异甘草素的药理作用研究
2010年8月25日 17:03 作者:lunwenchina摘要】 异甘草素（isoliquiritigenin）为甘草中异黄酮类化合物，近年来其广泛药理活性备受关注。文章对异甘草素国内外药理活性研究文献进行了综述。异甘草素有抗肿瘤、抗氧化、抗炎等作用，并能扩张动脉，对心脏和脑有保护作用。
【关键词】 异甘草素 药理作用 异黄酮 甘草
Abstract：Isoliquiritigenin, an isoflavone extracted from the traditional Chinese herb, Glycyrrhiza uralensis Fisch, has extensive pharmacological activities. This article reviewed the pharmacological studies of isoliquiritigenin focused on its potent anti-tumor effects, anti-oxidative effects, anti-allergic effects, and the heart and brain protective effects, and so on.
Key words：Isoliquiritigenin; Pharmacological activity; Isoflavone; Glycyrrhiza uralensis fisch
甘草Glycyrrhiza uralensis Fisch.为多年生草本豆科植物，生于向阳干燥的钙质草原、河岸砂质土等地，主产于内蒙古、新疆、甘肃等省，新疆地区目前发现的野生甘草品种有9个，占全球22种的41%，新疆甘草资源供给量占到了全国的70%以上，是我国野生甘草种类最多、蕴藏量最丰富的地区之一［1］。甘草以根和根茎入药，秋季采挖，除去茎基、枝叉、须根等，截成适当长短的段，晒至半干，打成小捆，再晒至全干，也有切成片的，亦有将外面栓皮削去者，称为“粉草”。《中国药典》Ⅰ部2005年版还收录了光果甘草Glycyrrhiza glabra L.和膨果甘草Glycyrrhiza inflata Bat.，新疆均有分布。甘草的根和根茎含三萜皂苷，如甘草酸，即甘草甜素，是甘草次酸的二葡萄糖醛酸苷，为甘草的甜味成分。从甘草根的水解产物中分离出18α-甘草次酸；还分离出多种黄酮成分，其中有甘草素（即4、5-二羟基双氢黄酮）、异甘草素（2、2、4-三羟基查耳酮），甘草苷（即甘草素4-β-葡萄糖苷）、新甘草苷（即甘草素-7-β-葡萄糖苷）、新异甘草苷（即异甘草素-4-β-葡萄糖苷），还有甘草查尔酮A和甘草查尔酮B。
异甘草素（isoliquiritigenin）是一种异黄酮类化合物（结构式如图1），为黄色针状结晶, 难溶于水, 溶于极性小的溶剂, 如乙醚、氯仿等；存在于豆科植物甘草［2］的根，鹰嘴豆Cicer arietinum L.的幼苗、豆芽，红芪Radix Hedysari［3］，黄芪Radix Astragali［3］、滇黄精Polygonatum kingianum的根［4］，串果藤Sinofranchetia chinensis［5］、香殊兰Crinum bulbispermum的球茎［6］等。这使工业化提取、药理实验、毒性实验、临床研究以及利用异甘草素研制新药成为可能。
已有研究表明异甘草素具有较为广泛的药理活性。为进一步开发利用异甘草素，本文结合国内外最新研究，综述了其各方面药理作用。1 抗肿瘤作用
