白藜蘆醇在胰島素抵抗、糖尿病中的研究進展

趙 航 馬慧娟 樹林一 張運佳 宋光耀

白藜蘆醇是一種多酚類的植物抗毒素，能夠在一定程度上調節代謝，改善胰島素抵抗和相關代謝異常(包括血脂異常、高血糖和高胰島素血癥)。大量證據支持白藜蘆醇通過多種機制來發揮對胰島素抵抗、2型糖尿病及并發癥的有益作用。本文綜述了白藜蘆醇的作用機制以及在胰島素抵抗和2型糖尿病中的作用。

一、肥胖、胰島素抵抗、糖尿病

近年來，肥胖人群的數量在世界范圍內迅速增加，2005年有33.0%成人超重或肥胖，預計到2030年將增加到57.8%(超重者21.6億人，肥胖者11.2億人)。肥胖和相關代謝紊亂是2型糖尿病和心血管疾病的主要危險因素，2型糖尿病患者人數預計從2013～2035年將增加55%，達到5.919億人[1]。代謝紊亂在脂肪組織、肌肉、肝臟和腸道等胰島素敏感的組織非常明顯，并且有共同的前提，即胰島素抵抗。

胰島素是由胰腺β細胞分泌的一種激素，具有多種代謝功能，包括調節碳水化合物、蛋白質和脂質代謝。在胰島素抵抗存在的條件下，β細胞通過增加胰島素分泌來維持葡萄糖穩態。如果β細胞不能分泌過多胰島素，血糖水平將會增加，最初表現為葡萄糖耐量異常。隨著β細胞功能障礙的進展，血糖濃度進一步升高，最終導致2型糖尿病。早期診斷胰島素抵抗對預防2型糖尿病及其并發癥如血管病變、心血管疾病、腎功能衰竭、神經病變等至關重要。最近研究表明，多酚類化合物白藜蘆醇能夠減輕胰島素抵抗，氧化應激和血脂異常等相關代謝紊亂。

二、白藜蘆醇

白藜蘆醇是一種多酚類植物抗毒素，首先從開花植物藜蘆的根中提取，現在70多種水果、植物中發現，如葡萄皮、花生、大豆、石榴，主要是反式異構體形式存在。與白酒比較，紅葡萄酒中的白藜蘆醇濃度大約高10倍。日本虎杖中白藜蘆醇含量最高[2]。白藜蘆醇是飲食的重要成分，此外許多膳食補充劑含有白藜蘆醇。法國人日常飲食中常有高脂肪高膽固醇，但心血管疾病的發生率較低。白藜蘆醇作為對“法國悖論”的解釋，引起了廣泛關注，越來越多的研究證明白藜蘆醇能夠抗炎、抗氧化，防止神經系統功能紊亂和認知功能減退，預防心血管系統疾病，治療癌癥，保肝等，同時在代謝綜合征、糖尿病等代謝方面的作用也得到逐步證實[3]。

三、藥代動力學和代謝

白藜蘆醇的腸道不完全吸收及代謝清除作用，造成了其口服的生物利用度較低，從而影響了白藜蘆醇的健康效應。天然白藜蘆醇(非代謝形式)口服給藥后0.5～1.5h在血液中達到第1個峰值，6h達到第2個峰值，證實了其腸道二次循環，并且表明天然白藜蘆醇具有較低的生物利用度。Ortuno等研究發現葡萄汁和葡萄酒中白藜蘆醇的生物利用度是片劑的6倍。盡管白藜蘆醇的生物利用度較低，但體內實驗證明了其有效性。白藜蘆醇代謝物在腸道內去結合和重吸收后，肝腸循環也可能促進了其功效。在人和動物模型中，白藜蘆醇在肝臟中迅速代謝，并與血漿中的脂蛋白和白蛋白結合，從而促進其被細胞攝取。

四、劑量和不良反應

白藜蘆醇以劑量依賴性方式發揮生物學作用。推薦的白藜蘆醇每日用量主要依據是動物和人的劑量換算。這些劑量在人身上尚未得到充分驗證。根據動物研究的粗略估計，每日需要劑量5～100mg/kg可以達到一定的生物效應，而其最大耐受劑量還未確定[2]。研究證明0.3g/kg的白藜蘆醇對大鼠沒有有害作用[4]。白藜蘆醇在低劑量5～20μmol/L時保護心臟免受活性氧(reactive oxygen species，ROS)損傷，而在較高劑量時，可能起到促氧化的作用[5]。

