Food Funct | 黄冈师范学院李士明教授：苦瓜及其植物化学物质的免疫调节作用及其相关机制

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Abstract

苦瓜是葫芦科植物之一，广泛分布于热带和亚热带地区，在世界范围内作为蔬菜和草药食用已有数千年的历史。由于其在体内和体外具有显著的抗糖尿病、抗炎、抗氧化、抗病毒和抗肿瘤活性，在生物学和生物医学研究中受到广泛关注。大量研究表明，典型的健康促进活性主要归因于其植物化学物质，包括皂苷、蛋白质、多肽、酚类化合物、生物碱、三萜和多糖。特别是，已有研究证实其抗糖尿病活性与其皂苷和蛋白质之间有密切的关系。近年来，对苦瓜的免疫增强和免疫刺激作用的研究备受关注，并取得了重大进展。因此，本文就其免疫调节作用及其相关机制作一综述。本文还对其在免疫相关疾病中的临床应用进行了探讨，旨在拓宽其作为功能性食品的探索。

Introduction

在人体免疫系统中，免疫反应是通过识别和破坏外来有害物质和生物体来维持健康的重要生理过程。特别是，复杂的免疫反应依赖于具有保守致病结构（如病原体相关分子模式）的种系编码模式识别受体的特定反应。巨噬细胞是免疫系统的哨兵和调节者，在吞噬、细胞毒性甚至细胞内杀伤活动中起着至关重要的作用。活化的巨噬细胞不仅通过直接吞噬来抵抗病原体，还通过间接产生免疫因子，如白细胞介素(ILs)、一氧化氮(NO)、肿瘤坏死因子(TNF)和活性氧(ROS)(图1)。生活方式和饮食习惯可以改变免疫状态、慢性低度炎症状态和肠道微生物群的群落组成。氧化应激还与慢性炎症性疾病有关，包括神经退行性疾病、肥胖、代谢综合征、心血管疾病、2型糖尿病(T2DM)和癌症。特别是氧化应激和炎症是密切相关的病理生理过程，它们可以相互激活。

图1 人体免疫系统示意图

据天然产物及其衍生物通过刺激免疫系统的某些组分发挥显著的免疫调节作用，从而显示出其作为免疫调节、抗炎、抗菌、抗癌、抗氧化以及心血管和神经保护药物的巨大潜力。苦瓜属是葫芦科的典型成员，广泛分布于热带和亚热带地区，特别是东亚地区。苦瓜属的所有部位都是苦的，这是由于苦瓜苷K、苦瓜苷L、苦瓜素I和苦瓜素II等苦成分的缘故(图2)。苦瓜种子和果实富含蛋白质，氨基酸质量甚至达到世界卫生组织(WHO)对学龄前儿童的要求/标准。特别是，白蛋白、球蛋白和谷蛋白的含量分别为49.3%、29.3%和3.1%。除了是一种营养丰富的蔬菜外，苦瓜还可以作为传统药物治疗牙痛、腹泻、疖、痛经、湿疹、痛风、黄疸、麻风病、痔疮、肺炎、牛皮癣和风湿病。苦瓜提取物具有显著的抗糖尿病、抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗微生物和免疫调节活性。例如，苦瓜的果实和种子富含一些失活蛋白，包括苦瓜30 kDa的抗HIV蛋白（MAP30），α-华支素、β-华支蛋白、γ-华支肽，δ-华支睾吸虫素和ε-华支肝吸虫素，它们具有RNAN-糖苷酶活性，多核苷酸腺苷糖苷酶活性，DNA酶样活性，磷脂酶活性，超氧化物歧化酶活性，抗肿瘤，抗癌，免疫抑制和抗微生物活性。

图2苦瓜主要生物活性物质的化学结构。（A）苦瓜苷K，（B）5β，19-环氧葫芦-6,23-二烯-3β，19,25-三醇，（C）3β，7β，25-三羟基葫芦-5,23-二烯-19-醛

苦瓜的免疫抑制和免疫刺激活性主要归因于其含有蛋白质、苦瓜素、三萜类、酚类化合物和多糖。这篇综述旨在总结苦瓜生物活性植物化学物质对免疫系统（细胞因子、信号通路和免疫器官）的免疫调节作用和相关机制，以及临床前使用对炎症相关疾病（癌症、糖尿病、脓毒症、炎症性肠病和痤疮）的影响，并为将苦瓜作为治疗免疫相关疾病的功能性食品提供了有价值的参考。

