小檗堿治療糖尿病及其并發(fā)癥的研究進(jìn)展*

李博洋，閔 清，王 剛，邵開(kāi)元，胡文祥，4*

(1.湖北科技學(xué)院藥學(xué)院，湖北 咸寧 437100；2.北京神劍天軍醫(yī)學(xué)科學(xué)院京東祥鵠微波化學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室；3.北京信息技術(shù)研究所；4.中國(guó)人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天系統(tǒng)部)

小檗堿(BBR)，亦稱黃連素，是臨床上重要的藥用植物，一種天然型季銨型異喹啉類生物堿，廣泛分布于大戟科、毛茛科和罌粟科植物的根、根狀莖和莖中，分子式為C20H18NO4，分子量371.8，熔點(diǎn)145℃，一種黃色結(jié)晶粉末[1]。

小檗堿是黃連中最重要的生物堿之一，是其主要的有效成分。小檗堿應(yīng)用歷史悠久，作為民間傳統(tǒng)藥材在中國(guó)、印度、伊朗等國(guó)家使用。在20世紀(jì)末，研究人員進(jìn)行了臨床研究[2]，開(kāi)發(fā)了小檗堿治療多種細(xì)菌引起的腹瀉，非常有效。小檗堿對(duì)于高血糖、心血管疾病、抗心律失常、抗炎、抗氧化、抗真菌、抗腫瘤同樣具有比較好的生物效應(yīng)?，F(xiàn)針對(duì)小檗堿在糖尿病中的作用如下綜述。

1 小檗堿的降糖作用機(jī)制

糖尿病(DM)是一種以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，目前糖尿病的治療主要集中在血糖水平的控制上?？赏ㄟ^(guò)注射胰島素或口服降糖藥控制血糖，然而，不良反應(yīng)或副作用可能與它們的使用有關(guān)，雖然胰島素是相對(duì)有效和安全的，但它也可能有造成低血糖的風(fēng)險(xiǎn)，且必須通過(guò)注射來(lái)使用，極不方便[3]。小檗堿是一種天然植物生物堿，原產(chǎn)于中草藥黃連中。早在公元220—420年就有關(guān)于糖尿病及其治療的記載，據(jù)《千金藥方》記載，黃連能夠治療消渴病，稱為“消渴圣藥”[4]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)分析，小檗堿具有明顯的降糖作用，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究中均得到證實(shí)。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)研究分析，小檗堿能夠降低血糖，其機(jī)制可能與下列功能有關(guān)，包括改善胰島素抵抗、調(diào)節(jié)糖脂代謝、抗氧化、抗炎、保護(hù)胰島細(xì)胞等。

1.1 改善胰島素抵抗

胰島素抵抗(IR)是指受胰島素影響的組織和細(xì)胞對(duì)胰島素作用的敏感性降低，是2型糖尿病(T2DM)發(fā)病的重要機(jī)制之一。小檗堿能夠參與機(jī)體內(nèi)多種信號(hào)通路，調(diào)節(jié)血糖，增加胰島素受體敏感性，改善胰島素抵抗。其中研究最多的是腺苷酸活化蛋白激酶AMPK信號(hào)通路。AMPK是一種參與調(diào)節(jié)能量代謝和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白激酶，廣泛存在于肝臟、骨骼肌和脂肪組織中，同ATP呈正相關(guān)，從而調(diào)節(jié)糖脂代謝。在胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下，蛋白激酶B(AKT)信號(hào)通路減弱，AMP可以增強(qiáng)AKT的磷酸化從而激活A(yù)KT。小檗堿同AMPK激動(dòng)劑相似，直接激活A(yù)MPK或促進(jìn)蘇氨酸172(Thr172)的磷酸化，從而降低Thr172的去磷酸化，間接激活A(yù)MPK[5]。Cai等[6]通過(guò)四氫嘧啶建立高血糖小鼠模型發(fā)現(xiàn)，小檗堿通過(guò)激動(dòng)AMPK，增加AKT的表達(dá)，上調(diào)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵分子胰島素受體底物2(Insulin receptor substratel 2，IRS-2)的mRNA和蛋白水平，降低空腹血糖和空腹胰島素水平，從而減輕胰島素抵抗。Zhang等[7]發(fā)現(xiàn)AMPK能使p38絲裂原活化蛋白(P38，MAPK)上調(diào)，在骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞中，P38MAPK參與GLUT1(葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)的激活。GLUT1可以提高人體的葡萄糖攝取能力、提高對(duì)胰島素敏感性，減少胰島素抵抗。

