葛根素對糖尿病及其并發癥的治療作用和機制研究進展

摘要:葛根素是傳統中藥葛根中黃酮類化合物的主要有效成分之一，近年來發現其在治療糖尿病及其并發癥方面具有一定效果。葛根素治療糖尿病的相關機制主要有降低血糖水平，改善胰島素抵抗、提高胰島素敏感性，抗氧化應激、清除自由基及抑制Maillard反應、減少非酶糖基化終產物(AGEs)形成等。葛根素還可通過減少AGEs生成、抑制蛋白激酶C(PKC)激活、抑制腎素—血管緊張素系統激活、抗氧化應激等作用延緩糖尿病性心血管病變、糖尿病腎病及糖尿病視網膜病變的進展。葛根素單獨應用效果并不理想，可作為糖尿病及其并發癥輔助治療的一種選擇。

doi: 10．3969/j．issn．1002-266X．2015．015．037

基金項目:澳門科學技術發展基金(021/2012/A1) ;澳門大學研究基金(MRG007/CXP/2013/ICMS)。

通信作者:陳修平

葛根為豆科多年生落葉藤本植物或甘葛藤根，是中醫臨床常用的解表中藥，具有發表解肌、生津止渴、升陽止瀉等功效。葛根主要含淀粉和黃酮類成分，后者被認為是其主要藥效物質基礎，包括葛根素、大豆甙元、大豆甙、甲氧基葛根素、染料木素、刺芒柄花素等。葛根素是葛根黃酮中含量最多的有效成分。研究表明，葛根素治療酒精依賴、心絞痛、心肌梗死 ［1］、腦缺血 ［2］等均有一定效果。近年來，不少學者將葛根素用于糖尿病及其并發癥的治療，取得積極的療效。現就葛根素治療糖尿病及其并發癥的作用和機制的研究進展綜述如下。

1　葛根素對糖尿病的治療作用及機制

1．1　降血糖　在鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病大鼠模型中，葛根素可顯著降低血糖水平，增加動物體質量，作用呈劑量依賴性 ［3］，快速靜注葛根素在降低糖尿病大鼠血糖水平的同時也降低正常大鼠的血糖水平，但對后者的作用較前者弱;在糖尿病小鼠模型試驗中，葛根素也能顯著降低血糖水平 ［4］。研究表明，葛根素的降糖作用可能機制包括:升高血清胰島素水平，上調胰島內胰島素受體底物-1(IRS-1)和胰島素樣生長因子-1表達;促進骨骼肌對葡萄糖的攝取，誘導葡萄糖轉運體4(GLUT4) mRNA及其蛋白表達;上調骨骼肌胰島素受體(InsR)和過氧化物酶體增殖活化受體α(PPARα)表達;促進脂肪細胞分化，上調過氧化物酶體增殖活化受體γ (PPARγ)、脂肪細胞特異性脂肪酸結合蛋白aP2及GLUT4表達 ［4］等。此外，激活α 1腎上腺受體，促進β-內啡肽的分泌也可能是其作用機制之一。有學者 ［5］對STZ誘導的糖尿病大鼠模型行雙側腎上腺切除術，發現葛根素的降糖作用及增加β-內啡肽分泌的作用消失。

1．2　改善胰島素抵抗(IR) IR的發生機制復雜，不僅與遺傳因素有關，還和胰島素信號轉導缺陷、物質代謝異常、脂肪源性細胞因子的異常、氧化應激及炎癥介質等諸多因素有關。但IR的確切機制尚未明確。在氫化可的松琥珀酸鈉(HCSS)誘導的IR小鼠模型中，葛根素可顯著降低小鼠血清胰島素水平，并提高胰島素敏感性指數，作用具有劑量依賴性 ［4］。有學者 ［4］對2型糖尿病患者采用靜滴葛根素治療2周，發現患者IR得到明顯改善，胰島素敏感性提高。葛根素改善IR的機制可能與以下幾方面有關:降低血清胰島素和血糖水平，保護胰島β細胞，提高機體對胰島素的敏感性。葛根素能顯著改善實驗性糖尿病IR，其作用機制包括:通過降低血清胰島素水平和血糖來保護胰島β細胞與肝細胞功能，另則通過降低血漿中TC、TG、TNF-α水平，調節肝細胞NOS活性與NO合成，抑制胰島素降解酶(IDE)基因表達，改善肝臟及外周組織對胰島素的敏感性。

