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啤酒花抗骨质疏松的应用及展望

刘晓燕 夏天爽 董志敏 蒋益萍 秦路平 辛海量

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引用本文: 刘晓燕, 夏天爽, 董志敏, 蒋益萍, 秦路平, 辛海量. 啤酒花抗骨质疏松的应用及展望[J]. 药学实践与服务, 2020, 38(6): 492-495. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202007063
DING Jie, NI Zhexin, CHEN Wen, YU Chaoqin. A network pharmacology approach to explore mechanisms of activating blood circulation and removing blood stasis herbs in the treatment of endometriosis[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2020, 38(6): 516-522. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202006002
Citation: LIU Xiaoyan, XIA Tianshuang, DONG Zhimin, JIANG Yiping, QIN Luping, XIN Hailiang. Application and prospect of Humulus lupulus L. in anti-osteoporosis[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2020, 38(6): 492-495. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202007063

啤酒花抗骨质疏松的应用及展望

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202007063
基金项目: 国家自然科学基金(U1603283)
详细信息
    作者简介:

    刘晓燕,硕士研究生,Email:nmulxy@163.com

    通讯作者: 辛海量,博士,副教授,研究方向:中药资源、中药(抗骨质疏松)药理学,Email:hailiangxin@163.com
  • 中图分类号: R932

Application and prospect of Humulus lupulus L. in anti-osteoporosis

  • 摘要: 啤酒花是我国新疆药食兼用的特色资源植物。除广泛用于啤酒酿制外,人们很早就认识到啤酒花的药用价值,尤其是将其用于绝经后骨质疏松的治疗。现代药理研究发现,啤酒花的多种活性成分在抗骨质疏松药物研发方面具有巨大潜力。然而,近年来,我国野生啤酒花资源品种退化严重,活性成分含量差异较大。保障优良的啤酒花种质资源,是啤酒花开发利用的前提。本文就啤酒花的主要化学成分及其防治骨质疏松症的作用及相关应用进行综述,并就目前存在的问题进行探讨,旨在为啤酒花抗骨质疏松的开发利用提供借鉴。
  • 子宫内膜异位症(endometriosis,EM)是临床上最为常见的慢性妇科疾病之一,以慢性盆腔疼痛、月经紊乱和不孕为主要的临床表现。EM本质是血瘀证,临床治疗时以活血化瘀为主,常用的药物有桃仁、红花、泽兰、丹参、益母草、川牛膝、王不留行等,能够有效缓解患者痛经、非经期盆腔痛等症状[1]

    目前活血化瘀类中药对EM治疗的具体机制不是很清晰,其针对的靶点也不是很明了。网络药理学将生物网络作为研究对象,探究药物、靶点、疾病之间的联系,系统完整地研究药物的机制,可展现出药物对于多个靶点、多个通路不同影响。因为和中医整体观念天然契合,网络药理学现已广泛应用于中药研究中[2-3] 。在本研究中,笔者采用网络药理学的方法探究活血化瘀类中药治疗EM的作用机制,构建“化合物-靶标-通路-疾病”网络,并初步探析何种活血化瘀药在EM治疗中更具优势,为临床用药以及进一步实验研究提供理论依据。

    根据卫生部“十一五”规划教材《中药学》分类,确认桃仁、红花、泽兰、丹参、益母草、川牛膝、王不留行七味活血化瘀药为本次主要研究对象。

    利用中药化学成分数据库TCMSP平台(http:// lsp.nwu.edu.cn/tcmsp.php),检索七味中药所含活性成分。依据数据库指南要求,将口服生物利用度(oral bioavailability,OB)≥30%以及类药性(drug-like,DL)≥0.18作为筛选条件,对活性成分进行筛选[4]。OB值是评价药物能否发挥药效的重要药动学参数,DL值是指化合物与所有已知药物之间的相似程度。上述2个参数是评价中药化学成分吸收、分布、代谢、排泄的关键参数。获得符合OB、DL参数有效活性成分后,利用TCMSP数据库查询各有效活性成分对应相关靶点。利用Venn图工具(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)对药物化学成分以及相关靶点进行共同点分析,寻找活血化瘀中药共有成分和作用靶点。

