葛根和葛根素治療糖尿病及并發(fā)癥的研究進(jìn)展*

張洪敏，曹世杰，邱 峰，張德芹

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)天津市現(xiàn)代中藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 301617；2.天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，天津 301617）

糖尿病是一種由多種遺傳和環(huán)境因素引起的常見(jiàn)且多發(fā)的慢性非傳染性疾病，近年來(lái)已經(jīng)成為繼心血管疾病和腫瘤之后的第三大非傳染性疾病[1-2]，且糖尿病隨疾病的發(fā)生和發(fā)展極易誘發(fā)肝臟脂肪變性、腎病、視網(wǎng)膜病變、心腦血管病、神經(jīng)性病變等多種病變[3-7]。在我國(guó)，糖尿病患病人口數(shù)長(zhǎng)時(shí)間居世界首位，預(yù)計(jì)仍將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間[8]。因此，防治糖尿病已刻不容緩。葛根為豆科植物野葛[Pueraria lobata（Willd.）Ohwi]的干燥根，含有豐富的異黃酮類(lèi)化合物，對(duì)糖尿病及其并發(fā)癥有一定的治療作用，是臨床上治療糖尿病的常用藥且用藥歷史悠久。近年來(lái)科研工作者不斷探尋葛根或葛根有效成分治療糖尿病的多種機(jī)制，并取得了豐富的成果。本文將對(duì)葛根及其主要異黃酮類(lèi)化合物葛根素對(duì)糖尿病及并發(fā)癥的治療作用及機(jī)制的研究概況進(jìn)行綜述。

1 葛根和葛根素對(duì)糖尿病及并發(fā)癥的治療作用及相關(guān)機(jī)制

異黃酮類(lèi)化合物是葛根中主要成分也是活性成分，是近年來(lái)見(jiàn)與文獻(xiàn)報(bào)道最多的一類(lèi)化合物，具有多種藥理活性，含量達(dá)12%[9]，主要有葛根素、大豆苷、大豆苷元、3'-羥基葛根素、染料木苷、染料木素等。其中，葛根素因成分含量高、藥理活性好受到廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)葛根提取物或葛根素在糖尿病或糖尿病誘發(fā)肝臟脂肪變性、腎病、視網(wǎng)膜病變、心腦血管病、神經(jīng)性病變、骨質(zhì)疏松、糖尿病足、生殖系統(tǒng)功能障礙等方面具有一定的治療效果（見(jiàn)表1、表2），本文針對(duì)多項(xiàng)研究報(bào)道具體探討如下。

1.1 降血糖、降血脂、改善胰島素抵抗 葛根提取物及其主要成分葛根素在多種糖尿病模型中都顯示出了明顯的降血糖、降血脂、改善胰島素抵抗的作用。葛根提取物可顯著降低C57BL/6J ob/ob 小鼠空腹血糖，降低血清總膽固醇和甘油三酯水平，降低STZ 誘導(dǎo)糖尿病大鼠的血糖及糖化血紅蛋白含量（HbA1c）[10]，改善肥胖小鼠的血糖、血脂、胰島素血、口服糖耐量[11-12]等。

異黃酮類(lèi)化合物葛根素是葛根中的主要有效成分，近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)葛根素可降低高脂飲食及四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病胰島素抵抗大鼠的血糖，降低血中胰島素水平，提高胰島素敏感性指數(shù)，改善

