文獻DOI：10.1002/mnfr.201200608
文獻PMID：23293044
文獻原文鏈接：http://doi.org.sci-hub.tw/10.1002/mnfr.201200608
Mol. Nutr. Food Res. 2013, 57, 114–125
Review：《Direct and indirect antioxidant properties of -lipoic acid and therapeutic potential》
綜述：抗氧化劑硫辛酸直接和間接的治療潛力
【Abstract】
Diabetes has emerged as a major threat to worldwide health. The exact mechanisms underlying the disease are unknown; however, there is growing evidence that the excess generation of reactive oxygen species (ROS) associated with hyperglycemia, causes oxidative stress in a variety of tissues. In this context, various natural compounds with pleiotropic actions like -lipoic acid (LA) are of interest, especially in metabolic diseases such as diabetes. LA, either as a dietary supplement or a therapeutic agent, modulates redox potential because of its ability to match the redox status between different subcellular compartments as well as extracellularly. Both the oxidized (disulfide) and reduced (di-thiol: dihydro-lipoic acid, DHLA) forms of LA show antioxidant properties. LA exerts antioxidant effects in biological systems through ROS quenching but also via an action on transition metal chelation. Dietary supplementation with LA has been successfully employed in a variety of in vivo models of disease associated with an imbalance of redox status: diabetes and cardiovascular diseases. The complex and intimate association between increased oxidative stress and increased inflammation in related disorders such as diabetes, makes it difficult to establish the temporal sequence of the relationship.
摘要翻譯：
