小檗碱治疗糖尿病及其并发症的研究进展*

2021-12-09李博洋邵开元胡文祥

湖北科技学院学报(医学版) 2021年5期

李博洋，闵清，王刚，邵开元，胡文祥，4*

(1.湖北科技学院药学院，湖北咸宁 437100；2.北京神剑天军医学科学院京东祥鹄微波化学联合实验室；3.北京信息技术研究所；4.中国人民解放军战略支援部队航天系统部)

小檗碱(BBR)，亦称黄连素，是临床上重要的药用植物，一种天然型季铵型异喹啉类生物碱，广泛分布于大戟科、毛茛科和罂粟科植物的根、根状茎和茎中，分子式为C20H18NO4，分子量371.8，熔点145℃，一种黄色结晶粉末[1]。

小檗碱是黄连中最重要的生物碱之一，是其主要的有效成分。小檗碱应用历史悠久，作为民间传统药材在中国、印度、伊朗等国家使用。在20世纪末，研究人员进行了临床研究[2]，开发了小檗碱治疗多种细菌引起的腹泻，非常有效。小檗碱对于高血糖、心血管疾病、抗心律失常、抗炎、抗氧化、抗真菌、抗肿瘤同样具有比较好的生物效应。现针对小檗碱在糖尿病中的作用如下综述。

1 小檗碱的降糖作用机制

糖尿病(DM)是一种以慢性高血糖为特征的代谢性疾病，目前糖尿病的治疗主要集中在血糖水平的控制上。可通过注射胰岛素或口服降糖药控制血糖，然而，不良反应或副作用可能与它们的使用有关，虽然胰岛素是相对有效和安全的，但它也可能有造成低血糖的风险，且必须通过注射来使用，极不方便[3]。小檗碱是一种天然植物生物碱，原产于中草药黄连中。早在公元220—420年就有关于糖尿病及其治疗的记载，据《千金药方》记载，黄连能够治疗消渴病，称为“消渴圣药”[4]。现代医学分析，小檗碱具有明显的降糖作用，在动物实验和临床研究中均得到证实。越来越多的实验研究分析，小檗碱能够降低血糖，其机制可能与下列功能有关，包括改善胰岛素抵抗、调节糖脂代谢、抗氧化、抗炎、保护胰岛细胞等。

1.1 改善胰岛素抵抗

胰岛素抵抗(IR)是指受胰岛素影响的组织和细胞对胰岛素作用的敏感性降低，是2型糖尿病(T2DM)发病的重要机制之一。小檗碱能够参与机体内多种信号通路，调节血糖，增加胰岛素受体敏感性，改善胰岛素抵抗。其中研究最多的是腺苷酸活化蛋白激酶AMPK信号通路。AMPK是一种参与调节能量代谢和信号转导的蛋白激酶，广泛存在于肝脏、骨骼肌和脂肪组织中，同ATP呈正相关，从而调节糖脂代谢。在胰岛素抵抗状态下，蛋白激酶B(AKT)信号通路减弱，AMP可以增强AKT的磷酸化从而激活AKT。小檗碱同AMPK激动剂相似，直接激活AMPK或促进苏氨酸172(Thr172)的磷酸化，从而降低Thr172的去磷酸化，间接激活AMPK[5]。Cai等[6]通过四氢嘧啶建立高血糖小鼠模型发现，小檗碱通过激动AMPK，增加AKT的表达，上调胰岛素信号转导途径的关键分子胰岛素受体底物2(Insulin receptor substratel 2，IRS-2)的mRNA和蛋白水平，降低空腹血糖和空腹胰岛素水平，从而减轻胰岛素抵抗。Zhang等[7]发现AMPK能使p38丝裂原活化蛋白(P38，MAPK)上调，在骨骼肌细胞和心肌细胞中，P38MAPK参与GLUT1(葡萄糖转运蛋白)的激活。GLUT1可以提高人体的葡萄糖摄取能力、提高对胰岛素敏感性，减少胰岛素抵抗。

