絲膠對糖尿病并發癥的干預作用研究進展

鐘冰冰，吳鳳婷，顏致宇，陳曉梅，徐禎，溫平鏡

（廣西中醫藥大學，廣西 南寧 530200）

0 引言

糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是由于體內胰島素分泌和（或）利用不足，引起以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，患者常有糖、脂肪、蛋白質以及水、鹽、酸、堿代謝紊亂[1]。汪會琴等[2]指出，2014年全世界有3.87億糖尿病患者。預計到2035年，糖尿病患病人數將增長55%，達到6億。隨著糖尿病病程的延長以及持續的高血糖刺激，容易引發全身血管損傷，影響腎臟、眼部、肝臟、生殖系統、神經系統的正常生理功能，從而導致相關并發癥的發生。

糖尿病在中醫中稱為“消渴癥”，《本草綱目》記載：“蠶繭方書多用，煮湯治消渴，古方甚稱之”，即用蠶繭湯治療糖尿病。天然蠶繭由約70%的絲素蛋白、25%的絲膠蛋白和5%的糖類、黃酮類、酚類等物質構成。繅絲過程中絲素蛋白制成蠶絲，絲膠蛋白則溶于水中，其分子量為20～400 kD，絲膠含十八種氨基酸，其中包括人體必需的八種氨基酸，絲氨酸、天門冬氨酸和甘氨酸含量較高，分別為33.43%，16.70%和13.49%[3-5]。絲膠因溶于繅絲廢水中被排走，不僅是對蛋白資源極大的浪費，還可能造成水資源的嚴重污染，因此，對絲膠進一步的研究開發對于環境保護、實際生產、醫學進步具有重要意義。

隨著絲膠結構和功能的研究逐漸深入，其越來越多的生物活性被發現。研究發現，絲膠對于糖尿病的血糖異常波動和脂代謝紊亂具有良好的預防作用[6-7]。近年發現，絲膠對糖尿病并發癥，如糖尿病腎病(Diabetic nephropathy, DN )、視網膜病變、肝臟傷、生殖功能障礙、認知功能障礙等疾病治療也取得較大進展。本文就目前國內外絲膠干預糖尿病并發癥的研究進行綜述，以期為絲膠進一步開發利用提供參考。

1 絲膠對DN的干預作用

DN是糖尿病的主要并發癥之一，主要原因是糖尿病引起腎微血管病變，初期表現為腎小球濾過率的增加，后出現微量白蛋白尿、動脈血壓升高、蛋白尿和體液潴留，最終導致腎衰竭[8-9]，30% ～ 40%的2型糖尿病（Type 2 diabetes mellitus,T2DM）患者最終會發展為終末期腎功能衰竭[10]。DN起病隱匿，一旦進入大量蛋白尿階段，其發展至終末期腎病的速度大約是其他腎臟病的14倍[11]。

研究發現，絲膠可降低血糖，減輕腎臟肥大，明顯改善DN大鼠的腎功能；絲膠預處理可有效預防糖尿病時腎功能損害的發生[12-20]。絲膠預處理可抑制DN腎臟中轉化因子-β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)/Smad 蛋 白3(drosophila mothers against decapentaplegic protein 3,Smad 3）信號通路的激活，防止基質金屬蛋白酶組織抑制因子-1(Tissue inhibitors of maprix metalloproteinases-1,TIMP-1)蛋白高表達導致的基質金屬蛋白酶(Matrix matalloproteinases,MMPs)活性的降低，從而預防DN 時細胞外基質(Extracellular matrix，ECM)的積聚和腎小球硬化[14]。絲膠可通過下調、血小板衍生生長因子(Platelet-derived growth factor,PDGF)和結締組織生長因子(Connective tissue growth factor,CTGF )的表達，使ECM合成減少，恢復 ECM 合成和降解的平衡，延緩腎小球硬化和腎間質纖維化的發生發展[15]。張雷等[16]還發現絲膠對T2DM時腎臟損傷具有保護作用，其機制可能與絲膠能抑制腎臟氧化應激損傷和激活磷脂酰肌醇-3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Protein kinase B,Akt)信號通路有關。

