综述 | Pharmacol.Ther.：青蒿素作为免疫系统调节抗肥药的潜力(国人佳作)
编译：太阳味的风，编辑：Emma、江舜尧。
原创微文，欢迎转发转载。
青蒿素是著名的抗疟药物，近期的大量研究证明了青蒿素及其衍生物还具备抗寄生虫、抗肿瘤和抑制肥胖的潜力。这篇文章着重介绍了青蒿素的抗肥胖潜力，并认为青蒿素可以通过调节免疫系统达到治疗治疗肥胖的目的。因此，青蒿素在当前“获批抗肥胖药物较少”的背景下极具研究潜力。
论文ID
内容
1. 介绍
青蒿素是从青蒿中提取的倍半萜三氧烷内酯，中国的研究者在1972年调查了大约200种中药的380种提取物并对小鼠进行抗疟实验，最终青蒿素获得了成功。研究发现，双氢青蒿素（DHA）比青蒿素具有更稳定的结构和更好的抗疟活性。青蒿琥酯因其水溶性好、口服生物利用度高而备受关注。青蒿琥酯、蒿甲醚和蒿醚同属于青蒿素衍生物，对疟疾治疗有效（图1）。人们对开发更有效的青蒿素衍生物的兴趣和努力越来越大，截至目前，青蒿素已被用于治疗癌症、病毒或寄生虫相关感染等炎症性疾病。
肥胖症是由于长期能量消耗减少和食物摄入增长引起的。过去三十年来，全球肥胖率大幅上升并成为发展中国家和发达国家的主要流行病。绝大多数肥胖患者表现出较差的健康状况是因为合同时患有2型糖尿病和非酒精性脂肪肝等疾病。除代谢综合征外，肥胖人群中某些类型癌症（如子宫内膜癌和食管腺癌）的发病率要高得多。此外，肥胖可能增加痴呆、抑郁和焦虑等神经精神疾病的患病率。
2. 青蒿素的构效关系
青蒿素是一种半萜化合物，由半缩酮、半缩醛和内酯组成。1,2,4-三氧烷系统内的内过氧化物键被认为是处理其抗疟作用的关键结构（图1）。疟原虫通过酶降解宿主液泡中红细胞的血红蛋白来获得氨基酸。青蒿素及其衍生物的作用机制（MOA）主要是通过产生活性氧（ROS）和碳中心自由基来驱动其抗疟活性。青蒿素对白色脂肪细胞的MOA与抗疟作用机制相似。在前列腺癌细胞（LNCaP）和人类乳腺癌细胞（MCF7）中，G1细胞周期阻滞是青蒿素通过诱导抑制细胞增殖的主要过程。在另一个前列腺癌细胞系DU145中，青蒿琥酯通过切割前蛋白酶3和9促进caspase依赖性凋亡。青蒿素可下调MMP2（基质金属蛋白酶-2）水平，并阻断人黑色素瘤细胞A375M的细胞迁移。DHA通过核因子κB（NF-κB）信号通路抑制人类卵巢癌细胞和胰腺癌细胞的转移。青蒿素还具有抗病毒、抗寄生虫和抗真菌活性。青蒿琥酯能下调乙型肝炎病毒（HBV）复制水平。此外，青蒿素衍生物（包括蒿甲醚、DHA和蒿醚）可以高效抑制隐球菌的增殖。环氧烷可能与抗病毒、抗真菌以及产生自由基杀灭病原体的能力有关。此外，它们可能通过抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶（NADH）而破坏病原体的线粒体功能。重要的是，青蒿素已在多种炎症疾病模型中进行了研究，因为它们具有良好的药理学特性和对多种细胞途径的安全性。青蒿琥酯最早是在人外周血淋巴细胞和小鼠脾细胞中作为免疫抑制剂进行研究。此外，青蒿琥酯可通过肿瘤坏死因子（TNF）受体相关因子（TRAF）-Beclin1-PI3KC3途径抑制自噬激活，从而抑制脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞释放细胞因子。
