黃連素降糖作用機制研究進展

第四軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科 （西安710032）

李曉苗 王海軍＃ 李 源▲ 付建芳 王 莉 周 潔 邢 影 高 彬 綜述 姬秋和 審校

黃連素是從毛茛科黃連屬植物黃連Coptis chinensis franch、三角葉黃連Cdeltoided Cychenget hsido或云連Cteetoidescycheng的根莖中提取到的一種有效化學(xué)成分。目前發(fā)現(xiàn)其它中藥如黃柏、關(guān)黃柏等數(shù)十種植物中也含有黃連素。黃連素（Berberine，BBR）又稱為小檗堿，是一種從黃連、黃柏和白毛莨等植物中提取的季銨型異喹啉類生物堿，是一種廣譜抗菌藥物。其作為一種胃腸道抗感染藥，療效確切，除此之外還有顯著的抗癌、抗心力衰竭、抗心律失常、降低血壓、抗動脈粥樣硬化、改善脂肪肝等作用。近十年來研究發(fā)現(xiàn)黃連素有較好的降血糖作用，但其降糖作用確切機制尚不明確。本文就目前研究發(fā)現(xiàn)的黃連素降糖作用機制進行綜述。

1 黃連素性質(zhì)

黃連素的分子式［C20H18NO4］＋Cl－，分子量371.8，黃色針狀結(jié)晶，熔點145℃，可溶于熱水、乙醇。能與氯仿和丙酮等生成復(fù)合物，其水溶液具有黃綠色熒光。黃連素的含量測定方法主要有HPLC法、紫外可見分光光度法、原子吸收法等。

2 黃連素降糖作用

在實驗研究中陳其明等［1］首次報道黃連素有降血糖作用，能降低正常小鼠、四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠和自發(fā)性糖尿病小鼠的血糖，并能改善自發(fā)性糖尿病KK小鼠的糖耐量。宋菊敏等［2］用黃連素治療鏈脲佐菌素誘發(fā)的T2DM大鼠，發(fā)現(xiàn)用黃連素30、60、120min后，大鼠血糖水平降低，血清胰島素水平也降低。高從容等［3］采用葡萄糖一胰島素耐量試驗觀察黃連素對高脂飲食誘發(fā)的胰島素抵抗大鼠胰島素敏感性的影響，結(jié)果顯示黃連素能增強其胰島素敏感性，其作用與二甲雙胍無顯著性差異；此外，黃連素還能提高其肝糖原含量。倪艷霞［4］首次臨床報道用黃連素治療2型糖尿病患者60例，給予黃連素0.3～0.5g，3次／d，結(jié)果患者血糖明顯下降，血清胰島素水平上升，總有效率達90%，且無明顯副作用。張明等［5］在選用磺脲類藥物治療2型糖尿病的基礎(chǔ)上，A組加用黃連素，B組加用二甲雙胍，研究結(jié)果顯示兩組治療后空腹血糖均明顯下降（P＜0.05），血清胰島素及C肽水平均下降（P＜0.01），兩治療組比較無顯著性差異，說明黃連素與二甲雙胍都能增加周圍組織對胰島素敏感性。魏敬［6］報道黃連素對于2型糖尿病合并脂肪肝的患者，可降低患者的谷丙轉(zhuǎn)氨酶水平，提高其胰島素敏感性，改善胰島素抵抗。