苦瓜属植物化学物质的免疫调节机制

作为一种营养丰富的植物性食品，人们从苦瓜中提取了几种具有生物活性的化合物。以水、乙醇和甲醇为提取溶剂，从水果、种子和树叶中分离纯化了粗提取物和生物有效的单体成分，如多糖、多肽、类黄酮、酚类、生物碱、维生素、糖苷、萜类、苦瓜甙、单宁和矿物质。特别是，从苦瓜中分离得到的具有生物活性的多糖和蛋白质具有较强的免疫调节作用，显示出作为免疫治疗佐剂的巨大潜力。

对免疫相关细胞因子的影响

细胞因子含有抗炎和促炎分子，是肿瘤微环境中炎症介导的肿瘤发生的标志。多项研究揭示了苦瓜对细胞因子的调节作用。例如，在癌症细胞和炎症细胞中，苦瓜粉末和提取物表现出抗炎活性，主要是通过增加抗炎细胞因子IL-10.25-28的分泌水平，TNF-α、核因子κB（NF-κB）、α诱导蛋白（G1p2）和C-C基序趋化因子配体5（CCL5）。主要含有1-R-亚麻酰基-溶血磷脂酰胆碱（LPC）、2-R-亚麻酰基-LPC、1-亚麻酰-LPC和2-油酰基-LPC的苦瓜胎盘丁醇组分显著抑制TNF、IL-1β、IL-1、G1p2和CCL5.19，27的表达，在脂多糖（LPS）刺激的RAW 264.7巨噬细胞中，野生苦瓜乙醇提取物可降低前IL-1β。在右旋糖酐-硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型中，野生苦瓜果粉显著降低结肠IL-6和IL-1β，而其乙酸乙酯提取物和乙醇提取物显著抑制LPS刺激的腹膜巨噬细胞中IL-6的分泌，19，25-三醇和3β，7β，25-三羟基葫芦-5，23dien-19-al（图2），显著抑制牙龈卟啉单胞菌诱导的IL-8、IL-6和IL-1β水平。苦瓜苷G和龙胆酸5-O-β-D-木糖苷显著减轻LPS诱导的炎症，并下调小鼠巨噬细胞中NF-κB、IL-6、IL-1α和IL-1β的表达（表1）。在FL83B细胞中，5β、19-环氧-25甲氧基葫芦6,23-二烯-3β、19--二醇（EMCD）可抑制TNF-α、NF-κB的p65亚基和IL-1α的表达。

苦瓜生物活性成分在降低炎症生化标志物方面显示出巨大潜力。在LPS刺激的巨噬细胞中，使用野生苦瓜乙醇提取物可以减少前列腺素E2（PGE2）和NO的产生。在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中，野生苦瓜果粉显著增强了结肠中转化生长因子β（TGF-β）和FoxP3的mRNA表达。在不同的苦瓜产物中，果实提取物通过有效抑制炎症介质PGE2和NO.1显示出最高的抗炎能力。在苦瓜果实乙酸乙酯提取物的不可皂化部分中鉴定出的植物醇和叶黄素可以抑制细胞因子的产生，并激活过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）。在lps诱导的巨噬细胞中，从苦瓜中提取的遗传酸5-O-β-D-木糖苷和葫芦型三萜均能抑制干扰素(IFN)基因符号TNF-α、G1p2、CCL5等炎症基因的表达。

诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、环氧合酶(COX)2、基质金属蛋白酶(MMP)-9、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)等生物活性成分也可调控相关酶的表达水平。如图2所示，5β，19-环氧葫芦-6，23-二烯-3β，19，25-三醇(图B)和3β，7β，25-三羟基葫芦-5，23-二烯-19-醛(图C)在体外可以降低人单核THP-1细胞中MAPK的激活。苦瓜苷G和龙胆酸5-O-β-D-木糖苷(图D)可显著下调小鼠巨噬细胞RAW 264.7细胞中iNOS和COX-2的表达。在LPS刺激的巨噬细胞中，野生苦瓜的乙醇提取物可以降低iNOS的表达。苦瓜果实的乙酸乙酯提取物可以有效地抑制痤疮丙酸杆菌刺激的THP-1细胞中的MMP-9水平。在FL83B细胞中，EMCD可以抑制iNOS的表达。在C57BL/6J小鼠中，苦瓜提取物（250~1 000 mg/kg）显著增强了酰基辅酶A氧化酶（ACO）和肝脏脂肪酸结合蛋白的表达，并提高了ACO活性和肝脏中的蛋白质（P<0.05），进一步影响NF-κB和活化蛋白-1（AP-1）的活化。

此外，苦瓜提取物中酚类物质含量具有显著的抗炎作用，NO、PGE2和iNOS表达的r值分别为0.74、0.88和0.65（P<0.05），抑制外周血单核细胞中细胞因子的表达，但增加大鼠脾脏T细胞中细胞蛋白的表达。A高剂量的α-华支肝素在体外诱导细胞凋亡，而低剂量的α-华支肝素诱导了大鼠THP-1细胞中抑制性细胞因子表达的调节。苦瓜果肉汁显示出对THP-1细胞和IFN-γ产生特异性的有效免疫刺激治疗的巨大潜力。

