大黃酸改善糖脂代謝的相關機制

郭青玉 邵加慶

1南京大學醫(yī)學院 210000; 2南京大學附屬金陵醫(yī)院(東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院)內(nèi)分泌科 210002

肥胖與2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展密切相關。2型糖尿病患者常合并脂代謝異常，單純控制血糖不能完全消除糖尿病患者發(fā)生冠心病等大血管并發(fā)癥的潛在隱患。因此，同時改善糖、脂代謝的異常至關重要[1]。由于傳統(tǒng)中藥具有多靶點治療的特點，因此，從天然產(chǎn)物中尋找安全、高效的降糖、調(diào)脂藥物成為了研究熱點。

大黃是從蓼科植物根莖中提取的蒽醌類化合物，作為傳統(tǒng)中藥，在中國已有2 000多年的使用歷史。大黃具有瀉下攻積、涼血解毒、清熱瀉火、利濕退黃等功效。其主要成分大黃酸藥理作用廣泛，包括抗炎、抗氧化、抗纖維化、抗腫瘤、肝臟及腎臟保護作用等。近年有大量研究表明，大黃酸對肥胖、糖尿病、高脂血癥、非酒精性脂肪性肝病等代謝性疾病的治療作用顯著[2]。但其作用機制復雜，現(xiàn)從分子層面上對大黃酸改善糖、脂代謝的機制展開綜述。

1 絲裂原活化蛋白激酶(MARK)信號通路

胰島素與受體結合后，激活胰島素受體磷酸激酶，導致胰島素受體磷酸化。胰島素受體底物(IRS)-1的磷酸化在胰島素信號轉(zhuǎn)導中起重要作用，它可通過Ras-MARK信號通路對細胞核內(nèi)的絲裂反應進行調(diào)控，最終影響細胞生長、增殖和有絲分裂。MARK 作為信號轉(zhuǎn)導的中樞分子，可以參與4個家族的信號轉(zhuǎn)導，包括c-Jun氨基端激酶(JNK)、p38 MAPK、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2和ERK5。大黃酸可以調(diào)節(jié)MAPK信號通路的多個位點。其中，研究發(fā)現(xiàn)JNK信號通路的激活可以使高脂飲食的正常小鼠發(fā)生肥胖，并出現(xiàn)高血糖、高胰島素血癥、糖耐量下降及胰島素抵抗等[3]。JNK信號通路中的多種膜受體，如死亡因子、轉(zhuǎn)化生長因子β受體1以及多種信號分子，如死亡因子受體、轉(zhuǎn)化生長因子β、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細胞介素(IL)-1β均受大黃酸調(diào)節(jié)[4-5]。大黃酸可通過抑制JNK的磷酸化，改善其激活所致的胰島素抵抗及肥胖。既往眾多研究表明，IL-1β是引起胰島β細胞損傷及破壞的重要炎性因子，給予2型糖尿病大鼠IL-1β受體拮抗劑處理后，循環(huán)中炎性細胞因子水平下降，胰島素抵抗得到明顯改善。研究發(fā)現(xiàn)，100 mg/(kg·d)大黃酸可以顯著下調(diào)TNF-α和IL-1β水平，降低胰島素抵抗指數(shù)，保護胰島細胞[6]。IL-6是多種細胞分泌的一種具有生物活性的細胞因子，是炎性反應的重要介質(zhì)。在胰島素抵抗及胰島素分泌缺陷時，高血糖促進胰島細胞分泌大量IL-6，加速胰島β細胞凋亡。IL-6通過經(jīng)典途徑及反式信號轉(zhuǎn)導途徑活化，這兩種活化途徑均包括JNK-MARK的轉(zhuǎn)導，小劑量大黃酸可通過抑制JNK-MARK通路，減少炎性因子IL-6的產(chǎn)生，最終減輕慢性低度炎性反應及胰島素抵抗[7]。一項國外的研究發(fā)現(xiàn)，LIGHT是參與動脈粥樣硬化的新型介質(zhì)，大黃酸可以通過降低LIGHT誘導的活性氧簇的產(chǎn)生及p38 MAPK的磷酸化，發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用[8]。2011年，Olsnes等[9]發(fā)現(xiàn)，ERK能夠調(diào)節(jié)TNF-α和IL-6的表達。Lin等[10]采用C57BL/6J小鼠，通過高脂飲食和鏈脲佐菌素(STZ)構建2型糖尿病模型，發(fā)現(xiàn)在用25 mg/kg和50 mg/kg大黃酸處理后，小鼠血漿葡萄糖、甘油三酯和膽固醇水平顯著降低，肝臟脂肪變性明顯減少，胰島素水平升高，進一步發(fā)現(xiàn)大黃酸減少了TNF-α和IL-6的表達以及ERK1/2的磷酸化，改善了氧化應激指標如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性。

