小檗堿抗炎活性在糖尿病和腫瘤中的應用進展

劉 倩，傅 纓，熊耀斌，資曉飛，李 媛

(1.南昌大學a.研究生院醫學部2015級； b.第二附屬醫院中醫科；2.江西省醫學科學院生物化學研究室,南昌330006)

隨著城市化水平的進程加快，人類生存環境不斷惡化以及人們不良的生活方式，糖尿病和腫瘤已經成為危害人類健康的兩大類疾病，糖尿病持續的高血糖與代謝紊亂等導致全身組織器官的損害及功能障礙，甚至繼發惡性腫瘤，嚴重影響患者生存。在一份糖尿病和腫瘤的共識報告[1]中指出兩者共有的潛在危險因素包括衰老、性別、種族、肥胖、身體活動、飲食、酒精和吸煙，但是尚未建立明確的聯系。糖尿病和腫瘤均表現為炎癥反應性疾病，因此找到兩者之間的內在聯系、共同的危險因素、具體發病機制并尋找有效的治療方法意義重大。小檗堿(BBR，又名黃連素)作為歷史悠久的臨床抗菌劑，應用廣泛，現代藥理學指出其具有抗癌、抑制組織代謝現代藥理學作用，證明這種天然產物及其衍生物對糖尿病和癌癥具有高活性。現綜合兩者與炎癥的相互關系，將小檗堿抑制核因子的轉錄活性、雙向調節促炎因子和抗炎因子發揮降糖和抗腫瘤作用作一綜述。

1 小檗堿抗炎活性在糖尿病治療中的應用與機制

糖尿病是一種常見的代謝性疾病，新興證據表明糖尿病的發生與氧化應激、炎癥反應密切相關，炎癥與糖尿病之間具有潛在病理生理學聯系。糖尿病患者體內過量的營養因子如葡萄糖和游離脂肪酸(FFA)導致氧化應激反應，過程中產生過量的活性氧(ROS)，激活細胞信號核因子κB(NF-κB)途徑，免疫細胞和脂肪細胞異常產生的炎性細胞因子如如白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等遷移、浸潤、聚集，干擾胰島素信號通路導致患者細胞不能對產生的胰島素的缺陷或不足水平作出反應[2]。NF-κB通路在控制炎癥中起關鍵作用，在糖尿病狀態下，升高的炎癥因子激活IkB激酶β(IKB-β)，IKB-β通過磷酸化降解使NF-κB與其抑制物IKB在胞漿中分離，轉位的NF-κB一方面促進炎癥因子的表達，又干擾胰島素信號轉導途徑[3]。小檗堿作為降血糖藥物始于1980年用于治療糖尿病患者腹瀉，發現具有胰島素敏化活性。BBR抗炎活性的機制涉及多種細胞激酶和信號傳導途徑，如AMP活化蛋白激酶(AMPK)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB途徑[4]。研究者在1型和2型糖尿病體內體外實驗中均觀察到BBR通過降低促炎細胞因子發揮降血糖作用。

1.1 1型糖尿病

1型糖尿病是由T細胞介導的β細胞破壞和嚴重的胰島炎癥引起的，與多種內臟器官特別是胰腺、腎、肝和脾中1型輔助T(Th1)淋巴細胞誘導的過度炎癥相關的慢性自身免疫疾病。Th1和Th17是兩種類型的炎性T細胞，它們分別通過產生干擾素-γ3(IFN-γ3)和白介素-17(IL-17)在許多自身免疫性疾病的發展中起重要作用。Chueh等[5]分別給予非肥胖1型糖尿病(NOD)小鼠50、150和500 mg·kg-1小檗堿14周連續管飼，小檗堿顯著減少促炎(IL-1β、IL-6、TNF-α)/抗炎(IL-10)和/或Th1/Th2細胞因子在NOD小鼠的脾、肝和腎中的表達比(P<0.05)，減輕了脾、肝和腎的自發性炎癥。Wang[6]進一步指出這種調節作用通過TLR4非依賴性c-Jun N末端激酶(JNK)/NF-κB通路改善了脂多糖(LPS)誘導的β細胞損傷，恢復胰島素的分泌功能。toll樣受體(TLR)是涉及感染時檢測微生物的跨膜蛋白，并且在宿主免疫防御中起關鍵作用，肥胖個體中的外周血單核細胞(PBMC)上TLR4依賴性炎癥反應是調節炎癥標記的核心[7]。因而Zhou等[8]在高脂血癥糖尿病大鼠給予小檗堿治療后觀察到β細胞線粒體空泡化和腫脹、內質網的擴張及萎縮減少，小檗堿通過此途徑促進抗氧化酶活性和減少脂質過氧化幫助β細胞再生。ELISA法測定抗炎細胞因子IL-10和促炎細胞因子IL-6以及TNF-α，小檗堿在非細胞毒性劑量下調節促炎和抗炎因子的比例，在預防和修復方面顯示出比其他化合物(阿侖普林、杏仁苷、克他丁和柚皮素)強的抗炎潛力[9]。這種修復損傷的作用減少了促炎細胞因子和β細胞本身誘導的胰島炎癥，參與到胰島素信號轉導過程，增加胰島素的表達，可望靶向Th1和Th17分化為預防和治療自身免疫性糖尿病的潛在藥理靶點。