1.2 调节糖代谢

Kim等[8]通过研究小檗碱在胃肠道的吸收及其对胃肠道葡萄糖吸收酶活力的影响中发现，小檗碱在胃肠道几乎不吸收，但能影响小肠上皮细胞上的一种葡萄糖吸收酶，从而抑制小肠上皮细胞吸收葡萄糖，由此可推论出小檗碱降低血糖的机制之一同α-糖苷酶抑制剂作用类似。Song等[9]在体外观察小檗碱和二甲双胍在人肝癌细胞HepG2中葡萄糖消耗量发现，小檗碱具有显著的降糖作用，在一定范围内，呈剂量相关性，且小檗碱同二甲双胍在促进肝细胞吸收葡萄糖的作用类似，激活AMPK和PI3K信号通路上调Ⅰ型葡萄糖载体(GIUT4)的表达和转位活性，促进葡萄糖吸收。GLUT4是葡萄糖的运输载体，葡萄糖吸收入血后需要载体蛋白才能进入细胞完成代谢。

1.3 调节血脂代谢

2型糖尿病最常见的病理改变之一是脂代谢紊乱，糖尿病和脂代谢紊乱关系极其密切，TG和FFA的升高既造成胰岛素抵抗又造成β细胞功能损害。小檗碱可以降低高胆固醇血脂中TG、TC和LDL-C，且没有其他不良反应。大鼠血浆中小檗碱调节血脂代谢的机制和通路有多种。乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-Co Aarboxylase，ACC)在脂肪酸代谢过程中起到了重要作用。AMPK蛋白是ACC的一个上游调节因子，能够上调ACC的表达。小檗碱通过激活上游调节因子AMPK，促进ACC的表达，加快糖、脂代谢。Li等[10]在脂肪组织中研究发现，小檗碱能够抑制脂肪合成的基因，促进前脂肪细胞的增殖，减少脂质堆积，提示我们小檗碱能够轻微减轻体重。

1.4 抗炎作用

小檗碱的抗炎作用是能够减低体内炎症因子，炎症因子或加快糖尿病及糖尿病并发症的发生或发展。炎症因子是炎症蛋白复合体，能够识别损伤相关分子模式和病原相关分子模式，通过机械诱导和损伤诱导分泌导致细胞死亡。糖尿病患者体内出现糖、脂代谢紊乱，被认为是一种低度炎性疾病。而小檗碱最初被应用于胃肠道炎症性疾病的治疗，由此，人们猜测调节胃肠道微生物菌群是否是小檗碱治疗糖尿病的机制之一[11]。Han等[12]认为，小檗碱的抗炎活性与通过抑制AMPK和TLR4介导的NF-κB信号通路有关，给予小檗碱治疗的糖尿病大鼠，炎症因子和促炎因子表达明显降低，且抗炎症因子表达增加，降低动脉粥样硬化的发生。

1.5 保护胰岛细胞

小檗碱能够修复、改善胰岛功能，保护胰岛β细胞。胰岛β细胞死亡和功能受损是导致糖尿病发病的原因之一。造成胰岛β细胞凋亡、损伤的原因有很多，氧化应激中线粒体产生的活性氧(ROS)和一些炎症因子会加快胰岛β细胞的凋亡、损伤，减少胰岛素的分泌。Chandirasegaran等[13]的报道称小檗碱上调白细胞介素(interleukin IL-10)抗炎细胞因子的活性，抑制核因子NF-κB(nuclear factor-κBNF-κB)、F-α和环加氧酶2促炎的表达。殷峻等[14]研究发现小檗碱可促进损伤后的胰岛β细胞胰岛素的分泌，促进胰岛β细胞增生，胰腺病理学研究显示，小檗碱能够修复胰岛细胞。