对免疫信号通路的影响

苦瓜及其生物活性成分已被揭示可调节免疫信号通路（图3）。例如，苦瓜提取物抑制HNSCC细胞中的c-Met（间充质上皮过渡因子）信号通路和下游信号分子。另一批苦瓜提取物也在体内激活PPAR信号通路。苦瓜酚提取物有效抑制痤疮诱导的MMP-9的表达水平，阻断NF-κB的激活，并失活MAPK信号通路。从苦瓜野生变体WB24中纯化的野生苦瓜提取物对TNF-α处理的FL83B细胞也表现出降血糖作用，并以AMP活化蛋白激酶（AMPK）非依赖性的方式抑制IkB激酶（IKK）复合物和NF-κ。丁醇部位显著抑制NF-κB DNA结合活性，抑制p38、c-Jun N-末端激酶（JNK）和ERK/MAPK的磷酸化，并以剂量依赖的方式降低p65（NF-κB亚基）和c-Fos（AP-1亚基）的水平。在A549细胞中，野生苦瓜果实提取物可通过抑制磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）/NF-κB/NF-κ，进一步降低了白细胞黏附。

图3 苦瓜生物活性物质在免疫信号通路中的示意图

某些具有生物活性的植物化学物质也显示出与这些提取物相似的生物学特性和机制。葫芦烷型三萜苷能有效抑制TNF-α介导的NF-κB活性，抑制iNOS和COX-2表达，显著刺激PPAR-γ。值得注意的是，IKKβ和JNK抑制剂可有效阻断α-苦瓜素诱导的炎症基因的表达。

对免疫系统的影响

苦瓜及其生物活性物质具有有效的免疫调节活性。在瑞士白化病小鼠中，与对照组相比，苦瓜水提物通过增加吞噬指数和中性粒细胞粘附在尼龙纤维上的百分比发挥免疫调节作用。在头颈部鳞状细胞癌肿瘤中，苦瓜提取物通过抑制FoxP3+细胞群减少浸润调节性T (Treg)细胞，减少Th17细胞群，但对Th1和Th2细胞群无影响(表2)。在DSS诱导的小鼠结肠炎中，苦瓜粉显著增加肠系膜淋巴结Foxp3+ Treg细胞的数量。其中，正丁醇提取物可促进Treg细胞向CD4+T细胞的分化。在5周龄雌性小鼠中，苦瓜浆水提物诱导Th1和Th2细胞产生IFN-γ和特异性免疫球蛋白(Ig) G2a。

苦瓜多糖（MCPs）可显著提高环磷酰胺（Cy）诱导的免疫抑制小鼠的石炭素颗粒清除指数、脾脏指数、血清溶血素产生、胸腺指数和NK细胞毒性，因为Cy诱导的免疫抑制小鼠的NK细胞活力得到改善。不同的MCP1（8.55×104Da，由葡萄糖和半乳糖组成）和MCP2（4.41×105Da，包括葡萄糖、甘露糖和半乳糖）在体外有效刺激正常和刀豆球蛋白A诱导的脾淋巴细胞增殖。在免疫抑制小鼠中，MCPs直接免疫刺激脾淋巴细胞，并在免疫上增强细胞和体液免疫功能。从苦瓜绿色果实中提取的果胶多糖，含有D-半乳糖和D-半乳糖醛酸甲酯，摩尔比几乎为1:4，可有效激活脾细胞、胸腺细胞和巨噬细胞。

RIPs，包括从苦瓜种子中纯化的α-华支肝素（31 kDa）和β-华支素（29 kDa）。此外，α-华支肝素和β-华支素严重抑制同种抗原诱导的淋巴细胞增殖和体外产生原代细胞毒性淋巴细胞反应，降低巨噬细胞的细胞抑制和吞噬活性，抑制巯基乙酸诱导的巨噬细胞体内迁移，并显著抑制对绵羊红细胞的迟发型超敏反应和体液抗体形成，但对细胞毒性淋巴细胞和自然杀伤细胞的细胞溶解活性没有影响。特别是，α-华支素和β-华支林的强大免疫抑制作用不是由于直接的淋巴细胞毒性或免疫反应动力学参数的改变。华支素在体外显著抑制了混合淋巴细胞反应中T细胞的特异性增殖，并在体内显著抑制了介导迟发型超敏反应的效应T细胞的产生。

