硫辛酸的研究概况

硫辛酸的研究概况
汤春芳, 刘云国, 徐卫华, 李程峰
摘要:硫辛酸是既具水溶性又具脂溶性的两性分子,其氧化型、还原型在水及脂两相环境中均能发挥很好的抗氧化作用,同时它又具有促氧化性能。

作为一种非同一般的新型抗氧化剂,它具有极高的医用价值以及抗衰老潜能。

此文阐述硫辛酸的理化性质、详析近年来其抗氧化、促氧化的双重性能及其在动物实验、临床应用中的研究进展,为其在医药等领域的广泛应用提供一般理论参考。

关键词: 硫辛酸; 氧化胁迫; 抗氧化剂; 促氧化剂
硫辛酸具备一般抗氧化剂所不能及的抗氧化性,在德国用于治疗糖尿病性神经病已有数十年历史,其它医用价值也正在得到认可。

国内一些厂家亦将其用作肝保护剂,并不断有新用途的报道。

本文对硫辛酸的理化性质、抗氧化和促氧化双重性能、体内外动物实验、临床研究作了系统分析,为其在医学与其它领域的应用推广提供理论参考。

1 硫辛酸的一般理化性质
硫辛酸属于维生素B 类化合物,在丙酮酸脱氢酶、α2酮戊二酸脱氢酶、氨基己酸脱羧酶等多酶复合体中作为辅酶起作用。

硫辛酸具有氧化型(α2lipoic acid ,LA) 和还原型(dihy2drolipoic acid ,DHLA) ,相对分子质量比水溶性抗坏血酸(ascor2bate ,AsA) 大,但比脂溶性生育(α2tocopherol ,VE) 小,因此它既具水溶性又具脂溶性;其分子终端
的羧基使其比VE 更具水溶性,同时,它比AsA 含有更多的碳原子,因而较AsA 更易溶于膜脂。

含硫、碳原子的单链结构化合物,比如氧化型谷胱甘肽(GSSG) 、氧化型抗坏血酸(DHA) 、胱氨酸等不具备抗氧化性,但LA 具有硫、碳原子构成的封闭环状分子结构,电子密度很高,因此它具有抗氧化性。

2 硫辛酸的抗氧化性
2. 1 直接清除活性氧能力
直接清除活性氧是硫辛酸的抗氧化能力之一,LA 和DHLA 都能清除单次氯酸(HClO) 、过氧化氢(H2O2) 、过氧阴离子亚硝酸(ONOO·) 、羟基(·OH ) 、过氧化物自由基等活性氧,但是,只有LA 能清除单线性态氧(1O2) [1 ,2 ] 。

产生和测定自由基方法的不同能导致实验结果的不一样。

有实验证明:LA 和DHLA 都不能直接与脂质体或其膜中的生育酚自由基(VE·) 以及由加氧酶催化亚麻酸产生的过氧化物自由基反应,只有DHLA 能还原VE·与AsA 的反应产物DHA 和抗坏血酸自由基,并能直接清除水、脂两相中的过氧化物自由基;但也有实验表明,LA 能够清除水相中的过氧化物自由基。

2. 2 螯合金属能力
重金属污染能导致生物体的氧化损伤。

硫辛酸的抗氧化性是从其能螯合金属而被发现的,LA 能螯合Mn2 + ,Cu2 + ,Pb2 + ,Zn2 + ,Fe2 + ,但不能与Fe3 + 螯合,而DHLA 不仅能螯合Cu2 + ,Zn2 + , Pb2 + , Co2 + ,Ni2 + , Hg2 + , Fe2 + , Cd2 + , 还能螯合Fe3 + ,且与Fe3 + 形成的复合物比与Fe2 + 形成的复合物更加稳定[2 ] ,因此,如能将其成
功地应用于重金属污染所造成的人体中毒、植物重金属氧化胁迫等解毒过程,可望对人类健康以及生态环境保护产生积极作用。

有关硫辛酸螯合金属的报道多见于体外以及动物试验。

LA 能与AsA 竞争,直接与Cu2 + 螯合形成亲脂性复合物,从而抑制Cu2 + 催化AsA 的氧化,减少O2·的产生,阻止细胞膜脂质的过氧化,并且外消旋体LA(DL2LA) 、R2型LA 与Cu2 + 的螯合能力大于S2型LA[3 ] 。

