摘要:糖尿病作為威脅人類健康的常見慢性病,一直是臨床和科學研究的焦點。黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)是中藥黃芪的主要活性成分,具有降糖、保護胰島細胞、抗氧化、抗炎和改善血管內(nèi)皮功能障礙的作用,常用于臨床糖尿病及其并發(fā)癥的預防和治療。為進一步研究APS在糖尿病及其并發(fā)癥中的應用價值及其作用機制,現(xiàn)就APS在糖尿病并發(fā)癥及中的研究進展予以綜述。
關鍵詞:2型糖尿病;糖尿病并發(fā)癥;黃芪多糖;研究進展
中圖分類號:R587.1 文獻標志碼:A 文章編號:1007-2349(2024)09-0094-05
糖尿病(diabetes,DM)是以高血糖為特征的慢性代謝性疾病,由于胰島素缺乏和(或)胰島素抵抗,導致血液中的葡萄糖水平過高,常伴有視網(wǎng)膜損傷、腎功能障礙、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管病等并發(fā)癥[1]。隨著現(xiàn)代飲食結(jié)構(gòu)的改變,糖尿病的發(fā)病率呈逐年攀升趨勢。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟發(fā)布的“全球糖尿病地圖第10版”報道,過去10年中國糖尿病患者人數(shù)由9千萬增加至1.4億,增幅達56%,位居全球第一,給我國社會和個人帶來巨大負擔。
黃芪,為豆科黃芪屬植物蒙古黃芪或膜莢黃芪的根,性溫味甘,具有補氣升陽、益氣固表等作用[2]。黃芪含有黃芪多糖、皂苷類、黃酮類、氨基酸等活性成分,其中黃芪多糖(astragalus polysaccharide,APS)作為主要活性成分之一,具有降低胰島素抵抗、抗氧化、保護胰島素β細胞等多種藥理作用[3-4]。近年來APS越來越多的應用在糖尿病及其并發(fā)癥中,并取得一定成果,為進一步研究APS在糖尿病及其并發(fā)癥中的應用價值及其作用機制,現(xiàn)就APS在糖尿病并發(fā)癥及中的研究進展予以綜述。
1 黃芪在古代消渴病治療中的應用
2型糖尿病歸屬于中醫(yī)“消渴病”范疇,多因稟賦不足、飲食失節(jié)、情志失調(diào)及勞欲過度等導致肺、胃(脾)、腎功能失調(diào),進而出現(xiàn)陰虛燥熱,久則氣陰、陰陽兩虛或兼血瘀所引起的以多飲、多食、多尿、形體消瘦,或尿有甜味為特征的病證。
古籍中多使用黃芪治療消渴病。如《千金方》中用茯神丸治療消渴小便數(shù)者?!短交菝窈蛣┚址健酚涊d黃芪六一湯“或先渴而欲發(fā)瘡癤,或病癰疽而后渴者,尤宜服此”。李東垣認為“內(nèi)傷脾胃,百病由生”是消渴發(fā)生的重要原因,故在《試效方》中記載的清涼飲子采用升發(fā)脾胃陽氣法達到瀉陰火治療消渴的目的。金元時期劉完素在其著作《宣明論》中記載的黃芪湯用于治療心移寒于肺,飲一溲一之肺消。羅天益在《衛(wèi)生寶鑒》中記載的參苓飲子側(cè)重于生津增液,養(yǎng)胃進食[5]?!爸T痹者皆在陰分,真陰衰弱,精血虧損,故三氣得以乘之而為此諸證”,陰虛是消渴病痹癥發(fā)生的關鍵,基于此理論李梴《醫(yī)學入門》中的黃芪生脈飲用于氣陰兩虛合并胸痹者[6]?!夺t(yī)宗金鑒·雜病心法要訣》記載的竹葉黃芪湯,《醫(yī)學衷中參西錄》記載的玉液湯都可用于消渴之氣虛兩虛證,方中重用黃芪,助脾氣上升,布散津液,統(tǒng)攝下焦氣化,防止小便頻數(shù)[7]。綜上所述,黃芪可通過補肺、實脾、益氣養(yǎng)陰等治療消渴病。
