黄芪多糖干预糖尿病肾病炎症发病机制的研究思路探讨*

王振华，杨丽霞，孟祥云

(1.甘肃省中医药研究院，甘肃 兰州 730050； 2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最为严重的并发症之一，是一种慢性微血管病变，可引起肾小球细胞硬化，最终导致肾功能衰竭。国内调查表明，DN的总发生率为47.5%，其中早期DN为34%，临床DN为13.5%[1]。2017年中国糖尿病患者人数(1.144亿)位居全球第一，中国的糖耐量受损人数同样位居全球第一，2017年为4.86亿，2045年则预计增至5.99亿[2]。DN在我国具有很大的潜在危害性，将给家庭和社会带来巨大的经济负担。目前，西医学治疗DN主要采取降血糖、降血压、运用血管紧张素转换酶抑制剂等治疗，对早期DN疗效较好，但不能有效改善患者的肾功能，且存在不良反应、毒副作用、耐药性等局限。实践证明，中医药在改善临床症状、延缓病情发展、提高患者生存质量方面具有很大的优势，且毒副作用比较小[3]。因此，积极寻求预防和延缓DN的中药具有深远意义。目前有关糖尿病的研究表明，糖尿病是由于机体糖代谢紊乱而引起全身炎症反应的一种疾病，这种慢性炎症的发生进一步加速了DN的发病。由此可以看出，炎症反应是DN的发生与发展过程中的关键因素[4]。

1 DN免疫炎症发病机制

机体炎症反应的发生是由多种炎症细胞因子共同参与的结果。目前DN的相关研究发现，与DN发生和发展有密切联系的免疫炎症细胞因子主要包括：C-反应蛋白(CRP)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、细胞黏附分子(ICAM-1)、白介素(IL)系列、血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)、转化生长因子-β1(TGF-β1)、血管紧张素II(Ang II)、核因子-κB(NF-κB)等[5-8]。大部分炎症细胞因子是机体免疫系统淋巴细胞，单核/巨噬细胞和血管内皮细胞等产生的具有免疫活性的分子[9]，炎症细胞因子能够激活成纤维细胞，促进胶原、纤连蛋白、层粘蛋白等细胞外基质(ECM)成分的分泌，最终导致DN 发生发展。其中MCP-1、TGF-β1两者相互作用，加重DN炎症反应[10]，MCP-1是对单核细胞和T细胞的迁移起重要作用的炎性细胞因子。实验发现，在高糖状态下内皮细胞、肾小管上皮细胞和间质细胞受到糖脂代谢等因素的刺激，能够大量产生MCP-1，是引起糖尿病肾病发生发展的重要原因[5,11]。TGF-β1在DN发病过程中参与肾间质纤维化的多个环节，是肾小球硬化的关键因素。TGF-β的高水平表达能够作用于成纤维细胞和单核细胞，促进细胞外基质和细胞因子的分泌，加速纤维化进程。此外，TGF-β1可通过刺激肾小管上皮细胞多种ECM的生成，引起下游多种炎症因子的活化[12]。TGF-β1主要通过丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶B(PKB/AKT)、鸟苷酸酶(GTPnase/RhoA)等通路发挥作用[13]，其中最关键的传导分子是胞浆蛋白Smads[14]。

1.1 JAK/STAT通路在DN炎症机制中的关键作用

炎症因子可引起肾脏内多种信号通路的改变。在对众多的信号通路研究中发现，JAK/STAT信号通路参与高血压、血管并发症和DN等多种疾病的发展。JAK/STAT信号途径可以发挥信号转导和基因转录活化子蛋白的双重作用，介导多种细胞因子和生长因子的胞内信号转导过程，并且活化相应靶基因，进而产生生物学效应。实验[15-17]已证实，高血糖作用下血管紧张素Ⅱ增加，JAK/STAT信号转导途径活化使介导肾小球系膜细胞增殖，进而促进TGF-β分泌，增加ECM生成，引起肾脏损害。研究者通过系膜细胞培养实验[18-19]发现，磷酸化JAK2与其下游底物激活加强，促使活性氧增多，可能引起血糖升高。因此，抑制JAK/STAT信号通路可以阻抑炎症细胞因子的细胞内信号转导过程，减缓DN的发生发展。

