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摘要:三七总皂苷(panax notoginseng saponins,PNS)是三七的主要生理活性成分,具有免疫活性,能活化机体的免疫系统。本文主要从PNS对组成免疫系统的免疫器官与组织、免疫细胞(T细胞及亚群)、免疫分子(NF-κB及细胞黏附分子、细胞因子)以及细胞凋亡的调节作用等方面阐明PNS免疫调节作用近年的研究进展。
关键词:三七总皂苷;免疫调节;综述
中图分类号:R28文献标志码:A文章编号:1007-2349(2015)06-0096-03
中药三七,始载于《本草纲目》,为五加科(Araliaceae)植物人参三七panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen 的干燥根及根茎,又名田七、人参三七、滇三七等。是我国特有的传统珍贵中药材,主产于云南、广西及四川等地,野生或栽培。三七用于治疗疾病已有悠久的历史,性温味甘、微苦,归肝、胃经,具散瘀止血,消肿定痛的功效,可以用治外伤出血、咳血、衄血、下血、血痢等各种内外血症。三七主要成分为三七总皂苷、三七素、三七多糖类、黄酮、挥发油、氨基酸及各种微量元素等。
三七总皂苷(panax notoginseng saponins,PNS)是三七的主要活性成分,由人参皂苷Rg1、Rb1,三七皂苷R1、R2等40多种皂苷组成。PNS具有抗血栓形成、扩张血管、降血压、抑制中枢神经、抗炎、抗肿瘤、抗疲劳等药理作用[1],目前临床主要在心脑血管系统疾病及中枢神经系统疾病广泛应用[2]。同时,动物实验及临床试验提示,PNS对类风湿关节炎,慢性肾炎、IgA肾病、免疫性肝损伤、动脉粥样硬化及心肌缺血等免疫相关疾病或免疫损伤有治疗或预防作用,说明PNS还具备抗炎及免疫调节作用。现代医学研究亦表明,中药中的皂苷具免疫活性,能活化机体的免疫系统[3],且毒副作用小。对处于不同免疫状态的机体可产生不同的作用,即:对免疫功能低下者,发挥促进作用;对免疫功能过高或亢进者,发挥抑制作用。所以其免疫调节作用具有双向性,体现中药“扶正祛邪,调节平衡”的作用特点[4]。近年来,PNS的免疫调节作用已成为研究热点,PNS能抑制急性炎症引起的毛细血管通透性增高,炎性渗出及组织水肿[5];具有改善微循环,保护组织抗氧化能力,影响自由基生成等药理作用[6];可以抑制炎症介质和细胞因子,减轻由此促发的瀑布级联效应。因此,PNS能够从多水平调节机体免疫系统功能,改善免疫内环境紊乱状态。
1PNS对免疫器官的调节
江源等[7]实验表明治疗或预先使用三七皂苷Rg1均可使环磷酰胺所致免疫低下小鼠脾指数、胸腺指数明显升高,同时白细胞、外周血淋巴细胞百分率及脾细胞对刀豆蛋白(Con A)的刺激指数亦显著提高。在PNS作用于老龄大鼠的实验中[8],老龄大鼠由于衰老引起免疫器官萎缩,PNS同样可使其胸腺指数和脾指数明显增高。胸腺与脾脏为体内主要的免疫器官,胸腺和脾脏指数是反映免疫器官的发育和衡量机体免疫功能的初步指标,亦可在一定程度上反映免疫器官内淋巴细胞数量。因此可以说PNS及单体三七皂苷Rg1对机体免疫功能有一定的调节作用。
2PNS对T细胞及亚群的调节
