慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）的患病率逐年遞增，如今已成為一個重大公共衛生問題。CKD的預后不佳，給患者和社會帶來沉重負擔[1]。目前尚沒有特異性藥物能夠阻止CKD向終末期腎病（end stage renal disease，ESRD）的演變[2]。腎臟纖維化是CKD和ESRD的主要病理特征，包括腎小球纖維化和腎小管間質纖維化［腎間質纖維化（renal interstitial fibrosis，RIF）］。RIF的病理表現有腎小管萎縮或擴張、膠原蛋白和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）沉積[3]。RIF的發病機制極為復雜，其過程涉及多條信號通路，目前認為肌成纖維細胞過度產生ECM是纖維化發生和進展的主要原因。
姜黃Curcuma longa L.是一種藥食兩用的傳統藥材，已有幾千年廣泛應用的歷史，是常用的調味品和天然色素[4]。我國傳統醫學典籍中關于姜黃的記載最早可追溯到唐代的《新修本草》[5]。《本草經疏》中記載：“姜黃其味苦，辛香燥烈然苦能泄熱，辛可散結，可破血除風熱，消癰腫，郁金之藥也”。姜黃素約占姜黃主要提取物的70%[6]，是姜黃發揮藥理作用的主要活性成分[7]，具有抗炎[8-11]、抗菌、抗纖維化[12-14]和免疫調節[15-16]等作用。姜黃素可用于治療多種慢性疾病包括自身免疫性疾病[17-18]、心血管疾病[19-21]、神經性系統疾病[22-23]及腫瘤[24]。目前有多項與姜黃素相關的臨床研究，包括慢性腎臟病[25]、囊性纖維化[26]、口腔黏膜纖維化[27]、骨關節炎[28]和炎癥性腸病[29]等。
本文從抑制炎癥反應、抗氧化應激和抑制腎小管上皮細胞-間充質轉變（epithelial-mesenchymal transition，EMT）等分子機制方面歸納總結了姜黃素治療RIF的重要信號通路，為治療CKD提供新視角。
炎癥因子是纖維化啟動和發展的重要因素[30]，持續的炎癥刺激會觸發腎小管上皮細胞活化和炎癥細胞浸潤[31]。已有多種腎臟纖維化的動物研究提示，姜黃素具有調節多種炎癥因子的表達，減少炎癥性巨噬細胞募集的作用。
NF-κB通路激活能夠誘導一系列促炎介質的表達，參與慢性炎癥的發展，進而促進纖維化進展[32]。研究者在糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）模型中發現，姜黃素通過減少NF-κB抑制因子α（inhibitor α of NF-κB，IκBα）的降解抑制NF-κB活性，阻斷巨噬細胞中NF-κB p65亞基的磷酸化，降低了細胞間黏附因子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）蛋白的表達，從而抑制炎癥細胞的浸潤，減輕纖維化[33-34]，這一結果也在脂多糖誘導的膿毒癥小鼠模型中得到印證[35]。
在大鼠急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）模型中，姜黃素能夠抑制IκBα的降解，使NF-κB表達及腫瘤壞死因子-α（tumour necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-6等炎癥因子生成減少，進而延緩CKD的進展[36]。在轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）誘導的人源腎小管上皮HK-2細胞體外實驗中，TGF-β1促使p65從細胞質到細胞核的磷酸化和核易位變化，同時IκBα在細胞質中發生降解，姜黃素能夠部分抑制上述過程[37]。