1.2 調(diào)節(jié)糖代謝

Kim等[8]通過(guò)研究小檗堿在胃腸道的吸收及其對(duì)胃腸道葡萄糖吸收酶活力的影響中發(fā)現(xiàn)，小檗堿在胃腸道幾乎不吸收，但能影響小腸上皮細(xì)胞上的一種葡萄糖吸收酶，從而抑制小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖，由此可推論出小檗堿降低血糖的機(jī)制之一同α-糖苷酶抑制劑作用類似。Song等[9]在體外觀察小檗堿和二甲雙胍在人肝癌細(xì)胞HepG2中葡萄糖消耗量發(fā)現(xiàn)，小檗堿具有顯著的降糖作用，在一定范圍內(nèi)，呈劑量相關(guān)性，且小檗堿同二甲雙胍在促進(jìn)肝細(xì)胞吸收葡萄糖的作用類似，激活A(yù)MPK和PI3K信號(hào)通路上調(diào)Ⅰ型葡萄糖載體(GIUT4)的表達(dá)和轉(zhuǎn)位活性，促進(jìn)葡萄糖吸收。GLUT4是葡萄糖的運(yùn)輸載體，葡萄糖吸收入血后需要載體蛋白才能進(jìn)入細(xì)胞完成代謝。

1.3 調(diào)節(jié)血脂代謝

2型糖尿病最常見(jiàn)的病理改變之一是脂代謝紊亂，糖尿病和脂代謝紊亂關(guān)系極其密切，TG和FFA的升高既造成胰島素抵抗又造成β細(xì)胞功能損害。小檗堿可以降低高膽固醇血脂中TG、TC和LDL-C，且沒(méi)有其他不良反應(yīng)。大鼠血漿中小檗堿調(diào)節(jié)血脂代謝的機(jī)制和通路有多種。乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-Co Aarboxylase，ACC)在脂肪酸代謝過(guò)程中起到了重要作用。AMPK蛋白是ACC的一個(gè)上游調(diào)節(jié)因子，能夠上調(diào)ACC的表達(dá)。小檗堿通過(guò)激活上游調(diào)節(jié)因子AMPK，促進(jìn)ACC的表達(dá)，加快糖、脂代謝。Li等[10]在脂肪組織中研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿能夠抑制脂肪合成的基因，促進(jìn)前脂肪細(xì)胞的增殖，減少脂質(zhì)堆積，提示我們小檗堿能夠輕微減輕體重。

1.4 抗炎作用

小檗堿的抗炎作用是能夠減低體內(nèi)炎癥因子，炎癥因子或加快糖尿病及糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生或發(fā)展。炎癥因子是炎癥蛋白復(fù)合體，能夠識(shí)別損傷相關(guān)分子模式和病原相關(guān)分子模式，通過(guò)機(jī)械誘導(dǎo)和損傷誘導(dǎo)分泌導(dǎo)致細(xì)胞死亡。糖尿病患者體內(nèi)出現(xiàn)糖、脂代謝紊亂，被認(rèn)為是一種低度炎性疾病。而小檗堿最初被應(yīng)用于胃腸道炎癥性疾病的治療，由此，人們猜測(cè)調(diào)節(jié)胃腸道微生物菌群是否是小檗堿治療糖尿病的機(jī)制之一[11]。Han等[12]認(rèn)為，小檗堿的抗炎活性與通過(guò)抑制AMPK和TLR4介導(dǎo)的NF-κB信號(hào)通路有關(guān)，給予小檗堿治療的糖尿病大鼠，炎癥因子和促炎因子表達(dá)明顯降低，且抗炎癥因子表達(dá)增加，降低動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。

