中药保护胰岛功能机制研究近三年进展

田佳星,李敏,仝小林

(中国中医科学院广安门医院,北京100053)

根据国际糖尿病联盟(IDF)第七版糖尿病地图显示,在全球范围内约有4.15亿糖尿病患者,每年约有500万人死于糖尿病,预计到2040年将有6.42亿人罹患糖尿病｡因此,深入探索糖尿病发病机制､发展行之有效的糖尿病防控策略,对于已形成的庞大糖尿病患者群体尤为迫切｡近年来,中医药防治糖尿病研究取得了突破性进展,并采用现代科学技术明确了其部分作用机制,系列成果引起同行的认可与关注｡笔者将针对中医药保护胰岛功能近3年发表的代表性机制研究给予总结和梳理｡

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抑制胰岛功能下降

1.1减轻葡萄糖毒性

腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是一种协调代谢和能量的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,负责能量代谢调节,被激活后能够关闭消耗ATP的合成代谢途径,启动产生ATP的分解代谢途径,被称为“细胞能量调节器”｡作为非胰岛素激活的信号通路,可诱导葡萄糖转运体4(GLUT4)向浆膜转移,促进GLUT4基因表达,从而增加葡萄糖转运与摄取;同时还可抑制6-磷酸果糖2-激酶､丙酮酸激酶等抑制葡萄糖酵解､糖异生(果糖1,6-二磷酸酶)和糖原合成(糖原合酶磷酸化)｡Huang MQ等研究发现,高剂量丹酚酸B(SalB)干预后能够提高骨骼肌和肝脏的磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶(p-AMPK)蛋白水平,提高骨骼肌GLUT4､糖原合成酶蛋白水平､肝脏过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)和磷酸化乙酰辅酶a羧化酶(p-ACC)蛋白表达｡Qiang G等发现,丹酚酸A(SalA)通过激活CaMKKβ/AMPK信号通路调节AMPK磷酸化水平,改善糖代谢和线粒体功能｡Saito T等证实,刺五加果实内富含花色素甙(GF),能够下调肥胖小鼠肝脂肪酸合成酶表达,上调肝胆固醇7-α-羟化酶表达,提高肝AMPK磷酸化作用,从而改善高脂诱导肥胖小鼠的胰岛素抵抗和肝脂质积累｡Yang X等研究发现,苦参黄酮提取物(EtOAc)能够通过提高AMPK磷酸化刺激胞膜GLUT4易位发挥降糖作用｡Huang M等探索竹黄提取物(SB-EtOAc)对KKAy小鼠的降糖作用,发现SB-EtOAc可强刺激L6细胞GLUT4易位作用,并可被选择性AMPK抑制剂阻滞,该结果在体外试验得到进一步验证｡Guo J和Moser C研究发现,陈皮提取物和Ze 450改善肥胖小鼠的代谢状态与激活脂肪组织的AMPK信号通路相关｡

PI-3K/AKT是糖代谢中重要的通路之一,启动后作用于GLUT4,促进GLUT4易位,提高葡萄糖转运,抑制糖原合成酶激酶(GSK)减少肝糖原合成,包括调节FoxO1及eNOS等底物表达,减轻胰岛素抵抗,保护胰岛β细胞功能｡CaiS等研究发现,桑叶提取物可通过调节IRS-1/PI-3K/GLUT4信号通路,改善2型糖尿病大鼠的糖脂代谢｡此外,亦有针对降糖三黄片和降糖消渴颗粒等开展机制探索,证实药物干预后有效影响骨骼肌GLUT4表达,调控PI-3K/AKT通路｡

蛋白激酶C(PKC)是一组重要的蛋白激酶,可抑制胰岛素作用,同时对脂代谢也起到重要作用,脂质代谢异常,胞内脂肪酸代谢产物表达升高,与PKC激活和IRS-1Ser307磷酸化增加相关,同时PKC还能通过激活丝氨酸/苏氨酸激酶IKKβ,达到抑制胰岛素的作用｡Zheng J等研究发现,延胡索通过激活PKCs通路刺激胰岛素胞外分泌,选择性激活nPKCs和aPKCs,而不是传统上的cPKCs通路｡

