黄芩抗糖尿病作用与机制的近十年研究进展

徐锋 陈滕 汪祖华 石慧 俸婷婷 周英

黄芩为唇形科植物黄芩ScutellariabaicalensisGeorgi的干燥根，其味苦性寒，具有清热燥湿、泻火解毒、止血和安胎的功效，主治湿温、暑湿等证[1]。现代研究表明黄芩的活性成分复杂，主要包括黄酮类、苯丙素类、甾体类、萜类等[2]。而药理学研究发现，黄芩具有抗氧化、抗炎、保肝、抗肿瘤、调节免疫、抗糖尿病等活性[3-7]。近年来，对于黄芩及其活性成分抗糖尿病方面的研究较为丰富和深入，表明黄芩对于糖尿病的防治具有重要价值，但是关于其抗糖尿病的作用与机制尚未见系统分析和整理。因此，本文针对近十年来黄芩及其含有的黄酮类成分抗糖尿病作用及机制进行归纳和总结，助力挖掘和阐明黄芩抗糖尿病的作用机制与药效物质基础，以期为黄芩的临床应用及其在抗糖尿病方面的进一步研究与开发提供参考。

1 黄芩对糖脂代谢的调节作用及其机制

据报道经黄芩及其有效成分黄芩苷治疗后，可显著降低2型糖尿病大鼠的血糖水平，表明黄芩降糖作用确切[8-9]。研究还发现黄芩中黄芩苷、汉黄芩苷和黄芩素均能明显增加胰岛素抵抗HepG2细胞的葡萄糖消耗量[10-11]，黄芩苷还能增加糖尿病大鼠肝糖原的含量[12]。而黄芩中的野黄芩苷能显著降低棕榈酸刺激HepG2细胞的脂质累积[13]。可见黄芩具有调节糖脂代谢的作用，该效应是黄芩抗糖尿病不可忽略的途径之一。

1.1 黄芩对肝脏中酶活性的影响

糖尿病肝脏中磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-双磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶、糖原磷酸化酶、葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶、糖原合酶、己糖激酶和糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β)酶的活性均与糖的代谢密切相关。黄芩可显著降低2型糖尿病大鼠肝组织中磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-双磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶和糖原磷酸化酶的活性，增加肝中葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶和糖原合酶的活性，从而影响糖尿病肝脏中糖的代谢[8]。另有研究发现黄芩苷能显著提高己糖激酶的活性及抑制葡萄糖-6-磷酸酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因的表达和GSK-3β酶的活性[14-16]。黄芩素能增加胰岛素抵抗HepG2细胞丙酮酸激酶和葡萄糖激酶的活性，降低葡萄糖-6-磷酸酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因的表达[11]。

可见，通过调节肝脏中与糖代谢相关酶的活性，进而促进糖酵解和抑制糖异生是黄芩调节糖代谢的重要途径。针对性地调节肝脏中酶的活性，有望为黄芩治疗糖尿病创新药物的发现提供可行途径。此外，黄芩对于其他脏器和组织糖代谢相关酶活性的影响也值得探讨。

1.2 黄芩对腺苷酸活化蛋白激酶和胰岛素相关信号通路的调节作用

腺苷酸活化蛋白激酶[adenosine 5′-monophosphate (AMP)-activated protein kinase，AMPK]能促进骨骼肌对葡萄糖的摄取和减少肝糖原的合成，提示AMPK是药物发挥降血糖作用的重要靶点[17]。据报道黄芩苷能显著增加糖尿病大鼠肝脏和骨骼肌中AMPK的磷酸化，表明黄芩苷可能通过激活肝脏和骨骼肌AMPK途径，抑制肝脏糖异生和促进骨骼肌糖原合成，从而发挥抗糖尿病作用[14-16]。黄芩苷还能显著提高高脂饮食(high-fat diet，HFD)诱导小鼠和HFD+链脲佐菌素诱导小鼠肝脏和骨骼肌的AMPK、乙酰辅酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)、蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和GSK-3β蛋白的磷酸化，以及显著增加HepG2细胞AMPK、ACC、Akt和GSK-3β蛋白的磷酸化，抑制脂肪酸合成并促进糖原生成[18]。此外，黄芩的活性成分汉黄芩苷能激活AMPK，进而增加过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)-α和脂联素的表达，调节糖的代谢[19]；另有研究发现，黄芩素能增加细胞胰岛素受体(insulin receptor，InsR)、胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate 1，IRS-1)、磷酸肌醇3激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K)、Akt和葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT)-2的蛋白表达，表明黄芩素能促进葡萄糖摄取和糖酵解，抑制肝细胞糖异生，其可能是通过InsR/IRS-1/PI3K/Akt通路改善葡萄糖的代谢[11]。

