小檗堿對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥的作用機(jī)制

廖敏，郝亞榮

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院老年病科，武漢 430060)

糖尿病是環(huán)境和遺傳等因素共同作用的結(jié)果，是以胰島素抵抗(insulin resistance，IR)或胰島β細(xì)胞分泌障礙為主的代謝綜合征。IR是2型糖尿病發(fā)病的重要因素，與肥胖和高脂血癥相關(guān)。在糖尿病發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中，高血糖常伴隨高血脂。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)老齡化的加劇，人們生活及飲食方式發(fā)生變化，全球糖尿病發(fā)病率呈逐漸升高趨勢(shì)。據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2017年全世界成人糖尿病患病率為8.4%，患者約4.51億，預(yù)計(jì)到2045年，糖尿病患病率將增至9.9%，患者約6.93億；此外，有49.7%的糖尿病患者未被確診，3.74億人患有糖耐量異常[1]。糖尿病及其并發(fā)癥嚴(yán)重危害人類(lèi)健康，給糖尿病患者及家屬帶來(lái)了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。小檗堿(C20H18NO4+)又名黃連素，為中藥抗生素，主要存在于多種藥用植物的根、根莖和莖皮中。小檗堿是傳統(tǒng)中藥黃連生物活性的主要成分，在我國(guó)是一種治療胃腸道感染的非處方藥[2]。研究證實(shí)，小檗堿具有降糖、降脂、抗炎、抗氧化作用[3]。此外，小檗堿還具有抗腫瘤[4]、保護(hù)心血管(抗心律失常、抗心力衰竭、降壓、抗血小板聚集)、免疫抑制等藥理作用，有廣泛的臨床價(jià)值。現(xiàn)就小檗堿在糖尿病及其并發(fā)癥中的相關(guān)作用機(jī)制予以綜述。

1 小檗堿抗糖尿病的作用機(jī)制

糖尿病治療藥物包括磺脲類(lèi)、格列奈類(lèi)、雙胍類(lèi)、噻唑烷二酮類(lèi)、α-葡萄糖苷酶抑制劑、胰島素、胰高血糖素樣肽-1激動(dòng)劑和二肽基肽酶-4抑制劑等。目前臨床上治療2型糖尿病的一線(xiàn)藥物是二甲雙胍，但禁用于嚴(yán)重肝、腎功能異常的患者，有一定的局限性。目前開(kāi)發(fā)新的降糖藥物也是全球醫(yī)學(xué)界研究的一個(gè)熱點(diǎn)。小檗堿最常用于腹瀉的治療，但小檗堿也可降低血糖。Yin等[2]給予新診斷的2型糖尿病患者和控制不良的2型糖尿病患者連續(xù)口服小檗堿3個(gè)月，每日3次，每次0.5 g，結(jié)果空腹血糖(fasting blood-glucose，F(xiàn)BG)、餐后血糖、糖化血紅蛋白(glycosylated hemoglobin，HbA1c)、總膽固醇、三酰甘油水平均顯著降低，因此認(rèn)為小檗堿是一種安全有效、成本低的口服降糖藥，并且具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的作用。Chueh和Lin等[5]采用適量小檗堿治療非肥胖1型糖尿病小鼠發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)BG降低，而且不會(huì)引起不良反應(yīng)。糖尿病大鼠口服小檗堿45 d后，F(xiàn)BG、HbA1c水平均顯著降低，血漿胰島素水平增加，胱天蛋白酶-8、Bax、細(xì)胞色素C、裂解胱天蛋白酶3等促凋亡蛋白水平降低，抗凋亡蛋白Bcl-2水平升高，胰島細(xì)胞凋亡減輕[6]。表明小檗堿可能是治療糖尿病的新藥物。小檗堿抗糖尿病可能涉及多種機(jī)制以及信號(hào)通路，如抑制肝臟糖異生、促進(jìn)糖酵解、激活A(yù)MP活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)通路、調(diào)節(jié)腸道微生物群、改善IR、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。