據報道，大鼠攝入大劑量白藜蘆醇[3g/(kg·d)]可導致不良反應，如肝毒性和腎毒性[6]。人類研究表明，在0.7～1.0g/(kg·d)范圍內的白藜蘆醇，耐受性良好，未發現毒性作用[7]。目前的臨床試驗已經證實，人體對白藜蘆醇有良好的耐受性，短期研究報道有輕微的不良反應(如嘔吐、惡心和腹瀉)[2]。

五、白藜蘆醇對代謝的影響

2.白藜蘆醇改善了胰島素抵抗：研究表明白藜蘆醇改善了高脂血癥小鼠、肥胖的Zucker大鼠的胰島素作用[10]。對離體細胞的研究表明，白藜蘆醇在缺乏胰島素的情況下具有刺激葡萄糖攝取的能力，白藜蘆醇能夠刺激葡糖糖轉運蛋白4(glucose transporter 4，GLUT4)的表達，并通過上調雌激素受體-α，通過磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白酶B(protein kinase B，AKT)途徑來增加葡萄糖攝取。白藜蘆醇改善胰島素抵抗的機制涉及氧化應激減少和AKT磷酸化顯著增加。白藜蘆醇處理后顯著增加了AMP依賴的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase AMPK)、eNOS和AKT的磷酸化。Penumathsa等研究表明白藜蘆醇介導的GLUT4易位和葡萄糖攝取可能是通過小窩蛋白引起的AMPK/NO/AKT途徑介導，這不依賴于胰島素信號的級聯反應。白藜蘆醇對沉默信息調節因子(silent information regulator type，SIRT)1和AMPK的激活在改善胰島素作用中起重要作用。在Sun等的一項研究中顯示SIRT1可以抑制蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase-1B，PTP1B)水平。PTP1B作為胰島素信號轉導途徑重要的負性調節因子。白藜蘆醇在體內和體外抑制PTP1B。在肝臟中，白藜蘆醇降低乙酰輔酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)和脂肪酸合酶(fatty acid synthase，FAS)表達，并增加肉毒堿棕櫚酰轉移酶-1(carnitine palmitoyltransterase-1，CPT-1)活性。這些作用導致肝臟脂質沉積的減少和脂肪變性的改善。

高果糖飲食的攝入促進了胰島素抵抗和2型糖尿病的發展[11]。Babacanoglu等發現給予白藜蘆醇，使高果糖玉米糖漿引起的高血脂、高胰島素血脂及其血管性胰島素抵抗和內皮功能障礙恢復正常。Cheng等[12]也報道，給予白藜蘆醇干預高果糖動物模型，通過磷酸化AMPK和AKT顯著降低了ROS水平。用0.5g/kg的白藜蘆醇干預高果糖飲食喂養的大鼠6個月，炎性標志物明顯減少并逆轉了脂肪組織中的胰島素抵抗。Andrade等的研究結果表明，白藜蘆醇能夠使高果糖飲食喂養的小鼠身體脂肪含量、總膽固醇(total cholesterol，TC)、甘油三酯(triglyceride，TG)和肝酶水平降低。

3.保護β細胞:白藜蘆醇對胰腺的保護作用可能通過各種機制起作用。用白藜蘆醇干預db/db小鼠后，胰島的功能和結構得到恢復，ROS水平降低，減輕了胰島纖維化和退行性損傷。一種機制是白藜蘆醇能夠抑制細胞因子。Lee等研究顯示，將分離的大鼠胰腺細胞暴露于細胞因子下，導致NO產生增加和誘導型NOS表達增加。白藜蘆醇干預后，抵消了這些有害影響。白藜蘆醇可以防止β細胞死亡的其他機制可能是其降血脂特性。β細胞的長期暴露于極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)和一些飽和游離脂肪酸，如棕櫚酸引起高毒性并表現出促凋亡作用，而高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)和不飽和游離脂肪酸，如油酸是保護性的，并減少由葡萄糖或飽和脂肪酸引起的β細胞凋亡。胰島淀粉樣多肽(islet amyloid polypeptide，IAPP)通常與胰島素一起產生和分泌，并可能抑制葡萄糖依賴性胰島素分泌，且誘導β細胞死亡。研究表明，白藜蘆醇可防止IAPP淀粉樣蛋白的聚集并抑制毒性作用[13]。

胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)在控制血脂蛋白和脂質代謝、腸乳糜微粒分泌、高甘油三酯血癥、肝VLDL產生、肝脂肪變性和胰島素抵抗中發揮作用[14]。GLP-1作用于β細胞的確切機制尚不完全清楚，但研究表明，胰腺和十二指腸同源異型盒1(pancreatic and duodenal homeobox 1，PDX-1)，AKT和蛋白激酶 A (protein kinase A，PKA)通路在這方面發揮了重要作用。用高脂/高糖培養基培養的人β細胞，白藜蘆醇處理后顯示出PDX1表達增加，PDX1是胰腺β細胞成熟發展中的重要轉錄因子。白藜蘆醇還能夠通過抑制β細胞中的磷酸二酯酶(PDE)來改善β細胞功能。Dao等[15]報道，用白藜蘆醇(60mg/kg)治療2型糖尿病小鼠5周糖耐量異常恢復正常，門靜脈胰島素和GLP-1水平顯著增加，并增加腸中的活性GLP-1。

4.減少脂質生成:研究表明白藜蘆醇具有潛在的抗脂質形成的作用，可能涉及細胞因子、脂肪細胞生命周期、脂肪積累、脂質合成、ROS、線粒體生物發生以及參與成脂肪途徑的因子基因表達[16]。一些研究表明，低劑量的白藜蘆醇顯著降低了白色脂肪組織的肥大，減輕了肥胖大鼠的腹部肥胖以及脂肪肝。2型糖尿病大鼠用白藜蘆醇治療(5mg/kg和10mg/kg,1個月)顯著降低脂肪組織中的抵抗素表達[17]。

白藜蘆醇治療的大鼠和小鼠以類似于熱量限制的方式降低體脂含量。經過白藜蘆醇處理的離體大鼠脂肪細胞的體外研究顯示腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)含量和TG積累減少。白藜蘆醇治療誘導的脂肪細胞TG積聚減少可能有助于減少全身肥胖[9]。白藜蘆醇還可以通過降低脂肪細胞特異性酶和調節線粒體功能的轉錄因子表達減少脂肪形成。據報道，白藜蘆醇在成熟的3T3-L1前脂肪細胞中增加SIRT3、線粒體偶聯蛋白(uncoupling protein，UCP)1和線粒體融合蛋白2的表達。SIRT3表達與UCP1有關，UCP1存在于線粒體中并介導熱生成。

脂蛋白脂肪酶(lipoprteinlipase，LPL)作為一種重要的循環酶，其在乳糜微粒和其它脂蛋白中水解TG以釋放FFA和甘油，其目的在于組織儲存或β-氧化。它是控制組織中脂質積累的主要脂肪酶。嚙齒動物的實驗表明白藜蘆醇降低脂肪組織的LPL活化和回腸和肝臟的LPL水平[18]。ACC，FAS和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPARγ)基因是脂肪生成的主要調節因子。Qiao等的研究結果表明，顯示白藜蘆醇顯著降低脂肪組織中的ACC，FAS和PPARγ mRNA水平。

5.刺激脂肪酸氧化:β-氧化和FA攝取之間的不平衡可導致胰島素抵抗。在肌肉組織胰島素抵抗中，FA攝取速率大于β-氧化，導致脂質積累，隨后出現肥胖表型。胰島素抵抗的肥胖患者的線粒體含量、功能和氧化能力較正常人下降[19]。給予白藜蘆醇后恢復了骨骼肌和C2C12肌細胞的線粒體功能，并且顯著降低了脂質產物的含量，增加了肌肉脂質氧化能力。Jeon等表明，給予高脂飲食的apoE缺陷小鼠白藜蘆醇后，與對照組比較，β-氧化的顯著增強和TG合成下降。白藜蘆醇誘導的線粒體含量增加可以改善肝臟脂質代謝，尤其是線粒體β-氧化，并且通過增加線粒體發生來增加肝臟和骨骼肌中的FA消耗[20]。CPT-1是β-氧化中的調節酶，催化肉毒堿形成長鏈酰基肉堿并激活FA，轉移到線粒體進行氧化。 嚙齒動物實驗表明，白藜蘆醇顯著增加不同組織中CPT-1活性和mRNA水平，這可以部分解釋白藜蘆醇的人體降脂特性。