α-华支素抑制同种抗原诱导的脾细胞有丝分裂反应和淋巴增殖。高剂量的α-华支素（3.0 mg/kg）可导致大鼠体重减轻，单核细胞百分比降低，嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞百分比增加。作为一种植物蛋白，α-华枝素可高度诱导特异性抗体（IgG和IgE）和超敏反应，这可能会中和药理学功效，引发过敏性毒性，并降低身体对肿瘤的免疫力。在小鼠中，无毒剂量的华支肝素显著抑制了延迟型超敏反应、对绵羊红细胞攻击的抗体产生，以及体内巯基乙酸诱导的巨噬细胞迁移。

以β-半乳糖苷酶为模型抗原，在预给药和加强给药方案下，苦瓜种子凝集素（MCL）可以增加BALB/c小鼠的IgG，显示出作为有效疫苗佐剂的巨大潜力。作为一种半乳糖特异性糖蛋白，130 kDa四聚体MCL在不涉及T细胞的情况下以剂量和时间依赖性的方式选择性刺激脾细胞的B细胞亚群（P＜0.05）。作为一种T细胞非依赖性B细胞激活剂和多克隆Ig诱导剂，MCL可以触发特异性B细胞增殖和分化为抗体分泌细胞，在共培养96小时后，MCL在培养上清液中进一步产生大量的非特异性IgM抗体（P<0.01）。此外，MCL可以显著上调B细胞中的细胞活化标志物CD86。

抗氧化效果

ROS的产生超出了机体的抗氧化能力，通常会引起氧化应激。在这种应激下，ROS自由基很容易与蛋白质、DNA和脂质发生反应，进而引起生物分子相应的氧化损伤，即脂质过氧化。因此，去除活性氧对于保护生命系统至关重要(图4)。

图4 苦瓜生物活性物质的抗氧化机制

低至中等剂量的水提物可提高黑腹果蝇的乙酰胆碱酯酶和抗氧化酶活性，并可略微提高果蝇的存活率。在人神经母细胞瘤SK-N-MC细胞中，苦瓜乙醇提取物显著改善了H2O2恶化的细胞活力和凋亡，通过增强细胞内抗氧化系统改善了细胞内ROS的产生和去除之间的不平衡，阻断了线粒体依赖性细胞死亡级联，并抑制MAPK通路的磷酸化。观察到ABTS自由基阳离子清除活性，IC50值在268.5~458.9 μmol/L之间，对黄嘌呤氧化酶活性的抑制作用，IC50在36.8~142.3 μmol/L之间。苦瓜果肉和籽粉中的抗氧化化合物，特别是乙醇/水提取物中存在的酚类化合物，可以有效抑制脂质过氧化。大脑氧化应激的减轻、Sirt1蛋白表达的正常化、血浆抗氧化酶和促炎细胞因子的正常化，在C57BL/6雌性小鼠中，在用苦瓜提取物处理后均观察到Sirt3 mRNA表达的上调。

苦瓜中一种特殊的MCP是一种酸性、支链、果胶状杂多糖，分子量为92 kDa，酯化度为53%，主要由葡萄糖、半乳糖和半乳糖醛酸组成，表现出典型的自由基清除活性（31.9%），对血管紧张素转换酶的抑制率为94.1%，铁还原抗氧化能力（0.95 mmol /L）和α-淀粉酶抑制作用（89.1%）。研究还表明，硫酸化修饰增强了MCP的抗氧化活性。苦瓜绿色果实中的果胶多糖也表现出强大的抗氧化活性苦瓜多糖清除超氧阴离子、羟基自由基（HO•）和DPPH自由基以及防止脂质过氧化的能力因化学修饰的不同而不同，因为与磷酸化修饰和天然多糖相比，硫酸化MCPs表现出最强的效力。

其他机制

在腹腔注射LPS诱导败血症的雄性BALB/c小鼠中，日粮中提供的苦瓜粉通过促进脂质代谢、减少脂肪积累和改善低血糖表现出抗炎活性。此外，苦瓜提取物调节HNSCC细胞中关键细胞周期进展分子的表达，从而阻止细胞生长。

免疫相关疾病的预防作用

传统上，人们认为苦瓜可以有效地对抗各种与生活方式相关的疾病，包括癌症叛乱、糖尿病、肾结石、发烧和结疤。

苦瓜在癌症和相关炎症中的作用

临床前和临床证据都表明，早期转化的癌症细胞表达相应的抗原，这些抗原可以被免疫系统识别，从而启动一定的免疫反应。然而，肿瘤细胞往往将炎性细胞因子和免疫检查点分子介导的免疫抑制信号传递到肿瘤微环境，促进癌症的发展。在抑制性肿瘤微环境中，免疫细胞和肿瘤细胞之间的串扰可能阻碍有效的抗肿瘤免疫和成功的肿瘤免疫治疗。Treg细胞是形成免疫抑制性微环境的关键成分，通常被细胞因子（尤其是CCL2和TGF-β）募集到肿瘤组织中，超敏反应和免疫抑制是临床抗肿瘤治疗的主要不良反应，因为免疫抑制可能降低人体对肿瘤的免疫力，并导致治疗效果受损。尽管治疗程序取得了巨大进步，但癌症患者的总体存活率并没有显著提高。因此，仍然迫切需要新的抗癌策略。