此外，細胞外調節蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases,ERK)、Ras 同 源 基 因/Rho相關卷曲蛋白激酶(Ras homolog gene/Rhoassociated coiledcoilcontaining protein kinase,Rho/ROCK)和p38絲裂原激活蛋白激酶(Mitogenactivated protein kinase,p38MAPK)等信號通路的激活、細胞因子的參與等因素也在DN的發生、發展中起到了重要作用[17-19]。絲膠可降低血糖、腎臟ERK蛋白的表達，抑制ERK信號通路的激活，減輕ERK信號通路介導的腎小球系膜細胞增殖、肥大，改善腎臟功能[17]。絲膠還可通過降低T2DM大鼠腎臟蛋白激酶C( Protein kinase C,PKC)、ROCK1的表達，改善糖尿病時腎臟Rho/ROCK信號轉導通路的異常，抑制細ECM聚積，延緩DN的發生發展[18]；Liu等[19]還發現絲膠可能通過下調腎臟絲裂原活化蛋白激酶6(Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase 6,MKK6)、p-p38MAPK、核因子-κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)、核苷酸結合寡聚結構域樣受體蛋白3(Nucleotide-binding oligomerization domainlike receptor protein 3,NLRP3)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(Cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase-1)、白細胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)和白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)的表達，抑制糖尿病時腎臟p38MAPK信號轉導通路的激活和NLRP3炎性體的活化，對糖尿病腎臟損傷有保護作用。綜上所述，絲膠對大鼠DN具有治療作用。

足細胞是腎小球血液濾過屏障的重要組成部分，足細胞受損可導致蛋白尿，足細胞損傷是 DN進展的核心事件[21]。研究發現，絲膠對高糖致足細胞損傷具有保護作用，可減少糖尿病時足細胞上皮間充質轉分化、脫離以及凋亡的發生[22-23]。研究表明，絲膠可提高微小核糖核酸-346(MicroRNA-346,miRNA-346)的表達水平，抑制高糖誘導的足細胞炎癥因子IL-6高表達，減輕炎癥反應，進而保護足細胞[21]。絲膠可通過miR-30a-5p靶向抑制鋅指轉錄因子1(Zinc finger transcription factor 1,Snai1)，上調上皮表型相關因子足突蛋白(podocin)、E-鈣 粘 蛋白(Epithelial cadherin,Ecadherin)、緊密連接蛋白1(Zonula occludens-1,ZO-1)的表達、下調間質表型相關因子成纖維特殊 蛋 白1(Fibroblast specific protein 1,FSP-1)、α-平滑肌肌動蛋白(Alpha smooth muscle Actin,α-SMA)、肌間線蛋白(Desmin)的表達，影響足細胞的上皮間質轉分化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)進程并降低足細胞的遷移率[22]。宋妤軒[23]發現絲膠干預組足細胞絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶1(Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 1,MEKK1)、絲裂原活化蛋白激酶激酶4(Mitogen-activated protein kinase kinase 4,MEKK4)、c-Jun氨基末端激酶1(c-Jun N-terminal kinase,JNK1)、絲裂原活化蛋白(c-Jun NH2-terminal kinases,c-Jun)的表達水平和足細胞早期凋亡率均明顯低于高糖組，表明絲膠可能通過抑制JNK信號通路減少足細胞凋亡。綜上所述，絲膠對足細胞具有保護作用，進而保護糖尿病腎臟損傷。

2 絲膠對糖尿病視網膜病變(Diabetic retinopathy,DR)的干預作用

DR是高血糖致眼底視網膜微血管發生的慢性病變，不可逆致盲是糖尿病眼病最嚴重的并發癥[24]。DR的發病機制復雜，主要涉及炎癥、氧化應激、多元醇途徑、己糖胺途徑、腎素-血管緊張素系統等[25]。研究發現，絲膠通過拮抗氧化應激和炎癥介質損傷，抑制視網膜炎性，抑制視網膜神經細胞凋亡等機制改善DR[26-33]。