NLRP3是一種炎癥小體，能夠調控促炎因子IL-1β和IL-18的產生[38]。NLRP3?/?小鼠在進行單側輸尿管梗阻術（unilateral ureteral obstruction，UUO）后相較于野生型小鼠表現出腎小管損傷、炎癥和纖維化程度減輕的現象[39]；當受到NLRP3激動劑的刺激時，腎臟線粒體功能受到影響，導致線粒體產生大量的活性氧，進而觸發NLRP3炎性小體的形成并促進炎性介質（IL-1β和IL-18）的釋放[40]，這表明NLRP3對于腎臟疾病發展有重要影響。
在由草酸鹽或腺嘌呤通過飲食誘導的結晶性腎病小鼠模型中，藥理性抑制NLRP3，能夠達到與遺傳性NLRP3缺陷一樣的減輕腎臟炎癥和纖維化的效果[41]。NLRP3缺乏將抑制糖尿病小鼠中TGF-β1和結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表達及Smad3的激活，減輕RIF[42]。在UUO大鼠模型中，姜黃素通過維持線粒體功能，減少線粒體活性氧的產生和mt DNA的釋放，使蛋白磷酸化水平升高，抑制NLRP3炎性小體的活性，下調IL-1β，抑制炎癥反應，緩解RIF[43]，這一結果也反映在DN小鼠模型中[44]。
MCP-1是一種高效的趨化因子，在多種腎臟疾病的發病機制中扮演著關鍵角色[45]。MCP-1能夠激活單核細胞和巨噬細胞釋放IL-1和IL-6，并通過自分泌和旁分泌方式促進趨化因子和促炎因子的產生[46]。CCR2是MCP-1的同源受體，巨噬細胞能夠在MCP-1和CCR2作用下，遷移到損傷部位，通過阻斷MCP-1/CCR2途徑，抑制M1型炎性巨噬細胞的募集，延緩腎臟纖維化的進展[47-48]；通過調節體內MCP-1水平，可促進CCR2前期的促纖維化和炎癥狀態，進而加快AKI向CKD轉變[49]。
在慢性血清病模型（chronic serum sickness，CSS）中，使用姜黃素（30 mg/kg）治療CSS模型小鼠5周后，腎臟組織用定量逆轉錄-聚合酶鏈式擴增反應分析表明姜黃素阻止了TGF-β1、巨噬細胞炎癥蛋白-2（macrophage inflammatory protein-2，MIP-2）和MCP-1表達的增加，改善了腎功能，減輕腎小球硬化[50]。Jones等[51]研究發現，在UUO模型中，姜黃素顯著抑制了梗阻腎中MCP-1 mRNA的過表達，減緩了RIF的發展。
研究表明氧化應激會加速腎臟疾病的進展[52]。線粒體形態改變和功能喪失會導致大量活性氧的產生，從而引發氧化應激和炎癥反應，加速腎臟纖維化進程[53]。活性氧的增多會導致促纖維化生長因子，包括TGF-β和CTGF的激活，ECM積聚增加，從而加快RIF和腎臟硬化的進展[54]。在結構上，姜黃素的抗氧化機制有2個方面：一是失去質子導致苯氧基自由基的形成，二是其羥基殘基易受到自由基攻擊而直接獲得氫[55-56]。
在DN大鼠模型中，姜黃素可有效改善蛋白尿、多尿癥狀，改善血清肌酐和血尿素氮清除率，提高腎臟超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和過氧化氫酶活性，逆轉脂質過氧化增加和還原型谷胱甘肽（glutathione，GSH）降低的趨勢，進而減輕RIF和腎小球病變[57]。在體內外細胞實驗中，姜黃素通過將gp91PHOX、p67PHOX、p47PHOX、和p22PHOX特定亞基蛋白的表達降低至正常水平以抑制NADPH氧化酶途徑[58]，而NADPH氧化酶正是產生氧化應激相關分子的主要酶類之一，研究證明，NADPH氧化酶催化產生的活性氧能夠促進TGF-β1介導的生物學效應[59]。在高糖刺激HK-2細胞體外模型中，姜黃素預處理能夠明顯抑制活性氧的產生以及腎小管上皮細胞向間質的轉化[60]。