1.2 JAK /STAT信号通路调控机制

JAK/STAT 信号通路的调控主要受细胞因子信号转导抑制因子家族(SOCS家族)、PIAS蛋白家族及泛素-蛋白酶体途径介导的蛋白降解等因素有关[20]。SOCS包括8种细胞内受体(CIS、SOCS1-SOCS 7)，其中SOCS1与SOCS3研究最为深入，可通过多种机制调控JAK/STAT信号的幅度与持续时间。SOCS蛋白主要通过3条途径抑制细胞因子信号通路：①利用和STAT相似的SH2结构域，竞争结合细胞因子受体胞质区的磷酸化Tyr位点，阻止转录因子STAT的活化而阻止STAT募集到细胞因子受体；②利用SH2结构域与靶蛋白的磷酸酪氨酸结合，使JAKs激酶的N末端失活而抑制信号转导；③通过C端的SOCS盒与elonginBC复合物和cullin2相互作用，将SOCS的信号蛋白如JAK和STAT等通过泛素蛋白酶体途径降解，从而阻断细胞因子的信号传递[21]。

研究者通过对SOCS蛋白的研究发现，其参与多种疾病的系统损伤调控，如脑缺氧、心衰、肿瘤，以及类风湿关节炎等免疫性疾病[22-25]。通过腺病毒介导的肾脏SOCS 2表达上调，可以显著抑制链脲霉素诱导的JAK2和STAT3/磷酸化增加，由此证明SOCS2可通过JAK/STAT 通路降低糖尿病大鼠的肾损害[26]。因此，笔者推测：通过SOCS对JAK/STAT 通路的负调控来阻抑炎症因子的胞内信号转导，进而缓解DN的炎症损伤，将成为DN今后研究的新方向。

2 植物多糖类化合物在治疗DN方面的优势

目前，西医学在治疗DN方面存在着较多局限性，如药物的毒副作用使患者产生耐药性和不良反应以致不能长期服用等。因此，纯植物药物开发和应用显得尤为迫切，也具有很大的优势和市场前景。中药植物多糖类化合物作为天然药物有效成分已在众多疾病的治疗中被广泛运用，如红芪多糖、桑枝多糖、地黄多糖、绞股蓝多糖、茯苓多糖、山药多糖、黄芪多糖、菊苣多糖等多糖类化合物具有降血糖、改善肾功能、抑制肾小球肥大和系膜基质增生等作用，有些已用于临床[27-34]。许多含有多糖的植物是药食两用植物，已在国内外作为食品添加剂或营养补充剂使用，与化学药物相比具有较高的安全性，适合长期服用。因此，多糖类化合物被开发成为降压降糖、调节脂代谢、治疗DN的药物，具有良好的运用前景。

3 补气法是中医学治疗DN的新观点

古代医籍中没有DN相关记载，根据临床表现可将其归属于“消渴”“肾病”范畴。以前对消渴病的论述如“水肿”“胀满”“尿浊”“关格”等均是其相关病证[35]。在《诸病源候论》中记载消渴“其久病变，或发痈疽，或成水疾”。《三消论》曰：“夫消渴者，多变为聋盲疮癣痤疿之类或水液妄行而面上肿也。”由此可以看出，消渴病日久可转变为水肿。《证治要诀》曰：“三消久而小便不臭，反作甜气，在溺中滚涌，更有浮溺面如猪脂，此精不禁，真元竭也。”从此表述中可以看出，DN尿中出现大量蛋白质。记载中症状的描述均似DN的临床表现。目前，从中医学的角度解释DN的主要病机是气阴两虚,肾虚血瘀,兼夹水湿、浊毒、火热等实邪。早期多见气阴两虚，气虚可致发热，阴虚可生内火。内热伤阴是其基本病机特点，内热属壮火，壮火食气，伤阴又耗气[36]。肾为生气之根，主纳气，为五脏阴阳之本，为生命活动之根本，主生长、发育、生殖。DN病位在肾。肾病本质多虚，故该病本虚标实的基本病机特点为大家所公认。此外，DN多以中老年人为主，人至中年一身之气逐渐衰减，如《内经》所述“年四十而阴气自半也”。DN患者病久耗气，气呈下降趋势，病势入肾，使得气无源、无居，气虚为DN的基础中医病机。因此，治疗DN首先应该考虑“补气法”[37]。

