達明飲所含主要有效成分對糖尿病視網膜病變治療的作用機制

田梓廷 何才姑 孫 河 董霏雪 王麗媛 龐慶寶 高 青

(1 黑龍江中醫藥大學,哈爾濱,150040; 2 福建中醫藥大學,福州,350000; 3 黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院眼科,哈爾濱,150040)

糖尿病視網膜病變(Diabetic Retinopathy,DR)是由糖尿病引起的視網膜微血管損害所導致的典型病變,在我國糖尿病人群中發病率為24.7%～37.5%,嚴重影響患者的視力。當患者體內的葡萄糖無法通過正常途徑代謝時,視網膜的微循環會受到侵害,進而引發微動脈血管瘤、靜脈擴張及靜脈串珠樣改變和視網膜水腫、出血及硬性滲出等后果。后期可出現增殖病變,以新生血管形成、纖維增生、玻璃體積血及視網膜牽拉等為特征,預后不良[1]。DR的發病機制尚不十分明確,推測其主要涉及氧化應激、炎癥反應、新生血管形成及視網膜神經元凋亡等機制[2]。

早期中醫眼科將DR變歸為“視瞻昏渺”“云霧移睛”范疇,后細化稱為“消渴內障”,與“消渴翳障”(糖尿病性白內障)合稱為“消渴目病”。隨著中醫眼科對DR病因病機及證治研究的逐步深入,中醫藥在臨床中得到廣泛應用,中醫治療因其具備多重作用靶點及影響通路,療效確切且不良反應較小的特點,凸顯出其治療DR的優勢。孫河教授以益氣養陰、補益肝腎、化瘀止血、通絡明目為治法,擬方達明飲治療DR[3],該方在長期臨床應用和實驗研究中被證實確有療效,但尚缺乏中藥成分方面的理論支撐。

1 達明飲中主要有效成分的前期研究

網絡藥理學研究發現,將達明飲中主要藥味“三七”“蒲黃”“黃精”“黃芪”“川芎”“女貞子”作為檢索詞[4],輸入中藥系統藥理學數據庫內查找中藥的主要有效成分,篩選出口服生物利用度≥30%且類藥性≥0.18的有效成分共68種。再結合DR靶點預測,進行藥物成分-疾病-關鍵靶點的網絡藥理學分析,檢測達明飲中Degree值較高的有效成分有：槲皮素(Quercetin)、山柰酚(Kaempferol)、黃芩素(Baicalein)、木犀草素(luteolin)、薯蕷皂素(Diosgenin)、β-谷甾醇(beta-Sitosterol),主要涉及白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、絲裂原激活蛋白激酶8等41個作用靶點,提示以上有效成分可能與治療DR相關。通過基因本體(Gene Ontology,GO)功能富集分析發現,主要涉及生物過程、細胞組分和分子功能,通過京都基因和基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析發現,主要涉及凋亡信號通路、磷脂酰肌醇-3-激酶-絲氨酸/蘇氨酸激酶信號通路等10條信號通路。

2 主要有效成分治療DR的作用機制

前期研究表明,達明飲能有效降低DR患者血清中同型半胱氨酸、腫瘤壞死因子-α、低密度脂蛋白、糖化血紅蛋白及尿液中尿微量白蛋白含量,擴張眼底血管,增加血流量,有效降低血液黏度,改善血氧循環,提高視網膜對缺血缺氧的耐受力,減少視網膜出血、滲出、水腫等病理改變,減緩視網膜血管內皮細胞重塑,改善視網膜微循環,提高患者視力,減緩DR的進展[5-8]。推測其主要有效成分可能從調節血糖及脂代謝、改善視網膜狀態及重塑等方面,治療DR。現圍繞達明飲主要有效成分：槲皮素、山柰酚、黃芩素、木犀草素、薯蕷皂素、β-谷甾醇,分析總結其治療DR作用機制。

