基于葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的中藥調(diào)控2型糖尿病胰島素抵抗研究新進(jìn)展

李 斌，李 鑫，范 源△

(1. 云南中醫(yī)學(xué)院中藥學(xué)院，昆明 650200； 2. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)診斷學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410007)

隨著生活水平的提高，生活方式的改變及人口老齡化的增加，糖尿病尤其是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)的發(fā)病率呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)[1]。胰島素抵抗(Insulin Resistance, IR)是驅(qū)動(dòng)T2DM發(fā)生發(fā)展的主要因素，胰島素受體異常及受體后信號(hào)通路的傳導(dǎo)障礙導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(Glucose transporter, GLUT)功能異常是引發(fā)IR的重要機(jī)制，主要表現(xiàn)為肝臟、骨骼肌及脂肪等胰島素敏感的靶組織對(duì)葡萄糖攝取和利用障礙[2]。

T2DM屬于中醫(yī)學(xué)“消渴”范疇，中醫(yī)藥以其多途徑、多靶點(diǎn)、多環(huán)節(jié)的整體網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)特點(diǎn)在改善IR方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[3]。現(xiàn)代研究表明[4-5]，中藥及其復(fù)方可降低T2DM胰島素抵抗模型大鼠的空腹血糖(fasting blood glucose, FBG)、空腹胰島素(fasting insulin, FINS)水平，可增加脂肪細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞等對(duì)葡萄糖的利用，增加細(xì)胞膜上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的數(shù)量，從而增加葡萄糖的消耗，明顯改善IR的狀態(tài)。本文擬選取與IR密切相關(guān)的GLUTs，對(duì)中藥及其復(fù)方改善T2DM胰島素抵抗研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為T2DM臨床防治及創(chuàng)新中藥的篩選與研發(fā)提供新思路。

1 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的概述

目前，在人身上已發(fā)現(xiàn)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體有14種，均屬于GLUTs家族成員，由葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體SLC2(Solute link carrier 2)基因編碼的約500個(gè)氨基酸殘基組成，有12個(gè)跨膜片段。表1顯示，本文基于其氨基酸序列的相似性將GLUTs分為三類：一類有GLUT-1,2,3,4,14；二類有GLUT-5,7,9和11；三類有GLUT-6,8,10,12和H+/肌醇轉(zhuǎn)運(yùn)體(H+/myo-inositol transporter, HMIT)。因不同的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體對(duì)糖類物質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)和調(diào)節(jié)特性，所以它們的生理功能和組織分布大不相同。

2 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體與2型糖尿病胰島素抵抗的關(guān)系

IR指正常水平胰島素生物學(xué)效應(yīng)降低的一種現(xiàn)象，以肝臟及周圍組織的糖脂代謝紊亂為主要特征[9]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，機(jī)體組織細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用主要依賴于GLUTs介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散，GLUTs是一種膜蛋白，通常在缺少胰島素刺激時(shí)主要儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)囊泡，當(dāng)胰島素經(jīng)血液循環(huán)與靶組織細(xì)胞胰島素受體(insulin receptor, InsR)結(jié)合后，引起InsR和胰島素受體底物(Insulin receptor substete-1/2,IRS-1/2)的磷酸化，繼而激活胰島素信號(hào)通路，通過一系列的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致GLUTs易位至細(xì)胞膜，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，從而增加外周組織和肝臟對(duì)葡萄糖的攝取和利用，使血糖水平下降[10]。GLUTs是胰島素下游信號(hào)通路中的重要靶蛋白，而GLUTs介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用是機(jī)體糖代謝過程中的一個(gè)限速步驟，是維持體內(nèi)糖穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵，其表達(dá)減少或功能缺陷均可引發(fā)IR[11]。研究顯示[12]，磷脂酰肌醇-3-羥激酶/蛋白激酶B(phosphatidyl inositol 3-kinase/Protein kinase B, PI3K/Akt)信號(hào)通路是胰島素信號(hào)傳導(dǎo)的主要通路，其對(duì)部分GLUTs具有調(diào)控作用，對(duì)調(diào)節(jié)糖脂代謝具有重要意義。此外，腺苷酸活化蛋白激酶(AMP activated protein kinase, AMPK)信號(hào)通路和過氧化物酶體增殖物激活受體(Peroxisome proliferator activated receptor,PPAR)信號(hào)通路[13]，對(duì)GLUTs蛋白的表達(dá)與功能調(diào)節(jié)也有重要影響。

表1 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分布及生理功能[6-8]