高胰島素血癥，增加肝糖原的含量，改善機(jī)體的糖代謝，降低血中總膽固醇和甘油三酯水平，改善血脂[13]。同時(shí)，葛根素還可改善鏈脲佐菌素（STZ）對(duì)小鼠的胰腺損傷，上調(diào)胰腺中胰島素受體底物1（IRS-1）和胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF-1）的蛋白表達(dá)[14]，抑制STZ 誘導(dǎo)的糖尿病鼠胰島β 細(xì)胞的凋亡，提高血清胰島素含量，其對(duì)β 細(xì)胞的保護(hù)作用可能是通過(guò)調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）途徑，進(jìn)而發(fā)揮降血糖改善糖耐量的作用[15]；也可以通過(guò)上調(diào)胰高血糖素樣肽-1 受體（GLP-1R）和胰十二指腸同源盒因子-1（PDX-1）的表達(dá)，增強(qiáng)GLP-1R信號(hào)通路的傳導(dǎo)的方式保護(hù)β 細(xì)胞[16]；還可以通過(guò)減輕氧化應(yīng)激損傷，保護(hù)端粒長(zhǎng)度進(jìn)而抑制β 細(xì)胞凋亡，或增強(qiáng)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）活性，減少解偶聯(lián)蛋白2（UCP2）表達(dá)等途徑保護(hù)β 細(xì)胞[17-18]。葛根素能提高肌肉中胰島素受體（InsR）和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）mRNA 的表達(dá)[14]，提高過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活因子-1α（PGC-1α）表達(dá)增強(qiáng)肌肉能量代謝，防止肌肉萎縮[19]；提高比目魚(yú)肌中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4（GLUT4）的表達(dá)，增強(qiáng)葡萄糖的利用，從而降低血糖[20]；促進(jìn)胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下3T3-L1 脂肪細(xì)胞的葡萄糖代謝，改善胰島素抵抗[21]?？傊?，葛根降糖作用的研究主要集中于改善胰島素抵抗，保護(hù)胰島β細(xì)胞，促進(jìn)糖代謝，機(jī)制側(cè)重于對(duì)胰島素信號(hào)通路、胰高血糖素受體信號(hào)通路、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝、減輕β 細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷等方面的研究。

表1 葛根提取物及葛根素降血糖、降血脂、改善胰島素抵抗作用

表2 葛根素對(duì)糖尿病并發(fā)癥的影響

1.2 改善糖尿病肝臟脂肪變性 肝臟是常見(jiàn)的糖尿病病變部位，肝臟脂肪變性是最常見(jiàn)的病變之一，由肝臟脂肪易位堆積等誘發(fā)，引起單純性脂肪肝、脂肪性肝炎甚至肝硬化等。于中醫(yī)而言，其主要病機(jī)即為肝郁脾虛，痰瘀互結(jié)或濕熱內(nèi)蘊(yùn)，郁積于肝[22]，因此主要需從肝脾論治本病。糖尿病引起的肝臟脂肪變性常見(jiàn)肝細(xì)胞內(nèi)顯著的脂質(zhì)沉積[以甘油三酯（TG）為主要形式]和肝臟酶的持續(xù)異常[23-24]。糖尿病的存在增加了肝臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)，有可能發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎，肝硬化等[25]。

葛根素能降低高脂飲食聯(lián)合STZ 誘導(dǎo)的糖尿病大鼠肝臟脂質(zhì)含量，通過(guò)調(diào)節(jié)血糖、改善脂質(zhì)代謝紊亂來(lái)減輕糖尿病肝脂肪變性，減輕肝硬化，通過(guò)使核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）信號(hào)通路失活抑制氧化應(yīng)激和炎癥，從而下調(diào)白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）的mRNA 表達(dá)，葛根素對(duì)糖尿病肝損傷的保護(hù)可能與抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）/Smad2信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)[26]。目前葛根或葛根中有效成分對(duì)肝臟疾病的研究多為單一性研究肝臟脂肪變性，而對(duì)糖尿病合并肝臟脂肪變性的復(fù)合病癥的研究相對(duì)較少，對(duì)并發(fā)癥下糖脂代謝的相關(guān)性及其機(jī)制的影響尚需深入探討。

1.3 改善糖尿病腎病 糖尿病腎?。―N）是一種主要的Ⅰ型、Ⅱ型糖尿病微血管并發(fā)癥[27]，以腎小球基底膜增厚、系膜擴(kuò)張、腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化為主要特點(diǎn)[28]，該病在國(guó)內(nèi)發(fā)病率逐漸增長(zhǎng)，但發(fā)病機(jī)理尚未完全闡明。由于代謝紊亂存在內(nèi)在復(fù)雜性，晚期DN 相較于其他腎臟疾病更難治療，因此，對(duì)于糖尿病腎病患者而言進(jìn)行早期治療非常重要[29]。