6.抑制LDL氧化:越來越多的證據表明，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)與空腹血糖、糖化血紅蛋白、胰島素和HOMA-IR呈正相關，與脂聯素呈負相關[21]。在健康受試者中，ox-LDL水平與胰島素抵抗及其葡萄糖攝取受損和胰島素水平降低，血漿TG水平升高和HDL水平降低有關。ox-LDL能夠通過激活CD36干擾胰島素信號轉導途徑[22]。已經有文獻報道白藜蘆醇可以通過預防脂氧合酶的活性顯著抑制氧化LDL的修飾，并防止LDL中發生多不飽和脂肪酸氧化，劑量依賴性地抑制血管壁中ox-LDL的攝取。白藜蘆醇可以提高維生素E的清除率，并保留脂蛋白的內源性維生素E含量。其3個酚羥基的親脂性賦予了白藜蘆醇抑制脂蛋白和不飽和脂肪酸氧化的能力。

7.恢復血脂和脂蛋白濃度：體內和體外研究表明白藜蘆醇的抗糖尿病作用可能是由于血清TG、LDL和VLDL降低，LDL氧化減少，內皮平滑肌細胞增殖增加和外周細胞炎癥通路抑制等。一項有關胰島素抵抗倉鼠的研究發現載脂蛋白(apolipoprotein，apo)B降解減少，肝臟VLDL-apoB產量增加。肝臟VLDL過度產生與胰島素抵抗呈正相關[23]。Dash等研究表明，人類用白藜蘆醇治療14天后，apoB-48和apoB-100產生率分別降低了22%和27%。白藜蘆醇能夠降低血漿TG、TC和FFA水平以及肝臟總脂質含量，可能是通過降低膽固醇合成中限速酶HMG-CoA還原酶活性來介導。

逆向膽固醇轉運(reverse cholesterol transport，RCT)是指過量的膽固醇從外周組織轉移到肝臟，然后轉化為膽汁酸的過程，膽固醇酯轉運蛋白(cholesterol ester transfer protein，CETP)被認為是RCT途徑中最重要的酶之一。增加CETP的活性導致LDL升高和HDL降低。白藜蘆醇治療可以減少膽固醇酯從HDL向VLDL/LDL的轉移并增加RCT。白藜蘆醇刺激J744巨噬細胞中ATP結合盒轉運蛋白(ATP binding cassette transporter，ABCA1)的表達以及肝X受體-α(liver X receptor-α，LXR-α)和ABCA1的mRNA水平。通過激活PPARγ，白藜蘆醇可以阻止由巨噬細胞中晚期糖基化終產物引起的膽固醇積累。有研究顯示白藜蘆醇顯著降低2型糖尿病大鼠肝臟和腎臟晚期糖基化終產物受體的表達[24]。

8.調節腸道菌群：腸道微生物在營養代謝、維生素合成、消化和免疫功能等多種生理功能中發揮作用。最近的研究提出，腸道菌群的多樣性和組成變化與胰島素抵抗、肥胖和2型糖尿病等代謝紊亂相關。白藜蘆醇可增加動物模型腸道中的乳酸桿菌和雙歧桿菌，二者能夠降低血糖、脂肪量、炎性細胞因子，改善胰島素抵抗。有研究證實梭菌XI、乳酸球菌、氫氣細菌與高脂飲食誘導的胰島素抵抗和肥胖之間存在關系。白藜蘆醇通過使這些細菌恢復正常水平來改善葡萄糖耐受不良和脂肪沉積[10]。Jung等[25]認為，這種代謝作用可能由mTORC1信號通路介導。白藜蘆醇在胃腸道的抗炎特性、抗氧化作用保護腸道屏障功能[26]。高脂飲食喂養的小鼠給予三甲胺N-氧化物(trimethylamine N-oxide，TMAO)可改變胰島素信號轉導、糖原合成、糖原異生基因表達和肝臟葡萄糖轉運。白藜蘆醇干預后，可通過調節胃腸道菌群來減少腸道微生物三甲胺產生從而抑制TMAO合成[27]。口服白藜蘆醇可顯著降低某些腸道酶如β-葡萄糖苷酶、β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖醛酸酶，黏蛋白酶和硝基還原酶水平，而這些酶與血糖升高相關。白藜蘆醇具有較低的生物利用度，到達大腸時，成為腸道微生物生態系統的調節者。因此，白藜蘆醇可能通過調節腸道微生物的組成來改善肥胖和胰島素抵抗[21]。

綜上所述，白藜蘆醇廉價、易獲得性以及在調節代謝方面的作用，使得其在肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病上成為有潛力的膳食補充劑或藥物，但其有效劑量和劑型仍然需要開展更深入的研究來確定。