机体维持正常的免疫功能,有赖于各种免疫细胞,特别是T细胞亚群即CD4细胞和CD8细胞之间的相互协作或相互制约,以产生适度的免疫应答,使其既能清除异物抗原,又不致损伤机体自身组织。临床试验中[9],常规治疗基础上加用三七皂苷治疗慢性肾炎,结果发现三七皂苷可以使慢性肾炎患者降低的CD4、CD58明显升高,降低CD8、CD2异常的高表达,纠正CD4/CD8比例失衡,说明三七皂苷可以使过高过低的免疫反应趋于正常,具有免疫调节活性,其机制可能是封闭CD2的活性位点,阻断CD2与CD58结合,使T细胞活化所必需的第二信号缺失,致T细胞无能。姚茹冰等[10]实验提示PNS对类风湿关节炎患者外周血环瓜氨酸肽抗原特异性T细胞体外增殖的有一定的抑制作用,从而改善类风湿关节炎患者细胞免疫调节的异常,其抑制作用与剂量可能有一定的相关性。这方面的作用在另一实验研究中也得到证实[11]:三七提取物能明显抑制Con A或是佛波醇酯(PDB)和离子霉素(Ion)诱导的小鼠淋巴细胞体外增殖作用,同时明显抑制淋巴细胞从 G0/G1期向S期和G2/M期转化,其免疫抑制机制可能与三七提取物抑制淋巴细胞DNA合成有关。
3PNS对NF-κB及细胞黏附分子的调节
核转录因子NF-κB是真核细胞转录因子Rel蛋白家族成员,活化后可调控众多细胞因子和炎症介质的基因表达,如黏附分子家族的ICAM-1、VCAM-1,前炎性细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6 等等,以调节免疫反应,参与细胞内信号传递[12],直接或间接地抑制NF-κB活化均可减少急性炎症所引起的损伤。
血管内皮细胞不仅是血液和血管壁间的屏障,更是内分泌器官和效应器官,通过合成和释放多种血管活性因子,发挥重要的调节作用。血管内皮细胞若因某一病理因素被激活即可表达多种细胞黏附分子,引发急性炎症过程。实验表明[13],血管内皮细胞黏附分子(ICAM-1)、VCAM-1的激活和表达在中性粒细胞和血管内皮细胞的黏附中有非常重要的作用。ICAM-1通过与其相应配体结合介导中性粒细胞与内皮细胞紧密黏附,进而启动系列反应,最终导致白细胞在炎性反应区域集中[14]。江小萍等[6]实验表明:PNS可有效抑制NF-κB及ICAM-1表达,显著提高细胞氧自由基的清除功能,从而减轻缺氧再给氧引起的细胞损伤。唐旭东等[15]的研究在转录水平上说明三七总皂苷能通过抑制NF-κB的活化,减少细胞黏附分子表达及中性粒细胞的黏附、浸润程度,从而抗心肌缺血再灌注损伤,保护心肌。
此外,NF-κB可诱导与免疫和炎症有关的多种基因转录,下调NF-κB的表达、还可抑制细胞因子TNF-α、IL-1β的分泌,PNS也能够以此发挥对免疫性肝损伤小鼠的保护作用[16]。 4PNS对细胞因子的调节
细胞因子是一类的分泌性低分子蛋白质,是具有细胞保护和细胞毒性双重作用的生物调节因子,主要来源于免疫细胞及相关细胞,在机体免疫及炎症反应中起重要作用。与免疫相关的细胞因子如白细胞介素-2(IL-2)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等均参与机体的免疫调节。
PNS对卡介苗(BCG)+脂多糖(LPS)诱发免疫性肝损伤小鼠可显著提高血清中降低的IL-4水平,IL-4 是Th2 细胞自身分泌的生长因子,对于B细胞、T 细胞、肥大细胞、巨噬细胞和造血细胞都有免疫调节作用。表明PNS能缓解免疫性肝损伤小鼠的Th2细胞活性抑制,不同程度的调节Th2细胞分泌的功能[17]。与之相反地,PNS可通过上调哮喘急性期小鼠IFN-γ的分泌,抑制IL-4的分泌,促进Th0向Th1分化,而抑制Th0向Th2分化,调节哮喘急性期小鼠本身存在的Th1/Th2型细胞因子网络失衡状态,同时抑制哮喘急性期小鼠IL-17的表达,减轻气道炎症反应[18],这与对类风湿关节炎患者外周血环瓜氨酸肽抗原特异性T细胞的实验[19]结果是一致的。通过实验[20~21]观察,PNS可明显降低自身免疫性睾丸炎大鼠血清中炎细胞分泌高水平TNF-α含量,且呈剂量依赖关系。将PNS应用于脑缺血再灌注大鼠[22],也可抑制TNF-α和IL-1β表达,减少TNF-α和IL-1β信号传递,进而减少IL-8、ICAM-1释放,阻碍中性粒细胞与血管内皮的黏附、聚集,降低趋化运动,减少中性粒细胞的浸润和活化,减轻组织损伤。