糖尿病已成為全球健康的主要威脅，這種疾病的確切機制尚不清楚。然而，越來越多的證據(jù)表明，與高血糖相關(guān)的過量產(chǎn)生的活性氧（ROS）會在各種組織中引起氧化應激。在這種情況下，具有多效作用的各種天然化合物如硫辛酸（LA）是令人感興趣的，尤其是在諸如糖尿病的代謝疾病中。 LA作為膳食補充劑或治療劑，由于其能夠匹配不同亞細胞區(qū)室之間以及細胞外的氧化還原狀態(tài)，因此調(diào)節(jié)氧化還原電位。 LA的氧化（二硫化物）和還原的（二硫醇：二氫 - 硫辛酸，DHLA）形式都顯示出抗氧化性質(zhì)。 LA通過ROS猝滅在生物系統(tǒng)中發(fā)揮抗氧化作用，但也通過過渡金屬螯合作用發(fā)揮作用。 LA的膳食補充劑已成功用于與氧化還原狀態(tài)不平衡相關(guān)的各種體內(nèi)疾病模型：糖尿病和心血管疾病。在諸如糖尿病的相關(guān)病癥中，增加的氧化應激和增加的炎癥之間的復雜且緊密的關(guān)聯(lián)使得難以確定關(guān)系的時間順序。
【節(jié)選】
LA，DHLA對細胞葡萄糖的影響
攝取LA對胰島素響應細胞氧化還原狀態(tài)影響的機理研究表明，LA通過影響胰島素信號通路的成分來刺激葡萄糖攝取。 LA在葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白類型易位和內(nèi)在活性調(diào)節(jié)時刺激葡萄糖攝取，這種作用可能由p38絲裂原活化蛋白激酶介導[55]。有證據(jù)表明胰島素信號通路對氧化還原狀態(tài)敏感，在胰島素異常和胰島素抵抗的背景下檢查LA和DHLA的作用，據(jù)報道，LA可增加胰島素敏感[56]和胰島素抵抗肌肉組織中的葡萄糖攝取[57]。已經(jīng)證實[58]對肥胖動物施用LA增加了全身胰島素刺激的葡萄糖攝取。
除了這些效應之外，最近已經(jīng)表明，在分離的工作大鼠心臟中，LA刺激葡萄糖氧化而不影響糖酵解，乳酸氧化或棕櫚酸氧化[59]。在分化的3T3-L1脂肪細胞中，R-LA和氧化同種型通過引起細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)變化的機制有效刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運，LA還通過可能涉及 - 和 - 亞基中半胱氨酸殘基氧化的機制促進胰島素受體的自磷酸化[24,52]。 肌肉細胞系的研究表明，暴露于LA通過GLUT1和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白類型向質(zhì)膜的重新分布以及胰島素受體底物-1的酪氨酸磷酸化來刺激葡萄糖攝取[55]。 在II型糖尿病中，有證據(jù)表明LA可改善胰島素抵抗和外周葡萄糖代謝受損[60,61]。
LA和DHLA對線粒體代謝的影響
線粒體經(jīng)常進行裂變和融合以適應細胞的變化條件，并且已經(jīng)報道了各種心血管疾病中的線粒體功能障礙。線粒體也是細胞死亡的重要調(diào)節(jié)因子。切換到細胞死亡程序可以通過線粒體內(nèi)膜中線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）的開放來介導[62]。這個大孔允許分子量高達1.5kDa的組分擴散通過內(nèi)膜，這導致外膜破裂和促凋亡因子的釋放?？紫妒艽傺趸瘎┑挠绊懀趸瘎┩ㄟ^氧化吡啶核苷酸刺激mPTP開放；硫醇[63]和抗氧化劑減少SH集團[64]。
矛盾的是，濃度在0.01-0.1mM之間的LA和DHLA促進mPTP開放。盡管是二硫醇，DHLA比LA更有效，這表明LA的另一種機制不是氧化。在一些抗氧化劑存在下，DHLA誘導的mPTP開放受到抑制，并且這種抑制支持ROS參與mPTP刺激機制[65,66]。這一發(fā)現(xiàn)與LA或DHLA在細胞和組織中的強抗氧化能力形成對比。在牛心臟線粒體中，使用電子順磁共振研究了DHLA對O2? - 產(chǎn)生的刺激[67]。兩種自由基清除劑：BHT和TEMPO降低了DHLA誘導的信號增加。在存在兩種不同底物的情況下在線粒體中觀察到超氧化物的產(chǎn)生：琥珀酸鹽或丙酮酸鹽。這些作用尚未完全了解，但其機制可歸因于依賴于泛半醌的DHLA氧化成硫基，其將能夠通過自動氧化產(chǎn)生超氧化物。線粒體是促氧化劑的主要細胞內(nèi)來源，并且對氧化還原狀態(tài)的變化具有可逆反應[4]。現(xiàn)在有證據(jù)表明，線粒體克雷布斯循環(huán)酶 - 酮戊二酸脫氫酶（KGDH）是線粒體抗氧化系統(tǒng)的一個組成部分，也是氧化還原狀態(tài)的關(guān)鍵傳感器。