黄芩黄酮抗衰老作用机制研究进展
史敏 段峰 李倩 卫华 孙琳
[关键词]抗衰老;黄芩;黄酮;衰老机制
衰老是机体在遗传、环境和生活方式共同作用下，各器官结构和生理功能退行性下降的一个必然过程[1]。伴随全球人口老龄化加剧，衰老与抗老延寿机制研究成为生命科学领域研究的热点。近年来，研究者从分子、细胞和器官组织水平对衰老机制的研究取得了较大进展。关于衰老的自由基学说、炎性衰老学说、端粒-细胞学说、免疫衰老学说及神经内分泌学说等在内的许多理论已被广泛用于解释衰老现象[2]。然而，衰老的发生是一个复杂的生物学过程，其确切机制至今仍未完全阐明，各种学说仅解釋了衰老过程中的部分现象，只有将各学说相互补充、相互借鉴，才可更好地揭示衰老这一复杂机制。
中药以多成分、多靶点、协同发挥作用的特征在抗衰老研究中备受关注，为进一步明确中药发挥药效的活性成分，大家对近年报道的抗衰老作用的中药活性成分进行总结，主要为黄酮类、多糖、皂苷和生物碱等，旨在为中药的单体抗衰老研究提供了科学依据。据《神农本草经》记载，黄芩属唇形科草本植物，药用历史悠久，传统以根入药为主。2015版药典记载，黄芩含有黄酮类、挥发油、多糖、萜类、苯甲酸，以及Ca、Mg、Zn等多种微量元素，其中黄酮类是最主要的活性成分。越来越多的研究证据表明，黄酮类药理作用广泛，普遍具有抗氧化、免疫调节、线粒体保护、抑制肿瘤端粒酶活性及抗炎等作用[3]，这些药理作用与当前抗衰老研究的作用机制密切相关，因而黄芩延缓衰老的作用被研究者积极探索。研究发现，在果蝇、线虫、大鼠和小鼠等不同衰老模型上，黄芩根提取物的黄酮类活性单体如黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素及汉黄芩苷等均表现出良好的抗衰老活性[4]。本文结合自由基学说、端粒–细胞学说、免疫学说、炎性衰老学说及神经内分泌学说等五个主流学说，对近来关于黄芩黄酮类抗衰老相关的药理作用及其机制研究进展进行综述，以期为黄芩黄酮类化合物的抗衰老研究提供思路。
1 黄芩黄酮抗氧化延缓衰老作用机制
活性氧（Reactive oxygen species，ROS）是一种高活性分子，包括羟自由基（OH-）、超氧阴离子（O2-）和过氧化氢（H2O2-）等。过量ROS使氧化还原反应处于渐进氧化状态，导致脂质过氧化，攻击细胞膜、DNA和蛋白质，导致其变性、损伤，加速衰老及相关疾病的发生[5]。衰老发生时，抗氧化酶合成减少且活性下降，代谢产物丙二醛（Malondialdehyde，MDA）大量产生，ROS蓄积诱发氧化应激损伤，导致或加速衰老。抗衰老中药可通过提高体内抗氧化酶活性、清除过剩的ROS来抑制氧化应激反应，保护细胞免受氧化损伤，达到延缓衰老的目的。
从结构上看，黄芩黄酮类的酚羟基是最大的反应活性位点，是已知有效的自由基清除剂，具有较强的抗氧化能力[6]。转录因子NF-E2相关因子2（NF-E2-related factor2，Nrf2）是调控细胞对抗外源性有害物质和氧化损伤的关键转录因子，黄芩黄酮类通过激活Nrf2与抗氧化反应元件（Antioxidant response element，ARE）调控抗氧化剂蛋白表达，发挥抗氧化作用。肝脏是机体新陈代谢最活跃的器官，极易受到ROS的攻击，因而常用于抗氧化药效评价分析及衰老机制研究。文献报道[7]，黄芩素和黄芩苷可显著减轻由乙酰氨基酚诱导的肝细胞氧化应激损伤进而保护肝脏，其机制可能通过阻断抗氧化损伤的防御性转导通路Nrf2与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白 1（Keap1）结合，诱导细胞外信号调节蛋白激酶1/2（ERK1/2）、Nrf2磷酸化，并启动Nrf2下游SOD基因和蛋白表达。研究表明[8]，黄芩苷不仅可减少缺血再灌注脑损伤面积，还能减少丙二醛（MDA）和NO含量，提高脑组织SOD和GSH-Px活性，减轻脑组织水肿和损伤程度，改善记忆衰退，提高其空间探索和记忆学习能力，发挥对缺血再灌注脑损伤的保护和延缓衰老作用。