黄芩能通过AMPK相关的途径发挥调控葡萄糖代谢的作用，提示以AMPK为靶点，应用液相色谱—质谱联用技术和分子对接技术可深入筛选黄芩抗糖尿病的活性成分。另外，虽然研究表明黄芩素能直接调节胰岛素相关信号通路，但黄芩药材整体能否作用于胰岛素信号通路调节糖的代谢，目前尚缺乏直接证据。

1.3 黄芩对糖吸收的影响

减少糖吸收是药物发挥抗糖尿病作用的重要途径之一，临床上应用的α-葡萄糖苷酶抑制剂(阿卡波糖、伏格列波糖)即是基于该途径发挥降糖作用[20]。抑制α-葡萄糖苷酶可以延缓碳水化合物的吸收，降低糖尿病患者的餐后高血糖。现代研究表明黄芩对α-葡萄糖苷酶有良好的抑制作用，具有重要的开发潜力。有研究报道利用微透析/液相色谱—质谱联用技术从黄芩中筛选出了10个潜在的α-葡萄糖苷酶抑制化合物[21]，另有学者应用UPLC Triple TOF-MS/MS技术从黄芩中鉴定出抗α-葡萄糖苷酶的活性化合物13个[22]。黄芩的富黄酮提取物能显著抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性，从而发挥抗糖尿病作用[23]。黄芩含有的黄酮类成分也具有良好的抗α-葡萄糖苷酶活性，研究发现黄芩素、汉黄芩素、白杨素、千层纸素等与α-葡萄糖苷酶有良好的亲和力，并在体外表现出强大的抗α-葡萄糖苷酶活性[24]。

黄芩含有抗α-葡萄糖苷酶活性的成分丰富，但目前关于黄芩抑制α-葡萄糖苷酶或α-淀粉酶活性的研究主要集中于黄酮类成分，其他大类成分是否也具有通过抑制酶活性影响糖吸收的作用，值得探索。

1.4 黄芩对脂代谢的调节作用

机体所需的能量主要来源于糖和脂肪，糖尿病体内的糖代谢和脂代谢关系密切，药物在影响机体糖代谢的同时往往也会作用于脂代谢。整理文献发现，黄芩主要通过4种途径调节糖尿病中的脂代谢。

首先，研究已证实AMPK是调节脂肪酸和胆固醇的合成及三酰甘油分解的关键因子[17]。汉黄芩苷可通过激活AMPK增加PPAR-α和脂联素的表达，PPAR-α能改善胰岛素抵抗、调节胰岛素分泌和加速脂质排泄，脂联素能促进骨骼肌细胞的脂肪酸氧化、糖的吸收和增加糖异生作用及抑制肝脏中糖的生成，从而起到调节2型糖尿病脂质代谢的作用[19]。此外，汉黄芩素能升高3T3-L1脂肪细胞内脂联素水平，并抑制3T3-L1脂肪细胞分泌脂联素，其机制可能是通过蛋白激酶C-δ/AMPK/沉默信息调节因子1信号通路调节脂联素的表达和分泌[25]。其次，有学者以1型糖尿病小鼠和3T3-L1脂肪细胞为载体，发现汉黄芩苷能通过抑制p38 MAPK和激活PPAR-α途径下调脂肪细胞中骨桥蛋白的表达，间接发挥抗糖尿病的作用[26]。另外p-62 Dok蛋白作为受体酪氨酸激酶信号通路的下游信号转导蛋白分子，参与了肝脏的脂代谢。汉黄芩素能刺激1型糖尿病小鼠肝脏中Dok-1和Dok-2的表达，进而作用于肝脏中的脂代谢，发挥抗糖尿病的作用[27]。研究还发现野黄芩苷能降低棕榈酸刺激HepG2细胞的白细胞分化抗原36、脂肪酸合成酶和ACC的基因表达，下调雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)磷酸化和n-SREBP-1c蛋白水平，通过mTOR依赖性途径降低肝脏的脂质蓄积[13]。

上述研究结果表明，黄芩的活性成分对糖尿病脂代谢具有良好的调节作用，提示黄芩可能通过多个途径发挥调节糖尿病脂代谢的作用，这也为黄芩临床用于治疗脂代谢紊乱引发的疾病(如动脉粥样硬化、心血管疾病等)提供了一定的依据，为黄芩的开发利用拓展研究空间。