余万桂等[23~24]实验显示,PNS通过显著降低四氯化碳所致肝纤维化小鼠血清中TGF-β1、IL-1、TNF-α、IL-6水平,并分别通过①调整胶原纤维与其他细胞外基质的合成与降解失衡;②调节DNA合成,及枯否细胞的细胞因子分泌,调整细胞因子网络。最终发挥抗肝纤维化,保护肝细胞的作用。
PNS可通过抑制脑出血大鼠IL-6、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)等前炎症介质释放,减少炎性细胞游走与浸润,降低血脑屏障的通透性,最终改善血肿周围组织的炎症反应[25]。同时,临床试验亦表明[26]PNS能降低脑出血患者血清中MMP-9的表达,抑制脑水肿的形成,减轻损伤。
总之,大量实验表明PNS可从多水平调节不同免疫相关疾病动物模型及患者机体的多种细胞因子水平,且为双向调节,进而可能主要通过①抑制可引起血管通透性增加的炎症因子,降低炎症部位白细胞数及蛋白含量;②增强T细胞介导的细胞免疫;③调整Th1/Th2、Th17/Treg免疫失衡[27];④抑制TNF-α量,从而抑制免疫反应对靶器官的损伤等调节细胞因子网络平衡,发挥免疫调节作用。
5PNS对细胞凋亡的调节
机体炎症的发生与细胞凋亡关系密切,机体发生炎症时会出现正常上皮细胞凋亡加速,而炎性淋巴细胞和中性粒细胞凋亡延迟,而正常细胞凋亡会使炎症活动增强[28]。对顺铂所致肾损害大鼠的实验[29]显示,PNS可抑制大鼠肾组织Bax和Caspase-9的表达,增加Bcl-2的表达,降低细胞凋亡率,从而减少肾组织的免疫损害;李响等[30]实验也证实三七总皂苷可明显降低过氧化氢诱导的Caspase-3表达,且显著提高Bcl-2的水平,以抑制过氧化氢诱导的大鼠血管内皮细胞凋亡,说明PNS通过上调抑制凋亡基因Bcl-2及下调促进凋亡基因Bax的表达,升高Bcl-2/Bax比值,抑制细胞过度凋亡的发生[31],有利于控制炎症,调节免疫水平,保护机体。还有学者的研究[32]提示PNS在体外及心肌缺血大鼠体内均能通过磷脂酰肌醇(3)激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路抑制心肌细胞凋亡,减少免疫损伤,保护心肌。
此外,经实验证实,PNS或其单体还能够提高自由基清除率,清除机体内过量的氧自由基,抑制过氧化产物[33];抗脂质过氧化[34];提高SOD的活力或抑制SOD活力的降低,作为Ca2+通道的阻滞剂,阻滞细胞内Ca2+超载[35];提高NK细胞活性[36];提高巨噬细胞吞噬率[37]等作用,从而保护机体细胞免受损害。
6小结
综上所述,PNS可从增强细胞免疫、体液免疫和自然杀伤(NK)细胞功能[38];改善外周血T淋巴细胞亚群;明显增强巨噬细胞吞噬功能;明显抑制NF-κB的活性;阻止或下调病理因素刺激下内皮细胞ICAM-l、VCAM-l的激活和表达,减少中性粒细胞与血管内皮细胞之间的粘附反应;调节细胞因子水平;明显改善细胞氧自由基清除功能;抑制正常细胞过度凋亡等多方面、多靶点、双向调节机体免疫功能,进而发挥抗炎、抗肿瘤、抗衰老等作用。PNS的临床运用及研究价值巨大,其各方面作用的机制还有待于我们进一步研究。
