黄芩素对糖尿病心肌病保护作用的机制研究及临床应用进展

孙玉凤，葛卓琦，白雪，2，，陈琦，2，*（. 贵州中医药大学，贵阳 550025；2. 贵州省人民医院，贵阳550002；. 贵州医科大学，贵阳 550025）

糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）是指发生于糖尿病患者，但是不能用高血压性心脏病、冠状动脉粥样硬化性心脏病、心脏瓣膜病及其他心脏病变来解释的心肌疾病[1]，其病理表现为心脏肥大、心肌细胞凋亡和纤维化、心脏功能障碍等[2-3]。DCM在糖尿病的心血管并发症中具有较高的发病率和严重的不良预后，且其病理机制十分复杂，至今还未完全阐明，已引起国内外学者的广泛关注[4]。当前研究结果显示，DCM发病原因主要与氧化应激、炎症反应、亚硝化/硝化应激、线粒体功能损伤、内质网应激、自噬损伤、心肌细胞凋亡和死亡以及糖尿病微血管病有关[3，5-6]。此外，有研究表明，胰岛素信号与心脏能量被破坏、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）激活血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）的形成增多及心脏自主神经病变等密切相关；一氧化氮（NO）生物利用度降低、晚期糖基化终末产物（AGEs）升高及心肌细胞钙处理失调等对DCM亦有重要意义[7-9]，DCM的病理生理机制见图1。

图1 糖尿病心肌病的病理生理机制[7]Fig 1 Pathophysiology of diabetic cardiomyopathy[7]

目前针对DCM的治疗方法主要包括两种：一种是生活方式干预和药物治疗联合；另一种为降糖药物治疗[10]，如二甲双胍、胰岛素等，但此类药物的使用并不能有效控制高血糖引起的心肌病变，相反，长期使用降糖药物会产生胰岛素抵抗，最终导致控制条件恶化[11]。此外，临床上治疗DCM的一些新药，如钠-葡萄糖协同转运蛋白-2抑制剂（sodium-dependent glucose transporter-2，SGLT-2）、二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4，DPP-4）和胰高血糖素样肽-1激动剂（glucagonlike peptide-1，GLP-1）等也可以控制糖尿病患者的血糖，并具有改善心力衰竭的作用[12-13]。但这些药物存在严重的不良反应，例如，SGLT-2抑制剂具有高度生殖系统损害和酮症酸中毒反应等特点[13]，DPP-4和GLP-1激动剂则会出现低血糖、恶心呕吐及腹泻等不良反应[14]。鉴于此，很有必要研究治疗和控制DCM发生发展的替代疗法。

类黄酮是最常见的植物酚类化合物，它们在医学和其他生物活性方面表现出不同的治疗潜力[15-18]。黄酮类化合物在缓解DCM或其他糖尿病心血管并发症方面的潜力通常与其抗高血糖、高血脂、抗氧化、抗炎和抗凋亡的活性有关[19-22]。近年来，有报道研究并评估了几种黄酮类化合物对阿霉素诱导的大鼠心肌保护作用，发现黄芩素在心肌细胞损伤中具有较强的保护作用[23]。黄芩素是黄芩（Scutellaria baicalensisGeorgi）根部提取物，其化学名称为 5，6，7-三羟基黄酮（5，6，7-trihydroxyflavone，见图2）[24]，是天然黄酮类化合物。黄芩素具有抗氧化、抗炎、清除自由基、调节免疫、防治心血管疾病等药理活性[25-26]，对于糖尿病并发症也有一定的治疗作用。因此，本文基于黄芩素的药理作用，归纳并总结出黄芩素对DCM潜在的保护机制，并且介绍黄芩及含有黄芩方剂在治疗该病中的临床应用，揭示了黄芩素治疗DCM的发展潜能，为其今后进一步研究与开发应用提供了科学依据。