    利用美国国立生物技术信息中心Gene数据库(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/)将所获靶点信息转换成基因名称。查询GeneCards(https://www.genecards.org/)数据库,获得与EM相关基因靶点。最后将每种中药的作用靶点对应的Gene Symbol与EM基因进行比对,获得每种中药可能影响EM的相关基因,利用Cytoscape 3.6.0软件构建化合物-靶点网络[5]

    为进一步研究靶点之间的相互关系,将活血化瘀药共同靶点上传至线上软件 STRING(http://string db.org),构建蛋白互作网络。物种选择为Homosapiens,minimum required interaction score调整为highest confidence,隐藏网络图中游离节点,获取PPI网络。

    利用KEGG数据库(https://www.keg g.jp/)查询每种中药针对EM的相关基因,获得相关KEGG通路信息。筛选各中药KEGG通路中相关基因富集情况,并利用Prism 8.0软件绘制通路靶点富集热图。

    按照要求从TCMSP数据库中筛选出各中药有效成分,删除重复项,共有94种有效成分(supplementary materials table S1)。其中丹参有效活性成分达到65个,而泽兰有效活性成分只有2个。未能发现七味活血化瘀药共同有效成分,但β-谷固醇为川牛膝、红花、桃仁、泽兰所共有,槲皮素为川牛膝、红花、王不留行、益母草所共有,是涉及活血化瘀类中药最多的2种有效成分(supplementary materials table S2)。与此同时,我们找到了七味中药所共有的19个作用靶点(表1),包括孕酮受体(progesterone receptor)、前列腺素G/H合成酶1(prostaglandin G/H synthase 1)、前列腺素G/H合成酶2(prostaglandin G/H synthase 2)、凋亡调节剂Bcl-2(apoptosis regulator Bcl-2)、核受体共激活剂(nuclear receptor coactivator 2)等。

    表  1  七种活血化瘀中药共有的19个靶点
    序号蛋白名称基因名称靶点标识码
    1钠通道蛋白5型亚基SCN5ATAR00070
    2前列腺素G/H合成酶1PTGS1TAR00006
    3Beta-2型肾上腺素受体ADRB2TAR00261
    4毒蕈碱型乙酰胆碱受体M3CHRM3TAR00016
    5孕酮受体PGRTAR00209
    6半胱天冬酶3CASP3TAR04087
    7热休克蛋白HSP 90HSP90TAR00444
    8钾电压门控通道亚家族H成员2KCNH2TAR00037
    9凋亡调节剂Bcl-2BCL2TAR00086
    10PKA催化亚基C-alphaPRKACATAR00699
    11半胱天冬酶9CASP9TAR04090
    12γ-氨基丁酸受体亚基α-1GABRA1TAR00309
    13毒蕈碱型乙酰胆碱受体M1CHRM1TAR00038
    14前列腺素G/H合酶2PTGS2TAR00094
    15转录因子AP-1JUN,FOSTAR00414
    16磷脂酰肌醇-4,5-双磷酸3-激酶催化亚基,γ亚型PIK3CGTAR00491
    17毒蕈碱型乙酰胆碱受体M2CHRM2TAR00210
    18核受体共激活剂2NCOA2TAR03276
    19维甲酸受体RXR-alphaRARATAR00158
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    利用人类基因数据库查找EM作用靶点,与七味中药有效成分对应靶点进行比对,发现红花所含相关靶点数量最多,达到103个;而桃仁、泽兰所含相关靶点数量最少,为14个(图1A);王不留行所含相关靶点占有效成分作用靶点比例最高,为54.7%;而桃仁最低,为29.8%(图1B)。经过去重处理后,七味中药所含EM相关靶点共119个(supplementary materials table S3)。利用Cytoscape3.6.0软件进行成分-靶点网络分析,获得图2,其中共计216个节点,其中黄色节点为活血化瘀药有效活性成分,而蓝色节点代表EM相关靶点。利用软件自带分析功能,对于网络各节点度值进行分析,网络中某些节点度值较高,提示该节点为网络中的关键节点(supplementary materials table S4)。在各中药所含有效成分中,槲皮素展现出极高的连接度(度值=87),远超其他有效成分,而其余较高连接度值依次是木犀草素(度值=43)、山柰酚(度值=33)、黄芩素(度值=23)、丹参酮A(度值=20)、花生四烯酸(度值=20)、β-谷固醇(度值=18)。中药是一个多有效成分的复杂系统,一个有效成分可作用于多个靶点,协同作用于某种疾病的治疗。而在靶点的分析中,较高连接度的靶点可能在EM的治疗作用中起着重要的作用。前列腺素G/H合酶2(PTGS2,度值=82)、前列腺素G/H合酶1(PTGS1,度值=39)两者拥有最高的度值,是临床上炎性疾病治疗的主要靶点;核受体辅活化子2(NCOA2,度值=35)、核受体辅活化子1(NCOA1,度值=34)紧跟其后,同样在各炎症通路中作用显著;凝血酶(度值=31)是临床上治疗出血的重要靶点,直接作用于血液凝固过程的最后一环;Mu-type阿片受体(OPRM1,度值=30)则涉及到中枢镇痛功能。上述靶点均和EM症状及病机之间有着密切的关系。

