人参皂苷抗衰老机制的研究进展

AminoAcids&BioticResources

人参皂苷抗衰老机制的研究进展

雷秀娟,冯　凯,孙立伟

1

2

23

,姜　锐,申　野,李昌禹,王英平

2211

(1中国农业科学院特产研究所,吉林吉林,132109;2北华大学生命科学中心,吉林吉林,132013)

摘要:人参皂苷的抗衰老作用被认为是人参皂苷的重要作用之一。人参皂苷主要通过四种途径实现其抗衰老功能:通过提高机体内SOD、CAT、GSH2Px活性,诱导SOD、CAT基因表达,减少LPO、MDA含量等实现其抗衰老作用;通过促进神经递质释放、增加神经递质传递者(Ach)含量、促进NBM神经元TrkBmRNA表达、阻止神经原产生过量硝酸盐等实现其抗衰老功能;通过免疫系统在细胞和分子水平上的适度调节延缓衰老;人参皂苷亦能通过影响细胞周期调控因子、衰老基因表达,延长端粒长度、增强端粒酶活性等来实现其抗衰老功能。人参皂苷抗衰老的更完善和更深入的分子作用机制研究将成为未来研究的重点之一。

关键词:人参皂苷;抗衰老;作用机制中图分类号:Q71文献标识码:A

文章编号:1006-8376(2010)01-0044-04

　　衰老是机体在发育成熟后,体内各种功能活动进行性下降的过程,是一种复杂的生命现象。目前

关于其发生机制说法不一,大致可概括为中医延年学说和近代衰老学说两大类。人参皂苷为五加科草本药用植物人参、西洋参等的主要活性成份,具有广泛的药理作用和医疗用途。研究表明,人参皂苷对神经系统、内分泌系统、免疫系统、信号传导、抗衰

[1～3]

老、抗肿瘤增效等都有很大影响。随着社会老龄化步伐的加快和现代生活水平的提高,衰老与抗衰老研究已成为医学生物学领域研究的热点之一,人参皂苷抗衰老的研究也受到了越来越多学者的重视。随着现代科学技术的发展,特别是分子生物学技术的应用,关于人参皂苷抗衰老机制的研究已逐渐深入到细胞、分子、基因水平。本文就近年来国内外学者对衰老机制及人参皂苷抗衰老研究的新进展作一综述,将对人参药物、保健、美容系列产品的开发利用具有一定的理论指导意义。1　衰老机制1.1　中医延年学说

多衰老病态和衰老过程。肾藏精,为先天之本,生命之源,以肾为主宰而主持、维系人体的一切生理功

能,使其统一平衡而又能自调自稳地正常活动,从而抵御疾病。肾气亏虚则五脏之气血津液生化乏源,各种衰老病症更日益显露出来。1.2　近代衰老学说近代研究认为,衰老是机体各种生化反应的综合表现,是体内外许多因素(环境污染、精神紧张、遗传等)共同作用的结果。近代关于衰老的学说有很多种(氧化自由基学说、大脑衰老中心学说、免疫功能下降学说等),氧化自由基学说为1956年由

[5]

Harman提出,是目前比较公认的学说之一。该理论指出,机体内时刻产生着自由基,但同时又具有有效的自由基清除系统(如超氧化物歧化酶等),使体内自由基维持在正常水平。随着年龄的增长,这种平衡逐渐被破坏,造成自由基的过剩。过量自由基可通过过氧化作用攻击细胞膜、线粒体膜等膜性结构及核酸、蛋白质和酶类等生物大分子,引起细胞膜和线粒体膜上的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化,产生脂质过氧化物。这些脂质过氧化物及其分解产物使核酸及蛋白质分子发生交联聚合,进一步造成DNA基因突变或复制异常及生物酶活力下降,最终导致细胞功能严重受损以至衰老、死亡。

目前,随着现代生物技术的发展,特别是分子生物学研究技术的快速发展,衰老的遗传程序学说也逐渐得到了证实。20世纪90年代以来,陆续有报道第l、4、7号染色体与X染色体上各自存在着与衰

[6]

老有关的基因。近年研究发现,CDI的两个家族基因NK4(包括P15,P16NK4A,P18,P19)和CIP/

中医延年学说对人体衰老或早衰的认识源远流长,内容极其丰富,为大多数学者公认。而有较好之实际效验者,当以脏腑虚衰说,脏腑虚衰说又以肾虚

[4]