3 黃連素降血糖作用機制

3.1 黃連素對胰島素分泌影響：胰島素分泌不足及胰島素抵抗是糖尿病的發(fā)病機制。目前就黃連素對于胰島素分泌的影響報道不一。翁建平［7］等研究表明2型糖尿病大鼠模型經(jīng)黃連素處理后，肝臟胰島素信號通路沒有變化，但肝臟的糖異生基因（PEPCK，G6Pase）和肝臟脂肪沉積基因（FAS）顯著下調(diào)，具體機制與抑制肝核轉(zhuǎn)錄因子 FoxO1、SREBP1、ChREBP密切相關(guān)，黃連素對線粒體的抑制和AMPK的激活是其減少肝糖異生基因和脂肪合成基因的作用通路。在培養(yǎng)肝細胞，黃連素可減少耗氧細胞內(nèi)三磷酸腺苷（ATP）的水平。提出黃連素改善糖脂代謝不依賴于胰島素作用，黃連素下調(diào)空腹血耱和肝臟脂肪變性的可能機制與線粒體抑制和AMPK激活有關(guān)。孫衛(wèi)平［8］進一步深入探討了早期胰島素處理對2型糖尿病大鼠肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的影響。發(fā)現(xiàn)早期胰島素處理能緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（下調(diào)Bip，IREla，XBP1），逆轉(zhuǎn)了肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致的胰島素信號通路阻滯（IRS－1－AKT），同時對JNK，EBP1也有明顯抑制，引起肝臟內(nèi)脂肪向脂肪組織再分布轉(zhuǎn)移，提高胰島素敏感性，部分解釋了早期胰島素治療改善胰島素敏感性的病理生理機制。殷峻［9］證實黃連素使人肝癌細胞株Hep G2細胞呈非胰島素依賴性的葡萄糖消耗量增加，推測其降糖作用是通過增加肝細胞的葡萄糖耗氧量，并不是直接刺激胰島素的分泌。Zhou L等［10］發(fā)現(xiàn)黃連素顯著增加胰島細胞的AMPK活性，通過cAMP信號通路調(diào)節(jié)胰島素的分泌。黃連素以不同濃度（1、3、10、30μmol／L）孵育24h能增強原代分離大鼠胰島細胞和胰腺癌 MIN6細胞的葡萄糖刺激的胰島素分泌（GSIS）和游離脂肪酸誘導(dǎo)的胰島素分泌。黃連素還可通過胰島素樣生長因子（IGF）－1的級聯(lián)反應(yīng)增加葡萄糖刺激的胰島素分泌。Wang ZQ等［11］黃連素能增加胰島細胞的肝細胞核因子（HNF）4αmRNA和蛋白質(zhì)的表達水平，促進胰島素基因的轉(zhuǎn)錄活化、維持胰島細胞正常功能，發(fā)揮對胰島細胞的保護作用及調(diào)節(jié)葡萄糖代謝等方面都起重要的作用。黃連素呈濃度依賴性地增加胰島細胞的HNF4amRNA和蛋白質(zhì)的表達水平，發(fā)揮對胰島細胞的保護作用。Yin J等［12］運用胰島B細胞瘤細胞3（BTC3）細胞株做胰島素釋放實驗，卻沒有發(fā)現(xiàn)黃連素具有促胰島素釋放作用。

3.2 黃連素改善胰島素抵抗：胰島素抵抗是指胰島素作用的靶器官（主要是肝臟、肌肉和脂肪組織）對胰島素作用的敏感性降低。組織中胰島素作用主要涉及胰島素受體及其調(diào)節(jié)過程、受體后信息傳遞至發(fā)揮效應(yīng)的過程以及影響體脂含量和分布異常的過程等。脂毒性是2型糖尿病發(fā)病機制中的重要因素。血循環(huán)中FFA濃度過高以及非脂肪細胞（主要是肌細胞、肝細胞、胰島β細胞）內(nèi)脂質(zhì)含量過多可通過各種有關(guān)途徑導(dǎo)致胰島素抵抗，最終導(dǎo)致糖尿病。

Lee YS［13］等在胰島素抵抗和胰島素受體兩種動物模型中證實了黃連素可以改善其胰島素抵抗。結(jié)果表明：在不改變飲食的情況下，黃連素可以減輕高脂飼養(yǎng)的Wistar大鼠血漿中的甘油三酯含量，改善其胰島功能。黃連素在兩種動物模型中均可減輕大鼠的體脂量并且改善其糖耐量異常，蛋白質(zhì)印跡結(jié)果證實黃連素下調(diào)脂肪和肌肉組織的脂質(zhì)合成基因表達，如脂肪酸合成酶、ADD1／SREBPlc、PPAR等表達水平，使脂肪組織和肌肉組織的能量消耗增加。并且研究發(fā)現(xiàn)黃連素能夠增加3T3－L1脂肪細胞和L6肌管中AMP啟動蛋白激酶的活性，提示黃連素改善胰島素抵抗可能通過干涉AMPK啟動蛋白激酶2通路發(fā)揮作用。鄭偉［14］發(fā)現(xiàn)黃連素可使胰島素抵抗大鼠的TNFa、FFA水平明顯降低，提示黃連素通過抑制FFA和TNFa的過度分泌而減輕胰島素抵抗。Ko BS［15］證實黃連素能夠顯著增加脂肪細胞對胰島素的敏感性，改善游離脂肪酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗，其機制可能為黃連素促進磷酸肌醇3激酶和胰島素信號通路蛋白質(zhì)的表達?？梢栽黾?T3－L1脂肪細胞中的胰島素刺激的葡萄糖攝取，增強胰島素受體底物（IRS）1酪氨酸磷酸化以及磷脂酰肌醇3激酶－蛋白激酶B（PI3KAkt）通路中絲氨酸磷酸化，且細胞膜上葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白－4（GLut4）也增多，提示黃連素通過激活I(lǐng)RS－1－PI3K－Akt－GLUT－4通路，增加胰島素刺激的葡萄糖攝取。黃連素具有不同于傳統(tǒng)降脂藥物的作用機制。劉栩晗［16］究結(jié)果顯示高脂飲食及結(jié)合小劑量鏈脲菌素建立的2型糖尿病及胰島素抵抗模型地鼠脂肪變的肝臟中SREBPs基 因、SREBPs切割激活蛋白（SCAP）基因、蛋白酶S1P和S2P基因和SREBPs靶基因的表達增加，胰島素誘導(dǎo)基因（Insigs）的表達降低，表明黃連素有效地改善胰島素抵抗，同時逆轉(zhuǎn)SREBPs、其調(diào)控基因及靶基因表達的改變。SREBPs轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)參與黃連素治療2型糖尿病地鼠脂誘性肝胰島素抵抗。ZhouL［10］等研究結(jié)果顯示黃連素降低糖尿病大鼠中肝臟重量及肝臟指數(shù)，能夠恢復(fù)增高的血糖、TC和TG，并降低其低密度脂蛋白和載脂蛋白Al的水平。試驗結(jié)果還顯示，糖尿病大鼠中PPARa表達明顯增加，黃連素能夠調(diào)節(jié)PPAR受體的活動，改善高血糖、高血脂以及脂肪變性。Yi P［17］發(fā)現(xiàn)軟脂酸（0.5mmol／L）誘導(dǎo)的胰島素抵3T3－L1脂肪細胞，與黃連素同時孵育能夠升高胰島素刺激的葡萄糖攝取能力，胰島素受體底物（IRS）－1和PI3Kp85表達增加，磷酸化IKB激酶（IKK）B（Ser181）和IRS－1（Ser307）蛋白質(zhì)表達下降，同時核 NFKBp65表達減少。