1.2 2型糖尿病

慢性炎癥誘導的胰島素抵抗是2型糖尿病發生發展的重要機制，胰島素抵抗是2型糖尿病的潛在特征，越來越多的研究者注意到炎癥和胰島素抵抗之間的聯系。小檗堿通過有效抑制炎癥標志物如TNF-α、IL-1β、IL-6等的產生，脂肪細胞3T3-L1中瘦素和脂肪生成因子甘油三酯的分泌減少[10]，糖尿病的雄性Wistar大鼠血液中的膽固醇、三酰基甘油含量也降低，通過介導的糖原合成增加和恢復甘油三酯的分泌，改善葡萄糖內環境和胰島素抵抗[11]。在肥胖小鼠模型中，Jeong等[12]觀察到脂肪組織促炎癥基因下調，小檗堿抑制巨噬細胞中活性氧的水平改善糖尿病中的代謝紊亂。Shang等[13]也觀察到小檗堿治療2周后，血清中IL-6、TNF-α含量降低，更降低體質量和附睪脂肪含量，推測小檗堿可以在不影響IKK-β表達的情況下，抑制炎癥信號蛋白IKK-β磷酸化的激活，減輕機體炎癥狀態，改善肥胖小鼠的糖代謝異常，增加胰島素的敏感性。小檗堿修改胰島素受體底物-1(IRS-1)和下游Akt(T308)的絲氨酸殘基(Ser)和蘇氨酸殘基(Thr)磷酸化改善胰島素信號級聯，改善胰島素抵抗[14]。Xing等[15]研究者建立的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)實驗模型中，空腹血糖和胰島素水平升高、肝脂肪變性和炎癥，大鼠發展為胰島素抵抗，結果表明小檗堿可以通過上調IRS-2，胰島素信號通路的關鍵分子的mRNA和蛋白水平來改善NAFLD的胰島素抵抗。胰島素和IGF-1與細胞表面的胰島素受體、胰島素樣生長因子-1受體(IGF-1R)等結合后，將激活下游有絲分裂信號通路，如PI3K/Akt通路和有絲分裂蛋白激酶MAPK通路等[16]。NF-κB是ERK/MAPK信號通路的下游之一，可以調節炎癥因子的表達水平，小檗堿在NF-κB轉錄作用下降低脂肪生成因子改善2型糖尿病胰島素抵抗，有效降低血脂和血糖水平。

2 小檗堿抗炎活性在腫瘤治療中的應用與機制

慢性炎癥是腫瘤生長過程中不可或缺的參與者，促進腫瘤細胞的增殖、存活和遷移。慢性炎癥被認為與細胞癌發生有關，大約20%的人類癌癥與由感染、暴露于刺激物或自身免疫疾病引起的慢性炎癥有關[17]。體內TNF-α、IL-6、IL-8、IL-1、集落刺激因子(CSF)和巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)等炎性細胞因子的異常表達在調節腫瘤細胞的惡性轉化中參與癌的發生和進展[18]。TNF-α作為炎癥因子中的一員，被認為可能參與癌癥的進展和擴散，并誘導腫瘤的出血性壞死[19]。結腸癌細胞系模型中IL-8不僅提供增殖優勢，而且促進結腸癌細胞的轉移潛能[20]。這些炎癥產物打開了轉錄信號條件，形成一個紊亂復雜增殖信號網絡的腫瘤微環境，由炎性細胞協調并且參與到腫瘤的發生發展過程中[21]。轉錄因子激活蛋白1(AP-1)和NF-κB在炎癥和癌發生中起關鍵作用，有研究[22]表明小檗堿通過AP-1和NF-κB依賴性途徑抑制小鼠巨噬細胞系LPS誘導的單核細胞趨化蛋白1(MCP-1/CCL2)的產生，MCP-1/CCL2結合在內皮細胞表面，趨化和激活細胞活性參與慢性炎性疾病。小檗堿同時治療炎癥和癌癥可以產生優異的治療效果，能夠調節炎癥細胞和核因子的轉錄，抑制細胞增殖并對癌細胞具有細胞毒性[23]。小檗堿常規用于消化系統感染性疾病，抗腫瘤作用也多表現在消化系統腫瘤中，如肝癌和腸癌，其廣泛的抗炎和免疫調節性質具有治療腫瘤補充藥物的潛在應用價值。