    图  1  七味活血化瘀中药EM相关靶点数量及所占比例
    A.基于OB≥30%和DL≥0.18标准,各中药EM相关靶点个数;B.基于OB≥30%、DL≥0.18标准,各中药EM相关靶点的比例
    图  2  活血化瘀中药主要成分−靶点图

    利用STRING软件构建靶点PPI网络,图中包含119个节点,505条边,所有节点平均度值为8.49,具体见图3。根据“度值>均值”筛选出PPI网络中关键节点56个(supplementary materials table S6),前9位关键节点,平均度值为88,见表2,与PPI网络74%节点存在相互作用关系,提示它们在网络调控中起着关键作用,可能是活血化瘀药物治疗EM的关键所在。

    表  2  PPI网络中关键节点
    节点名称度值节点名称度值节点名称度值
    ALB97IL692PTGS283
    AKT195TNF86CASP380
    VEGFA94MAPK883MAPK180
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    图  3  119个节点PPI网络图

    利用KEGG数据库查询每种中药针对EM的相关基因,获得相关KEGG通路信息。整理各中药KEGG通路相关基因富集情况,发现七味中药共有信号通路44条(supplementary materials table S5),筛选出与EM密切相关的19条通路(表3)。从表3中,不难发现,19条通路涉及性激素、炎症、细胞调亡以及血管生成等各个方面,其中炎症相关通路达到7条,为所有通路中最多。利用Prism 8.0软件绘制通路靶点富集热图,根据图4可知,在系列通路中,泽兰与桃仁作用均弱于其他五味中药。而在PI3K-Akt、IL-17、TNF三条信号通路中,多味中药靶点存在高度富集,红花在PI3K-Akt信号通路中显著富集,远超该药其他通路,值得注意。

    表  3  七味活血化瘀中药的19条KEGG通路
    序号标识码信号通路名称类别
    1hsa04151PI3K-Akt信号通路炎症相关
    2hsa04668TNF信号通路炎症相关
    3hsa04657IL-17信号通路炎症相关
    4hsa04625C型凝集素受体信号通路炎症相关
    5hsa04064NF-κB信号通路炎症相关
    6hsa04115p53信号通路炎症相关
    7hsa00590花生四烯酸代谢炎症相关
    8hsa01522内分泌抵抗激素相关
    9hsa04915雌激素信号通路激素相关
    10hsa04919甲状腺激素信号通路激素相关
    11hsa04921催产素信号通路激素相关
    12hsa04210细胞凋亡细胞凋亡
    13hsa04071鞘脂信号通路细胞凋亡
    14hsa01521EGFR酪氨酸激酶抑制剂拮抗血管相关
    15hsa04370VEGF信号通路血管相关
    16hsa01521血小板活化血管相关
    17hsa04722神经营养蛋白信号通路疼痛相关
    18hsa04725胆碱能突触疼痛相关
    19hsa04726血清素能突触疼痛相关
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    图  4  七味活血化瘀中药KEGG信号通路热图

