黃芩苷治療糖尿病及其并發(fā)癥的研究進展

馬光宇,羅慧娟,王冬菊,肖小敏

(暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院 婦產(chǎn)科,廣東 廣州 510000)

糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病。2019年,全球糖尿病患病率約為9.3%(4.63億),2030年將升至10.2%(5.78億),2045年將升至10.9%(7億)[1]。糖尿病慢性并發(fā)癥是其患者死亡的主要原因,高血糖常會誘發(fā)腎臟、視網(wǎng)膜及神經(jīng)等微血管病變,預(yù)防并發(fā)癥發(fā)生對糖尿病患者至關(guān)重要。高血糖介導(dǎo)的氧化應(yīng)激、晚期糖基化終產(chǎn)物增加、二酰甘油-蛋白激酶C通路的激活、多元醇和己糖胺途徑通路量增加等途徑導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥發(fā)生[2]。目前,控制血糖主要依靠藥物,而對于糖尿病并發(fā)癥,尚未開發(fā)有效預(yù)防或治療方法。黃芩苷可通過抗氧化、糾正糖代謝異常、恢復(fù)胰島β細胞功能、逆轉(zhuǎn)胰島素抵抗(insulin resistance,IR)、增強自噬及抗炎等多途徑治療糖尿病及其并發(fā)癥。

1 黃芩苷的研究現(xiàn)狀

1.1簡介 黃芩作為傳統(tǒng)中藥,已被廣泛應(yīng)用于腹瀉、痢疾、高血壓、出血、失眠、炎癥及感染的治療[3]。黃芩苷是從黃芩中提取出來的類黃酮化合物,有抗腫瘤、抗菌及抗氧化等作用[4]。黃芩苷在腎臟組織中分布濃度較高[5],這可能是其多用于治療糖尿病腎臟疾病(diabetic nephropathy,DN)的主要原因之一。黃芩苷作為糖苷酮,極性極大,不易被腸道吸收,通過腸道細菌β-葡萄糖醛酸酶(β-glucuronidase,β-G)介導(dǎo)作用下轉(zhuǎn)化為親脂性黃芩素,之后進入體內(nèi)經(jīng)小腸或肝臟尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶再轉(zhuǎn)化為黃芩苷而發(fā)揮藥理作用,這一過程提高了黃芩苷在胃腸道各節(jié)段中的吸收率[6]。見圖1。

圖1 黃芩苷的分子式

1.2藥代動力學(xué) 黃芩苷已被證明有治療糖尿病的作用。在糖尿病模型中,黃芩苷藥代動力學(xué)非常特殊。黃芩苷腸道吸收主要通過腸道細菌β-G作用。Deng等[7]研究黃芩提取物在2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)大鼠糞便懸浮液與正常大鼠糞便懸浮液中孵育產(chǎn)生黃芩素的情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn),T2DM大鼠糞便懸浮液中產(chǎn)生的黃芩素是對照組的1.40倍。當(dāng)黃芩提取物在人工腸液中孵育時,未檢測到黃芩素。同時發(fā)現(xiàn),與正常大鼠相比,T2DM大鼠腸道中β-G活性升高,是正常大鼠的2.03倍,同時血漿黃芩苷濃度升高。糖尿病狀態(tài)下腸道β-G活性增加,會極大增加黃芩苷的吸收率,以及血藥濃度與生物利用度,對糖尿病治療效果顯著增加。

2 黃芩苷對糖代謝的調(diào)節(jié)作用

黃芩苷可降低空腹血糖和胰島素水平,增加糖異生,改善IR[8-11]。胰島素的刺激,可促進骨骼肌攝取葡萄糖,葡萄糖轉(zhuǎn)運體4(glucose transporter type 4,GLUT4)在維持血糖過程中起重要作用[12]。胰島素信號通路中,受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase,RTK)活性和受體介導(dǎo)的胰島素受體底物(insulin receptor substrate,IRS)磷酸化降低,會阻礙下游的磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K/ protein kinase B,PI3K/Akt)介導(dǎo)IR并導(dǎo)致T2DM,同時,引起GLUT4易位障礙[13]。黃芩苷可上調(diào)IRS-1磷酸化,介導(dǎo)GLUT4易位,進而加快骨骼肌細胞葡萄糖攝取,阻斷脂肪酸合成,提高胰島素敏感性(insulin sensitivity,IS)降低血糖[14]。同時,黃芩苷可激活肌管中Akt/AS160/GLUT4通路,觸發(fā)更多GLUT4易位和葡萄糖攝取,協(xié)同對抗高血糖[15]。黃芩苷也可保護胰腺β細胞功能和抗凋亡,促進胰島素分泌和生成[16]。