1.1 对诱癌剂和促癌剂的抑制作用据报道，异甘草素可以抑制致癌剂的致癌作用，其中12-O-十四烷酰佛波醋酸酯-13 (TPA) 、7-溴甲苯-a-蒽 (BrMBA)、氧化偶氮甲烷(azoxymethane)、金属镉等都可诱发肿瘤的发生。Baba M等［7］用氧化偶氮甲烷诱导小鼠变异结肠腺窝病灶模型，也证明了异甘草素可能是一种潜在的结肠癌的化学预防剂。Kim SC等［8］报道异甘草素通过抑制Bad易位于线粒体，降低线粒体内Bal(xl)和细胞色素C的表达，减少多聚(ADP-核糖)聚合酶的清除，来实现其对镉（Cd）诱导细胞凋亡的保护作用。Chin YW等［2］研究发现在给药300mg/kg 异甘草素，可降低二甲肼（1,2-dimethylhydrazine）诱导的小鼠结肠和肺癌的发病率。
1.2 对癌细胞的抗增殖和诱导凋亡作用细胞凋亡（apoptosis）又称程序性细胞死亡（programmed cell death），是一种主动性的细胞自杀行为。正常情况下，细胞的增殖与凋亡保持着一种平衡关系，一旦这种平衡关系遭到破坏，就可能导致肿瘤发生，利用药物诱导肿瘤细胞凋亡也是近年来肿瘤学研究的热点。Iwashita K等［9］采用Hoechst 33258染色法和琼脂凝胶电泳法，观察到细胞凋亡的典型现象：核浓集和核DNA的断裂，证实了异甘草素可诱导小鼠黑色素瘤细胞系4A5细胞的凋亡，其作用机制是阻止葡萄糖的跨膜转运和促进Bax的表达。Ma J等［10］发现异甘草素可使钙浓度增高和线粒体膜电位降低，诱导胃癌MGC-803细胞的凋亡。
细胞周期与肿瘤细胞的生长、增殖分化等有密切关系。Kanazawa M等［11］报道前列腺癌细胞系DU145和LNCaP细胞和异甘草素共培养，细胞周期停滞在S和G2/M期，Western Blot研究发现GADD153 mRNA 和细胞周期阻滞相关的蛋白的表达增加。Ii T等［12］经流式细胞计数技术测定异甘草素使人肺癌细胞A549细胞周期停滞在G2/M期，CDNA微阵列技术和RT-PCR技术测定P21 (CIP1/WAF1)的表达水平增加，P21是一种周期素依赖性激酶抑制剂。Maggiolini M等［13］发现异甘草素不仅有抗肿瘤活性，还可以通过雌激素受体α依赖性的促进乳腺癌的生长，为进一步揭示这一矛盾的现象，研究者采用对激素敏感性的人乳腺癌细胞MCF-7和不依赖甾类的Hela细胞作为研究对象，研究发现异甘草素的抗增殖作用有双向性：在低中浓度下，其有转录活性，可刺激MCF-7细胞的增殖；然而，高浓度的异甘草素有细胞毒性，即使对甾体激素受体不敏感的Hela细胞，其作用也很明显，而这与异甘草素下调雌激素受体α蛋白的表达和上调pS2mRNA的含量是密切相关的。
P53蛋白具有广泛的肿瘤抑制作用，如可使细胞滞留于G1、G2期，促使DNA损伤后的修复等。Hsu YL等［14］发现异甘草素是通过P53基因和Fas/FasL细胞凋亡系统来实现对肺癌细胞A549的增殖的；随后的实验发现，10.51 μg/ml的异甘草素可激活caspase导致人肝癌细胞的凋亡，其机制是通过增量调节IκB-α在细胞质的表达，减少IκB-α在细胞核中的水平，同时抑制Bcl-XL和c-IAP1/2蛋白的表达［15］；进一步研究发现异甘草素还可增量调节P53，p21/WAF1，Fas/APO-1 受体，Fas ligand, Bax和NOXA，且当P53功能减弱时，p21/WAF1, Fas/APO-1 受体，Fas ligand, Bax和NOXA生成量相应减少，P53活性被阻滞时，肝癌细胞对异甘草素有很强的耐药性［16］。