紅景天苷治療糖尿病及其并發(fā)癥機(jī)制的研究進(jìn)展※

溫 靜 高 珂 郭叢叢 廖 琳

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)2019 級碩士研究生，山東 濟(jì)南 250014；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，山東 濟(jì)南 250014；3.山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，山東 濟(jì)南 250014)

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是由于胰島素分泌不足或組織對胰島素的敏感性降低引起的以血糖升高為主要特點(diǎn)的一類代謝紊亂性疾病。據(jù)統(tǒng)計，全球糖尿病發(fā)病率逐年上升，預(yù)計到2045年全球糖尿病患者將達(dá)到6.93億[1]。中國已成為世界上糖尿病患者最多的國家，患病率為11.6%[2]。長期的高血糖可導(dǎo)致腎臟、心臟、血管、眼睛、神經(jīng)等各器官、組織的損傷。糖尿病并發(fā)癥的致殘率、致死率已經(jīng)超過糖尿病本身，給整個社會、經(jīng)濟(jì)及衛(wèi)生系統(tǒng)造成了巨大的負(fù)擔(dān)。預(yù)防和治療糖尿病及其并發(fā)癥已經(jīng)成為我國醫(yī)療保健的重要課題。因此，控制高血糖、延緩及治療其并發(fā)癥的藥物研究勢在必行。

紅景天苷(SAL)主要是從紅景天中分離出來的對羥基苯乙基-β-葡萄糖苷化合物，是紅景天的主要活性成分。女貞子、黃芩、杜鵑、淫羊藿等其他植物藥中也含有SAL。越來越多的研究證明，SAL具有延緩衰老、抑制氧化應(yīng)激、抑制炎性反應(yīng)、增強(qiáng)免疫、抗纖維化、抗腫瘤和降糖、降脂等多種藥理作用[3-5]，對多種疾病具有較好的調(diào)節(jié)作用，尤其對糖尿病及其并發(fā)癥療效顯著，具有良好的發(fā)展前景。通過闡述近年來SAL對糖尿病及其并發(fā)癥的作用并總結(jié)探討其相關(guān)機(jī)制，作一綜述如下。

1 降糖機(jī)制

1.1 SAL通過AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)通路發(fā)揮降糖作用 胰島素抵抗是指胰島素?zé)o法有效地調(diào)節(jié)組織和細(xì)胞攝取利用葡萄糖的一種代謝狀態(tài)，是2型糖尿病(T2DM)發(fā)病的重要機(jī)制之一。胰島素抵抗的靶器官主要涉及骨骼肌、肝臟。AMPK激活后能直接改善組織的胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)，是機(jī)體保持葡萄糖平衡所必需的關(guān)鍵因子，被譽(yù)為新陳代謝的開關(guān)。一項研究表明，SAL可通過激活小鼠肌細(xì)胞中AMPK/沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)信號通路，抑制線粒體活性氧(ROS)的產(chǎn)生來改善骨骼肌細(xì)胞的胰島素抵抗[6]。在肝臟中，有研究表明，SAL以時間和濃度依賴的方式激活肝細(xì)胞中線粒體相關(guān)的AMPK/磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)通路，促進(jìn)AMPK、Akt和GSK-3β的磷酸化，改善肝細(xì)胞的胰島素抵抗[7]。此外，Zheng T等[7]研究發(fā)現(xiàn)，SAL可以減輕C57BLKS/Leprdb(db/db)小鼠的肝臟脂肪變性，且進(jìn)一步研究證實，SAL在肝細(xì)胞中通過依賴AMPK的硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)/ Nod樣受體蛋白3(NLRP3)途徑減輕氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)，減少肝臟脂肪變性，增加肝細(xì)胞的胰島素敏感性，從而產(chǎn)生降血糖的作用[8]。

胰島素抵抗時肝臟的糖異生水平顯著增加，糖異生過程中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)是關(guān)鍵酶。研究表明，SAL可抑制PEPCK和G6Pase mRNA表達(dá)，從而抑制肝臟糖異生[6]。同樣，Lee S Y等[9]研究也發(fā)現(xiàn)，紅景天提取物可顯著抑制肝細(xì)胞中糖異生基因(PEPCK和G6Pase)的表達(dá)，該作用與增加AMPK的磷酸化水平相關(guān)。這表明SAL可能通過促進(jìn)AMPK磷酸化從而抑制肝糖異生。