3. 不同病理状态下代谢弹性的关键因素及机制
脂肪细胞被视为能量储存库和免疫器官。脂肪细胞主要有两种类型：白色脂肪细胞（WAT）和棕色脂肪细胞（BAT）。BAT的功能主要包括能量消耗调节和兼性产热，而WAT在储能中起着重要作用。越来越多的研究表明肥胖不仅与先天免疫有关，而且与适应性免疫有关（图2）。除脂肪组织中的TNF-α外，肥胖患者体内的一些炎症性细胞因子也有所增加，包括白细胞介素（IL）-6、IL-1β、趋化因子（Csingle bondC motif）配体2（CCL2），这些可能是肥胖的主要诱因。
图2 肥胖导致炎症的原因
Treg细胞和M2巨噬细胞表现出较高的胰岛素敏感性。当暴露于过多的营养物质时，脂肪组织中有肥大的脂肪细胞。肥胖脂肪组织中，促炎性M1巨噬细胞与抗炎M2和自然杀伤细胞（NK）的浸润率较高，Treg细胞数量也减少。
4. 肥胖患者慢性炎症与胰岛素抵抗（IR）
胰岛素抵抗是糖尿病早期的特征，也是胰岛素的脱敏反应之一。在健康状态下，炎症可能是一个短期或急性过程。然而，当炎症持续很长一段时间时会导致如IR这样的破坏性影响，因为炎症反应在分解代谢过程而不是合成代谢过程中起作用。在IR状态下，促炎细胞因子增加，抗炎因子减少。胰岛素抵抗的机制之一是：脂肪细胞中过多的炎性细胞因子诱导了胰岛素受体底物1（IRS-1）上的丝氨酸的磷酸化，这一过程阻断了酪氨酸的磷酸化，进而导致胰岛素信号通路受损。
5. 通过抑制炎症信号传导有利于预防肥胖发生
在肥胖个体中，如TNF-α等促炎因子水平升高是全身性炎症的标志。在脂肪组织炎症中，巨噬细胞通过TLR4受体被游离脂肪酸激活，随后转为M1极化型巨噬细胞。研究发现C-JUN N末端激酶（JNK）是2型糖尿病和肥胖炎症通路下游的一个重要分子。肥胖受试者脂肪细胞中JNK磷酸化的增加的情况亦有报道：在高脂饮食（HFD）喂养的巨噬细胞特异性JNK-KO小鼠中，M1极化标记物如Il1β、整合素αX（Cd11c）、一氧化氮合酶2（Nos2）、Il6和Tnfα的表达水平降低，而M2极化基因Il10、精氨酸酶1（Arg1）、巨噬细胞半乳糖N-乙酰基半乳糖胺特异性凝集素2（Mgl2）的表达水平下降，分化簇206（Cd206）增加。在非酒精性脂肪肝（NAFLD）大鼠中，用JNK抑制剂治疗可以减轻肥胖诱导的胰岛素抵抗。有证据表明病理性激活JNK是肥胖的一个标志，但值得注意的是，IkappaB激酶（IKK）是NF-κB的上游活化激酶，通过IRS磷酸化作用阻断胰岛素信号传导。通过IKK-β基因缺失破坏NF-κB信号可以恢复肥胖患者的胰岛素敏感性。这些研究表明，控制介体或信号节点并不总能逆转整个机体的代谢损伤。相关的信号通路如图3所示。
图3 脂肪细胞炎症途径的关键信号分子
6. 青蒿素及其衍生物可能通过感应内质网（ER）应激反应来阻止肥胖进程
内质网应激感应失败与代谢性疾病有关。内质网应激可由蛋白质折叠过载引发，进而导致未折叠蛋白反应（UPR）激活。尽管UPR有助于恢复细胞内稳态，但长时间内质网应激被认为是激活靶细胞凋亡的信号。最近有研究者发现肌醇需要酶1α（IRE1α）将内质网应激与代谢紊乱联系起来，小鼠骨髓IRE1α被剔除后，米色和棕色脂肪组织的生热活性均显著增强。重要的是，IRE1α阻断引起的巨噬细胞功能活性改变可能超出M1-M2的极化范围。因此，IRE1α可能为减少米色和棕色脂肪细胞开辟了新的治疗途径。