变异结肠腺窝病灶(ACF)是目前结直肠癌发生过程中可在光镜下观察到的最小最早期的大肠黏膜病变，ACF存在组织病理学、分子遗传学、生物化学及免疫组织化学方面的改变,现在普遍认为ACF是癌前病变，在临床及抗肿瘤药物筛选等方面具有重要意义。Takahashi T等［17］研究发现异甘草素可降低COX-2的表达来减少PGE2的生成量，诱导产生一氧化氮合酶来减少NO的生成量，抑制小鼠和人结肠癌细胞的增殖，诱导其凋亡。此外，在F344大鼠结肠体内实验中，可抑制肿瘤前的变异结肠腺窝病灶的生长。
Chowdhury SA等［18］研究了11种化合物对人4种肿瘤细胞（鳞状细胞癌HSC-2, HSC-3，下颌腺癌细胞HSG，前髓细胞性白血病细胞HL-60）的肿瘤细胞特异性毒性和对3种正常口腔细胞的细胞毒性，异甘草素对肿瘤细胞有很大的细胞毒性（和正常细胞相比），其中对HSC-2、HL-60的细胞毒性较强。
Smac/DIABLO是一种新近发现的线粒体膜间蛋白,与细胞色素C一样也是caspase的线粒体激活因子。在细胞凋亡中，Smac/DIABLO通过解除凋亡抑制蛋白(IAPs)对caspase-3、7和9的抑制作用而发挥促凋亡作用。在肿瘤细胞凋亡中，Smac/DIABLO可以通过其N或C末端促进肿瘤细胞凋亡、增强肿瘤免疫及影响肿瘤细胞周期等机制抗肿瘤，这决定其在肿瘤治疗中具有较好的应用前景。Jung JI等［19］研究发现异甘草素可扰乱线粒体膜的电势，释放细胞色素C和Smac/DIABLO，同时激活caspase-9等，来诱导前列腺癌细胞DU145的凋亡。ErbB3属于酪氨酸激酶受体，可以传递表皮生长因子家族的信号，Jung JI等［20］经研免疫沉淀法和免疫蛋白印迹法证实异甘草素可抑制HRG-β诱导ErbB3的酪氨酸磷酸化，以及磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)基因调节亚单位对ErbB3的补充和Akt磷酸化，抑制ErbB3信号和PI3K/Akt信号转导通路来抑制前列腺癌细胞的增殖。1.3 诱导肿瘤逆转作用我们课题组最近对异甘草素诱导HL-60细胞向单核细胞分化进行了研究，发现浓度低于10 μg/ml时，异甘草素虽明显抑制肿瘤细胞增殖，但并未杀死肿瘤细胞，经异甘草素处理72 h后，HL-60细胞胞核变小，核浆比例缩小，出现肾形核，染色质致密变粗，核仁减少或消失；细胞膜单核细胞标志抗原CD11b和CD14的表达增加；TPA诱导的NBT还原能力增强；表明HL-60细胞向成熟粒系分化［21］。说明异甘草素具有逆转肿瘤细胞恶性表型，使肿瘤细胞重新分化为正常细胞的能力。
2 抗氧化作用
孔令东等［22］研究发现，木通科植物串果藤S inofranchetia chinensis茎的甲醇提取物在体外能控制黄嘌呤氧化酶的活性，以生物测定为导向进一步分离纯化得到的甘草素和异甘草素，是其主要的黄嘌呤氧化酶抑制剂。异甘草素的IC50为55.8 mmol/L，对酶的抑制作用类型均属于混合型，异甘草素的Ki和KI分别为17.4 mmol/L 和81.9mmol/L。章道华等［23］以CCl4诱导大鼠急性肝损伤模型，酶学测定各组大鼠血清谷丙转氨酶、谷草转氨酶和超氧化物歧化酶活性，以及肝组织丙二醛、谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶含量，发现异甘草素对大鼠化学性肝损伤具有显著的保护作用，其机制与清除肝组织中的自由基和抗脂质过氧化等作用有关。Chin YW 等［24］利用过(氧化)亚硝酸盐抗氧化实验验证了异甘草素有很强的抗氧化活性。笔者［21］在研究异甘草素诱导HL-60细胞分化的过程中，发现异甘草素可以显著抑制HL-60细胞内活性氧的生成，而这与异甘草素诱导HL-60细胞逆转活性是一致的，提示细胞内活性氧的变化可能是导致细胞分化的一个重要原因，有待进一步的研究证实。
