甘草酸生物学功能及其应用研究进展

刘洪伟，刘道刚

（重庆市中医院药剂科，重庆 400021）

甘草属于多年生草本植物，其化学组成复杂。目前，已分离出数百种化合物。根和根茎中的甘草酸、甘草次酸、黄酮类化合物［1］，具有抗炎［2］、神经保护、抗菌［3］、抗病毒［4］、免疫调节［5］等多种药理特性。成分和数量通常会随甘草的种类、种植区域、采收时间等因素的不同而异。其中甘草甜素和黄酮类物质是甘草中最重要的活性物质。甘草可以补气、镇痛，在民间医药中广泛应用于治疗呼吸道感染、胃炎、消化性溃疡等疾病。甘草还可以与其他草药配合使用，增强其他成分的功效，研究显示60%以上的处方中含有甘草成分［6］。

甘草酸是甘草根的主要成分，是一种三萜类皂苷，味甜，比蔗糖甜近50倍，甘草酸约占甘草根干重的10%。口服后甘草被肠道细菌代谢为甘草次酸。现将甘草酸生物学功能及其应用研究进展综述如下。

1 甘草酸抗炎作用

甘草主要是通过减少炎症因子的产生从而治疗相关疾病，TNF-α、MMPs、PGE2、自由基是甘草抗炎机制的重要靶向因子。有研究表明，甘草提取物可以抑制脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞中促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2和iNOS的表达，同时抑制NF-κB的活性，发挥抗炎的作用［7］。Nrf2是内源性抗氧化剂系统的关键调节剂，激活内源性抗氧化酶以减少氧化应激。NF-κB是产生促炎细胞因子的炎性信号途径的关键调节剂。甘草酸显著减弱了MEEC中LPS诱导的TLR4表达和NF-κB活化［8］。甘草酸通过诱导PGE2的表达水平，激活TLR-4的下游信号通路。在体外，甘草酸激活Nrf2和PPAR，抑制炎症、氧化应激和细胞凋亡［9］。目前，甘草酸在肝炎、阿尔茨海默氏病、心肌缺血性损伤、皮肤炎症和肺炎等疾病治疗中均能够发挥抗炎作用。

甘草被用于解毒，而肝脏是人体最大的解毒器官。研究发现甘草酸可以促进肝脏树突状细胞产生胶原基因和IL-10，抑制HMGB1的产生。甘草酸能够通过抑制NF-κB的活化，降低TNF-α的表达。甘草酸通过抑制自由基的产生和脂质过氧化作用，对肝脏具有保护作用［10，11］。同时包覆甘草酸的纳米乳剂被证明是一种新的缓释制剂，可以皮下用于长期慢性肝炎的治疗。甘草酸还能调节小鼠肝脏CYP3A和CYP7A的表达，保护肝脏免受石胆酸的伤害，降低大鼠丙氨酸转氨酶、碱性磷酸酶、天门冬氨酸转氨酶，提高GSH、SOD水平［12］。

甘草酸的抗炎活性有助于改善学习和记忆能力，其抗氧化活性可减少脑损伤，改善神经元功能。β-淀粉样蛋白在阿尔茨海默氏病（AD）的发病机理中起着重要作用。研究表明，甘草酸可以调节多种抗凋亡和促凋亡因子，通过ERK信号通路，抑制HMGB1磷酸化而发挥抗炎作用。甘草酸抑制β-淀粉样蛋白的聚集，清除自由基，降低NO、TNF-α、IL-1β的表达，同时还能降低Caspase3和BAX的表达水平，其抗氧化和抗炎活性可抑制神经元的凋亡，发挥神经保护作用［13］。

甘草酸通过抗氧化活性和抗炎作用，对心肌缺血具有保护作用。心肌缺血是自由基的产生和随后的氧化应激会导致组织损伤，伴随炎症反应的激活。甘草酸可恢复SOD活性，降低MDA含量，甘草酸还可以激活Nrf2的抗氧化反应并抑制NF-κB的活化，降低促炎细胞因子的水平［14］。

