基于AMPK的中藥有效成分治療2型糖尿病的研究進展

田會萍 姚鴻萍 王思文 馬 侗 封衛毅

(西安交通大學第一附屬醫院藥學部，西安，710061)

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基于AMPK的中藥有效成分治療2型糖尿病的研究進展

田會萍 姚鴻萍 王思文 馬 侗 封衛毅

(西安交通大學第一附屬醫院藥學部，西安，710061)

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated Protein Kinase，AMPK)在調節細胞和全身代謝中發揮著重要作用，是研究治療2型糖尿病藥物的關鍵靶點。本文介紹了AMPK的結構及調節方式，并通過檢索文獻，對通過調節AMPK及其相關信號通路干預2型糖尿病的中藥有效成分進行歸納總結。

腺苷酸活化蛋白激酶；AMPK信號通路；2型糖尿病；中藥

2型糖尿病(Type 2 Diabetes Mellitus，T2DM)是一種慢性代謝性疾病，受環境、遺傳等多種因素的相互影響。目前，與糖尿病發病機制有關的假說有未酯化脂肪酸、炎性反應因子、脂肪因子、線粒體功能障礙導致的胰島素抵抗、糖毒性、脂毒性以及淀粉體形成的β-細胞功能障礙等[1]。近期研究發現，脂肪在肝臟和胰腺的堆積所導致的自我增強循環促進了2型糖尿病的發生[2]。國際糖尿病聯盟(International Diabetes Federation，IDF)的報道中指出，截止2014年全球共有糖尿病患者3.87億。而中國20～79歲的糖尿病患者約9 600萬，居全球首位，患病率為9.32%[3-4]。世界衛生組織預測，2030年糖尿病將成為第7位主要死因。世界各地的糖尿病患者中約90%患有2型糖尿病。血糖的持續增高可引起心血管系統疾病(主要指心臟病和中風)、足部神經病變、糖尿病視網膜病變、糖尿病腎病等并發癥[5-7]。由于在調節細胞新陳代謝和維持全身水平能量平衡中所發揮的重要作用，AMPK已成為治療代謝性相關疾病，如肥胖、T2DM和非乙醇性脂肪肝等的關鍵靶點[8-9]。本文將對通過調節AMPK及其相關信號通路，治療T2DM的中藥有效成分的研究進展進行報道。

1 AMPK的結構及調節方式

AMPK是蛋白激酶級聯的下游組分，細胞能量狀態的感受器，存在于所有的真核細胞中。AMPK以異源三聚復合體的形式存在，由催化α亞單位和調節β、γ亞單位組成。人和嚙齒類動物體內具有2種α(α1和α2)和β(β1和β2)亞型，3種γ(γ1、γ2和γ3)亞型。這些亞基的選擇性剪接可導致異源三聚體的多樣化組合[10-11]。在體內，任何干擾ATP產生或促進ATP消耗所引起的細胞內AMP：ATP比例的增加，都可激活AMPK。其典型性的激活途徑有代謝應激(如：葡萄糖饑餓、缺氧、代謝抑制劑以及肌肉收縮等)、藥物和外源性物質；非典型性的有氧化應激和基因毒性療法(如：依托泊苷、阿霉素和電離輻射等)等。其中，上游激酶LKB1(Liver Kinase B1)和Ca2+/鈣調素依賴性蛋白激酶激酶β(Ca2+/Calmodulin-dependent Protein Kinase kinase，CaMKKβ)在AMPK的磷酸化和激活中分別扮演著重要作用[12-13]。一旦被激活，AMPK將啟動分解代謝途徑，生成ATP，并切斷ATP消耗過程，如生物合成、細胞生長和增殖等[14-15]。AMPK激活的分解代謝途徑包括：通過葡萄糖轉運載體-4(Glucose Transporter Type 4，GLUT4)和GLUT1促進葡萄糖攝取；通過CD36促進糖酵解和脂肪酸攝取；促進脂肪酸氧化、線粒體生成和自噬等；AMPK抑制的合成代謝途徑包括：脂肪酸合成、脂肪合成酶的轉錄、三酰甘油合成、膽固醇合成、糖異生酶的轉錄、糖原合成、蛋白合成以及rRNA的合成等[16-17]。