图2 黄芩素结构Fig 2 Structure of baicalein

1 黄芩素对DCM潜在的保护机制

1.1 降低血糖

糖尿病患者体内持续的高血糖可导致心肌细胞凋亡，左心室收缩、舒张功能障碍，进而诱发DCM，最终导致心肌组织广泛病灶性坏死，增加心率失常、心力衰竭、心源性休克，从而增加糖尿病患者的猝死风险[27]。

据报道，类黄酮类和其他多酚可有效抑制α淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，并改善糖尿病动物模型和人们体内的餐后血糖[28]，其作用和阿卡波糖功能相似[29]。研究显示，黄芩水提物单独使用或与其他药物联合使用时能降低大鼠血糖，其机制可能与肝脏中胰岛素信号通路PI3K/Akt有关，激活该通路可使胰岛素受体（insulin receptor，InsR）、IRS-1、PI3K、Akt和GLUT-2的蛋白表达显著升高，影响2型糖尿病大鼠葡萄糖吸收；还能通过抑制糖异生、糖原分解，促进糖酵解及糖原生成来抑制肝葡萄糖输出[30]。Zhao等[31]研究发现黄芩水提物可通过调整回肠法尼酯X受体（farnesoid X receptor，FXR）介导的肠道微生物群与胆汁酸（BA）代谢之间的相互作用来发挥降血糖作用。Xi等[32]表明黄芩素能增加肝糖原含量，降低血清肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平，起到降血糖的作用。此外，Yang等[33]研究发现低浓度黄芩素（1×10-6～1×10-5mol·L-1）能明显增加胰岛素抵抗HepG2细胞的葡萄糖消耗量，其机制可能是通过调节InsR/IRS-1/PI3K/Akt信号通路，抑制糖异生，提高丙酮酸激酶（PK）和葡萄糖激酶（GCK）活性从而促进糖酵解。Dong等[34]采用高糖诱导刺激人肝细胞HL-7702，使用5 μmol·L-1和20 μmol·L-1黄芩素处理高糖刺激HL-7702细胞，发现20 μmol·L-1的黄芩素能提高核因子 E2 相关因子 2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2）蛋白水平和骨骼肌中能量消耗相关基因的表达，降低肝脏中糖异生相关基因的表达[35]，并通过减少葡萄糖或糖原的生成起到降血糖的作用。除此之外，黄芩素还可以利用肠道微生物抑制淀粉水解来调节短链脂肪，从而降低血糖[36]。由此可知，黄芩素可通过抑制血糖的生成和机体对血糖的吸收、影响肠道菌群和代谢产物来调节血糖浓度。

1.2 调节脂代谢

心肌细胞中异常的脂质代谢在DCM相关的病理性结构和功能变化的发生和发展中起着关键的作用[37]。脂质以脂滴的形式积累，作为进一步代谢需求的能量沉积物[38]。脂质积累导致细胞内稳态失调被称为脂毒性，可通过激活代谢、炎症和氧化途径引发细胞死亡[39]。Yan等[40]研究表明，黄芩总黄酮可抑制胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）的表达来减少肝脏和BA脂质的积累；黄芩水提物则通过降低肝脏中总胆固醇（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平及增加高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平来调节肝脏脂代谢。Sun等[41]发现，黄芩素通过活化AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和抑制固醇[激素]调节元件结合蛋白（sterol regulatory element-binding protein，SREBP）的裂解使肝脏脂肪积累减少。在糖尿病前期，黄芩素及其代谢物可抑制新生脂肪生成，减少肝细胞因子分泌及脂质的积累，起到降血脂的作用[42]。此外，AMPK作为调节脂肪酸、胆固醇的合成及三酰甘油分解的重要因子[43]，激活AMPK通路可影响心肌细胞的生理病理过程[44]。有研究表明，黄芩素可活化AMPK，抑制下游MAPK/NF-κB途径减少活性氧（ROS）的产生、钙离子的过载和细胞凋亡，对心肌细胞起到保护作用[45]。