1.5 黄芩通过肠道菌群和肠道代谢发挥调节糖脂代谢的作用

近年来，肠道菌群和肠道代谢成为药物抗糖尿病作用的研究热点，通过调控肠道菌群比例失衡和干预肠道代谢是创新药物发现的重要途径[28]。文献报道黄芩能显著增加2型糖尿病大鼠肠道中短链脂肪酸产生菌的数量，包括拟杆菌属S24-7组、真核细菌组、伞形菌、伞形科UCG-001、Ruminiclostridium菌和Ruminiclostridium 9菌，提示黄芩可能通过调控肠道微生物和它们的代谢产物发挥抗糖尿病作用[29]。而黄芩素可以降低拟杆菌属的相对丰度，减少氢气的产生，还可以通过抑制淀粉水解产物来调节产短链脂肪酸的肠道微生物，进而改善糖尿病[30]。另有学者应用粪便代谢组学研究发现，黄芩对2型糖尿病大鼠的鞘脂类代谢及脂肪酸代谢有影响，同时对于三羟基三甲基吲哚酮、白三烯E4、亮氨酰脯氨酸和雌二醇的含量具有调节作用[31]。

黄芩可能一方面通过入血成分对糖尿病发挥较好的干预作用，另一方面通过作用于肠道菌群和肠道代谢起到抗糖尿病的效应。这也体现出中药治疗疾病是多途径综合作用的结果，具有复杂性和模糊性。

2 黄芩对胰岛素抵抗的影响

胰岛素抵抗指机体对胰岛素的敏感性和反应性下降，常出现胰岛素抵抗的组织主要包括肝脏、骨骼肌、脂肪等[32]。胰岛素抵抗是代谢性疾病发病的重要原因，改善胰岛素抵抗对于糖尿病的治疗具有重要意义。研究表明黄芩对胰岛素抵抗具有良好的改善作用，提示黄芩对2型糖尿病可能具有良好的治疗效果，具有较好的开发前景。

2.1 黄芩对于糖尿病肝脏胰岛素抵抗的作用

黄芩提取物能显著上调2型糖尿病大鼠肝脏中胰岛素信号通路关键靶标IRS-1、PI3K、Akt-2和GLUT-2基因，PI3K和Akt蛋白磷酸化及GLUT-2蛋白的表达，进而改善胰岛素抵抗，发挥抗2型糖尿病的作用[8]。黄芩苷能显著改善胰岛素抵抗小鼠的胰岛素抵抗、肝脏脂肪变性和脂质沉积，提高肝脏钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶β(calcium/calmodulin-dependent protein kinase β，CaMKKβ)、AMPK和ACC的磷酸化，提示黄芩苷改善胰岛素抵抗的机制可能与其调节肝脏CaMKKβ/AMPK/ACC的脂肪酸合成有关[33]。而汉黄芩苷能下调胰岛素抵抗HepG2细胞受细胞因子信号转导抑制分子3调控的瘦素水平，激活胰岛素通路相关蛋白瘦素受体、IRS-2、p-PI3K/PI3K(p85)、p-Akt/Akt和GLUT-1/2/4的表达，表明汉黄芩苷可促进IR-HepG2细胞的葡萄糖摄取和增加糖原合成，改善肝脏的胰岛素抵抗[10]。此外，野黄芩苷可通过经SREBP-1c蛋白抑制的mTOR途径调节肝细胞脂质代谢来改善肝的胰岛素抵抗[34]。另有研究发现，野黄芩苷还可能通过调控肝脏中胰岛素信号通路(IRS-l-PI3K-Akt-GSK3β)及AMPK信号通路，并降低c-Jun氨基末端激酶活性进一步活化胰岛素通路，发挥改善胰岛素抵抗的作用[13，35]。

2.2 黄芩对于糖尿病骨骼肌胰岛素抵抗的作用

黄芩苷能改善胰岛素抵抗模型小鼠骨骼肌的脂质沉积，提高蛋白AMPK、ACC、Akt和GSK-3β磷酸化，提示黄芩苷改善胰岛素抵抗的机制可能与其调节骨骼肌AMPK/ACC通路介导的脂肪酸合成有关[36]。另有报道发现黄芩苷能降低PPAR-γ协同激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α，PGC-1α)的水平，提升肥胖小鼠骨骼肌和C2C12细胞肌管GLUT-4、PGC-1α、p-P38 MAPK、p-Akt和p-AS160蛋白及GLUT-4、PGC-1α、PPAR-γ和GLUT-1基因的表达，提高骨骼肌对胰岛素的敏感性，进而改善胰岛素抵抗[37]。可见黄芩苷对糖尿病骨骼肌胰岛素抵抗具有良好的改善作用，但是关于黄芩其他黄酮类成分对骨骼肌胰岛素抵抗的研究尚未见报道，相关分子机制也还未明确。

2.3 黄芩对于糖尿病脂肪胰岛素抵抗的作用

黄芩苷能提升HFD诱导肥胖小鼠脂肪中p-p38 MAPK、p-ERK、p-Akt和PGC-1α蛋白及GLUT-4和PGC-1α基因的表达，逆转动物的葡萄糖耐量、高血糖和胰岛素抵抗[38]。据报道，肥胖是引发胰岛素抵抗和2型糖尿病的主要危险因素，脂肪组织胰岛素抵抗会导致炎症的产生，而产生的炎症因子又是引起胰岛素抵抗恶化的重要因素[39]。据此可知，黄芩可能通过抑制脂肪炎症发挥抗糖尿病作用。