Wnt/β-catenin信號通路在器官發育、組織穩態和多種疾病過程中發揮重要作用[61]。在器官纖維化的發展中，Wnt蛋白誘導未定型的間充質細胞分化為上皮細胞[62]。在UUO模型中，腎小管上皮細胞胞質和細胞核中β-catenin大量積累，并誘導Wnt/β-catenin靶基因，包括基質金屬蛋白酶-7（matrix metalloproteinase-7，MMP-7）、Twist1、纖維連接蛋白基因（fibronectin1，FN1）和c-Myc高度表達。在DN大鼠模型中[63]，姜黃素可部分抵消糖尿病對腎小球Wnt5a基因表達的抑制，顯著降低高糖誘導的腎小球系膜細胞中TGF-β1和FN1表達，減輕氧化應激反應。此外，姜黃素不僅通過阻止高糖介導的超氧化物合成，而且通過下調Wnt/β-catenin信號，減輕ECM的積累和RIF[63]。抑制β-catenin表達也能夠減弱TGF-β1誘導的肌成纖維細胞轉化過程[64]。
在DN小鼠模型和高濃度葡萄糖誘導的足細胞體外模型中，觀測到β-catenin蛋白和caveolin-1蛋白的明顯解離，這表明caveolin-1蛋白對β-catenin信號通路的抑制得到了部分解除，導致β-catenin信號通路上調；使用姜黃素預處理足細胞后，高濃度葡萄糖誘導的β-catenin和caveolin-1的解離現象受到抑制，導致β-catenin活性蛋白減少，進而導致EMT過程受到抑制。caveolin-1是小窩膜的主要成分，caveolin-1能夠將β-catenin蛋白招募到小窩膜上，進而抑制β-catenin的轉錄激活[65]。研究表明，Wnt/β-catenin信號途徑可能是姜黃素治療RIF的重要途徑。此外，在肥胖相關腎小球疾病的體內外實驗中發現，姜黃素還能夠下調Wnt1、Wnt2b、Wnt6和β-catenin的mRNA和蛋白的高表達，上調β-catenin蛋白磷酸化水平，進而減輕足細胞損傷[66]。
HO-1是一種細胞保護分子，具有抗氧化和調節補體活化能力[67-69]。HO-1?/?小鼠的UUO模型中，腎臟TGF-β1表達升高，巨噬細胞數量增多，同時EMT標志物α-平滑肌肌動蛋白的表達量也升高，提示HO-1的缺失將促進EMT的RIF進程[69]。HO-1的過表達可減輕腎小管周圍毛細血管缺失和巨噬細胞向腎小管間質浸潤，抑制成纖維細胞的活化和增殖，調節炎性細胞因子分泌，同時抑制Wnt/β-catenin通路中Wnt4、Wnt5b、Wnt7b、Wnt10a和Wnt10b基因的激活，調節下游基因β-catenin的表達[70]。姜黃素在成纖維細胞和肌成纖維細胞中均能誘導HO-1基因的轉錄[71]。在UUO大鼠模型中，姜黃素可使HO-1表達增加4倍，進而減輕RIF程度[51]。
Nrf2是一種轉錄因子，能夠調節一系列細胞保護性基因在基線狀態下的激活以及應激誘導性的激活狀態[72]。正常情況下，Nrf2被其抑制性胞質蛋白Keap1滅活，當細胞出現氧化應激時，Nrf2從Keap1中釋放并轉位到細胞核中[73]。Nrf2上調能夠激活HO-1，降低細胞內活性氧的表達[74]。在5/6腎切除誘導的大鼠CKD模型中，腎組織中Nrf2的核表達下降，Keap1細胞質表達上升，同時作為Nrf2靶基因的HO-1蛋白豐度下降，姜黃素能夠顯著減輕上述改變，證實姜黃素通過提高氧化酶活性調節Nrf2-Keap1途徑，可有效減輕氧化應激、炎癥和RIF[75]。此外，姜黃素也能夠通過激活Nrf2-Keap1通路降低巨噬細胞系中的氧化應激水平[76]。在臨床研究中，使用Nrf2誘導劑bardoxolone后，通過恢復腎臟內皮細胞功能，使得DN和CKD患者的腎小球濾過率增加[77]。