甘草酸还可以作为天然抗炎药预防皮肤炎症。在TPA诱导的小鼠皮肤炎症模型中，甘草酸抑制MAPK信号通路和PI3K/Akt信号通路，阻断了NF-κB的激活，从而导致iNOS和COX-2表达的下调［15，16］。甘草酸能够抑制糖尿病模型小鼠的炎症反应。研究显示，甘草酸局部治疗可抑制糖尿病小鼠牙龈和在血清中IL-6和肿TNF-α的mRNA表达水平，并通过HMGB1-RAGE轴降低血糖水平［17］。甘草酸可以减轻炎症性肺疾病。研究显示，甘草酸显著降低细胞间黏附分子和百草枯诱发的肺损伤大鼠模型中MMP-9的含量［18］。甘草可以减轻小鼠LPS诱导的急性肺损伤。甘草酸减少炎症因子TNF-α，IL-1β和HMGB1的产生，通过上调LC3-II/I和Beclin-1的蛋白水平来增加自噬，PI3K/AKT/mTOR通路与LPS诱导的ALI下GA诱导的自噬有关。甘草酸通过调节PI3K/AKT/mTOR途径相关的自噬来抑制LPS诱导的ALI中炎症因子的产生［19］。

2 甘草酸抗病毒和抗菌作用

预防和治疗病毒性和细菌性传染病是中医药的特色之一。甘草酸可通过靶向特定的免疫细胞（例如巨噬细胞和树突状细胞）而在病原体入侵过程中起到有效的抗感染作用。巨噬细胞是免疫系统的关键组成部分，可针对各种感染提供保护。受刺激的巨噬细胞不仅可以起吞噬作用，还可以充当B和T淋巴细胞的抗原呈递细胞，并参与对适应性免疫系统的刺激。甘草酸可以通过增强巨噬细胞功能来抵御细胞内病原体的感染。研究显示甘草酸通过诱导IL-8的分泌和激活NF-κB对RNA和DNA病毒产生抗病毒活性。甘草酸的抗病毒活性机制包括干扰病毒与细胞结合和细胞间感染，诱导IFN活性，抑制病毒复制，调节细胞膜的流动性，影响病毒进入细胞等［20］。甘草酸还能通过抑制病毒基因的表达和复制，降低病毒的粘附力，还可以通过激活T淋巴细胞的增殖，抑制细胞凋亡。同时甘草次酸对MDCK细胞中的H1N1和293T细胞中的HIV有显著的抗病毒作用［21］。

Van Rossum等［22］研究显示，甘草酸可降低血浆丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶活性，对病毒性肝炎有明显的疗效。甘草酸可明显改善病毒性肝炎患者的症状、体征和肝组织结构［23］。体外研究明确了甘草酸对HBsAg分泌的抑制作用，改善慢性乙型肝炎患者的肝损伤。甘草酸通过抑制HBsAg在细胞内转运来阻止宿主细胞分泌HBV抗原，干扰肝细胞上唾液酸修饰和HBV相关抗原的表达，从而改善乙肝患者的肝功能［24］。MatsumotoY等［25］研究发现甘草酸可以抑制病毒的释放可能是由于其对PLA2G1B的抑制作用。甘草酸还可抑制HCV核心基因的表达，并与INF有协同作用［26］。

ChenXX等［27］研究发现，利巴韦林和甘草酸联合作用发挥抗甲型H1N1病毒感染的作用。利巴韦林和甘草酸联合使用可以抑制流感病毒感染小鼠的肺水肿，其抑制率达到36%，同时对感染小鼠存活率有协同作用。甘草酸-唾液酸结合物明显抑制流感病毒唾液酸酶的活性，抑制流感病毒的增殖［28］。研究表明，改良甘草酸是寻找新型抗流感药物的一种选择。