2 磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)信號通路

PI3K-Akt信號通路是胰島素的主要下游分子通路。在動物和人類進食后，由胰島β細胞分泌產(chǎn)生的胰島素與胰島素受體結合，使胰島素受體自磷酸化激活，進而激活PI3K。PI3K作為第二信使激活Akt，活化的Akt通過促進葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白4(GLUT4)及糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)的合成、分泌、轉(zhuǎn)運，增加糖原的生成，同時使叉頭蛋白O1失活，抑制葡萄糖-6-磷酸酶及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的表達及糖異生，最終降低血糖。在肥胖及2型糖尿病發(fā)生過程中，過多的游離脂肪酸和甘油三酯沉積在肝臟和肌肉中。在肝臟中，過多游離脂肪酸氧化導致線粒體呼吸鏈電子傳遞頻率加快，線粒體膜電位長期處于高電位狀態(tài)并最終導致大量活性氧簇的產(chǎn)生，使IRS-1的絲氨酸和蘇氨酸位點發(fā)生磷酸化并抑制胰島素刺激下的IRS-1酪氨酸位點磷酸化，最終抑制IRS-1與 PI3K的耦合及PI3K-Akt信號通路的激活及細胞對葡萄糖的攝取[11]。研究發(fā)現(xiàn)，在用STZ構建的2型糖尿病小鼠模型中，肝組織中的糖原合成相關基因PI3K、Akt和GSK-3β磷酸化水平明顯降低。應用大黃酸治療后能阻斷其磷酸化水平的降低，促進糖原的合成，從而證明大黃酸可以通過激活PI3K-Akt信號通路，促進糖原合成，最終改善糖尿病小鼠的胰島素抵抗狀態(tài)[12]。早在2008年，母義明教授就發(fā)現(xiàn)糖尿病造模組大鼠的胰島素抵抗明顯，GLUT4的表達較正常組明顯下降，而大黃酸治療組的糖尿病大鼠胰島素抵抗指數(shù)明顯改善，甚至接近于正常組水平，其作用與上調(diào)脂肪組織中GLUT4蛋白的表達而促進脂肪組織對葡萄糖的攝取有關[13]。近期，李珂等[14]采用0.1 μmol/L、1 μmol/L、10 μmol/L、100 μmol/L的大黃酸處理C2C12肌細胞，結果發(fā)現(xiàn)，大黃酸能增強胰島素受體及IRS的磷酸化水平，同時增加GLUT4的表達水平，提高胰島素信號通路的轉(zhuǎn)導。FOXO位于PI3K-Akt的下游通路，可以調(diào)節(jié)糖、脂代謝。在肝臟中，胰島素通過抑制FOXO通路，減少葡萄糖的產(chǎn)生并增加葡萄糖的利用，而胰島素抵抗激活FOXO，導致高血糖和高甘油三酯血癥[15]。國外研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以通過增加沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關酶1的表達，抑制FOXO1的活性[16]。