1．3　抗氧化應激　氧化應激在糖尿病及其并發癥的發生發展中起重要作用，其機制可能與抑制誘導型—氧化氮合酶(iNOS)表達和NF-κB活化有關。使用抗氧化劑改善氧化應激對機體造成的損傷，可推遲或阻斷糖尿病及血管并發癥的發生發展 ［6］。研究證實，葛根素有清除自由基及抗氧化應激的作用。在STZ誘導的糖尿病大鼠模型中，葛根素可顯著提高超氧化物歧化酶(SOD)活性，增加過氧化氫酶(CAT)及谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、一氧化氮(NO)水平，降低丙二醛(MDA)水平，提高機體抗氧化能力，減輕脂質過氧化損傷 ［7］，其抗糖尿病作用被認為是通過抑制氧化應激與抑制TGF-β 1/ Smad2通路而實現的 ［3］。在EA．hy926內皮細胞，葛根素可通過作用于雌激素受體依賴的PI3K/AKT通路及鈣依賴的鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ/ AMPK通路誘導內皮型一氧化氮合酶(eNOS)磷酸化，刺激NO生成，抗氧化劑如超氧化物歧化酶(SOD)可恢復內皮功能 ［8］。此外，葛根素還可下調糖尿病大鼠的視網膜色素上皮(RPE)細胞過氧亞硝基、iNOS、補體3和Fas/FasL的表達，減少RPE細胞的凋亡 ［9］。

1．4　抑制Maillard反應　Maillard反應又稱蛋白質非酶糖基化反應。即葡萄糖與蛋白質在體內發生非酶促反應形成早期糖基化產物，通過氧化、重排、交聯等途徑，形成不可逆的非酶糖基化終產物(AGEs)。AGEs能和蛋白質發生交聯，影響蛋白質的正常功能和結構，這和糖尿病微血管并發癥的發生與發展有密切的聯系。AGEs的蓄積與糖尿病并發癥的發生有關。在體外研究中，葛根素可抑制血清白蛋白和D-葡萄糖共孵育時及葡萄糖腹膜透析液中的AGEs的形成 ［10］。葛根素可抑制AGEs對牛視網膜微血管周細胞的損傷、抑制AGEs與氧化性低密度脂蛋白誘導的人臍靜脈內皮細胞(HUVEC)凋亡 ［11］。在D-半乳糖誘導的糖基化模型大鼠中，葛根素可降低大鼠血糖水平，增加胰島素敏感指數，抑制AGEs生成。此外，有研究顯示，在STZ誘導的糖尿病大鼠模型中，葛根素可顯著減少主動脈中AGEs的沉積、下調主動脈中AGEs受體RAGE mRNA表達。葛根素還能抑制AGEs誘導的HUVECs的內皮型—氧化氮合酶(eNOS)活性下降，但對內皮細胞內MDA含量無影響。還有研究發現，葛根素可降低糖尿病大鼠腎臟、視網膜中AGEs水平及RAGE的表達 ［7，12］。