在RIF進程中，TGF-β/Smads信號傳導扮演重要角色[78]。TGF-β1是RIF的主要驅動因素，通過誘導腎間質成纖維細胞活化和過量的ECM沉積導致腎功能受損，最終進展為ESRD[37]。TGF-β1能夠誘導成纖維細胞增殖、遷移和活化，促進膠原蛋白、纖溶酶原激活物抑制物-1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）等促纖維化分子的轉錄[79]，也能夠通過Smad3和Smad依賴性機制調節ECM的合成與降解，誘導促纖維化細胞因子表達，促進RIF的進展[80]。
此外，TGF-β1還可以在腎小管上皮細胞中誘導EMT，導致細胞外基質過度產生和降解減少[81]。TGF-β1信號傳導的第1步是與TGF-β II型受體（TGF-β II receptor，TβRII）結合，同時TβRII磷酸化TβRI[82]。在HK-2細胞系中，姜黃素預處理能夠顯著降低TFG-β1誘導的TβRI和TβRII蛋白表達，提示姜黃素能夠通過TGF-β1信號通路抑制EMT[83]。在TGF-β1誘導HK-2細胞和腎成纖維細胞NRK-49F體外模型中，姜黃素也可抑制Smad2和Smad3核轉位，減少Smad2和Smad3磷酸化，抑制TGF-β1 mRNA表達，進而減少成纖維細胞增殖和細胞外基質的積累，并改善RIF[84-85]。
姜黃素能夠阻斷腎小球系膜細胞中TGF-β1對PAI-1和FN1 mRNA的誘導。同時，延長姜黃素處理時間能使系膜細胞中TβRII蛋白水平降低[86]。由此可見，姜黃素能夠在多種腎臟細胞類型中抑制TGF-β信號通路。腎臟分泌的Klotho蛋白能夠抑制TGF-β1信號傳導，是一種具有腎臟保護作用的蛋白質。在NRK-49F細胞體外模型和UUO誘導的體內模型中，姜黃素能夠抑制Klotho基因啟動子中的CpG甲基化，從而誘導Klotho基因表達，進而抑制TGF-β信號傳導，減輕RIF[87]。
PPAR-γ在許多器官中具有抗炎和抗纖維化作用[88]，PPAR-γ在腎髓質間質細胞、腎小球旁器官和腎小球等多種類型腎臟細胞中活躍表達，能夠抑制系膜細胞增殖，減少系膜基質積累，以及促進腎小球內皮細胞存活[89]。在體外研究中，相較單用脂多糖處理的小鼠巨噬細胞RAW264.7，姜黃素預處理后的RAW264.7細胞中PPAR-γ mRNA表達水平顯著升高[90]。在TGF-β1刺激的腎小管上皮細胞（人源HK-2細胞和大鼠源NRK-52E細胞）中，姜黃素（10 μmol/L）能夠促進PPAR-γ的核轉位，抑制PPAR-γ磷酸化，使總PPAR-γ蛋白表達升高抑制EMT[83]。
TNF-α能夠抑制PPAR-γ的DNA結合和轉錄活性[91]。在5/6腎切除大鼠CKD模型中，姜黃素組的血清和腎臟組織中TNF-α蛋白表達量分別降低了2、2.5倍；腎臟組織中PPAR-γ的蛋白表達量和PPAR-γ mRNA表達量分別升高了5、2倍；同時，姜黃素（5～20 μmol/L）能夠在系膜細胞中顯著逆轉TNF-α誘導的PPAR-γ mRNA和蛋白表達降低[36]。在UUO小鼠模型中，姜黃素可抑制TGF-β1刺激的成纖維細胞增殖，減少肌成纖維細胞的來源，并能通過PPAR-γ和Smad2/3途徑抑制成纖維細胞增殖和ECM積累，從而改善RIF[84]。