3 核因子-κB信號通路

核因子-κB是一種具有多種多向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)因子，參與免疫調(diào)控，介導炎性反應。在肥胖及胰島素抵抗的產(chǎn)生中，炎性因子TNF-α、IL-6通過磷酸化核因子-κB抑制蛋白(IκB)激酶(IKK)，使其活化，進一步磷酸化IκB，最終活化核因子-κB信號通路[17]。同時活化的IKK能夠增加胰島素受體及IRS的絲氨酸磷酸化，從而抑制PI3K的蛋白酪氨酸磷酸化，使胰島素信號轉(zhuǎn)導受阻，導致胰島素抵抗。此外，TNF-α、IL-6所形成的低度炎性信號狀態(tài)，會進一步加速胰島素抵抗的發(fā)生[18]。大黃酸可以通過抑制IKK、IκB及核因子-κB的活性，發(fā)揮其抗炎活性，改善胰島素抵抗[8]。黃淼等[19]采用先天肥胖性2型糖尿病小鼠db/db模型發(fā)現(xiàn)，db/db對照組小鼠胰腺組織內(nèi)核因子-κB的表達明顯增多，大黃酸治療組(120 mg/kg,1%纖維素鈉溶解)小鼠胰腺內(nèi)表達核因子-κB的細胞明顯稀疏，血糖水平明顯下降，胰島素水平明顯升高，尤其是早期相胰島素分泌升高明顯。國外研究進一步發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以抑制新型動脈粥樣硬化介質(zhì)LIGHT的表達，這一作用與大黃酸降低LIGHT誘導的活性氧簇的產(chǎn)生、IκB的磷酸化、核因子-κB的激活與TNF-α、IL-6的表達密切相關[8]。近年來也有研究表明，核因子-κB介導的炎性反應在非酒精性脂肪性肝病中起關鍵作用。TNF-α通過TNF-α/核因子-κB信號通路，間接誘導肝細胞損傷和肝臟脂肪浸潤。Wei等[20]研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸不僅抑制TNF-α的表達，而且還降低核因子-κB的表達和磷酸化及TNF-α下游信號磷酸化-核因子-κB/核因子-κB的比例，最終抑制免疫應答，改善糖尿病小鼠的脂肪肝疾病。

4 AMP活化蛋白激酶(AMPK)信號通路

AMPK是一種廣泛參與調(diào)節(jié)細胞代謝的激酶,被稱為“能量感受器”。其活性主要受細胞中AMP/ATP比值的調(diào)節(jié)，一旦胞漿中AMP/ATP比例升高,或其他因素激活AMPK時，AMPK可增強葡萄糖攝取和利用,以及脂肪酸氧化,產(chǎn)生更多能量;同時抑制葡萄糖異生、脂質(zhì)合成及糖原合成等通路,減少能量消耗，從而使細胞能量代謝保持平衡[21]。AMPK的下游靶點羥甲基戊二酸CoA還原酶(HMG-CoA)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC)是甘油三酯和脂肪酸合成的關鍵酶，在脂代謝調(diào)節(jié)方面具有重要作用。激活的AMPK可以使ACC磷酸化而失活，抑制脂肪酸的合成。同時AMPK的激活可磷酸化下游靶蛋白固醇調(diào)節(jié)元件結合蛋白-1c(SREBP-1c)，抑制其進入細胞核發(fā)揮作用。SREBP-1c是肝內(nèi)調(diào)控脂肪酸從頭合成的關鍵轉(zhuǎn)錄因子，直接參與調(diào)控有關脂肪酸、甘油三酯合成和葡萄糖代謝相關酶基因的表達，包括乙酰輔酶A合酶、ACC、脂肪酸合酶等，激活的AMPK抑制SREBP-1c的作用，抑制了脂質(zhì)的合成和攝取，從而減少脂質(zhì)沉積[22]。Sheng等[23]采用高脂飲食誘導的肥胖小鼠為動物模型，基因分析和Western 印跡分析表明，大黃酸明顯抑制肝臟中SREBP-1c及其靶基因的表達。熒光素酶報告基因測定顯示，大黃酸通過其上游調(diào)節(jié)因子肝臟X受體(LXR)，抑制SREBP-1c的轉(zhuǎn)錄活性，降低脂肪酸合酶、ACC mRNA的表達，最終減少肥胖小鼠體重，改善胰島素抵抗，降低循環(huán)膽固醇水平，逆轉(zhuǎn)肝臟脂肪變性，使肝功能趨于正常。該團隊另一項體外研究表明，大黃酸可以直接與LXR結合，同時可以呈劑量依賴性地拮抗脂肪細胞3T3-L1及肝瘤細胞中由LXR激動劑GW3965所致的LXR靶基因的高表達，例如脂肪酸合酶、硬酯酰輔酶A去飽和酶1、ACC。在肥胖小鼠白色脂肪組織、肌肉及肝臟中，大黃酸降低LXR靶基因的表達，同時拮抗LXR對解耦聯(lián)蛋白(UCP)-1的抑制作用，并且顯著增加肥胖小鼠棕色脂肪組織中UCP-1基因的表達，在不影響小鼠攝食量和排泄物脂肪含量的情況下，完全抑制高脂飲食誘導的小鼠體重及脂肪的增長，改善糖耐量，降低血清膽固醇水平，改善肝功能[24]。Lin等[10]研究進一步證實，大黃酸通過抑制SREBP-1c的活性，降低2型糖尿病小鼠血漿甘油三酯、膽固醇、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶水平，改善非酒精性脂肪性肝病的氧化應激，減少肝臟脂肪變性。

