黃芩素對糖尿病心肌病保護作用的機制研究及臨床應(yīng)用進展

孫玉鳳，葛卓琦，白雪，2，，陳琦，2，*（. 貴州中醫(yī)藥大學，貴陽 550025；2. 貴州省人民醫(yī)院，貴陽550002；. 貴州醫(yī)科大學，貴陽 550025）

糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）是指發(fā)生于糖尿病患者，但是不能用高血壓性心臟病、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、心臟瓣膜病及其他心臟病變來解釋的心肌疾病[1]，其病理表現(xiàn)為心臟肥大、心肌細胞凋亡和纖維化、心臟功能障礙等[2-3]。DCM在糖尿病的心血管并發(fā)癥中具有較高的發(fā)病率和嚴重的不良預后，且其病理機制十分復雜，至今還未完全闡明，已引起國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注[4]。當前研究結(jié)果顯示，DCM發(fā)病原因主要與氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、亞硝化/硝化應(yīng)激、線粒體功能損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬損傷、心肌細胞凋亡和死亡以及糖尿病微血管病有關(guān)[3，5-6]。此外，有研究表明，胰島素信號與心臟能量被破壞、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS）激活血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）的形成增多及心臟自主神經(jīng)病變等密切相關(guān)；一氧化氮（NO）生物利用度降低、晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）升高及心肌細胞鈣處理失調(diào)等對DCM亦有重要意義[7-9]，DCM的病理生理機制見圖1。

圖1 糖尿病心肌病的病理生理機制[7]Fig 1 Pathophysiology of diabetic cardiomyopathy[7]

目前針對DCM的治療方法主要包括兩種：一種是生活方式干預和藥物治療聯(lián)合；另一種為降糖藥物治療[10]，如二甲雙胍、胰島素等，但此類藥物的使用并不能有效控制高血糖引起的心肌病變，相反，長期使用降糖藥物會產(chǎn)生胰島素抵抗，最終導致控制條件惡化[11]。此外，臨床上治療DCM的一些新藥，如鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白-2抑制劑（sodium-dependent glucose transporter-2，SGLT-2）、二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4，DPP-4）和胰高血糖素樣肽-1激動劑（glucagonlike peptide-1，GLP-1）等也可以控制糖尿病患者的血糖，并具有改善心力衰竭的作用[12-13]。但這些藥物存在嚴重的不良反應(yīng)，例如，SGLT-2抑制劑具有高度生殖系統(tǒng)損害和酮癥酸中毒反應(yīng)等特點[13]，DPP-4和GLP-1激動劑則會出現(xiàn)低血糖、惡心嘔吐及腹瀉等不良反應(yīng)[14]。鑒于此，很有必要研究治療和控制DCM發(fā)生發(fā)展的替代療法。

類黃酮是最常見的植物酚類化合物，它們在醫(yī)學和其他生物活性方面表現(xiàn)出不同的治療潛力[15-18]。黃酮類化合物在緩解DCM或其他糖尿病心血管并發(fā)癥方面的潛力通常與其抗高血糖、高血脂、抗氧化、抗炎和抗凋亡的活性有關(guān)[19-22]。近年來，有報道研究并評估了幾種黃酮類化合物對阿霉素誘導的大鼠心肌保護作用，發(fā)現(xiàn)黃芩素在心肌細胞損傷中具有較強的保護作用[23]。黃芩素是黃芩（Scutellaria baicalensisGeorgi）根部提取物，其化學名稱為 5，6，7-三羥基黃酮（5，6，7-trihydroxyflavone，見圖2）[24]，是天然黃酮類化合物。黃芩素具有抗氧化、抗炎、清除自由基、調(diào)節(jié)免疫、防治心血管疾病等藥理活性[25-26]，對于糖尿病并發(fā)癥也有一定的治療作用。因此，本文基于黃芩素的藥理作用，歸納并總結(jié)出黃芩素對DCM潛在的保護機制，并且介紹黃芩及含有黃芩方劑在治療該病中的臨床應(yīng)用，揭示了黃芩素治療DCM的發(fā)展?jié)撃?，為其今后進一步研究與開發(fā)應(yīng)用提供了科學依據(jù)。

圖2 黃芩素結(jié)構(gòu)Fig 2 Structure of baicalein

1 黃芩素對DCM潛在的保護機制

1.1 降低血糖

糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)的高血糖可導致心肌細胞凋亡，左心室收縮、舒張功能障礙，進而誘發(fā)DCM，最終導致心肌組織廣泛病灶性壞死，增加心率失常、心力衰竭、心源性休克，從而增加糖尿病患者的猝死風險[27]。