1.1調(diào)節(jié)糖代謝 高血糖是糖尿病的主要特征，被認(rèn)為是一種糖代謝紊亂性疾病。小檗堿可以通過(guò)調(diào)節(jié)糖代謝降低血糖，從而達(dá)到治療糖尿病的目的。小檗堿調(diào)節(jié)糖代謝的機(jī)制包括：①抑制肝細(xì)胞線(xiàn)粒體，導(dǎo)致AMP/ATP比值增加，抑制磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，抑制肝臟糖異生，顯著降低糖尿病大鼠FBG[7]。②小檗堿是AMPK激活劑，而AMPK是由α、β和γ亞基組成的異三聚體蛋白，在調(diào)控細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)中具有重要作用，有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿抑制線(xiàn)粒體葡萄糖氧化，可增加AMP/ATP比值并激活A(yù)MPK，促進(jìn)糖酵解[8]。③小檗堿還可降低腸道對(duì)葡萄糖的吸收，小檗堿可抑制α-葡萄糖苷酶，降低餐后血糖[9]，與α-葡萄糖苷酶抑制劑有類(lèi)似的降糖作用；Liu等[10]發(fā)現(xiàn)，小檗堿可降低糖尿病大鼠和Caco-2細(xì)胞腸道雙糖酶的活性，且以十二指腸的效果最為顯著。④小檗堿可激活葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1，促進(jìn)葡萄糖攝取[11]。

1.2改善IR IR是指各種原因使胰島素促進(jìn)糖攝取和利用率降低，致機(jī)體代償性分泌過(guò)多胰島素，造成高胰島素血癥以維持正常血糖，是2型糖尿病的重要發(fā)病機(jī)制之一。慢性高血糖、肥胖、高脂血癥、炎癥等多種因素可以導(dǎo)致IR的發(fā)生。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿降低高脂飼養(yǎng)肥胖大鼠的FBG以及改善IR是通過(guò)抑制脂多糖/Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)/腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)通路起作用的。小檗堿可上調(diào)胰島素受體的表達(dá)，增加外周組織中胰島素的敏感性，降低2型糖尿病患者的FBG、HbA1c和三酰甘油水平[13]。Lee等[14]研究表明，小檗堿可激活3T3-L1脂肪細(xì)胞和L6肌管中的AMPK，增加L6肌管中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4易位，提高胰島素敏感性，改善IR，在治療2型糖尿病中發(fā)揮著重要作用。

1.3保護(hù)胰島β細(xì)胞 胰島β細(xì)胞通過(guò)分泌胰島素調(diào)節(jié)血糖，胰島β細(xì)胞功能受損或缺乏會(huì)造成胰島素分泌相對(duì)或絕對(duì)不足，使血糖升高，從而導(dǎo)致糖尿病。小檗堿可增加胰高血糖素樣肽-1的分泌，增加胰島素水平和胰島β細(xì)胞數(shù)量[15]。線(xiàn)粒體在氧化應(yīng)激過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多的活性氧類(lèi)(reactive oxygen species，ROS)，造成胰島β細(xì)胞凋亡、損傷[3]。炎癥因子在胰島β細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用，有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可以抑制促凋亡蛋白、促炎因子及脂質(zhì)過(guò)氧化物的表達(dá)，上調(diào)抗凋亡蛋白、抗炎介質(zhì)以及抗氧化劑活性，從而發(fā)揮抗凋亡、抗炎、抗氧化作用[6]。

1.4調(diào)節(jié)血脂代謝 血漿三酰甘油和非酯化脂肪酸等的升高是造成IR的一個(gè)重要原因，而IR會(huì)進(jìn)一步加重脂質(zhì)代謝紊亂，導(dǎo)致惡性循環(huán)。因此控制血脂對(duì)預(yù)防和緩解糖尿病相關(guān)的血管損傷具有重要意義。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究均證實(shí)，小檗堿具有降低總膽固醇、三酰甘油以及低密度脂蛋白膽固醇水平的作用，且未發(fā)現(xiàn)明顯的不良反應(yīng)，甚至具有護(hù)肝的作用；而且小檗堿降低血漿低密度脂蛋白膽固醇水平是以胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶依賴(lài)的方式，穩(wěn)定低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein receptor，LDLR)信使RNA，從而上調(diào)LDLR的表達(dá)[16-17]。Lee等[18]首次報(bào)道小檗堿激活c-Jun氨基端激酶信號(hào)通路，增加肝臟LDLR啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，上調(diào)LDLR。另外，小檗堿還可激活外周組織(肝臟和肌肉)中的AMPK，促進(jìn)脂肪酸氧化，降低總膽固醇和三酰甘油水平[19]。