2 中藥AMPK激活劑

目前，已報道的通過調節AMPK及其相關信號通路干預2型糖尿病的中藥有效成分可分為以下幾類。

2.1 萜類 化合物K(Compound K，CK)是原人參二醇型人參皂苷的代謝終產物。Wei等[18]研究發現，CK可抑制肝臟和HepG2細胞磷酸烯醇丙酮酸羧基酶(Phosphoenolpyruvate Carboxykinase，PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G6Pase)的表達，降低過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子-1α(PGC-1α)、肝細胞核因子4α(HNF-4α)和叉頭轉錄因子O1(FOXO1)的表達，同時顯著增強AMPK活性。CK的上述作用可被AMPK抑制劑化合物C部分逆轉，表明CK可能通過激活AMPK活性抑制肝糖異生。Deepti等[19]發現去氧穿心蓮內酯(Deoxyandrographolide，DeoAn)可降低糖尿病大鼠餐后血糖水平，降低db/db小鼠空腹血糖、血清胰島素(Insulin，INS)、三酰甘油(Triglyceride，TG)以及低密度脂蛋白膽固醇水平等。DeoAn還可劑量依賴性地促進L6肌肉細胞蘇氨酸-172位點AMPK和絲氨酸-79位點乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl CoA Carboxylase，ACC)的磷酸化。該研究提示DeoAn改善T2DM的作用可能與激活AMPK信號通路有關。委陵菜酸(Tormentic Acid，TA)是一種三萜類化合物，存在于翻白草(Potentilla Discolor Bung.)、蛇莓(Duchesnea Indica Focke)等植物中。Jin等[20]發現TA能降低實驗小鼠的內臟脂肪重量和肝臟TG含量，減少肝細胞脂肪變性和氣球樣變性，促進骨骼肌AMPK、Akt的磷酸化，增強GLUT4蛋白表達，下調肝臟PEPCK、G6Pase表達。另外，TA還可促進肝臟pAMPK的表達。因此，TA很可能通過激活AMPK信號通路，降低肝臟葡萄糖生成，增加骨骼肌GLUT4含量，從而改善糖尿病狀態。

2.2 酚類 Qiang等[21]發現丹參酚酸A(Salvianolic Acid A，SalA)可劑量依賴性地降低(1型和2型)糖尿病動物FPG，減少24 h飲食和水的攝入量；顯著增加HepG2細胞和L6肌肉細胞的ATP生成，減少HepG2細胞線粒體膜電位(MMP)；改善肝臟和骨骼肌線粒體功能，增加ATP生成，減少MMP。其機制可能與SalA通過激活CaMKKβ/AMPK信號通路，促進AMPK磷酸化有關。Cai等[22]發現表沒食子兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin Gallate，EGCG)可刺激大鼠胰島β細胞胰島素受體底物2(Insulin Receptor Substrate 2，IRS2)信號通路，保護胰島素分泌功能，并通過激活AMPK信號通路抑制脂肪生成酶的活性、改善線粒體功能產生降糖脂的效應。Jiménez等[23]發現，給予db/db小鼠0.75%的姜黃素(Curcumin)連續8周，可顯著增強AMPK和PPARγ蛋白表達，降低核轉錄因子κB(NF-κB)蛋白表達，有利于T2DM及其并發癥的治療。Sha等[24]研究發現，綠原酸(Chlorogenic Acid，CGA)可降低db/db小鼠FPG和糖化血紅蛋白(HbA1c)水平，增加肝臟和肌肉組織pAMPK蛋白表達。

2.3 黃酮類 Hana等[25]發現，山柰酚(Kaempferol)可顯著改善高脂飲食小鼠高血糖、高血脂及血脂循環，逆轉小鼠肌肉組織和脂肪組織受損的GLUT4和AMPK表達；促進脂肪分解，抑制糖原合成，并增強小鼠骨骼肌細胞AMPK活性和GLUT4的表達。Jia等[26]發現，新橙皮苷(Neohesperidin)可通過激活AMPK信號通路調節其目標基因，如硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD-1)、脂肪酸合成酶(FAS)和酰基輔酶A氧化酶(ACOX)的表達，從而發揮降血糖、血脂的效果。Goto等[27]發現，蒙花苷(Tiliroside)可降低實驗動物血清INS、游離脂肪酸及TG水平，增加血清脂聯素水平；上調肝臟脂聯素受體-1(Adiponectin Receptor 1，AdipoR 1)和AdipoR 2表達，并通過激活AMPK和PPARα增加脂肪酸氧化，改善肥胖誘導的代謝紊亂。

