黃連在糖尿病及相關(guān)腎臟疾病治療中的效用機(jī)制研究

吳芳瑩，魏軍平

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京 100029；2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院)

全球共有超過4 億的糖尿病(DM)患者，而我國(guó)20 到79 歲人群中有1.16 億糖尿病患者[1]。糖尿病對(duì)國(guó)家醫(yī)療支出及患者個(gè)人生活質(zhì)量造成很大負(fù)擔(dān)，如果發(fā)生糖尿病相關(guān)腎病(DKD)，負(fù)擔(dān)會(huì)劇增。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家25%～36%的患者罹患DKD，并且發(fā)病率仍在不斷上升[1]。DKD 病名源于糖尿病腎病(DN)。隨著人們對(duì)于疾病認(rèn)知的不斷深入，將DN 等同于需要病理確診的糖尿病腎小球病(DG)。同時(shí)，大量病理活檢發(fā)現(xiàn)8%～81%的DN 患者的病理診斷為非糖尿病腎病(NDRD)[2]。因此，提出了DKD 的概念，假設(shè)患者的腎臟病源于糖尿病[3]，但糖尿病合并慢性腎臟病者不一定都是DKD[2]。我國(guó)糖尿病發(fā)病率全球最高，據(jù)評(píng)估約有超過2 000萬DKD 患者，其中60.5%的患者維持在尿蛋白輕度升高的狀態(tài)[4]，中醫(yī)藥在改善患者生存質(zhì)量上優(yōu)勢(shì)明顯，中西并重、積極干預(yù)對(duì)DKD 患者的生存預(yù)期與生活質(zhì)量均有重要意義。

1 糖尿病及相關(guān)腎臟疾病中醫(yī)認(rèn)識(shí)

糖尿病腎病的中醫(yī)療效有大量臨床報(bào)告，有腎臟病?？漆t(yī)生如戴氏分期論治，早期以“健脾益氣、養(yǎng)陰固腎”為主法，中后期以“益氣活血、利濕降濁”為主法，晚期以“調(diào)理脾胃、舒暢氣機(jī)”為主法，并且提出明辨成因及兼并論治[5]；饒氏從“燥火桀驁，灼脾傷腎”和“傷陰耗氣，絡(luò)瘀濁生”兩種大體病因病機(jī)論治早期DKD，提出“控制血糖、血壓、蛋白尿等指標(biāo)不是唯一目的”，應(yīng)避免“DKD 孤島式管理”，避免因中焦?jié)岫镜仍驅(qū)е碌男哪X血管并發(fā)癥而影響患者預(yù)期壽命及生活質(zhì)量[6]。而從內(nèi)分泌專科角度而言，也頗有臨床經(jīng)驗(yàn)值得借鑒，仝氏[7]認(rèn)為DKD 有“脾癉腎病”和“消渴腎病”之不同，病因病機(jī)分為“郁熱、虛”和“氣陰兩虛”。同時(shí)其認(rèn)為自古至今中醫(yī)運(yùn)用黃連治糖尿病(消渴)頗多，以清熱燥濕見長(zhǎng)之黃連為主藥的經(jīng)方，針對(duì)糖尿病的中滿內(nèi)熱核心病機(jī)及郁熱虛損各階段病理特點(diǎn)，以大黃黃連瀉心湯、葛根芩連湯、小陷胸湯運(yùn)用于糖尿病的初期熱的階段，干姜黃芩黃連人參湯、半夏瀉心湯、烏梅丸運(yùn)用于糖尿病的中期虛實(shí)夾雜階段，均取得較好療效[8]。

2 從網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)角度探討黃連的治療效用機(jī)制

然而，中藥黃連對(duì)DM 和DKD 治療作用的分子機(jī)制及信號(hào)通路的闡述較為缺乏，本研究運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)(Network pharmacology)[9]提出預(yù)測(cè)性結(jié)論，為臨床及藥物研發(fā)提供可靠思路。研究中，具體運(yùn)用TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù)、GeneCards 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行中藥有效成分、中藥靶點(diǎn)、疾病靶點(diǎn)的獲??；運(yùn)用Cytoscape 進(jìn)行調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建；利用String 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行PPI 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建；并進(jìn)行GO 功能、KEGG 通路分析。以上述方法，構(gòu)建黃連與作用靶點(diǎn)和疾病等之間的相互作用網(wǎng)絡(luò)，從而來探討藥物黃連對(duì)糖尿病以及DKD 的潛在可能效用機(jī)制。