1.5抗炎作用 糖尿病被認(rèn)為是一種低度炎癥性疾病，炎癥因子在糖尿病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，而小檗堿一直用于消化道炎癥性疾病的治療。Han等[20]認(rèn)為，調(diào)節(jié)腸道微生物群是小檗堿治療糖尿病的機(jī)制之一。糖尿病大鼠口服小檗堿45 d后，抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-10的表達(dá)增加，TNF-α、核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、環(huán)加氧酶2等促炎介質(zhì)的表達(dá)降低[6]。TLR4激活髓樣分化因子88，繼而活化NF-κB和促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)通路，誘發(fā)炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)[21]。有研究證實(shí)，小檗堿抗炎活性與抑制TLR4介導(dǎo)的NF-κB和MAPK信號(hào)通路有關(guān)[22]。另有研究表明，小檗堿下調(diào)TNF-α、IL-6及單核細(xì)胞趨化蛋白-1的水平與激活過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ相關(guān)[23]。小檗堿通過(guò)激活巨噬細(xì)胞中的AMPK，抑制細(xì)胞內(nèi)ROS和MAPK，下調(diào)IL-1β、IL-6、單核細(xì)胞趨化蛋白-1、環(huán)加氧酶2等促炎因子的表達(dá)[24]。

1.6抗氧化作用 氧化應(yīng)激增加是肥胖和2型糖尿病及其并發(fā)癥等多種疾病的共同特點(diǎn)。機(jī)體ROS、自由基和抗氧化之間的失衡是發(fā)生氧化應(yīng)激的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿具有調(diào)節(jié)氧化和抗氧化平衡的潛能，可增加2型糖尿病小鼠抗氧化劑超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和過(guò)氧化氫酶的活性[25]。糖尿病大鼠口服小檗堿45 d，胰腺中脂質(zhì)過(guò)氧化標(biāo)志物硫代巴比妥酸活性物質(zhì)和脂質(zhì)過(guò)氧化物的水平降低，SOD、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽、維生素C及維生素E等抗氧化劑的活性升高，改善了糖尿病大鼠胰腺的氧化應(yīng)激[6]。Chen等[26]發(fā)現(xiàn)，沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)是miR-106b的靶基因，小檗堿通過(guò)抑制miR-106b和上調(diào)SIRT1降低丙二醛水平，增加SOD1水平，減輕糖尿病小鼠的氧化應(yīng)激。Wang等[27]研究表明，小檗堿以AMPK依賴(lài)方式上調(diào)解偶聯(lián)蛋白-2水平，抑制氧化應(yīng)激。

2 小檗堿在糖尿病并發(fā)癥中的作用機(jī)制

2.1糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM) DCM是糖尿病導(dǎo)致的一種特異性心臟病，獨(dú)立于冠心病、高血壓性心臟病、風(fēng)濕性心臟病及其他已知的心臟病。DCM是糖尿病常見(jiàn)的、嚴(yán)重的慢性并發(fā)癥之一，心肌纖維化是DCM的一個(gè)重要病理特征。小檗堿可下調(diào)糖尿病大鼠心肌成纖維細(xì)胞中胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體水平，降低基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)2/9、α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和Ⅰ型膠原的表達(dá)，改善心肌纖維化及功能障礙[28]。鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿是DCM的脂質(zhì)生物標(biāo)志物，在高糖、高脂和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的DCM大鼠模型中，小檗堿通過(guò)干擾鞘磷脂、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰膽堿的代謝，改善心臟舒張、收縮功能和心肌肥厚[29]。