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(收稿日期:2015-04-03)
关键词:三七总皂苷;免疫调节;综述
中图分类号:R28文献标志码:A文章编号:1007-2349(2015)06-0096-03
中药三七,始载于《本草纲目》,为五加科(Araliaceae)植物人参三七panax notoginseng(Burk.)F.H.Chen 的干燥根及根茎,又名田七、人参三七、滇三七等。是我国特有的传统珍贵中药材,主产于云南、广西及四川等地,野生或栽培。三七用于治疗疾病已有悠久的历史,性温味甘、微苦,归肝、胃经,具散瘀止血,消肿定痛的功效,可以用治外伤出血、咳血、衄血、下血、血痢等各种内外血症。三七主要成分为三七总皂苷、三七素、三七多糖类、黄酮、挥发油、氨基酸及各种微量元素等。
三七总皂苷(panax notoginseng saponins,PNS)是三七的主要活性成分,由人参皂苷Rg1、Rb1,三七皂苷R1、R2等40多种皂苷组成。PNS具有抗血栓形成、扩张血管、降血压、抑制中枢神经、抗炎、抗肿瘤、抗疲劳等药理作用[1],目前临床主要在心脑血管系统疾病及中枢神经系统疾病广泛应用[2]。同时,动物实验及临床试验提示,PNS对类风湿关节炎,慢性肾炎、IgA肾病、免疫性肝损伤、动脉粥样硬化及心肌缺血等免疫相关疾病或免疫损伤有治疗或预防作用,说明PNS还具备抗炎及免疫调节作用。现代医学研究亦表明,中药中的皂苷具免疫活性,能活化机体的免疫系统[3],且毒副作用小。对处于不同免疫状态的机体可产生不同的作用,即:对免疫功能低下者,发挥促进作用;对免疫功能过高或亢进者,发挥抑制作用。所以其免疫调节作用具有双向性,体现中药“扶正祛邪,调节平衡”的作用特点[4]。近年来,PNS的免疫调节作用已成为研究热点,PNS能抑制急性炎症引起的毛细血管通透性增高,炎性渗出及组织水肿[5];具有改善微循环,保护组织抗氧化能力,影响自由基生成等药理作用[6];可以抑制炎症介质和细胞因子,减轻由此促发的瀑布级联效应。因此,PNS能够从多水平调节机体免疫系统功能,改善免疫内环境紊乱状态。
1PNS对免疫器官的调节
江源等[7]实验表明治疗或预先使用三七皂苷Rg1均可使环磷酰胺所致免疫低下小鼠脾指数、胸腺指数明显升高,同时白细胞、外周血淋巴细胞百分率及脾细胞对刀豆蛋白(Con A)的刺激指数亦显著提高。在PNS作用于老龄大鼠的实验中[8],老龄大鼠由于衰老引起免疫器官萎缩,PNS同样可使其胸腺指数和脾指数明显增高。胸腺与脾脏为体内主要的免疫器官,胸腺和脾脏指数是反映免疫器官的发育和衡量机体免疫功能的初步指标,亦可在一定程度上反映免疫器官内淋巴细胞数量。因此可以说PNS及单体三七皂苷Rg1对机体免疫功能有一定的调节作用。
2PNS对T细胞及亚群的调节
机体维持正常的免疫功能,有赖于各种免疫细胞,特别是T细胞亚群即CD4细胞和CD8细胞之间的相互协作或相互制约,以产生适度的免疫应答,使其既能清除异物抗原,又不致损伤机体自身组织。临床试验中[9],常规治疗基础上加用三七皂苷治疗慢性肾炎,结果发现三七皂苷可以使慢性肾炎患者降低的CD4、CD58明显升高,降低CD8、CD2异常的高表达,纠正CD4/CD8比例失衡,说明三七皂苷可以使过高过低的免疫反应趋于正常,具有免疫调节活性,其机制可能是封闭CD2的活性位点,阻断CD2与CD58结合,使T细胞活化所必需的第二信号缺失,致T细胞无能。