从肠道有益菌群可激活AhR/ILC3s信号通路探讨解毒化浊法改善2型糖尿病胰岛素抵抗的理论机制

李光美 赵伟 张婷

胰岛素抵抗是2型糖尿病发生发展的中心环节,其机制尚未彻底阐明。芳香烃受体(arylhydrocarbon receptor,AhR)/3-型天然淋巴细胞(group 3 innate lymphoid cells,ILC3s)信号通路是改善2型糖尿病胰岛素抵抗的关键环节,肠道有益菌群可激活AhR、促进ILC3s分泌白细胞介素22(interleukin-22,IL-22),从而抑制代谢性炎症、改善胰岛素抵抗[1-3]。因此,调节肠道菌群,激活AhR/ILC3s信号通路是改善胰岛素抵抗的潜在靶点。目前认为,浊毒与胰岛素抵抗密切相关,胰岛素抵抗的实质是浊阴为患,从浊毒论治是改善胰岛素抵抗的重要法则[4]。然目前解毒化浊法改善胰岛素抵抗的机制未明,为进一步明确解毒化浊法改善胰岛素抵抗的机制,笔者通过对胰岛素抵抗、代谢性炎症、AhR/ILC3s信号通路、浊毒理论等相关古今文献进行研究,基于AhR/ILC3s信号通路探析解毒化浊法改善胰岛素抵抗的机制。

1 激活AhR/ILC3s信号通路可改善胰岛素抵抗

天然淋巴细胞(innate lymphoid cells,ILCs)是新近鉴定的一群缺乏T、B细胞抗原受体的淋巴细胞,属于天然免疫系统的细胞亚群,ILC3s是人体内重要的一类ILCs亚群,主要分布在肠道、皮肤、胸腺、扁桃体等组织,参与淋巴组织的形成、肠黏膜屏障的构成和肠道稳态的维持、抗菌及抑制代谢性炎症反应[5]。AhR是一种胞质配体激活的转录因子,也是免疫和炎症的关键调节因子,涉及适应性免疫和黏膜屏障功能的调节、肠道稳态的维持[6]。

AhR通过调节上皮淋巴细胞和先天性淋巴细胞的发育而介导抗炎作用,且AhR的表达对于肠内ILC3s细胞的维持、存活功能至关重要,促进ILC3s细胞分泌IL-22,参与淋巴组织的形成、肠黏膜屏障的构成和肠道稳态的维持,抗菌及抑制代谢性炎症反应[1,5]。研究发现,ILC3s分泌的IL-22在降低体内代谢性炎症水平同时,保护胰岛β细胞免受炎症和糖毒性的影响,甚至可逆转高血糖对胰岛β细胞的损害作用,并改善胰岛素敏感性[1]。AhR配体通过增加肠道防御和减少细菌易位以及全身炎症来逆转糖尿病诱导的葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗[7],在饮食诱导的肥胖模型小鼠中,通过诱导IL-10和IL-22分泌,激活AhR可预防高脂饮食诱导的胰岛素抵抗[8],而在感染结核分枝杆菌的2型糖尿病小鼠中运用IL-22治疗可降低血清胰岛素水平[2]。除了对肠道屏障功能的影响,AhR激动剂(吲哚)已被证明能有效地刺激肠道内分泌细胞分泌肠促素GLP-1,可有助于改善胰岛素抵抗[9]。

2 肠道有益菌群可激活AhR/ILC3s信号通路

肠道菌群是人体内最大的微生态系统,参与人体的物质和能量代谢,肠道菌群失调与人类的各种慢性疾病可能有关,其中包括糖尿病[10],肠道有益菌群可促进肠道黏膜抗炎因子分泌,降低体内代谢性炎症水平,是改善2型糖尿病胰岛素抵抗的关键环节[2,10]。

AhR/ILC3s与肠道菌群之间的作用是双向的。一方面,AhR的激活可以促进B细胞分化为浆细胞,分泌免疫球蛋白A至肠腔,发挥调节肠道免疫功能[6];ILC3s分泌粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子,作用于白介素23受体维持肠内稳态[11]。另一方面,肠道共生细菌代谢物可显示AhR激动性,例如肠道菌群产生的色氨酸酶可代谢膳食色氨酸为吲哚及其衍生物,其作为AhR配体能激活LIC3s中AHR转录因子[3,6],启动IL-22基因的转录,促进ILC3s分泌IL-22[2],分段丝状菌能够通过IL-23促进ILC3分泌IL-22,作用于肠道免疫[12]。综上,肠道有益菌群可激活肠黏膜中的AhR受体,促进ILC3s分泌抗炎因子,通过调节微生物组成来调节抗菌肽的释放,发挥抵抗肠道病原体的作用。

3 解毒化浊法可改善胰岛素抵抗

2型糖尿病属于中医的“消渴”范畴,浊毒是中医学的一种致病因素,在古医籍中早有记载,但相关内容散在于浊邪和毒邪之中,一直未能形成系统理论,直到近期由于越来越多的学者开始关注这一领域并逐渐形成了浊毒理论服务于临床。浊毒是一种对人体脏腑经络、气血阴阳均能造成严重损害的致病因素,也是机体脏腑功能紊乱、气血运行失常产生的不能及时排出体外而蓄积体内的病理产物[13]。浊毒之病理特性兼“浊”“毒”两者之长,其致病更加广泛、凶险、怪异、繁杂、缠绵难愈、变证多端,甚至转为坏病,目前发现多种慢性难治性疾病均与浊毒有关[14]。胰岛素抵抗是2型糖尿病发生发展的中心环节,胰岛素抵抗导致2型糖尿病慢性并发症的多发性、繁杂性、迁延性、反复性及难治性等病理特点与浊毒致病的病理特点完全相符[14]。