它誘導線粒體和細胞代謝的關(guān)鍵變化，以防止氧化損傷[68]。 KGDH對氧化應激具有獨特的敏感性，能夠進行完全可逆的自由基介導的抑制。 LA是β-酮酸脫氫酶復合物的E2組分的必需輔助因子，其僅位于線粒體中，例如，丙酮酸脫氫酶、KGDH和支鏈 - 酮酸脫氫酶復合物。前者催化丙酮酸的氧化羧化，并在碳水化合物代謝和生物能量學中發(fā)揮重要作用，丙酮酸脫氫酶與厭氧和有氧能量代謝相結(jié)合?？傊琑-LA似乎是四種酶復合物的輔助因子，這四種酶復合物專門位于線粒體中，對于能量產(chǎn)生和碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)至關(guān)重要?？傊琇A調(diào)節(jié)涉及能量穩(wěn)態(tài)的線粒體過程;最近在脂肪肝中研究了這種效應[69]。
LA和DHLA作為心血管疾病的治療方法
1、對內(nèi)皮血管細胞的影響
內(nèi)皮功能障礙包括內(nèi)皮依賴性血管舒張功能受損和內(nèi)皮細胞活化增加，導致心血管疾病如高血壓、動脈粥樣硬化和糖尿病血管病變的病理生理學。糖尿病的微血管并發(fā)癥，包括腎病、視網(wǎng)膜病和神經(jīng)病，是糖尿病的常見表現(xiàn)。這些病癥中內(nèi)皮表型的變化響應于包括炎性細胞因子、高脂血癥和高血糖在內(nèi)的多種刺激而發(fā)生。 ROS的產(chǎn)生增加涉及內(nèi)皮表型的這些改變的發(fā)生，并且內(nèi)皮功能障礙主要反映NO的可用性降低。血管內(nèi)皮是新療法的潛在重要靶點。已經(jīng)在體外和體內(nèi)研究了LA治療對內(nèi)皮功能的影響。
人體中LA的治療劑量范圍為200至1800mg /天。正如我們之前報道的那樣，血漿中外消旋LA的半衰期為30分鐘，LA的內(nèi)源血漿水平在15-20M之間。鑒于其潛在的抗氧化特性，已經(jīng)在心血管疾病中測試了LA補充劑可能帶來的健康益處。導致動脈粥樣硬化、糖尿病和高血壓發(fā)展的一個常見因素是與慢性炎癥相關(guān)的ROS的過量產(chǎn)生。
心血管疾病的大多數(shù)風險標志物包括促進內(nèi)皮細胞活性分子釋放的促炎成分。Jones等人[70]研究了LA在培養(yǎng)的人內(nèi)皮細胞中的攝取，減少和抗氧化作用。 LA / DHLA氧化還原對增強了抗氧化防御和這些細胞的功能，從而保留了人體內(nèi)一氧化氮依賴性血管舒張[71]。由于氧化應激可引起內(nèi)皮功能障礙，因此已經(jīng)測試了LA的相互作用及其功效，以預防EA-hy926細胞中的氧化損傷，EA-hy926細胞是源自人臍靜脈內(nèi)皮細胞與人肺癌融合的細胞系細胞[72]。這些細胞保留內(nèi)皮細胞特征，包括人LDL的氧化修飾和鈣依賴性內(nèi)皮細胞一氧化氮合酶活化。
通過將這些細胞與LDL和銅一起孵育產(chǎn)生的細胞外氧化應激引起細胞和LDL的脂質(zhì)過氧化的時間依賴性增加，之前LDL中的生育酚消失， LA（40-80 M）減弱了這些影響。大量證據(jù)表明，ROS引起的血管功能障礙是糖尿病的主要特征之一；這種ROS積累狀態(tài)與受損的內(nèi)皮依賴性NO代謝密切相關(guān)。最近的研究表明，LA引起的內(nèi)皮功能改善至少部分歸因于內(nèi)皮型一氧化氮合酶的重新結(jié)合和NO生物利用度的提高[73]。用L-精氨酸的胍基取代類似物抑制NOS活性位點阻斷NO的合成，例如在血漿和各種組織中發(fā)現(xiàn)的天然存在的氨基酸不對稱二甲基精氨酸（ADMA）[74]。