TGF-β1 是一種促纖維生長(zhǎng)因子，在糖尿病腎病中具有重要作用[30]，在腎纖維化發(fā)病機(jī)理中是一種關(guān)鍵介質(zhì)[31]，高血糖可引起腎臟中的TGF-β1 的基因和蛋白高表達(dá)[32]。TGF-β1/Smad2 信號(hào)通路過(guò)度激活可導(dǎo)致腎臟中細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）聚集，從而直接或間接的導(dǎo)致糖尿病診斷標(biāo)志物結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（CTGF）和纖維連接蛋白（FN）的產(chǎn)生[32]。研究表明，葛根素可顯著降低STZ 誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的腎重，降低血清肌酐、尿素氮、尿蛋白、腎小球細(xì)胞外基質(zhì)的水平，降低腎臟TGF-β1、Smad2、CTGF、FN的mRNA 和蛋白的表達(dá)[29，32，33]。已有研究證明基質(zhì)金屬蛋白酶-9（MMP-9）和糖尿病之間存在遺傳相關(guān)性，在大鼠注射STZ 7 天后即糖尿病早期的腎小球中MMP-9 的表達(dá)量顯著升高，當(dāng)給予葛根素后顯著提高足細(xì)胞裂隙隔膜蛋白（podocyte slit diaphragm proteins）表達(dá)（如腎病蛋白nephrin 和膜蛋白podocin），抑制糖尿病腎臟氧化應(yīng)激的產(chǎn)生和蛋白的亞硝基化，抑制MMP-9 mRNA 的表達(dá)[34]。SIRT1 是研究糖尿病腎病的一種潛在的靶標(biāo)蛋白[35]，有研究表明葛根素也可以通過(guò)調(diào)控SIRT1/FOXO1 信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)糖尿病腎病的腎保護(hù)作用，明顯改善腎小球肥大、腎小球塌陷、腎小球基底膜厚度和管狀空泡變性、線(xiàn)粒體損傷[36]；降低晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）含量、抑制腎臟特異性細(xì)胞受體（RAGE）mRNA 的表達(dá)來(lái)改善腎組織損傷[37]；免疫組化結(jié)果也顯示葛根素顯著降低胞間黏附分子（ICAM-1）和TNF-α 的表達(dá)，降低腎皮質(zhì)細(xì)胞的凋亡指數(shù)[29]。

1.4 改善糖尿病視網(wǎng)膜病變 糖尿病視網(wǎng)膜病變（DR）是糖尿病微血管并發(fā)癥[38]，以視網(wǎng)膜微脈管系統(tǒng)損傷或毛細(xì)血管通透性增強(qiáng)等為特點(diǎn)[39]。DR 的發(fā)展包括非增生性和增生性?xún)蓚€(gè)階段，早期階段主要涉及血管細(xì)胞丟失、血管滲漏和血-視網(wǎng)膜屏障的破壞，隨著疾病的發(fā)展，新血管逐漸形成，增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變階段開(kāi)始[40]。葛根素可以上調(diào)視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）和低氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1α）的基因表達(dá)，對(duì)STZ 誘導(dǎo)的糖尿病大鼠視網(wǎng)膜病變有顯著的保護(hù)作用[41]，而VEGF 是一種血管生成和血管通透性因子，在增生性糖尿病性視網(wǎng)膜病變（PDR）患者眼睛的玻璃體和水性液體中的含量顯著提高[42]；葛根素可以通過(guò)Fas/FasL 通路介導(dǎo)ONOO-水平下調(diào)、抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）mRNA 表達(dá)，并減少視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）細(xì)胞的凋亡[43-44]；還能通過(guò)下調(diào)視網(wǎng)膜組織中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3）的表達(dá)水平，減少視網(wǎng)膜氧化應(yīng)激損傷[45]，以上表明葛根素可作為治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的潛在藥物。