通過TCMSP 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)黃連(Coptidis Rhizoma)進(jìn)行有效成分及對(duì)應(yīng)作用靶點(diǎn)篩選，有效成分篩選標(biāo)準(zhǔn)為口服生物利用度(OB)≥30%且類藥性(DL)≥0.18；后者按照上述條件下有效成分篩選相關(guān)的作用靶點(diǎn)[10]，分別得到14 個(gè)有效成分和129 個(gè)作用靶點(diǎn)。通過GeneCards 數(shù)據(jù)庫(kù)以關(guān)鍵詞“Diabetes”“Diabetic Kidney Disease”“Diabetic Nephropathy” “Diabetic Glomerulopathy” “non-diabetic renal diseases”檢索，共得到12 046 個(gè)疾病靶點(diǎn)。

得到以上資料后，運(yùn)用R 語言對(duì)作用靶點(diǎn)和疾病基因靶點(diǎn)取交集，結(jié)果表示黃連對(duì)于糖尿病及相關(guān)腎臟疾病的作用靶點(diǎn)共有87 個(gè)。

繪制“黃連-有效成分-靶點(diǎn)-糖尿病及相關(guān)腎臟疾病”關(guān)系，得到71 個(gè)作用靶點(diǎn)與中藥黃連9種有效成分的關(guān)系(圖1)。圖中各節(jié)點(diǎn)之間的連接線段表示其聯(lián)系，“黃連有效成分”與“疾病基因靶點(diǎn)”之間的連線密集程度提示有效成分與疾病靶點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，圖1 表明槲皮素(quercetin)是黃連中與疾病治療靶點(diǎn)關(guān)聯(lián)最密切的有效成分。槲皮素作為黃酮類化合物，其本身具備的保護(hù)血管內(nèi)皮、抗氧化、抗炎等藥理作用[11-13]，對(duì)糖尿病及相關(guān)腎臟疾病的治療價(jià)值明顯。而在流行病學(xué)研究中，也證實(shí)了槲皮素的攝入量與2 型糖尿病患病率存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，提示槲皮素對(duì)某些糖尿病患者可能存在保護(hù)作用[14]。通過網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖預(yù)測(cè)的這一結(jié)論獲得諸多研究證實(shí)，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的預(yù)測(cè)結(jié)果具有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)系圖中其他有效成分對(duì)于此類疾病同樣具有確切的藥理作用，并且被多個(gè)研究證實(shí)，在此不加以贅述。

中藥黃連有效成分作用于DM 及DKD 等類疾病的作用靶點(diǎn)關(guān)系進(jìn)一步可以運(yùn)用于STRING 數(shù)據(jù)庫(kù)分析，以人類蛋白組為條件，可得到黃連作用靶點(diǎn)與疾病靶點(diǎn)的蛋白互相作用關(guān)系圖(關(guān)聯(lián)置信度0.900，如圖2)。圖中表明了87 個(gè)相關(guān)疾病靶點(diǎn)基因蛋白產(chǎn)物的相互作用，其中：節(jié)點(diǎn)表明某種蛋白產(chǎn)物；連線表明可互相作用；線條顏色表明證實(shí)此互相作用的證據(jù)類型(文本挖掘、實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)等來源)。這揭示了中藥黃連治療糖尿病及相關(guān)腎臟疾病的分子作用機(jī)制，為進(jìn)一步分析其作用通路提供數(shù)據(jù)，同時(shí)也為藥物研發(fā)提供發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)的可能性。

根據(jù)圖2 的蛋白產(chǎn)物互相作用數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出黃連治療糖尿病及相關(guān)腎臟疾病發(fā)揮治療作用的基因靶點(diǎn)；進(jìn)一步通過GO 和KEGG 基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)分析，發(fā)現(xiàn)黃連通過調(diào)整晚期糖基化終末產(chǎn)物及其受體系統(tǒng)(AGEs-RAGE 通路)產(chǎn)物的表達(dá)，從而發(fā)揮對(duì)DM 及相關(guān)腎臟疾病的治療作用。檢索、對(duì)比不同靶點(diǎn)在各個(gè)信號(hào)通路的作用后得知，黃連對(duì)于糖尿病及相關(guān)腎臟疾病的治療作用，其影響體現(xiàn)在以下幾方面：①腎小球系膜擴(kuò)張，②血管形成，③炎癥，④血管內(nèi)皮事件(血栓形成及動(dòng)脈粥樣硬化)，⑤細(xì)胞凋亡，⑥腎體積增大?？傮w而言，中藥黃連對(duì)于糖尿病及相關(guān)腎臟疾病的治療作用不僅僅體現(xiàn)在已被廣泛證實(shí)的降糖作用上。其中部分結(jié)論已經(jīng)得到動(dòng)物實(shí)驗(yàn)支持，研究證實(shí)了黃連的有效成分可以保護(hù)腎臟的結(jié)構(gòu)和功能，并且抑制系膜細(xì)胞的增生以保護(hù)足細(xì)胞——即通過對(duì)這一信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，中藥黃連不僅可以減少動(dòng)物模型的腎臟損傷，也可以對(duì)其腎臟的形態(tài)學(xué)損害起到修復(fù)作用[15]。