7. 青蒿素及其衍生物开发成为治疗肥胖的治疗策略的潜力
表1总结了青蒿素及其衍生物预防肥胖的证据。越来越多的证据表明，青蒿素作用于免疫级联反应的多个靶点，并通过抑制B细胞活化、抑制致病性T细胞活化或扩张调节性T细胞来显示免疫抑制活性。尽管炎症性肥胖的概念尚待阐明，但抗炎药已被证明能通过消除促炎反应而发挥减肥作用。研究证明青蒿琥酯具有降血脂作用，在高脂饮食喂养的兔子模型中，青蒿琥酯降低了血浆胆固醇和甘油三酯，还减少了主动脉根部病变面积和肝脏脂肪变性；有研究证明蒿甲醚可促进白色脂肪细胞褐变，在用蒿甲醚或双氢青蒿素处理C3H10T1/2细胞的褐变后，p38 MAPK/ATF2轴被激活，Akt/雷帕霉素（mTOR）的哺乳动物靶向通路失活。青蒿琥酯通过降低过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）-γ、CCAAT/增强子结合蛋白α（C/EBP-α）、紫苏脂素A、信号转导子和转录激活剂的磷酸化水平，在脂肪形成过程中对3 T3-L1前脂肪细胞具有强烈的抑制作用3（STAT-3）和肿瘤坏死因子受体超家族成员6（FAS）。在小鼠模型中，蒿甲醚显著增强胰岛素敏感性和葡萄糖稳态，并减少胰腺β细胞凋亡。
表1 青蒿素及其衍生物对肥胖炎症的调节作用
巨噬细胞被认为是先天性和适应性免疫系统的关键因素。青蒿素除了抑制促炎细胞因子的分泌外，还可能通过诱导产生诸如IL-10之类的抗炎细胞因子来缓解炎症。例如，SM934是一种水溶性青蒿素衍生物，在IFN-γ刺激的体内和体外模型中，其具备升高IL-10并减弱IL-12/23p40产生的功能。据报道，蒿甲醚在体外可以抑制IL-2的产生和T细胞的增殖。IL-2对产生Treg和诱导效应T细胞增殖至关重要，这表明SM934可以调节Treg和T细胞之间的平衡。与SM934一样，青蒿琥酯和双氢青蒿素可有效平衡Treg和效应T细胞。
最近，蒿甲醚被证明可以通过GABAAR信号通路促进胰高血糖素的分泌。然而，这一观察结果仍然不明朗。有研究证明青蒿琥酯对小鼠的长期全身治疗未能诱导α-β细胞转分化，蒿甲醚降低了原代β细胞中Ins2的表达，抑制了葡萄糖摄取和胰岛素分泌，并消除了葡萄糖治疗中的β细胞钙反应。如前所述，青蒿素是一种由过氧化物链组成的倍半萜内酯，在抗疟途径中起关键作用。以前的研究表明，只要过氧化物桥稳定，青蒿素的抗疟活性就仍然有效。青蒿素类药物通过抑制致病性T细胞活化、抑制B细胞、抑制MAPKs信号通路、降低IgE和IgG免疫球蛋白发挥免疫抑制作用。青蒿素及其衍生物在T细胞活化和增殖、T细胞亚群分化和巨噬细胞活化方面被发现是有效的。然而，由于其水溶性低，吸收能力弱，尽管其功效有限。因此，药物动力学和药效学问题可以通过纳米技术的发展来解决，纳米技术使用特定的材料来包裹或携带青蒿素及其衍生物。这些策略有助于提高青蒿素及其衍生物的免疫调节特性，而不仅仅是抗疟活性。
越来越多的证据表明青蒿素及其衍生物显示出强大的免疫调节特性和抗炎作用。此外，炎症性肥胖和糖尿病的概念也被广泛接受。青蒿素在体内具有意想不到的减肥作用，对先天性和适应性免疫系统有调节作用。此外，纳米技术还可以改善药物的药代动力学和药效学性质。人们相信青蒿素有可能通过免疫调节发展成为治疗肥胖和糖尿病的策略。