然而,低密度脂蛋白(LDL) 能与LA争夺Cu2 + ,使LA 与Cu2 + 的螯合物稳定性差,因而LA 不能抑制Cu2 + 诱导的LDL 过氧化; 值得一是的是,
0～20 μmol/LDHLA 能有效地控制LDL 的过氧化,当DHLA 过量时,它能与Cu2 + 螯合,而当Cu2 + 过量时,DHLA 能与LDL 竞争并使Cu2 +还原为Cu + ,从而达到抑制LDL 过氧化的目的[4 ] 。

同时,α2硫辛酰氨基酸也能与Cu2 + ,Zn2 + 螯合形成相应的复合物。

最新研究表明,0. 2 mmol/L LA 和α2硫辛酰氨基酸都能有效地抑制J774 细胞脂质的氧化损伤,原因是它们能螯合Fe2 + ,抑制Fe2 + 与H2O2 发生的Feton 反应,进而减少·OH 的产生[5 ] 。

兔体内注射HgCl2 10 mg/ kg 3 h 后,其肾脏切片再用10mmol/L LA 孵育2 h ,结果,切片中有35 %的Hg2 + 被LA 螯合;但体外实验则表明,经5 ×10 - 5 mol/L HgCl2 处理4 h 后的兔子肾脏切片,用10 mmol/L LA 孵育1～3 h ,LA 对Hg2 + 无明显的螯合作用[6 ] 。

2. 3 再生其它抗氧化剂能力
生物体内过量活性氧的清除必须有各种抗氧化剂的共同参与,硫辛酸能再生其它抗氧化剂,使其在抗氧化系统中的作用更加重要。

LA 和
DHLA 单独使用都不能阻止Fe2 + /AsA 诱导的脂质过氧化,但由于DHLA 能还原GSSG,再生GSH ,因此,DHLA、GSSG的共同作用能减少脂质的过氧化损伤;同时,LA/ DHLA 具有较低的氧化还原势能,使得DHLA 在没有辅酶Ⅱ(NADPH) 的条件下也能还原GSSG,而谷胱甘肽还原酶还原GSSG却必须有NADPH 的参与,因此,在细胞氧化还原势能较低以及NADPH 缺乏的情况下,DHLA 更能显示再生GSH 的抗氧化性能[2 ] 。

GSH、AsA 抑制脂质过氧化的关键机理是还原VE·为VE。

DHLA能再生AsA、GSH ,并通过它们再生VE[7 ] 。

有人认为,DHLA 必须在酶的作用下,依靠GSH 和VE·反应生成VE 后,才能抑制脂质过氧化;然而DHLA 也可通过非酶促反应直接还原VE·,或者DHLA 再生GSH、AsA 后,通过它们间接与VE·反应生成VE ,然后减轻脂质过氧化[2 ] 。

2. 4 动物体内及体外抗氧化试验
2. 4. 1 LA 的抗衰老作用
衰老是抗氧化系统能力下降,活性氧累积导致细胞DNA、脂质、蛋白质氧化损伤而引起的不可避免的生理过程。

Arivazhagan 等对DL2LA 的抗衰老功效作了比较全面、系统的研究。

系列实验条件均为:生长期约3～4 ,22 个月,老鼠分别为小鼠、大鼠,按每1 kg 体重腹膜内注射DL2LA 100 mg/ d ,7 ,14 d 后取样测试。

对比实验结果为: ①大鼠血浆中的GSH、AsA、VE 含量、抗氧化酶活性降低,·OH浓度上升,DL2LA 能有效控制各生化指标变化; ②DL2LA 能提高大鼠肝、肾线粒体中的GSH、AsA、VE 的含量以及细胞色素C氧化酶等线粒体酶的活性;增加肝、肾、脾的核酸、蛋白质含量; ③大鼠脑部不同组织(如大脑皮层、小脑、视
丘下部) 的GSH、AsA、VE、核酸、蛋白质、多巴胺等神经传递素的含量下降、抗氧化酶的活性提高,补充DL2LA 能有效地逆转上述生化参数的变化; ④DL2LA 能降低大鼠的脂质过氧化(LPO) 水平,使其和小鼠的LPO 水平相当[8211 ] 。