    本研究采用网络药理学的研究方法,从TCMSP数据库中提取出了94个符合标准的成分,通过VENE图去重以及分析网络图的拓扑特性后,发现槲皮素为四味活血化瘀药所共有,与83种EM相关靶点存在关联。现代研究表明,槲皮素具有抑制炎症、血小板聚集和血管平滑肌细胞增殖的作用,通过抗氧化作用诱导细胞凋亡,还可通过雌激素受体,调控受体下游多种底物及信号通路而调节雌激素[6-7]。木犀草素与41种EM靶点相关联,具有抗炎、抗纤维化、抑制血管生成等作用[8]。EM发生发展过程中慢性炎症反应一直贯穿始终,且存在纤维化病变,木犀草素或在EM治疗中有一定作用[9-10]

    通过VENE图,发现七味中药共有作用靶点19个,部分共有靶点与Cytoscape网络图以及PPI网络中关键节点高度对应,进一步强调了该部分共有靶点在EM中的作用。如PTGS2,该靶点所调控环氧合酶(COX-2)的高表达会导致细胞的高增殖性、高侵袭性,诱导血管生成从而加重EM的疼痛和不孕症状[11]。NCOA2、NCOA1的水平异常与EM的进展关联密切。趋化因子参与子宫内膜异位种植过程中趋化、黏附、侵袭、血管形成及细胞生长分化等多个重要环节[12]。Xiu等发现,在分泌期,NCOA1和趋化因子CXCL12在异位子宫内膜中的表达明显高于正常子宫内膜;活化血小板对异位内膜具有促炎、促血管生成的作用,促使异位内膜细胞的侵袭和增殖[13-14],子宫内膜基质细胞可分泌F2,以密集依赖的方式诱导血小板活化和聚集,从而影响EM的进展[15-16] 。VEGFA可促进新生血管形成并使血管通透性增加,陈晓莉等[17]研究表明,内异症组血清和腹腔液VEGF水平明显高于对照组,且重度患者腹腔液中VEGF水平高于轻度患者,VEGF在EMT患者血管生成中起促进性作用,在血清与腹腔液中的高表达与疾病发生发展相关。尉伟东等[18]发现CASP3蛋白在异位内膜和在位内膜中的评分明显低于正常对照组,caspase-3的水平下降提示内膜细胞活性下降,促使子宫内膜细胞自发性凋亡增加以及凋亡信号敏感性增强,诱导或加重EM。

    利用KEGG数据库,找到了七味活血化瘀药共有EM相关通路19条,涉及性激素、炎症、细胞凋亡以及血管生成等方面。所有通路中,炎症通路达到36%。其中PI3K-Akt、IL-17、TNF三条信号通路是靶点富集最多的通路,提示活血化瘀药主要通过抗炎作用来对EM起治疗作用。与正常女性相比,EM患者的子宫内膜在位和异位内膜细胞的PI3K表达增加,AKT磷酸化水平升高,证实PI3K/AKT信号通路可影响EM进展[19]。EM是一种雌激素依赖性疾病,呈现出慢性炎症反应,多种炎性因子参与其病理过程,包括NF-κB、TNF-α、IL-1、IL-17等[20]。许丽华等[21]通过实验发现,EM患者血清及腹腔液中TNF-α水平显著高于对照组。EM患者Ⅲ和Ⅳ期血清和腹腔液中TNF-α水平均高于Ⅰ和Ⅱ期,证实了TNF-α与子宫内膜异位症的发生发展密切相关,有助于子宫内膜异位症的诊断。IL-1家族在EM发生发展中作用显著,与正常女性相比,EM患者静脉血中IL-1β浓度显著增高。不仅仅是IL-1β,研究显示,IL-1β前体蛋白(proIL-1β)也可以加重炎症反应,EM患者腹腔液中IL-1β、proIL-1β水平均高于健康女性。IL-1家族细胞因子的损伤,导致EM患者腹腔免疫机制的紊乱,局部以及全身IL-1β、IL-18调控机制的缺陷,使得内膜组织的侵袭性以及生长性大幅增加,从而导致EM[22-24]。炎症相关通路的高富集也与之前网络图中TNF、IL-6等炎性相关靶点的高度值相对应,进一步强调了活血化瘀药物通过抗炎作用治疗EM的作用机制。细胞凋亡是一种独特的程序性细胞死亡,细胞的有效清除而不会引起炎症反应,EM特征为异位内膜细胞凋亡率下降。与健康女性子宫内膜相比,EM异位内膜抗凋亡因子表达增加,促凋亡因子表达减少,证实了细胞凋亡在EM的发病中确有作用,并和炎症反应存在一定关联[25]。EM发生发展过程中亦伴随着血管生成增多以及局部病灶周期性出血,EM患者异位内膜血管内皮生长因子(VEGF)表达量增高,抗血管生成因子(sFlt-1)表达量下降,证实VEGF信号通路、血小板激活通路均参与此过程,与前面靶点分析也形成呼应[26-27] 。脑源性神经营养因子是各种慢性疾病中慢性疼痛形成和维持的调节因子,EM伴有疼痛的患者血清和腹膜液中神经营养因子浓度明显高于无疼痛EM患者[28]。利用KEGG通路分析,可以发现活血化瘀药对于炎症、凋亡、疼痛、血管生成等相关通路均具备调控作用,进一步强调了临床上活血化瘀药对于EM的治疗价值。