2　葛根素對糖尿病并發癥的治療作用及機制

2．1　心血管并發癥　糖尿病心血管并發癥是糖尿病致死、致殘的主要原因，其發生機制與高血糖、高胰島素、多元醇途徑激活、氧化應激反應增強、蛋白激酶C(PKC)激活、血管炎癥和血管細胞因子異常表達等有關。內皮細胞損傷、功能失調在其中發揮重要作用。研究表明，腹腔注射葛根素可降低糖尿病大鼠的血糖水平、減少血清心肌酶(CK-MB)水平、抑制心肌組織中RAGE mRNA的表達，從而減輕AGEs對心肌的損傷 ［13］。在STZ誘導的1型糖尿病模型中，葛根素可顯著降低心肌膠原含量及心肌線粒體MDA含量、下調心肌線粒體ROS水平、增強線粒體SOD活性，從而減輕心肌線粒體氧化應激損傷，改善心功能 ［14］。有學者發現，葛根素可減輕糖尿病大鼠心肌過氧化損傷，抑制心肌組織中NF-κB表達，改善心功能和心肌超微結構 ［15］;并可上調VEGF、eNOS表達，誘導血管新生，改善心肌梗死大鼠的心肌功能 ［16］。張玲等 ［17］認為葛根素能激活成肌細胞C2C12上的α1A受體，增加葡萄糖的攝入，改善IR;上調心肌細胞中Bcl-2的表達，降低線粒體膜對細胞色素C的通透性，抑制Caspase-3通路激活，減少心肌細胞凋亡。此外，葛根素還可增加糖尿病大鼠心肌組織中PPAR-γ、GLUT-4的表達，促進心肌細胞對葡萄糖的攝取，減輕氧化應激導致的心肌損傷 ［18］。

2．2　糖尿病腎病　糖尿病腎病是常見的糖尿病并發癥，可能與AGEs的生成、PKC的激活、腎素—血管緊張素—醛固酮系統(RAS)的激活、氧化應激增強等有關。臨床試驗結果顯示，葛根素注射液能明顯降低糖尿病患者的尿白蛋白 ［19］。葛根素灌胃12周可顯著下調糖尿病大鼠腎小球細胞膜上PKC的活性，減少尿白蛋白排泄，延緩腎臟病理改變。還有研究表明，葛根素有抗氧化作用，可降低醛糖還原酶活性，抑制多元醇途徑的激活，減少腎組織中AGEs形成，下調TGF-β 1表達，減輕高糖引起的腎損傷并抑制氧化應激反應 ［12］，延緩腎臟早期病理變化。此外，葛根素還可降低大鼠腎臟中Ang-Ⅱ水平并抑制RAS系統激活 ［20］，抑制2型糖尿病大鼠腎臟組織中Ⅳ型膠原、纖維連接蛋白(FN)、血小板衍化生長因子-BB(PDGF-BB)、RAGE表達 ［21～24］，從而改善糖尿病大鼠腎臟功能。

2．3　糖尿病視網膜病變　糖尿病視網膜病變是導致糖尿病患者失明的主要原因之一，其發生多與AGEs、氧化應激、多元醇代謝、IGF-1及VEGF表達增加、PKC激活、RAS激活等有關。在STZ誘導的糖尿病大鼠模型中，葛根素可顯著提高血清和視網膜中SOD活性，抑制RAGE和VEGF的表達 ［7］，阻斷AGE-RAGE途徑 ［25］。葛根素還能減輕AGEs對牛視網膜微血管周細胞的損傷，抑制AGEs誘導的RPE細胞增殖，下調低氧誘導因子-1(HIF-1)表達;并可阻止p38MAPK通路活化，抑制氧化應激反應 ［26］。在STZ大鼠，葛根素可顯著降低過氧化亞硝基陰離子水平，下調RPE和晶狀體上皮細胞中iNOS的表達，抑制RPE細胞的凋亡 ［27，28］。陳放等 ［29］研究表明，葛根素可抑制NF-κB激活，減少視網膜神經細胞凋亡，改善神經視網膜功能，延緩視網膜病理超微結構的改變。

總之，葛根素具有降糖、改善IR、拮抗AGEs-AGE系統等作用，對治療糖尿病及其并發癥均有一定效果。但葛根素與臨床常用的抗糖尿病藥物相比藥效較弱，單獨應用難以達到理想治療效果，將來可用于糖尿病及其并發癥的輔助治療。