小檗堿治療糖尿病及其并發癥的研究進展*

李博洋，閔 清，王 剛，邵開元，胡文祥，4*

(1.湖北科技學院藥學院，湖北 咸寧 437100；2.北京神劍天軍醫學科學院京東祥鵠微波化學聯合實驗室；3.北京信息技術研究所；4.中國人民解放軍戰略支援部隊航天系統部)

小檗堿(BBR)，亦稱黃連素，是臨床上重要的藥用植物，一種天然型季銨型異喹啉類生物堿，廣泛分布于大戟科、毛茛科和罌粟科植物的根、根狀莖和莖中，分子式為C20H18NO4，分子量371.8，熔點145℃，一種黃色結晶粉末[1]。

小檗堿是黃連中最重要的生物堿之一，是其主要的有效成分。小檗堿應用歷史悠久，作為民間傳統藥材在中國、印度、伊朗等國家使用。在20世紀末，研究人員進行了臨床研究[2]，開發了小檗堿治療多種細菌引起的腹瀉，非常有效。小檗堿對于高血糖、心血管疾病、抗心律失常、抗炎、抗氧化、抗真菌、抗腫瘤同樣具有比較好的生物效應。現針對小檗堿在糖尿病中的作用如下綜述。

1 小檗堿的降糖作用機制

糖尿病(DM)是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，目前糖尿病的治療主要集中在血糖水平的控制上。可通過注射胰島素或口服降糖藥控制血糖，然而，不良反應或副作用可能與它們的使用有關，雖然胰島素是相對有效和安全的，但它也可能有造成低血糖的風險，且必須通過注射來使用，極不方便[3]。小檗堿是一種天然植物生物堿，原產于中草藥黃連中。早在公元220—420年就有關于糖尿病及其治療的記載，據《千金藥方》記載，黃連能夠治療消渴病，稱為“消渴圣藥”[4]。現代醫學分析，小檗堿具有明顯的降糖作用，在動物實驗和臨床研究中均得到證實。越來越多的實驗研究分析，小檗堿能夠降低血糖，其機制可能與下列功能有關，包括改善胰島素抵抗、調節糖脂代謝、抗氧化、抗炎、保護胰島細胞等。

1.1 改善胰島素抵抗

胰島素抵抗(IR)是指受胰島素影響的組織和細胞對胰島素作用的敏感性降低，是2型糖尿病(T2DM)發病的重要機制之一。小檗堿能夠參與機體內多種信號通路，調節血糖，增加胰島素受體敏感性，改善胰島素抵抗。其中研究最多的是腺苷酸活化蛋白激酶AMPK信號通路。AMPK是一種參與調節能量代謝和信號轉導的蛋白激酶，廣泛存在于肝臟、骨骼肌和脂肪組織中，同ATP呈正相關，從而調節糖脂代謝。在胰島素抵抗狀態下，蛋白激酶B(AKT)信號通路減弱，AMP可以增強AKT的磷酸化從而激活AKT。小檗堿同AMPK激動劑相似，直接激活AMPK或促進蘇氨酸172(Thr172)的磷酸化，從而降低Thr172的去磷酸化，間接激活AMPK[5]。Cai等[6]通過四氫嘧啶建立高血糖小鼠模型發現，小檗堿通過激動AMPK，增加AKT的表達，上調胰島素信號轉導途徑的關鍵分子胰島素受體底物2(Insulin receptor substratel 2，IRS-2)的mRNA和蛋白水平，降低空腹血糖和空腹胰島素水平，從而減輕胰島素抵抗。Zhang等[7]發現AMPK能使p38絲裂原活化蛋白(P38，MAPK)上調，在骨骼肌細胞和心肌細胞中，P38MAPK參與GLUT1(葡萄糖轉運蛋白)的激活。GLUT1可以提高人體的葡萄糖攝取能力、提高對胰島素敏感性，減少胰島素抵抗。

