葛根素对糖尿病及其并发症保护作用的研究进展

张 义，杨清煜，王 雨，夏伟年，陈龙菊*

1.湖北民族大学医学部(湖北 恩施 445000)2.湖北中医药大学基础医学院(湖北 武汉 430065)

糖尿病(Diabetes Mellitus,DM)是临床常见内分泌系统疾病，主要特征为高血糖或糖基化血糖肽升高[1-2]。据统计，各类型DM的发病率呈逐年上升趋势，2017年全球患病人数为4.25亿，预估2045年将达到6.29亿[3]，每年有接近520万DM患者死亡[4]。研究发现[5]在DM病程中除了特征性表现为“三多一少”，亦会伴随1个或多个并发症，其中以糖尿病微血管病变、糖尿病肾病、神经性病变以及视网膜病变为主，部分并发症可危及患者生命[6-7]。葛根素为中药葛根根茎提取物的主要成分之一，具有抗氧化、抗肿瘤、神经保护等作用，可用于治疗DM。本文通过对葛根素治疗DM及其并发症的相关文献进行整理分析，探讨其中的机制，从而为葛根素治疗DM的理论及开发奠定基础。

1 葛根素对DM的保护作用

葛根素是1950年末从豆科植物野葛(Pueraria lobate,Wild.)的干燥根中分离出来的，为3种主要异黄酮化合物之一[8]，腹腔注射可明显提高生物学活性、利用率。研究发现[9-11]葛根素具有抗氧化、抗肿瘤、神经保护等作用，可用于治疗脑血管障碍、癌症、阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)等，对DM及其并发症亦具有治疗作用，可能是通过降低机体血糖血脂水平、胰岛素抵抗，以及抑制炎症、凋亡、氧化应激等方面实现的，为本病的治疗提供了新的思路。

1.1调节血糖、胰岛素抵抗、血脂严格控制血糖水平是治疗DM的主要策略，研究发现[10，12-13]葛根素可降低血糖水平，促进组织糖摄取，提高糖耐量，其中的机制可能与核因子E2相关因子2(Nrf2)、磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)信号通路相关。Nrf2可与抗氧化应激的基因、反应元件结合，促进血红素氧化酶1蛋白的表达；同时PI3K信号通路与细胞增殖、凋亡、转运以及葡萄糖转运有关，葛根素的降血糖作用即与PI3K转运葡萄糖作用具有一定的关联。体外实验发现[14]葛根素可促进前脂肪细胞3T3-L1表达过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)、葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)和脂联素(adiponectin)mRNA的表达，加速葡萄糖的利用，并可降低葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(gG6PDH)、谷胱甘肽还原酶和过氧化氢酶水平，发挥抗氧化作用[14]；体内实验发现[15]葛根素可降低链脲佐菌素(STZ)诱导的大鼠血糖上升，改善血清胰岛素、血脂水平，在恢复胰腺组织形态的同时，提高胰腺胰岛素受体底物-1(IRS-1)和胰岛素样生长因子-1(IGF-1)的表达，提高骨骼肌的胰岛素受体(InsR)和过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)mRNA水平，从而有效维持代谢稳态[15]。

葛根素可促进骨骼肌细胞μ-阿片受体表达、磷酸化，促进GLUT4定位于质膜，提高胰岛素敏感性，而μ-阿片受体抑制剂可阻止相应改变[16]。葛根素具有调节DM血脂异常的功能，通过促进线粒体生成、氧化磷酸化，从而抑制活性氧簇、脂肪酸氧化相关基因的表达，改善骨骼肌细胞的脂质异常，并抑制脂肪酸移位酶/CD36在质膜的嵌顿，减少脂肪酸摄取[17]。

1.2抑制细胞凋亡T1DM 、T2DM患者均出现胰岛β细胞丢失，且高血糖可改变细胞表型，促进其凋亡[9]，胰岛β细胞大量凋亡以及T、B淋巴细胞的凋亡受阻均可影响DM的进程，而葛根素可直接作用于DM小鼠胰岛β细胞，抑制凋亡的发生[18]。葛根素可以降低T2DM小鼠血清空腹血糖、总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白，提高空腹血胰岛素和高密度脂蛋白水平，并降低半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)、Caspase-8、Caspase-9、凋亡诱导因子(AIF)表达，有效抑制β细胞凋亡[19]。葛根素可通过上调胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)、胰腺/十二指肠同源盒1(homeobox 1)的表达，激活蛋白激酶B(PKB，又称Akt)，抑制叉头盒O1(fFoxO1)，抑制β-细胞凋亡，从而保护胰岛β细胞[20]。

1.3改善氧化应激氧化应激参与胰岛β细胞损伤、胰岛素抵抗的机制[11]，对于治疗DM意义重大。研究发现[21-22]一方面，葛根素能够降低过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，促进体内活性氧分解，减少活性氧的积累，提高抗氧化能力；另一方面，减少过氧化氢(H2O2)的产生，从而保护细胞的结构及功能，减少过氧化物造成的损害。体外实验发现[11]葛根素可提高胰岛MIN6细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)的活性，促进细胞的存活，降低氧化应激水平。葛根素通过调节小鼠体内Nrf2，减少活性氧的产生，降低氧化应激的强度[23]。活性氧簇(ROS)可诱导细胞发生衰老以及端粒长度的缩短[17]，葛根素可通过提高沉默信息调节因子2相关酶1(SIRT1)的活性，从而降低解偶联蛋白2(UCP2)的表达，减轻氧化应激损伤，维持端粒长度，抑制细胞衰老，并提高胰岛素分泌量[23]。在T1DM的临床治疗中，胰岛素联合葛根素注射液可明显改善患者血清的氧化应激水平[24]。