2.1 肝癌

小檗堿通過激活AMPK和抑制NF-κB途徑下調幾種肝炎性炎癥基因，包括TNF-α、IL-6和血清淀粉樣蛋白A3(SAA3)，改變脂質代謝[24]。當小檗堿聯合用于治療肝細胞瘤時，也觀察到協同抗腫瘤作用，這種組合效應為小檗堿在癌癥化療輔助中提供了新價值。長春新堿因其毒性作用在肝癌治療中的應用受限，與小檗堿組合使用可以顯著誘導肝癌細胞生長抑制，降低長春新堿對非腫瘤細胞的毒性[25]。小檗堿和吳茱萸堿的聯合應用可以上調TNF-α的表達水平，增強肝癌SMMC-7721細胞的凋亡水平[26]。大多數合成的化合物也顯示出比小檗堿對肝癌SMMC-7721更強的抗癌活性，在這些衍生物中，化合物8和9對SMMC-7721細胞系顯示出最強的抑制活性[27]。小檗堿抑制肝癌細胞的侵襲和轉移，有潛在治療效果。小檗堿同樣通過抑制細胞中Rho/ROCK信號通路，下調NF-κB活性。Xie等[28]報道小檗堿改善糖尿病大鼠腎臟纖維化，Wang等[29]報道小檗堿還能抑制肝細胞癌細胞的遷移、侵襲。另有研究[30]表明小檗堿通過上調ROS產生，抑制基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)的表達對肝癌HepG2細胞產生抗侵襲作用，對正常肝細胞并不產生損害。這也將彌補常規化療的由于高肝毒性不能治愈轉移性肝癌的短板，使研究者開始注意到許多植物來源試劑抑制肝細胞瘤細胞侵襲的有效性和安全性。

2.2 結腸癌

黏膜屏障的維持是腸上皮緊密連接的關鍵功能，小檗堿抗結直腸癌的作用在于調節腸炎癥細胞因子和轉錄保護腸上皮屏障，減輕促炎細胞因子誘導的腸上皮緊密連接損傷。小檗堿顯著預防促炎細胞因子減少，恢復腸道疾病狀態的屏障功能[31]。小檗堿可預防TNF-α誘導NF-κB和IkBa的磷酸化拮抗細胞模型和大鼠結腸中的TNF-α介導的屏障缺陷[32]。IL-8是一種自分泌促炎因子，誘導內皮細胞遷移，促進腫瘤血管的生成和腫瘤的生長、轉移，小檗堿可抑制IL-8產生，利于黏膜愈合的生成[33]。同樣是化療藥物組合來增強化學敏感性，小檗堿劑量依賴性抑制NF-κB活化來提高伊立替康對結腸癌細胞凋亡水平，增強對5-氟尿嘧啶和多柔比星的化療作用[34]。小檗堿不僅顯示生長抑制作用并誘導凋亡，降低結腸癌細胞增殖指數，而且還可以防止結腸直腸癌的形成。COX-2存在于炎癥部位，在結腸腫瘤中大量表達，COX-2在癌癥形成中起關鍵作用。有研究[35-36]發現小檗堿可抑制結腸癌lovo細胞的生長并誘導其凋亡，該機制通過抑制COX-2的mRNA和蛋白表達水平來降低lovo細胞增殖指數。這些發現表明小檗堿抑制腫瘤血管生成和腫瘤生長、轉移，增加化療藥物抗性，意味著抑制炎癥因子過表達是抗結腸部位腫瘤的重要治療靶標。