絲膠持續激活核因子E2相關因子2(Nuclear factor erythroid2-related factor 2,Nrf2) /抗氧化反應元件(Antioxidant responsive element,ARE)/血紅素氧合酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)抗氧化信號通路，同時抑制NF-κB、腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)表達，下調視網膜炎性因子水平，從而延緩DR發展[26]。DR早期的重要病理特征是血視網膜屏障(Blood-retinal barrier,BRB) 損傷所致的視網膜血管通透性增加，炎性介質可破壞BRB結構完整性[27]。絲膠可能通過降低視網膜TNF-α含量，下調細胞間黏附分子-1(Intercellular adhesion molecule 1,ICAM-1)表達，上調閉合蛋白(Occludin)表達，減輕BRB損傷[28]。絲膠還可通過下調視網膜PKC、血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)、低 氧 誘 導 因 子-lα (Hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)表達，抑制視網膜病理性新生血管的形成，改善視網膜微循環障礙[29-30]。細胞凋亡參與DR神經組織損傷的重要過程。近年發現，絲膠可下調磷酸化c-Jun氨基末端激酶( phosphorylation c-Jun N-terminal kinase,p-JNK)、細 胞 色素c(Cytochrome -c,Cyt-c)、半胱氨酸天冬氨酸激酶-9 ( Cysteine aspartate kinase 9, Caspase-9)的表達，降低半胱氨酸天冬氨酸激酶-3( Cysteine aspartate kinase 3, Caspase-3)的活性，抑制JNK信號轉導通路，從而降低視神經細胞凋亡[31]。絲膠還可能通過下調T2DM大鼠視網膜葡萄糖調節蛋白78(Glucose regulated protein 78,GRP78)、半胱氨酸天冬氨酸激酶-12( Cysteine aspartate kinase 12,Caspase-12)和Caspase-3表達，從而抑制內質網應激介導的視神經細胞凋亡[32]。絲膠通過磷酸化Akt、下調促凋亡蛋白Bad(bcl-2-associated death protein,Bad)和 Caspase-9 來調控 PKB/Akt 信號轉導通路，進而抑制視神經細胞凋亡[33]。以上研究表明，絲膠通過抑制視神經炎癥、拮抗視神經氧化損傷及抑制視神經細胞凋亡，發揮對DR的保護作用。

3 絲膠對糖尿病肝臟傷的干預作用

肝臟作為糖脂代謝的重要器官，糖尿病發生時糖、脂肪、蛋白質以及水、鹽、酸堿代謝紊亂會導致肝損傷，而服用降糖藥物也可引起肝損傷，肝損傷又引起糖、脂肪代謝進一步紊亂，形成惡性循環[34]。絲膠可改善糖尿病大鼠的胰島素抵抗，促進肝糖原合成，起到降低血糖作用，從而保護糖尿病大鼠的肝臟傷，且絲膠相對于傳統降糖藥物毒副作用極少[35-37]。

胰島素是調節脂代謝的重要激素，胰島素抵抗通過影響脂代謝途徑，在T2DM相關肝損傷的發生發展中扮演重要角色[38]。絲膠可通過下調TRB3 的表達，上調肝組織中胰島素受體(Insulin receptor,IR)、胰島素受體底物-1(Insulin receptor substrate-1,IRS-1)、PI3K 和Akt等關鍵因子的表達，來增強肝臟胰島素 PI3K/Akt信號通路的轉導效應，進而降低血糖[35-37,39]。絲膠可能通過影響TNF-α的表達改善胰島素抵抗，通過影響肝細胞核因子4α(Hepatocyte nuclear factor 4 alpha,HNF-4α)的表達改善機體患糖尿病的易感性，降低血糖并保護糖尿病肝損傷[40]。Dong等[41]發現，絲膠可改善胰腺β細胞和肝組織的病理損傷，降低與肝臟糖異生和脂質代謝相關的G6Pase、磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶( Phosphoenolpyruvate carboxykinase,PCK)和乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl CoA carboxylase,ACC)的表達，并抑制炎癥相關的TNF-α、IL-6、P65和IκB激 酶β(Inhibitor kappa B kinaseβ,IKKβ)的表達，進而改善糖尿病肝損傷。

