黄酮类植物化学物抑制内皮细胞氧化应激损伤的结构-效应关系研究

摘要

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)已成为西方发达国家引起死亡的主要病因，在我国的发病率也逐年上升。国内外大多数学者赞同Ross提出的“损伤应答学说”，认为氧化应激(oxidative stress)导致的内皮细胞结构损伤和功能障碍是AS发生的始动因素和早期病理改变，并已成为AS防治的重要靶点。血浆氧化低密度脂蛋白(oxidizedlow-density lipoprotein，oxLDL)被认为是AS发生最重要的危险因子，它主要通过活化ROS-p38MAPK-NF-κB信号通路并影响相关基因表达诱导内皮细胞氧化应激损伤。
　　 近年来研究发现，AS的发生与不健康的生活方式，特别是不合理的膳食结构密切相关，WHO的资料表明近50％的AS或冠心病可通过改善饮食等生活方式来预防，提示合理膳食在AS防治中占有重要地位。流行病学调查发现，广泛存在于蔬菜、水果、谷类、豆类等植物性食物中的黄酮类(flavonoids)植物化学物的摄入与AS等心血管疾病的发生、发展呈明显负相关。实验研究也表明，黄酮类植物化学物大都具有明显的抗氧化生物活性，一些化合物也表现出明显地抑制内皮细胞氧化应激损伤作用，通过分子改构或结构修饰有望使这些先导化合物(lead compound)成为AS治疗的有效药物。随着越来越多的黄酮类植物化学物在不同种类的植物性食物中被发现，通过构效关系研究明确与其抑制内皮细胞氧化应激损伤密切相关的分子结构特征，并阐明相关结构特征在其保护内皮结构和功能完整性中的作用，将为药物研发提供重要理论依据。
　　 本课题首先在体外构建oxLDL诱导的内皮细胞氧化应激损伤模型，观察oxLDL对细胞活力，氧化损伤标志物MDA、LDH、NO、SOD酶活力和sICAM-1，细胞内ROS生成及细胞凋亡等的影响。进而选择21种花色苷和23种类黄酮化合物，分别观察其对内皮细胞氧化应激损伤的影响，通过相关性分析和配对比较进行结构-效应关系研究，分别明确与花色苷和类黄酮抑制内皮细胞氧化应激损伤密切相关的分子结构特征，并筛选出作用较显著2种花色苷元(anthocyanidin)--飞燕草素(delphinidin)和矢车菊素(cyanidin)、2种黄酮醇(flavonols)-杨梅黄酮(myricetin)和槲皮素(quercetin)、2种黄酮(flavones)--毛地黄黄酮(luteolin)和芹菜苷(apigenin)及2种异黄酮(isoflavones)--三羟异黄酮(genistein)和大豆甙元(daidzein)，进一步比较其对细胞内ROS水平、p38MAPK磷酸化、NF-κB的核转位、氧化应激相关基因mRNA表达及NF-κB和ER介导的基因转录活性的影响，深入阐明相关分子结构特征在黄酮类植物化学物通过ROS-p38MAPK-NF-κB信号通路抑制内皮细胞氧化应激损伤中的作用。本实验的主要实验结果和结论如下：
　　 (1)oxLDL能明显诱导内皮细胞氧化应激损伤，主要表现为显著抑制内皮细胞活力、促进细胞凋亡、增加脂质过氧化和炎性反应、降低细胞抗氧化能力、抑制内皮细胞分泌功能及增加细胞内ROS水平，并均呈一定浓度依赖关系。
　　 (2)总-OH数量和B环-OH数量与花色苷抑制内皮细胞氧化应激损伤作用显著正相关。3’，4’-邻二羟基和3-羟基与花色苷抑制内皮细胞氧化应激损伤作用密切相关，5-羟基对其抑制作用影响不显著，而6-羟基的存在明显削弱花色苷的抑制作用。不同糖基取代也能降低花色苷的抑制作用。实验筛选出作用较显著的两种花色苷飞燕草素(delphinidin)和矢车菊素(cyanidin)。
　　 (3)总-OH数量和B环-OH数量与类黄酮抑制内皮细胞氧化应激损伤作用显著正相关。3’，4’-邻二羟基、3-羟基、2，3-双键、5，7-间二羟基及B环取代在C环3位与类黄酮抑制内皮细胞氧化损伤作用密切相关，而6-羟基的存在可削弱其抑制作用。实验筛选出作用较显著的两种黄酮醇杨梅黄酮(myricetin)和槲皮素(quercetin)，两种黄酮木犀草素(luteolin)和芹菜苷(apigenin)及两种异黄酮三羟异黄酮(genistein)和大豆甙元(daidzein)。
　　 (4)分子结构特征差异显著影响不同黄酮类植物化学物对内皮细胞氧化应激损伤的抑制作用。实验结果表明：3’，4’-邻二羟基和3-羟基是黄酮类植物化学物抑制ROS-p38MAPK-NF-κB信号通路和NF-κB介导的转录活性及调节氧化应激相关基因表达的必要结构特征。5，7-间二羟基主要与黄酮类植物化学物通过NF-κB抑制与粘附和趋化相关基因表达密切相关。B环取代在C环3位与异黄酮通过ER促进eNOS表达和NO分泌有关。
　　 综上所述，本课题利用21种花色苷和23种类黄酮比较其对内皮细胞氧化应激损伤作用的影响，通过结构-效应关系分析，明确与其抑制内皮细胞氧化应激损伤密切相关的分子结构特征并阐明不同结构特征在其通过ROS-p38MAPK-NF-κB信号通路抑制内皮细胞氧化应激损伤中的作用。植物化学物生物学功效的研究已经成为营养学领域研究的热点，同时也是药物研发先导化合物的重要来源。黄酮类植物化学物种类繁多，结构多样，食物来源广泛，且越来越多的活性化合物正不断被发现，本课题开展的构效关系研究对合理选择食物来源通过膳食途径有效预防AS发生具有重要意义，并为利用相关结构特征进行分子改构和结构修饰进而研发更有效治疗AS的药物提供了重要依据。