黃芪抗糖尿病并發(fā)癥的研究進展

刁元元李玉梅李曉文王楚盈

(長春中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院,長春 130117)

糖尿病是繼心血管疾病和癌癥之后第三大主要的非傳染性疾病,其伴隨著心肌病變、糖尿病腎病、視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)病變、糖尿病足等并發(fā)癥,嚴重危害患者的身心健康[1]。 根據(jù)衛(wèi)計委統(tǒng)計,目前中國患有糖尿病的病人人數(shù)高達1.164 億；預(yù)估計至2045 年中國糖尿病患者人數(shù)有可能增長到1.472 億,位居世界首位[2-4]。 中醫(yī)認為,糖尿病是由于飲食不節(jié),素體陰虛,勞倦傷氣所致,而中藥黃芪具有補氣升陽,固表止汗,利水消腫的功效,不僅可以調(diào)節(jié)免疫功能,還具有抗氧化應(yīng)激損傷、抗炎、促進血液循環(huán)、改善腎功能等作用[5],黃芪和不同藥物配伍對多種并發(fā)癥均具有療效。 現(xiàn)本文對黃芪拮抗糖尿病并發(fā)癥的作用及機制進行綜述,希望有助于黃芪的研究探索與開發(fā)。

1 黃芪的化學(xué)研究

黃芪主要含的抗糖尿病化學(xué)成分為多糖,皂苷和黃酮。 黃芪多糖(APS)分為葡聚糖和雜多糖,據(jù)報道,有24 種多糖從黃芪的根中分離出來[6]。 最新報道,黃芪多糖能夠改善糖尿病大鼠的肝損傷,APS 可能通過增加Nrf2 表達并促進其活化而上調(diào)了糖尿病大鼠肝HO-1 的表達,激活Nrf2/HO-1 信號通路而發(fā)揮了肝保護作用[7]。

黃芪皂苷(AMS)在黃芪中的種類較多,多達40多種的三萜皂苷類化合物已從黃芪分離得到[8-9]。大量的實驗研究和專業(yè)的分析檢測可以去說明,黃芪中的三萜皂苷類化合物對人體健康具有生物活性。 特別是黃芪甲苷IV(AGS-IV)是一種3-O-b-D-木吡喃糖基-6-O-b-D-吡喃葡萄糖基-環(huán)黃芪酮,屬于三萜皂苷類,具有廣泛的藥理作用。 黃春玲等[10]研究表明,AGS-IV 作為黃芪藥材質(zhì)量的化學(xué)指標,在臨床上可用于治療糖尿病、血脂異常、動脈粥樣硬化等心血管疾病。

黃芪黃酮類化合物(AFS)是一種重要的心血管活性成分,具有很好的清除自由基的能力,減少血漿脂質(zhì)過氧化物酶的產(chǎn)物和總膽固醇[11]。 另外,黃芪黃酮類化合物還能維持細胞正常代謝,提高細胞SOD 活性,調(diào)節(jié)免疫等藥理作用。 據(jù)報道,到目前為止,已分離出6 大類化合物:12 種異黃酮,5 種黃酮類,4 種紫檀烷、檀 香烯和二氫異黃酮。 李瑞芬[12]首次從蒙古黃芪中分離出4,2′,4′-三羥基查爾酮和5,7,4′-三羥基異黃酮。 Qi 等[13]應(yīng)用液質(zhì)聯(lián)用法對黃芪及其提取物進行分析和質(zhì)量控制,結(jié)果得到毛蕊異黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷、刺芒柄花苷、毛蕊異黃酮和芒柄花黃素,這些化合物具有類似的結(jié)構(gòu)。

2 黃芪抗糖尿病并發(fā)癥的藥理作用

2.1 黃芪與糖尿病周圍神經(jīng)病變

糖尿病神周圍經(jīng)病變(DPN)是糖尿病中常見的慢性并發(fā)癥之一,疼痛的肢體和感覺的異常是它的表現(xiàn)形式,通常身體下肢較容易發(fā)生病變[14]。 現(xiàn)如今認為高血糖可通過激活多種生化途徑導(dǎo)致糖尿病神經(jīng)病變[15],如神經(jīng)元的氧化應(yīng)激,刺激炎癥因子和神經(jīng)肽受體缺乏,作為周圍神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成細胞,雪旺細胞在神經(jīng)損傷后被激活[16-17],黃芪多糖在一定程度上可以抑制高糖誘導(dǎo)雪旺細胞凋亡從而能抑制周圍神經(jīng)損傷[18]。 另外,不同劑量黃芪多糖灌胃2 型糖尿病(T2DM)大鼠的研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖灌胃后,大鼠某些腦神經(jīng)生長因子mRNA 水平下降,結(jié)果表明,黃芪多糖可使大鼠腦缺血再灌注損傷程度減輕,改善這些神經(jīng)生長因子基因的表達[19]。