慢性炎症可以促进肿瘤的发生和癌症的恶性进展。由细菌和病毒感染、生活方式和环境污染物等环境因素引起的肿瘤外源性炎症是由先天免疫细胞介导的。相反，肿瘤固有炎症是由肿瘤突变、炎症介质的产生以及免疫细胞在肿瘤微环境中的募集引起的，从而导致炎症环境，最终促进癌症的进展。炎症性肿瘤优先与浸润性免疫细胞相关，这些细胞可能通过相应的癌症细胞产生的炎症分子被招募到肿瘤部位。在炎症过程中，会产生原发性炎性细胞因子和激活参与炎症反应调节的已知转录因子。因此，预防或控制炎症是控制肿瘤进展的重要途径。由NF-κB、信号转导子、转录激活子（STAT）-3和AP-1因子的联合作用介导的炎症调节网络与几种癌症密切相关，因为这些促炎调节因子可以通过正转录反馈环形成转录复合物，调节致癌途径中的基因表达。

天然产物在发现和开发有效的抗癌症药物方面发挥着主导作用。在不同的临床前癌症模型（包括头颈部、胰腺、皮肤、乳房、前列腺、胃和结肠）中，苦瓜提取物在预防和延迟癌症进展方面显示出潜在的临床益处，而没有任何副作用，这可能主要是由于罗汉果素I、α-罗汉果苷、β-罗汉素和葫芦素B。特别是，苦瓜提取物通过调节细胞增殖和Treg群体以及控制肿瘤浸润淋巴细胞来抑制肿瘤生长。在免疫活性小鼠模型中，在致癌诱导的口腔发育不良和鳞状细胞癌（OSCC）过程中，苦瓜提取物主要通过抑制促炎基因（s100a9、IL23a、and IL1β）和免疫检查点基因PDCD1/PD1的表达来预防4-硝基喹啉1-氧化物诱导的口腔不典型增生和鳞状细胞瘤（OSCC）。重要的是，s100a9和PD1的药物靶向在I-III期临床试验中对不同的癌症显示出非常有希望的效果。作为一种与骨化、侵袭和转移相关的OSCC癌基因，在HNSCC小鼠模型中，通过降低增殖细胞核抗原和c-Myc.2的表达水平，经口灌胃苦杏仁提取物显著抑制肿瘤生长。苦杏仁提取物的抗癌特性可能依赖于它们调节几种信号通路和细胞周期蛋白的能力，从而诱导细胞周期停滞甚至凋亡。

从苦瓜中分离的RIPs是有效的细胞翻译抑制剂，以免疫偶联物或免疫毒素的形式被广泛用作抗癌药物。作为一种典型的RIPs，α-华支睾吸虫素具有较强的抗肿瘤活性，尤其是在乳腺癌症和黑色素瘤中，显示出其在癌症治疗中的潜在潜力。此外，α-华支肝素在单核细胞中表现出选择性细胞毒性、细胞因子释放调节和免疫抑制，可应用于肿瘤组织并极化为肿瘤相关巨噬细胞。特别是，在MCF-7和MDA-MB-231细胞系中，α-华支肝素的抗肿瘤活性比一线抗肿瘤药物表阿霉素更强。除了直接的淋巴细胞毒性外，α-华支素还具有不良的超敏/免疫抑制作用，主要是由于核糖体失活活性和抑制免疫细胞中的蛋白质合成。

苦瓜对糖尿病和相关炎症的作用

系统性和组织特异性炎症可以极大地影响代谢调节。因此，减少炎症对预防和治疗肥胖和糖尿病具有特殊的意义。T2DM具有慢性低度炎症状态，炎症因子的增加往往通过调节胰岛素信号传导导致胰岛素抵抗。胰岛素抵抗是指组织对循环胰岛素的敏感性降低。AMPK激活已显示出抗炎作用，因此AMPK信号调节在开发抗糖尿病药物方面具有巨大潜力。与营养过剩和肥胖有关，大脑代谢流量的增加会导致精心安排的应激反应、血脑屏障破坏、外周血炎症免疫细胞的募集和小胶质细胞的激活，从而导致神经炎症和随后的认知能力下降以及神经退行性疾病。不幸的是，对肥胖相关的脑功能障碍缺乏有效的治疗方法。因此，非常需要确定适当的预防和治疗策略。

