梔子苷治療糖尿病及其并發癥的分子機制研究進展

朱迪娜 辛文鋒 張文生

?

梔子苷治療糖尿病及其并發癥的分子機制研究進展

朱迪娜 辛文鋒 張文生

糖尿病是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，可引起多種并發癥，主要表現在全身微循環的障礙，如腎、眼、心血管及神經等慢性損傷。梔子苷是梔子的主要有效成分，其水解苷元為京尼平。有研究報道，梔子苷具有降低血糖，改善糖尿病并發癥病理變化的作用，有望成為糖尿病治療的潛在藥物。本文對近年來梔子苷和京尼平治療糖尿病的相關研究進行總結，以期為深入研究其治療糖尿病的分子機制提供思路。

糖尿病； 梔子苷； 京尼平； 分子機制

糖尿病(diabetes mellitus，DM) 是一類由糖代謝紊亂而引起的以長期高血糖為主要特征的代謝性疾病，可導致多種并發癥，包括腎衰竭、視網膜病變、心血管疾病、足潰瘍以及神經損傷等[1-3]。臨床上根據糖尿病發生的病因，將糖尿病分為四類，即胰島素依賴型( I型糖尿病) 、非胰島素依賴型( II型糖尿病)、繼發性糖尿病以及妊娠糖尿病，其中II型糖尿病占所有糖尿病患者比例的90%以上，成為當前危害人類健康的最主要疾病之一[4]。目前，治療和控制糖尿病的主要藥物仍以西藥為主，包括雙胍類、磺酰脲類、噻唑烷酮類、格列奈類和α-糖苷酶抑制劑等，嚴重時也可直接選用胰島素治療[5]。長期口服上述藥物，不良反應明顯，尤其不適于肝、腎功能不全的患者。因此，從天然藥物中篩選和發現治療糖尿病安全有效的活性成分已引起了國內外學者的廣泛關注[6-9]。

梔子苷，也稱梔子甙 (Geniposide) ，是一種環烯醚萜葡萄糖苷，易溶于水，是梔子中主要活性成分，含量在 5% 左右，經β-葡萄糖苷酶水解后，可得其苷元京尼平(Genipin) 。其藥理作用研究較為深入，對抗炎、降血糖、中樞神經系統、抗腫瘤、抗血栓、保肝利膽等均有明顯作用[10-15]。體內外實驗表明，梔子苷具有抗氧化應激、抗炎癥反應以及降血糖等作用，有望成為糖尿病治療的潛在藥物。本文對近年來梔子苷和京尼平治療糖尿病的相關研究進行總結，以期為深入研究其治療糖尿病的分子機制提供思路。

1 降血糖作用

糖尿病是以慢性高血糖為主要特征的內分泌代謝性疾病。日本學者Kimura在1982年報道了從梔子中提取得到的梔子苷具有降低血糖的作用[16]。顏靜恩等[11]發現梔子苷通過激活過氧化物酶增殖體激活受體(peroxisome proliferator activated receptor，PPAR)γ，增強下游基因對胰島素的響應，減少胰島β細胞的凋亡，并在葡萄糖消耗試驗中發現梔子苷能顯著促進前脂肪細胞對葡萄糖的吸收，從而阻止II型糖尿病向I型糖尿病的轉變和發展。有研究表明激活PPARγ受體信號通路可增加外周組織對胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗，很可能與β細胞的生存和功能保護、修復方面存在著某種程度上的聯系[17-19]，提示梔子苷的降糖功效可能與PPARγ的激活密切有關。

糖尿病是一種因體內胰島素絕對或者相對不足所導致的一系列臨床綜合癥，目前對胰島β細胞功能失調還沒有積極的治療方法，而該種功能失調很可能是與一種叫“解偶聯蛋白2 (uncou plingprotein 2， UCP2 ) ”的過表達密切相關。UCP2是胰島素分泌的負性調節因子，可使胰島素分泌功能受損，造成胰島素分泌減少[20]。京尼平具有抑制胰島β細胞UCP2的作用，當高糖或肥胖引起胰島β細胞功能失調時，加入京尼平即逆轉此種失調，使培養液中胰島素增加，同時用敲除UCP2基因的ob/ob小鼠胰島細胞作對比，卻無此作用，說明該作用的產生與UCP2 密切相關[21]。