據(jù)報道，類黃酮類和其他多酚可有效抑制α淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，并改善糖尿病動物模型和人們體內(nèi)的餐后血糖[28]，其作用和阿卡波糖功能相似[29]。研究顯示，黃芩水提物單獨使用或與其他藥物聯(lián)合使用時能降低大鼠血糖，其機制可能與肝臟中胰島素信號通路PI3K/Akt有關(guān)，激活該通路可使胰島素受體（insulin receptor，InsR）、IRS-1、PI3K、Akt和GLUT-2的蛋白表達顯著升高，影響2型糖尿病大鼠葡萄糖吸收；還能通過抑制糖異生、糖原分解，促進糖酵解及糖原生成來抑制肝葡萄糖輸出[30]。Zhao等[31]研究發(fā)現(xiàn)黃芩水提物可通過調(diào)整回腸法尼酯X受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）介導的腸道微生物群與膽汁酸（BA）代謝之間的相互作用來發(fā)揮降血糖作用。Xi等[32]表明黃芩素能增加肝糖原含量，降低血清腫瘤壞死因子-α（TNF-α）水平，起到降血糖的作用。此外，Yang等[33]研究發(fā)現(xiàn)低濃度黃芩素（1×10-6～1×10-5mol·L-1）能明顯增加胰島素抵抗HepG2細胞的葡萄糖消耗量，其機制可能是通過調(diào)節(jié)InsR/IRS-1/PI3K/Akt信號通路，抑制糖異生，提高丙酮酸激酶（PK）和葡萄糖激酶（GCK）活性從而促進糖酵解。Dong等[34]采用高糖誘導刺激人肝細胞HL-7702，使用5 μmol·L-1和20 μmol·L-1黃芩素處理高糖刺激HL-7702細胞，發(fā)現(xiàn)20 μmol·L-1的黃芩素能提高核因子 E2 相關(guān)因子 2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）蛋白水平和骨骼肌中能量消耗相關(guān)基因的表達，降低肝臟中糖異生相關(guān)基因的表達[35]，并通過減少葡萄糖或糖原的生成起到降血糖的作用。除此之外，黃芩素還可以利用腸道微生物抑制淀粉水解來調(diào)節(jié)短鏈脂肪，從而降低血糖[36]。由此可知，黃芩素可通過抑制血糖的生成和機體對血糖的吸收、影響腸道菌群和代謝產(chǎn)物來調(diào)節(jié)血糖濃度。

1.2 調(diào)節(jié)脂代謝

心肌細胞中異常的脂質(zhì)代謝在DCM相關(guān)的病理性結(jié)構(gòu)和功能變化的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用[37]。脂質(zhì)以脂滴的形式積累，作為進一步代謝需求的能量沉積物[38]。脂質(zhì)積累導致細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)被稱為脂毒性，可通過激活代謝、炎癥和氧化途徑引發(fā)細胞死亡[39]。Yan等[40]研究表明，黃芩總黃酮可抑制膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）的表達來減少肝臟和BA脂質(zhì)的積累；黃芩水提物則通過降低肝臟中總膽固醇（TG）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平及增加高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平來調(diào)節(jié)肝臟脂代謝。Sun等[41]發(fā)現(xiàn)，黃芩素通過活化AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和抑制固醇[激素]調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（sterol regulatory element-binding protein，SREBP）的裂解使肝臟脂肪積累減少。在糖尿病前期，黃芩素及其代謝物可抑制新生脂肪生成，減少肝細胞因子分泌及脂質(zhì)的積累，起到降血脂的作用[42]。此外，AMPK作為調(diào)節(jié)脂肪酸、膽固醇的合成及三酰甘油分解的重要因子[43]，激活AMPK通路可影響心肌細胞的生理病理過程[44]。有研究表明，黃芩素可活化AMPK，抑制下游MAPK/NF-κB途徑減少活性氧（ROS）的產(chǎn)生、鈣離子的過載和細胞凋亡，對心肌細胞起到保護作用[45]。

綜上所述，黃芩素及黃芩提取物對糖尿病脂代謝有良好的調(diào)節(jié)作用，但黃芩素能否通過影響脂質(zhì)代謝和合成對心肌起到保護作用，及其治療DCM的作用機制尚需進一步研究。