1型糖尿病(T1DM)的病因是自身免疫導(dǎo)致的胰島β細(xì)胞數(shù)量大量急速下降，T2DM的發(fā)病機(jī)制通常認(rèn)為與胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能障礙相關(guān)?？傊?，胰島是血糖控制的核心器官，胰島β細(xì)胞功能障礙及凋亡是引起血糖升高的關(guān)鍵。胰十二指腸同源異型基因1(PDX1)是維持胰島β細(xì)胞功能和存活的一種必需轉(zhuǎn)錄因子，叉頭框轉(zhuǎn)錄因子亞族1(FoxO1)作為PDX1功能的負(fù)調(diào)節(jié)因子，介導(dǎo)胰島β細(xì)胞功能障礙和凋亡。Ju L等[10]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病db/db和高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠中，SAL通過激活A(yù)MPK/Akt抑制FoxO1，從而恢復(fù)PDX1核定位來減輕高糖介導(dǎo)的氧化應(yīng)激，提高胰島β細(xì)胞存活率。

上述研究表明，SAL可通過激活A(yù)MPK改善肝臟、骨骼肌、脂肪組織中的胰島素抵抗，減少肝臟的糖異生，還可以保護(hù)胰島β細(xì)胞，從而發(fā)揮降糖作用。二甲雙胍作為糖尿病的一線藥物，主要通過激活A(yù)MPK發(fā)揮作用，Zheng T等[7]進(jìn)一步研究證實，200 mg/(kg·d)的二甲雙胍與100 mg/(kg·d)的SAL具有相同的降血糖作用。

1.2 SAL通過非AMPK通路發(fā)揮降糖作用 營養(yǎng)過剩和肥胖引起的氧化應(yīng)激和炎癥是糖尿病進(jìn)展的關(guān)鍵因素[11]。脂毒性被認(rèn)為是導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能障礙的原因[12]。SAL除了降糖作用外，還具有調(diào)節(jié)血脂、抗炎等作用。Wang M等[13]研究發(fā)現(xiàn)，SAL能通過抑制白色脂肪組織的炎癥[降低白細(xì)胞介素1β(IL-1β)、IL-2、IL-4、IL-6、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等炎癥因子的表達(dá)]和改善下丘腦瘦素敏感性來改善肥胖小鼠的血糖穩(wěn)態(tài)。高遷移率族蛋白1(HMGB1)是一種高度保守的核蛋白，影響炎癥性疾病的生物學(xué)過程。Yang L等[14]在db/db小鼠研究中發(fā)現(xiàn)，SAL可改善全身的胰島素抵抗、高血糖和肝臟炎癥，并通過棕櫚酸誘導(dǎo)的人正常肝細(xì)胞進(jìn)一步證實，SAL通過抑制炎癥通路HMGB1/晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)/核因子-κB (NF-κB)和HMGB1/ Toll樣受體4(TLR4)/ NLRP3信號通路來發(fā)揮抗糖尿病、減輕肝臟炎癥的作用。

現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病與腸道之間關(guān)系密切，在上世紀(jì)60年代，Elrick H等[15]發(fā)現(xiàn)了“腸促胰素效應(yīng)”。胰高血糖素樣肽1(GLP-1)是腸促胰素的一種，具有促進(jìn)胰島素分泌、保護(hù)胰島β細(xì)胞、減輕體質(zhì)量的功效。Yan T等[16]構(gòu)建高脂和鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型，證實SAL可促進(jìn)血清GLP-1的分泌，通過細(xì)胞實驗進(jìn)一步證實，SAL可通過減輕ROS介導(dǎo)的絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信號通路的激活，減輕腸道細(xì)胞凋亡，從而刺激腸道細(xì)胞分泌GLP-1。由此可以發(fā)現(xiàn)，SAL不僅改善胰島素抵抗，還可促進(jìn)胰島素分泌。