3 黄芩对氧化应激指标的影响

机体的氧化应激对于糖尿病的发生发展具有重要影响，而黄酮类化合物具有良好的抗氧化活性，目前对黄芩的研究主要集中在黄酮类成分。因此，从抗氧化的角度探讨黄芩对糖尿病的治疗具有积极的意义。

3.1 黄芩对肝脏氧化应激指标的影响

黄芩苷能显著增加2型糖尿病大鼠肝脏超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性，并能降低血浆脂质过氧化物的氧化应激标志物和蛋白质羰基的含量，表明黄芩苷通过增加抗氧化酶的活性来减少高血糖引起的氧化应激[40]。野黄芩苷可有效减轻HFD引起糖尿病小鼠肝脏中丙二醛水平，增加超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶的活性和总抗氧化能力，表明其治疗糖尿病与抗氧化应激密切相关[35]。

3.2 黄芩对胰腺氧化应激指标的影响

有研究发现黄芩素治疗糖尿病的机制可能为降低胰腺丙二醛水平和升高超氧化物歧化酶活性，从而降低氧化应激，抑制胰岛细胞的凋亡[41]。在糖尿病早期，应用黄芩干预可能会起到抗氧化保护胰岛β细胞的积极作用，这对糖尿病前期的防治意义重大。

4 黄芩对胰岛β细胞的保护作用

胰岛β细胞是机体唯一能分泌胰岛素的细胞，且大量研究发现胰岛β细胞的损伤是引发糖尿病的中心环节之一[42]。因此，从中药中寻找保护胰岛β细胞的新颖化合物，是糖尿病防治药物发现的重要途径。

4.1 黄芩从抗凋亡角度对胰岛β细胞的保护作用

黄芩苷能提升Min6细胞的生存、抑制细胞凋亡、调节半胱氨酸蛋白酶3和B细胞淋巴瘤2的表达[43]，提示黄芩苷可以抑制胰岛β细胞的凋亡，从而维持机体胰岛素分泌水平，起到降血糖的作用。可以考虑采用现代高通量筛选技术对黄芩已报道的成分进行筛选，以寻找更多具有抗胰岛β细胞凋亡的活性成分。

4.2 黄芩从抗炎角度对胰岛β细胞的保护作用

黄芩苷能增加Min6细胞中诱导型一氧化氮合酶蛋白的表达，其机制可能为上调miR-205，进而激活PI3K/Akt途径和抑制NF-κB途径活化，发挥保护胰岛β细胞的作用[43]。另有报道，黄芩素能通过细胞外调节蛋白激酶—血红素氧合酶1依赖性途径保护棕榈酸诱导INS-1细胞免于内质网应激和炎症损伤[44]。黄芩素还能改善胰岛β细胞的存活率和质量，进而发挥抗2型糖尿病的作用[45]。黄芩苷和黄芩素均对胰岛β细胞均有良好的抗炎保护作用，因此从抗炎角度解析黄芩抗糖尿病的作用具有重要的价值，可以适当关注黄芩入血后分布于胰腺的活性成分，从药靶角度发现黄芩抗糖尿病的药效物质基础。

5 结语

中医药在糖尿病的治疗上优势显著，对于一些作用显著和副作用小的中药挖掘是创新药物发现的重要途径。黄芩作为传统中药被广泛用于组方治疗糖尿病，现代研究也证实黄芩及其活性成分具有良好的抗糖尿病效果，可能通过影响糖脂代谢、改善胰岛素抵抗、抗氧化、保护胰岛β细胞等多方面发挥治疗糖尿病的作用，这也充分体现了中药治疗疾病的多成分、多靶点、多途径的作用特点。黄芩的抗糖尿病研究较为丰富，但是关于其抗糖尿病的物质基础的研究还是略显不足，大多数研究集中于黄芩中黄酮类成分，包括黄芩苷、黄芩素、汉黄芩苷、汉黄芩素、野黄芩苷等，黄芩的其他大类成分是否也有抗糖尿病的作用尚不可知。另外，大量单一地研究黄芩所含的活性成分是否具有代表性也值得思考。有学者认为2型糖尿病可视为一种慢性炎症疾病，黄芩是否通过抗炎、调节免疫发挥抗糖尿病的作用，仍是值得探讨的科学问题。随着现代仪器分析技术和生物信息学的发展，综合应用多种现代方法和技术，从整体上探讨黄芩抗糖尿病的作用机制也是值得去尝试的一件事。总而言之，黄芩抗糖尿病的作用确切，但是其整体药效物质基础和作用机制仍需要更多的研究阐明，以利于黄芩的进一步开发与应用。