2.1 降低機體血糖

2.1.1 胰島功能保護作用 SUGANYA等[9]對鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠給予為期6周的口服槲皮素治療,發現糖尿病大鼠胰腺組織中胰島面積減少和胰島B細胞扭曲等病理變化有所減輕,槲皮素可以劑量依賴性地降低血糖水平,改善胰島素分泌;通過對內質網應激增強子結合蛋白同源蛋白、內皮素-1進行免疫組織化學分析,發現槲皮素可以降低由胰腺內質網應激誘導的內皮功能障礙;槲皮素還可以減少糖尿病大鼠中一氧化氮和環磷酸鳥苷水平,通過抑制內質網應激介導的氧化應激反應,改善糖尿病大鼠的內皮功能;減輕糖尿病大鼠的脂質過氧化情況,增加糖尿病大鼠胰腺的總抗氧化能力,保護胰腺的結構及功能。在以非肥胖性糖尿病小鼠為研究對象時,梁光榮等[10]發現山柰酚能夠通過調節輔助性T細胞1/輔助性T細胞2平衡,對胰島B細胞起到保護作用;在以瘦素受體自發性突變2型糖尿病小鼠為研究對象時,LI等[11]發現,山柰酚可通過調控胰島素受體底物以及下游的叉頭框蛋白O1等因子的表達,促進胰島B細胞的轉化和增殖,增加B細胞數量,促進胰島素分泌。魏雪芳等[12]對2型糖尿病大鼠模型進行黃芩素灌胃治療后發現,黃芩素組大鼠較模型組大鼠空腹血糖有所下降,血清胰島素水平上升,胰腺組織勻漿中氧化產物丙二醛含量下降,且超氧化物歧化酶活性上升,胱天蛋白酶-3(Caspase-3)含量降低。提示黃芩素能降低機體血糖、增加胰島素分泌,可能與其改善胰腺氧化應激水平、抑制胰島細胞凋亡相關。另外,MA等[13]發現,薯蕷皂素能通過抑制磷酸二酯酶3B表達,減弱氧化應激反應,抑制胰腺細胞凋亡,促進胰腺細胞活力,增加胰島素分泌,并且有可能是通過調節腺苷酸活化蛋白激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路達到的。

2.1.2 胰島素抵抗改善作用 彭晶等[14]發現槲皮素能夠明顯增加棕櫚酸誘導胰島素抵抗人肝癌細胞的葡萄糖消耗,增加人肝癌細胞中蛋白激酶B(Protein Kinase B,PKB,AKT)的磷酸化水平,降低糖原合成酶激酶-3β磷酸化水平;下調葡萄糖6磷酸酶mRNA和蛋白表達,上調葡萄糖激酶mRNA和蛋白表達,證實槲皮素改善胰島素抵抗的機制可能與其激活AKT信號通路密切相關。YANG等[15]發現黃芩素同樣可以增加胰島素抵抗人肝癌細胞的葡萄糖消耗,增加丙酮酸激酶和葡萄糖激酶活性,上調胰島素受體、胰島素受體底物1、磷酸肌醇3-激酶、AKT和葡萄糖轉運蛋白2的表達水平,下調葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶的表達水平。證實黃芩素可通過促進葡萄糖攝取和糖酵解,抑制肝細胞的糖異生,加快葡萄糖代謝,能有效改善胰島素抵抗。

2.1.3 脂代謝調節作用 JEONG等[16]為4周齡的瘦素受體自發性突變小鼠提供為期6周的含有0.04%槲皮素或0.08%槲皮素的飲食,發現與對照組相比,槲皮素可以增加血漿中脂聯素水平,降低血漿中三酰甘油及總膽固醇含量,增加高密度脂蛋白含量,其調節機制可能與減少脂質過氧化物生成、減輕小鼠線粒體功能障礙有關。SRINIVASAN等[17]對鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠給予槲皮素治療,結果顯示當給藥劑量為75 mg/kg時,槲皮素能有效降低大鼠的血糖、三酰甘油、低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白和總膽固醇的含量,并提升高密度脂蛋白含量。LI等[18]發現長期(57 d)應用木犀草素可以降低肥胖小鼠血清中低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白膽固醇和三酰甘油含量,改善小鼠脂代謝異常。近期研究中,WANG和WANG[19]總結發現薯蕷皂素也同樣具有改善血脂的功效。