1.2 調節糖代謝

Kim等[8]通過研究小檗堿在胃腸道的吸收及其對胃腸道葡萄糖吸收酶活力的影響中發現，小檗堿在胃腸道幾乎不吸收，但能影響小腸上皮細胞上的一種葡萄糖吸收酶，從而抑制小腸上皮細胞吸收葡萄糖，由此可推論出小檗堿降低血糖的機制之一同α-糖苷酶抑制劑作用類似。Song等[9]在體外觀察小檗堿和二甲雙胍在人肝癌細胞HepG2中葡萄糖消耗量發現，小檗堿具有顯著的降糖作用，在一定范圍內，呈劑量相關性，且小檗堿同二甲雙胍在促進肝細胞吸收葡萄糖的作用類似，激活AMPK和PI3K信號通路上調Ⅰ型葡萄糖載體(GIUT4)的表達和轉位活性，促進葡萄糖吸收。GLUT4是葡萄糖的運輸載體，葡萄糖吸收入血后需要載體蛋白才能進入細胞完成代謝。

1.3 調節血脂代謝

2型糖尿病最常見的病理改變之一是脂代謝紊亂，糖尿病和脂代謝紊亂關系極其密切，TG和FFA的升高既造成胰島素抵抗又造成β細胞功能損害。小檗堿可以降低高膽固醇血脂中TG、TC和LDL-C，且沒有其他不良反應。大鼠血漿中小檗堿調節血脂代謝的機制和通路有多種。乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-Co Aarboxylase，ACC)在脂肪酸代謝過程中起到了重要作用。AMPK蛋白是ACC的一個上游調節因子，能夠上調ACC的表達。小檗堿通過激活上游調節因子AMPK，促進ACC的表達，加快糖、脂代謝。Li等[10]在脂肪組織中研究發現，小檗堿能夠抑制脂肪合成的基因，促進前脂肪細胞的增殖，減少脂質堆積，提示我們小檗堿能夠輕微減輕體重。

1.4 抗炎作用

小檗堿的抗炎作用是能夠減低體內炎癥因子，炎癥因子或加快糖尿病及糖尿病并發癥的發生或發展。炎癥因子是炎癥蛋白復合體，能夠識別損傷相關分子模式和病原相關分子模式，通過機械誘導和損傷誘導分泌導致細胞死亡。糖尿病患者體內出現糖、脂代謝紊亂，被認為是一種低度炎性疾病。而小檗堿最初被應用于胃腸道炎癥性疾病的治療，由此，人們猜測調節胃腸道微生物菌群是否是小檗堿治療糖尿病的機制之一[11]。Han等[12]認為，小檗堿的抗炎活性與通過抑制AMPK和TLR4介導的NF-κB信號通路有關，給予小檗堿治療的糖尿病大鼠，炎癥因子和促炎因子表達明顯降低，且抗炎癥因子表達增加，降低動脈粥樣硬化的發生。

1.5 保護胰島細胞

小檗堿能夠修復、改善胰島功能，保護胰島β細胞。胰島β細胞死亡和功能受損是導致糖尿病發病的原因之一。造成胰島β細胞凋亡、損傷的原因有很多，氧化應激中線粒體產生的活性氧(ROS)和一些炎癥因子會加快胰島β細胞的凋亡、損傷，減少胰島素的分泌。Chandirasegaran等[13]的報道稱小檗堿上調白細胞介素(interleukin IL-10)抗炎細胞因子的活性，抑制核因子NF-κB(nuclear factor-κBNF-κB)、F-α和環加氧酶2促炎的表達。殷峻等[14]研究發現小檗堿可促進損傷后的胰島β細胞胰島素的分泌，促進胰島β細胞增生，胰腺病理學研究顯示，小檗堿能夠修復胰島細胞。