黃芪甲苷IV(AGS-IV)是從黃芪根中分離得到的一種新的環(huán)烷類三萜苷。 具有強大的免疫刺激、抗炎和抗氧化作用。 研究表明AGS-IV 是自由基清除劑和醛糖還原酶抑制劑,AGS-IV 對甩尾閾值溫度、生化指標、運動神經(jīng)傳導(dǎo)速度(MNCV)具有顯著影響。 AGS-IV 能抑制糖尿病大鼠有髓纖維面積的減少、有髓纖維直徑的增加和節(jié)段性脫髓鞘的增加。 AGS-IV 的保護機制是降低糖化血紅蛋白水平,血糖濃度,血漿胰島素水平升高。 AGS-IV 可抑制紅細胞醛糖還原酶活性,提高神經(jīng)組織谷胱甘肽過氧化物酶活性,抑制紅細胞醛糖還原酶活性,減少神經(jīng)和紅細胞糖基化終產(chǎn)物的積累。 此外,AGS-IV 提高了糖尿病大鼠神經(jīng)和紅細胞Na+-K+-ATP 酶活性。 上述研究說明,AGS-IV 對鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠周圍神經(jīng)病變的進展具有保護作用,其作用原理和方法可能與多種因素有關(guān)[20]。

2.2 黃芪與糖尿病心肌病

糖尿病心肌病(DCM)是一種糖尿病引發(fā)的特異性心肌病,和其他心臟病不同的是,它的心肌結(jié)構(gòu)和功能的變化是比較明顯的特征。 研究表明顯示炎癥,心肌纖維化、糖和脂代謝紊亂,氧化應(yīng)激,以及細胞凋亡在此類疾病中的發(fā)病機制中起重要作用[21]。 最近研究發(fā)現(xiàn)[22],AGS-IV 能改善T2DM大鼠的心臟收縮和舒張功能,改善心臟組織病理學(xué)改變。 此外,AGS-IV 顯著改善了T2DM 大鼠和高脂飲食(HFD)大鼠的循環(huán)TC、TG、HDL 水平和心臟脂質(zhì)積累。 AGS-IV 能顯著抑制T2DM 大鼠TNF-ɑ、IL-6、IL-1β 的表達及心肌纖維化,其機制可能與改善心肌脂質(zhì)代謝,最終改善心功能有關(guān)。 該研究表明,AS-IV 對T2DM 大鼠心肌損傷具有保護作用,其機制可能與改善脂質(zhì)代謝有關(guān)。

楊靖宇等[23]對糖尿病心肌病大鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激的各項指標的測定,認為黃芪能降低糖尿病患者心肌氧化應(yīng)激與纖維化,進一步恢復(fù)心肌功能。 黃芪對心肌細胞的作用通過降低血清IL-6 和AngII 水平抑制細胞凋亡及BNP 表達,增加PGC-1ɑ 蛋白或調(diào)節(jié)NRG-1/ErbB 信號通路[24-26]。 Chen 等[27]認為黃芪多糖能改善心肌糖脂含量一定程度的代謝紊亂。 陳添華等[28]認為局部糜蛋白酶-血管緊張素Ⅱ系統(tǒng)的過度激活在糖尿病心肌病中起主導(dǎo)作用,而APS 能部分抑制心肌糜蛋白酶和血管緊張素的活性Ⅱ糖尿病誘導(dǎo)的系統(tǒng),對心肌細胞產(chǎn)生保護作用。 黃芪多糖可抑制大鼠糖尿病性心肌病,通過抑制局部心肌凝乳酶Ang II 系統(tǒng),可降低心力衰竭等并發(fā)癥的風(fēng)險[29]。

2.3 黃芪與糖尿病腎病

近年來,糖尿病腎病(DN)發(fā)病率逐年遞增,這種疾病已經(jīng)導(dǎo)致了許多糖尿病患者的死亡,其發(fā)病機制及病因復(fù)雜,包括血流動力學(xué)、糖代謝、遺傳、腎功能等氧應(yīng)激及其他因素[30-31]。