3 黃芩苷治療糖尿病并發(fā)癥機制

3.1黃芩苷在糖尿病腎臟疾病中的應(yīng)用 DN是引起終末期腎臟疾病(end-stage renal disease,ESDR)的常見原因,較其他并發(fā)癥有較高的致死率。DN病理學(xué)改變包括腎小球基底膜(glomerular basement membrane,GBM)增厚、腎小球系膜擴張、結(jié)節(jié)性腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化等。近年來,黃芩苷治療DN的潛力逐漸被發(fā)現(xiàn)。黃芩苷可降低尿白蛋白、β2-微球蛋白(β2 microglobulin,β2-MG)和尿白蛋白排泄率(urinary albumin excretion rates,UAER)水平,改善腎臟功能,且黃芩苷腎臟分布濃度高的特點也有利于產(chǎn)生療效[5,17]。

3.1.1黃芩苷的抗氧化損傷作用 氧化應(yīng)激會引起內(nèi)皮修復(fù)和生成障礙,是導(dǎo)致糖尿病血管并發(fā)癥的主要因素[18],因此,保護細胞免于氧化應(yīng)激是治療糖尿病及其并發(fā)癥的主要方法。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor NF-E2-related factor 2,Nrf2)是細胞應(yīng)對氧化應(yīng)激的重要防御機制,其通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的抗氧化劑,抵消由活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)產(chǎn)生引起的損傷,促進細胞存活并維持細胞穩(wěn)態(tài)[19]。高糖降低了磷酯酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)、Akt和糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK-3β)磷酸化,抑制Nrf2的核定位,使其下游抗氧化劑靶基因鈍化,誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。黃芩苷可通過AKT/GSK3β/Fyn介導(dǎo)Nrf2激活,增加抗氧化劑基因表達,保護血管細胞免于損傷,對抗ROS,發(fā)揮血管保護作用[20]。黃芩苷也可提高抗氧化酶活性,減少高血糖引起的氧化應(yīng)激[21]。此外,γ-氨基丁酸A型(gamma-aminobutyric acid type A,GABAA)是重要的氯離子通道,對ROS敏感,黃芩苷可通過對GABAA的作用抑制向外整流的氯離子以對抗ROS,實現(xiàn)抗氧化的作用[22]。

醛糖還原酶(aldose reductase,AR)是對糖尿病慢性并發(fā)癥至關(guān)重要的酶,AR通過產(chǎn)生過多的超氧化物與多元醇途徑的其他氧化應(yīng)激介質(zhì)來促進糖尿病并發(fā)癥發(fā)生[23]。高糖可過度激活A(yù)R,激活多元醇旁路途徑,還原大量山梨糖醇,并在細胞蓄積。山梨糖醇有非常強的極性,很難穿過細胞膜,從而引起腎小球和腎小管結(jié)構(gòu)損害,構(gòu)成腎臟損害[24],通常使用AR抑制劑起到保護腎臟的目的。研究[25]表明,DN患者服用黃芩苷后AR活性降低,細胞高通透和氧化應(yīng)激減少,改善腎功能。此外,黃芩苷來源廣泛,且尚未發(fā)現(xiàn)明顯不良反應(yīng),因此更適合DN患者。

3.1.2黃芩苷的抗炎作用 正常非激活狀態(tài)下,核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)與抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)結(jié)合,當(dāng)細胞受到刺激時,IκB激酶被激活,IκB被磷酸化降解,NF-κB被釋放,轉(zhuǎn)移到細胞核中,并與特定的靶基因結(jié)合,從而啟動靶基因轉(zhuǎn)錄,進一步誘發(fā)急性炎癥[26]。高糖會促進NF-κB激活,激活靶基因,使促炎性細胞因子,如白介素-6(interleukin-6,IL-6),單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor α,TNF-α)等大量釋放,誘發(fā)急性炎癥[27]。黃芩苷可降低NF-κB活化,降低炎性因子產(chǎn)生[22]。NF-κB作為重要的炎癥因子,NF-κB的激活在DN發(fā)生發(fā)展中起中心作用。黃芩苷通過下調(diào)NF-κB的表達防止出現(xiàn)局部組織發(fā)炎并導(dǎo)致組織壞死,從而達到保護腎臟的目[28]。TGF-β1作為NF-κB誘導(dǎo)靶基因的產(chǎn)物,可介導(dǎo)腎臟纖維化,黃芩苷降低炎癥的同時也抑制了纖維化[29-30]。