甘草酸具有抗疱疹病毒的活性。在病毒复制周期的早期阶段，甘草酸抑制水痘带状疱疹病毒的复制。甘草酸通过抑制单纯疱疹病毒的复制，提高患疱疹性脑炎小鼠的存活率［29］。甘草酸与一些抗疱疹病毒的酶和蛋白结合后可增加抗疱疹病毒的活性。乳铁蛋白、溶菌酶等与甘草酸的结合已经发展成为单纯性疱疹的局部治疗方法。甘草酸通过不同的活性机制，与其他抗病毒药物有协同作用。王永洪等［30］对甘草酸在人巨细胞病毒中的抗病毒作用的研究发现，甘草酸的药物毒性试验中的半数毒性浓度比更昔洛韦增加8倍左右，其治疗指标也优于更昔洛韦。杨光［31］发现甘草酸联合伐昔洛韦治疗带状病毒，毒副作用小，疗效好，可降低疱疹后神经痛的发生率。

iNOS通过多种机制表现出有效的抗菌作用。甘草酸可以显著上调iNOS和NOX-1 mRNA的表达，从而诱导NO和H2O2的产生，从而导致巨噬细胞中伤寒沙门氏菌活力降低。甘草酸还可以上调IFN-γ，LITAF，IL-6和IL-10的表达，从而增强对伤寒沙门氏菌的吞噬能力［31］。研究显示，甘草用于治疗耐药铜绿假单胞菌［33］、白色念珠菌引起的口腔感染［34］。α-溶血素是金黄色葡萄球菌感染的重要外毒素，此类感染与多种疾病的发生有关。甘草酸通过降低α溶血素的产生来防止细胞免受α-溶血素的损伤；进一步研究发现甘草酸对金黄色葡萄球菌也表现出抗菌活性［35］，同时显著减轻幽门螺杆菌引起的胃炎［36］。

3 甘草酸抗癌作用

甘草酸在多种癌症中具有抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡的作用，然而其抗癌活性的分子机制仍知之甚少，值得进一步研究［37，38］。研究显示，甘草酸对胃癌细胞的增殖具有时间和剂量依赖性抑制作用，导致G1/ S期阻滞和凋亡，下调G1期相关蛋白的表达，上调BAX等凋亡相关蛋白的表达，抑制PI3K/AKT信号通路的磷酸化［39］。甘草酸可诱导细胞的凋亡和G2期细胞周期阻滞，并通过ROS/PKC- a /ERK途径抑制胃癌细胞迁移［40］。甘草酸通过诱导细胞周期阻滞、细胞凋亡和自噬，在体外和体内抑制人结直肠腺癌细胞SW480的生长［41］。甘草酸能够通过抑制结直肠癌细胞增殖和促进细胞的凋亡，发挥对二甲肼诱导大鼠结直肠癌的抗癌作用［42］。甘草酸能够下调p62和beclin1相关蛋白，触发凋亡诱导因子AIF从线粒体转位到细胞核，通过ROS-线粒体途径诱导乳腺癌细胞自噬激活，而促进细胞死亡［43］。甘草作为载体材料在抗癌治疗中也显示的巨大潜力［44］。甘草酸修饰的聚乙烯亚胺可提高转染效率和靶向肝细胞的能力，且对细胞表现出低毒性，高选择性和有效的基因表达［45］。

4 甘草酸增强药物活性作用

目前医学化学研究的一个重要问题是大多数常用药用化合物的低溶解度和低渗透性，导致生物利用度较低，口服药物的溶解度尤其重要。使用可溶性高化合物，以复合物的形式传递，可以在保持治疗效果的同时显著减少有效剂量。在药物浓度在细胞外环境中达到足够大的浓度时，亲脂性药物分子可以通过脂质层被动转运，然而 30%左右的药物化合物不溶于水。甘草酸具有两亲性，能够在水性和非水性介质中结合，除了其固有的生物学活性外，还与多种药物形成非共价复合物，可将疏水性化合物的溶解度提高数十倍，从而降低药物的治疗剂量，这种形式的甘草酸不用作治疗剂。此外，甘草酸还可以增加细胞膜对小分子的渗透性［46］。