段丹丹等[9]研究证明，黄芩素能够清除ROS、减少MDA和氧化型谷胱甘肽（Oxidized glutathione，GSSG）含量，减弱氧化应激损伤，从而延长自然衰老、H2O2损伤和百草枯损伤的果蝇寿命。Zhang等[10]采用黄芩素通过抑制线粒体功能障碍来阻断H2O2诱导的细胞凋亡，提示黄芩素可通过阻止氧化应激反应来治疗衰老和与年龄相关的神经退行性疾病。此外，黄芩素、黄芩苷和汉黄芩素还是12/15-脂氧合酶抑制剂和黄嘌呤氧化酶抑制剂，可通过细胞色素C有效清除自由基[11]。综上所述，机体衰老过程伴随着氧化应激损伤，黄芩黄酮可通过增加抗氧化酶活性或清除ROS达到延缓衰老的效果。
2 黄芩黄酮抑制肿瘤端粒酶活性延缓衰老机制研究
衰老源于细胞的老化，而细胞的老化则与端粒密不可分。端粒是真核生物染色体末端一段重复的非编码DNA序列，可保护染色体免于融合和退化，在染色体定位、复制、保护、控制细胞生长和寿命方面发挥重要作用。Harley的端粒酶衰老学说认为，细胞染色体端粒每分裂一次，会丢失50～200bp端粒，随着细胞分裂次数的增加端粒逐渐缩短，到一定程度时细胞则启动终止分裂信号，DNA复制不再继续使细胞进入第一死亡期，即退出细胞周期而死亡，继而使器官功能出现衰老的临床病理性表现。端粒酶是一种逆转录酶，可维持端粒序列长度，修复断裂染色体末端，发挥延长细胞分化的速度。端粒和端粒酶活性作为疾病发生的重要病理学因素。大量文献[12]报道，很多抗衰老中药可通过上调端粒长度和延缓端粒缩短，或激活或提高端粒酶的活性来发挥抗衰老作用。Huang等[13]研究表明，汉黄芩素可抑制人端粒酶相关蛋白（human telomeraseassociated protein 1，hTP1）表达，并下调端粒酶活性，导致端粒缩短直至细胞死亡。Min等[14]发现黄芩苷能有效保护人成纤维细胞免受长波紫外线（UVA）辐射诱导的衰老反应如细胞端粒长度缩短，其机制可能与抑制氧化损伤、调节衰老相关基因表达有关，在某种程度上为黄芩黄酮通过端粒和端粒酶延缓衰老提供可能。端粒酶活性与细胞增殖密切相关，然而肿瘤细胞衍生端粒并不缩短。由于肿瘤细胞能够克服繁殖限制，激活端粒酶以其自身RNA为模板在染色体末端合成端粒DNA从而维持端粒长度，肿瘤细胞以此方式持续进行染色体复制从而无限制性生长。端粒酶在肿瘤中呈高表达状态，因而端粒酶、端粒与衰老、肿瘤关系密切。王竹君等[15]发现，黄芩素可抑制人食管腺癌OE33细胞人类端粒酶逆转录酶（human telomerasereverse transcriptase，hTERT）mRNA表达，实现肿瘤细胞生长抑制作用。Ge等[16]研究发现，黄芩黄酮类化合物不仅可修复受损细胞的线粒体功能发挥免疫调节作用，同时汉黄芩素还可诱导人恶性神经母细胞瘤细胞凋亡和内质网应激，因而推测黄芩黄酮类化合物除了能抑制肿瘤细胞端粒酶外，可能对衰老细胞的端粒酶具有激活作用。然而，目前黄芩黄酮类对衰老细胞端粒、端粒酶的直接研究少有报道，尚未形成清晰的证据。
3 黄芩黄酮抗炎延缓衰老作用研究
在自然衰老进程中， 生物体内促炎因子与抗炎因子的稳态失衡，表现为促炎症反应进行性增强，因而老年机体表现为低炎症状态， 被称为“ 炎症衰老（inflammaging）”。Franceschi的炎症衰老学说认为，衰老是以巨噬细胞为中心，涉及多器官、多组织、多细胞的慢性、低水平的炎症过程，该过程的发生是多种炎性刺激分子通路共同障碍的结果。随着年龄增长，老年人抵御病原体、理化因素刺激和营养压力的能力逐渐降低，体内促炎因子如白细胞介素6（IL-6）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、NO、急性期反应物（C反应蛋白）等水平持续慢性升高[17]，这些因子参与各种炎症反应病理过程，促进糖尿病、心脑血管病和神经退行性疾病进展，同时也加速衰老发生。