2.3 其他腫瘤

近年來，小檗堿在體內、體外實驗中均顯示出預防及治療各系統癌癥的功效，這與廣泛的藥理活性有關。Youn等[37]在與藥物或放射治療聯合使用時，其表現出減低其他藥物的毒副作用和增強放射療法的效果，小檗堿可以放大小劑量順鉑對宮頸癌HeLa細胞的毒性，在5和10 mmol·L-1濃度誘導自噬增強了體內和體外模型中輻射的肺癌細胞毒性，這種協同效應被推薦作為輻射補充劑用作治療肺癌的輔助療法[38]。d-檸檬烯與小檗堿組合對誘導人胃癌細胞系MGC803細胞內ROS生成，阻滯細胞周期發揮協同抗癌作用，比其單獨用藥效果明顯[39]。在乳腺癌的藥物治療中，與多柔比星比較，小檗堿誘導細胞周期阻滯，表現出更有效地抑制乳腺癌厭氧抗性細胞的生長，厭氧生物抗性細胞比它們各自的貼壁細胞系更具侵襲性[40]。信號轉導和轉錄激活因子3(STAT3)是具有致癌潛能的轉錄因子，促進細胞的生長、血管生成，Tsang等[41]發現小檗堿有效抑制無胸腺裸鼠中EBV陽性鼻咽癌細胞系(C666-1)的瘤生長，抑制IL-6活化STAT3的作用。p53是最常見的突變腫瘤抑制基因，Katiyar等[42]用小檗堿同時處理人肺癌細胞(表達野生型p53的A549和作為p53缺陷型的H1299)導致細胞增殖的抑制和凋亡性細胞死亡的增加，小檗堿對A549細胞誘導的細胞毒性效應比H1299細胞更敏感。小檗堿抑制癌細胞增殖、誘導凋亡表現與其抑制NF-κB通路、抗氧化密切相關，也為其成為高效低毒的多系統抗癌藥物開辟一個新的用藥依據。

3 結語

目前外源性使用降血糖或抗腫瘤藥物的潛在毒性和副作用也越來越引起人們的關注。Chang等[43]通過降糖藥物對比研究，發現使用胰島素、磺酰脲和格列奈類藥物總體癌癥發生風險顯著增加，并發肝、結腸直腸、肺、胃和胰腺等較高風險相關的癌癥。同樣在動物研究[44]中可見高劑量的抗腫瘤藥物可致高血糖。因此尋找更加安全的降糖和抗腫瘤的藥物勢在必行。小檗堿的抗炎活性在糖尿病和腫瘤治療中顯示出色的治療效果，這些數據為基于小檗堿具有降糖作用的新型抗癌藥物的開發提供有用的信息。一些抗炎藥物，如趨化因子拮抗劑、糖皮質激素和非甾體抗炎藥藥物，已在臨床上用作輔助抗癌治療。與傳統非甾體抗炎藥不同，小檗堿具有整體調節的優點，其可通過NF-κB信號通路抑制IL-β、TNF-α等炎癥因子的產生，從而調節炎癥因子的表達水平，對減輕身體代謝異常、抑制腫瘤惡性進程，包括聯合用藥和輔助用藥減低降糖藥物的毒副作用可獲得令人滿意的效果。

糖尿病和腫瘤的發病、預防和治療已成為全球公共衛生關注的主要問題，臨床上糖尿病患者繼發腫瘤的很多，在中國甚至世界范圍內并沒有對兩者并發的疾病進行登記和流行病學調查，預后和死亡率也被低估。兩者免疫功能障礙并相互導致患病風險，發病是否有具體生物學聯系，是糖尿病本身還是糖尿病的特定代謝紊亂(如高血糖、胰島素抵抗、高胰島素血癥)增加了相關類型癌癥的風險？高胰島素血癥通常伴隨著循環血中胰島素樣生長因子(IGF)水平的升高，而IGF能促進體內多種器官組織細胞增殖，包括肝臟、胰腺、結腸、卵巢和乳腺，這些器官都是2型糖尿病患者合并腫瘤的高發位點。近年來糖尿病和腫瘤多報道均表現為炎癥反應性疾病，在本綜述中發現兩類疾病確實存在共同的炎癥因子干擾胰島素的信號通路，系統地總結了關于小檗堿通過細胞激酶和信號傳導途徑，如AMP活化蛋白激酶(AMPK)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB等途徑產生降糖和抗腫瘤效力，力求找到兩者之間的內在聯系、共同的危險因素、具體發病機制并尋找有效的治療方法。小檗堿抗炎活性作用于糖尿病并發腫瘤的詳細機制和共同途徑的進一步研究，有助于闡明小檗堿對糖尿病并發多系統腫瘤的藥理學作用，著眼于小檗堿結構修飾利于提高生物利用度和代謝穩定性，促進小檗堿作為合并疾病用藥的開發與運用。最近，已經合成了13-烷基取代的小檗堿，已經顯示比小檗堿對某些細菌物種和人類癌細胞系更具活性，具有良好的前景[45]。當常規用藥不明顯時，小檗堿降糖和抗腫瘤用藥的安全性和可考性讓研究者重新認知這一藥物，而通過小檗堿的干預是否可以調節微環境中共同的炎癥因子和信號通路或許可成為糖尿病合并腫瘤治療方案提供一個新的突破口。其臨床應用和安全性在科學實驗中的證據，也便于指導臨床醫生在臨床實踐中更適當和合理地使用小檗堿。

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