2.4 生物堿 研究表明除了抗炎、抗氧化等作用外，小檗堿(Berberine)還具有降血糖、降脂的作用[28]。Lee等[29]研究發現，小檗堿可降低T2DM模型大鼠的血脂、INS和胰島素抵抗指數(HOMA-IR)，顯著改善葡萄糖耐受，促進T2DM模型大鼠肝臟AMPK、pAMPK以及LKB1蛋白表達。Shu等[30]研究發現，小檗堿可促進GLUT4的膜轉運，促進AMPK、ACC和p38AMPK的磷酸化，降低脂肪細胞脂質含量，增強脂質氧化相關基因的表達，同時抑制脂質合成相關基因的表達。Jiang[31]等發現小檗堿可有效改善軟脂酸誘導的HepG2細胞的胰島素抵抗。匡霞等[32]發現小檗堿可降低高脂飲食誘導的糖尿病大鼠的血糖、血脂水平，改善葡萄糖耐受和胰島素抵抗，抑制糖異生作用。且兩項研究均認為其機制可能與小檗堿調節LKB1-AMPK-TORC2信號有關。以上結果表明，小檗堿改善T2DM的作用可能與激活AMPK信號通路有關。

2.5 苷類 Tao等[33]發現，紅景天苷(Salidroside)可通過調節AMPK和PI3K/Akt信號通路，劑量依賴性地促進肝細胞糖原合成激酶3β(GSK3β)和ACC的磷酸化、抑制PEPCK、G6Pase表達，降低實驗動物外周組織的脂質蓄積，改善胰島素抵抗。

2.6 多糖 Feng等[34]發現，黃芪多糖(Astragalus Polysaccharide，APS)能改善T2DM模型大鼠的高糖狀態，提高胰島素敏感性，促進葡萄糖攝取，促進AMPK蛋白表達。在體外，APS還可通過激活AMPK表達，緩解糖毒性。鮑芳等[35]研究發現APS可刺激L6成肌細胞的葡萄糖攝取，且其機制可能與活化AMP-AMPK-AS160信號通路有關。

2.7 萘類衍生物 Ha等[36]發現，酸模素(乙酰-1,8-二羥基-3-甲基萘，Nepodin)可通過促進AMPK磷酸化和細胞質膜GLUT4的轉運，劑量依賴性地促進葡萄糖攝取，從而抑制db/db小鼠的FPG水平、改善葡萄糖耐受、緩解小鼠骨骼肌受損的AMPK磷酸化。

2.8 其他提取物 Hai等[37]發現，人參提取物在含果膠酶的酶溶液中培養24 h，可降低實驗小鼠FPG、INS和HOMA-IR水平，促進骨骼肌GLUT4和AMPK蛋白表達。Han等[38]發現，知母提取物可顯著降低鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病小鼠的FPG和血清INS水平，增加胰島β細胞的數量和大小；改善卡介苗誘導的胰島素抵抗大鼠的葡萄糖攝入率，促進AMPK磷酸化，并下調ACC表達。Yang等[39]發現，苦參乙酸乙酯提取物可通過促進AMPK磷酸化和膜GLUT4的轉運，改善KK-ay小鼠的口服糖耐量，增加血清HDL-C水平，降低體重、血糖水平及其他血脂相關參數。

3 討論

目前，同過調節AMPK及其信號通路治療2型糖尿病的藥物有二甲雙胍、噻唑烷二酮類等。盡管存在不良反應[40-42]，但作為細胞和機體的能量調節器，AMPK仍然是抗2型糖尿病藥物的研發熱點[43]。以上報道提示，部分中藥活性成分可通過干預AMPK信號通路發揮抗糖尿病作用。因而，基于以上基礎研究的中醫組方或通過分離純化的中藥有效成分有望成為抗糖尿新藥研發的潛在目標。

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(2016-02-14收稿 責任編輯：張文婷)

Research Progress on Traditional Chinese Medicine in Treatment of Type 2 Diabetes Based on AMPK

Tian Huiping, Yao Hongping, Wang Siwen, Ma Tong, Feng Weiyi

(DepartmentofPharmacy,theFirstHospitalAffiliatedtoXi′anJiaotongUniversity,Xi′an710061,China)

The AMP-activated protein kinase (AMPK) is a key senor in cellular and systematic metabolism, and has become a key target in research of anti-diabetic drugs. This article is to introduce the structure and regulation mechanism of the AMPK. By literature searching, it is to summarize research progress on traditional Chinese medicine in the treatment of type 2 diabetes based on the AMP-activated protein kinase and related signaling pathway.

AMP-activated protein kinase; AMPK signaling pathway; Type 2 diabetes; Chinese Materia Medica

2015年陜西省自然科學基金面上項目(編號：2015JM8447)——二甲雙胍與細胞毒藥物脂質體對腫瘤干細胞引起腫瘤復發和轉移研究

田會萍(1986.05—)，女，碩士，藥師，研究方向：醫院藥學，E-mail：tianhuiping002@163.com

R587.1；R2-03

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2016.11.069