3.3 黃連素與GLP－1：1974年人們發(fā)現(xiàn)了葡萄糖依賴性促胰島素多肽（Glucose－dependent insulinotropic polypeptide，GIP），到80年代中期胰高糖素樣肽－1（Glucagon like peptide－1，GLP－l）也隨之發(fā)現(xiàn)。GLP－1主要由遠端腸道的L細胞分泌，還分泌胰高糖素樣肽－2（GLP－2）。GIP和GLP－1分泌后在體內(nèi)由DPP－Ⅳ快速裂解而失去生物學(xué)效應(yīng)。在成人腸道中L細胞分布不均，各段腸管L細胞的密度由近端向遠端遞增，直腸最多，其次是結(jié)腸和回腸。GLP－1可作用于胰島β細胞，促進胰島素基因的轉(zhuǎn)錄、胰島素的合成和分泌，并可刺激胰島β細胞的增殖和分化，抑制胰島β細胞凋亡，增加胰島β細胞數(shù)量。此外，GLP－1還可作用于胰島α細胞，抑制胰高血糖素的釋放，并作用于胰島δ細胞，促進生長抑素的分泌。還可延緩胃排空，延緩食物吸收而發(fā)揮降糖作用［18］。Yu Y［19］研究發(fā)現(xiàn)小檗堿可提高正常小鼠糖負(fù)荷后GLP－1分泌，促進Roglucagon mRNA表達及腸道L細胞增生，在體外NCI－H716細胞中小檗堿促進GLP－1分泌呈濃度依賴性。抑制PKC及AMPK途徑均可抑制小檗堿介導(dǎo)的GLP－1分泌。研究結(jié)果表明，小檗堿通過促進GLP－1分泌及生物合成發(fā)揮降糖作用，一些信號通路包括PKC途徑參與了這一過程。

3.4 黃連素對胰島β細胞的影響： Tang［20］證實黃連素可以恢復(fù)糖尿病大鼠受損的胰腺組織。Ko BS等［15］黃連素可引起Min 6胰島13細胞株的葡萄糖刺激后胰島素分泌，促進胰島B細胞增生。倪艷霞等［1］通過實驗動物的病理學(xué)檢查，觀察黃連素對糖尿病大鼠胰島B細胞的影響，結(jié)果提示黃連素有促進胰島B細胞修復(fù)的作用。