4 黄芪多糖干预DN炎症损伤的理论依据

中药黄芪具有补脾益气、固表止汗、利尿消肿、活血排毒、行滞通痹及敛疮生肌等功效，在临床上作为免疫调节剂，被广泛用于防治免疫功能紊乱性疾病、心脑血管性疾病、抗氧化等疾病[38]。黄芪含有黄芪多糖、黄芪皂苷类、黄芪生物碱、黄芪黄酮，以及多种微量元素[39]。黄芪多糖是黄芪的主要水溶性成分，药理作用广泛，有调节免疫、增强细胞代谢、降糖降压,以及保肝抗炎等活性。黄芪多糖作为一种天然药物，来源较广、制备造价低、不良反应少，机体对其不产生耐药性，近年来在临床研究中备受关注[40]。

4.1 黄芪多糖具有免疫炎症调节作用

动物实验显示：黄芪多糖不仅对免疫受抑制的动物模型有作用，对正常动物的免疫功能也有增强作用；同时体外实验也证明其有较强的免疫调节作用。黄芪多糖的免疫调节作用是通过促进相关细胞DNA及RNA的合成与转录，影响蛋白质的合成与表达，并调控基因物质的表达来实现的[41]。研究[42]发现，黄芪多糖能提高由地塞米松诱导的免疫抑制犬的细胞免疫水平，显著增加ANAE+T淋巴细胞、CD4+、CD8+、CD4+/CD8+、吞噬指数和腹腔巨噬细胞比率等。舒迎霜等[43]通过黄芪多糖对犬血清中免疫球蛋白和IFN-γ水平等的研究发现，黄芪多糖能促进犬小肠IgA mRNA和SIgA蛋白表达，提高犬血清中免疫球蛋白与干扰素的水平，从而提高机体免疫力。同时，黄芪多糖可通过机体多种信号通路对炎症的发展过程发挥相应的作用。王金磊等[44]的实验发现，黄芪多糖可通过抑制NF-κB/MAPK信号通路活性，有效改善哮喘大鼠气道炎症。通过体外培养巨噬细胞，利用黄芪多糖进行干预后，观察到其可能是通过Ca2+-cAMP通路发挥免疫调节作用。由此可见，黄芪多糖对于调节免疫炎症的作用是肯定的。但从目前的研究结果来看，黄芪多糖主要被广泛用于免疫佐剂及动物饲料添加剂，其应用范围还有待进一步挖掘、开发和研究[45]。例如：有研究采用不同改性方法对黄芪多糖的结构进行修饰，研究改性后的产物对机体免疫调节的机制及其量效关系。总之，黄芪多糖在免疫炎症方面的作用还有很大的探索与开发利用空间。

4.2 黄芪多糖在治疗糖尿病方面的研究及不足

本团队前期已开展了黄芪生药学、中药化学、药效学等方面的研究，重点侧重于多糖类化合物的药理作用研究，取得了一些研究成果。目前，黄芪多糖的相关研究显示，其对大鼠溃疡性结肠炎具有治疗作用，能够减少结肠组织炎症因子释放，改善肠道黏膜屏障功能[46]；可抑制小鼠Lewis肺癌细胞的转移，抑制NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路的激活[47]；能够通过调控Bcl-2/Bax蛋白表达来减轻镉所致大鼠肝细胞氧化应激损伤[48]；具有促进低氧环境中成骨诱导的骨髓间充质干细胞成骨分化的作用[49]。研究团队经过大量文献调研发现，黄芪多糖治疗糖尿病方面的研究尚未大量开展，但从统计结果看相关的研究呈逐年增长趋势[50]，如对糖尿病心肌病、糖尿病足、糖尿病视网膜病变等的研究，只是大多数研究仅限于基本药理作用的研究，缺乏蛋白水平、基因水平的分子机制研究，特别是针对DN的炎症发病机制的研究尚未开展。

综上所述，结合本课题组长期从事中医药防治糖尿病和多糖方面的研究基础，围绕DN的炎症发病机制，利用黄芪多糖调节免疫炎症的药理作用，探讨其防治DN的作用靶点及分子机制，具有一定的理论依据，可以为中医药防治DN提供一条新思路和新方法，为黄芪多糖的临床应用与进一步开发提供科学依据。