2 SAL治療糖尿病并發(fā)癥機(jī)制

2.1 糖尿病并發(fā)心血管疾病 糖尿病是心血管疾病重要的危險因素，心血管疾病是T2DM患者致死致殘的主要原因，其機(jī)制與動脈粥樣硬化的形成有關(guān)。內(nèi)皮細(xì)胞的損傷和功能障礙是動脈粥樣硬化形成的第一步[17]。血管平滑肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變是動脈粥樣硬化的病理基礎(chǔ)。內(nèi)皮功能障礙的原因包括炎癥、血脂異常、高血糖和氧化應(yīng)激[18]。體內(nèi)外研究證明，SAL能激活總內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)[19-20]，抑制晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGE)[21-22]誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)，減少ROS的形成，從而減少一氧化氮(NO)的失活，保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞，抑制其凋亡。此外，有學(xué)者證實，SAL在體內(nèi)和體外均能抑制平滑肌細(xì)胞的增殖[23-24]。我們前期研究證實，紅景天注射液的主要成分包含SAL，該藥可抑制高糖誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，促進(jìn)其凋亡[25]。此外，SAL還可通過抑制平滑肌細(xì)胞的L型鈣離子通道，恢復(fù)平滑肌細(xì)胞的大電導(dǎo)鈣激活鉀通道(BKCa)功能，降低腦血管收縮活動[26-27]。

糖尿病心肌病是一種由糖尿病引起的可導(dǎo)致心力衰竭的病理生理狀態(tài)，伴隨心肌細(xì)胞的收縮功能異常[28]與糖尿病誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大和線粒體功能的損害密切相關(guān)。Li Y等[29]發(fā)現(xiàn)，SAL通過激活線粒體生物發(fā)生和沉默調(diào)節(jié)蛋白3(SIRT3)保護(hù)糖尿病心肌病小鼠的心功能，同時也可減輕糖尿病引起的心臟氧化應(yīng)激、炎癥和心肌細(xì)胞凋亡[30]。近期有研究進(jìn)一步證明，SAL對糖尿病心肌病小鼠模型心肌細(xì)胞凋亡的保護(hù)作用是通過Akt/血紅素加氧酶-1(HO-1)信號通路實現(xiàn)的[31]。

2.2 糖尿病腎病(DKD)

2.2.1 SAL可降低蛋白尿 DKD作為糖尿病的主要并發(fā)癥，已成為世界各國慢性腎衰竭的主要原因[32]。在我國，DKD已經(jīng)超過腎小球腎炎成為慢性腎臟病的首要原因[33]。蛋白尿是腎小球損傷的重要表現(xiàn)，也被認(rèn)為是DKD的標(biāo)志。DKD患者蛋白尿的發(fā)生主要與腎小球濾過膜完整性破壞，導(dǎo)致近端腎小管通透性增加和重吸收功能障礙有關(guān)。

在DKD早期，主要累及腎小球間隔，尤其是足細(xì)胞[34]。體內(nèi)和體外研究已經(jīng)證明，SAL可以減少高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞凋亡[35-36]。Wu D等[37]進(jìn)一步研究表明SAL可通過抑制足細(xì)胞線粒體的氧化應(yīng)激來促進(jìn)HO-1的表達(dá)，并通過AMPK/小窩蛋白-1 (Cav-1)途徑抑制白蛋白轉(zhuǎn)位，從而降低蛋白尿。Shati A A[38]在T1DM大鼠模型中證明了SAL可通過激活腎臟AMPK/SIRT1信號通路減少ROS，降低蛋白尿。

現(xiàn)有研究表明，近端腎小管病變早于腎小球病變[39]。對于腎小管上皮細(xì)胞，SAL通過調(diào)控細(xì)胞核因子2相關(guān)的因子2(Nrf2)的表達(dá)逆轉(zhuǎn)由AGE引起的腎小管上皮細(xì)胞凋亡[40]。Guo C等[41]研究發(fā)現(xiàn)，SAL可以抑制促凋亡蛋白(BIM)介導(dǎo)的近端腎小管上皮細(xì)胞凋亡，并且SAL可以抑制體內(nèi)和體外腎小管上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激。已有研究證明，Sirt首先在腎小管中下調(diào)，然后在腎小球和足細(xì)胞中下調(diào)，Sirt是BIM的上游分子，因此我們推測SAL可能通過促進(jìn)Sirt的表達(dá)，進(jìn)而抑制BIM的表達(dá)而發(fā)揮抗腎小管上皮細(xì)胞凋亡的作用。