1.3 抗炎

心臟炎癥是DCM發(fā)展的原因之一[46]。炎癥被認為是在對細胞受到應(yīng)激時恢復細胞穩(wěn)態(tài)的適應(yīng)反應(yīng)[47]。然而，當糖尿病患者受到持續(xù)的應(yīng)激時，這種適應(yīng)性反應(yīng)會產(chǎn)生破壞影響。有研究表明，TNF-α、白細胞介素-1β（IL-1β）和白細胞介素-6（IL-6）均在心肌細胞肥大中起到主要作用[48]。持續(xù)的高血糖可以激活MAPK通路（JNK和p38MAPK）誘導炎癥因子在心臟中的表達，引起心臟損傷[49]。此外，升高血液中的脂質(zhì)水平能激活Toll樣受體-4（TLR4）/核因子-kappa B（NFκB）途徑，增強心臟炎癥反應(yīng)[50]。

研究表明，黃芩素可以顯著抑制MAPK和NF-κB及其下游的TLR4，減少炎癥因子的產(chǎn)生[51-52]。黃芩素除了能抑制MAPKs途徑外還可激活I(lǐng)RS-1/PI3K/Akt途徑，減少炎癥因子的生成。同樣在鏈脲佐菌素（STZ）誘導的DCM大鼠中，與對照組相比，黃芩素組以劑量依賴性的方式增強超氧化物歧化酶（SOD）的活性，降低NADPH氧化酶（NADPH oxidase，NOX）表達和丙二醛（MDA）含量，使炎癥產(chǎn)生減少，其作用機制與PI3K/Akt信號通路有關(guān)[53]。另有研究發(fā)現(xiàn)，黃芩素可降低促炎因子IL-6和白細胞介素-8（IL-8）水平，且能通過調(diào)節(jié)NO、抑制內(nèi)皮炎癥和氧化應(yīng)激來減少心肌細胞凋亡[54]。由此可知，黃芩素對DCM的保護作用與抑制炎癥、氧化應(yīng)激和多種信號傳導途徑有關(guān)[55]。

1.4 抗氧化

ROS是糖尿病并發(fā)癥的一個重要因素。在心肌細胞中，ROS可能通過單胺氧化酶（MAO）或者鈣蛋白酶在電子傳遞鏈（ETC）的線粒體中產(chǎn)生[56]。此外，還有特定的酶如黃嘌呤氧化酶、脂氧合酶和NOX等均可以產(chǎn)生ROS[57]。然而，當ROS過多或降解不足時可能會引起DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的損傷，進而使細胞產(chǎn)生不可逆的損傷和死亡，引起心臟功能障礙，此反應(yīng)過程被定義為氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激會對蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)產(chǎn)生損傷，導致細胞結(jié)構(gòu)、生理和代謝機制破壞及調(diào)節(jié)異常，促使DCM快速發(fā)展[58]。

有研究表明，黃芩素可以抑制ROS生成，可能是與黃芩素屬于酚類抗氧化劑，能夠通過自由基捐贈氫原子來轉(zhuǎn)移電子自由基有關(guān)[59]。此外，黃芩素可以激活SOD、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性，抑制脂質(zhì)過氧化從而減少ROS的生成，起到抗氧化作用[60]。在2型糖尿病小鼠中，黃芩素抗氧化活性與下調(diào)蛋白激酶R樣ER激酶（PERK）、上調(diào)Nrf2途徑以緩解氧化應(yīng)激和細胞凋亡有關(guān)[34]。而在一些體外研究中，黃芩素對氧化應(yīng)激損傷同樣顯示出保護作用[61]。在經(jīng)H2O2誘導的H9c2細胞中，黃芩素以劑量依賴性的方式抑制ROS生成和脂質(zhì)過氧化，下調(diào)RIPK1/RIPK3蛋白的表達，提高細胞存活率[62]。此外，黃芩素還可以通過穩(wěn)定Hsc70 相互作用蛋白（carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein，CHIP）來抑制心肌細胞的壞死，促進心肌細胞中RIPK1/RIPK3的泛素化和降解，從而產(chǎn)生心臟保護作用[63]。