8. 青蒿素在广谱疾病治疗中的争议
尽管青蒿素已经被广泛应用了几十年，但其具体作用机制仍不清楚。有证据表明，青蒿素通过与细胞蛋白的多靶点和混杂相互作用表现出抗炎作用。在抗疟疾治疗中，青蒿素的潜在靶点包括血红素、骶骨/内质网Ca2+-ATP酶（PfATP6）以及寄生虫膜。在癌症中，青蒿素的潜在靶点包括翻译控制肿瘤蛋白（hTCTP）、恶性肿瘤2（PfFP2）、富组氨酸蛋白（PfHRP-2）、膜谷胱甘肽S-转移酶（PfMGST），以及磷脂酰肌醇-3-激酶（PfPI3K）。在HeLa癌细胞蛋白质组学中，提示青蒿素通过共价修饰，通过青蒿素探针调控多个细胞靶点，表现出协同的抗癌治疗作用。
与白藜芦醇和二甲双胍对机体的多潜能作用一样，青蒿素在小鼠和酵母中充当SIRT1或AMPK的激活剂。此前的一份报告显示，青蒿素的低剂量和长期治疗有可能清除自由基，自由基会破坏青蒿素内的内过氧化物桥，导致青蒿素的效率降低。由于青蒿素的多靶点和混杂靶向特性，青蒿素的生物活性可能是广谱的、非特异性的，从而导致意想不到的代谢紊乱或异常。例如，研究发现青蒿素对膜脂和DNA的氧化损伤导致生殖毒性。由于在动物研究（包括猴子、兔子和大鼠）中观察到胚胎毒性，以青蒿素为基础的联合疗法已被禁止用于孕妇。虽然很难从临床试验中收集数据来总结青蒿素的潜在生殖毒性，但需要开发克服或避免这些阻碍的技术。青蒿琥酯载药系统，如聚（D，L-乳酸-羟基乙酸）（PLGA）纳米颗粒已被报道可提高抗疟原虫的疗效和安全性。有趣的是，有人观察到一种开发的DHA类似物具有显著的体内外抗卵巢癌活性，但对正常组织的毒性较低。这些青蒿素衍生物结合或包被药物为开发抗肥胖药物的先导化合物提供了很有前途的见解。
虽然改善饮食和生活方式有助于减轻肥胖，但这也取决于这些行为的长期影响。目前，有效的减肥和降糖策略包括基于脂肪因子的治疗、促进脂肪褐变、调节缺氧、纤维化和炎症。但FDA已批准长期服用比克舒尔或舒克乐治疗糖尿病，但长期疗效不佳。作为IKKε或TBK1抑制剂、GPR120激动剂和CCR2拮抗剂的药物正在进行肥胖症或2型糖尿病治疗的临床前或临床试验，分别通过减少WAT炎症、减少WAT浸润和阻断巨噬细胞进入WAT的流动性。许多研究表明，青蒿素及其衍生物在体内、体外和模型中均表现出较强的免疫抑制作用。未来的工作应该主要调查青蒿素在肥胖和糖尿病治疗中的剂量、疗效、吸收和慢性暴露。
9. 结论与展望
青蒿素具有抗癌、抗菌、抗病毒、抗寄生虫、抗过敏、抗炎等多种活性。肥胖患者的脂肪细胞功能障碍与脂和糖代谢受损、脂肪因子分泌模式改变以及局部和全身炎症有关，先天免疫和适应性免疫都与脂肪组织炎症有关。通过MAPK、PI3K/Akt、磷脂酶Cγ、NF-κB、Toll样受体、Nrf2/ARE、Akt/Bcl2、ERK1/2、Ras和Wnt/β-catenin信号通路的拮抗剂来评估青蒿素的促炎症作用。基于复杂的免疫代谢信号网络，这篇文章综述了青蒿素通过与信号网络相互作用调节代谢稳态的机制。此外，青蒿素还参与多种免疫反应的调节，如巨噬细胞活化、T细胞活化与增殖、T细胞亚群分化等，由于青蒿素通过作用于多种成分而在炎症中具有免疫抑制作用，这为通过免疫调节治疗肥胖和糖尿病等多种代谢性疾病提供了新的治疗策略。此外，生物策略与蛋白质组学相结合有助于阐明青蒿素的作用机制，促进寻找治疗代谢性疾病的药物靶点。