2.2.2 抑制腎間質(zhì)纖維化，改善腎性貧血 DKD終末期會發(fā)生腎間質(zhì)纖維化，體內(nèi)實驗證明，SAL可通過抑制血清轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)/Smad信號通路的激活而改善糖尿病大鼠的腎間質(zhì)纖維化[42]。同時研究證實，SAL通過激活GSK-3β誘導(dǎo)的Wnt1/Wnt3a/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)的抑制作用，保護(hù)大鼠腎臟免受T1DM誘導(dǎo)的損傷和纖維化[43]。

腎性貧血也是DKD患者的主要并發(fā)癥。研究證明，SAL具有很強(qiáng)的攜氧能力，還可以與色氨酸-甘氨酸-富含精氨酸(WGR)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，激活1型聚ADP核糖聚合酶(PARP1)，保護(hù)造血干細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的傷害，從而改善腎性貧血[44]。

2.3 糖尿病視網(wǎng)膜病變 糖尿病視網(wǎng)膜病變已成為成人視力低下和失明的主要原因[45]。Müller細(xì)胞是視網(wǎng)膜重要組成部分，高糖誘導(dǎo)的Müller細(xì)胞氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡在糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。SAL能通過激活PI3K/Akt通路抑制高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，減輕大鼠視網(wǎng)膜Müller細(xì)胞系(rMC-1)細(xì)胞損傷[46]，同時可通過上調(diào)視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白(GFAP)、谷氨酰胺合成酶(GS)蛋白表達(dá)及降低視網(wǎng)膜谷氨酸含量，對糖尿病早期狀態(tài)下的Müller細(xì)胞起到一定的神經(jīng)保護(hù)作用[47]。此外，SAL通過抑制miR-138，激活PI3K/Akt和AMPK通路，減輕了高糖誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞(ARPE-19)的細(xì)胞損傷，從而證明了SAL對糖尿病視網(wǎng)膜病變具有保護(hù)作用[48]。

2.4 糖尿病周圍神經(jīng)病變 多達(dá)半數(shù)的糖尿病患者并發(fā)有周圍神經(jīng)病變[49]。糖尿病周圍神經(jīng)病變是一種獨(dú)特的周圍神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，以感覺神經(jīng)軸突和自主神經(jīng)軸突為主，其次為運(yùn)動神經(jīng)軸突。周圍神經(jīng)供血不足被認(rèn)為是糖尿病周圍神經(jīng)病變的機(jī)制之一[50]。大約30%的糖尿病周圍神經(jīng)病變患者有神經(jīng)病理性疼痛[51]。高血糖可導(dǎo)致多種代謝途徑紊亂，神經(jīng)元和軸突受損，神經(jīng)系統(tǒng)氧化應(yīng)激水平升高。代謝途徑和氧化應(yīng)激導(dǎo)致NF-κB和特定蛋白1的激活，導(dǎo)致神經(jīng)炎癥和血管損傷[52]。有研究發(fā)現(xiàn)，SAL可通過減少嘌呤能離子通道型受體7(P2X7R)在脊髓中的表達(dá)，減少坐骨神經(jīng)和脊髓中促炎細(xì)胞因子(TNF-α和IL-1β)的釋放[53]；通過調(diào)節(jié)AMPK-NLRP3炎癥體軸，抑制神經(jīng)炎癥，減輕神經(jīng)病理性疼痛[54]。

2.5 糖尿病足 糖尿病足不僅降低患者的生活質(zhì)量，同時造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對于糖尿病足，體內(nèi)和體外研究已經(jīng)證明了SAL對糖尿病足的治療作用[55]。楊金龍等[56]研究證實，SAL能促進(jìn)糖尿病大鼠皮膚瘡面的愈合。此外，景亮等[57]研究發(fā)現(xiàn)，SAL可能通過調(diào)節(jié)Nrf2/Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(Keap1)信號通路，增加糖尿病足潰瘍大鼠的抗氧化能力，促進(jìn)創(chuàng)面愈合。