黃芪可促進肝細胞合成白蛋白,升高血漿膠體滲透壓,減少尿蛋白,減輕腎病浮腫等癥狀,其機制可能與抑制腫瘤壞死因子-β/Smad 信號通路有關(guān)[32]。 研究表明,腎臟是高耗能器官,線粒體作為主要供能細胞器發(fā)揮著重要的作用,APS 可使腎小管上皮細胞的生存率提高、維持線粒體功能并抑制線粒體途徑介導(dǎo)的細胞凋亡,其機制可能為通過AMPK/SIRT1/PGC-1α 途徑發(fā)揮對線粒體的保護作用[33]。 氧化應(yīng)激在DN 發(fā)病機制中起到重要作用。氧化應(yīng)激主要是通過損傷胰島細胞與誘導(dǎo)胰島素抵抗從而去誘發(fā)糖尿病。 黃芪甲苷可以抑制高糖或者H2O2誘導(dǎo)下人腎小球系膜細胞內(nèi)活性氧(ROS)生成,提高細胞內(nèi)TRPC6 蛋白的表達, 發(fā)揮對人腎小球系膜細胞(HMC)的保護作用[34]。

有學(xué)者采用ADME 評價法對AGS-IV 進行評價,通過蛋白質(zhì)相互作用(PPI)、疾病和通路網(wǎng)絡(luò)分析、基因本體(GO)富集分析,獲得AS-IV 治療DN的特異性分子生物學(xué)過程和藥理活性。 同時,體內(nèi)外實驗均證實AGS-IV 具有抗氧化、抗炎、抗上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)作用,并能抑制Wnt/β-catenin 信號通路,最終改善高糖所致的腎損傷[35]。 Lu 等[36]認為黃芪多糖可能是治療2 型糖尿病及其肌營養(yǎng)不良并發(fā)癥的潛伏著的胰島素增敏劑和治療劑。 Li等[37]從黃芪根部分離得到了一個水溶性多糖,是一個ɑ-(1-4)- D-葡聚糖。 24 h 尿蛋白定量及形態(tài)學(xué)觀察顯示黃芪多糖可顯著降低陽離子牛血清白蛋白(C-BSA)誘導(dǎo)的腎小球腎炎大鼠蛋白尿及形態(tài)學(xué)改變,提示黃芪多糖可能具有治療腎小球腎炎的潛力。 王雅寧等[38]認為ASI 可減輕高糖誘導(dǎo)的腎小管上皮細胞損傷, 其機制可能與減少細胞凋亡及抑制TGF-β/Smad 信號通路活性有關(guān)。 黃芪多糖可以調(diào)節(jié)胰島素抵抗性骨骼肌中的部分胰島素信號,黃芪多糖的抗萎縮和抗凋亡活性主要體現(xiàn)在C2C12骨骼肌肌管和成肌細胞中[39]。

2.4 黃芪與糖尿病視網(wǎng)膜病變

糖尿病性視網(wǎng)膜病變(DR)是一種常見由糖尿病引起的疾病,會使患者的雙眼視力下降。 糖尿病病人在眼底的微血管病變被發(fā)現(xiàn)之前,通常會在暗適應(yīng)、對比敏感度和顏色感知方面出現(xiàn)功能缺陷。黃芪可以降低糖尿病大鼠視網(wǎng)膜病變的發(fā)生率,具有明顯的抗氧化和自由基清除活性,可以降低MDA含量/SOD 活力,從而緩解了高糖環(huán)境對細胞膜完整性的破壞和微血管的損傷[40]。 黃芪還可通過抗炎影響Akt-VEGF 信號通路,減少白細胞在糖尿病性視網(wǎng)膜病變的粘附,同時抑制視網(wǎng)膜外膜細胞凋亡和基底膜增厚[41]。

另有研究探討了黃芪多糖對代謝記憶誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細胞死亡的預(yù)防作用及其機制[42],結(jié)果表明高糖暴露可誘導(dǎo)代謝記憶,并伴有miR-204/SIRT1 軸持續(xù)失調(diào),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)激水平高,即使在正常葡萄糖替代后也可激活凋亡通路。黃芪多糖可逆轉(zhuǎn)miR-204 的表達,導(dǎo)致去抑制SIRT1 和減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)激誘導(dǎo)的凋亡,表現(xiàn)為降低p-PERK、p-IRE-1、 Bax、 Caspase-12、 Caspase-9、Caspase-3 水平,以及升高Bcl-2 和未釋放PARP 水平。 表明黃芪多糖通過調(diào)控miR-204/SIRT1 軸來抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)激和隨后的細胞凋亡。