2. 4. 2 LA 对心血管、糖尿病及其并发症的作用
LA 能有效地抑制心血管疾病的发展。

LA 孵育能诱导老鼠心肌
H9C2细胞的抗氧化酶活性及GSH 含量的提高,并且细胞氧化损伤的减少与LA 剂量呈量效关系[12 ] ;与对照组比较,饮食补充葡萄糖可诱导老鼠体内血压、血糖浓度、胰岛素耐性、心脏线粒体中O2·含量分别增加29 % ,30 % ,408 % ,22 %;同时补充LA 后,上述指标都有不同程度的减少[13 ] 。

糖尿病能引起许多并发症。

DL2LA 能降低糖尿病性肾病老鼠的肾皮层脂质过氧化产物丙二醛(MDA) 的含量、抑制抗氧化酶活性的上升以及抗氧化剂含量的下降。

3 硫辛酸的促氧化性
3. 1 与过渡金属的还原反应以及自由基的产生
硫辛酸的促氧化性可以通过与金属螯合而表现出来。

DHLA能与Fe3 + 螯合,同时也能还原Fe3 + 为Fe2 + 从而加速Feton 反应中·OH 的产生,导致脂质过氧化,并且还能产生含硫自由基(HSRS·) 导致蛋白质的氧化损伤,但LA 能抑制DHLA的这种促氧化作用[5 ] ;同样,DHLA 虽然能螯合Cu2 + ,但形成的螯合物不稳定,在pH > 6 及O2 作用下能产生·OH ,导致人体血浆中LDL 的过氧化伤害[4 ] 。

硫辛酸的促氧化性也可以通过清除某些活性氧后产生氧化能力更强的氧化剂得以表现。

辐
射能产生·OH 使α12抗体蛋白酶失活,0. 1 mmol/L DHLA 虽然能清除·OH ,却导致HSRS·的生成, 进而加剧酶的失活; 在辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase ,HRP) 作用下,苯酚能与H2O2 反应,生成苯酚自由基,DHLA 虽能清除苯酚自由基但却导致氧化能力更强的HSRS·产生,且HSRS·能快速被O2 氧化导致O2·生成;同样,DHLA、GSH 与HRP/ H2O2 反应也能分别导致O2·、HSRS·的产生[4 ] 。

3. 2 对线粒体通透性转变的影响
线粒体通透性转变(mitochondrial permeability
transition ,MPT) 能导致细胞间质组成物流失、线粒体外膜破裂,直至细胞死亡。

促氧化剂、Ca2 + 的积累以及有机物的磷酸化能促进MPT,硫醇还原剂则能抑制MPT。

据此分析,DHLA 应该是MPT 的抑制剂,但体外实验表明,0. 01～0. 1 mmol/L DHLA、LA 均能导致老鼠肝脏线粒体Ca2 + 的积累,促进MPT,且DHLA 在丙酮酸作为线粒体电子传递链底物时能更有效地促进MPT,此结果与黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶存在的情况下诱导的MPT相似。

黄嘌呤、黄嘌呤氧化酶是产生O2·的系统,这是否暗示DHLA 除氧化为LA 从而促进MPT外,还存在其它促进MPT 机理呢? 进一步实验表明,DHLA 能导致老鼠、牛肝脏线粒体中与其呈量效关系的
O2·的产生,自由基清除剂丁基羟基甲苯能减少O2·的产生从而抑制MPT,说明DHLA 是通过诱导O2·的产生而促进ATP[7 ] ;由于DHLA 某种情况下能诱导HSRS·,HSRS·能自动氧化产生O2·,故DHLA 也有可能通过产生HSRS·而促进MPT。

3. 3 对细胞葡萄糖吸收的影响
LA 具有促氧化作用,能降低2 型糖尿病实验动物体内过高的葡
萄糖含量。

250μmol/L R2LA 孵育3T32L1 脂肪细胞30 min～6 h ,能
提高细胞内过氧化物水平,促进葡萄糖的吸收及胰岛素受体酪氨酸磷酸化,细胞内过氧化物水平的提高
是LA 氧化胰岛素受体中的巯基(2SH) 所致[14 ] 。

4 硫辛酸的临床应用
DL2LA 能有效地抑制糖尿病症状,促进增加的氧化胁迫与下降的
抗氧化能力之间的平衡。

对随机抽取的74 例2 型糖尿病患者为期4 周的临床研究发现,口服600～1 800 mg/ dLA 能增加胰岛素的敏感性、促进葡萄糖的运输及利用[15 ] ;2 型糖尿病人体内的脂质过氧化物(ROOH) 含量高,而VE 含量较低,ROOH 与VE/ 胆固醇的比值是正常人的3. 6 倍,但是,对107 例2 型糖尿病人的实验发现,33 例服用600 mg/ dLA 3 个月后,其血浆中ROOH 的含量以及ROOH 与VE/ 胆固醇的比值均显著降
低[16 ] 。