先前的研究证明，苦瓜提取物具有典型的降血糖和降脂特性，一些植物化学物质作为功能性食品成分在预防T2DM和相关炎症方面具有巨大潜力。在高脂饮食（HFD）喂养的小鼠中，冷冻干燥的苦瓜汁有效地抑制了巨噬细胞向脂肪组织的募集，而炎症表型的极化可能是由于鞘氨醇激酶1（SPK1）基因表达的抑制。在HFD喂养的小鼠脂肪组织中，苦瓜汁分泌NF-κB和IL-1β的减少与Nod样受体蛋白（NLRP3）炎症小体成分和下游信号靶点的减轻显著相关。

此外，苦瓜汁还能抑制肠道微生物失调。在HFD喂养的C57BL/6小鼠中，0.5 g/kg或5 g/kg剂量的苦瓜降低了IL-6的表达水平和血清C反应蛋白浓度，降低了肝脏甘油三酯和胆固醇浓度，抑制固醇调节元件结合蛋白/脂肪酸合成酶（SREBP-1/FAS）途径的激活，提高线粒体复合物活性（I、II、III和V），增强超氧化物歧化酶活性，降低总蛋白和线粒体蛋白氧化。在C57BL/6雌性小鼠中，苦瓜果实提取物改善了HFD相关的血脑屏障通透性变化，使HFD诱导的神经胶质细胞活化正常化，并调节了神经炎症标志物（NF-κB1、IL-16、IL-22和IL-17R）的表达。在HFD喂养的肥胖小鼠中，日粮中添加苦瓜粉可以降低血清TNF-α和IL-6水平，并影响参与炎症调节的基因表达，从而降低全身炎症。未成熟苦瓜果实的乙酸乙酯可溶性部分还通过降低促炎基因（IL-1β、iNOS）的表达、体重、血糖浓度和肝脏脂质积累来改善高血糖和肝脏脂肪变性，可诱导T细胞增殖，增强IL-4分泌和IFN-γ产生。此外，苦瓜果汁对1型糖尿病的抗糖尿病作用主要与免疫抑制和辅助T细胞2的诱导能力有关。在1型糖尿病大鼠中，苦瓜果实通过降低Th1细胞因子（IL-2和INF-γ），但增加Th2细胞因子和调节性细胞因子来促进Th2的抗炎表型，用苦瓜（1%~3%）治疗6周，通过下调IL-6、TNF-α和CCL2的促炎细胞因子水平，显著改善糖耐量和胰岛素敏感性，阻止JNK的磷酸化和NF-κB的核转位，增加磷酸胰岛素受体底物-1（Tyr612）和磷酸Akt（Ser473）的水平，降低磷酸化NF-κB（p65）（Ser536）和磷酸化JNK（Thr183/Tyr185）的水平，并抑制肝脏、肌肉和附睾脂肪中NF-κB的激活。在糖尿病大鼠中，苦瓜提取物通过“细菌-黏膜免疫-炎症糖尿病轴”机制减轻胰岛素抵抗和糖尿病，包括特定菌群比例的变化、对肠上皮屏障和黏膜免疫的影响以及炎症水平的降低。

在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病小鼠中，苦瓜多糖-铬（III）复合物（MCPIIaC）可以降低空腹血糖水平和体重，同时以剂量依赖的方式增强抗氧化酶防御系统和减弱脂质过氧化，由于MCPIIaC的抗糖尿病作用可能与抗糖化能力有关。铬离子螯合苦瓜多糖的羟基后，MCPIIaC的抗氧化性能大大提高。Se-MCPIIa1是一种硒化的苦瓜多糖，平均分子量为4.003 8×104 Da，硒含量为445.0 μg/g，MCPIIaC（30 mg/kg）可作为预防糖尿病的重要降血糖剂。

MCP还通过抑制氧化应激和改善血红素加氧酶-1（HO-1）/核因子-红系2相关因子2（Nrf2）途径，减轻了糖尿病肾病的进展，并保护大鼠肾脏免受高血糖介导的氧化损伤，表现出典型的雷诺保护性。与正常大鼠相比，MCP处理使血尿素氮、尿素蛋白和肌酐水平分别升高316.58%、195.14%和800.97%，并通过HO-1/Nrf2途径显著升高谷胱甘肽、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶水平，而降低了肾脏中丙二醛（MDA）含量。口服MCP可通过提高SOD水平和降低MDA含量来显著提高抗氧化能力，并减轻STZ对肾脏和胰腺的损伤。硒化MCP可通过提高抗氧化酶活性来增强降血糖活性，肥胖大鼠附睾脂肪组织的胰岛素抵抗和细胞大小。此外，发酵多糖处理显著降低了肥胖大鼠血清中的总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白和瘦素，但升高了高密度脂蛋白、脂联素。