最新研究还发现,中药通过调控GLP-1､PDX1､改善脂代谢､糖原合成､糖异生等多种途径改善糖代谢水平,保护胰岛β细胞功能｡LI.J等发现,清化颗粒促进GLP-1分泌是通过激活苦味受体途径TAS2R通路实现的｡Gu C等研究发现,黄芪多糖通过改善肝脏SIRT1-PPARα-FGF21胞内信号､减少炎症反应和肝脏脂肪变性,抑制糖脂性代谢和胰岛素抵抗状态｡Sun J等发现,厚朴提取物(ME)通过可逆性竞争抑制PTP1B蛋白表达,提高胰岛素敏感性和降糖疗效｡丙酮醛能够引起炎症反应和胰岛素抵抗｡Cheng AS等发现,白藜芦醇能够显著改善丙酮酸诱导的糖尿病小鼠血糖水平,促进胰腺Nrf2磷酸化,这一作用机制被Nrf2阻滞剂维甲酸抑制｡郑文雅发现,降糖三黄片通过调节糖尿病大鼠肠道､胰腺GLP-1及PDX-1表达,促进糖代谢恢复｡Wei S等研究发现,小檗碱通过调节HNF-4α途径,并受下游miR122影响改善2型糖尿病小鼠和棕榈酸盐诱导HepG2细胞的糖脂代谢｡

1.2抑制炎症反应

已有越来越多的研究支持糖尿病机体长期处于慢性低水平炎症状态,炎症反应可以引起胰岛素抵抗､β细胞功能障碍以及并发症发生｡近年学者们发现,中药在调节糖代谢的同时可以抑制炎症反应,促进胰岛功能的保护｡

小檗碱是黄连提取的一种异喹啉生物碱,用于2型糖尿病的治疗｡Li F等观察小檗碱改善HepG2细胞糖代谢､减少炎症反应,与调节胆碱能抗炎途径和抑制乙酰胆碱酶酯酶活性相关｡Li Y等研究观察穿心莲内酯衍生物AL-1抑制RIN-mcells高糖状态下诱发p65和IκBα磷酸化水平,通过下调NF-κB信号通路改善胰岛素抵抗｡ZhuR等证实,黄芪甲苷通过IRS-1/AKT信号通路和抑制IKK/IκBα信号通路活化,促进C2C12骨骼肌细胞葡萄糖转运,改善机体糖代谢状态｡张红霞证实,小檗碱能够抑制脂多糖诱导的THP-1细胞相关炎症因子表达,通过SIRT1途径抑制巨噬细胞内促炎因子表达,抑制脂肪组织巨噬细胞浸润,同时抑制JNK､IKKβ/NF-κB炎症信号通路,从而改善胰岛素的敏感性｡

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调控转录组学表达

转录组学是研究基因转录总体情况和调控规律的学科,探索不同机体组织或时间点的表达差异,应用大规模基因组表达谱技术微阵列后导致表达数据大幅度增长,学者们从中提取有意义的生物学信息进行聚类分析,挖掘具有特征性功能的基因群,从而更精准地揭示药物的作用机制｡

Yang Z等采用基因芯片技术,检测消渴安干预小鼠的肝组织,筛选出差异表达基因｡研究基于LC-MS筛选出20个有效化合物､46个目标和36个与2型糖尿病的相关通路,基于数据库筛选出40个化合物､68个目标和21条通路,提示消渴安主要通过改善碳水化合物和脂代谢,减轻胰岛素抵抗,减少炎症反应,预防微血管并发症方面纠正其降糖紊乱｡Zhang Q等采用mRNA芯片技术检测末端回肠组织,发现2112个差异基因,并通过KEGG分析发现9条差异信号通路,提示小檗碱通过调节回肠末端GnRH-GLP-1和MAPK通路改善糖代谢｡Zhang Q等通过mRNA基因芯片发现,天麦消渴丸干预后骨骼肌组织的2223个差异基因表达,并进一步通过KEGG发现3个与胰岛素信号通路､糖酵解/糖异生､三羧酸循环的信号通路,分析显示天麦消渴丸通过激活胰岛素信号通路,抑制PTP1B和PCK2酶表达,改善糖尿病大鼠的糖代谢｡

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调控代谢组学表达

代谢组学作为系统生物学的重要组成部分,是通过机体的代谢指纹图谱了解其代谢状态,对疾病诊断､疗效评价以及预测疾病预后具有重要意义｡糖尿病作为内分泌代谢紊乱性疾病的典型代表,疾病的发生与进展与糖类､脂类以及蛋白质的异常代谢密切相关｡近年随着分析检测手段的成熟,应用代谢组学研究药物的作用特征,为探索糖尿病治疗靶点提供了新的途径和方法｡

Dong Y等采用超高效液相色谱分析(UplcESI-Hdms)进行尿液代谢组学检测,分析结果鉴定出29中离子作为代谢标志物｡通过分析其功能通路发现,小檗碱能够降低柠檬酸､四氢皮质醇､核糖胸核苷和鞘氨醇水平｡Song L等采用气相色谱法(GC/MS)进行尿液代谢组学检测发现,黄柏-知母对药提取物干预后降低糖尿病小鼠尿液葡萄糖､棕榈酸､硬脂酸､丙酸､3-羟丁酸表达水平,同时药物干预后能够通过改善2型糖尿病小鼠脂肪酸､淀粉､蔗糖､乙醛酸和二元羧酸盐的代谢表达缓解疾病症状,阐释药物作用2型糖尿病的代谢机制｡Zhu Y等基于气相色谱法观察麦冬提取物(MDG-1)干预糖尿病小鼠后粪便代谢组学的变化,通过分析推测单糖和丁二酸是MDG-1干预后肠道菌群的发酵产物,且MDG-1通过抑制肠道葡萄糖单糖和丁二酸吸收､提高肝糖原合成､抑制肝糖分解､促进GLP-1分泌发挥降糖功效｡