2.6 糖尿病腦病(DE) SAL能夠通過抗炎、抗氧化應(yīng)激等作用保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞，改善阿爾茨海默病(AD)。研究發(fā)現(xiàn)，T2DM與AD密切相關(guān)。由于糖尿病患者的預(yù)期壽命延長，認(rèn)知障礙和癡呆已成為T2DM的新并發(fā)癥[58]。這種糖尿病相關(guān)認(rèn)知缺陷并發(fā)癥也被稱為DE。胰島素抵抗被廣泛認(rèn)為是糖尿病患者易患AD的主要因素[59]。DE的發(fā)病與氧化應(yīng)激、炎癥有關(guān)[60]。Rho/Rho相關(guān)激酶(ROCK)信號通路的激活能夠調(diào)節(jié)NF-κB信號通路，上調(diào)炎癥基因，導(dǎo)致糖尿病引起認(rèn)知障礙。Hao X等[61]采用STZ誘導(dǎo)糖尿病模型，造模前4周予SAL 200 mg/(kg·d)預(yù)處理后，所有大鼠均單次腹腔注射STZ 60 mg/kg，繼續(xù)飼養(yǎng)16周后觀察。結(jié)果證實，SAL可預(yù)防糖尿病大鼠的認(rèn)知障礙，具有抗炎作用(抑制糖尿病大鼠的TNF-α和IL-6水平)、抗氧化應(yīng)激作用[顯著提高谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽(GSH)和超氧化物歧化酶(SOD)水平，并降低丙二醛(MDA)水平]；減少神經(jīng)細(xì)胞的凋亡(顯著降低caspase-3活性和Bax蛋白表達(dá))。同時SAL顯著抑制糖尿病大鼠中Rho、ROCK、SIRT1、NF-κB的蛋白表達(dá)，證明了SAL可能通過調(diào)節(jié)Rho/ROCK/SIRT1/NF-κB通路來預(yù)防糖尿病引起的認(rèn)知障礙。趙珩等[62]采用STZ誘導(dǎo)糖尿病模型，給予SAL 50 mg/kg灌胃12周后，SAL組大鼠學(xué)習(xí)記憶障礙得以改善，藺勇等[63]進(jìn)一步證明了SAL改善DE模型大鼠的學(xué)習(xí)記憶障礙可能是通過氧化應(yīng)激實現(xiàn)的。

2.7 骨脆性 T1DM和T2DM對骨密度有不同的影響，但有共同的途徑導(dǎo)致骨脆性。如今，骨脆性被認(rèn)為是糖尿病的并發(fā)癥[64]。慢性高血糖和AGE積累、胰島素抵抗、骨髓脂肪改變、炎癥因子以及內(nèi)臟脂肪和氧化應(yīng)激釋放的脂肪因子是糖尿病誘導(dǎo)骨脆性的主要機(jī)制[65]。研究證明，SAL可通過調(diào)控FoxO1/β-catenin通路，增強(qiáng)抗氧化應(yīng)激作用，保護(hù)T2DM大鼠的骨質(zhì)疏松[66]。

糖尿病合并骨質(zhì)疏松疾病，女性高于男性，尤其是絕經(jīng)后的女性，主要原因是雌激素水平降低和胰島素紊亂[67-68]。Zheng H等[69]采用手術(shù)切除雙側(cè)卵巢，并采用STZ建立骨質(zhì)疏松糖尿病大鼠模型，造模成功后予SAL 20 mg/(kg·d)灌胃60 d后，檢測血清鈣、磷、骨保護(hù)素(OPG)、NF-κB配體受體激活劑(RANKL)、骨轉(zhuǎn)換標(biāo)記物、骨密度等，證實SAL通過抑制骨轉(zhuǎn)換、抑制骨髓脂肪產(chǎn)生和上調(diào)OPG/RANKL比率來保護(hù)卵巢切除和糖尿病引起的骨丟失。此外，SAL還可通過調(diào)節(jié)維生素D代謝和細(xì)胞間鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，調(diào)節(jié)腎臟鈣敏感受體(CaSR)的表達(dá)來改善鈣穩(wěn)態(tài)，從而發(fā)揮骨保護(hù)作用[70]。

小結(jié)糖尿病因其高發(fā)病率和死亡率越來越受到廣泛關(guān)注，持續(xù)的高血糖、胰島素抵抗、氧化應(yīng)激和炎癥是導(dǎo)致多個器官損傷、功能障礙和衰竭的重要因素。SAL作為潛在新型抗糖尿病藥物，生物活性多樣，能作用于多種信號通路，已從改善代謝、降低胰島素抵抗、抑制炎癥和氧化應(yīng)激等多方面展示了其良好的治療潛力，盡管仍然沒有多中心、良好控制的長期臨床試驗來評估其療效和安全性，但多項基礎(chǔ)研究表明開發(fā)SAL作為降糖、調(diào)脂和治療多種糖尿病并發(fā)癥的口服藥物具有廣闊前景。