葛根和葛根素治療糖尿病及并發癥的研究進展*

張洪敏，曹世杰，邱 峰，張德芹

（1.天津中醫藥大學天津市現代中藥重點實驗室，天津 301617；2.天津中醫藥大學中藥學院，天津 301617）

糖尿病是一種由多種遺傳和環境因素引起的常見且多發的慢性非傳染性疾病，近年來已經成為繼心血管疾病和腫瘤之后的第三大非傳染性疾病[1-2]，且糖尿病隨疾病的發生和發展極易誘發肝臟脂肪變性、腎病、視網膜病變、心腦血管病、神經性病變等多種病變[3-7]。在我國，糖尿病患病人口數長時間居世界首位，預計仍將持續較長時間[8]。因此，防治糖尿病已刻不容緩。葛根為豆科植物野葛[Pueraria lobata（Willd.）Ohwi]的干燥根，含有豐富的異黃酮類化合物，對糖尿病及其并發癥有一定的治療作用，是臨床上治療糖尿病的常用藥且用藥歷史悠久。近年來科研工作者不斷探尋葛根或葛根有效成分治療糖尿病的多種機制，并取得了豐富的成果。本文將對葛根及其主要異黃酮類化合物葛根素對糖尿病及并發癥的治療作用及機制的研究概況進行綜述。

1 葛根和葛根素對糖尿病及并發癥的治療作用及相關機制

異黃酮類化合物是葛根中主要成分也是活性成分，是近年來見與文獻報道最多的一類化合物，具有多種藥理活性，含量達12%[9]，主要有葛根素、大豆苷、大豆苷元、3'-羥基葛根素、染料木苷、染料木素等。其中，葛根素因成分含量高、藥理活性好受到廣泛關注，研究發現葛根提取物或葛根素在糖尿病或糖尿病誘發肝臟脂肪變性、腎病、視網膜病變、心腦血管病、神經性病變、骨質疏松、糖尿病足、生殖系統功能障礙等方面具有一定的治療效果（見表1、表2），本文針對多項研究報道具體探討如下。

1.1 降血糖、降血脂、改善胰島素抵抗 葛根提取物及其主要成分葛根素在多種糖尿病模型中都顯示出了明顯的降血糖、降血脂、改善胰島素抵抗的作用。葛根提取物可顯著降低C57BL/6J ob/ob 小鼠空腹血糖，降低血清總膽固醇和甘油三酯水平，降低STZ 誘導糖尿病大鼠的血糖及糖化血紅蛋白含量（HbA1c）[10]，改善肥胖小鼠的血糖、血脂、胰島素血、口服糖耐量[11-12]等。

異黃酮類化合物葛根素是葛根中的主要有效成分，近年來，研究發現葛根素可降低高脂飲食及四氧嘧啶誘導的糖尿病胰島素抵抗大鼠的血糖，降低血中胰島素水平，提高胰島素敏感性指數，改善

高胰島素血癥，增加肝糖原的含量，改善機體的糖代謝，降低血中總膽固醇和甘油三酯水平，改善血脂[13]。同時，葛根素還可改善鏈脲佐菌素（STZ）對小鼠的胰腺損傷，上調胰腺中胰島素受體底物1（IRS-1）和胰島素樣生長因子（IGF-1）的蛋白表達[14]，抑制STZ 誘導的糖尿病鼠胰島β 細胞的凋亡，提高血清胰島素含量，其對β 細胞的保護作用可能是通過調節磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）途徑，進而發揮降血糖改善糖耐量的作用[15]；也可以通過上調胰高血糖素樣肽-1 受體（GLP-1R）和胰十二指腸同源盒因子-1（PDX-1）的表達，增強GLP-1R信號通路的傳導的方式保護β 細胞[16]；還可以通過減輕氧化應激損傷，保護端粒長度進而抑制β 細胞凋亡，或增強沉默信息調節因子1（SIRT1）活性，減少解偶聯蛋白2（UCP2）表達等途徑保護β 細胞[17-18]。葛根素能提高肌肉中胰島素受體（InsR）和過氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）mRNA 的表達[14]，提高過氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活因子-1α（PGC-1α）表達增強肌肉能量代謝，防止肌肉萎縮[19]；提高比目魚肌中的葡萄糖轉運體4（GLUT4）的表達，增強葡萄糖的利用，從而降低血糖[20]；促進胰島素抵抗狀態下3T3-L1 脂肪細胞的葡萄糖代謝，改善胰島素抵抗[21]。總之，葛根降糖作用的研究主要集中于改善胰島素抵抗，保護胰島β細胞，促進糖代謝，機制側重于對胰島素信號通路、胰高血糖素受體信號通路、葡萄糖轉運及代謝、減輕β 細胞氧化應激損傷等方面的研究。