2.1.4 綜合調節作用 達明飲中有效成分通過降低血糖對DR起到治療作用,往往是多方面進行協同調節的。SHI等[20]發現槲皮素不僅可以保護胰島B細胞,促進胰島B細胞增殖,增加胰島素分泌,同時還可以增強組織和器官中葡萄糖的攝取,改善胰島素抵抗,抑制α-葡萄糖苷酶生成,減少腸道葡萄糖吸收,從而起到降低血糖的作用。吳巧敏等[21]在研究山柰酚防治2型糖尿病時發現,山柰酚具有保護胰島B細胞功能、改善胰島素抵抗、降低血糖和血脂,以及保護糖尿病視網膜微血管病變等作用。LUO等[22]發現山柰酚能劑量依賴性改善大鼠血脂、胰島素含量及胰島素敏感性,通過抑制胰島素受體底物1和核因子κB抑制激酶磷酸化水平,下調核因子κB信號通路,降低腫瘤壞死因子-α、IL-6等炎癥介質水平,抑制機體炎癥反應,改善胰島素抵抗情況。劉洋等[23]對高脂高糖飲食聯合腹腔注射鏈脲佐菌素造模的大鼠實施持續8周的黃芩素喂養后,發現黃芩素不僅能有效降低大鼠空腹血糖、餐后2 h血糖,還能改善糖尿病大鼠脂代謝功能,降低大鼠血清總膽固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白水平,提高高密度脂蛋白水平,對高脂高糖飲食2型糖尿病大鼠的糖脂代謝具有良性調節作用。此外,應巧等[24]發現木犀草素能降低2型糖尿病大鼠空腹血糖、血清胰島素、胰島素抵抗指數水平,升高胰島B細胞功能指數和胰島素敏感性檢測指數,且高劑量組改善糖尿病胰島素抵抗的效果更為明顯。ROSILES-ALANIS等[25]研究發現,β-谷甾醇除了可以增加胰島素分泌和肝糖原儲備,還可以通過上調葡萄糖轉運蛋白4、受體G蛋白偶聯受體40、過氧化物酶體增殖物激活受體γ(Peroxisome Proliferators-activated Receptorγ,PPARγ)mRNA的表達,通過多途徑起到降低血糖的作用。