Wu等[12]研究表明梔子苷能顯著降低糖尿病大鼠的血糖、胰島素和甘油三酯水平，認為其機制可能是梔子苷能降低糖原磷酸化酶(glycogenPhosphrylase， GP)和葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase， G6Pase)的mRNA和蛋白表達水平及其酶活性水平，對控制血糖穩定起到重要作用。Liu等[22]研究發現梔子苷具有潛在的預防和改善胰島β細胞中胰島素分泌障礙，可能與調節β細胞中的丙酮酸羧化酶介導的葡萄糖代謝，促進葡萄糖的攝取并提高細胞內ATP的水平有關。梔子苷還可以通過激活胰高血糖樣肽-1(glucagon-likepeptide1, GLP-1)受體信號通路促進胰島素的分泌，從而改善糖代謝紊亂癥狀[23]。

綜上，梔子苷降血糖的作用機制可能是：(1)通過激活PPARγ信號通路，增強外周組織對胰島素的敏感性，改善β細胞功能，促進葡萄糖的吸收利用；(2)通過抑制胰島β細胞UCP2的作用，促進胰島素分泌，改善胰島β細胞功能障礙；(3)通過降低GP和G6Pase的mRNA和蛋白表達水平及其酶活水平，控制糖原分解代謝，起到維持血糖穩態的重要作用；(4)通過調節β細胞中的丙酮酸羧化酶介導的葡萄糖代謝，促進葡萄糖的攝取并提高細胞內ATP的水平；(5)通過激活GLP-1受體信號通路促進胰島素的分泌，減少β細胞凋亡，促進β細胞增殖，改善β細胞功能。

2 改善血管病變

臨床研究表明，糖尿病患者易并發血管病變，為糖尿病患者死亡和致殘的主要原因。細胞黏附分子(cell adhesion molecules， CAMs)如血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1)和E-選擇素的表達增加，以及白細胞黏附到血管內皮細胞是糖尿病血管內皮功能障礙的早期表現[24]。

Koo等[25]用雞胚絨毛尿囊膜法檢測顯示，梔子苷顯示出潛在的抗血管增生的活性。梔子苷能明顯抑制高糖誘導的臍靜脈內皮細胞與單核細胞的VCAM-1和E-選擇素的表達，這種抑制作用可能與抑制內皮細胞活性氧族(reactive oxygen species，ROS)產生和內皮細胞核轉錄因子(nuclear transcription factor-κB, NF-κB)的活性有關[26]。梔子苷這種抑制高糖誘導的內皮細胞及單核細胞的黏附分子基因表達、以及抗血管增生的特性表明它有可能作為治療糖尿病血管并發癥的藥物。梔子苷及其代謝產物京尼平能夠顯著延遲生化反應中大鼠股動脈血栓閉塞時間，影響體內血栓因子及血小板的聚集，抑制磷脂酸酶A2(phospholipase A2， PLA2)的活性，達到抗血栓作用[15]。同時梔子苷能顯著降低高糖高脂大鼠的總膽固醇和甘油三酯的含量，通過促進膽汁分泌而達到降脂的效果，改善脂代謝紊亂[27]。

因此，梔子苷改善血管病變的作用機制可能是：(1)抑制內皮細胞中CAMs，如VCAM-1和E-選擇素的表達，改善血管內皮功能紊亂；(2)抗血栓作用，通過抑制PLA2的活性進而抑制血小板聚集，改善凝血機制異常；(3)降血脂作用，改善脂質代謝紊亂。

