姜黃素對鎘染毒大鼠肝臟功能的保護作用

謝丹娜，張宏龍，嚴 俊,2,3，李 汛,2,3

1.蘭州大學第一臨床醫學院（蘭州730000）；2.蘭州大學第一醫院普外科（蘭州730000）；3.甘肅省生物治療與再生醫學重點實驗室（蘭州 730000）

鎘（Cadmium，Cd）是一種有毒重金屬。由于人類活動及工業廢棄物的增加，環境中的鎘污染也隨之增加[1-3]。肝臟是鎘中毒的主要靶器官之一，鎘中毒導致的肝損傷主要表現為肝硬化、肝纖維化等，若不及時治療，可能會發展為肝癌[4-6]。鎘暴露嚴重威脅人體健康，鎘中毒的防治也就成為了熱門課題。鎘與螯合劑結合可減輕其毒性，是目前廣泛使用的治療方法[7-8]。然而，由于螯合劑本身存在毒副作用，因此探索安全有效的藥物以減輕鎘毒性是十分必要的。研究發現，植物中含有許多對人體健康有益的天然成分，且具有較高安全性[9-10]。姜黃是一種藥用價值明確的天然植物，已有4 000 多年的歷史，是姜黃素（curcumin）的主要來源。姜黃素是一種天然多酚類化合物，主要從姜黃屬植物的根莖中提取，化學式為C21H20O6[11]?，F有研究發現姜黃素具有多種藥理活性，可在人體內引起廣泛的生物學作用，如抗炎、抗氧化、調脂、抗血栓、免疫調節、保肝、抗糖尿病、抗腫瘤和神經保護等[12-14]。近年來，姜黃素在治療肝病方面表現出良好的治療潛力和較少的副作用。越來越多的證據表明，姜黃素可通過減少炎癥和氧化應激，減輕肝臟缺血再灌注損傷、酒精性肝損傷、藥物性肝損傷等各種原因造成的肝損傷[15-20]。

本研究通過構建慢性鎘暴露動物模型，探究姜黃素對鎘染毒大鼠肝臟功能的保護作用，以期為姜黃素治療鎘致肝損傷提供基礎理論依據。

1 實驗與方法

1.1 動物、材料與試劑

實驗用SPF 級雄性SD 大鼠64 只（體重約130～150 g），購自蘭州獸醫研究所。本研究采用的動物實驗方案經蘭州大學第一醫院動物倫理委員會評審通過（倫理代碼：LDYYYLL2015-0027）。氯化鎘（CdCl2）及姜黃素（curumin）均購自美國Sigma公司。黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XOD）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）等檢測試劑盒均購自南京建成生物工程研究所。

1.2 主要儀器及檢測指標

使用全自動生化分析儀（美國Beckman公司）檢測天冬氨酸氨基轉移酶（aspartate aminotransferase，AST）、丙氨酸氨基轉移酶（alanine aminotransferase，ALT）、白蛋白（albumin，ALB）、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、膽堿酯酶（cholinesterase，CHE）、總膽汁酸（total bile acid，TBA）、甘油三酯（triglyceride，TG）和總膽固醇（total cholesterol，T-CHO）以評估肝功能及血脂變化。使用酶標儀（美國Thermo）檢測黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XOD）、丙 二 醛（malondialdehyde，MDA）及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）水平。

1.3 方法

1.3.1 動物分組與造模 64只大鼠隨機分成8組，分別是對照組（生理鹽水，NS）、不同劑量的染鎘組（Ⅰ-Ⅴ組：1.25、2.5、5、10、20 mg·kg-1·d-1）、姜黃素組（curcumin 200 mg·kg-1·d-1）、鎘+姜黃素組（Cd 5 mg·kg-1·d-1+curcumin 200 mg·kg-1·d-1），按照相應的干預方式連續灌胃90 d 后處死大鼠。期間觀察大鼠的行為表現，并記錄體重。造模流程圖如圖1所示。