    综上所述,活血化瘀中药可通过多靶点、多通路协同作用方式对EM进行治疗,体现了中医药治疗疾病特色。上述七味中药中,桃仁、泽兰对于EM的作用低于其余活血化瘀药,而红花、益母草在EM治疗体系中,EM相关靶点高于其余中药,可能会起到更好的疗效,在临床上可尝试推广使用。本研究从网络药理学角度出发,根据活血化瘀中药有效成分和作用靶点,在一定程度上对活血化瘀中药治疗EM进行了机制的解析,为指导临床用药提供了一定的依据。但本研究仅仅基于TCMSP数据库,利用计算机软件从理论上对活血化瘀中药治疗EM作用机制做了探析,还需要通过实验和临床实践来进一步证实,而且还需要扩大活血化瘀药物探究范围,结合临床实际,深入剖析活血化瘀药共同点与差异之处。

  • 图  1  啤酒花树脂类成分葎草酮(A)和蛇麻酮(B)结构式

    R=−COCH2CH(CH3)2

    图  2  啤酒花黄酮类成分黄腐酚结构式

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-16
  • 修回日期:  2020-08-31
  • 刊出日期:  2020-11-25

啤酒花抗骨质疏松的应用及展望

doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202007063
    基金项目:  国家自然科学基金(U1603283)
    作者简介:

    刘晓燕,硕士研究生,Email:nmulxy@163.com

    通讯作者: 辛海量,博士,副教授,研究方向:中药资源、中药(抗骨质疏松)药理学,Email:hailiangxin@163.com
  • 中图分类号: R932

摘要: 啤酒花是我国新疆药食兼用的特色资源植物。除广泛用于啤酒酿制外,人们很早就认识到啤酒花的药用价值,尤其是将其用于绝经后骨质疏松的治疗。现代药理研究发现,啤酒花的多种活性成分在抗骨质疏松药物研发方面具有巨大潜力。然而,近年来,我国野生啤酒花资源品种退化严重,活性成分含量差异较大。保障优良的啤酒花种质资源,是啤酒花开发利用的前提。本文就啤酒花的主要化学成分及其防治骨质疏松症的作用及相关应用进行综述,并就目前存在的问题进行探讨,旨在为啤酒花抗骨质疏松的开发利用提供借鉴。

