菊苣酸调节糖代谢的研究进展

张天屹，景奉堂，吕绪桢，冯 帅，李 峰,2*

（1.山东中医药大学 药学院 , 山东 济南 250355；2.山东现代学院 药学院 ，山东 济南 250104）

葡萄糖代谢是机体的初级代谢途径，主要作用是为机体提供能量。糖代谢紊乱会对机体多种组织和器官造成损伤并引发代谢综合征，严重影响人类健康和生活质量。糖尿病是常见的慢性病之一，近年来随着经济发展和城市化导致生活方式的改变，其发病率正逐年升高[1-2]，目前临床在用药方面尝试使用不同的植物和草药制剂治疗糖尿病，这种利用植物生物活性成分的治疗方式已展现出缓解糖尿病症状、促进病后康复和改善身体健康的潜力[3-4]。

菊苣酸是首次从菊苣中分离得到的一种咖啡酸衍生物，广泛分布在紫锥菊、蒲公英、菊苣以及白头翁等植物中。近年来研究发现菊苣酸具有抗炎、抗氧化、抗病毒、调节糖脂代谢和提高免疫力等[5]多种生物活性及功能，在改善人类健康方面潜力巨大且市场应用范围广泛。目前关于菊苣酸调节糖代谢作用的研究较多，但缺少对其作用机制的相关总结，本研究旨在为菊苣酸调节糖代谢紊乱研究以及新药开发提供参考。

1 菊苣酸调节糖代谢的作用

1.1 菊苣酸调节血糖

菊苣酸对于血糖调节具有改善作用。AZAYMILHAUJ 等[6]通过体内腹腔葡萄糖耐量实验得出，每天4 次腹腔注射菊苣酸可通过胰岛素增敏作用改善小鼠的糖耐量并表现出剂量依赖性，进一步引起胰岛素释放和肌肉葡萄糖摄取增加。PUSHPARAJ P N 等[7]在口服葡萄糖耐量试验（OGTT）中观察到菊苣酸的降血糖作用，其中，125 mg/kg 的菊苣酸表现出有效的降血糖效果，推测菊苣酸可能通过减少肠道葡萄糖吸收来降低餐后高血糖。一种天然的菊苣提取物可以改善链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠的葡萄糖耐量，降低基础高血糖，其主要成分也是菊苣酸[8]。

1.2 菊苣酸改善胰岛素抵抗

肝脏和肌肉组织等外周组织的胰岛素抵抗（IR）是2 型糖尿病和代谢综合征的重要病理过程[1]，菊苣酸可缓解其胰岛素抵抗而改善糖代谢稳态。菊苣酸对胰岛素作用的外周组织影响主要体现在葡萄糖摄取和胰岛素分泌。

糖酵解过程的GK 和PFK 基因[9]及糖异生过程G6Pase 和PEPCK 基因[10]是调节葡萄糖稳态的关键肝脏基因。GK 有助于根据血糖水平调节肝脏葡萄糖摄取；G6Pase 催化6-磷酸葡萄糖的去磷酸化，这是糖原分解和糖异生的最终步骤；胞质PEPCK 是糖异生的关键酶。菊苣酸可通过减少肝脏G6Pase 和PEPCK 来抑制肝脏糖异生以及通过增加肝脏GK 和PFK 来激活葡萄糖使用[11]。朱迪[12]通过PAS 染色糖原的定性和试剂盒定量研究，发现菊苣酸可促进STZ诱导的糖尿病小鼠肝脏和肌肉糖原合成。TOUSCH D等[13]描述了菊苣酸在体外研究中，能够刺激肌肉细胞中的葡萄糖转运，增强肌肉细胞对胰岛素的敏感性，并以葡萄糖依赖的方式增加胰岛中的胰岛素分泌；还首次证实了菊苣酸可以直接刺激胰岛β 细胞（INS-1E 细胞系）和分离的胰岛的胰岛素分泌。