表1 葛根提取物及葛根素降血糖、降血脂、改善胰島素抵抗作用

表2 葛根素對糖尿病并發癥的影響

1.2 改善糖尿病肝臟脂肪變性 肝臟是常見的糖尿病病變部位，肝臟脂肪變性是最常見的病變之一，由肝臟脂肪易位堆積等誘發，引起單純性脂肪肝、脂肪性肝炎甚至肝硬化等。于中醫而言，其主要病機即為肝郁脾虛，痰瘀互結或濕熱內蘊，郁積于肝[22]，因此主要需從肝脾論治本病。糖尿病引起的肝臟脂肪變性常見肝細胞內顯著的脂質沉積[以甘油三酯（TG）為主要形式]和肝臟酶的持續異常[23-24]。糖尿病的存在增加了肝臟疾病的風險，有可能發展為非酒精性脂肪性肝炎，肝硬化等[25]。

葛根素能降低高脂飲食聯合STZ 誘導的糖尿病大鼠肝臟脂質含量，通過調節血糖、改善脂質代謝紊亂來減輕糖尿病肝脂肪變性，減輕肝硬化，通過使核轉錄因子-κB（NF-κB）信號通路失活抑制氧化應激和炎癥，從而下調白細胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）的mRNA 表達，葛根素對糖尿病肝損傷的保護可能與抑制轉化生長因子-β（TGF-β）/Smad2信號傳導有關[26]。目前葛根或葛根中有效成分對肝臟疾病的研究多為單一性研究肝臟脂肪變性，而對糖尿病合并肝臟脂肪變性的復合病癥的研究相對較少，對并發癥下糖脂代謝的相關性及其機制的影響尚需深入探討。

1.3 改善糖尿病腎病 糖尿病腎病（DN）是一種主要的Ⅰ型、Ⅱ型糖尿病微血管并發癥[27]，以腎小球基底膜增厚、系膜擴張、腎小球硬化、腎小管間質纖維化為主要特點[28]，該病在國內發病率逐漸增長，但發病機理尚未完全闡明。由于代謝紊亂存在內在復雜性，晚期DN 相較于其他腎臟疾病更難治療，因此，對于糖尿病腎病患者而言進行早期治療非常重要[29]。

TGF-β1 是一種促纖維生長因子，在糖尿病腎病中具有重要作用[30]，在腎纖維化發病機理中是一種關鍵介質[31]，高血糖可引起腎臟中的TGF-β1 的基因和蛋白高表達[32]。TGF-β1/Smad2 信號通路過度激活可導致腎臟中細胞外基質（ECM）聚集，從而直接或間接的導致糖尿病診斷標志物結締組織生長因子（CTGF）和纖維連接蛋白（FN）的產生[32]。研究表明，葛根素可顯著降低STZ 誘導的糖尿病大鼠的腎重，降低血清肌酐、尿素氮、尿蛋白、腎小球細胞外基質的水平，降低腎臟TGF-β1、Smad2、CTGF、FN的mRNA 和蛋白的表達[29，32，33]。已有研究證明基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）和糖尿病之間存在遺傳相關性，在大鼠注射STZ 7 天后即糖尿病早期的腎小球中MMP-9 的表達量顯著升高，當給予葛根素后顯著提高足細胞裂隙隔膜蛋白（podocyte slit diaphragm proteins）表達（如腎病蛋白nephrin 和膜蛋白podocin），抑制糖尿病腎臟氧化應激的產生和蛋白的亞硝基化，抑制MMP-9 mRNA 的表達[34]。SIRT1 是研究糖尿病腎病的一種潛在的靶標蛋白[35]，有研究表明葛根素也可以通過調控SIRT1/FOXO1 信號通路發揮對糖尿病腎病的腎保護作用，明顯改善腎小球肥大、腎小球塌陷、腎小球基底膜厚度和管狀空泡變性、線粒體損傷[36]；降低晚期糖基化終末產物（AGEs）含量、抑制腎臟特異性細胞受體（RAGE）mRNA 的表達來改善腎組織損傷[37]；免疫組化結果也顯示葛根素顯著降低胞間黏附分子（ICAM-1）和TNF-α 的表達，降低腎皮質細胞的凋亡指數[29]。