3.5 黃連素對葡萄糖吸收的影響：Cormet Boyaka E等［21］通過Caco－2細胞模型對黃連素的吸收和對腸道葡萄糖吸收酶活性影響的研究表明：黃連素在腸道內(nèi)幾乎不吸收，但能有效抑制小腸上皮細胞上二糖酶的活力，對葡萄糖在Caco－2細胞上的攝取也有一定抑制作用，提示黃連素的降血糖作用像α糖苷酶抑制劑一樣在腸道發(fā)揮作用。推測其主要是通過抑制蔗糖酶、麥芽糖酶等二糖酶的活力，從而減少葡萄糖吸收，降低餐后高血糖。在葡萄糖為11.1mmol／L，5～100μmol／L黃連素增加HepG2肝細胞的32%～60%葡萄糖攝取，這一作用隨著葡萄糖濃度的增加而降低，葡萄糖5.5mmol／L時黃連素促葡萄糖攝取能力達到最佳，而在葡萄糖濃度增加至22.2mmo1／L時則作用消失，另外黃連素對肝臟細胞的促葡萄糖攝取作用與二甲雙胍類似，即基礎(chǔ)狀態(tài)的葡萄糖攝取增加［13］。黃連素能夠濃度和時間依賴性的增加3T3－L1脂肪細胞的葡萄糖攝取，12h達到最佳，還能促進前脂肪細胞的葡萄糖攝取，對脂肪細胞的促葡萄糖攝取作用與胰島素有相加作用，不同于胰島素的是，PI3K抑制劑Ortmannin和P38MAPK抑制劑SB203580均不能阻斷黃連素的促葡萄糖攝取作用［10］。葡萄糖吸收入血后，首先需要依賴于GLUTs才能進入細胞開始在體內(nèi)的代謝?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的GLUTs有14種。GLUT1在人類所有組織中均存在，對葡萄糖分子有很高的親合力，因此在相對低濃度胞外葡萄糖的狀態(tài)下也能轉(zhuǎn)運葡萄糖分子。GLUT4主要存在于胰島素敏感的骨骼肌、脂肪細胞和心肌中，分布在胞漿內(nèi)和胞膜上，直接介導(dǎo)葡萄糖向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運［22］。在沒有胰島素刺激時，主要位于細胞內(nèi)的GLUT4儲存囊泡中，當(dāng)胰島素與受體結(jié)合后，激發(fā)一系列級聯(lián)效應(yīng)，導(dǎo)致富含GLUT4的囊泡向細胞外膜移動，囊泡膜與細胞外膜融合，GLUT4轉(zhuǎn)位至細胞外膜，與葡萄糖結(jié)合并發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，將葡萄糖轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)后恢復(fù)原來結(jié)構(gòu)。黃連素顯著增加胰島素的敏感性，盡管黃連素處理的3T3－L1脂肪細胞和L6骨骼肌細胞GLUT4的表達量未發(fā)生改變，但能激活A(yù)MPK和PI3K信號通路的作用下增加GLUT4向細胞膜的轉(zhuǎn)位［23］。黃連素還可通過AMPK磷酸化（部分通ERK1／2磷酸化）增加GLUT4的表達和轉(zhuǎn)位活性，增加正常狀態(tài)和胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)的3T3－L1脂肪細胞基礎(chǔ)葡萄糖攝取和胰島素刺激的葡萄糖攝取能力。

4 展 望

目前黃連素降血糖作用的主要機理是降低體內(nèi)胰高血糖素水平，促進胰島β細胞再生與功能恢復(fù)，使血清胰島素水平升高，抑制肝臟糖原異生，促進外周組織對葡萄糖的酵解以及抑制醛糖還原酶等；小檗堿對內(nèi)脂素表達的調(diào)節(jié)作用可能是其改善機體胰島素抵抗、降低血糖的機制之一；小檗堿可顯著改善2型糖尿病合并血脂異?；颊哐?、血脂及胰島素抵抗指標(biāo)的水平，對代謝綜合征可能具有治療作用。小檗堿通過抑制NF－κB的活化轉(zhuǎn)位調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達而改善游離脂肪酸誘導(dǎo)的胰島素抵抗［5］。我們在前期的臨床工作中發(fā)現(xiàn)黃連素對遠端腸道黏膜的生長、修復(fù)有其作用，表明黃連素可能通過腸道促使GLP－1分泌而發(fā)揮降糖作用。黃連素最初是用于抗菌止瀉藥，作用部位主要在腸道，其藥代動力學(xué)表明黃連素在各腸段均有吸收，吸收量以空腸最多，其次為十二指腸、回腸段和結(jié)腸段。因此提示黃連素降糖的效應(yīng)部位是否也在遠端腸道某一部位。研究發(fā)現(xiàn)在腸粘膜的L細胞中腸促胰素系統(tǒng)異?？赡苁?型糖尿病的重要發(fā)病機制。那么小糪堿是否作用于L細胞，調(diào)控腸促胰素GLP－1發(fā)揮降糖作用，還是通過調(diào)節(jié)腸道菌群，刺激GLP－1分泌，或抑制了葡萄糖的吸收，促進葡萄糖在腎臟的排泄而降低血糖呢？系統(tǒng)地研究黃連素作用于腸道降低血糖的作用與腸道L細胞分泌GLP－1的關(guān)系，是否具有促進腸道L－細胞分泌胰高糖素樣肽－1（GLP－1）以及其分子機制，為黃連素能夠治療糖尿病帶來新的視角并為臨床治療和藥物開發(fā)提供新的靶點和思路。

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