1.6 抗氧化作用

近年来，临床糖尿病人或实验性糖尿病动物体内研究[15]分析显示，在高糖或糖尿病环境下会造成活性氧蓄积、氧化应激增强，进一步加重氧化损伤，加速糖尿病的发病进程及糖尿病并发症。贾文波等[16]研究分析，非肥胖糖尿病NOD小鼠体内，存在明显的氧化失衡，蓄积的自由基攻击胰岛β细胞，外周组织对胰岛素的敏感性降低，造成胰岛素分泌不足和胰岛素抵抗；李峥等[17]分别测定了2型糖尿病大鼠肾脏组织中超氧化歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的含量变化，证实糖尿病肾脏组织中出现脂质过氧化水平增高，氧化失衡，进而加剧糖尿病大鼠肾脏损伤。小檗碱具有调节氧化和抗氧化平衡的潜能，可增加2型糖尿病小鼠抗氧化剂超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性，这类低分子物质被证明是能够持续清除ROS的有利物质。糖尿病大鼠灌胃小檗碱4周，心肌线粒体内氧化损伤标志物(MDA)的含量和脂质过氧化物水平明显降低，SOD、CAT等抗氧化剂活性升高，改善了糖尿病大鼠氧化应激[18]。Zhang等[19]分析发现小檗碱上调沉默调节因子1(silent information regulator 1，SIRT1)，抑制miR-106b靶基因的表达，降低MDA并增加SOD水平，以应对糖尿病小鼠体内的氧化应激。

2 小檗碱缓解糖尿病并发症

2.1 糖尿病脑病(DE)

糖尿病脑病可导致中枢神经系统发生不同程度损伤，目前尚未准确定义。糖尿病患者长期脂质代谢紊乱，随着病程的增加，微血管基底膜变厚，导致管腔变窄；血脂高、血液粘稠度增加，血液流速减慢，出现脑供血应不足，不能很好的对信息进行认识、加工、处理等，出现认知障碍(cognitive dysfunction，CD)。脂质过氧化损伤、神经营养因子保护作用减弱等同样是引发认知功能障碍的病理基础。总体来说，糖尿病脑病引起认知、神经生理结构发生异常。CD是一种中枢神经系统退行性疾病，临床上常表现为痴呆、健忘、学习功能下降等。有研究分析[20]，糖尿病是CD的单一危险因素，糖尿病人患CD的风险是正常人的1.2～1.5倍，出现阿尔兹海默症(AD)的风险是正常人的1.6倍。抗氧化酶在糖尿病病人体内发生糖化或氧化，中枢神经系统中氧自由基大量蓄积，出现脂质过氧化损伤和氧化损伤，破坏细胞结构和DNA，导致细胞死亡。近年有研究[21]中发现，BBR能够穿过血脑屏障，对T2DM患者的神经元损伤有良好的疗效。小檗碱抑制炎症因子淀粉样蛋白Aβ的释放，抑制ACh E活性，A被认为是AD出现的标志物；激活磷酸肌醇3激酶PI3K/Akt/GSK3途径，减轻胰岛素抵抗和糖尿病脑病相关蛋白Tua过度磷酸化，Tua蛋白是AD最早出现的分子水平上的异常之一；增强BDNF是脑内的神经营养因子，能够促进神经元发育、调节突触传递和突触可塑性以及改善恢复认知障碍。BDNF在模型大鼠海马CA1区的表达，增强神经营养因子对海马神经元的保护作用，延缓糖尿病性脑病的发生。

2.2 糖尿病肾病(DN)