糖尿病患者較非糖尿病患者更易患缺血性心肌病，因此在降糖基礎(chǔ)上，還要減輕心肌缺血損傷，以降低DCM的發(fā)生率和病死率。Chang等[30]對(duì)2型糖尿病缺血再灌注大鼠予小檗堿預(yù)處理7 d，結(jié)果顯示，與未經(jīng)治療的2型糖尿病組相比，小檗堿治療的大鼠缺血再灌注損傷的梗死面積減小，心律失常減弱，表明小檗堿可以減輕糖尿病心肌缺血再灌注損傷，可能與激活A(yù)MPK、蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)磷酸化以及抑制糖尿病心臟非缺血區(qū)的糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)相關(guān)。小檗堿通過(guò)激活A(yù)MPK和磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K)/Akt通路，升高Bcl-2/Bax比值，降低胱天蛋白酶3水平，減輕糖尿病大鼠缺血再灌注所致的心肌細(xì)胞凋亡[31]。此外，小檗堿治療還可改善H9C2心肌細(xì)胞中的IR，增加葡萄糖消耗和攝取，且與AMPK活化相關(guān)[32]。

2.2糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN) DN是終末期腎衰竭的一個(gè)重要原因，DN的主要特點(diǎn)包括腎小球?yàn)V過(guò)率降低以及尿蛋白、血肌酐、尿素氮升高，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致糖尿病患者死亡。DN的發(fā)病機(jī)制包括腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、腎小管間質(zhì)纖維化、腎小球硬化、細(xì)胞外基質(zhì)過(guò)度積累、系膜擴(kuò)張等；此外，炎癥和氧化應(yīng)激也可能在DN的發(fā)生和進(jìn)展中起重要作用。

長(zhǎng)期高血糖會(huì)減少上皮細(xì)胞標(biāo)志物上皮鈣黏素的表達(dá)，增加間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物α-SMA、波形蛋白和神經(jīng)鈣黏素的表達(dá)[33]，其中α-SMA常常作為纖維化的標(biāo)志。小檗堿可降低DN大鼠24 h尿蛋白、血肌酐、尿素氮水平，下調(diào)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、α-SMA、波形蛋白的表達(dá)，抑制DN腎臟纖維化[34]。TGF-β導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)沉積，在DN病程進(jìn)展中有重要作用。小檗堿通過(guò)激活核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor elytroid-derived 2-related factor 2，Nrf2)通路以及兩個(gè)Nrf2靶向抗氧化基因磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化還原酶-1和血紅素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)，抑制TGF-β/Smad/EMT通路，消除高糖誘導(dǎo)的EMT和氧化應(yīng)激，改善糖尿病大鼠的腎纖維化[35]。在高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的DN小鼠中，小檗堿通過(guò)抑制TLR4/NF-κB通路減輕炎癥反應(yīng)，改善足細(xì)胞凋亡，降低FBG、腎體比、24 h尿蛋白、血肌酐及尿素氮水平[36]。Sun等[37]的研究也表明，小檗堿對(duì)DN的保護(hù)作用與抑制TGF-β/Smad3所致的腎臟纖維化及NF-κB介導(dǎo)的腎臟炎癥相關(guān)。

小檗堿通過(guò)調(diào)控TGF-β介導(dǎo)的MMPs/基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMPs)系統(tǒng)，增加MMP2/TIMP2和MMP9/TIMP1，抑制纖連蛋白和Ⅳ型膠原，從而減少細(xì)胞外基質(zhì)積聚[38]。小檗堿還可通過(guò)降低晚期糖基化終末產(chǎn)物的生成抑制晚期糖基化終末產(chǎn)物受體的表達(dá)，從而抑制TGF-β和蛋白激酶C-β，改善DN[39]。Zhao等[40]發(fā)現(xiàn)，小檗堿改善DN與激活A(yù)MPK相關(guān)，AMPK可能是治療DN的一個(gè)重要靶點(diǎn)。