目前中医认为糖脂毒性及低度炎症是机体组织的“中毒状态”,糖脂、炎症等浊邪壅滞于血分,郁久化毒,毒损脉络,从而促进胰岛素功能障碍。“浊毒”既是消渴病的病理产物,同时又是其致病因素,是消渴病发生发展的核心所在[13],胰岛素抵抗的关键在于浊毒内蕴[4],并提出浊毒瘀滞而致消及解毒化浊法是消渴治疗的重要治法的观点[15]。研究发现,解毒化浊法可通过抑制代谢性炎症反应,进而改善胰岛素抵抗,如具有解毒化浊功效的清热解毒方能通过调控肿瘤坏死因子-α、IL-6等炎症因子的水平,从而改善2型糖尿病患者胰岛素抵抗[16]。黄连解毒汤可下调胰岛素抵抗模型大鼠IL-6的水平,减少肿瘤坏死因子-α的过度表达,降低炎症反应,从而改善胰岛素抵抗[17]。基于解毒化浊创立的中药复方浊毒清治疗糖尿病及其并发症的机制与其改善胰岛素抵抗有关[18]。

4 解毒化浊法可调节肠道菌群、激活AhR/ILC3s信号通路,改善胰岛素抵抗

肠道菌群失调与浊毒聚积密切相关,“浊”源于肠道水谷未化,“毒”起于肠道浊邪久聚[19],肠道菌群紊乱可产生各种有害代谢产物和导致肠黏膜屏障功能受损,肠道菌群易位,活化肠源性LPS/TLR-4炎症通路,从而改善胰岛素抵抗[20]。根据“脏毒”理论,清热解毒法是丰富肠道菌群的调控手段[21],且黄连解毒汤、葛根芩连汤可通过调整肠道菌群,降低体内炎症因子水平,进而改善胰岛素抵抗[22-23]。

AhR在肠道免疫中被广泛研究,能够通过诱导代谢酶发挥解毒作用及通过调节免疫细胞发挥免疫调节作用,且已被证明是体内糖脂代谢的重要调节剂,激活AhR受体能够有效地促进胰岛素分泌,从而对糖尿病起到治疗的作用[7-8]。天然产物中的黄酮类、吲哚类和芪类物质等作为AhR的外源性配体,广泛存在于多种中药材中,且被初步证明可以激活AhR,参与免疫调节[24]。黄酮类成分多具有抗氧化、心脏保护、免疫调节等作用,对AhR具有激动及拮抗作用,如黄连素和山柰酚可以通过激活AhR,上调细胞色素P450酶1A1(CYP1A1)的表达[25-26],槲皮素、儿茶素等可有效诱导NIH3T3细胞致AhR活化[27],黄芩素可表现出类似AhR激动剂的效应,并呈剂量依赖关系[28]。吲哚类生物碱具有抗炎作用,吴茱萸中的吴茱萸次碱、去氢吴茱萸碱均属于吲哚类生物碱,能显著激活肝脏中AhR,且吴茱萸次碱的激活效应强于去氢吴茱萸碱[29]。葛根芩连汤、黄连解毒汤、黄连丸、大黄牡丹汤等解毒化浊常用方中均含有AhR配体成分。清肠化湿方能够激活AhR,上调CYP1A1表达,促进IL-22生成,抑制炎症水平[30]。大黄牡丹汤可以上调炎症性肠病大鼠血清中的色氨酸及其代谢产物AhR配体吲哚的水平[31],其改善胰岛素抵抗的机制可能与激活了肠道AhR,促进ILC3s分泌IL-22,从而抑制代谢性炎症有关。

5 小结

以上研究表明,AhR/ILC3s信号通路是联系肠道菌群—代谢性炎症—胰岛素抵抗的关键通路,解毒化浊法可通过调节肠道菌群,激活AhR/ILC3s信号通路,抑制炎症反应,从而改善胰岛素抵抗,这可能是解毒化浊法改善2型糖尿病胰岛素抵抗的重要信号通路,也可能是解毒化浊法改善胰岛素抵抗的重要机制。目前对解毒化浊法调节肠道菌群,激活AhR/ILC3s信号通路改善胰岛素抵抗的研究甚少,但有迹可循,解毒化浊法是临床治疗2型糖尿病胰岛素抵抗的有效方法,但作用机制尚不清楚,探讨解毒化浊法通过激活AhR/ILC3s信号通路进而改善胰岛素抵抗的这一作用机制,为研究解毒化浊法改善胰岛素抵抗、治疗2型糖尿病提供了新思路。当然,AhR的分布广泛及其活性复杂,中药活性成分吸收利用度及半衰期的问题等会给该项研究开发带来诸多困难,解毒化浊法干预AhR/ILC3s信号通路的研究其实尚未真正开始。