5 過氧化物酶體增殖物活化受體(PPAR)信號通路

PPAR是一種核激素受體，可以被脂肪酸及其衍生物激活。PPAR有3個亞家族，它們參與三大代謝的調(diào)節(jié)、炎性反應與細胞凋亡等重要過程。PPARα調(diào)節(jié)肝臟或骨骼肌脂代謝相關基因的表達，以清除循環(huán)或細胞中的脂質(zhì)。PPARβ/δ參與脂質(zhì)氧化和細胞增殖。PPARγ是一種配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，在葡萄糖穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)合成及脂肪細胞分化過程中發(fā)揮重要作用。已經(jīng)證明，PPARγ激動劑是潛在的胰島素致敏因子，可以治療2型糖尿病，但是能夠使患者體重增加。相反拮抗劑拮抗PPARγ信號，可能會抑制C57BL/6小鼠脂肪細胞的分化、減輕體重及改善代謝紊亂。目前大黃酸對PPARγ的促進或抑制作用存在爭論。部分研究人員以STZ構建的2型糖尿病大鼠為動物模型，發(fā)現(xiàn)糖尿病對照組肝臟內(nèi)的PPARγ表達明顯低于正常組，而大黃酸給藥組肝臟內(nèi)的PPARγ表達明顯高于糖尿病對照組，因此認為大黃酸可以作為一種新型PPARγ的激動劑，改善糖尿病大鼠空腹血糖及胰島素敏感性[25]。另外一部分學者則認為大黃酸為PPARγ的拮抗劑。Zhang等[26]研究表明，大黃酸可以拮抗吡格列酮對PPARγ的活化，同時調(diào)節(jié)一系列PPARγ靶基因的表達，如脂蛋白酯酶、分化簇36、ACC等，這些基因的表達均與脂肪酸的合成及氧化密切相關。同時研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸通過誘導產(chǎn)熱基因UCP-1、UCP-3及脫碘酶2的表達,增加能量的消耗，最終減輕肥胖小鼠的體重。以上結果表明，大黃酸可以通過調(diào)節(jié)PPARγ通路，阻斷高脂飲食誘導的肥胖。近期,李佳佳等[27]運用體外培養(yǎng)3T3-L1前脂肪細胞，發(fā)現(xiàn)大黃酸可以顯著抑制對3T3-L1前脂肪細胞的分化，減少胞質(zhì)中的脂滴積聚，同時可以呈劑量依賴性地降低3T3-L1前脂肪細胞中甘油三酯的含量。PPARγ能夠刺激前脂肪細胞分化為成熟脂肪細胞，與脂肪形成密切相關。該實驗也進一步發(fā)現(xiàn)80 μmol/L大黃酸能夠顯著下調(diào)脂肪誘導分化轉(zhuǎn)錄因子PPARγ的表達。脂肪酸合酶是PPARγ下游涉及脂類存儲和調(diào)節(jié)脂代謝的靶基因，其受PPARγ的調(diào)控，增加脂肪細胞中脂滴的積聚，大黃酸40 μmol/L、80 μmol/L能夠顯著降低脂肪酸合酶mRNA的表達，從而抑制胞質(zhì)內(nèi)脂質(zhì)的積累。

6 展望

大黃酸改善糖、脂代謝的機制復雜且相互關聯(lián)，其中大黃酸對很多分子的促進或抑制作用尚未明確。但是隨著大黃酸提純技術的不斷提高，使其更深入的研究成為可能。相信隨著研究的深入，大黃酸及其新型制劑必將在代謝性疾病的臨床治療中發(fā)揮重要作用。