丙酮酸乙酯的抗炎作用研究进展

【关键词】  丙酮酸乙酯

    关键词  丙酮酸乙酯;抗炎;抗氧化;活性氧

    炎症是一种复杂的病理过程。机体发生炎症时，众多的细胞因子表达增强，互相作用，互相调节，共同参与调节机体的病理生理过程。丙酮酸乙酯（EP）是一种化工原料，常被作为食品添加剂使用。近年来它的抗炎作用已逐渐被证实。经过大量的动物实验研究发现，丙酮酸乙酯不仅对感染引起的炎症反应（如脓毒症、内毒素血症）和非感染性炎症（如急性胰腺炎）具有抗炎作用，并且在休克、缺血-再灌注损伤中具有抑制炎症因子的表达、保护脏器的功能。本文综述了丙酮酸乙酯的抗炎作用有关研究进展。

    1 丙酮酸乙酯的结构及理化特性

    丙酮酸乙酯是稳定的亲脂性的丙酮酸酯化物，其分子式为CH3COCOOCH2-CH3。由于其特殊的分子结构，对丙酮酸乙酯的抗炎作用研究最初缘于对丙酮酸抗氧化作用的研究。丙酮酸是机体能量代谢的主要中间产物，当机体氧供应充足时丙酮酸在线粒体内氧化为乙酰辅酶A，维持三羧酸循环;当氧供应不足时在乳酸脱氢酶的作用下转化为乳酸，为机体供能 ［1］ 。Holleman等最初研究发现丙酮酸具有抗氧化作用 ［2］ ，可以减少氧自由基的产生，是有效的活性氧清除剂。但Motgomery等 ［3］ 发现丙酮酸水溶液不稳定，容易产生环化反应，其生成产物具有一定的毒性，故其在临床的应用受到一定的限制。2001年，Sims等 ［4］ 研究发现林格氏丙酮酸乙酯溶液（REPS）较丙酮酸溶液更稳定，而且无毒性。此后有关丙酮酸乙酯抗炎作用的研究倍受关注。

    2 丙酮酸乙酯的抗炎作用

    2.1 抗氧化作用

    由于丙酮酸乙酯的α-酮基具有抗氧化性能，无需酶的催化可降低H 2 O 2 的产生，因此是一种有效的抗氧化剂和活性氧（ROS）清除剂 ［5，6］ 。研究发 现丙酮酸乙酯可以清除OH - 、NO  ［7，8］ 。活性氧 （ROS）是生物体内产生的超氧阴离子（O 2ˉ ）、过氧化氢（H 2 O 2 ）、羟自由基（HO - ）、一氧化氮（NO）等活性含氧化合物的总称。是一类新发现的信号分子，参与神经、内分泌、循环、免疫等系统的调节 ［9］ ，其化学性质活泼，容易引发氧化还原反应，过量的活性氧可以引起细胞生物大分子的氧化损伤。一方面外源性的ROS（如在细胞的培养液中加入H 2 O 2 ）可以触发炎症反应，另一方面各种炎症因子（如TNF）可刺激细胞释放内源性ROS产生 ［10，11，12，13］ 。动物实验发现在烧伤、脓毒症、休克、心脏、肝脏、小肠及结肠的缺血-再灌注损伤、急性呼吸窘迫综合症、多器官功能不全时，机体产生大量的活性氧物质，引起细胞功能紊乱，导致组织和器官的损伤。丙酮酸乙酯在上述病理状态下发挥抗氧化作用及清除活性氧物质作用 ［7，14，15，16，17，18］ 。同时作为活性氧清除剂，丙酮酸乙酯还可以抑制由休克引起的肠系膜淋巴结细菌移位，抑制肝、肠黏膜的脂质过氧化，改善肠黏膜的过高通透性，阻止肠源性内毒素血症的发生。Yang等 ［16］ 通过将两组小鼠一侧股动脉放血（使平均动脉压维持在30mmHg），2h后两组小鼠分别从另一侧股动脉输入两倍于失血量的林格乳酸盐溶液（RLS）和含丙酮酸乙酯林格溶液（REPS）（平均动脉压≥80mmHg）建立失血性休克/复苏模型。发现REPS组较复苏前肠黏膜结构功能损伤得到修复，肠系膜淋巴结细菌移位受到抑制，肝肠黏膜脂质过氧化得以改善，肝细胞损伤明显减轻，血浆谷丙转氨酶有所降低，与RLS比较具有明显的治疗效果。另据Song，M.等 ［8］ 报道，丙酮酸乙酯可抑制由脂多糖（LPS）引起的鼠RAW264.7巨噬细胞的ROS释放及脂质过氧化，进一步证实了丙酮酸乙酯是有效的活性氧清除剂。

　　2.2 抗炎症介质作用

    脓毒症时机体免疫系统激活，引发“细胞因子风暴”（cytokine storm），由巨噬细胞、中性粒细胞释放早期前炎症介质TNF-α、IL-1β、IL-6、IFN-r等，而TNF-α、IL-1β、IFN-r可诱导iNOs mRNA的表达，使细胞释放NO增多，NO可使炎症介质的生物活性增强。Sappington，PL等 ［19］ 报道，将人肠上皮样单层细胞Caco-2的培养液中加入含IL-1β、IFN-r、TNF-α的混合溶液，发现可以使其通透性增高，并可诱发iNOS mRNA的表达，而加入EP能抑制iNOS mRNA的表达，可使其通透性降低。LPS和器官缺血-再灌注损伤均可激活炎症基因的表达，丙酮酸乙酯可以减少TNF-α和IL-6的表达，减轻炎症反应和缺血-再灌注引起的器官损伤。