Notch信號通路在腎臟發育過程中發揮著重要作用[92]。在哺乳動物中有4種Notch受體，分別是Notch1、Notch2、Notch3、Notch4，以及5種配體Dll1、Dll3、Dll4、Jagged1和Jagged2[93]。腎小管上皮細胞的Notch表達是RIF進展的充分且必要條件[94]；在腎小球中，Notch3受體的激活將導致足細胞表型變化，從而促進腎臟炎癥和纖維化[95]；耗竭近端腎小管上皮細胞中Notch4分子，能夠干擾TGF-β信號傳導，進而抑制膠原蛋白的沉積[96]；Notch信號通路的激活，還可通過誘導Snail1和Snail2表達，下調E-鈣黏蛋白（E-cadherin），進而誘導EMT[97]。
在小鼠UUO模型[98]和人類纖維化病變[98]中，均發現Notch通路中的Snail1分子與RIF相關。而姜黃素能夠抑制Smad2與Snail的啟動子結合，抑制Snail轉錄，下調Snail的蛋白表達，進而抑制TGF-β1誘導的EMT進程[99]。此外，姜黃素還能夠通過抑制Notch通路激活[100-101]，抑制NF-κB磷酸化，進而抑制下游基因IL-8、MMP-9和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達，減緩RIF的進展。
Hh信號通路在胚胎發育、組織穩態、修復損傷等生物學過程中起關鍵作用[102]。哺乳動物中有3種Hh基因配體，分別是Shh、Ihh和Dhh。激活的Shh信號和腎臟纖維化之間存在密切關聯[103]。Hh配體與跨膜蛋白受體補綴同源物1（Patched1，PTCH1）的結合導致初級纖毛上Smoothened（SMO）的積累和激活，促進GLI蛋白從蛋白水解復合物中解離，易位到細胞核中，激活Hh靶基因轉錄[104]。
在大鼠UUO模型中，SMO、SHH和GLI1的蛋白表達上調，PTCH1的蛋白表達下調，這表明Shh信號被激活；在體外實驗中，激活的SHH信號通路與TGF-β1通路相互作用，使正常的成纖維細胞發生表型轉化為肌成纖維細胞EMT和細胞外基質沉積，進而導致腎臟纖維化的發生[105]。Hh信號通路還能誘導周細胞和成纖維細胞增殖并分化為肌成纖維細胞[106]。順鉑誘導的大鼠腎臟纖維化模型中，姜黃素能夠抑制Hh信號傳導，抑制腎組織內GLI1和GLI2的表達及其下游因子Ptch、Smo和Shh的mRNA表達，從而減緩RIF的進展[107]。
PI3K/Akt信號通路在細胞增殖、生長、存活等方面發揮重要作用[108]。PI3K可被多種物質（如絡氨酸激酶、細胞黏附因子、G蛋白偶連受體等）激活，在質膜中產生3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇，與Akt相互作用，導致Akt在細胞膜上大量聚集；3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1使Akt分子的Thr308位點發生磷酸化，導致Akt的激活。Akt作用于多種底物并使之磷酸化，包括Snail、Twist和整合素連接激酶等，這些變化均能誘導EMT過程。在UUO模型中，在近曲小管細胞中能觀察到p-Akt蛋白高表達；梗阻腎組織中的p-Akt及總Akt蛋白表達量均高于正常腎組織；在PI3K抑制劑治療后能夠抑制梗阻腎中的Akt激活，且腎臟組織中細胞增殖和細胞外基質積聚減少，進一步證明了PI3K-Akt信號通路參與RIF的發生與發展[109]。