English Abstract

丁杰, 倪喆鑫, 程雯, 俞超芹. 基于网络药理学探讨活血化瘀药治疗子宫内膜异位症的作用机制[J]. 药学实践与服务, 2020, 38(6): 516-522. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202006002
引用本文: 刘晓燕, 夏天爽, 董志敏, 蒋益萍, 秦路平, 辛海量. 啤酒花抗骨质疏松的应用及展望[J]. 药学实践与服务, 2020, 38(6): 492-495. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202007063
DING Jie, NI Zhexin, CHEN Wen, YU Chaoqin. A network pharmacology approach to explore mechanisms of activating blood circulation and removing blood stasis herbs in the treatment of endometriosis[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2020, 38(6): 516-522. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202006002
Citation: LIU Xiaoyan, XIA Tianshuang, DONG Zhimin, JIANG Yiping, QIN Luping, XIN Hailiang. Application and prospect of Humulus lupulus L. in anti-osteoporosis[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2020, 38(6): 492-495. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202007063
  • 啤酒花(Humulus lupulus L.)别名忽布、香蛇麻、蛇麻花、啤瓦古丽(维吾尔语),为桑科葎草属植物,是我国新疆药食兼用的特色资源植物。同时,啤酒花还是啤酒酿造的重要原料之一,其不仅赋予了啤酒独特的风味,还延长了啤酒的保质期。人类使用啤酒花已有2000多年的历史,早在公元前2世纪,古巴比伦就曾栽培使用啤酒花。13世纪,啤酒花开始作为草药使用。1516年,德国颁布法令,将啤酒花限定为啤酒的唯一苦味添加剂[1]。啤酒花的花序中含有黄酮类、树脂类、多酚、多糖等多种化学成分,这些成分使其具有抗菌、抗肿瘤、抗氧化、降血糖、降血压,以及雌激素样等药理作用[2]。近年来,啤酒花在抗骨质疏松领域研究较多,展现出广阔的前景,现就有关情况作概要介绍。

    • 树脂类化合物为啤酒花中的主要成分,具有广泛的生物活性。欧洲酿造协会(EBC)根据不同有机溶剂中树脂类成分的溶解度差异,将其分为软树脂和硬树脂[3]。其中,α-酸和β-酸是啤酒花中最具代表性的软树脂类成分,也是啤酒花独特味道的主要来源。α-酸主要包括葎草酮(图1A)及其同系物,β-酸主要包括蛇麻酮(图1B)及其同系物[4]。在啤酒花中,β-酸含量较α-酸低,易被氧化形成β-软树脂。α-酸在一定条件下易转化为异α-酸,此类成分为啤酒中的主要苦味成分[5]

      图  1  啤酒花树脂类成分葎草酮(A)和蛇麻酮(B)结构式

    • 以黄腐酚(图2)为代表的黄酮类成分是啤酒花中重要的化学成分。根据母核结构的不同,可将其分为黄酮类、查尔酮类及黄烷类[6]。黄腐酚为啤酒花特有的异戊烯基类黄酮,最早被Power等[7]分离鉴定得到,主要集中在啤酒花蛇麻腺中,目前因其广泛的药理活性而备受关注。

      图  2  啤酒花黄酮类成分黄腐酚结构式

    • 啤酒花中的挥发油类成分均由啤酒花的蛇麻腺分泌,是啤酒花香味的来源。啤酒花挥发油主要含有石竹烯、香叶烯、葎草烯、法呢烯等及其脂、酮、醇类化合物[8]。早期研究普遍认为,萜烯类在啤酒花风味中起关键作用,但近年来研究表明,亲水性较强的萜烯醇类对啤酒花风味贡献更为突出[9]

    • 骨质疏松症是以骨量降低和骨微结构破坏为特点的全身性骨代谢疾病。在欧洲,啤酒花提取物用于治疗绝经后骨质疏松症。近年来,啤酒花在防治骨质疏松方面的作用受到广泛关注,其可能通过发挥雌激素样作用、缓解氧化损伤、调节骨形成-骨吸收平衡等途径维持骨稳态,来防治骨质疏松。

    • 雌激素缺失是骨质疏松发病的主要因素之一[10]。啤酒花中的黄酮类成分8-异戊二烯基柚皮素(8-PN),是脱甲基黄腐酚的一种异构物,也是目前分离得到的最有效的植物雌激素[11]。早在2002年,Miligan等[12]即发现天然和人工合成的8-PN在人雌激素受体转染的酵母菌以及雌激素反应的人Ishikawa Var-I细胞中均显示出相似的生物活性,8-PN与两种构型的雌激素受体(ER-α、ER-β)均展现出良好的结合能力。体外筛选实验发现,其雌激素活性高于包括香豆素在内的多种常用植物雌激素。作为啤酒花中最具代表性的黄酮类成分黄腐酚同样具有显著的植物雌激素样作用。研究发现,在去卵巢小鼠中,30和90 mg/(kg·d)的黄腐酚均可显著抑制去卵巢小鼠雌激素缺失所致的体重增加,提高雌激素(E2)水平,抑制碱性磷酸酶(ALP)、抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)等骨转换指标的高表达,并改善去卵巢小鼠的骨微结构破坏,增强骨密度,防治骨质空洞[13]