2.3糖尿病神經(jīng)病變 小檗堿可以通過(guò)血腦屏障，對(duì)糖尿病導(dǎo)致的神經(jīng)病變具有一定療效。糖尿病患者有發(fā)生認(rèn)知功能缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿改善db/db小鼠的認(rèn)知障礙，與激活SIRT1及抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)[41]。糖尿病是阿爾茨海默病和血管性癡呆的危險(xiǎn)因素，如果未有效干預(yù)2型糖尿病的認(rèn)知功能障礙，其可能逐漸發(fā)展為生活自理能力缺陷和人格、個(gè)性改變，甚至出現(xiàn)癡呆癥。Yin等[42]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可抑制內(nèi)皮細(xì)胞miR-133a異常表達(dá)，上調(diào)鳥(niǎo)苷三磷酸環(huán)化水解酶1的表達(dá)，改善糖尿病大鼠血管性癡呆。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病神經(jīng)病大鼠模型中，小檗堿可抑制海馬組織中p38 MAPK和c-Jun氨基端激酶水平，增加神經(jīng)突蛋白的表達(dá)，顯著改善大鼠的記憶能力[43]。糖尿病相關(guān)的認(rèn)知缺陷與內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)中糖的攝取及代謝有關(guān)，毒性因子 β淀粉樣蛋白42(β-amyloid 42，Aβ42)是阿爾茨海默病的標(biāo)志物，炎癥和IR促進(jìn)糖尿病生成Aβ42[44]。有研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿通過(guò)激活PI3K/Akt/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白和MAPK通路，下調(diào)神經(jīng)元中NF-κB和蛋白激酶C的表達(dá)，抑制糖尿病大鼠內(nèi)側(cè)前額皮質(zhì)中促炎因子的釋放和IR，促進(jìn)大腦中糖的吸收，減少Aβ42的生成，從而改善糖尿病相關(guān)的認(rèn)知缺陷[45]。

炎癥和氧化應(yīng)激在糖尿病神經(jīng)病變中發(fā)揮著重要作用。糖尿病神經(jīng)病變患者還具有感覺(jué)異常、痛覺(jué)過(guò)敏等癥狀，小檗堿可阻斷蛋白激酶C通路，抑制瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1的活化，降低促炎因子TNF-α的表達(dá)，減輕糖尿病神經(jīng)性疼痛[46]。小檗堿通過(guò)調(diào)控PI3K/Akt/GSK3β信號(hào)通路，改善tau蛋白磷酸化，升高SOD水平，降低丙二醛水平，改善氧化應(yīng)激，對(duì)糖尿病大鼠發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[47]。Nrf2是抗氧化酶基因轉(zhuǎn)錄的一個(gè)重要調(diào)控因素，可以緩解氧化損傷。Hsu等[48]研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿通過(guò)激活PI3K/Akt和Nrf2/HO-1，增加谷胱甘肽、SOD、Bcl-2水平，降低ROS、細(xì)胞色素C、Bax和胱天蛋白酶水平，減輕氧化應(yīng)激和凋亡，表明小檗堿有神經(jīng)保護(hù)作用。研究還發(fā)現(xiàn)，在高糖環(huán)境下，小檗堿可促進(jìn)Nrf2易位，上調(diào)HO-1和神經(jīng)生長(zhǎng)因子的表達(dá)，減少ROS的生成，促進(jìn)神經(jīng)突生長(zhǎng)[49]。

3 小 結(jié)

近年來(lái)，小檗堿的臨床應(yīng)用價(jià)值不斷被發(fā)現(xiàn)。小檗堿具有降糖平穩(wěn)、來(lái)源廣泛、不良反應(yīng)少、使用簡(jiǎn)便安全、價(jià)格低廉以及耐受性、依從性好、可長(zhǎng)期使用等優(yōu)勢(shì)，而且妊娠期或分娩時(shí)也可用[50]。小檗堿用于治療糖尿病及其并發(fā)癥，可改善其癥狀、延緩病情進(jìn)展。但有研究稱(chēng)，小檗堿是P-糖蛋白底物，其在腸道凈吸收的降低，導(dǎo)致小檗堿生物利用度下降[51]。而P-糖蛋白抑制劑環(huán)孢菌素A和維拉帕米可增強(qiáng)小檗堿的吸收，具體作用機(jī)制還需進(jìn)一步探討。另外，小檗堿還存在臨床用量、安全性和不良反應(yīng)等問(wèn)題，需進(jìn)一步研究闡明。因此，小檗堿作為降糖藥物還有許多問(wèn)題亟待解決。