1.5 保護(hù)胰島細(xì)胞

小檗堿能夠修復(fù)、改善胰島功能，保護(hù)胰島β細(xì)胞。胰島β細(xì)胞死亡和功能受損是導(dǎo)致糖尿病發(fā)病的原因之一。造成胰島β細(xì)胞凋亡、損傷的原因有很多，氧化應(yīng)激中線粒體產(chǎn)生的活性氧(ROS)和一些炎癥因子會(huì)加快胰島β細(xì)胞的凋亡、損傷，減少胰島素的分泌。Chandirasegaran等[13]的報(bào)道稱小檗堿上調(diào)白細(xì)胞介素(interleukin IL-10)抗炎細(xì)胞因子的活性，抑制核因子NF-κB(nuclear factor-κBNF-κB)、F-α和環(huán)加氧酶2促炎的表達(dá)。殷峻等[14]研究發(fā)現(xiàn)小檗堿可促進(jìn)損傷后的胰島β細(xì)胞胰島素的分泌，促進(jìn)胰島β細(xì)胞增生，胰腺病理學(xué)研究顯示，小檗堿能夠修復(fù)胰島細(xì)胞。

1.6 抗氧化作用

近年來(lái)，臨床糖尿病人或?qū)嶒?yàn)性糖尿病動(dòng)物體內(nèi)研究[15]分析顯示，在高糖或糖尿病環(huán)境下會(huì)造成活性氧蓄積、氧化應(yīng)激增強(qiáng)，進(jìn)一步加重氧化損傷，加速糖尿病的發(fā)病進(jìn)程及糖尿病并發(fā)癥。賈文波等[16]研究分析，非肥胖糖尿病NOD小鼠體內(nèi)，存在明顯的氧化失衡，蓄積的自由基攻擊胰島β細(xì)胞，外周組織對(duì)胰島素的敏感性降低，造成胰島素分泌不足和胰島素抵抗；李崢等[17]分別測(cè)定了2型糖尿病大鼠腎臟組織中超氧化歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的含量變化，證實(shí)糖尿病腎臟組織中出現(xiàn)脂質(zhì)過(guò)氧化水平增高，氧化失衡，進(jìn)而加劇糖尿病大鼠腎臟損傷。小檗堿具有調(diào)節(jié)氧化和抗氧化平衡的潛能，可增加2型糖尿病小鼠抗氧化劑超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性，這類低分子物質(zhì)被證明是能夠持續(xù)清除ROS的有利物質(zhì)。糖尿病大鼠灌胃小檗堿4周，心肌線粒體內(nèi)氧化損傷標(biāo)志物(MDA)的含量和脂質(zhì)過(guò)氧化物水平明顯降低，SOD、CAT等抗氧化劑活性升高，改善了糖尿病大鼠氧化應(yīng)激[18]。Zhang等[19]分析發(fā)現(xiàn)小檗堿上調(diào)沉默調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)，抑制miR-106b靶基因的表達(dá)，降低MDA并增加SOD水平，以應(yīng)對(duì)糖尿病小鼠體內(nèi)的氧化應(yīng)激。

2 小檗堿緩解糖尿病并發(fā)癥

2.1 糖尿病腦病(DE)