姚茹冰等[10]实验提示PNS对类风湿关节炎患者外周血环瓜氨酸肽抗原特异性T细胞体外增殖的有一定的抑制作用,从而改善类风湿关节炎患者细胞免疫调节的异常,其抑制作用与剂量可能有一定的相关性。这方面的作用在另一实验研究中也得到证实[11]:三七提取物能明显抑制Con A或是佛波醇酯(PDB)和离子霉素(Ion)诱导的小鼠淋巴细胞体外增殖作用,同时明显抑制淋巴细胞从 G0/G1期向S期和G2/M期转化,其免疫抑制机制可能与三七提取物抑制淋巴细胞DNA合成有关。
3PNS对NF-κB及细胞黏附分子的调节
核转录因子NF-κB是真核细胞转录因子Rel蛋白家族成员,活化后可调控众多细胞因子和炎症介质的基因表达,如黏附分子家族的ICAM-1、VCAM-1,前炎性细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6 等等,以调节免疫反应,参与细胞内信号传递[12],直接或间接地抑制NF-κB活化均可减少急性炎症所引起的损伤。
血管内皮细胞不仅是血液和血管壁间的屏障,更是内分泌器官和效应器官,通过合成和释放多种血管活性因子,发挥重要的调节作用。血管内皮细胞若因某一病理因素被激活即可表达多种细胞黏附分子,引发急性炎症过程。实验表明[13],血管内皮细胞黏附分子(ICAM-1)、VCAM-1的激活和表达在中性粒细胞和血管内皮细胞的黏附中有非常重要的作用。ICAM-1通过与其相应配体结合介导中性粒细胞与内皮细胞紧密黏附,进而启动系列反应,最终导致白细胞在炎性反应区域集中[14]。江小萍等[6]实验表明:PNS可有效抑制NF-κB及ICAM-1表达,显著提高细胞氧自由基的清除功能,从而减轻缺氧再给氧引起的细胞损伤。唐旭东等[15]的研究在转录水平上说明三七总皂苷能通过抑制NF-κB的活化,减少细胞黏附分子表达及中性粒细胞的黏附、浸润程度,从而抗心肌缺血再灌注损伤,保护心肌。
此外,NF-κB可诱导与免疫和炎症有关的多种基因转录,下调NF-κB的表达、还可抑制细胞因子TNF-α、IL-1β的分泌,PNS也能够以此发挥对免疫性肝损伤小鼠的保护作用[16]。 4PNS对细胞因子的调节
细胞因子是一类的分泌性低分子蛋白质,是具有细胞保护和细胞毒性双重作用的生物调节因子,主要来源于免疫细胞及相关细胞,在机体免疫及炎症反应中起重要作用。与免疫相关的细胞因子如白细胞介素-2(IL-2)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等均参与机体的免疫调节。
PNS对卡介苗(BCG)+脂多糖(LPS)诱发免疫性肝损伤小鼠可显著提高血清中降低的IL-4水平,IL-4 是Th2 细胞自身分泌的生长因子,对于B细胞、T 细胞、肥大细胞、巨噬细胞和造血细胞都有免疫调节作用。表明PNS能缓解免疫性肝损伤小鼠的Th2细胞活性抑制,不同程度的调节Th2细胞分泌的功能[17]。与之相反地,PNS可通过上调哮喘急性期小鼠IFN-γ的分泌,抑制IL-4的分泌,促进Th0向Th1分化,而抑制Th0向Th2分化,调节哮喘急性期小鼠本身存在的Th1/Th2型细胞因子网络失衡状态,同时抑制哮喘急性期小鼠IL-17的表达,减轻气道炎症反应[18],这与对类风湿关节炎患者外周血环瓜氨酸肽抗原特异性T细胞的实验[19]结果是一致的。通过实验[20~21]观察,PNS可明显降低自身免疫性睾丸炎大鼠血清中炎细胞分泌高水平TNF-α含量,且呈剂量依赖关系。将PNS应用于脑缺血再灌注大鼠[22],也可抑制TNF-α和IL-1β表达,减少TNF-α和IL-1β信号传递,进而减少IL-8、ICAM-1释放,阻碍中性粒细胞与血管内皮的黏附、聚集,降低趋化运动,减少中性粒细胞的浸润和活化,减轻组织损伤。