1.4 改善糖尿病視網膜病變 糖尿病視網膜病變（DR）是糖尿病微血管并發癥[38]，以視網膜微脈管系統損傷或毛細血管通透性增強等為特點[39]。DR 的發展包括非增生性和增生性兩個階段，早期階段主要涉及血管細胞丟失、血管滲漏和血-視網膜屏障的破壞，隨著疾病的發展，新血管逐漸形成，增殖性糖尿病視網膜病變階段開始[40]。葛根素可以上調視網膜血管內皮生長因子（VEGF）和低氧誘導因子-1（HIF-1α）的基因表達，對STZ 誘導的糖尿病大鼠視網膜病變有顯著的保護作用[41]，而VEGF 是一種血管生成和血管通透性因子，在增生性糖尿病性視網膜病變（PDR）患者眼睛的玻璃體和水性液體中的含量顯著提高[42]；葛根素可以通過Fas/FasL 通路介導ONOO-水平下調、抑制誘導型一氧化氮合酶（iNOS）mRNA 表達，并減少視網膜色素上皮（RPE）細胞的凋亡[43-44]；還能通過下調視網膜組織中信號轉導因子和轉錄激活因子3（STAT3）的表達水平，減少視網膜氧化應激損傷[45]，以上表明葛根素可作為治療糖尿病視網膜病變的潛在藥物。

1.5 改善糖尿病血管功能障礙 血管的收縮和舒張受血管活性物質（如血管緊張素Ⅱ、ET、PGEs、NO等）調控，STZ 誘導的糖尿病大鼠血管活性物質發生變化，隨著血糖增高，血管平滑肌增生，主動脈出現病理變化，發生血管功能障礙。葛根素可減弱血管平滑肌細胞（VSMCs）的鈣化[46]，顯著抑制高糖誘導的VSMC 增生，減少活性氧（ROS）的產生，降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性，顯著抑制蛋白激酶Cβ2（PKCβ2） 和Rac1、p47phox、p67phox 蛋白亞基的磷酸化和膜轉位，在體動物實驗也證實葛根素可減弱Zucker 肥胖大鼠泡沫化損傷引起的新生內膜的形成[47]，因此，葛根素發揮抗VSMC 增生的作用可能是通過PKCβ2/Rac1 依賴的ROS 通路實現的。進一步通過對STZ 誘導糖尿病大鼠模型的主動脈損傷作用機制的研究中發現，葛根素可抑制NADPH 氧化酶（NOX2、NOX4）誘導的氧化應 激、抑制NF-κB、ICAM-1、NOX2、NOX4 的mRNA 及蛋白表達來改善糖尿病主動脈損傷[48]。而抑制血紅素氧合酶-1（HO-1）蛋白活性可能是葛根素改善急性血管功能障礙的另一種機制[49]。另外葛根素還可以阻止蛋白糖基化的進程，減少血管中晚期糖基化終末產物（AGEs）的形成，下調晚期糖基化終產物受體（RAGE）的表達，進而發揮治療糖尿病血管并發癥的作用[50]。上述研究表明葛根素可能通過調控氧化應激、抗炎、降低糖基化終產物等機制改善血管功能障礙。

1.6 改善糖尿病心臟功能 心臟中能量底物的攝取取決于肌纖維膜上脂肪酸和葡萄糖轉運體，GLUT4 是心臟主要的葡萄糖轉運蛋白，分化抗原36（CD36）是脂肪酸轉運蛋白，糖尿病使心臟能量代謝受阻，抑制了葡萄糖的消耗而依賴于脂肪酸轉運，研究表明葛根素能提高GLUT4 蛋白的表達和易位、降低CD36 蛋白的表達和易位，提高AKT 的磷酸化水平，升高PPARγ 的表達，降低PPARα 的表達，從而降低心肌損傷、改善糖尿病鼠心臟功能[51-52]。此外，葛根素還能改善STZ 誘導糖尿病大鼠的左心室收縮、舒張壓等心功能指標，降低心肌細胞中血小板反應素1（TSP-1）mRNA 的表達[53]；降低血糖、減少糖尿病大鼠心肌膠原含量及心肌線粒體ROS水平，抑制心肌線粒體丙二醛（MDA）含量，增加心肌線粒體超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低TNF-α的釋放[54，55]。上述研究提示葛根素能改善糖尿病鼠心肌細胞的高糖損傷和維持心室肌細胞的功能，該機制可能與抑制心肌細胞血小板反應蛋白-1（TSP-1）表達的水平、抑制血糖升高、減輕心肌線粒體氧化應激損傷、抗炎等有關。