3 抗炎作用

1993年Hotamisligil在大鼠實驗中最早發現了腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor, TNF-α)與糖尿病的關系[28]，揭示了炎癥標志物與糖尿病具有某種聯系。之后研究發現，Ⅱ型糖尿病(type2 diabetes mellitus,T2DM)患者血清中唾液酸、C-反應蛋白(C-reactive protein，CRP)、TNF-α、白細胞介素(interleukin，IL)-6、VCAM-1、E-選擇素、血清淀粉樣蛋白A等炎癥因子水平增加，可預測低度炎癥和內皮細胞的活化與T2DM的發生有關[29-30]。

方尚玲等[31]研究表明，梔子苷12.5 mg/kg劑量組和25 mg/kg劑量組對二甲苯致小鼠耳腫脹均有明顯的抑制作用，梔子苷大劑量(50 mg/kg)可顯著降低腹腔毛細血管的通透性，對急性炎癥滲出有較明顯的抑制作用，均表明梔子苷具有一定抗炎作用。姚全勝等[32]認為京尼平苷發揮其抗炎作用不同于腎上腺素類激素藥物，腹腔注射氫化可的松幼鼠免疫器官可出現萎縮，而京尼平苷腹腔注射對幼鼠免疫器官重量則沒有影響。京尼平可有效抑制大鼠腦膠質瘤細胞中脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導的一氧化氮(nitricoxide, NO)釋放，降低TNF-α、IL-1β、前列腺素E2、ROS含量和NF-κB活性，也可抑制干擾素γ和β淀粉樣變性所致的NO釋放，同時京尼平還能有效抑制小鼠小膠質細胞的活性，具有抗腦部炎癥活性[33]。Liu等[13]研究發現梔子苷能夠有效抑制由LPS誘導的人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)中 IL-6及IL-8轉錄和翻譯水平，抑制了NF-κB的活性，減少NF-κB抑制因子(inhibitor of NF-κB, IκB-α)的降解以及絲裂原活化蛋白激酶P38(mitogen-activated protein kinase，MAPK P38)和細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases， ERK1/2)的磷酸化，表明梔子苷抑制炎癥的產生可能是通過阻斷P38和ERK1/2信號通路實現的。同時梔子苷能通過抑制p38和 ERK1/2磷酸化以及IκB-α的解離，減少LPS誘導的細胞中NO和ROS的生成以及誘導型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)的表達，從而發揮抗炎活性[34]。Deng等[14]研究表明梔子苷可以降低小鼠肺中IL-4，IL-5以及IL-13的水平，減少嗜酸性粒細胞趨化因子及VCAM-1的表達抑制了炎癥反應。Wang等[35]發現梔子苷可以通過抑制Toll樣受體(toll-like receptor，TLR)4信號通路抑制缺氧缺糖(oxygen-glucose deprivation，OGD)誘導的大鼠小膠質細胞的炎癥反應，減少了TNF-α，IL-1β，IL-6， IL-8和IL-10的水平。

因此，梔子苷的抗炎作用機制：一方面可能是通過阻斷分裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)家族成員，如 MAPK P38和ERK1/2信號通路，減少IκB-α的解離，抑制了NF-κB的活性，使前炎癥因子TNF-α 、IL-1β、IL-6、IL-8以及細胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1， ICAM-1)、VCAM-1和單核細胞趨化因子(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)等的表達下降，即通過直接阻斷NF-κB通路發揮抗炎作用；另一方面可能通過抑制NF-κB活性進一步抑制iNOS表達和NO合成而間接達到抗炎目的。

4 抗氧化應激

近年來，越來越多的研究表明氧化應激與糖尿病及其并發癥的發生、發展關系密切。胰島β細胞抗氧化酶水平較低，對ROS較為敏感，ROS通過損傷胰島β細胞，促進β細胞凋亡和降低外周組織對胰島素的敏感性，從而產生胰島素抵抗，引起胰島素分泌不足或相對不足，導致糖尿病的發生發展[36]。

因此，梔子苷抗氧化的作用機制可能是：(1)通過捕獲自由基，直接清除活性氧自由基；(2)抑制產生自由基酶的活性，提高抗氧化酶的活性，增強抗氧化能力；(3)抑制脂質過氧化反應，減少脂質過氧化物生成；(4)絡合金屬離子起到抗氧化作用。