3 基于葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的中藥治療2型糖尿病IR研究進(jìn)展

GLUTs是中藥治療T2DM的重要靶標(biāo)之一。研究表明，糖耐康(人參、夏枯草、女貞子、番石榴葉、三白草)可改善肥胖Zucker大鼠的IR狀態(tài)，增加骨骼肌Akt和p-Akt(Thr308)的表達(dá)，促進(jìn)GLUT-4的易位，改善外周組織對(duì)葡萄糖的利用[14]。交泰丸出自明代《韓氏醫(yī)通》，由黃連、肉桂2味藥物組成，是治療心腎不交型不寐的經(jīng)典方劑。研究發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)T2DM患者有不同程度的心煩不寐、心悸不安、腰酸耳鳴等心腎不交癥狀，而交泰丸用于糖尿病的治療不僅改善患者睡眠、降血糖、調(diào)血脂，還可激活A(yù)MPK抑制肝臟的糖異生過程，上調(diào)GLUT-4蛋白的表達(dá)，促進(jìn)外周組織對(duì)葡萄糖的攝取，從而改善db/db小鼠葡萄糖耐受及IR[15]。中成藥津力達(dá)(人參、黃精、蒼術(shù)、麥冬等)可改善高脂飲食所致胰島素抵抗大鼠的糖脂代謝，減輕肝臟的氧化應(yīng)激，改善胰島素信號(hào)通路中InsR、IRS-1、PI3K、Akt和GLUT-2蛋白的表達(dá)水平，結(jié)果提示津力達(dá)可能通過調(diào)節(jié)IRS-1/PI3K/Akt/GLUT-2信號(hào)通路減輕大鼠的IR[16]。防風(fēng)通圣散(由黃芩、甘草、桔梗、大黃、荊芥穗等17味藥物組成)可治療一切風(fēng)熱燥證，方中汗、下、清、利四法通用且三焦并治，臨床應(yīng)用甚為廣泛。防風(fēng)通圣散可增加糖尿病C57BL/6 J小鼠肝臟和骨骼肌組織中AMPK的磷酸化，促進(jìn)骨骼肌GLUT-4蛋白表達(dá)，抑制糖異生，改善小鼠的高血糖狀態(tài)[17]。糖脂清方(赤芍、桑葉、荷葉、丹參、山楂葉)通過調(diào)控IRS-1/PI3K/Akt信號(hào)通路上調(diào)糖原合成酶(Glycogen synthase, GYS)和GLUT-4水平而改善L6肌小管的IR狀態(tài)[18]。益氣增敏方(黃芪、黃連、黃柏、生蒲黃、綠豆衣、紫蘇葉、澤瀉等)可促進(jìn)骨骼肌組織GLUT-4由胞漿轉(zhuǎn)位至胞膜，有效改善T2DM大鼠的IR[19]。