1.7 改善糖尿病骨質疏松癥 糖尿病可通過多種機制影響骨組織，例如高胰島素血、AGEs 沉積、IGF-1 降低、高鈣尿、腎衰竭、微血管病以及炎癥等[56]。也有數據統計表明糖尿病病人更易增加髖骨折風險[57]。研究表明葛根素可以通過改善骨密度，增加成骨細胞數量，下調Caspase-3 的mRNA 表達來改善糖尿病骨質疏松癥[58]。

1.8 改善糖尿病性周圍神經病變 糖尿病性周圍神經病變（DPN）是一種由糖尿病引起的最常見的神經病變之一，約50%的糖尿病病人會發展成DPN[59]，臨床表現為間歇性或持續性肢體疼痛、灼燒感或斧鑿般疼痛[60]。西醫對于DPN 尚無有效治療方法，90年代以來，葛根素注射液開始用于治療DPN，能夠改善病人神經傳導速率（NCV）指數，下調血漿粘度、纖維蛋白原和糖化血紅蛋白指數[60]，但目前對葛根治療DPN 的機制研究還較少，尚需深入探究。

1.9 改善糖尿病足 糖尿病足（DFU）是糖尿病常見的并發癥之一，是糖尿病并發神經、血管病變所引起的下肢病變的總稱，它是一種全身性疾病，嚴重影響患者的生活質量[61-62]。目前在糖尿病足潰瘍發病機制上普遍被接受的觀點是糖尿病足的三元學說：即糖尿病神經病變、糖尿病缺血病變和局部感染[63]。采用葛根素對DFU 患者治療32 d 后觀察到血漿中ET、LPO 和TXB2 水平顯著降低，CGRP、SOD 和6-K-PGI2 水平均有增加，提示葛根素治療DFU 的機理可能是抑制ET 的過量分泌，提高CGRP 的水平，促進內皮細胞功能的恢復，進而興奮前列環素（PGI2）合成酶活性，顯著提高內皮細胞（EC）生成PGI2，抑制血小板聚集，起到改善微循環的作用[64]，而更深入的機制研究有待進一步探索。

1.10 改善糖尿病生殖功能障礙 多項研究表明，糖尿病可導致生殖功能障礙和性功能減退[65-66]，在糖尿病男性和糖尿病雄性動物中均發現睪酮水平降低，出現睪丸功能障礙和精子生成障礙，導致勃起功能障礙、精子活性減弱及精液減少[67]。糖尿病會導致睪丸組織結構和功能異常，給予葛根素后可觀察到睪丸的組織形態結構趨于正常，并能使睪丸組織中NO 含量升高，內皮型一氧化氮合酶（eNOS）的mRNA 表達量增加，雄激素受體（AR）的mRNA 表達降低，SOD、Ca2+-ATPase、Na+-K+-ATPase 活性升高，MDA 含量降低，提示葛根素能在一定程度上提高機體的抗氧化能力，減輕睪丸氧化應激損傷，另外葛根素還能提高糖尿病大鼠睪丸NO、CGRP 含量，下調ET-1 的mRNA 表達，提示葛根素對維持血管張力、改善血供、預防糖尿病睪丸損傷有一定作用[68]。

2 討論

葛根作為傳統中藥有著悠久的應用歷史，在糖尿病的應用上早已引起人們的重視，葛根或從葛根中得到的多種活性成分已開始應用于糖尿病或其并發癥的研究中，并發現了葛根治療糖尿病的多種途徑。而代謝性疾病的病機復雜多樣，對單一疾病的研究不能完全解釋疾病過程，因此對并發癥的研究尤為重要，這對疾病的后續治療有重要指導意義。目前葛根對糖尿病及多種并發癥的研究尚有局限，且葛根中多種成分對糖尿病或并發癥的機制研究更是不足，因此，深入研究葛根及其活性成分對糖尿病并發癥的作用及機制十分必要，為臨床多種途徑、多種方式治療疾病提供科學依據。