1.5 改善糖尿病血管功能障礙 血管的收縮和舒張受血管活性物質(zhì)（如血管緊張素Ⅱ、ET、PGEs、NO等）調(diào)控，STZ 誘導(dǎo)的糖尿病大鼠血管活性物質(zhì)發(fā)生變化，隨著血糖增高，血管平滑肌增生，主動(dòng)脈出現(xiàn)病理變化，發(fā)生血管功能障礙。葛根素可減弱血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）的鈣化[46]，顯著抑制高糖誘導(dǎo)的VSMC 增生，減少活性氧（ROS）的產(chǎn)生，降低煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶活性，顯著抑制蛋白激酶Cβ2（PKCβ2） 和Rac1、p47phox、p67phox 蛋白亞基的磷酸化和膜轉(zhuǎn)位，在體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)葛根素可減弱Zucker 肥胖大鼠泡沫化損傷引起的新生內(nèi)膜的形成[47]，因此，葛根素發(fā)揮抗VSMC 增生的作用可能是通過(guò)PKCβ2/Rac1 依賴(lài)的ROS 通路實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)STZ 誘導(dǎo)糖尿病大鼠模型的主動(dòng)脈損傷作用機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，葛根素可抑制NADPH 氧化酶（NOX2、NOX4）誘導(dǎo)的氧化應(yīng) 激、抑制NF-κB、ICAM-1、NOX2、NOX4 的mRNA 及蛋白表達(dá)來(lái)改善糖尿病主動(dòng)脈損傷[48]。而抑制血紅素氧合酶-1（HO-1）蛋白活性可能是葛根素改善急性血管功能障礙的另一種機(jī)制[49]。另外葛根素還可以阻止蛋白糖基化的進(jìn)程，減少血管中晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）的形成，下調(diào)晚期糖基化終產(chǎn)物受體（RAGE）的表達(dá)，進(jìn)而發(fā)揮治療糖尿病血管并發(fā)癥的作用[50]。上述研究表明葛根素可能通過(guò)調(diào)控氧化應(yīng)激、抗炎、降低糖基化終產(chǎn)物等機(jī)制改善血管功能障礙。

1.6 改善糖尿病心臟功能 心臟中能量底物的攝取取決于肌纖維膜上脂肪酸和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體，GLUT4 是心臟主要的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，分化抗原36（CD36）是脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，糖尿病使心臟能量代謝受阻，抑制了葡萄糖的消耗而依賴(lài)于脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)，研究表明葛根素能提高GLUT4 蛋白的表達(dá)和易位、降低CD36 蛋白的表達(dá)和易位，提高AKT 的磷酸化水平，升高PPARγ 的表達(dá)，降低PPARα 的表達(dá)，從而降低心肌損傷、改善糖尿病鼠心臟功能[51-52]。此外，葛根素還能改善STZ 誘導(dǎo)糖尿病大鼠的左心室收縮、舒張壓等心功能指標(biāo)，降低心肌細(xì)胞中血小板反應(yīng)素1（TSP-1）mRNA 的表達(dá)[53]；降低血糖、減少糖尿病大鼠心肌膠原含量及心肌線(xiàn)粒體ROS水平，抑制心肌線(xiàn)粒體丙二醛（MDA）含量，增加心肌線(xiàn)粒體超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低TNF-α的釋放[54，55]。上述研究提示葛根素能改善糖尿病鼠心肌細(xì)胞的高糖損傷和維持心室肌細(xì)胞的功能，該機(jī)制可能與抑制心肌細(xì)胞血小板反應(yīng)蛋白-1（TSP-1）表達(dá)的水平、抑制血糖升高、減輕心肌線(xiàn)粒體氧化應(yīng)激損傷、抗炎等有關(guān)。

1.7 改善糖尿病骨質(zhì)疏松癥 糖尿病可通過(guò)多種機(jī)制影響骨組織，例如高胰島素血、AGEs 沉積、IGF-1 降低、高鈣尿、腎衰竭、微血管病以及炎癥等[56]。也有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明糖尿病病人更易增加髖骨折風(fēng)險(xiǎn)[57]。研究表明葛根素可以通過(guò)改善骨密度，增加成骨細(xì)胞數(shù)量，下調(diào)Caspase-3 的mRNA 表達(dá)來(lái)改善糖尿病骨質(zhì)疏松癥[58]。