3.1.3黃芩苷的抗纖維化作用 T2DM和DN患者導(dǎo)致轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β,TGF-β1)水平升高[31]。TGF-β1是DN纖維化的主要介質(zhì),腎臟纖維化是導(dǎo)致ESDR的不可逆過程。高糖可誘導(dǎo)近端腎小管、腎小球上皮細胞和系膜細胞中TGF-β1表達,TGF-β1與受體結(jié)合觸發(fā)Smad2/3磷酸化,并與Smad4結(jié)合形成復(fù)合物,調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄,引起腎小球系膜細胞肥大和細胞外基質(zhì)蓄積,最終導(dǎo)致腎小球硬化與間質(zhì)纖維化,且TGF-β1也在尿排泄白蛋白、水、電解質(zhì)和葡萄糖中發(fā)揮病理生理作用[32-33]。黃芩苷可降低TGF-β1表達水平,抑制大鼠腎臟組織中Smad2/3的磷酸化,改善腎臟纖維化,治療DN[17,26]?？梢?TGF-β/Smad是黃芩苷預(yù)防腎臟纖維化以治療DN的重要通路之一。

3.1.4黃芩苷對抗血管增生的作用 實驗[17]發(fā)現(xiàn),黃芩苷可降低DN患者血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)水平,降低腎血管通透性,改善腎功能,保護腎臟。研究[34]顯示,DN患者血清中VEGF升高,血清VEGF可作為糖尿病腎臟損傷程度的重要指標(biāo)。VEGF可使小球基底膜通透性增加,刺激血管內(nèi)皮細胞增生和新血管生成,增加血管通透性,改變腎臟血液動力學(xué),引起腎小球損傷和腎間質(zhì)損傷[35]。

3.1.5黃芩苷增強自噬的作用 自噬是通過溶酶體降解細胞質(zhì)成分的進化上高度保守的代謝途徑,在不同應(yīng)激狀態(tài)下被激活,對于去除細胞中的蛋白質(zhì)聚集體、錯疊的蛋白質(zhì)、代謝廢物及病原體等至關(guān)重要[36]。高糖可通過增加p62的表達,降低GATA結(jié)合蛋白4(GATA-binding protein4 ,GATA4)及GATA5的表達,抑制細胞自噬[37]。黃芩苷可增加p62的泛素,升高LC3-II/LC3-I和Beclin1,加速自噬通量,促進自噬,促進清除受損的細胞器,減輕高血糖誘導(dǎo)的胚胎心血管畸形[22]。腎臟足細胞在高糖下自噬不足,自噬受損的問題可能與DN的發(fā)病機制有關(guān)[38]。且自噬增加也可抑制VEGF表達,減少新血管生成,對DN有影響[39]。但目前并無黃芩苷通過調(diào)節(jié)自噬對DN產(chǎn)生益處的報道,其是否可調(diào)節(jié)足細胞自噬也未知。

3.1.6黃芩苷調(diào)節(jié)腸道菌群的作用 在1項T2DM患者腸道菌群組成變化的研究[40]發(fā)現(xiàn),與對照組比較,T2DM組腸道菌群出現(xiàn)嚴(yán)重失衡。黃芩苷可調(diào)節(jié)腸道菌群,通過產(chǎn)生更多短鏈脂肪酸,長期減輕小鼠體重和降低脂肪,控制血糖,改善糖代謝異常,緩解和治療T2DM癥狀;同時,有研究[41-42]還發(fā)現(xiàn),擬桿菌門的嗜黏蛋白阿克曼氏菌增加,該菌與胰島自身免疫有關(guān),其能降低血清脂肪酶(lipase,LPS)水平及胰島Toll樣受體(toll-like receptors,TLR)表達,調(diào)節(jié)機體免疫,延緩糖尿病發(fā)展。有研究[43]表明,短鏈脂肪酸水平升高可減輕腎臟炎癥和纖維化對DN患者產(chǎn)生有益作用。因此,黃芩苷也可能對DN的治療產(chǎn)生有益作用。黃芩苷可通過多種途徑影響腸道微生態(tài),為其治療糖尿病提供了嶄新的視角。

3.2黃芩苷在糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)中的應(yīng)用 黃芩苷經(jīng)胃內(nèi)給藥后,可穿透血眼屏障進入晶狀體,服藥后0.9h藥物濃度快速達峰值[44]。這一特點或許可用于治療DR。DR是高血糖引起視網(wǎng)膜小血管正常功能喪失和神經(jīng)元與視網(wǎng)膜色素上皮細胞損傷,從而引起眼底病變及失明[45]。視力喪失常見的原因是糖尿病黃斑水腫(diabetic macular edema,DME),但也可能是增生性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy,PDR)并發(fā)癥的結(jié)果。