2.5 黃芪與糖尿病足

糖尿病足是由糖尿病血管病變、神經(jīng)病變和感染引起的疾病,其特征是感覺疼痛、麻木和異常以及潰瘍和壞疽等,導(dǎo)致糖尿病患者足部或下肢組織的破壞,約15%的糖尿病患者在某一階段出現(xiàn)了糖尿病足[43]。 近年研究提示黃芪可促進糖尿病足潰瘍源性成纖維細胞增殖,延緩細胞衰老和促進效應(yīng),黃芪也可以促進膠原蛋白的合成,然而高濃度(＞640 μg/mL)的APS 可產(chǎn)生抑制作用[44-45]。 黃芪多糖能有效降低糖尿病足潰瘍源性成纖維細胞的晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)濃度和隨機激活基因表達(RAGE)m-RNA 表達,顯著縮短糖尿病足潰瘍患者肉芽組織出現(xiàn)和潰瘍愈合的時間[46]。 近年來,APS 的聯(lián)合使用成為一個熱點研究課題。 黃芪多糖與組織工程化皮膚(TES)的結(jié)合可以模擬細胞外基質(zhì)的超微結(jié)構(gòu),恢復(fù)皮膚微循環(huán),促進創(chuàng)面愈合[47]。 發(fā)現(xiàn)APS 與內(nèi)皮祖細胞(EPCs)聯(lián)合可促進血管生成,其機制可能與VEGF/VEGFR 及Ang1/TIe-2 信號通路的調(diào)控有關(guān)。

圖1 黃芪抗糖尿病并發(fā)癥效應(yīng)及機制Figure 1 Anti-diabetic complications effect and mechanism of Astragalus

綜上所述,黃芪抗糖尿病并發(fā)癥的相關(guān)機制與效應(yīng),見圖1。

3 小結(jié)與展望

糖尿病腎病、糖尿病心肌病等并發(fā)癥多為糖脂代謝紊亂、血液流變性改變、免疫介導(dǎo)微炎癥狀態(tài)等諸多因素共同作用的結(jié)果,近些年許多研究人員已經(jīng)確信,免疫介導(dǎo)微炎癥狀態(tài)在糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展過程中起著核心作用。 微炎癥狀態(tài)是一種局部的、非顯性的慢性低度炎癥,此反應(yīng)可引發(fā)一系列并發(fā)癥,炎性因子可刺激血管活性物質(zhì)釋放,內(nèi)皮細胞通透性增加；還可引發(fā)機體的氧化應(yīng)激,損傷血管內(nèi)皮,增加單核細胞對血管內(nèi)皮的黏附和浸潤,并進一步誘導(dǎo)單核細胞趨化和激活釋放各種細胞因子,從而加重臟器損傷。 迄今為止,研究已證實抗炎藥物可以治療糖尿病并發(fā)癥,但還沒有一種既定的藥物能通過調(diào)節(jié)微炎狀態(tài)來改善糖尿病并發(fā)癥[48]。 傳統(tǒng)中醫(yī)藥表明黃芪可以補氣固表,提高免疫力,針對糖尿病并發(fā)癥氣虛血瘀對因調(diào)節(jié)。 現(xiàn)代研究表明黃芪中的活性成分黃芪多糖,黃芪皂苷和黃芪黃酮類化合物,可改善高糖狀態(tài)下?lián)p傷的細胞以及基因的表達,調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激,抗炎,改善血管內(nèi)皮功能,調(diào)節(jié)能力代謝等,針對糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病心肌病、糖尿病腎病、糖尿病足以及糖尿病視網(wǎng)膜病病癥對癥調(diào)節(jié)。 中醫(yī)基于“行氣化瘀”理論治療氣滯血瘀之癥,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明糖尿病并發(fā)癥的核心為血管微炎癥病變。 然“行氣化瘀”理論是否與調(diào)控血管微炎癥狀態(tài)相關(guān)?

值得關(guān)注的是,雖然我國使用黃芪治療糖尿病并發(fā)癥研究的發(fā)展態(tài)勢良好,但是研究多以動物實驗、有效成分為主,將黃芪用于臨床治療糖尿病的試驗相對較少,分子機制探討不足,建議在后期的研究中,要深入開展黃芪分子基礎(chǔ)研究,并積極開展黃芪及相關(guān)復(fù)方治療糖尿病并發(fā)癥的新藥研究?？梢詡鹘y(tǒng)理論為指導(dǎo),以現(xiàn)代研究為主線,從調(diào)控血管微炎癥,血管內(nèi)皮功能切入,進行糖尿病并發(fā)癥的研究與治療,以期為黃芪抗糖尿病并發(fā)癥提供新的思路。