在德国,DL2LA 用于治疗糖尿病性神经病已有40 余年历史,早期实验结果差异甚大,却引起后来规模深入的临床研究。

随机抽取的328 例2 型糖尿病患者,注射600 ,1 200 mg/ dLA 19 d 后,病人麻木、疼痛、感觉异常等症状都明显减轻[17 ] ;65 例1 型糖尿病人,口服
600 ,1 200 mg/ d LA 2 年,其糖尿病症状、胫骨以及腓肠感觉神经元
传导速率都得到显著改善,特别是口服1 800 mg/ d LA 和注射600 mg/ d LA 能达到同样的血浆浓度[18 ] ;73 例2 型糖尿病性心血管神经病人,在口服800 mg/ d LA 4 个月后,其心律变化得到适中的改善[19 ] ;然而,508 例2 型患者先注射3 周再口服6 个月1 800 mg/ d LA ,结
果只是一般的改善了糖尿病性神经病症状[20 ] 。

由此可见,个体、给药方式、剂量、时间等差异能导致治疗效果的不一样。

老年性痴呆(Azheimer type dementia) 的重要特征是体内的氧化胁迫和能量下降。

抗氧化剂LA 能促进葡萄糖代谢,因此对这类病症有一定的疗效。

非随机挑选的9 例病人,服用600 mg/ d LA 约1 年后,通过对他们的神经心理测试发现患者的认知功都能得到提[21 ] 。

LA 能有效地治疗酒精中毒引起的相关疾病,比如肝坏死、肝炎,但对肝硬化的疗效不明显。

野生蘑菇中含有蝇蕈素等毒素,人们食用后可导致足分支菌病,对12 例16～77 岁的中毒患者,通过静脉注射200 mg/ d LA 1 周后,患者肝肿大明显减小,死亡率下降,肝肾功能恢复正常;但是,也有相反报道:205 例患者服用LA 后,死亡率没有减少[22 ] 。

α2LA 还能减少辐射对人体造成的伤害。

生活在受15～40 Ci/ km2 污染地区的儿童,服用400 mg/ d LA 1个月后,其白细胞中自发的化学发光恢复到正常水平[23 ] 。

5 存在问题以及展望
硫辛酸因其超强的抗氧化性而备受关注,然而,LA 可以催化信号
蛋白质分子内二硫化合物的形成,这些蛋白质能作为氧化剂探测分子,
产生热激(heat2shock) 以及第二信号,保护机体免受氧化胁迫;一些体外实验也表明,硫辛酸能直接或者间接氧化细胞中的蛋白质,从而调节
细胞生理过程,因此,硫辛酸的多功能保护作用是否完全归因于其抗氧
化性已引起争议。

LA 有可能通过提高葡萄糖的氧化,从而促进葡萄糖的吸收。

硫辛酸促氧化性的利弊与机体的生理条件相关,与抗氧化性研究
相比,硫辛酸的促氧化性的研究相对较少,尚待进一步的深入研究。

有关硫辛酸抗氧化应用的大量研究目前仍局限于体外、动物实验。

在德国,硫辛酸用于糖尿病性神经病等疾病的临床研究广泛而深入,却因个体、给药方式、剂量、时间等差异,并且通常都是单独给药,而难以达成一致满意的效果,但是,考虑到糖尿病性神经病长期氧化损伤的严重性以及
缺乏更有效的治疗途径,LA 仍不失为首选药物,长期适量的饮食补充硫辛酸或许能更有效地预防糖尿病以及其并发症的发生。

有关硫辛酸对与肝脏相关的疾病和其它疾病影响的研究却比较少,有待作进一步的研究。

机体抗氧化作用必须有各种抗氧化剂、抗氧化酶的协同参与,故临床应用中LA 如能与其它抗氧化剂配合使用,其治疗效果应该不是简单加和,而是协同增加。

值得注意的是,高剂量的LA 补充在机体内能产生毒性,因此,有待研究者对硫辛酸作更实质而深入的研究。

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