VEGF作為DR發(fā)病機制中的關(guān)鍵介質(zhì),在其發(fā)病中起重要作用,亦在DR新血管形成過程中起關(guān)鍵作用。VEGF激活酪氨酸激酶VEGF受體(VEGF receptor1,VEGFR-1)和VEGFR-2可調(diào)節(jié)生理病理性血管生成[46]。VEGFR-2激活被認為是DR病理性增殖和微血管通透性的主要原因,VEGFR-2激活刺激視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞增殖、新血管生成和微血管通透性增加,導(dǎo)致視網(wǎng)膜屏障(blood-retinal barrier,BRB)破裂出血引發(fā)DME[47-49]。黃芩苷可降低病變視網(wǎng)膜VEGF的表達,在體內(nèi)抑制視網(wǎng)膜新血管形成[50]。黃芩苷除下調(diào)VEGF外,還通過抑制視網(wǎng)膜阻斷腎素和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin I-converting enzyme,ACE)來抑制管緊張素(angiotensin,Ang)[50-51]。大量研究[52-53]表明,糖尿病患者視網(wǎng)膜中Ang II水平升高可能在導(dǎo)致DR的神經(jīng)血管損傷中起主要作用,視網(wǎng)膜血管生成由VEGFR-2、VEGF和血管生成素相互作用介導(dǎo)。此外,黃芩苷還抑制視網(wǎng)膜中基質(zhì)金屬蛋白酶2(metalloproteinase-2,MMP-2)和MMP-9的表達[51]。以上結(jié)果表明,黃芩苷的抗血管生成作用是通過多種機制發(fā)生的。

氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)也被認為DR發(fā)病的關(guān)鍵因素[54-55]。近年來,miRNA在DR中的作用逐漸被發(fā)現(xiàn),如過表達microRNA-146a可保護視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞(retinal endothelial cells,RECs)免受HG誘導(dǎo)的促炎反應(yīng)[56]。同時,microRNA-145在HG處理的視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞(retinal endothelial cells,RECs)中被下調(diào),且microRNA-145的過度表達減輕了氧化應(yīng)激和炎癥,研究[57]證實,microRNA-145可能在DR中發(fā)揮抗氧化和抗炎作用。此外,黃芩苷通過上調(diào)microRNA-145,阻斷NF-κB和p38MAPK信號通路,抑制炎癥和凋亡,對高糖誘導(dǎo)的RECs起保護作用[58]。

3.3黃芩苷在糖尿病神經(jīng)病變中的應(yīng)用 糖尿病對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有一定破壞性,糖尿病相關(guān)性認知缺陷(diabetes related cognitive dysfunction,DACD)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常見并發(fā)癥[59]。糖尿病患阿爾茨海默癥的幾率是正常人的2倍[60]。黃芩苷可通過血腦屏障(blood-brain barrier,BBB),且更傾向于在紋狀體、丘腦和海馬中蓄積[61]。這一藥理特性證明了其治療DACD的可能。黃芩苷可通過調(diào)節(jié)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)級聯(lián),提高腦源性神經(jīng)影響因子 (brain derived neurotrophic factor,BDNF)水平,同時也增加海馬乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)活性,降低膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase,CHAT)活性[62]。MAPK是突觸可塑性和長期記憶的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,對糖尿病大鼠大腦產(chǎn)生保護作用[63]。據(jù)報道[64-65],糖尿病大鼠模型海馬BDNF水平降低可導(dǎo)致嚴(yán)重的認知功能障礙,提高BDNF可減輕患輕度認知障礙的風(fēng)險。AChE和CHAT也被認為是膽堿功能障礙的2個特定標(biāo)志物,在糖尿病引起認知缺陷的發(fā)病機制中有關(guān)鍵作用[64]?？梢?黃芩苷可對大腦起保護作用,通過多機制增加糖尿病患者的認知能力。

4 黃芩苷在妊娠期糖尿病中的應(yīng)用

妊娠合并糖尿病(gestational diabetes mellitus,GDM)短期內(nèi)可造成胎兒心臟畸形、巨大兒、流產(chǎn)、早產(chǎn)及產(chǎn)后低血糖等,肥胖率增加及患心臟疾病的長期風(fēng)險更難以預(yù)測。目前,針對GDM的藥物主要是胰島素及口服降糖藥物,如二甲雙胍和格列本脲,越來越多的證據(jù)[66]表明,其可能會造成胎兒長期不良結(jié)局。高血糖直接影響胎兒心血管發(fā)育。動物實驗[22]表明,黃芩苷可通過胎盤,保護胎兒心血管,避免高糖所致的血管損害。Zhang等[67]給糖尿病Wistar大鼠飼喂黃芩苷,結(jié)果發(fā)現(xiàn),黃芩苷組24 h食物攝入、空腹胰島素、甘油三酯和細胞凋亡水平降低,說明黃芩苷可預(yù)防糖尿病誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡。

5 小結(jié)與展望

黃芩苷有抗氧化損傷、抗纖維化、抗炎及抗血管增生等作用,能從多機制、多器官、多靶點整體改善糖尿病及其并發(fā)癥,為該病防治與治療提供新思路。黃芩苷提取自黃芩,較其他藥物機體毒性較小,但由于治療GDM相關(guān)研究較少,且均為動物實驗,在糖尿病患者中的療效還需進一步證實。