甘草酸与益智镇静药菲尼布特的复合物，表现出与药物本身类似效果的剂量减少了16倍，复合物增加了动物的记忆能力，减少了嗜睡和过敏反应等副作用［47］。在降压方面，甘草酸与硝苯地平的络合作用也有类似的效果［48］。甘草酸是一种良好的可溶性天然皂苷，甘草酸与辛伐他汀的复合物，可以提高辛伐他汀的溶解度和生物利用度。甘草酸的重要特征是能够减少胆固醇氧化，并与胆固醇氧化产物形成水溶性复合物，这可能是预防血管中胆固醇斑块形成和动脉粥样硬化发展的重要因素。研究显示，与单用辛伐他汀相比，在甘草酸二钠盐存在下，辛伐他汀的通透性大大提高，生物利用度显著提高，降胆固醇的效果更好［49］。许多药物在溶液中稳定性偏低。其中一些化合物还具有光敏性，易被体内形成的自由基氧化。在特定的情况下，与甘草酸形成复合物，可显著提高药物的稳定性。叶黄素对人类的眼睛、视网膜有重要的保护作用。叶黄素在人体内不产生，通过食物进入人体内，但是由于这些分子在水中溶解度低和不稳定性，其实际应用是非常有限的。研究表明，甘草酸与类胡萝卜素的复合物，可以增加溶解度，提高抗氧化能力。姜黄素具有抗炎、抗病毒和抗氧化等特性，但是疏水性的姜黄素在水中溶解性差，口服姜黄素利用率较低。而甘草酸可以与疏水分子形成复合物，显著提高其溶解度并增强药物通过细胞膜的渗透性［50］。甘草酸与姜黄素形成复合物后，显著改善了药代动力学和生物利用度［51］。

抗肿瘤药物紫杉醇的口服生物利用度较低，YangOY等［51］研究发现，含有紫杉醇的甘草酸胶束，呈球形，生物利用度增加，口服吸收显著增强，可能主要是由于空肠和结肠肠道吸收的增加。白藜芦醇是一种天然化合物，具有抗炎、抗菌、抗氧化等作用，但其溶解度较低。WuM等［52］通过建立包裹有白藜芦醇纳米颗粒的甘草酸偶联人血清白蛋白纳米颗粒的靶向肿瘤药物递送系统，发现甘草酸增加了白藜芦醇的溶解度，其摄取速率高于纯白藜芦醇，并且随着纳米颗粒浓度的增加而增加。体外药物释放研究表明，纳米颗粒缓慢而连续地释放药物，对肝癌表现出有效的靶向能力。甘草酸也可将药物靶向递送至肝细胞［53］。甘草酸在水溶液中的自缔合和与其他药物的络合作用，使其成为一种有前途的药物递送剂。

甘草酸除了能与亲脂性药物结合提高溶解度外，还可以增加药物的通透性，促进药物吸收。研究显示，小分子药物通过胃肠道上皮会受到紧密连接的扩张和收缩的调节，甘草酸可能会通过影响细胞膜特性来增强药物向细胞渗透的能力［49］。

5 总 结

甘草酸是甘草的主要生物活性成分，具有抗炎、抗病毒、抗癌和保肝等作用，通过稳定细胞膜和免疫调节能有效抑制多种病毒的生长和复制，并对特定病毒相关酶的表达和活性产生特异性的影响。甘草酸还可作为多功能药物载体，增强其他药物的活性。总之，深入了解甘草酸发挥作用及与体内其他成分相互作用的机制，有助于研发出具有良好功效的新药。