圖1 大鼠造模流程圖Figure 1 Flow chart of rat modeling

1.3.2 檢測方法 造模完成后處死大鼠，收集大鼠肝組織及血液，計算肝指數（肝重/體重×100%）；采用全自動生化分析儀檢測肝功能及血脂相關指標；根據試劑盒說明書制備肝組織勻漿，并測定肝組織中氧化損傷相關指標的水平。

1.4 統計學分析

采用SPSS 20.0軟件進行分析，實驗數據以平均值±標準差（）表示，組間差異（兩組）比較采用t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA），P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 鎘對大鼠肝指數的影響

造模前，各組大鼠精神狀態良好，活動能力及進食量正常，毛發有光澤。造模后，與對照組相比，染鎘組大鼠精神狀態欠佳、煩躁易激惹、食欲減退、活動減少、毛發灰暗；與對照組相比，染鎘Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組大鼠肝指數增高，且染鎘Ⅴ組大鼠肝指數最高，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 鎘染毒大鼠肝指數分析Table 1 Analysis of liver index in rats exposed to cadmium

2.2 鎘對大鼠肝功能的影響

與對照組相比，染鎘I、II 組及姜黃素組大鼠的血清肝功能指標差異均無統計學意義（P ＞0.05），而染鎘III 組大鼠的血清ALT 較對照組明顯升高，差異有統計學意義（P ＜0.05），提示染鎘III 組大鼠出現肝功能異常。因此，選取染鎘III 組用于研究姜黃素的保護作用。此外，與對照組相比，染鎘Ⅳ、Ⅴ組大鼠血清ALT、ALP和TBA均明顯增高，AST/ALT降低，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 鎘染毒大鼠肝功能分析Table 2 Analysis of liver function in rats exposed to cadmium

2.3 鎘對大鼠血脂及氧化損傷相關指標的影響

與對照組相比，染鎘I、II 組及姜黃素組大鼠血脂及肝組織氧化損傷相關指標差異均無統計學意義（P ＞0.05）。與對照組相比，染鎘Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組大鼠血清TG水平增加；染鎘Ⅳ組大鼠血清T-CHO 水平增加，差異均具有統計學意義（P ＜0.05）；與對照組相比，染鎘Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組大鼠肝組織中XOD活力及MDA含量增加，SOD活力降低，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 鎘染毒大鼠血脂及肝組織氧化損傷相關指標分析Table 3 Analysis of blood lipids and indexes of oxidative damage of rats exposed to cadmium

2.4 姜黃素對鎘染毒大鼠肝指數及肝功能的影響

與染鎘組相比，鎘+姜黃素組大鼠的精神狀態、食欲、活動能力、毛發情況均有所改善；鎘+姜黃素組大鼠肝指數降低，差異有統計學意義（P＜0.05），圖2A。

圖2 姜黃素對鎘染毒大鼠肝指數、肝功能、血脂及氧化損傷相關指標的影響Figure 2 Effects of curcumin on liver index，liver function，blood lipid and related indexes of oxidative damage in rats exposed to cadmium