综上所述，黄芩素及黄芩提取物对糖尿病脂代谢有良好的调节作用，但黄芩素能否通过影响脂质代谢和合成对心肌起到保护作用，及其治疗DCM的作用机制尚需进一步研究。

1.3 抗炎

心脏炎症是DCM发展的原因之一[46]。炎症被认为是在对细胞受到应激时恢复细胞稳态的适应反应[47]。然而，当糖尿病患者受到持续的应激时，这种适应性反应会产生破坏影响。有研究表明，TNF-α、白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）均在心肌细胞肥大中起到主要作用[48]。持续的高血糖可以激活MAPK通路（JNK和p38MAPK）诱导炎症因子在心脏中的表达，引起心脏损伤[49]。此外，升高血液中的脂质水平能激活Toll样受体-4（TLR4）/核因子-kappa B（NFκB）途径，增强心脏炎症反应[50]。

研究表明，黄芩素可以显著抑制MAPK和NF-κB及其下游的TLR4，减少炎症因子的产生[51-52]。黄芩素除了能抑制MAPKs途径外还可激活IRS-1/PI3K/Akt途径，减少炎症因子的生成。同样在链脲佐菌素（STZ）诱导的DCM大鼠中，与对照组相比，黄芩素组以剂量依赖性的方式增强超氧化物歧化酶（SOD）的活性，降低NADPH氧化酶（NADPH oxidase，NOX）表达和丙二醛（MDA）含量，使炎症产生减少，其作用机制与PI3K/Akt信号通路有关[53]。另有研究发现，黄芩素可降低促炎因子IL-6和白细胞介素-8（IL-8）水平，且能通过调节NO、抑制内皮炎症和氧化应激来减少心肌细胞凋亡[54]。由此可知，黄芩素对DCM的保护作用与抑制炎症、氧化应激和多种信号传导途径有关[55]。

1.4 抗氧化

ROS是糖尿病并发症的一个重要因素。在心肌细胞中，ROS可能通过单胺氧化酶（MAO）或者钙蛋白酶在电子传递链（ETC）的线粒体中产生[56]。此外，还有特定的酶如黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶和NOX等均可以产生ROS[57]。然而，当ROS过多或降解不足时可能会引起DNA、蛋白质和脂质的损伤，进而使细胞产生不可逆的损伤和死亡，引起心脏功能障碍，此反应过程被定义为氧化应激。氧化应激会对蛋白质、核酸和脂质产生损伤，导致细胞结构、生理和代谢机制破坏及调节异常，促使DCM快速发展[58]。

有研究表明，黄芩素可以抑制ROS生成，可能是与黄芩素属于酚类抗氧化剂，能够通过自由基捐赠氢原子来转移电子自由基有关[59]。此外，黄芩素可以激活SOD、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，抑制脂质过氧化从而减少ROS的生成，起到抗氧化作用[60]。在2型糖尿病小鼠中，黄芩素抗氧化活性与下调蛋白激酶R样ER激酶（PERK）、上调Nrf2途径以缓解氧化应激和细胞凋亡有关[34]。而在一些体外研究中，黄芩素对氧化应激损伤同样显示出保护作用[61]。在经H2O2诱导的H9c2细胞中，黄芩素以剂量依赖性的方式抑制ROS生成和脂质过氧化，下调RIPK1/RIPK3蛋白的表达，提高细胞存活率[62]。此外，黄芩素还可以通过稳定Hsc70 相互作用蛋白（carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein，CHIP）来抑制心肌细胞的坏死，促进心肌细胞中RIPK1/RIPK3的泛素化和降解，从而产生心脏保护作用[63]。