糖尿病腦病可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生不同程度損傷，目前尚未準(zhǔn)確定義。糖尿病患者長(zhǎng)期脂質(zhì)代謝紊亂，隨著病程的增加，微血管基底膜變厚，導(dǎo)致管腔變窄；血脂高、血液粘稠度增加，血液流速減慢，出現(xiàn)腦供血應(yīng)不足，不能很好的對(duì)信息進(jìn)行認(rèn)識(shí)、加工、處理等，出現(xiàn)認(rèn)知障礙(cognitive dysfunction，CD)。脂質(zhì)過(guò)氧化損傷、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子保護(hù)作用減弱等同樣是引發(fā)認(rèn)知功能障礙的病理基礎(chǔ)?？傮w來(lái)說(shuō)，糖尿病腦病引起認(rèn)知、神經(jīng)生理結(jié)構(gòu)發(fā)生異常。CD是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，臨床上常表現(xiàn)為癡呆、健忘、學(xué)習(xí)功能下降等。有研究分析[20]，糖尿病是CD的單一危險(xiǎn)因素，糖尿病人患CD的風(fēng)險(xiǎn)是正常人的1.2～1.5倍，出現(xiàn)阿爾茲海默癥(AD)的風(fēng)險(xiǎn)是正常人的1.6倍。抗氧化酶在糖尿病病人體內(nèi)發(fā)生糖化或氧化，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中氧自由基大量蓄積，出現(xiàn)脂質(zhì)過(guò)氧化損傷和氧化損傷，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和DNA，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。近年有研究[21]中發(fā)現(xiàn)，BBR能夠穿過(guò)血腦屏障，對(duì)T2DM患者的神經(jīng)元損傷有良好的療效。小檗堿抑制炎癥因子淀粉樣蛋白Aβ的釋放，抑制ACh E活性，A被認(rèn)為是AD出現(xiàn)的標(biāo)志物；激活磷酸肌醇3激酶PI3K/Akt/GSK3途徑，減輕胰島素抵抗和糖尿病腦病相關(guān)蛋白Tua過(guò)度磷酸化，Tua蛋白是AD最早出現(xiàn)的分子水平上的異常之一；增強(qiáng)BDNF是腦內(nèi)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，能夠促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)育、調(diào)節(jié)突觸傳遞和突觸可塑性以及改善恢復(fù)認(rèn)知障礙。BDNF在模型大鼠海馬CA1區(qū)的表達(dá)，增強(qiáng)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)海馬神經(jīng)元的保護(hù)作用，延緩糖尿病性腦病的發(fā)生。

2.2 糖尿病腎病(DN)

糖尿病腎病是糖尿病常見(jiàn)并發(fā)癥之一，主要病變發(fā)生在腎臟微血管，是終末期腎臟病的第二位原因。DN主要病理改變是腎小球微血管基底膜增厚及微循環(huán)出現(xiàn)障礙，出現(xiàn)腎小球硬化癥。腎小球?yàn)V過(guò)膜發(fā)生病變，濾過(guò)率降低，導(dǎo)致尿蛋白、血肌酐、血清尿素氮等的升高，這是導(dǎo)致糖尿病腎病發(fā)展成為終末期腎臟病原因之一，也是糖尿病腎病患者死亡因素之一[22]。觀察四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠腎臟組織和高糖培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)胞，在小檗堿治療后相關(guān)腎功能指標(biāo)變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[23]，給予小檗堿治療后，小鼠血糖值、腎重/體重比值、尿素氮、微白蛋白/肌酐比值等相關(guān)腎功能指標(biāo)發(fā)生顯著變化，小檗堿能夠有效降低糖尿病小鼠血糖、腎重/體重比值、尿素氮、微量白蛋白/肌酐比值等指標(biāo)。在高糖環(huán)境下，體內(nèi)高分子活性ROS加劇腎小球?yàn)V過(guò)膜的滲透性。Cheng等[24]分析發(fā)現(xiàn)，小檗堿對(duì)高糖誘導(dǎo)的系膜細(xì)胞損傷具有一定的療效。小檗堿能通過(guò)上調(diào)Keap1-Nrf2/ARE信號(hào)通路，有效減低Keap1蛋白的表達(dá)，加快抗氧化分子轉(zhuǎn)錄因子核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)的分泌，促進(jìn)SOD的合成，降低糖尿病腎病大鼠腎臟內(nèi)氧化應(yīng)激、炎癥和纖維化水平皮細(xì)胞損傷。在高脂聯(lián)合低劑量SZT誘導(dǎo)的2型DN大鼠腎臟模型中出現(xiàn)炎細(xì)胞浸潤(rùn)，炎癥因子如MCP-1、TNF-α等在腎臟細(xì)胞中大量表達(dá)，黃連素通過(guò)抑制NF-κB通路減輕2型DN大鼠腎臟炎癥，給予小檗堿治療后，浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞減少且炎癥因子表達(dá)顯著降低。在SZT誘導(dǎo)的糖尿病腎病大鼠模型中，小檗堿可激活腎小球系膜細(xì)胞(HGMCs)AMPK，刺激thr172磷酸化水平升高，增強(qiáng)HGMCs自噬作用，從而保護(hù)高葡萄糖誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞的損傷[25]。