2 黃芪多糖抗糖尿病的機制
2.1 增加胰島素分泌,降低胰島素抵抗 胰島素是一種由胰腺分泌的激素,主要作用于肝臟、脂肪和肌肉等組織,能夠促進組織對血液中的葡萄糖的吸收和利用,并且還可以抑制肝臟分解儲存的糖原,減少血糖的產(chǎn)生。當這些胰島素靶器官或組織對胰島素的敏感性和反應性降低時就會發(fā)生全身或局部的胰島素抵抗(insulin resistance,IR)[8]。APS下調(diào)胰島素受體底物1(IRS-1)的泛素化水平和泛素的核表達,降低胰島素抵抗[9]。一定劑量的APS可以有效增加胰島素的敏感性,促進胰島素的分泌,從而減少血中葡萄糖的含量[10-12]。陳思羽等[13]研究證明APS可以通過抑制α-淀粉酶活性,延緩淀粉的消化,促進胰島素分泌,從而降低2型糖尿病大鼠在進食后的血糖。
NF-κB是一種轉(zhuǎn)錄因子,參與調(diào)節(jié)炎癥反應和免疫應答等生物過程。同時,NF-κB也參與了胰島素信號傳導途徑,對糖代謝和胰島素抵抗具有重要影響。PTP2B是一種酪氨酸磷酸酶,其高表達水平與胰島素抵抗相關。有研究表明APS可通過抑制PTP2B的表達和調(diào)節(jié)NF-κB來抑制C12C1肌管中的胰島素抵抗,增加C2C12肌管中胰島素誘導的葡萄糖攝取,可有效減輕肌肉中的胰島素抵抗[14]。2018年首次發(fā)現(xiàn)APS通過調(diào)節(jié)肝臟microRNA-2a-203p減輕2型糖尿病大鼠胰島素抵抗,明顯減輕肝臟中的胰島素抵抗[15]。同年Zhang R等[16]發(fā)現(xiàn)APS也可通過啟動AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)增加葡萄糖攝取來改善胰島素敏感性從而減輕脂肪組織中的胰島素抵抗。吳英萍等[17]通過實驗證明黃芪多糖聯(lián)用胰島素可以通過降低TNF-α表達水平減輕胰島素抵抗,提高了糖尿病的療效。
以上研究證實黃芪多糖可以有效增加胰島素分泌,并降低肝臟、脂肪和肌肉等組織中的胰島素抵抗。
2.2 保護胰島β細胞 胰島素β細胞負責胰島素的合成、儲存和釋放,胰島素因身體代謝狀態(tài)的變化而受到嚴格調(diào)節(jié)[18]。常見的1型糖尿病(type 1 diabetes,T1DM)和2型糖尿?。╰ype 2 diabetes,T2DM)發(fā)病后會導致展胰島β細胞功能逐漸衰竭甚至壞死,所以保護胰島β細胞是治療糖尿病中心環(huán)節(jié)。保護胰島β細胞主要從兩方面入手,一是增加胰島β細胞數(shù)量,二是改善其功能。低濃度APS可刺激胰島β細胞增殖,保護β細胞,減少其凋亡,促進胰島素分泌[9]。APS可通過促進miR-6-136p和miR-5-149p表達抑制EFHD5表達,促進用高葡萄糖與棕櫚酸處理的小鼠胰腺β細胞的增殖[12]。APS還可以增加T2DM大鼠的血清空腹胰島素(FINS)水平、升高HOMA-β值。同時用H-E染色法觀察到APS可以部分修復胰島細胞的病理形態(tài),改善顆粒脫失和空泡變性現(xiàn)象。另外采用免疫組化法檢測到APS可以增加胰島β細胞的數(shù)量[19]。由此推測APS增加T2DM大鼠的血清中FINS水平可能是通過保護胰島β細胞的功能、促進胰島β細胞增生或者抑制胰島β細胞凋亡來實現(xiàn)的。