致衰之说为最。肾虚致衰是肾元之阳气和肾藏之精气亏损、虚少,五脏气血津液生化无源导致的诸

收稿日期:2009-11-01

作者简介:雷秀娟,女(1984-)在读硕士。3通讯作者

基金来源:国家科技支撑计划项目(2007BAI38B02);吉林市科技发展计划项目(200813)。

雷秀娟等　人参皂苷抗衰老机制的研究进展

・45・

KIP(包括P21,P27,P57)都是与诱发细胞衰老相关

的基因。这些研究表明,衰老也是由遗传基因决

[1]

定的。近年来端粒(telomere)与端粒酶(telomer2ase)的发现使衰老的遗传程序学说有了新进展。端粒为真核细胞染色体末端的一种特殊结构,由2～20kb串联的短片段重复序列(TTAGGG)n和一些结合蛋白组成,它在染色体定位、复制、保护和控制

[8]

细胞生长、寿命等方面具有重要作用。DNA每复制1次,端粒即丢失50～200bp,当它缩短到一定程

[9]

度时,细胞则停止分裂、衰老、死亡。端粒酶为端粒序列复制时依赖的一种特殊的DNA聚合酶,它可利用自身的RNA分子作为模板,从3′端合成并延

[10]

长端粒长度,从而延缓细胞衰老。2　人参皂苷及其抗衰老作用[7]

衰老模型小鼠皮肤中SOD活力、羟脯氨酸含量明显

升高,丙二醛(MDA)含量显著降低,血中CAT、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH2Px)活力显著升高,其机制可能为人参皂甙水解后生成皂甙元,即人参二醇、人参三醇、齐墩果酸等。特别是人参皂甙Rb1和Rg1,其在人参中是主要的活性化合物,这些物质可促进

细胞的新陈代谢,加快衰老皮肤细胞核酸和蛋白质的合成,同时增加皮肤中SOD含量和活性,发挥其强大的抗氧化和清除自由基作用,减少脂质过氧化产物如MDA的沉积,恢复细胞正常的生理功能,且人参皂甙还可刺激皮肤成纤维细胞的活性,促进胶原蛋白合成,使皮肤趋于年轻化,从而延缓皮肤衰

[16]

老过程。Chang等实验得出人参二醇诱导SOD和CAT基因表达是总皂苷的2～3倍,以人参皂苷Rb2的作用最为明显,从而说明了人参皂苷在基因水平上对抗氧化酶调控的关键作用。张馨木等在对人参Rb组皂苷对高脂血症大鼠血脂代谢的影响及其抗氧化作用的研究中发现,人参Rb组皂苷能显著提高SOD的活性,减少过氧化脂质(LPO)及其代谢产物MDA含量,延缓衰老过程。程俊霖等在观察人参茎叶总皂苷口服对皮肤的抗衰老

-1

作用时发现,100mg/kg・d人参茎叶总皂苷可使衰老小鼠全血中CAT和GSH2Px活力显著升高,皮肤组织匀浆中SOD活力显著升高,MDA含量降低,

-1-1

50mg/kg・d和100mg/kg・d人参茎叶总皂苷均可使衰老小鼠皮肤组织中羟脯氨酸含量升高,且与衰老模型组比较有显著性差异,认为口服人参茎叶总皂苷对D-半乳糖所诱导的小鼠皮肤具有抗衰老作用。2.2　调节神经系统大脑记忆能力的减退,是衰老的早期表现症状之一。实验已证实神经递质及其受体的变化与脑功能的衰老密切相关,具体表现就是学习和记忆功能

[19]

障碍。早期研究发现人参皂苷Rb1能促进递质

[20]

的释放,薛箭飞等首先证明了人参皂苷Rb1促进递质释放的机制与其上调突触蛋白磷酸化水平有关,并证实了Rb1的作用机制是通过PKA细胞信号

[21]

转导途径而完成的。Cheng等认为乙酰胆碱(Ach)是人体大脑中重要的神经递质传递者,缺少Ach,会导致学习和记忆能力的损伤。早期实验发现人参皂苷Rg1、Rb1可增加中枢神经系统中Ach的含量,并推断这与Rg1、Rb1能提高乙酰胆碱转移酶(ChAT)活性而抑制乙酰胆碱酯酶(AchE)活性有

[22][23]

关。Wang等进一步证实了这一推断。Zhao等近期研究发现人参皂苷通过降低衰老大鼠大脑海

[18]

[17]

人参皂苷是五加科草本药用植物人参、西洋参等的主要有效成份。至今为止,人们已从人参植物中至少分离出40多种人参皂苷单体。按人参皂苷在薄层色谱中Rf值的大小,由小到大命名为R0,Ra1,Ra2,Rb1,Rb2,Rb3,Rc,Rd,Re,Rf,Rg1,Rg2,。按皂苷元的不同,人参皂苷可分为达玛

[12]