苦瓜中的皂苷是一类独特的植物化学物质，具有多种生物活性。口服苦瓜皂苷有效地恢复了体重，降低了空腹血糖水平，改善了胰岛素抵抗，并通过高脂饮食增加STZ诱导的T2DM小鼠肝脏磷酸化AMPK/总蛋白的比例。苦瓜皂苷的降血糖机制可能涉及AMPK/NF-κB信号通路，通过激活AMPK磷酸化和调节能量代谢。

晚期糖基化终产物（AGEs）的积累和氧化应激是糖尿病并发症发病机制的两个主要因素。苦瓜果肉和果肉的水提取物以剂量依赖的方式阻止交联AGEs和羧甲基赖氨酸的积累。苦瓜的典型抗氧化和抗糖尿病特性主要与对炎症和肠道微生物失调的保护作用有关。。苦瓜还可以通过改善内质网应激来缓解糖尿病和氧化应激。

苦瓜和其他炎症相关疾病

炎症是对外源性物质的保护性反应，但慢性和不受控制的炎症通常对人体组织有害，并经常导致慢性炎症衍生疾病，如自身免疫性类风湿性关节炎、心血管疾病和系统性红斑狼疮，以及与衰老相关的疾病，如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。作为一个复杂的免疫过程，炎症的特征是依次释放介质，如促炎细胞因子（IL-1、IL-6、IL-12、IL-18、TNF-α和IFN-γ）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子。特别是，炎症的特征可能是抗炎细胞因子，包括IL-4、IL-10、IL-13、IFN-α和TGF-β。炎症过程涉及巨噬细胞的活化、COX-2的表达和炎症介质PGE2的合成，并且血管内皮细胞被激活。因此，抑制炎症介质（特别是IL-1、IL-6和TNF-α）的过量产生可以有效预防或抑制许多慢性炎症相关疾病。

PGE2在各种慢性炎症条件下是一种关键的促炎介质，包括炎症性肠病、癌症、动脉粥样硬化性鼠疫破裂、类风湿性关节炎、动脉粥样硬化和年龄相关性退化，这将刺激促炎细胞因子的产生。因此，抑制PGE2的产生在改善炎症症状和抑制相关疾病方面显示出巨大的潜力。PPAR是属于核激素受体超家族的转录因子。PPAR激活剂可以抑制炎症反应基因的激活，如IL-2、IL-6、IL-8，TNF-α和金属蛋白酶，通过负面干扰NF-κB、STAT3和AP-1信号通路。例如，PPARα激动剂可以抑制炎症疾病的发展。

膳食中的苦瓜生物活性成分具有抗炎和抗氧化活性，具有调节慢性炎症易感性的巨大潜力，并有利于相应的治疗。各种苦瓜生物活性成分主要通过抑制NF-κB信号通路调节炎症。从苦瓜藤中提取的葫芦乙酰基三萜类化合物（IC50=15~35 μmol/L）具有抗炎活性，对NO产生的抑制率在35.0%至77.0%之间。苦瓜粉对雄性BALB/c小鼠具有抗炎活性。在C57BL/6J小鼠中，苦瓜成分可激活PPARα和PPARγ，进一步直接调节其参与炎症细胞动脉粥样硬化的靶基因。此外，小鼠皮内注射苦瓜果实的乙酸乙酯提取物有效减轻了痤疮诱导的肉芽肿性炎症和耳朵肿胀。

此外，从苦瓜叶中分离出的两种葫芦烷三萜类化合物，即5β，19-环氧葫芦-6，22-二烯-3β，19，25-三醇和3β，7β，25-三羟基葫芦-5，23-二烯19-al，有效抑制了牙龈卟啉单胞菌刺激的小鼠牙龈组织中IL-6、TNF-α和COX-2的mRNA水平，揭示了它们在开发新的治疗牙龈卟啉单胞菌感染方法方面的巨大潜力。炎症性肠病（IBD）是由多种因素引起的，包括两者之间的相互作用甚至是异常的微生物组成、肠粘膜屏障和肠道免疫系统。目前，还没有适合IBD的有效药物治疗方法。苦瓜对TNBS诱导的结肠炎具有保护性抗炎作用。苦瓜果实的生物活性成分对结肠炎具有抑制作用，主要通过抑制炎症和促进Treg细胞的发育和活性。