胰島素抵抗情況下，游離脂肪酸增多，肝臟無法代償，大量的甘油三酯在肝臟內沉積，最終肝細胞變性、脂肪肝形成。絲膠能顯著降低高脂飲食大鼠血清甘油三酯、膽固醇、磷脂、肝臟脂質和游離脂肪酸水平，提高血清脂聯素和胰島素水平，進而抑制血糖保護肝臟[42]。Ampawong[43-44]等還發現絲膠具有抗氧化作用，通過減少肝細胞內脂肪沉積，改善線粒體和內質網的完整性，降低血膽固醇從而改善脂肪肝；在高膽固醇血癥條件下，絲膠通過凋亡、自噬、能量維持和抗氧化作用來維持肝臟線粒體結構，減輕肝臟脂肪變性，保護肝功能。綜上所述，絲膠可通過抗氧化、改善胰島素抵抗、調節糖脂代謝、抑制炎癥、調節肝臟線粒體凋亡和自噬等機制改善糖尿病肝損傷。

4 絲膠對糖尿病患者生殖功能障礙的干預作用

隨著糖尿病的發病率不斷升高，且呈年輕化趨勢，糖尿病引起的全身大血管和微血管損傷也會影響到生殖系統的正常功能，其并發生殖功能障礙越來越受到社會的重視。近年發現，絲膠可改善糖尿病模型大鼠生精功能，提高生殖功能[45-46]。糖尿病模型大鼠血清生長激素(Growth hormone,GH)水平升高，睪丸GH表達上調，血清胰島素樣生長因子-1 ( Insulin-like growth factor-1,IGF-1)水平降低，睪丸生長激素受體(Growth hormone receptor,GHR)、IGF-1 表達下調，表明糖尿病模型大鼠存在明顯的GH /IGF-1 軸紊亂，生殖功能減退；絲膠可通過降低GH水平改善機體能量配布，上調GHR表達，減弱 GH 抵抗，提高 GH 介導的IGF-1 水平，改善糖尿病GH /IGF-1 軸紊亂，從而改善生精功能[47-48]。此外，絲膠可通過提高血清睪酮水平和上調睪丸增殖細胞核抗原(Proliferating cell nuclear antigen, PCNA)、c-fos 的表達，促進精原細胞向精母細胞轉化，提高生精細胞的增殖能力，促進精子發生及睪酮分泌，從而提高糖尿病模型大鼠的生殖功能[45-46]。

另外，研究發現，在體外成熟卵母細胞（IVM）培養基中添加絲膠和細胞因子等相關因子可以提高青春期前卵母細胞的發育能力[49]；0.1%和0.5%蠶絲素溶液可促進綿羊離體胚胎的發育，絲膠對胚胎的加速作用可能與桑蠶絲膠的有絲分裂作用有關，但絲膠作用的確切機制尚不清楚[50]；絲膠的抗氧化和抗凋亡活性提高了牛胚胎的發育能力和質量，為體外培養高質量胚胎提供了可能[51]。

5 絲膠對糖尿病認知障礙的干預作用

據統計，約37%的阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD) 患者同時患T2DM。糖尿病可使認知能力下降的風險增加1.2 ～1.5倍，使患上癡呆癥的風險增加1.6 倍[52]。糖尿病認知障礙主要表現為焦慮易怒，頭暈頭痛，注意力下降，記憶減退等癥狀[53]。糖尿病認知功能障礙由中樞神經系統結構改變、腦組織萎縮、海馬體積減小、神經組織電生理改變、海馬神經發生減少、神經前體細胞分化和增殖等病理改變所致[54]，其發病機制可能與糖-胰島素代謝異常，血管-神經病變，細胞凋亡和炎癥反應有關[55]。研究發現，絲膠可明顯降低糖尿病大鼠血糖，逆轉氧化應激，減少海馬神經細胞凋亡，抑制神經炎癥反應，可顯著提高糖尿病大鼠的空間學習記憶能力，改善認知障礙[56-62]。