3 抗炎作用
异甘草素是一种醛糖还原酶抑制剂，异甘草素通过抑制环氧合酶、脂氧合酶、过氧化物酶的活性，来抗血小板凝集，起到抗炎作用。细胞表面的细胞间粘附分子（ICAM-1）和血管细胞粘附分子（VCAM-1）在免疫调节和抗炎反应中，起着重要的作用，而异甘草素可降低ICAM-1 和VCAM-1的表达，起到抗炎的作用，其活性部位可能在于4-OH、苯环与相邻共轭酮基的共面性［25］。Kumar S［26］和Kwon HM等［27］深入地研究了异甘草素的抗炎机制：①异甘草素通过阻断ICAM-1 、VCAM-1、和E-selectin(选择蛋白)的表达，来抑制TNF-a诱导的中性粒细胞对内皮细胞层的粘附；②异甘草素通过阻止IκB的磷酸化和降解，来抑制NF-κB的易位和激活；③活性氧的氧化应激可调节NF-κB的激活，来调节TNF-α信号转导的级联反应，异甘草素可抑制TNF-α诱导内皮细胞中活性氧的生成，达到抗炎作用。4 对心血管和气管的作用
冯斯婷等［28］研究了异甘草素对豚鼠心室肌细胞L型钙电流的影响，发现在0.1～100 μmol/L范围内异甘草素呈浓度及频率依赖性地抑制心肌细胞L型钙电流(ICa-L)传导，其阻滞效应是通过与Ca-L通道的激活、失活和恢复动力学有关的不同位点发生作用减慢通道的激活、加快其失活，并且延长其失活后恢复的时间。异甘草素还具有频率依赖性阻滞，这一点可用它对通道的激活和失活态的亲和力解释，当刺激频率越大时，单位时间内通道被激活和失活的次数越多、钳制脉冲间的静止期越短，药物与通道受体作用位点结合的几率增加，从而使通道恢复到静息态的量减少,因此作用于激活态或失活态的药物随刺激频率加快与通道结合率上升，阻滞作用加强。这可能是异甘草素只对快速型心律失常有效的机制之一。Wegener JW等［29］研究发现异甘草素抑制了心肌细胞内磷酸二酯酶的活性，导致心肌收缩力、L-型钙电流和细胞内钙浓度增加。An W等［30］报道了异甘草素可减轻缺血-再灌注对心脏的损伤，可显著减轻再灌注导致的心率失常和心肌梗塞的面积，其机制是通过激活JAK2/STAT3诱导金属硫蛋白表达量的增加。
刘斌等［31］研究表明异甘草素可能通过非竞争性钙拮抗作用松弛豚鼠气管平滑肌。异甘草素能明显抑制高钾去极化引起的气管条收缩，说明异甘草素对经膜上电压依赖性钙通道内流的钙离子可能有抑制作用。Zhan C等［32］研究发现异甘草素对大鼠的大脑中动脉暂时阻塞诱导的局灶性缺血有保护作用，当大脑局部缺血时，新陈代谢产生的能量减少，同时产生过量的活性氧，从而导致大脑的损伤，而异甘草素可以维持Na+-K+-ATP酶活性，改善新陈代谢，与其抗氧化能力有关。
5 小结和展望
近年来，随着分子生物学技术的高速发展和日臻完善， 异甘草素的药理研究将越来越深入，异甘草素作用的分子靶位有望被最终确定，可为传统中药甘草的临床应用提供理论依据，同时异甘草素也有望被开发成临床用药，但野生甘草资源的日益枯竭使得异甘草素的大规模开发困难重重，应当大力开展甘草的人工种植以及异甘草素的人工合成研究，以保证其充足的原料供应。
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