痤疮是最常见的皮肤病之一，主要由痤疮丙酸杆菌引起。痤疮可以通过控制炎症来改善。小鼠皮内同时注射苦瓜果实乙酸乙酯提取物可以有效减轻痤疮诱导的耳朵肿胀和肉芽肿性炎症，叶黄素主要通过PPARα或PPARγ信号传导表现出抗炎活性，因为促炎细胞因子和MMP-9水平被显著抑制。在体外和体内，野生苦瓜叶对痤疮诱导的炎症反应都表现出抑制活性。在小鼠中，苦瓜叶的酚类提取物可以通过减少中性粒细胞和IL-1β+群体在活体中的迁移来显著减轻痤疮诱导的耳朵肿胀。酚类提取物主要含有没食子酸、绿原酸、咖啡酸、阿魏酸和肉桂酸，以及杨梅素、槲皮素、木犀草素、芹菜素和胸腺。因此，苦瓜叶提取物可用于缓解痤疮的炎症。

挑战与前景

由于其在体外和体内具有显著的抗糖尿病/低血糖、降血脂、抗炎、抗氧化、抗病毒和抗肿瘤活性，苦瓜在生物学和生物医学研究中受到了广泛关注。总之，这些典型的健康促进活性主要归因于苦瓜中的蛋白质/肽、酚类化合物、生物碱、萜类化合物、多糖和皂苷。作为一种典型的亚热带蔬菜，苦瓜富含生物活性植物化学物质，对健康有益，可以对抗各种疾病，从而提高食用后的生活质量。苦瓜膳食补充剂对治疗T2DM、血脂异常、肥胖和癌症有效。近年来，免疫调节活动越来越受到关注。

MCPs具有低持水性、高含油性、乳化性和发泡性，在食品和营养品工业中具有巨大的免疫治疗佐剂应用潜力。此外，水溶性果胶多糖是一种有效的免疫增强抗氧化剂。苦瓜种子凝集素在增强IgG对共同给药的模型抗原β-gal的免疫反应方面的佐剂活性为开发有效的疫苗提供了重要基础，证明了它们作为炎症相关疾病的化学预防剂的巨大潜力。除了调节细胞因子/趋化因子外，苦瓜中的生物活性物质还可以促进脂质代谢，减少脂肪堆积，改善低血糖。

抗炎特性使苦瓜成为中国传统/民间医学中的“清凉食品”；然而，关于苦瓜抗炎作用的确切机制和控制良好的临床试验尚未得到充分探索。现有的大多数关于苦瓜生物活性化合物的研究主要在细胞系和动物模型上进行，因此迫切需要系统的临床研究来确定其在目标人群中的疗效和安全性。此外，在不同的条件下，苦瓜可能引发毒性或不良反应。因此，需要进一步详细研究生物活性成分的炎症和药代动力学特性，以及副作用的来源，以建立食用苦瓜功能性食品的安全指南。

Immunomodulatory effects and associated mechanisms of Momordica charantia and its phytochemicals

Shuzhen Wanga, Qian Liub, Ting Zengb, Jianfeng Zhana, Hui Zhaoc, Chi-Tang Hod, Yunli Xiaoa, Shiming Lia,d,*

a College of Biology and Agricultural Resources, Huanggang Normal University, Huanggang, Hubei Province, P.R. China

b College of Pharmacy, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Shandong Province, P.R. China

c Tianjin Key Laboratory of Food and Biotechnology, School of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China

d Department of Food Science, Rutgers University, New Brunswick, NJ 08901, USA

*Corresponding author.

Abstract

Momordica charantia L. (M. charantia), which is a member of the Cucurbitaceae family and widely distributed in tropical and subtropical regions, has been consumed as a vegetable and also used as herbal medicine for thousands of years worldwide. M. charantia has received great attention in biological and biomedical research due to its remarkable antidiabetic/hypoglycaemic, anti-inflammatory, antioxidant, antiviral and antitumour activities both in vivo and in vitro. Numerous studies have revealed that the typical health-promoting activities of M. charantia are mainly attributed to its phytochemicals including saponins, proteins/peptides, phenolic compounds, alkaloids, triterpenoids and polysaccharides. In particular, it has been attested that there is a strong relationship between the antidiabetic activity and the saponins and proteins of M. charantia. In recent years, studies on the immunoenhancing and immunostimulating effects of M. charantia have attracted much attention and made significant progress. Therefore, this review focuses on the immunomodulatory effects and associated mechanisms of M. charantia and its bioactive phytochemicals. The clinical applications of M. charantia in immune-related diseases are also discussed, aiming to broaden the exploration of M. charantia as a functional food.

Reference:

WANG S Z, LIU Q, ZENG T, et al. Immunomodulatory effects and associated mechanisms of Momordica charantia and its phytochemicals[ J]. Food & Function, 2022, 13: 11986-11998. DOI :10.1039/D2FO02096C.

翻译：李曦明 （实 习）

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意