1.5 改善胰岛素抵抗

Min等[64]将饮食诱导的肥胖小鼠腹腔注射给予20 mg·kg-1黄芩素，每日一次，持续21 d，发现黄芩素可以减少空腹血糖（FBG）、胰腺β细胞凋亡和功能障碍，还可以促进GLUT4易位，以防止胰岛素抵抗和2型糖尿病的发生。其主要作用机制与PGC-1α和pAKT的上调以及脂肪细胞中pP38MAPK和pERK的下调有关。另有研究发现，黄芩素还可以抑制α-葡萄糖苷酶，并下调下游炎症因子的表达，其改善胰岛素抵抗的作用机制与抑制炎症信号通路密切相关[65]。黄芩素对营养肥胖的大鼠模型具有良好的减肥效果，可通过改善饮食诱导的瘦素抵抗作用、增加靶器官对胰岛素的敏感性，使胰岛素抵抗作用得到改善[66]；另外，黄芩素还能增加IRS-1和AKT1的磷酸化水平，降低细胞因子信号传导3（SOCS3）的表达，使GSK3β的磷酸化减少，并增加肝糖原水平来改善胰岛素抵抗；动物实验表明，黄芩素可以通过调节MAPK/PI3K/Akt信号通路来改善2型糖尿病大鼠的葡萄糖和脂肪代谢，从而改善胰岛素抵抗[30]。

总之，黄芩素可以通过降低血糖和脂质、保护胰腺β细胞以及增加靶器官对胰岛素的敏感性来改善胰岛素抵抗。黄芩素还可以通过其抗炎和抗氧化特性降低胰岛素的抵抗指数，主要是通过调节MAPK/PI3K/Akt信号通路。黄芩素对DCM的潜在保护作用机制见图3。

图3 黄芩素对DCM潜在的保护机制Fig 3 Potential protective mechanism of baicalein on diabetic myocardium

2 临床应用

DCM在中医学中归属于“消渴病”“心悸”“胸痹”等范畴[67]。糖尿病阴虚燥热经久不愈，逐渐涉及于心，影响心神、心脉、心体，因此可选用苦寒清热的药物来治疗。

2.1 黄芩的临床应用

邢颖等[68]统计中国中医科学院中医药中心临床数据库，收集到2843例2型糖尿病患者门诊中药处方的用药规律，发现清热药居首位，单味药黄芩使用频次仅次于黄连。根据《糖尿病心肌病病证结合诊疗指南》（2021年版），黄芩具有泻火燥湿、解毒宁心的功效，可用于治疗中度阴虚火旺型的DCM及热毒炽盛引起的心律失常[67]。

2.2 含黄芩方剂的临床应用

仝小林教授[69-70]临床上善用不同剂量的葛根芩连汤来治疗糖尿病湿热蕴脾证，且具有较好的治疗效果。黄煌教授[71]则以该方作为治疗糖尿病的基本方，应用于心悸、胸闷、失眠多梦等症状的糖尿病患者。临床数据统计，仝小林教授[72]运用干姜黄芩黄连人参汤治疗80例2型糖尿病患者，发现其有效率达到71%，治疗前后实验室指标水平得到改善，其中黄芩和干姜常作药对使用，治疗口干、乏力伴有心悸、心慌的糖尿病患者。卜献春教授[73]采用当归六黄汤加减方，治疗DCM早期患者，从而改善由气阴两虚、火毒伤络导致的该类患者心慌、心悸、胸闷等症状。

3 展望

随着糖尿病发病率的逐年升高，由其引发的心血管疾病也明显增多。目前，临床上尚无确切的预防和治疗方法，导致部分患者最后发展为DCM，增加了糖尿病患者的死亡风险。因此，研发新的DCM针对性药物迫在眉睫，本文主要从黄芩素对DCM潜在药理作用、黄芩及含黄芩的方剂在糖尿病及其并发症的临床应用角度出发，揭示黄芩素在DCM治疗方面的开发潜力。DCM发病机制较为复杂，而黄芩素作为传统的中药提取物，对多种原因导致的心肌细胞均具有保护作用，体现了良好的开发利用价值，但黄芩素对DCM的保护机制尚需进一步研究阐明，相信在不久的将来，黄芩素能作为一种新型的药物广泛应用于DCM的治疗。