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调节肠道菌群结构

肠道菌群是影响能量代谢的关键因素,肠道菌群参与机体代谢,其结构功能失调将影响能量平衡､糖脂代谢异常以及炎症反应等｡研究表明,2型糖尿病患者存在肠道菌群中度失衡,是糖代谢紊乱重要的始动因素,调整肠道菌群结构失调已作为药物干预靶点引起越来越多学者的关注｡

斯琴采用积雪草醇提物干预ZDF大鼠后,能够有效调节大鼠的肠道菌群结构,包括对拟杆菌､厚壁菌以及普雷沃氏菌的丰度｡BaiJ等发现,苦瓜通过减低内毒素生成促进丁酸盐产生以发挥治疗作用,同时缓解肥胖大鼠白色脂肪的炎症状态以提高胰岛素敏感性,与调节肠道菌群结构变化密切相关｡根皮苷能够竞争性抑制钠葡萄糖协同转运子(SGLTs)｡Mei X等证实,根皮苷通过降低db/db小鼠内毒素水平,提高肠道菌群的多样性｡Akkermansia和普氏菌属Prevotella升高,菌群结构较模型组明显改善,通过调节肠道菌群结构,减少宿主LPS水平,SCFAs产生更多的有益菌,共同发挥降糖疗效｡滇黄精中提取的总皂苷(TSPK)和总多糖(PSPK)能够降低Bacteroidetes和Proteobacteria含量,升高Firmicutes含量,改善肠道菌群中57个关键变量与大鼠空腹血糖､空腹胰岛素､LPS及体质量呈显著相关｡Zhao L等研究发现,小檗碱与二甲双胍在改变肠道菌群结构中具有相似作用,并鉴定出与治疗相关的134种OTUs与肥胖表型相关,包括Bacteriodes在内可能为SCFAs产生菌在干预后表达显著升高｡Gong J等用小檗碱干预后显著逆转糖脂代谢,减轻肠组织炎症反应和模型动物的屏障功能障碍,减轻糖尿病大鼠肠渗透性27.5%,提示小檗碱改善糖脂代谢可能与保护肠黏膜屏障功能相关｡亦有研究观察大黄酸､火麻仁对肠道菌群结构变化,发现药物干预后改善肠道菌群结构,并能够显著增加小鼠回肠末端的L细胞数目,提高肠黏膜免疫功能,促进Slg A分泌水平,降低内毒素以及炎症因子表达｡

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结语

近年来,中医药在探索糖尿病防治机制研究方面更为深入和细化,并运用最新的研究技术手段,为确定药物有效成分的作用靶点提供了更多的科学依据,研究成果也被更多同行学者认可和接受,促进了糖尿病中医药防治的应用范围｡在研究内容方面,近年的研究较既往研究在实验设计､方法运用以及数据分析方面更加系统化,提高了证据的支持度和可重复性,这是与现代药理研究接轨的重要环节｡学者们在完善设计的同时,紧密结合包括转录组学､代谢组学在内的先进技术,为阐释中医药多靶点､整体防治的科学内涵提供了更可靠的方法支撑｡肠道菌群作为近年发现糖尿病发病重要的病理基础,中医药能够充分发挥优势,结合疗效特点揭示其调控菌群结构失调,减少炎症反应,从而缓解胰岛素抵抗状态､保护胰岛功能的作用机制,科学阐释过食肥甘致病以及干预药物发挥疗效的生物学基础｡

尽管如此,未来的机制探索研究依然存在很多亟待解决的难题,目前较完整的机制研究以药物提取物有效成分居多,复方占有极少比例｡如何结合组学技术或其他方法,更充分地了解复方对机体的作用途径是接下来研究可能拓展的方向｡机制研究成果应更多地在临床中推广和应用,提高有效药物或其提取物的利用率,提升药物的有效成分在机体内吸收利用度,也是未来研究的难点之一,增加有效成分吸收程度有助于节约药材,促进药材的合理应用｡总之,随着中医药防治糖尿病机制探索的不断深入,未来研究将更加系统地揭示中药干预机体发挥疗效的生物靶标,最终全面提升糖尿病中医药体系的防控水平｡

本文来源于《中国中医基础医学杂志》2019,( 4)。