余万桂等[23~24]实验显示,PNS通过显著降低四氯化碳所致肝纤维化小鼠血清中TGF-β1、IL-1、TNF-α、IL-6水平,并分别通过①调整胶原纤维与其他细胞外基质的合成与降解失衡;②调节DNA合成,及枯否细胞的细胞因子分泌,调整细胞因子网络。最终发挥抗肝纤维化,保护肝细胞的作用。
PNS可通过抑制脑出血大鼠IL-6、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)等前炎症介质释放,减少炎性细胞游走与浸润,降低血脑屏障的通透性,最终改善血肿周围组织的炎症反应[25]。同时,临床试验亦表明[26]PNS能降低脑出血患者血清中MMP-9的表达,抑制脑水肿的形成,减轻损伤。
总之,大量实验表明PNS可从多水平调节不同免疫相关疾病动物模型及患者机体的多种细胞因子水平,且为双向调节,进而可能主要通过①抑制可引起血管通透性增加的炎症因子,降低炎症部位白细胞数及蛋白含量;②增强T细胞介导的细胞免疫;③调整Th1/Th2、Th17/Treg免疫失衡[27];④抑制TNF-α量,从而抑制免疫反应对靶器官的损伤等调节细胞因子网络平衡,发挥免疫调节作用。
5PNS对细胞凋亡的调节
机体炎症的发生与细胞凋亡关系密切,机体发生炎症时会出现正常上皮细胞凋亡加速,而炎性淋巴细胞和中性粒细胞凋亡延迟,而正常细胞凋亡会使炎症活动增强[28]。对顺铂所致肾损害大鼠的实验[29]显示,PNS可抑制大鼠肾组织Bax和Caspase-9的表达,增加Bcl-2的表达,降低细胞凋亡率,从而减少肾组织的免疫损害;李响等[30]实验也证实三七总皂苷可明显降低过氧化氢诱导的Caspase-3表达,且显著提高Bcl-2的水平,以抑制过氧化氢诱导的大鼠血管内皮细胞凋亡,说明PNS通过上调抑制凋亡基因Bcl-2及下调促进凋亡基因Bax的表达,升高Bcl-2/Bax比值,抑制细胞过度凋亡的发生[31],有利于控制炎症,调节免疫水平,保护机体。还有学者的研究[32]提示PNS在体外及心肌缺血大鼠体内均能通过磷脂酰肌醇(3)激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路抑制心肌细胞凋亡,减少免疫损伤,保护心肌。
此外,经实验证实,PNS或其单体还能够提高自由基清除率,清除机体内过量的氧自由基,抑制过氧化产物[33];抗脂质过氧化[34];提高SOD的活力或抑制SOD活力的降低,作为Ca2+通道的阻滞剂,阻滞细胞内Ca2+超载[35];提高NK细胞活性[36];提高巨噬细胞吞噬率[37]等作用,从而保护机体细胞免受损害。
6小结
综上所述,PNS可从增强细胞免疫、体液免疫和自然杀伤(NK)细胞功能[38];改善外周血T淋巴细胞亚群;明显增强巨噬细胞吞噬功能;明显抑制NF-κB的活性;阻止或下调病理因素刺激下内皮细胞ICAM-l、VCAM-l的激活和表达,减少中性粒细胞与血管内皮细胞之间的粘附反应;调节细胞因子水平;明显改善细胞氧自由基清除功能;抑制正常细胞过度凋亡等多方面、多靶点、双向调节机体免疫功能,进而发挥抗炎、抗肿瘤、抗衰老等作用。PNS的临床运用及研究价值巨大,其各方面作用的机制还有待于我们进一步研究。
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(收稿日期:2015-04-03)