黄芩黄酮类可通过阻断多个炎细胞信号通路，降低TNF、IL-6等炎症细胞因子的表达。目前研究的黄酮类抗衰老相关信号通路主要有信号转导和转录活化蛋白（Signaltransducer and activator of transcription，STAT）通路、丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated proteinkinase ， MAPK） 通路、核因子κB（Nuclear facto rkappa-B，NF-κB）通路、磷酸酰肌醇激酶/丝氨酸激酶（Phosphoinositide 3-kinase/AKT，PI3K/AKT）通路、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian target of rapamycin，mTOR） 通路，从而发挥良好的抗炎作用[18]。陈敬国等[19]给予全身炎症反应综合征患儿黄芩苷联合常规治疗后，血IL-6水平显著降低，可见黄芩苷对全身炎症反应综合征具有较好治疗效果。罗晓平等[20]研究证明，黄芩素可显著改善2，4，6–三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的小鼠肠炎，可能通过抑制PI3K/AKT/NF-κB通路激活，下调磷酸化蛋白表达，从而抑制合成NO炎症介质的mRNA表达和炎性细胞因子的合成释放。陈世彪[21]发现汉黄芩苷同样具有抗炎作用，可能通过抑制MAPK和NF-κB通路激活，降低TNF-α、IL-6、诱导型一氧化氮合酶（Inducible nitric oxide synthase，iNOS）和环氧合酶–2（Cyclooxygenase-2，COX-2）表达，减轻脂多糖（LPS）诱导的神经元炎症反应。Duan等[22]发现黄芩素可显著抑制D-gal衰老大鼠NO、IL-6和TNF-α等炎症因子的释放，从而减轻大鼠炎症反应，改善衰老大鼠的记忆、学习功能障碍。Sun等[23]推测汉黄芩苷是通过调节MAPK信号通路的表达而抑制mTOR激活，诱导自噬而抑制细胞生长，从而延缓衰老。然而，当前有关黄芩黄酮类抗炎与抗衰老的直接研究较少，基于上述研究推断，黄芩黄酮类可能通过减少炎症因子合成、释放及抑制多条炎症通路而发挥抗衰老作用。
4 黄芩黄酮调节免疫延緩衰老作用机制
衰老的免疫学说是近年的研究热点，该学说认为伴随着年龄增长，机体免疫系统功能退化是导致衰老发生的重要原因之一，主要表现在两个方面：一方面，由于年龄增长免疫器官萎缩，体内免疫细胞，如T淋巴细胞、中性粒细胞、单核细胞、自然杀伤细胞等数量异常、功能降低，B细胞产生抗体的活性也在减弱，导致机体对感染、慢性炎症的易感性增加;另一方面，机体自身免疫系统与自身的组织成分发生自身免疫反应。中药黄酮类成分可通过改善衰老生物免疫器官的萎缩、促进免疫细胞的增殖分化、增强细胞内抗氧化能力来提高机体免疫功能。Zeng等[24]对衰老大鼠连续给予红景天总黄酮6周后，发现衰老大鼠萎缩的免疫器官得以改善，脾、胸腺指数及T、B淋巴细胞的增殖能力得到提高，通过增强免疫功能而延缓衰老进展。可见，机体免疫功能状态与衰老密切相关，而增龄相关的免疫功能降低或免疫异常可导致衰老发生，这为增强免疫功能来延缓衰老提供了理论依据。
黄芩黄酮类可通过改善免疫功能提高抗衰延寿能力，黄芩苷可有效改善巨噬细胞及NK细胞功能，最终达到提高免疫功能的目的。曾光等[25]发现，黄芩苷对小鼠T淋巴细胞具有较强的效应，可抑制小鼠淋巴细胞的增殖与活化，改善先天性和适应性免疫调节功能。高天芸等[26]发现，黄芩苷可显著改善因化疗引起的免疫功能低下，提高免疫器官的脏器指数及改善组织形态，改善小鼠外周血T淋巴细胞CD4+、CD8+亚群水平，增强巨噬细胞吞噬功能，提高小鼠的免疫功能。黄芩素还可以增加小胶质细胞中过氧化酶体增殖物活化受体β/δ（Peroxisome proliferatoractivatedreceptor β/δ，PPARβ/δ）表达，抑制小胶质细胞活化，下调细胞吞噬作用，降低促炎因子和趋化因子的生成，抑制自身免疫性T细胞向中枢神经系统迁移，有助于缓解小鼠自身免疫性脑脊髓炎[27]。刘泽媛等[28]发现黄芩素可上调抗原提呈细胞表面CD80、CD86、MHC-I、MHC-II和IL-12、TNF-α表达，具有增强抗原提呈细胞免疫活性作用。另外，汉黄芩素增强免疫功能的机制，还包括增加免疫细胞的浸润、调节免疫细胞的表型及促进相关细胞因子的分泌等[29]。