胰島素及其信號通路調節障礙是糖尿病認知障礙發病及進展的因素之一[56]。絲膠可能通過降低糖尿病模型大鼠血糖和血清水平GH，下調海馬GH表達，并上調海馬中GHR和IGF-1的表達，進而通過改善海馬 GH-GHR/IGF-1 軸的功能改善學習記憶能力[57-58]。

高血糖可導致線粒體功能障礙，增加線粒體細胞色素C釋放，其進一步激活凋亡相關蛋白Caspase-3，導致神經元凋亡，誘發認知障礙[59]。絲膠可能通過上調T2DM大鼠海馬p-Akt、NF-κB的表達，下調Bad的表達，通過調節Akt信號轉導通路減少海馬神經細胞凋亡、改善認知障礙[60]。

Mohammadi等[61]發現，絲膠處理可降低兩腦區活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS)和脂質過氧化水平，恢復線粒體膜電位(Mitochondrial membrane potential,MMP)，提高總抗氧化能力和谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPx)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)的酶活性；絲膠可降低血清皮質酮濃度，抑制海馬體（Hippocampus,HIP）和前額葉皮層（prefrontal cortex ,PFC)的神經炎癥反應，表現為NF-κB、TNF-α和IL -1β水平的降低；絲膠通過下調促凋 亡 蛋 白Bax、Cyt-c、Caspase-9和Caspase-3，上調Bcl-2蛋白，抑制線粒體依賴的凋亡通路；Seyedaghamiri等[62]發現，絲膠通過抑制促炎細胞因子TNF-α和IL-1β以及增加抗炎因子IL-10來調節海馬炎癥，通過增強抗氧化標志物(TAC、SOD和GPx)和抑制丙二醛(Malonaldehyde,MDA)來抑制氧化應激，絲膠可明顯抑制海馬組織的凋亡。以上研究表明，絲膠可能通過改善線粒體功能障礙、抑制氧化應激、抑制神經炎癥和減少神經元凋亡來調節記憶和社交行為。

糖尿病腦病與海馬突觸可塑性的變化密切相關，包括突觸結構和功能的可塑性損傷。結構方面表現為突觸變性，功能方面主要體現在長時程增強(Long-term Potentiation,LTP) 的損傷[63]。陳志宏等[64]發現絲膠可明顯提高糖尿病大鼠的空間學習記憶能力，絲膠可通過下調糖尿病大鼠海馬神經元一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase,nNOS) 的表達，從而降低海馬過量的一氧化氮(Nitric oxide,NO)，減輕NO等對神經元的毒性，增強海馬的LTP效應，改善突觸傳遞，從而改善糖尿病認知障礙。絲膠可顯著降低糖尿病大鼠血糖、改善其海馬形態結構，改善腦組織的缺血缺氧狀態，從而下調血紅素加氧酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)的表達，減輕其代謝產物膽綠素、亞鐵離子(Fe2+)、一氧化碳(CO)等對神經系統的毒性作用，改善認知障礙[65]。

6 總結與展望

糖尿病是胰島素分泌不足或功能障礙所引起的慢性代謝綜合征，其持續的高血糖水平會導致全身血管損傷，逐漸發展可致大血管損傷和主要器官受損，引起多種并發癥，對人體的危害極大。糖尿病及其慢性并發癥已成為全世界重點關注的問題之一。

近年來，隨著對絲膠的藥理作用研究的深入，發現絲膠在糖尿病慢性并發癥的治療中具有一定的作用。研究表明絲膠具有調節血脂、降低血糖、改善胰島素抵抗、改善氧化應激、改善炎癥反應的作用，對于糖尿病腎臟病變、視網膜病變、肝臟傷、生殖功能障礙、認知障礙具有一定的改善及保護作用，且絲膠是天然的蛋白質，具有較好生物相容性，可避免化學合成藥物導致的毒副作用。

但絲膠對于糖尿病慢性并發癥的許多研究還處于實驗室階段，目前仍無法解釋絲膠對于糖尿病慢性并發癥的具體作用機制，未來亟待我們更加深入的研究，并探索絲膠相關臨床研究的可能性，以期為絲膠應用于糖尿病并發癥的臨床治療提供更多理論依據。