      啤酒花中的多种树脂类成分同样具有雌激素样作用。Holick等[14]在为期14周的临床试验中发现,树脂类成分、小檗碱、维生素D和维生素K配伍应用,可调节绝经后妇女的骨代谢水平,降低骨转换标志物骨钙素(OCN),并显著提高患者血清25-羟基维生素D含量,减少骨质丢失。Keiler等[15]以去卵巢大鼠为研究对象,观察标准酒花提取物对大鼠骨丢失的防治作用,结果显示,标准酒花提取物可显著减少大鼠胫骨干骺端破骨细胞的数量,并防止雌二醇消耗导致的骨小梁厚度减少,防治雌激素缺失所致的骨质疏松。

    • 雌激素或雄激素缺失会降低骨骼防御氧化应激的能力,从而造成骨质流失,因此,高氧化应激水平与性激素缺乏同为诱发骨质疏松的重要原因[16]。黄酮类化合物大多有酚羟基以及较大的空间位阻,因此,多具有不同程度的抗氧化活性。吴婕等[17] 在研究黄腐酚与其他食品中成分的抗氧化作用时发现,黄腐酚与食品酸味剂柠檬酸、柠檬酸钠、维生素C对DPPH体系均存在协同抗氧化活性。Suh等[18]发现黄腐酚可通过激活氧化应激的关键通路Nrf2来降低MC3T3-E1成骨细胞的氧化损伤,同样证实了黄腐酚具有抗氧化作用。

    • 成骨细胞的骨形成与破骨细胞的骨吸收在骨代谢中共同发挥作用,以维持骨稳态[19]。研究表明,在成骨细胞MC3T3-E1水平上,黄腐酚可显著上调ALP和成骨标记基因骨形成蛋白(BMP-2)、骨涎蛋白(BSP)的表达,并通过调控p38 MAPK和ERK信号通路相关机制,激活转录因子RUNX2,促进骨形成[20]。本课题组前期研究发现,黄腐酚既可以促进原代成骨细胞的增殖、ALP活性以及骨矿化水平,又可以提高骨形成相关蛋白BSP、BMP-2 和骨桥蛋白(OPN)的表达水平[13]。在抑制破骨细胞骨吸收方面,黄腐酚可通过破坏RANK与TRAF6之间的结合,抑制破骨细胞生成过程中NF-κB和Ca2+/NFATc1信号通路,并抑制破骨细胞生成相关标记基因,如组织蛋白酶K(CtsK)、活化T细胞核因子1(NFATc1)以及TRAP的表达,从而抑制骨吸收[21]

      啤酒花树脂类成分同样可以调节骨代谢平衡。蛇麻酮可显著促进成骨细胞增殖,提高ALP活性,促进骨矿化结节,并促进骨形成相关蛋白OCN、BSP和BMP-2的表达。葎草酮也可显著促进成骨细胞活性,并提高骨形成相关蛋白OCN、OPN、BSP和BMP-2的表达。在破骨细胞水平上,蛇麻酮和葎草酮均可降低破骨细胞数目,抑制破骨相关蛋白CtsK、金属基质蛋白酶9(MMP-9)的表达[22]。此外,本课题组前期还发现啤酒花乙醇提取物可显著促进成骨细胞的增殖、ALP活性及骨矿化结节,促进骨形成相关蛋白OPN和BMP-2的表达;并显著抑制破骨相关蛋白TRAP、CtsK、和MMP-9的表达,以维持骨代谢平衡,防止骨吸收大于骨形成所致的骨质流失[23]