1.8 改善糖尿病性周?chē)窠?jīng)病變 糖尿病性周?chē)窠?jīng)病變（DPN）是一種由糖尿病引起的最常見(jiàn)的神經(jīng)病變之一，約50%的糖尿病病人會(huì)發(fā)展成DPN[59]，臨床表現(xiàn)為間歇性或持續(xù)性肢體疼痛、灼燒感或斧鑿般疼痛[60]。西醫(yī)對(duì)于DPN 尚無(wú)有效治療方法，90年代以來(lái)，葛根素注射液開(kāi)始用于治療DPN，能夠改善病人神經(jīng)傳導(dǎo)速率（NCV）指數(shù)，下調(diào)血漿粘度、纖維蛋白原和糖化血紅蛋白指數(shù)[60]，但目前對(duì)葛根治療DPN 的機(jī)制研究還較少，尚需深入探究。

1.9 改善糖尿病足 糖尿病足（DFU）是糖尿病常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，是糖尿病并發(fā)神經(jīng)、血管病變所引起的下肢病變的總稱(chēng)，它是一種全身性疾病，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[61-62]。目前在糖尿病足潰瘍發(fā)病機(jī)制上普遍被接受的觀點(diǎn)是糖尿病足的三元學(xué)說(shuō)：即糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病缺血病變和局部感染[63]。采用葛根素對(duì)DFU 患者治療32 d 后觀察到血漿中ET、LPO 和TXB2 水平顯著降低，CGRP、SOD 和6-K-PGI2 水平均有增加，提示葛根素治療DFU 的機(jī)理可能是抑制ET 的過(guò)量分泌，提高CGRP 的水平，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞功能的恢復(fù)，進(jìn)而興奮前列環(huán)素（PGI2）合成酶活性，顯著提高內(nèi)皮細(xì)胞（EC）生成PGI2，抑制血小板聚集，起到改善微循環(huán)的作用[64]，而更深入的機(jī)制研究有待進(jìn)一步探索。

1.10 改善糖尿病生殖功能障礙 多項(xiàng)研究表明，糖尿病可導(dǎo)致生殖功能障礙和性功能減退[65-66]，在糖尿病男性和糖尿病雄性動(dòng)物中均發(fā)現(xiàn)睪酮水平降低，出現(xiàn)睪丸功能障礙和精子生成障礙，導(dǎo)致勃起功能障礙、精子活性減弱及精液減少[67]。糖尿病會(huì)導(dǎo)致睪丸組織結(jié)構(gòu)和功能異常，給予葛根素后可觀察到睪丸的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)趨于正常，并能使睪丸組織中NO 含量升高，內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）的mRNA 表達(dá)量增加，雄激素受體（AR）的mRNA 表達(dá)降低，SOD、Ca2+-ATPase、Na+-K+-ATPase 活性升高，MDA 含量降低，提示葛根素能在一定程度上提高機(jī)體的抗氧化能力，減輕睪丸氧化應(yīng)激損傷，另外葛根素還能提高糖尿病大鼠睪丸NO、CGRP 含量，下調(diào)ET-1 的mRNA 表達(dá)，提示葛根素對(duì)維持血管張力、改善血供、預(yù)防糖尿病睪丸損傷有一定作用[68]。

2 討論

葛根作為傳統(tǒng)中藥有著悠久的應(yīng)用歷史，在糖尿病的應(yīng)用上早已引起人們的重視，葛根或從葛根中得到的多種活性成分已開(kāi)始應(yīng)用于糖尿病或其并發(fā)癥的研究中，并發(fā)現(xiàn)了葛根治療糖尿病的多種途徑。而代謝性疾病的病機(jī)復(fù)雜多樣，對(duì)單一疾病的研究不能完全解釋疾病過(guò)程，因此對(duì)并發(fā)癥的研究尤為重要，這對(duì)疾病的后續(xù)治療有重要指導(dǎo)意義。目前葛根對(duì)糖尿病及多種并發(fā)癥的研究尚有局限，且葛根中多種成分對(duì)糖尿病或并發(fā)癥的機(jī)制研究更是不足，因此，深入研究葛根及其活性成分對(duì)糖尿病并發(fā)癥的作用及機(jī)制十分必要，為臨床多種途徑、多種方式治療疾病提供科學(xué)依據(jù)。