1.5 改善胰島素抵抗

Min等[64]將飲食誘導的肥胖小鼠腹腔注射給予20 mg·kg-1黃芩素，每日一次，持續(xù)21 d，發(fā)現(xiàn)黃芩素可以減少空腹血糖（FBG）、胰腺β細胞凋亡和功能障礙，還可以促進GLUT4易位，以防止胰島素抵抗和2型糖尿病的發(fā)生。其主要作用機制與PGC-1α和pAKT的上調(diào)以及脂肪細胞中pP38MAPK和pERK的下調(diào)有關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，黃芩素還可以抑制α-葡萄糖苷酶，并下調(diào)下游炎癥因子的表達，其改善胰島素抵抗的作用機制與抑制炎癥信號通路密切相關(guān)[65]。黃芩素對營養(yǎng)肥胖的大鼠模型具有良好的減肥效果，可通過改善飲食誘導的瘦素抵抗作用、增加靶器官對胰島素的敏感性，使胰島素抵抗作用得到改善[66]；另外，黃芩素還能增加IRS-1和AKT1的磷酸化水平，降低細胞因子信號傳導3（SOCS3）的表達，使GSK3β的磷酸化減少，并增加肝糖原水平來改善胰島素抵抗；動物實驗表明，黃芩素可以通過調(diào)節(jié)MAPK/PI3K/Akt信號通路來改善2型糖尿病大鼠的葡萄糖和脂肪代謝，從而改善胰島素抵抗[30]。

總之，黃芩素可以通過降低血糖和脂質(zhì)、保護胰腺β細胞以及增加靶器官對胰島素的敏感性來改善胰島素抵抗。黃芩素還可以通過其抗炎和抗氧化特性降低胰島素的抵抗指數(shù)，主要是通過調(diào)節(jié)MAPK/PI3K/Akt信號通路。黃芩素對DCM的潛在保護作用機制見圖3。

圖3 黃芩素對DCM潛在的保護機制Fig 3 Potential protective mechanism of baicalein on diabetic myocardium

2 臨床應(yīng)用

DCM在中醫(yī)學中歸屬于“消渴病”“心悸”“胸痹”等范疇[67]。糖尿病陰虛燥熱經(jīng)久不愈，逐漸涉及于心，影響心神、心脈、心體，因此可選用苦寒清熱的藥物來治療。

2.1 黃芩的臨床應(yīng)用

邢穎等[68]統(tǒng)計中國中醫(yī)科學院中醫(yī)藥中心臨床數(shù)據(jù)庫，收集到2843例2型糖尿病患者門診中藥處方的用藥規(guī)律，發(fā)現(xiàn)清熱藥居首位，單味藥黃芩使用頻次僅次于黃連。根據(jù)《糖尿病心肌病病證結(jié)合診療指南》（2021年版），黃芩具有瀉火燥濕、解毒寧心的功效，可用于治療中度陰虛火旺型的DCM及熱毒熾盛引起的心律失常[67]。

2.2 含黃芩方劑的臨床應(yīng)用

仝小林教授[69-70]臨床上善用不同劑量的葛根芩連湯來治療糖尿病濕熱蘊脾證，且具有較好的治療效果。黃煌教授[71]則以該方作為治療糖尿病的基本方，應(yīng)用于心悸、胸悶、失眠多夢等癥狀的糖尿病患者。臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計，仝小林教授[72]運用干姜黃芩黃連人參湯治療80例2型糖尿病患者，發(fā)現(xiàn)其有效率達到71%，治療前后實驗室指標水平得到改善，其中黃芩和干姜常作藥對使用，治療口干、乏力伴有心悸、心慌的糖尿病患者。卜獻春教授[73]采用當歸六黃湯加減方，治療DCM早期患者，從而改善由氣陰兩虛、火毒傷絡(luò)導致的該類患者心慌、心悸、胸悶等癥狀。

3 展望

隨著糖尿病發(fā)病率的逐年升高，由其引發(fā)的心血管疾病也明顯增多。目前，臨床上尚無確切的預防和治療方法，導致部分患者最后發(fā)展為DCM，增加了糖尿病患者的死亡風險。因此，研發(fā)新的DCM針對性藥物迫在眉睫，本文主要從黃芩素對DCM潛在藥理作用、黃芩及含黃芩的方劑在糖尿病及其并發(fā)癥的臨床應(yīng)用角度出發(fā)，揭示黃芩素在DCM治療方面的開發(fā)潛力。DCM發(fā)病機制較為復雜，而黃芩素作為傳統(tǒng)的中藥提取物，對多種原因?qū)е碌男募〖毎哂斜Ｗo作用，體現(xiàn)了良好的開發(fā)利用價值，但黃芩素對DCM的保護機制尚需進一步研究闡明，相信在不久的將來，黃芩素能作為一種新型的藥物廣泛應(yīng)用于DCM的治療。