1.6 抗氧化作用

近年來，臨床糖尿病人或實驗性糖尿病動物體內研究[15]分析顯示，在高糖或糖尿病環境下會造成活性氧蓄積、氧化應激增強，進一步加重氧化損傷，加速糖尿病的發病進程及糖尿病并發癥。賈文波等[16]研究分析，非肥胖糖尿病NOD小鼠體內，存在明顯的氧化失衡，蓄積的自由基攻擊胰島β細胞，外周組織對胰島素的敏感性降低，造成胰島素分泌不足和胰島素抵抗；李崢等[17]分別測定了2型糖尿病大鼠腎臟組織中超氧化歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的含量變化，證實糖尿病腎臟組織中出現脂質過氧化水平增高，氧化失衡，進而加劇糖尿病大鼠腎臟損傷。小檗堿具有調節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(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性，這類低分子物質被證明是能夠持續清除ROS的有利物質。糖尿病大鼠灌胃小檗堿4周，心肌線粒體內氧化損傷標志物(MDA)的含量和脂質過氧化物水平明顯降低，SOD、CAT等抗氧化劑活性升高，改善了糖尿病大鼠氧化應激[18]。Zhang等[19]分析發現小檗堿上調沉默調節因子1(silent information regulator 1，SIRT1)，抑制miR-106b靶基因的表達，降低MDA并增加SOD水平，以應對糖尿病小鼠體內的氧化應激。

2 小檗堿緩解糖尿病并發癥

2.1 糖尿病腦病(DE)

糖尿病腦病可導致中樞神經系統發生不同程度損傷，目前尚未準確定義。糖尿病患者長期脂質代謝紊亂，隨著病程的增加，微血管基底膜變厚，導致管腔變窄；血脂高、血液粘稠度增加，血液流速減慢，出現腦供血應不足，不能很好的對信息進行認識、加工、處理等，出現認知障礙(cognitive dysfunction，CD)。脂質過氧化損傷、神經營養因子保護作用減弱等同樣是引發認知功能障礙的病理基礎。總體來說，糖尿病腦病引起認知、神經生理結構發生異常。CD是一種中樞神經系統退行性疾病，臨床上常表現為癡呆、健忘、學習功能下降等。有研究分析[20]，糖尿病是CD的單一危險因素，糖尿病人患CD的風險是正常人的1.2～1.5倍，出現阿爾茲海默癥(AD)的風險是正常人的1.6倍。抗氧化酶在糖尿病病人體內發生糖化或氧化，中樞神經系統中氧自由基大量蓄積，出現脂質過氧化損傷和氧化損傷，破壞細胞結構和DNA，導致細胞死亡。近年有研究[21]中發現，BBR能夠穿過血腦屏障，對T2DM患者的神經元損傷有良好的療效。小檗堿抑制炎癥因子淀粉樣蛋白Aβ的釋放，抑制ACh E活性，A被認為是AD出現的標志物；激活磷酸肌醇3激酶PI3K/Akt/GSK3途徑，減輕胰島素抵抗和糖尿病腦病相關蛋白Tua過度磷酸化，Tua蛋白是AD最早出現的分子水平上的異常之一；增強BDNF是腦內的神經營養因子，能夠促進神經元發育、調節突觸傳遞和突觸可塑性以及改善恢復認知障礙。BDNF在模型大鼠海馬CA1區的表達，增強神經營養因子對海馬神經元的保護作用，延緩糖尿病性腦病的發生。

2.2 糖尿病腎病(DN)