2.2 改善非增殖性糖尿病視網膜病變

2.2.1 抗氧化、抗凋亡及抗炎作用 王冬艷等[26]研究證實,經槲皮素干預后,糖尿病大鼠視網膜神經纖維層水腫減輕,內叢狀層、內外核層排列趨于規則,超氧化物歧化酶的水平升高,脂質過氧化產物丙二醛水平降低,抗細胞凋亡關鍵蛋白B細胞淋巴瘤-2(B-cell Lymphoma-2,Bcl-2)的表達上調,同時,反映細胞凋亡程度的Bcl-2相關X蛋白的表達下調,說明槲皮素能有效抑制由高糖誘導的視網膜組織凋亡。吳巧敏等[27]發現,山柰酚不僅能改善2型糖尿病大鼠糖脂代謝,還能降低丙二醛、醛糖還原酶水平,升高超氧化物歧化酶水平,發揮抗氧化作用;降低白細胞介素-6、腫瘤壞死因子-α水平,發揮抗炎作用,從而減緩糖尿病大鼠慢性并發癥的發生和發展。DU等[28]發現山柰酚可以改善由碘酸鈉誘導的視網膜組織病理改變和視網膜細胞凋亡,下調視網膜變性大鼠視網膜色素上皮細胞中血管內皮生長因子蛋白的表達,其機制可能與山柰酚的抗氧化活性和抗凋亡功能相關,表明山柰酚在預防和治療由氧化應激介導的視網膜病變方面具有潛在作用。OTHMAN等[29]研究證實,黃芩素能有效降低DR小鼠視網膜中12/15-脂氧合酶衍生物、活性氧的含量,抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase,NOX)2的表達,起到抗氧化的作用;降低視網膜中白細胞介素-6、細胞間黏附分子-1和血管細胞黏附分子-1含量,使視網膜緊密連接-1蛋白的表達恢復正常水平,減低糖尿病大鼠的視網膜血管通透性,減輕視網膜炎癥及水腫情況。YANG等[30]發現,經木犀草素治療4周后的糖尿病大鼠體內血糖水平明顯下降,視網膜組織中核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(NOD-like Receptor Protein,NLRP)1、3炎癥小體及NOX4含量下降,氧化應激情況有所減輕,其機制可能與木犀草素調節大鼠NLRP/NOX4信號通路相關,應用木犀草素能有效預防DR大鼠視網膜的病理性凋亡。另外,周亞男[31]發現木犀草素可以劑量依賴性上調核因子E2相關因子2、血紅素氧化酶-1 mRNA的表達,減少丙二醛含量,增強超氧化物歧化酶活性,減輕視網膜氧化應激反應,以改善大鼠視網膜形態改變及神經節細胞數目減少情況,對糖尿病大鼠視網膜起到保護作用。柳月霞等[32]證實,β-谷甾醇能降低由高糖誘導的人臍靜脈內皮細胞內活性氧和一氧化氮生成,提高細胞活力,下調核因子κB信號通路,減少一氧化氮合酶和環氧合酶-2的含量,減輕人臍靜脈內皮的細胞氧化應激損傷和炎癥反應。

2.2.2 神經保護作用 DR眼底發生的氧化應激反應,生成病理產物,不僅能誘導眼底水腫、硬性滲出,甚至出血等情況的發生,還具有一定的視神經損害作用,故緩解視神經損害,對改善非增殖期DR具有重要作用。KUMAR等[33]發現,槲皮素對糖尿病視網膜的神經保護作用主要是通過上調非酶抗氧化物谷胱甘肽及酶類抗氧化物含量,下調多種炎癥介質水平,抑制核因子κB、Caspase-3、膠質原纖維酸性蛋白和水孔蛋白4的過表達,以達到減輕糖尿病視網膜神經纖維層和血管周圍水腫的目的,緩解糖尿病視網膜神經變性。后期研究中,OLA等[34]發現槲皮素除了可以增加抗氧化物谷胱甘肽水平,減輕氧化應激反應,減緩視網膜凋亡進程外,還可以提高大鼠視網膜中腦源性神經營養因子、神經生長因子、酪氨酸激酶受體B和突觸素表達水平。證實槲皮素可以有效改善神經營養因子及其下游信號分子,是一種合適的神經保護藥物,能預防早期糖尿病視網膜視神經病變。

此外,ZHAO等[35]發現山柰酚對高糖損傷的視網膜神經節細胞的細胞活力、Caspase-3活性和活性氧水平具有一定影響作用,結果表明山柰酚可能通過特異性調節血管生成抑制蛋白1信號通路,對高糖誘導的視網膜神經節細胞損傷起到保護作用。王星等[36]論述黃芩素可能通過對多元醇通路的抑制作用,抵抗氧化、硝化應激,抑制糖基化終末產物的形成,減低絲裂原活化蛋白激酶P38、蛋白激酶C、12/15-脂氧合酶及胞漿型磷脂酶A2的活性,對糖尿病周圍神經病變起到保護作用,減輕糖尿病視神經損害。LENG等[37]發現,薯蕷皂素可以降低糖尿病小鼠的血糖水平,減輕小鼠坐骨神經的組織水腫及變性情況;降低小鼠坐骨神經中丙二醛的含量,增加超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性,減低神經毒害作用,提升神經的抗氧化能力;上調核因子E2相關因子2、血紅素加氧酶-1和相關抗氧化因子的表達,有效改善糖尿病周圍神經病變。