在大多數(shù)研究中，人和大鼠的血漿ADMA水平為0.3至0.5 mmol / L [75]。內(nèi)皮功能障礙因各種心血管危險因素、代謝疾病和全身或局部炎癥而增加。與內(nèi)皮功能障礙的發(fā)展有關(guān)的一種機制是存在升高的ADMA水平。在該領(lǐng)域，我們的研究表明，果糖飲食誘導的血壓和葡萄糖升高伴隨著iNOS的早期過度表達和氧化應激的增加。我們的研究結(jié)果表明，觀察到的ADMA水平升高可能部分地繼發(fā)于氧化應激的早期發(fā)展[76]。 ADMA濃度的增加可預測包括糖尿病患者在內(nèi)的不同人群的心血管事件[77,78]。在培養(yǎng)的內(nèi)皮細胞中，已經(jīng)證明LA通過增加DDAH II mRNA表達和DDAH活性來降低ADMA水平[79]。有人提出DDAH活性受氧化應激的影響。實際上，具有抗氧化特性的藥物如普羅布考可增加DDAH活性[80]。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，人們可以假定LA誘導的DDAH活性增加部分是由其抗氧化特性介導的。最近，LA在不同組織中的抗氧化機制受到了極大的關(guān)注。因此，LA / DHLA氧化還原對影響生物過程，包括酶和受體的活性以及基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)[81-85]。
預防和治療糖尿病
1、LA和糖尿病視網(wǎng)膜病變
糖尿病性視網(wǎng)膜病變（DR）是糖尿病最常見的并發(fā)癥之一，并且是工業(yè)化國家工作年齡人群失明的主要原因。大約25％的1型糖尿病患者可能有視網(wǎng)膜病變的跡象[86]; DR患病率在2型糖尿病患者中非常重要（1993年進行的研究中為39％）[87]。 DR的特征在于糖尿病的微血管并發(fā)癥。疾病早期的血管改變包括血流改變、視網(wǎng)膜周細胞死亡和血管通透性的微妙增加[88]。糖尿病引起視網(wǎng)膜微血管并發(fā)癥和疾病進展的機制尚不完全清楚。然而，研究表明DR具有慢性炎癥的特征。炎癥是身體對病原體的防御，也是傷口愈合的關(guān)鍵步驟。該過程涉及多種介質(zhì)，例如促炎細胞因子、趨化因子和粘附分子，其啟動白細胞和內(nèi)皮之間的相互作用。中性粒細胞的積累與血管中細胞間粘附分子-1免疫反應性的上調(diào)相關(guān)，并與毛細血管閉合有關(guān)[89]。白細胞介素-6，細胞間粘附分子-1和血管細胞粘附分子-1的增加已顯示與DR的進展相關(guān)。雖然正常的炎癥是有益的，但過度或不受控制的炎癥會導致組織損傷[90,91]。DR的危險因素包括高血糖、高血壓和血脂異常。這些因素通過不同機制與炎癥相關(guān)，包括氧化應激、NOS失調(diào)和晚期糖基化終產(chǎn)物的形成[92]。總體而言，這些變化導致ROS的凈增加，并且糖尿病誘導的持續(xù)氧化應激是視網(wǎng)膜炎癥的主要原因。在我們的實驗室中，我們證明了糖尿病患者血漿清除能力下降。在2型糖尿病患者中注意到血漿維生素C的顯著降低和抗壞血酸基自由基/維生素C比率的增加。我們的研究結(jié)果表明，我們在糖尿病患者中報道可能使用AFR /維生素C比值作為氧化應激的指標[93]。在最近幾年，我們證明了視網(wǎng)膜中存在大量的ROS來源，氧化損傷的程度將取決于抗氧化系統(tǒng)的效率。在高血壓的發(fā)展過程中可能會遇到視網(wǎng)膜并發(fā)癥，這是對氧化應激的反應[2]。慢性氧化損傷的終生積累將導致視網(wǎng)膜細胞功能障礙，并增加其對外源性和內(nèi)源性損傷如缺血的易感性[2,94,95]。
最近報道了一項大型臨床研究（RETIPON）。目的是評估LA對預防糖尿病性黃斑水腫的作用[96]。患者被隨機分配（235名患有II型糖尿病的患者）至治療組，每天600mg LA或安慰劑組。每6個月記錄立體眼底照片，HbA1c水平和眼科檢查。主要終點是在2年的隨訪期內(nèi)發(fā)生臨床顯著的黃斑水腫。600mg LA的每日劑量不能預防糖尿病患者中臨床上顯著的黃斑水腫的發(fā)生。
2、LA治療是否可以預防或延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生？
在糖尿病受試者和糖尿病動物模型中的許多試驗已經(jīng)試圖確定LA治療是否可以預防或延遲糖尿病并發(fā)癥的發(fā)作。正如最近的綜述[97-99]所詳述的，已經(jīng)證明LA在幾種實驗條件下在預防和治療糖尿病方面具有許多有益效果。
