特的化學結構和生物活性,其調節炎癥通路以及維持腸道菌群穩態的作用在胃腸道炎癥性疾病(尤其是UC)的治療中受到越來越多的關注,特別是以天然植物入藥、基于整體觀念進行個體化辨證施治的中醫藥方法治療UC,患者接受度高。然而,目前蒽醌類化合物的使用仍存在許多局限性,包括其相對較低的溶解度和生物利用度,以及活性成分在細胞信號通路中的潛在機制和因果關系的相關研究不夠明確等。未來可以把蒽醌作為母核,進一步進行結構修飾,尋找毒性低、療效好的衍生物。此外,藥劑學的手段也是一種解決思路,利用合理的藥用輔料,通過系列劑型改造修飾形成新型遞藥系統,提高藥物生物利用度,以減少甚至消除其不利因素。