Fas/Fas-L系統(tǒng)是調(diào)控細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導通路。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)STZ誘導的DM大鼠胰島組織中Fas的表達明顯高于正常對照組,而APS干預可抑制胰島β細胞Fas的表達,同時電鏡結(jié)果顯示APS能明顯改善DM大鼠胰島β細胞超微結(jié)構(gòu)的退行性變,APS治療組β細胞凋亡情況顯著減輕[20-21]。
2.3 抗氧化 研究報道,糖尿病患者體內(nèi)的氧化應激水平增高[22-23],氧化應激引起的細胞氧化還原狀態(tài)失衡在糖尿病發(fā)生發(fā)展中起著至關重要的作用[24]。長期高糖環(huán)境使胰島β細胞發(fā)生氧化應激導致機體氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)失衡,自由基過度釋放誘導胰島β細胞凋亡減少胰島素分泌。Nrf2-ARE是體內(nèi)一條極為重要的抗氧化應激信號通路,在肝臟疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用[7]。CAT是過氧化物酶,也是氧化應激里的重要成員之一。顏妍等[25]使用地塞米松建立糖脂代謝紊亂模型,并予以APS灌胃,14d后對Nrf-2及其下游基因進行檢測,發(fā)現(xiàn)黃芪多糖可提高地塞米松處理后的GCLC和CAT的mRNA水平以及Nrf-2和HO-1的mRNA水平。說明APS可能是通過抗氧化作用來緩解地塞米松誘導的糖脂代謝紊亂。汪佳佳等[26]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)給予糖尿病模型小鼠APS灌胃,治療8周后檢測肝組織中丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)的含量。結(jié)果與糖尿病組比較,APS治療組小鼠的體重和血糖值均較低,小鼠肝臟組織中的SOD含量較高,MDA含量較低。這說明APS可有效降低糖尿病小鼠的體重與血糖,提高其肝臟抗氧化能力,是一種潛在的糖尿病治療藥物。此外,有研究發(fā)現(xiàn),APS處理過的DM大鼠GSH、SOD水平較未處理顯著升高,ROS、MDA水平顯著降低[27]。這說明APS可以顯著降低大鼠體內(nèi)氧化應激水平。
2.4 抗炎 炎癥因子和脂肪內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)、氧化應激的相互作用會抑制胰島素分泌,破壞胰島素β細胞,導致糖尿病的發(fā)生,不同炎癥因子之間的級聯(lián)反應加重全身胰島素抵抗和血管炎癥,加快糖尿病并發(fā)癥進展[28]。APS可以有效降低DM大鼠的IL-6、TNF-α、C反應蛋白(CRP)表達[29],還可通過恢復AMPK活性來誘導IL-10蛋白產(chǎn)生和IL-10等抗炎基因的表達,抑制IL-1β蛋白的產(chǎn)生和IL-1β、iNOS、MCP-1、IL-6和CD11等促炎基因的表達[30]。裴文麗等[31]利用高脂飼料聯(lián)合STZ腹腔注射建立糖尿病合并IR大鼠模型,并以不同劑量的APS進行干預,結(jié)果顯示,糖尿病組大鼠在APS干預4周后,與正常組比較,其血糖明顯下降;與正常組及陽性對照組比較,其血清胰島素含量及血清IL-1β、IL-6、IL-18水平均有明顯下降。以上研究表明APS可以降低大鼠體內(nèi)炎癥反應。