糖尿病腎病是糖尿病常見并發癥之一，主要病變發生在腎臟微血管，是終末期腎臟病的第二位原因。DN主要病理改變是腎小球微血管基底膜增厚及微循環出現障礙，出現腎小球硬化癥。腎小球濾過膜發生病變，濾過率降低，導致尿蛋白、血肌酐、血清尿素氮等的升高，這是導致糖尿病腎病發展成為終末期腎臟病原因之一，也是糖尿病腎病患者死亡因素之一[22]。觀察四氧嘧啶誘導的糖尿病小鼠腎臟組織和高糖培養的腎小球系膜細胞，在小檗堿治療后相關腎功能指標變化。實驗發現[23]，給予小檗堿治療后，小鼠血糖值、腎重/體重比值、尿素氮、微白蛋白/肌酐比值等相關腎功能指標發生顯著變化，小檗堿能夠有效降低糖尿病小鼠血糖、腎重/體重比值、尿素氮、微量白蛋白/肌酐比值等指標。在高糖環境下，體內高分子活性ROS加劇腎小球濾過膜的滲透性。Cheng等[24]分析發現，小檗堿對高糖誘導的系膜細胞損傷具有一定的療效。小檗堿能通過上調Keap1-Nrf2/ARE信號通路，有效減低Keap1蛋白的表達，加快抗氧化分子轉錄因子核因子E2相關因子2(Nrf2)的分泌，促進SOD的合成，降低糖尿病腎病大鼠腎臟內氧化應激、炎癥和纖維化水平皮細胞損傷。在高脂聯合低劑量SZT誘導的2型DN大鼠腎臟模型中出現炎細胞浸潤，炎癥因子如MCP-1、TNF-α等在腎臟細胞中大量表達，黃連素通過抑制NF-κB通路減輕2型DN大鼠腎臟炎癥，給予小檗堿治療后，浸潤的巨噬細胞減少且炎癥因子表達顯著降低。在SZT誘導的糖尿病腎病大鼠模型中，小檗堿可激活腎小球系膜細胞(HGMCs)AMPK，刺激thr172磷酸化水平升高，增強HGMCs自噬作用，從而保護高葡萄糖誘導腎臟細胞的損傷[25]。

2.3 糖尿病心肌病(DCM)

糖尿病心肌病是糖尿病常見并發癥之一，獨立于其他心臟病(高血壓性心臟病、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病)，是一種特異性心臟病。糖尿病患者長期糖脂代謝紊亂加劇心肌纖維化和心肌局灶性壞死，是造成心衰、心律失常、心源性休克的主要原因，是糖尿病患者常見的、嚴重的慢性并發癥，也是2型糖尿病患者死亡的因素之一。代謝障礙是糖尿病心肌病發生的重要因素之一，研究[26]介紹了，通過鏈脲佐菌素聯合高糖、高脂誘導糖尿病大鼠，大鼠表現出胰島素抵抗、能量代謝紊亂等問題，在此基礎上出現心肌細胞脂質過氧化增強、糖利用障礙，進而導致心肌細胞脂質毒性增加、能量供應不足。小檗堿通過降低糖尿病小鼠胰島素抵抗、空腹血糖(FBG)、三酰甘油(TG)、膽固醇(TC)以及心臟游離脂肪酸(NEFA)含量；上調心肌組織脂肪酸跨膜轉運載體蛋白FATPs的表達，減少脂質在心肌組織過量聚集，抑制心肌纖維化和心室重構，在治療糖尿病心肌病，小檗堿通過調節血糖血脂保護心肌細胞，對心肌缺血再灌注造成的損傷具有一定的療效。Dong等[27]利用血管緊張素Ⅱ建立心肌細胞肥大模型，檢測心肌細胞中AMPK蛋白表達變化，發現隨時間進行AMPK的表達呈下降趨勢，激活AMPK通路有效預防心肌肥大的發生。心臟是人體中最需要的器官之一，心肌缺血時，AMP/ATP比值增加，AMPK激活，能夠促進無氧糖酵解，從而激活AS160，促進葡萄糖轉運體的膜轉位和葡萄糖的攝取，增加ATP的供應；在心肌再灌階段，持續的激活AMPK能夠抑制乙酰輔酶A(ACC)，而ACC能夠抑制丙二酰輔酶A(malonyl-CoA)的形成，從而促進脂肪酸進入線粒體進行氧化供能，而脂肪酸的持續氧化能夠抑制葡萄糖的氧化過程，有效減少心肌梗死面積。小檗堿通過調節葡萄糖和脂質代謝直接或間接地保護心肌細胞，還可通過調節心肌細胞膜上K+離子通道，抑制延遲去極化時間、縮短有效不應期導致的心室顫動、心律失常等問題。

3 結 論

小檗堿通過多重機制控制血糖水平，同時其抗氧化作用能夠延緩糖尿病并發癥進程，由于其廣泛的生物活性和在天然植物中的大量可用性，小檗堿已被用作降糖藥物的先導化合物，為后續降糖新藥的研發提供重要基礎。