5 黄芩黄酮改善神经内分泌延缓衰老机制
衰老的神经内分泌学说认为，“神经内分泌轴”控制人体的衰老，其中下丘脑和垂体是调控衰老的中枢，不仅调控着机体各种生理功能，也包括机体衰老的发生。神经内分泌功能失调会表现在中枢神经兴奋与抑制过程减弱、大脑工作能力降低、记忆力减退、反应迟钝等。神经元通过释放神经递质如去甲肾上腺素（NE）、多巴胺（DA）、5–羟色胺（5-HT）、乙酰胆碱（Ach）等，以突触传递方式调节靶神经元细胞功能，三类神经递质相互协调来维持机体正常的学习记忆功能以及情绪活动。隋洪玉[30]研究表明，D-gal诱导衰老小鼠脑组织NE、DA、5-HT、SOD、MDA含量降低，影响长时程增强（LTP）效应，导致认知功能降低，采用蒲公英总黄酮干预后上述各指标均升高，且小鼠的认知功能得以提高，并改善了记忆损伤。神经退行性疾病的主要病理改变为脑神经细胞的β淀粉样蛋白（β-amyloid protein，Aβ）沉积。有研究表明[31]，AchE可加速Aβ斑块沉积，激活JAK2/STAT1通路，导致学习记忆能力减退，因此抑制AchE活性是公认改善老年人认知障碍的有效方法。在自然衰老动物、阿尔茨海默病（AD）患者及药物诱导的衰老模型中，学习记忆能力的减退均与NE减少相关[32]，这可能与NE降低影响LTP效应有关。给自然衰老大鼠注射NE能够改善大鼠记忆能力，这与NE修复LTP损伤有关[33]，因此，NE在衰老认知中发挥着重要的调节作用。
帕金森病（PD）与AD是两种常见的老年病，黄芩素对其疗效显著。朱陵群等[34]研究发现，黄芩素通过依赖氨基丁酸能的非苯二氮位点起到抗焦虑和镇静的作用，且该作用不依赖羟色胺系统。李佳琪[35]采用黄芩素（200mg/kg）灌胃SAMP8小鼠8周，通过老化评分实验、Morris水迷宫、嗅觉记忆实验、新型物体识别实验、筑巢实验等评价指标，8周后发现SAMP8小鼠的衰老状态和学习记忆障碍显著改善，这可能与黄芩素通过抑制JAK2/STAT1通路激活，降低AchE活性，改善环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP responseelement-binding protein，CREB）的活性來改善认知障碍和记忆损伤。此外黄芩素也能够通过抑制炎症介质减弱Aβ沉积诱导的神经元凋亡，从而有效延缓AD。Zhao等[36]研究表明，黄芩苷可改善Aβ1-40诱导痴呆大鼠的学习记忆能力和行为症状，可能通过提高星形神经元和胶质细胞的比例，增加Nestin和NSE的表达，并且促进AD大鼠内源性神经干细胞增殖和分化。对于鱼藤酮诱导12周致PD小鼠，黄芩素干预后可有效改善PD小鼠的神经化学和行为特征，其机制可能是通过抑制α突触核蛋白（α-syn）的形成来阻止多巴胺能神经元免于α-syn毒性损伤作用[37]。在N–甲基–苯基四氢吡啶（N-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）诱导的PD小鼠中，黄芩素可抑制黑质和纹状体中细胞因子的升高，改善纹状体谷氨酸基础强度的上调、改善PD小鼠的行为表现[38]。综上所述，黄芩素可改善学习记忆障碍并保护神经元免受损伤。随着研究的不断深入，黄芩黄酮有望成为治疗因衰老引起的神经退行性疾病AD、PD等的药物。
6 小结与展望
综上所述，黄芩中富含的黄酮类化合物黄芩苷、黄芩素及汉黄芩素，具有较好的抗衰老作用，其作用机制可能与清除自由基、增强端粒酶活性、提高免疫功能和改善神经内分泌功能等作用有关。前期研究揭示了黄芩黄酮抗衰老的部分作用机制，佐证了黄芩黄酮在延寿抗衰方面的功效，这为黄芩黄酮在食品、化妆品等领域的开发与应用提供了理论依据。未来应系统深入地研究黄芩和黄芩黄酮抗衰老的直接理论依据及其他活性成分的利用研究，这将有助于黄芩黄酮保健食品、化妆品及抗衰老药物的研发，甚至协助临床医生治疗一些与衰老相关的疾病，从而减缓老龄化进程。