在UUO大鼠模型中，Akt-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路介導自噬激活過程，自噬激活能夠減少腎小管上皮細胞凋亡和RIF進程[110]，姜黃素（200 mg/kg）能降低腎組織中PI3K、Akt和mTOR的蛋白磷酸化水平，增加LC3B/LC3A值和Beclin-1蛋白表達水平，表明姜黃素能夠抑制PI3K/Akt信號通路的激活，調節自噬過程，從而減輕腎臟纖維化[43]。此外，在TGF-β1誘導的HK-2細胞體外模型中，姜黃素也能降低PI3K和Akt的蛋白磷酸化水平[37,111]。
姜黃素在RIF的不同發展階段可作用于多種信號途徑。在腎臟纖維化初始階段，持續的炎癥刺激觸發腎小管上皮細胞激活和炎癥細胞浸潤，姜黃素能夠抑制炎癥相關分子（MCP-1、NF-κB、TNF-α、IL-1β和caveolin-1）釋放和誘導抗炎因子（HO-1）的表達；在腎臟纖維化激活階段，促纖維化因子從受損的腎小管細胞中釋放，刺激肌成纖維細胞產生細胞外基質，在此階段，姜黃素能夠抑制EMT和重建氧化還原平衡；此外，在纖維化進展階段，姜黃素還能夠調節TGF-β/Smads、PI3K/Akt和PPAR-γ等通路的活性。
盡管姜黃素具有多種藥理活性，圍繞姜黃素對RIF的治療研究正在不斷深入，但是姜黃素能否真正走向RIF的臨床應用，仍有很多障礙有待解決。
（1）長期安全性尚不明確：姜黃素被美國食品藥品監督管理局定義為“一般安全”，一些研究證實姜黃素能夠影響細胞色素P450酶的活性[112]，并能與其他藥物發生相互作用[113]。目前尚未發現與姜黃素直接相關的嚴重不良反應。由于大多數評估姜黃素安全性的研究都是短期研究，姜黃素應用的長期安全性仍有待于進一步監測。
（2）臨床有效性有待于進一步確認：鑒于姜黃素在體內外實驗中良好的生物學效應，世界各地已陸續開展了200余項有關姜黃素的臨床試驗，其中，關于姜黃素治療腎臟疾病的臨床研究共有14項。然而，迄今為止，還沒有雙盲隨機對照臨床試驗證實姜黃素治療RIF的有效性。
（3）作用靶點尚不明確：根據已公開發表的文獻，姜黃素作用的分子靶點多達幾十種，且在多種疾病模型中均展現出有益的治療作用，這種現象被一部分學者認為是姜黃素有效性的佐證，但也有學者認為這恰恰說明了姜黃素是一種“泛篩選干擾化合物”[114]，也就是一種非特異性的能夠與大多數靶點反應的化合物，其表現出的藥理作用可能是由于其化學結構中含有高活性的基團，能夠與蛋白質共價結合，從而使蛋白質失去活性而導致，或能夠在溶液中形成包裹性聚集物阻止酶與底物結合而導致，卻缺乏真正藥物應具有的、與特定蛋白質特定位點結合的能力。針對這方面的問題，并不意味著姜黃相關研究應該停止，相反這提示了姜黃素的治療效果可能是多種生物活性成分協同作用，不一定是姜黃素單一成分所導致的結果。
（4）藥物劑型改良與給藥途徑優化：姜黃素水溶性低、穩定性差，導致其生物利用度較低，進而限制了其應用。開發新的姜黃素藥物劑型，以增強其溶解度和生物利用度，將有望進一步提高姜黃素的藥用價值[115]。目前已有研究表明，通過熱處理提取方法，可以將姜黃素的溶解度提高12倍[116]；制成2～40 nm姜黃素納米顆粒后，可完全溶解并均勻分散在水中[117]。
利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突
參考文獻（略）
來 源：陳欠欠，朱鳳閣，陳香美．姜黃素治療腎間質纖維化分子機制研究進展 [J]. 中草藥, 2023, 54(3):966-975.