桑葉是我國(guó)重要的傳統(tǒng)中藥品種，歷代均有用桑葉治療消渴的記載。研究發(fā)現(xiàn)[20]，桑葉多糖可增加胰島細(xì)胞Bcl-2/Bax的比值，促進(jìn)胰腺-十二指腸同源盒-1 (Pancreatic duodenal homeobox-1, PDX-1)mRNA和GLUT-2蛋白的表達(dá)，抑制T2DM模型大鼠胰島細(xì)胞的凋亡，改善胰島β細(xì)胞分泌胰島素的能力，從而表現(xiàn)出一定的抗糖尿病作用?？鄥ⅫS酮可改善2型糖尿病KKAy小鼠的葡萄糖耐受，使血糖和胰島素水平恢復(fù)正常，其作用機(jī)制可能與激活A(yù)MPK通路調(diào)控GLUT-4的轉(zhuǎn)位有關(guān)[21]。黃連具有清熱燥濕、瀉火解毒的功效，歷代醫(yī)籍本草中多有記載，臨床療效顯著。黃連多糖具有顯著的抗氧化活性，可增加T2DM大鼠谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase, GSH-PX)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(Catalase,CAT)的活性，降低丙二醛(Malondialdehyde, MDA)的含量，并且抑制c-Jun氨基末端激酶(c-Jun amino terminal kinase, c-JNK)和磷酸化IRS-1的表達(dá)，上調(diào)磷酸化PI3K-p85和GLUT-4水平，結(jié)果提示黃連多糖的抗糖尿病作用可能與JNK/IRS1/PI3K/GLUT-4通路有關(guān)[22]。小檗堿是黃連中的主要藥效成分，能夠調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路，促進(jìn)GLUT-4的易位而改善L6肌小管的胰島素抵抗[23]；此外，小檗堿還能促進(jìn)體外L929成纖維細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取，原因與其激活GLUT-1的活性有關(guān)[24]。黃芪多糖可改善KKAy小鼠骨骼肌的胰島素的抵抗?fàn)顟B(tài)，促進(jìn)蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB)的磷酸化及GLUT-4的易位[25]。訶子酸可通過激活PPARγ通路促進(jìn)3T3-L1脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取，增加GLUT-4蛋白的表達(dá)和脂聯(lián)素的分泌[26]。番石榴葉提取物可改善糖尿病大鼠骨骼肌的IR狀態(tài)，可能與其調(diào)節(jié)胰島素相關(guān)信號(hào)通路、增加細(xì)胞膜中GLUT-4的量和脂聯(lián)素受體1的表達(dá)有關(guān)[27]。GLUT-2低親和力的轉(zhuǎn)運(yùn)活性，負(fù)責(zé)包括果糖在內(nèi)糖類物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，高果糖的攝入可使肝臟脂質(zhì)的代謝紊亂，最終導(dǎo)致IR的發(fā)生。番石榴葉提取物可影響GLUT-2表達(dá)而影響肝臟果糖的攝入，減輕氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等，從而改善大鼠的IR狀態(tài)[28]。桂皮提取物可調(diào)控編碼糖原合成激酶-3β(Glycogen synthesis kinase-3β,GSK-3β)、胰島素樣生長(zhǎng)因子受體1/2(Insulin-like growth factor receptor-1/2, IGFR-1/2)等蛋白的基因轉(zhuǎn)錄，上調(diào)GLUT-1 mRNA的水平，改善小鼠3T3-L1脂肪細(xì)胞的IR[29]。柚子皮提取物可預(yù)防高脂飲食誘導(dǎo)C57BL/6小鼠的代謝紊亂狀態(tài)，通過激活PPARα/GLUT-4信號(hào)通路調(diào)節(jié)糖脂代謝，改善葡萄糖耐受及IR[30]。槲皮素可促進(jìn)C2C12骨骼肌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取，通過激活A(yù)MPK促進(jìn)GLUT-4轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜；且槲皮素還可激活肝臟AMPK，抑制肝臟糖異生的關(guān)鍵酶，磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6- phosphatase, G-6-Pase)的表達(dá)[31]。闊葉山麥冬水提物可減少OLETF大鼠腹部脂肪的積累，降低血糖水平，明顯下調(diào)GLUT-1和GLUT-3的表達(dá)水平[32]。 穿龍薯蕷總皂苷可改善糖尿病大鼠的糖脂代謝紊亂，減輕IR狀態(tài)，下調(diào)核因子-κB(Nuclear factor-κB, NF-κB)蛋白的表達(dá)，上調(diào)IRS-1、p-Akt，p-AMPK和GLUT-4的表達(dá)水平，抑制腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素-β(Interleukin-β,IL-β)、PEPCK、G-6-Pase、GSK-3β基因的表達(dá)[33]。蜂膠提取物可通過PI3K和AMPK雙重信號(hào)通路調(diào)控L6肌小管中GLUT-4的易位，增加葡萄糖的攝取[34]。姜黃素可抑制糖尿病大鼠胰腺組織的炎癥應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)胰島β細(xì)胞，使升高的促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL1-β、干擾素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)水平下降，增加GLUT-2的含量[35]。仙鶴草三萜化合物可促進(jìn)3T3-L1前脂肪細(xì)胞的分化及改善其IR狀態(tài)，主要與促進(jìn)PPARγ基因的表達(dá)、上調(diào)GLUT-4和脂聯(lián)素的水平相關(guān)[36]。沒食子酸可部分激活PPARγ，增加葡萄糖的攝取，通過激活大鼠附睪脂肪組織PI3K/p-Akt信號(hào)通路，促進(jìn)GLUT-4的易位，從而明顯改善2型糖尿病大鼠的IR[37]。

4 結(jié)語與展望

研究證明，胰島素信號(hào)通路功能障礙是IR發(fā)生的主要因素之一，而GLUTs是胰島素信號(hào)通路的重要靶蛋白，對(duì)維持機(jī)體葡萄糖的代謝具有重要作用。中藥對(duì)改善IR具有顯著療效，尤其是調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路的傳導(dǎo)，刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的易位，增加葡萄糖的攝取和利用是中藥及其復(fù)方改善IR的主要途徑之一。

中藥在治療胰島素抵抗方面有極大的優(yōu)勢(shì)和潛力。大量研究表明，中藥及其復(fù)方可調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的易位和(或)表達(dá)，增加機(jī)體對(duì)葡萄糖的利用，明顯改善胰島素抵抗。然而胰島素抵抗發(fā)生的機(jī)制復(fù)雜多樣，調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體信號(hào)通路錯(cuò)綜復(fù)雜，信號(hào)通路之間存在相互影響及其他細(xì)胞因子的干擾等，且目前研究技術(shù)與手段單一，并未系統(tǒng)、全面地進(jìn)行綜合性研究，因而亦難以全面闡釋基于葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的中藥及其復(fù)方改善胰島素抵抗的作用機(jī)制。因此在今后的研究中，應(yīng)將體內(nèi)和體外藥理作用研究緊密結(jié)合，運(yùn)用多種現(xiàn)代生命科學(xué)研究技術(shù)與手段，全面、系統(tǒng)地探究基于葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的中藥及其復(fù)方調(diào)控2型糖尿病IR分子機(jī)制研究，為2型糖尿病的防治提供新的思路。