然而，所有動物研究的一般問題是LA的最佳劑量的選擇和抗氧化劑維生素的物種特異性代謝。在患者身上的結(jié)果是矛盾的[29]。相反，LA在治療癥狀性糖尿病神經(jīng)病變中具有有益的效果，這是一個主要促進健康方面。獲得接近正常血糖的葡萄糖水平是預防糖尿病神經(jīng)病變的主要方法，但是這些血糖目標在許多患者中是不可實現(xiàn)的。已經(jīng)完成七項糖尿病神經(jīng)病變患者LA的隨機對照臨床試驗（α-硫辛酸：糖尿病神經(jīng)病變：Dekan；口服試驗：Orpil；癥狀性糖尿病神經(jīng)病變：SYDNEY；硫辛酸在神經(jīng)病變中的神經(jīng)學評估：Nathan II）。這些試驗使用了不同的研究設計、持續(xù)時間、劑量和患者人群。對這些試驗進行了全面分析，薈萃分析（n = 1258）對600 mg LA i.v.的療效和安全性進行了精確評估，是在患有癥狀性多發(fā)性神經(jīng)病的糖尿病患者中持續(xù)3周[100]。還研究了保護人LDL免受LA的糖化作用；這種效應具有臨床意義，因為糖尿病患者的動脈粥樣硬化發(fā)生率高于非糖尿病患者[101]。此外，據(jù)報道，LA與白蛋白的非共價疏水結(jié)合參與其保護作用。最后，目前大多數(shù)可用的療法是癥狀性的（專注于緩解疼痛）而不是改善疾病。除了良好的血糖控制外，目前還沒有有效的治療來減緩糖尿病多發(fā)性神經(jīng)病的進展或逆轉(zhuǎn)。認識到扭轉(zhuǎn)既定DN的困難已經(jīng)集中在減緩其進展的努力[102]。
3、預防和治療高血壓
在實驗條件下也研究了LA對高血壓的保護作用。由于有強有力的證據(jù)表明過量飲食中的NaCl與高血壓的發(fā)展有關(guān)，Vasdev等人 [103]確定給予鹽敏感大鼠500 mg / kg LA的膳食補充劑是否可以降低血壓。結(jié)果表明，LA的膳食補充劑減弱了收縮動脈壓的增加。 LA還可有效預防鹽誘導的高血壓大鼠組織醛結(jié)合物和細胞內(nèi)Ca2 +的增加[104]。 LA的抗高血壓作用與主動脈中氧化應激的減弱和飲用水中接受10％D葡萄糖的大鼠血漿中谷胱甘肽過氧化物酶活性的保持有關(guān)[105]。在這些實驗條件下，LA的膳食補充劑阻止了收縮壓的升高和胰島素抵抗的發(fā)展，如更高的穩(wěn)態(tài)模型評估所反映的。最近的研究表明，氧化應激可能是高血壓和高血糖的破壞作用的統(tǒng)一因素，LA的心血管保護似乎與其抗氧化特性有關(guān)[85,106]。這些研究的結(jié)果擴展了我們對抗氧化劑在心血管疾病中作用的理解[84,107]。
結(jié)論：保護心血管功能的觀點
迄今為止，還沒有令人信服的證據(jù)表明營養(yǎng)或藥物制劑可以預防化療誘導的心肌病的發(fā)生或發(fā)展。 ROS的形成和鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)都與蒽環(huán)類相關(guān)毒性的發(fā)生有關(guān)[108-110]，其中鐵螯合劑不能提供最佳保護。使用LA治療神經(jīng)病變表明這種藥物可能是有助于保護接受化療的患者。事實上，一個小案例系列表明LA可能改善化療引起的神經(jīng)病[111]，至少，LA可能是治療這些神經(jīng)系統(tǒng)副作用的其他經(jīng)驗療法的合理補充[112,113]。
總之，生物硫醇抗氧化劑LA及其代謝物DHLA受到了極大的關(guān)注，因為它們有效地保護細胞免受ROS誘導的損傷。因此，LA / DHLA氧化還原對影響重要的生物學過程，包括基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)和酶和受體的活性。我們認為，迄今為止在一些臨床試驗中缺乏明顯的有益效果并不能證明LA在不同人群中的臨床實用性，包括糖尿病患者。然而，需要進行長期和徹底的臨床研究以確認LA的治療潛力。事實上，硫辛酸提供了有效和安全治療的希望，可以預防糖尿病的破壞性后果。