烷型和齐墩果型皂苷(R0,Rh3)两种。其中根据糖基在苷元上连接位置的不同,达玛烷型皂苷又分为原人参二醇型和原人参三醇型皂苷。其代表分别

[13]

为Rb1和Rg1。其中二醇型和三醇型皂苷占人Rh1等

[11]

参皂苷的大多数,被认为是人参的最主要活性成分。随着社会老龄化步伐的加快和现代生活水平的提高,人们在极力寻找开发天然抗衰老药物的同时,人参皂苷的抗衰老作用也受到了越来越多学者的重视,关于人参皂苷抗衰老作用机制的研究也不断深入。2.1　抗氧化作用

正常代谢过程所产生的自由基如果能很快被机体防御系统所清除,不会造成危害,如不能完全被清除,则会使生物大分子遭到损伤,导致人体衰老。已有结果表明,人参皂苷既可抑制自由基的产生,也可直接对抗自由基对组织及细胞的损伤作用,或直接清除自由基,还可增强机体本身抗氧化系统的功能,

[14]

从多个环节阻断自由基的损伤作用。张嘉麟等对老年鼠血液中抗氧化酶活力影响研究表明人参皂苷Rb1,Rg1均能显著提高超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活力,增强了机体防御毒性氧自由基损伤的能力,具有抗衰老的作用。王红丽[15]

等在进行人参皂甙抗皮肤衰老作用实验时发现,

-1

口服人参皂苷100mg/kg・d使D-半乳糖所致的

・46・

氨基酸和生物资源

马区的氧化胁迫,上调海马区与可塑性相关的蛋白

[24]

来阻止大龄鼠记忆力的下降。陈会良认为人参皂苷Rb1、Rg3的混合物通过阻止神经元产生过量

[25]

硝酸而延缓衰老。赵海花探讨了人参皂苷对老龄大鼠NBM神经元酪氨酸激酶(TrkB)mRNA表达的影响,结果显示老龄组大鼠NBM神经TrkBmR2NA表达显著低于青年组,而给药组较老龄组大鼠表达增多,表明人参皂苷对NBM神经元TrkBmR2NA表达有促进作用,其结果为人参皂苷抗脑衰老

[19]

提供了形态学依据。贾继明等认为人参皂苷Rg1、Rb1可以增加神经元的可塑性,促进模型动物

有大量研究发现并证实了体内衰老基因的存在

4A

[31]

,

如P15,P16NK,P18,P19,P21,P27,P57等。宋淑霞等研究发现,人参皂苷对人胚肺成纤维细胞具有双向调节作用,对高代龄细胞具有促进细胞增殖,调节CyclinD1基因表达作用

进一

步研究了人参皂苷Rg1对抗三丁基过氧化氢(t-BHP)诱导细胞衰老的作用,发现可能与其改变P21,CyclinE和CDK2的表达水平有关,也可能与

[32]

。赵朝晖等

[33,34]

端粒和端粒酶存在关联。赵朝晖等用细胞超微结构、流式细胞分析和β2半乳糖苷酶细胞化学染色观察衰老细胞。蛋白印迹法检测P21、CyclinE和CDK2蛋白表达的方法发现与单纯t-BHP处理组

[33]

鼠的海马齿状回神经干细胞的增殖和分化,增加

Bcl-2和抗氧化酶的产生,从而延缓衰老。2.3　调节免疫功能

随着年龄的增长,机体的免疫器官逐渐萎缩,免疫功能逐渐衰退,对外界病原体的抵抗能力明显减[26]

弱,这是引起衰老的原因之一。免疫系统在细胞和分子水平上的适度调节,可以延缓衰老。江必[27]

武等报道人参皂苷对小鼠的体液免疫和细胞免疫均有刺激作用,可使网状内皮系统吞噬功能增强,促进抗体形成,增加血液免疫球蛋白的含量,并能刺激老年人淋巴细胞的转化功能,增加骨髓细胞

[28]

DNA、RNA及蛋白质的合成。常雅萍等研究证明西洋参茎叶总皂苷、人参皂苷具有多种免疫调节效应,与其诱使各种细胞产生的多种细胞因子相关,其中IFN是机体免疫调控网络中的一个重要组成部分。淋巴细胞cGMP浓度的升高对细胞的增殖能力有明显的促进作用。而cAMP对遗传基因活性有调节作用,因为cAMP能促进组蛋白和非组蛋白的磷酸化,解除基因抑制。细胞内环核苷酸水平的变化是细胞水平调节免疫功能的一种机制。2.4　影响细胞周期调控因子、衰老基因的表达