糖尿病肾病是糖尿病常见并发症之一，主要病变发生在肾脏微血管，是终末期肾脏病的第二位原因。DN主要病理改变是肾小球微血管基底膜增厚及微循环出现障碍，出现肾小球硬化症。肾小球滤过膜发生病变，滤过率降低，导致尿蛋白、血肌酐、血清尿素氮等的升高，这是导致糖尿病肾病发展成为终末期肾脏病原因之一，也是糖尿病肾病患者死亡因素之一[22]。观察四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠肾脏组织和高糖培养的肾小球系膜细胞，在小檗碱治疗后相关肾功能指标变化。实验发现[23]，给予小檗碱治疗后，小鼠血糖值、肾重/体重比值、尿素氮、微白蛋白/肌酐比值等相关肾功能指标发生显著变化，小檗碱能够有效降低糖尿病小鼠血糖、肾重/体重比值、尿素氮、微量白蛋白/肌酐比值等指标。在高糖环境下，体内高分子活性ROS加剧肾小球滤过膜的渗透性。Cheng等[24]分析发现，小檗碱对高糖诱导的系膜细胞损伤具有一定的疗效。小檗碱能通过上调Keap1-Nrf2/ARE信号通路，有效减低Keap1蛋白的表达，加快抗氧化分子转录因子核因子E2相关因子2(Nrf2)的分泌，促进SOD的合成，降低糖尿病肾病大鼠肾脏内氧化应激、炎症和纤维化水平皮细胞损伤。在高脂联合低剂量SZT诱导的2型DN大鼠肾脏模型中出现炎细胞浸润，炎症因子如MCP-1、TNF-α等在肾脏细胞中大量表达，黄连素通过抑制NF-κB通路减轻2型DN大鼠肾脏炎症，给予小檗碱治疗后，浸润的巨噬细胞减少且炎症因子表达显著降低。在SZT诱导的糖尿病肾病大鼠模型中，小檗碱可激活肾小球系膜细胞(HGMCs)AMPK，刺激thr172磷酸化水平升高，增强HGMCs自噬作用，从而保护高葡萄糖诱导肾脏细胞的损伤[25]。

2.3 糖尿病心肌病(DCM)

糖尿病心肌病是糖尿病常见并发症之一，独立于其他心脏病(高血压性心脏病、冠状动脉粥样硬化性心脏病)，是一种特异性心脏病。糖尿病患者长期糖脂代谢紊乱加剧心肌纤维化和心肌局灶性坏死，是造成心衰、心律失常、心源性休克的主要原因，是糖尿病患者常见的、严重的慢性并发症，也是2型糖尿病患者死亡的因素之一。代谢障碍是糖尿病心肌病发生的重要因素之一，研究[26]介绍了，通过链脲佐菌素联合高糖、高脂诱导糖尿病大鼠，大鼠表现出胰岛素抵抗、能量代谢紊乱等问题，在此基础上出现心肌细胞脂质过氧化增强、糖利用障碍，进而导致心肌细胞脂质毒性增加、能量供应不足。小檗碱通过降低糖尿病小鼠胰岛素抵抗、空腹血糖(FBG)、三酰甘油(TG)、胆固醇(TC)以及心脏游离脂肪酸(NEFA)含量；上调心肌组织脂肪酸跨膜转运载体蛋白FATPs的表达，减少脂质在心肌组织过量聚集，抑制心肌纤维化和心室重构，在治疗糖尿病心肌病，小檗碱通过调节血糖血脂保护心肌细胞，对心肌缺血再灌注造成的损伤具有一定的疗效。Dong等[27]利用血管紧张素Ⅱ建立心肌细胞肥大模型，检测心肌细胞中AMPK蛋白表达变化，发现随时间进行AMPK的表达呈下降趋势，激活AMPK通路有效预防心肌肥大的发生。心脏是人体中最需要的器官之一，心肌缺血时，AMP/ATP比值增加，AMPK激活，能够促进无氧糖酵解，从而激活AS160，促进葡萄糖转运体的膜转位和葡萄糖的摄取，增加ATP的供应；在心肌再灌阶段，持续的激活AMPK能够抑制乙酰辅酶A(ACC)，而ACC能够抑制丙二酰辅酶A(malonyl-CoA)的形成，从而促进脂肪酸进入线粒体进行氧化供能，而脂肪酸的持续氧化能够抑制葡萄糖的氧化过程，有效减少心肌梗死面积。小檗碱通过调节葡萄糖和脂质代谢直接或间接地保护心肌细胞，还可通过调节心肌细胞膜上K+离子通道，抑制延迟去极化时间、缩短有效不应期导致的心室颤动、心律失常等问题。