2.5 改善血管內(nèi)皮障礙 內(nèi)皮功能障礙可以定義為內(nèi)皮源性一氧化氮合成、釋放及活性受損或乙酰膽堿引起的血管舒張功能降低,本質(zhì)是內(nèi)皮損傷和修復之間動態(tài)平衡的破壞[32-33]。血管內(nèi)皮功能障礙普遍存在于糖尿病中,且與糖尿病后靶器官損傷關系密切。內(nèi)皮細胞分布在整個循環(huán)系統(tǒng)中,內(nèi)皮祖細胞(EPCs)是內(nèi)皮細胞的前體細胞,參與損傷血管部位的再內(nèi)皮化和血管再生,對改善內(nèi)皮功能障礙有重要意義[34]。APS可通過增強Nrf2/HO-1信號通路抑制THP-1巨噬細胞分化為M1巨噬細胞,并減少ROS的產(chǎn)生和促炎因子TNF-α、IL-6、IL-12釋放,同時促進THP-1巨噬細胞分化為M2極化巨噬細胞和抗炎因子IL-4,IL-10和Arg-1釋放,以此改善血管內(nèi)皮功能障礙。此外,APS處理后內(nèi)皮細胞增殖和凋亡也得到改善[35]。APS可有效增加EPCs的數(shù)量及增殖分化能力,促進EPCs歸巢到血管損傷部位的能力增強,有效改善內(nèi)皮修復能力從而促進血管新生[36-38]。此外,APS外干預大鼠骨髓源性內(nèi)皮祖細胞共培養(yǎng)能有效促進雪旺細胞的增殖,修復神經(jīng)損傷[39]。
2.6 調(diào)節(jié)腸道菌群 腸道菌群是定植在人體內(nèi)腸道的一大類微生物集合,在健康的人的腸道里,這些細菌處于平衡狀態(tài),參與人體的新陳代謝。T2DM現(xiàn)在已成為第一個被定義為腸道菌群特征的人類慢性疾?。?0]。腸道菌群調(diào)節(jié)T2DM的機制可能與腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)機體胰島素抵抗、葡萄糖穩(wěn)態(tài)以及腸道中消化和控制糖的激素來對糖尿病產(chǎn)生影響、降低腸道通透性以及抑制體內(nèi)相關性炎癥的發(fā)生有關[41-42]。APS作為黃芪的主要活性成分與腸道菌群關系非常密切。有研究表明,db/db糖尿病小鼠灌胃黃芪多糖后,機體中的擬桿菌門、厚壁菌門比例明顯提高,乳酸菌、薩特菌數(shù)量增加,同時穆奇螺旋菌和顫螺菌屬增長受抑制,證實APS能夠延緩葡萄糖擴散,治療糖尿病及修復其組織損傷。何旭云等[43]通過細菌16s核糖體DNA測序研究APS對高脂小鼠腸道菌群的影響,結(jié)果表明APS能增加高脂小鼠胰島素敏感性,改善小鼠腸道菌群的紊亂,最終使厚壁菌與擬桿菌的相對豐度升高,變形菌細菌的相對豐度降低,從而調(diào)控宿主能量代謝通路,同時可以較好地預防糖尿病的發(fā)展。
3 小結(jié)
糖尿病發(fā)病率持續(xù)升高,對國家和個人造成嚴重的經(jīng)濟負擔。APS治療DM已成為近年來的研究熱點,APS不僅能夠?qū)C體保護胰島β細胞、抗氧化、抗炎、改善血管內(nèi)皮功能等進行調(diào)節(jié),發(fā)揮其高效降糖作用,而且較西藥而言,來源廣,副作用小,價格低廉。APS具有多層次、多靶點的藥理作用,成為治療糖尿病及糖尿病并發(fā)癥的臨床候選藥物。但APS對糖尿病患者腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的影響以及糖尿病引起的炎癥缺乏對相關作用靶點針對性、系統(tǒng)性的研究,某些可能涉及多個途徑的治療效果尚不清楚。目前APS的開發(fā)和利用還不夠成熟,因此,未來還應繼續(xù)APS的新藥研發(fā)和作用機制研究,為治療糖尿病及糖尿病并發(fā)癥提供新思路。
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(收稿日期:2024-01-22)