2.3 糖尿病心肌病(DCM)

糖尿病心肌病是糖尿病常見(jiàn)并發(fā)癥之一，獨(dú)立于其他心臟病(高血壓性心臟病、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病)，是一種特異性心臟病。糖尿病患者長(zhǎng)期糖脂代謝紊亂加劇心肌纖維化和心肌局灶性壞死，是造成心衰、心律失常、心源性休克的主要原因，是糖尿病患者常見(jiàn)的、嚴(yán)重的慢性并發(fā)癥，也是2型糖尿病患者死亡的因素之一。代謝障礙是糖尿病心肌病發(fā)生的重要因素之一，研究[26]介紹了，通過(guò)鏈脲佐菌素聯(lián)合高糖、高脂誘導(dǎo)糖尿病大鼠，大鼠表現(xiàn)出胰島素抵抗、能量代謝紊亂等問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)心肌細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化增強(qiáng)、糖利用障礙，進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞脂質(zhì)毒性增加、能量供應(yīng)不足。小檗堿通過(guò)降低糖尿病小鼠胰島素抵抗、空腹血糖(FBG)、三酰甘油(TG)、膽固醇(TC)以及心臟游離脂肪酸(NEFA)含量；上調(diào)心肌組織脂肪酸跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白FATPs的表達(dá)，減少脂質(zhì)在心肌組織過(guò)量聚集，抑制心肌纖維化和心室重構(gòu)，在治療糖尿病心肌病，小檗堿通過(guò)調(diào)節(jié)血糖血脂保護(hù)心肌細(xì)胞，對(duì)心肌缺血再灌注造成的損傷具有一定的療效。Dong等[27]利用血管緊張素Ⅱ建立心肌細(xì)胞肥大模型，檢測(cè)心肌細(xì)胞中AMPK蛋白表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間進(jìn)行AMPK的表達(dá)呈下降趨勢(shì)，激活A(yù)MPK通路有效預(yù)防心肌肥大的發(fā)生。心臟是人體中最需要的器官之一，心肌缺血時(shí)，AMP/ATP比值增加，AMPK激活，能夠促進(jìn)無(wú)氧糖酵解，從而激活A(yù)S160，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體的膜轉(zhuǎn)位和葡萄糖的攝取，增加ATP的供應(yīng)；在心肌再灌階段，持續(xù)的激活A(yù)MPK能夠抑制乙酰輔酶A(ACC)，而ACC能夠抑制丙二酰輔酶A(malonyl-CoA)的形成，從而促進(jìn)脂肪酸進(jìn)入線粒體進(jìn)行氧化供能，而脂肪酸的持續(xù)氧化能夠抑制葡萄糖的氧化過(guò)程，有效減少心肌梗死面積。小檗堿通過(guò)調(diào)節(jié)葡萄糖和脂質(zhì)代謝直接或間接地保護(hù)心肌細(xì)胞，還可通過(guò)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞膜上K+離子通道，抑制延遲去極化時(shí)間、縮短有效不應(yīng)期導(dǎo)致的心室顫動(dòng)、心律失常等問(wèn)題。

3 結(jié) 論

小檗堿通過(guò)多重機(jī)制控制血糖水平，同時(shí)其抗氧化作用能夠延緩糖尿病并發(fā)癥進(jìn)程，由于其廣泛的生物活性和在天然植物中的大量可用性，小檗堿已被用作降糖藥物的先導(dǎo)化合物，為后續(xù)降糖新藥的研發(fā)提供重要基礎(chǔ)。