此外，與染鎘Ⅲ組相比，鎘+姜黃素組大鼠肝功能損傷也得到了改善，血清ALT水平明顯降低，差異有統計學意義（P＜0.05），圖2B。

2.5 姜黃素對鎘染毒大鼠血脂及氧化損傷相關指標的影響

與染鎘Ⅲ組相比，鎘+姜黃素組大鼠血清TG水平降低（圖2C）；此外，鎘+姜黃素組大鼠肝組織中SOD活力增加，MDA含量降低，而XOD活力無明顯改變（圖2D-F）。

3 討論

鎘是一種廣泛存在的有毒重金屬，鎘暴露會對人體健康產生不利影響。鎘可通過消化道和呼吸道進入人體，最終在肝臟中積累，從而導致肝功能障礙和纖維化[21]。研究表明，鎘可能通過多種機制引起多種器官損傷，包括氧化應激、DNA損傷、內質網應激、凋亡和自噬，過度的應激又通過誘導細胞凋亡、細胞焦亡和鐵死亡而導致組織損傷[22-23]。鎘的毒性與其促氧化作用密切相關。因此，防治鎘中毒的有效策略是天然抗氧化劑，尤其是多酚類化合物。研究發現，天然植物中許多成分具有強大的抗氧化能力，可有效緩解肝損傷。MILTONPRABU 等[24]研究發現葡萄籽原花青素對鎘誘導的大鼠肝臟炎癥、細胞凋亡和肝線粒體毒性具有改善作用；自由基清除、金屬螯合和抗氧化潛力可能是其拮抗鎘誘導的大鼠肝臟線粒體損傷的主要原因。另有研究發現，藍莓提取物呈劑量依賴的方式恢復了鎘中毒小鼠體內的抗氧化防御系統活性，對鎘源性肝損傷具有一定的治療潛力[25]。M??Y?SKA等[22]的研究證實黑果腺肋花楸提取物可通過對肝臟中的主要大分子（如脂質、蛋白質和DNA）的氧化修飾以減輕鎘的肝毒性作用。

姜黃素是從姜黃根莖中提取的一種天然成分。在臨床研究中，姜黃素因其具有多種生物活性而備受關注，如治療關節炎、肝臟疾病、神經退行性疾病、肥胖和多種癌癥等[26]。姜黃素的這些治療活性大多與其抗氧化和抗炎作用有關。多項研究表明，姜黃素在治療肝損傷方面具有良好的應用前景可通過抑制氧化應激、炎癥和線粒體功能障礙改善肝缺血再灌注損傷、藥物性肝損傷以及酒精性肝損傷[16-18]。姜黃素對重金屬引起的肝損傷也具有保護作用，可降低砷、鉛、鉻和汞引起的肝毒性，維持肝臟抗氧化酶狀態，防止組織損傷、脂質過氧化和線粒體功能障礙[27-30]。

本研究結果顯示，姜黃素明顯減輕了鎘染毒大鼠精神狀態差、食欲減退、毛發暗淡等中毒癥狀，改善了肝臟功能。與對照組相比，染鎘Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組較對照組大鼠的血清肝功能相關指標ALT、ALP 和TBA 均明顯增高，提示鎘致肝損傷模型構建成功。而鎘+姜黃素組大鼠血清ALT 水平較染鎘Ⅲ組明顯下降，這就提示姜黃素可改善鎘誘導的肝損傷，這與PARK 等[31]的研究結果相符。研究表明，重金屬暴露可導致脂代謝紊亂[32]。鎘暴露會引發脂質水平失調，進而加速非酒精性脂肪性肝病的發生和發展[33]。本研究中，鎘+姜黃素組大鼠血清TG水平較染鎘Ⅲ組降低，說明姜黃素還可發揮調脂作用降低血脂水平。BATENI 等[34]的研究證實姜黃素補充劑明顯降低了代謝綜合征患者的血清TG 水平，可用作降血脂藥物。此外，與染鎘組相比，鎘+姜黃素組大鼠肝組織MDA 含量呈下降趨勢，SOD活力增加，提示姜黃素明顯抑制了鎘誘導的氧化應激反應，這與TUBSAKUL等[35]的研究結果一致。因此，本研究結果顯示，姜黃素可能通過發揮抗氧化及調節脂代謝作用來改善與保護鎘染毒大鼠的肝臟功能。

4 結論

本研究結果顯示，姜黃素可明顯改善鎘染毒大鼠的中毒癥狀，抑制氧化應激反應，降低血脂水平，對鎘染毒大鼠的肝臟功能起到了保護作用。姜黃素可作為治療鎘致肝損傷的一種中藥制劑，但其具體的藥理機制還有待進一步研究。