2.3 改善增殖性DR 達明飲中有效成分改善增殖性DR,主要是通過改善視網膜新血管生成、視網膜微血管病變等作用機制進行調節的。CHEN等[38]發現,槲皮素可減輕DR大鼠視網膜細胞空泡化、新血管生成等病理變化,可能與其能降低細胞中單核細胞趨化蛋白1、基質金屬蛋白酶9和血管內皮生長因子的表達密切相關。LI等[39]發現,槲皮素具有改善DR視網膜新生血管病變的作用,可能與其抑制NLRP3炎癥小體和自噬信號通路有關。劉貴波等[40]發現PPARγ激動劑山柰酚,不僅能有效降低高糖、高脂飼料喂養聯合腹腔注射鏈脲佐菌素構建的2型糖尿病大鼠模型的空腹血糖和胰島素抵抗情況、改善糖脂代謝紊亂,還可通過上調大鼠胰島素樣生長因子-1,下調E選擇素、血管內皮細胞生長因子和基質金屬蛋白酶-2的表達,發揮對視網膜微血管病變的保護作用,減緩視網膜新生血管生成,延緩DR增生性病變的發生和進展[41]。

徐曉紅等[42-43]研究發現,山柰酚可明顯抑制人視網膜內皮細胞的增殖、遷移、遷移距離和發芽情況,減低糖尿病樣環境下人視網膜內皮細胞中血管內皮生長因子和胎盤生長因子的mRNA表達水平及蛋白質含量,能有效抑制視網膜新血管生成。同期研究中,WU等[44]發現山柰酚還可以減低人視網膜內皮細胞中雌激素相關受體α的mRNA表達水平及蛋白質含量,再次證實山柰酚可靶向抑制由高糖誘導的視網膜新血管生成。此外,研究者發現木犀草素同樣具有減輕DR微血管病變的作用,它可以抑制由血管內皮生長因子升高誘導的人臍靜脈內皮細胞、人視網膜微血管內皮細胞和猴脈絡膜-視網膜細胞的過度增殖[45-46]。冉述敏[47]發現薯蕷皂素可能通過調節自噬作用,抵抗由血小板衍生生長因子誘導的血管平滑肌細胞異常增殖,也可以起到緩解視網膜微血管病變的作用。

3 其他

達明飲有效成分治療DR的其他作用機制,主要體現在改善眼底供氧,加快病理產物代謝等方面。BLASLOV等[48]發現2型糖尿病DR患者的平均紅細胞體積和紅細胞分布寬度有所上升,紅細胞特性發生改變,運載能力下降,提示可通過改善紅細胞異常,起到改善DR的作用。JASENOVEC等[49]發現槲皮素能降低老齡(1歲)糖尿病大鼠紅細胞的變形能力及在濃度范圍為0.45%～0.5%的氯化鈉低滲溶液中的滲透阻力,有效改善紅細胞特性的異常。

4 小結

達明飲為治療DR的經驗方,在長期的臨床應用中被證實確有療效,達明飲中有效成分可能通過抗凋亡、抗氧化、抗炎、降低血糖、保護神經、減少新生血管形成等作用機制,改善糖尿病患者視網膜病變,證實達明飲的有效性在中藥成分方面也具備充分的理論支持。

5 討論

現代社會中,由于遺傳、高糖、高熱量飲食、肥胖及精神壓力等因素,導致機體胰島素分泌絕對或相對不足的糖尿病人群日益增加,這也使對于DR的研究更具熱度。本文為達明飲中有效成分對DR的治療作用提供了充分的理論支持,但因現有國內外研究的不足,尚且缺乏對中藥成分特異性的研究,并且缺乏中藥成分的臨床療效研究作為驗證。相信對達明飲主要有效成分研究的進一步深入,將有利于指導臨床用藥及藥物制備,對提高有效成分的利用率,提升全方的療效,具有十分重要的臨床意義。

利益沖突聲明：無。