1.4抑制炎症反应炎症反应与DM患者胰岛素耐受以及胰岛素分泌缺陷有关[25]，并且是T2DM患病的关键因素，在T1DM患者体内的自身抗体可决定发病及预后。研究发现[26]在高糖建立的GDM模型中，机体释放大量的肿瘤坏死因子(TNF-α)及C反应蛋白(CRP)，激活补体，进一步加剧炎症反应，从而参与GDM的发病和进展过程；葛根素注射液可降低TNF-α水平，减少炎症因子及CRP产生，促进机体分泌胰岛素，从而抑制炎症反应[27]。脂多糖(LPS)建立的DM大鼠模型中，一氧化氮合酶(iNOS)、环氧合酶-2(COX-2)和CRP的表达明显升高，而葛根素可通过抑制核因子κB(NF-κB)降低iNOS、COX-2和CRP的水平[25]。Liu X等[28]发现葛根素可通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)、MDA活性以及炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平，从而提高胆碱乙酰化酶(ChAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)表达，提示葛根素对DM大鼠学习记忆能力的保护机制包括抑制氧化应激、炎症反应、凋亡3个方面。

2 葛根素对DM并发症的保护作用

2.1糖尿病视网膜病变糖尿病视网膜病变主要由视网膜血管病变、晶状体细胞损伤引起，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)在血管生成中起关键作用[29]，并与血管通透性以及血管钙黏蛋白有关。高血糖可诱导ROS积累，促进局部炎症、氧化应激以及细胞凋亡。高浓度葡萄糖可诱导晶状体上皮细胞(LEC)产生氧化亚硝酸阴离子(ONOO-)，从而参与大鼠糖尿病性白内障的形成[30]，是白内障氧化应激机制中的重要因素。葛根素治疗可减轻大鼠晶状体的浑浊程度，抑制细胞凋亡、降低ONOO-水平，并提高LEC细胞抗氧化能力[31]。目前基础研究采用腹膜内注射葛根素给药，随静脉流入全身血液系统，随后透过血液-房水屏障进入眼球；球旁给药采取在眼球的一侧给药，药物能直接被眼球吸收[32]。

2.2糖尿病心肌病糖尿病性心肌病以心脏舒张功能异常，后期收缩功能下降为主要症状，同时出现心肌细胞大量凋亡，导致心肌受损，氧化应激与炎症因子是导致其发病的重要因素之一。链脲佐菌素(STZ)造模可降低大鼠心肌收缩功能，心肌细胞出现大量的凋亡，AngⅡ通过I型血管紧张素受体(AT1R)上调炎症因子表达，从而促进心肌细胞的凋亡[33]。葛根素可降低大鼠心肌AT1R蛋白表达，进一步降低AngⅡ和炎症因子的表达水平，抑制细胞凋亡，降低心肌细胞损伤，改善心脏功能，从而发挥保护作用[34]；Guo BQ等[35]发现葛根素可抑制氧化应激和炎性细胞因子表达，活化VEGFA2/ANG-1信号通路，并有NF-kB通路的介入；葛根素亦可通过GRP78途径抑制CHOP介导的心肌细胞凋亡，与黄芪甲苷联合使用时效果最佳[36]。

2.3糖尿病肾病糖尿病肾病是DM的一种血管并发症，主要由于糖代谢紊乱，包括非酶糖基化形成糖基化终末代谢产物(AGES)以及已糖胺通路代谢异常，形成肾小球基底膜增厚和细胞外基质蓄积的病理改变。Pan X等[37]研究发现葛根素可降低糖尿病肾病模型大鼠血浆的空腹血糖(BG)、血肌酐(SCr)、血尿素氮(BUN)和尿白蛋白(UAER)水平，可能是通过减少晚期糖基化终末产物(AGEs)过度沉积进而减轻肾脏损害实现的。葛根素可下调肾脏细胞间黏附分子-1(CAM-1)和TNF-α，抑制炎症反应，进而改善肾功能指标。孙尧等[38]发现葛根素可提高金属蛋白酶9(MMP-9)的表达，促进细胞外基质(ECM)降解，抑制肾脏组织ECM聚集，阻止肾小球硬化，从而保护肾脏结构。

2.4糖尿病周围神经病变糖尿病周围神经病变发病的主要原因有代谢紊乱、血管损伤、氧化应激等，其中由于细胞凋亡导致的微血管病变是引起周围神经病变的重要因素。雪旺细胞(SCs)作为周围神经系统的髓鞘细胞，对神经轴突的结构、功能保护具有重要作用[39]。高糖处理SCs后，细胞促凋亡蛋白Bax表达显著增加，Caspase-9、Caspase-3大量活化，Bcl-2表达下调，从而促进凋亡发生，细胞存活率下降，而葛根素能通过抑制Bax，促进 Bcl-2表达，阻止Caspase-3、 Caspase-9活化，发挥抗凋亡作用[40-41]。高糖处理RSC96细胞可抑制PI3K/Akt信号通路的表达，而葛根素能够逆转此信号通路的表达，提高神经生长因子(NGF)水平，抑制细胞凋亡[41]。

3 讨论

DM病理进程涉及多种机制，葛根素可从改善血糖、血脂代谢，以及抑制氧化应激、炎症反应、凋亡途径来改善或治疗DM。目前本病的治疗药物仅能改善相关症状及生化指标，而无法有效恢复胰岛β细胞的数量、功能，故不能自愈。葛根素在DM及其并发症治疗的相关研究中发现具有疗效确切、经济、安全的特点，但是，在目前的研究中以体内实验居多，体外实验的有效性仍无法验证，增加更多的体外实验，以细胞的层面探索葛根素对于DM的作用仍需要进一步的研究，而如何利用现代药物制备方法改善工艺，靶向治疗以提高疗效，将是葛根素临床试验及推广的关键因素。