    高迁移率族蛋白B-1（HMGB1）是最近研究新发现的一种重要的晚期炎症介质 ［20］ ，在脓毒症、内毒素血症等炎症反应的细胞因子中具有核心作用。HMGB-1是一种DNA结合蛋白，核内的HMGB1参与基因调节和修复等复杂作用。炎症状态下，HMGB1可以由坏死的细胞被动释放，受刺激的单核/巨噬细胞等也可以主动分泌HMGB1到细胞外，其分泌高峰较TNF-a、IL-1β等炎症介质晚，作为晚期炎症介质参与脓毒症，内毒素血症等病理生理过程。除LPS可以诱导HMGB1产生外，TNF-α、IL-1β可以与HMGB1相互诱导，引发瀑布效应。在动物模型中发现，EP对由LPS刺激的巨噬细胞释放HMGB1有抑制作用，可以明显降低脓毒症大鼠血浆中HMGB1水平，改善脓毒症大鼠生存率。我们用腹腔内注入D-氨基半乳糖（900mg/kg）诱导大鼠急性肝损伤时，于实验前1h给动物注入丙酮酸乙酯林格液（12.5mL/kg），发现注射丙酮酸乙酯组较对照组肝损伤明显减轻，血浆LPS和HMGB1水平降低（待发表）。Ulloa，L等 ［15］ 发现EP抑制BALB/c小鼠巨噬样细胞RAW264.7株TNF和HMGB1的释放，但并不改变细胞内稳定的HMGB1蛋白水平。严重持续的全身炎症反应可引起组织损伤、休克，多器官功能衰竭，在临床上针对早期炎症介质的治疗尚未取得明显的效果。由于这些炎症介质在全身炎症反应的早期阶段释放，临床治疗的窗口期比较窄，而HMGB1作为晚期炎症介质其释放较早期炎症介质TNF-α、IL-1β延迟，故为临床治疗提供了更宽的窗口期

    Ulloa，L等在小鼠腹腔内注入5mg/kgLPS诱发内毒素血症，30min后各组分别注入EP40mg/kg、4mg/kg、0.4mg/kg，与对照组比较发现40mg/kg组可以明显持久地提高生存率（27/30∶5/20;P<0.005），抑制TNF-α、IL-1β、IL-6和HMGB1，而 4mg/kg与0.4mg/kg组作用不明显。在一组小鼠腹腔注入上述剂量LPS，并同时注入40mg/kg EP，另一组在注入LPS4h后注入相同剂量的EP，与对照组比较发现，延迟注射组可以明显提高生存率（24/30∶7/30;P<0.005），与其抑制晚期炎症介质HMGB1有关。同样对肠穿孔致腹膜炎、脓毒症小鼠模型给予EP治疗，发现EP是一种具有剂量依赖性和时间依赖性的抗炎制剂，不同剂量和不同时间的给予会产生不同的效果。

    另外，董月青等报道 ［21］ ，丙酮酸乙酯能明显改善烫伤后延迟复苏大鼠脾T淋巴细胞对丝裂源刺激的增殖能力，显著增强大鼠脾T淋巴细胞产生抗炎因子IL-2的能力，从而有效改善大鼠细胞免疫功能障碍。

    3 丙酮酸乙酯的抗炎作用机制

    丙酮酸乙酯分子结构含有α-酮基，具有抗氧化和清除活性氧物质的作用，被视为其抗炎作用机制的一部分。EP通过抑制NF-kB的活性而发挥抗炎、保护脏器的作用。核因子kB（NF-kB）是近年来发现的核转录调节因子，广泛存在于真核细胞中，是一个由复杂的多肽亚单位组成的蛋白家族，细胞中NF-kB主要的活性形式是P56与P50或P52形成的异源二聚体，它作为信号传导途径的枢纽，与免疫、肿瘤的发生、细胞调亡的调节等重要事件有密切联系，是一种重要的核转录因子，是诱导许多基因表达的重要调节因子 ［22］ 。它可以被炎性细胞因子激活，又可诱导炎性细胞因子表达，与p38MAP激酶共同组成炎症因子释放的关键信号通路，广泛参与炎症介质和前炎症介质（TNF-α、IL-1、IL-6）、黏附分子（ICAM-1、VCAM-1、ELAM-1）趋化因子和一些炎性相关酶等基因的调控 ［23］ 。NF-kB激活可能是诱发感染、缺血-再灌注损伤、多器官功能衰竭的关键，动物实验表明，脓毒症、内毒素血症、休克、器官缺血-再灌注损伤、急性胰腺炎、急性酒精性肝损伤、肝外胆汁淤积时均能引起NF-kB活性的增强 ［14，15，16，18，24，25］ 。有证据显示，H 2 O 2 和超氧阴离子可以激活NF-kB信号传导，表明NF-kB的活化是ROS所介导的。以氧化型谷胱甘肽（GSSG）与还原型谷胱甘肽（GSH）相对含量为标志的细胞氧化还原状态参与了ROS的信号转导。EP通过降解谷胱甘肽成为谷胱甘肽的二硫化物，使得细胞内氧化-还原状态发生改变，进而抑制NF-kB的活性，最终抑制了包括TNF-α、ILs、HMGB1等在内的炎症介质的释放。丙酮酸乙酯的抗炎作用可能是通过降低细胞内GSH水平来介导的 ［8］ 。

    丙酮酸乙酯在脓毒症、内毒素血症、休克、器官缺血-再灌注损伤、多器官功能不全、急性胰腺炎等急性危重疾病中均有抗氧化、抗炎症介质、保护脏器功能的作用，为临床开辟了一条新的途径。丙酮酸乙酯被美国FAD列为对人体安全的物质，具有广阔的药物开发前景，但目前对其治疗作用的研究尚处于动物实验和体外实验阶段，其抗炎作用机制尚待进一步阐明，其药理作用及安全性仍需进一步临床实验证实。

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