5 結語

迄今為止，化學合成藥物仍是糖尿病治療最常用的藥物，長期應用多具有不良反應。近年來研究表明，梔子苷和京尼平在糖尿病治療上均取得了一定的改善作用。目前對梔子苷的提取、分離、合成研究較多，技術已較為成熟，應進一步研究梔子苷在治療糖尿病及其并發癥的作用效果與機理，為開發治療糖尿病的藥物奠定基礎。

[1] Boussageon R, Bejan-Angoulvant T, Saadatian-Elahi M, et al. Effect of intensive glucose lowering treatment on all cause mortality, cardiovascular death, and microvascular events in type 2 diabetes: meta-analysis of randomised controlled trials[J]. BMJ, 2011,343:d4169.

[2] Krein S L, Bernstein S J, Fletcher C E, et al. Improving eye care for veterans with diabetes: an example of using the QUERI steps to move from evidence to implementation: QUERI Series[J]. Implement Sci, 2008,(3):18.

[3] S R J, Sa-Roriz T M, Rosset I, et al. (Pre)diabetes, brain aging, and cognition[J]. Biochim Biophys Acta, 2009,1792(5):432-443.

[4] Shaw J E, Sicree R A, Zimmet P Z. Global estimates of the prevalence of diabetes for 2010 and 2030[J]. Diabetes Res Clin Pract, 2010,87(1):4-14.

[5] 中華醫學會糖尿病學分會. 中國2型糖尿病防治指南(2010年版)[J]. 中國醫學前沿雜志(電子版), 2011,3(6):54-109.

[6] Shieh J P, Cheng K C, Chung H H, et al. Plasma glucose lowering mechanisms of catalpol, an active principle from roots of Rehmannia glutinosa, in streptozotocin-induced diabetic rats[J]. J Agric Food Chem, 2011,59(8):3747-3753.

[7] Kim H L, Jeon Y D, Park J, et al. Corni Fructus Containing Formulation Attenuates Weight Gain in Mice with Diet-Induced Obesity and Regulates Adipogenesis through AMPK[J]. Evid Based Complement Alternat Med, 2013,2013:423741.

[8] Yamabe N, Kang K S, Matsuo Y, et al. Identification of antidiabetic effect of iridoid glycosides and low molecular weight polyphenol fractions of Corni Fructus, a constituent of Hachimi-jio-gan, in streptozotocin-induced diabetic rats[J]. Biol Pharm Bull, 2007,30(7):1289-1296.

[9] 楊春輝, 馬莉, 魏振平. 環烯醚萜類化合物在防治糖尿病方面研究進展[J]. 化學工業與工程, 2011,28(6):68-73.

[10] 王磊, 辛文鋒, 張文生. 梔子苷治療阿爾采末病及神經保護的分子機制研究進展[J]. 中國藥理學通報, 2012,28(5):604-607.

[11] 顏靜恩, 李晚忱, 呂秋軍, 等. 梔子苷的降糖作用和對PPARγ受體的激活[J]. 四川農業大學學報, 2007,25(4):415-418.

[12] Wu S Y, Wang G F, Liu Z Q, et al. Effect of geniposide, a hypoglycemic glucoside, on hepatic regulating enzymes in diabetic mice induced by a high-fat diet and streptozotocin[J]. Acta Pharmacol Sin, 2009,30(2):202-208.

[13] Liu H T, He J L, Li W M, et al. Geniposide inhibits interleukin-6 and interleukin-8 production in lipopolysaccharide-induced human umbilical vein endothelial cells by blocking p38 and ERK1/2 signaling pathways[J]. Inflamm Res, 2010,59(6):451-461.

[14] Deng Y, Guan M, Xie X, et al. Geniposide inhibits airway inflammation and hyperresponsiveness in a mouse model of asthma[J]. Int Immunopharmacol, 2013,17(3):561-567.

[15] Suzuki Y, Kondo K, Ikeda Y, et al. Antithrombotic effect of geniposide and genipin in the mouse thrombosis model[J]. Planta Med, 2001,67(9):807-810.