细胞周期是细胞生命活动的基本过程,细胞在周期时相的变迁中沿着G1期-S期-G2期-M期的顺序运转,G1期是启动细胞周期循环的关键。细胞衰老是细胞周期调控下多因素参与的复杂生理病理过程,是机体衰老的基础,其关键特征是细胞周期停滞。其显著的特征是细胞在很长一段时间内仍维持代谢活性,但因阻滞于G1期,失去了对有丝分裂的反应和合成DNA的能力,不能进入S期。细胞周期蛋白(cyclin)是一种周期性表达的cyclin,在G1期与S期交界处,与细胞周期蛋白依赖激酶(CDK2)一起发挥其蛋白激酶的活性,是细胞从G1

[30]

期进入S期的关键性周期蛋白。衰老基因是生物体内存在的具有引起或延缓衰老作用的基因。已

[29]

相比,Rg1预处理组CyclinE和CDK2蛋白表达水平上升,同时G1期细胞比例明显减少,提示在G1期与S期交界处,人参皂苷Rg1可能通过上调Cyc2linE与CDK2的表达,使细胞进S期而发挥其抗细

胞衰老的作用。金建生等

[35]

采用免疫印迹技术对

CDK4、CyclinD1和P16等表达情况进行检测来探

讨人参皂苷Rg1对抗t-BHP诱导的WI-38细胞衰老作用及其可能细胞周期调控机制时得出Rg1可能通过改变细胞周期调控因子的表达而发挥其抗t-BHP诱导的WI-38细胞衰老作用。3　展望

衰老是人体正常的生理过程,涉及全身多功能系统。延缓衰老是目前生命科学研究中的重点和难点之一。人参皂苷具有明显的抗衰老作用,其抗衰老机制的研究对揭示人类衰老机制有很大促进作用。目前对人参皂苷抗衰老作用机制的研究已取得了很大进展,但仍存在局限性如:关于人参皂苷与NO相关的信号传导途径、DNA损伤修复途径有关

系的研究以及人参皂苷通过延长端粒长度、端粒酶活性而延缓衰老的作用机制的研究尚不十分明确。因此,需要从文献研究、实验研究及临床研究三方面入手,借助衰老学说,运用现代科学研究新技术,采用适当的实验方法,进一步从细胞、分子、基因水平对人参皂苷抗衰老机制进行多方位研究,为人参药物、保健、美容等系列产品的开发利用提供一定的理论指导。参考文献

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StudyonEssentialOilObtainedfromSeedsofWildVitexnegundo

LIUXiang-bo,CAOHengTIANGuang-hui

3

(SchoolofChemistry,ShaaxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,China)

Abstract:EssentialoilfromtheseedsofVitexnegundoL.var.heterophylla(Franch.)Rehd.wasextractedbysteamdistillation,andcomponentsoftheessentialoilwereseparatedandstructurallyidentifiedbygaschromatogra2phy-massspectrometry.Therelativecontentsofthecomponentswereidentifiedbythepeak-areanormalization.Themajorcomponentsoftheessentialoilwereβ-elemene(27.98%),linalool(12.39%),kaurene(12.00%),

δ-elemene(10.54%)andisobornylacetate(8.98%).Keywords:VitexnegundoLinn.var.heterophylla(Franch.)Rehd.;essentialoil;gaschromatography-massspectrometry.

(上接第47页)

ProgressinStudyingAnti-AgingMechanismofGinsenoside

LEIXiu-juan,FENGKai,SUNLi-wei,JIANGRui,

11

LIChang-yu,WANGYing-ping

(1.InstituteofSpecialEconomicAnimalandPlantScience,CAASJilin132109;

1

2

32

2

2.LifeScienceCenterofBeihuaUniversity,Jilin132013,China)

Abstract:Theanti-agingeffectofginsenosideisoneoftheimportantactivitiesofginseng.Ginsenosidea2chievesitsanti-agingeffectmainlythroughthefollwingways:First,byincreasingtheactivityofbodySOD,CATandGSH2Px,inducingtheexpressionofSOD,CATgenesandreducingthecontentofLPO,MDAtoachievetheanti-agingactivity.Second,bypromotingthereleaseofneurotransmitter,increasingthecontentofAch,Stimula2tingthemRNAexpressionofTrkBandpreventingtheneuronstoproduceexcessivenitratestoachieveitsfunction.Third,thoughtheregulationofimmunesystematcellularandmolecularleveltoslowdowntheaging.Fourth,gin2senosidecouldalsoachieveitsfunctionbyaffectingtheregulationfactorofcellcycleandtheexpressionofaginggene,prolongingthelengthandincreasingtheactivityoftelomere.Thestudyofthemolecularmechanismofgin2senosidewillbeoneoftheprioritiesforfurtherresearch.

Keywords:ginsenoside;anti-aging;mechanism.