3 討論

圖1 黃連-有效成分-靶點(diǎn)-糖尿病及相關(guān)腎臟疾病關(guān)系圖

圖2 糖尿病及相關(guān)腎臟疾病基因蛋白產(chǎn)物與黃連互相作用關(guān)系圖

糖尿病自古就可見于中醫(yī)藥文獻(xiàn)中，古文獻(xiàn)中“消渴”并不完全等同于“糖尿病”。魏軍平也曾撰文提出觀點(diǎn)，認(rèn)為消渴陰虛燥熱證可能與現(xiàn)代1 型糖尿病(T1DM)類似，而2 型糖尿病(T2DM)病機(jī)復(fù)雜，臨床不應(yīng)受制于陰虛為本、燥熱為標(biāo)的局限認(rèn)識(shí)，消渴不能反映現(xiàn)代糖尿病的全部[16]——因此遣方用藥、研究探索時(shí)不必完全拘泥于古法。古代文獻(xiàn)中無DKD 相似癥狀及證候記載，然而日益增多的糖尿病相關(guān)腎臟疾病患者尋求中醫(yī)藥干預(yù)，提示中醫(yī)應(yīng)當(dāng)從臨床出發(fā)，謹(jǐn)慎鉆研探索。雖然目前已經(jīng)有一定數(shù)量的文獻(xiàn)，報(bào)道中醫(yī)藥在糖尿病相關(guān)腎臟疾病治療中的效果，但是仍然需要高質(zhì)量的臨床試驗(yàn)，作為有說服力的臨床證據(jù)以闡述中醫(yī)藥的診療地位并且證明有效性及安全性。目前的文獻(xiàn)中，仍存在DKD、DN、DG 等基礎(chǔ)概念混淆，需要進(jìn)一步厘清，邏輯梳理順暢后方可以在理論上追求進(jìn)步。此外，隨著時(shí)代發(fā)展，患者的生活方式改變巨大，醫(yī)生的診療目標(biāo)也隨之有所改變。因此，中醫(yī)藥對(duì)于糖尿病及相關(guān)腎臟疾病的治療思路應(yīng)該著重于中西醫(yī)配合；致力于阻止疾病進(jìn)展和提高患者生活質(zhì)量；精研于臨床以求總結(jié)出有確切療效的經(jīng)驗(yàn)。本研究預(yù)測(cè)出的分子作用機(jī)制，提示了中藥黃連治療糖尿病的關(guān)鍵藥理作用是影響晚期糖化終產(chǎn)物(AGEs)-晚期糖化終產(chǎn)物受體(RAGE) 受體系統(tǒng)的表達(dá)。AGEs 是在復(fù)雜病理生理情況下產(chǎn)生的復(fù)合物，其過度合成和積累可以導(dǎo)致機(jī)體組織、器官發(fā)生病理變化[17]；RAGE 是AGEs 一種重要的受體，其表達(dá)過量會(huì)加重糖尿病相關(guān)腎臟疾病的程度并加快其發(fā)生速度[18]，RAGE 分布于腎臟足細(xì)胞、系膜細(xì)胞和近曲小管等細(xì)胞內(nèi)[15]，而AGEs 和RAGE 過度結(jié)合會(huì)使細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)過度發(fā)生，從而對(duì)細(xì)胞、組織及器官的損害更大。因此，AGEs-RAGE 受體系統(tǒng)介導(dǎo)的信號(hào)通路在慢性腎臟疾病病理過程中，起到調(diào)控腎組織炎癥的作用[19]。動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高血糖水平可以誘導(dǎo)AGEs 產(chǎn)生，而RAGE 的表達(dá)也會(huì)隨之提升。中藥黃連的有效成分可以間接降低AGEs 的表達(dá)，從而降低RAGE 的表達(dá)，進(jìn)一步減少AGEs 與RAGE 的過度結(jié)合。然而，中藥黃連的有效成分并不能降低已經(jīng)存在于組織內(nèi)的AGEs，這提示中藥黃連干預(yù)糖尿病相關(guān)腎臟疾病的時(shí)機(jī)越早，其治療意義就更大——證明了中醫(yī)藥適合盡早干預(yù)糖尿病治療，以預(yù)防并發(fā)癥尤其是相關(guān)腎臟疾病的發(fā)生和進(jìn)展。