[16] Kimura Y, Okuda H, Arichi S. Effects of geniposide isolated from Gardenia jasminoides on metabolic alterations in high sugar diet-fed rats[J]. Chem Pharm Bull (Tokyo), 1982,30(12):4444-4447.

[17] Mulholland D J, Dedhar S, Coetzee G A, et al. Interaction of nuclear receptors with the Wnt/beta-catenin/Tcf signaling axis: Wnt you like to know[J]. Endocr Rev, 2005,26(7):898-915.

[18] Prestwich T C, Macdougald O A. Wnt/beta-catenin signaling in adipogenesis and metabolism[J]. Curr Opin Cell Biol, 2007,19(6):612-617.

[19] Welters H J, Kulkarni R N. Wnt signaling: relevance to beta-cell biology and diabetes[J]. Trends Endocrinol Metab, 2008,19(10):349-355.

[20] Robson-Doucette C A, Sultan S, Allister E M, et al. Beta-cell uncoupling protein 2 regulates reactive oxygen species production, which influences both insulin and glucagon secretion[J]. Diabetes, 2011,60(11):2710-2719.

[21] Zhang C Y, Parton L E, Ye C P, et al. Genipin inhibits UCP2-mediated proton leak and acutely reverses obesity- and high glucose-induced beta cell dysfunction in isolated pancreatic islets[J]. Cell Metab, 2006,3(6):417-427.

[22] Liu J, Guo L, Yin F, et al. Geniposide Regulates Glucose-Stimulated Insulin Secretion Possibly through Controlling Glucose Metabolism in INS-1 Cells[J]. PLoS One, 2013,8(10):e78315.

[23] Liu J, Yin F, Xiao H, et al. Glucagon-like peptide 1 receptor plays an essential role in geniposide attenuating lipotoxicity-induced beta-cell apoptosis[J]. Toxicol In Vitro, 2012,26(7):1093-1097.

[24] Xu J, Zou M H. Molecular insights and therapeutic targets for diabetic endothelial dysfunction[J]. Circulation, 2009,120(13):1266-1286.

[25] Koo H J, Song Y S, Kim H J, et al. Antiinflammatory effects of genipin, an active principle of gardenia[J]. Eur J Pharmacol, 2004,495(2-3):201-208.

[26] Wang G F, Wu S Y, Xu W, et al. Geniposide inhibits high glucose-induced cell adhesion through the NF-kappaB signaling pathway in human umbilical vein endothelial cells[J]. Acta Pharmacol Sin, 2010,31(8):953-962.

[27] 費曜, 朱丹平, 劉凡, 等. 梔子對 STZ 誘導的 2 型糖尿病大鼠血糖及血脂的影響[J]. 中藥藥理與臨床, 2011,27(6):49-52.

[28] Hotamisligil G S, Shargill N S, Spiegelman B M. Adipose expression of tumor necrosis factor-alpha: direct role in obesity-linked insulin resistance[J]. Science, 1993,259(5091):87-91.

[29] Pickup J C, Crook M A. Is type II diabetes mellitus a disease of the innate immune system[J]. Diabetologia, 1998,41(10):1241-1248.

[30] Duncan B B, Schmidt M I, Pankow J S, et al. Low-grade systemic inflammation and the development of type 2 diabetes: the atherosclerosis risk in communities study[J]. Diabetes, 2003,52(7):1799-1805.

[31] 方尚玲, 劉源才, 張慶華, 等. 梔子苷鎮痛和抗炎作用的研究[J]. 時珍國醫國藥, 2008,19(6):1374-1376.

[32] 姚全勝, 周國林. 梔子抗炎,治療軟組織損傷有效部位的篩選研究[J]. 中國中藥雜志, 1991,16(8):489-493.

[33] Nam K N, Choi Y S, Jung H J, et al. Genipin inhibits the inflammatory response of rat brain microglial cells[J]. Int Immunopharmacol, 2010,10(4):493-499.