    • 啤酒酿制是啤酒花最为传统的一种应用方式,人体中的黄腐酚及相关异戊二烯黄酮类成分主要通过喝啤酒摄入[24]。近年来,啤酒花作为一种特色中药,其药食两用的特性得到了越来越多的关注。相关的健康产品,如美国西楚(Citra)、捷克萨兹(Saaz)的啤酒花颗粒、澳大利亚澳萃维(Nature's Way)啤酒花胶囊、芬兰麦诺美(Menomax)啤酒花浓缩片等层出不穷。现代研究已发现一些啤酒花相关产品在抗骨质疏松方面具有良好的活性。Ban等[25]采用去卵巢大鼠骨质疏松模型,研究Lifenol®的啤酒花提取物防治骨质疏松的作用,结果发现,该产品可显著改善去卵巢所致的大鼠体重增加,调节血脂和脂肪聚集,降低血流速度,改善大鼠潮热,并显著增加大鼠股骨的骨密度,改善骨质疏松。有直接证据表明,喝啤酒可以预防骨质疏松症。Kondo[26]以去卵巢大鼠为骨质疏松模型,研究啤酒对骨质疏松症的影响。结果发现,啤酒能显著抑制去卵巢引起的大鼠股骨骨丢失,且这种抑制作用在单用酒精或不加啤酒花酿造的啤酒中均没有呈现,表明啤酒中抗骨质疏松的活性成分来自啤酒花。此外,Ferk等[27]发现,人类连续饮用黄腐酚饮料14 d后,体内的氧化性嘌呤含量显著降低,氧化损伤程度得到缓解,且血清雌激素及骨钙素水平相对下降,骨代谢紊乱得到显著改善。

    • 学术界对啤酒花的起源地尚无定论,部分学者认为,啤酒花起源于中国[28-29]。在我国,啤酒花的发源地位于黑龙江省东南部的尚志市。1960年,国家轻工业部决定把新疆农场建成国家啤酒花生产基地,并从山东青岛、东北一面坡引进啤酒花。后经过40年的努力,啤酒花种植面积已达185.2公顷,成为新疆地区的主要经济作物之一。

      我国的野生啤酒花种群主要分布在新疆的天山和阿尔泰山山脉附近。新疆地区由于光照充足,昼夜温差大,非常适宜啤酒花种植业的发展,并逐渐形成了范围广、规模大、生境类型多,且其成熟期差异明显的野生种质[3]。然而,近些年,啤酒花的资源开发及生产状况不容乐观。由于新疆地区种植的啤酒花主要是从美国、德国引进的品种,在异地栽培时间过长,生长性能下降,病虫害严重,品种退化严重,导致药材品质下降。再就目前常见的优质香型、香型、苦型和高α-酸型啤酒花的不同品种来看,α-酸含量高者大于8%(高α-酸型),低者3%~4%(苦型、香型),α-酸与β-酸比值高者大于2.0(高α-酸型),低者低于1.0(优质香型)。由此看来,重点活性成分苦味酸类在不同类型啤酒花中的含量、比例组成差异极大[4]。这就使得我们应加强从源头上的育种研究,改进抗病性,增加产量和苦味酸类成分的含量,利用栽培品种和育种系(或野生啤酒花)在合适条件下复合优良性状。

    • 现代药理学研究分别从体内和体外实验明确了啤酒花及其活性成分的抗骨质疏松作用。黄腐酚、蛇麻酮和葎草酮均能够促进骨形成和抑制骨吸收,但其抗骨质疏松的深层次机制仍有待阐明。啤酒花对女性绝经后骨质疏松具有防治作用,但对老年性骨质疏松的作用尚不明确。因此,笔者认为阐明啤酒花及其活性成分的作用机制,既是为啤酒花临床应用及转化提供理论基础,亦可为拓展啤酒花的应用范围提供依据。此外,我国啤酒花资源丰富,但种质资源、遗传背景、亲缘关系不清,导致药材品质参差不齐。因此,摸清啤酒花种质资源家底,构建种质资源库;探讨不同基因在种群中的分布频率,弄清种群间的亲缘关系,建立药材的质量标准,方能为啤酒花活性研究和开发提供品质保障。

参考文献 (29)

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