[34] Zhang G, He J L, Xie X Y, et al. LPS-induced iNOS expression in N9 microglial cells is suppressed by geniposide via ERK, p38 and nuclear factor-kappaB signaling pathways[J]. Int J Mol Med, 2012,30(3):561-568.

[35] Wang J, Hou J, Zhang P, et al. Geniposide reduces inflammatory responses of oxygen-glucose deprived rat microglial cells via inhibition of the TLR4 signaling pathway[J]. Neurochem Res, 2012,37(10):2235-2248.

[36] Ceriello A, Motz E. Is oxidative stress the pathogenic mechanism underlying insulin resistance, diabetes, and cardiovascular disease The common soil hypothesis revisited[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2004,24(5):816-823.

[37] 丁嵩濤, 劉洪濤, 李文明, 等. 梔子苷對氧化應激損傷血管內皮細胞的保護作用[J]. 中國藥理學通報, 2009,25(6):725-729.

[38] 蘇偉, 趙利, 劉建濤, 等. 梔子總皂苷抗氧化能力的研究[J]. 食品科學, 2009，30(15):75-77.

[39] Kuo W H, Chou F P, Young S C, et al. Geniposide activates GSH S-transferase by the induction of GST M1 and GST M2 subunits involving the transcription and phosphorylation of MEK-1 signaling in rat hepatocytes[J]. Toxicol Appl Pharmacol, 2005,208(2):155-162.

[40] Liu J, Yin F, Zheng X, et al. Geniposide, a novel agonist for GLP-1 receptor, prevents PC12 cells from oxidative damage via MAP kinase pathway[J]. Neurochem Int, 2007,51(6-7):361-369.

[41] 袁俊芳, 趙明. 糖尿病血管內皮祖細胞活性氧和鈣離子濃度的改變及梔子苷的保護作用[J]. 醫學臨床研究, 2011,28(12):2245-2248.

[42] 李青嶺, 于超, 李春莉, 等. 梔子苷抗H2O2誘導人臍靜脈內皮細胞凋亡的實驗研究[J]. 中國藥理學通報, 2010,26(10):1367-1371.

(本文編輯：蒲曉田)

Research progress on the molecular mechanism of geniposide for diabetes and its complications treatment

ZHUDi-na,XINWen-feng,ZHANGWen-sheng.

ProtectionandUtilizationofChineseMedicineResourcesofBeijingKeyLaboratory，BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

ZHANGWen-sheng,E-mail:zws@bnu.edu.cn

Diabetes mellitus is a group of metabolic diseases characterized by chronic hyperglycemia. Untreated, diabetes can cause many complications. It mainly reflects in systemic microcirculation disorder, including kidney, eyes, cardiovascular system and nerves damage. Geniposide is the main effective components of traditional Chinese medicine Gardenia jasminoides Ellis，and its hydrolysed aglycon is genipin．Pharmacological studies showed that geniposide and genipin could result in blood glucose decrease, treat diabetic complication and be expected to become the new drugs for the treatment of diabetes mellitus. This review summarizes studies of geniposide and genipin for diabetes therapy recently, in order to further research on the molecular mechanism for the treatment of diabetes.

Diabetes mellitus; Geniposide; Genipin; Molecular mechanism

國家自然科學基金(81274118,81230010)；國家科技重大專項重大新藥創制專項(2012ZX09103-201)

100875 北京師范大學中藥資源保護與利用北京市重點實驗室[朱迪娜(博士研究生)、張文生]；北京師范大學教育部天然藥物工程研究中心[朱迪娜(博士研究生)、張文生]；云南省三七生物技術與制藥工程研究中心(辛文鋒、張文生)

朱迪娜(1985- )，女，2012級在讀博士研究生。研究方向：神經退行性疾病分子機制及神經藥理學。E-mail：zhudina1011@163.com

張文生(1966- )，博士，教授，博士生導師。研究方向：神經退行性疾病分子機制及神經藥理學。E-mail: zws@bnu.edu.cn

R285

A

10.3969/j.issn.1674-1749.2015.05.035

2015-03-21)