高脂饮食诱发的肥胖是诱导代谢改变以及胰岛素抵抗的主要原因[14]，菊苣酸治疗可降低高脂喂养诱发肥胖小鼠的胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）[15]。此外，线粒体功能障碍也能引起胰岛素抵抗[16]。KIM J S 等[11]的研究发现菊苣酸增强了线粒体膜电位和耗氧量，且明显增加高脂饲养的肥胖小鼠肝脏和骨骼肌中线粒体DNA 含量、柠檬酸合酶和ATP含量以及与线粒体生物发生和氧化磷酸化相关基因的表达，这表明菊苣酸可通过增强线粒体功能来减弱胰岛素抵抗。当长期患有高血糖时，糖尿病患者明显表现出肌肉功能受损[17]。朱迪[12]经行为学检测发现菊苣酸可以改善由MLD-STZ 诱导的糖尿病小鼠的运动功能障碍，并进一步实验发现糖尿病小鼠的线粒体生物发生相关基因，如Sirt1、Tfam、Pgc-1α 和mtDNA 的水平经菊苣酸治疗后与之前相比有了显著提高，改善了其运动能力。

2 菊苣酸调节糖代谢的作用机制

2.1 激活腺苷酸活化蛋白激酶途径

AMPK 被称为“代谢主开关”，是一种异源三聚体Ser/Thr 激酶，这种酶的活性取决于细胞的能量状态，当细胞AMP/ATP 比率升高时，它起到细胞能量传感器的作用[18]。Phospho-AMPK（pAMPK）通过磷酸化（短期内）和调控多个转录激活因子、辅激活因子（长期内）来影响其靶标。SIRT1 是一种NAD+依赖性蛋白脱乙酰酶，属于sirtuin 家族。SIRT1 通过LKB1 脱乙酰化激活AMPK；pAMPK 通过烟酰胺磷酸核糖基转移酶（NAMPT）的磷酸化增加SIRT1活性，这两种分子都参与调节细胞代谢、炎症和线粒体功能[19-20]，菊苣酸的治疗可以明显改善糖尿病或代谢综合征小鼠体内的SIRT1 表达和pAMPK 水平。MA X 等[21]的结果表明，高糖高脂培养基诱导人脐静脉内皮细胞的AMPK 信号通路的失活，表现为AMPK 磷酸化的降低，菊苣酸重新激活了其AMPK信号通路。此外加入AMPK 抑制剂 compound C 或AMPKα1 siRNA 可以极大地消除菊苣酸的有益作用，证实菊苣酸通过AMPK途径改善高糖带来的影响。

2.2 调节胰岛素信号通路

胰岛素通过胰岛素受体底物（IRS）/PI3K/AKT信号级联调节营养和代谢稳态。活化的AKT 通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）及其下游效应物诱导糖原和蛋白质合成，AKT 降低会诱导大鼠骨骼肌对胰岛素的抵抗[22]。KIM J S 等[11]发现菊苣酸治疗有效增加了脂肪酸诱导胰岛素抵抗的C2C12成肌细胞中PI3K、p-AKT 和p-p70S6K 的表达。ZHU D 等[19]认为，菊苣酸可通过AMPKa 依赖机制激活Akt。胰岛素受体和AKT 在胰岛素信号通路中分别受到蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）和磷酸酶-张力蛋白基因（PTEN）的负向调节[23]；SOCS3 抑制胰岛素受体与胰岛素受体底物-1 的结合[24]，菊苣酸逆转了糖尿病小鼠胰岛素信号负调节因子的增加[25]。

2.3 改善糖代谢紊乱引起的炎症反应和氧化应激

氧化应激是糖代谢紊乱和糖尿病发生发展的关键机制之一[26]。长期的高血糖诱导氧化应激反应，产生过多的活性氧（ROS），对机体造成严重负荷，导致机体氧化与抗氧化调节失衡，从而影响胰岛β细胞的正常功能，导致胰岛β 细胞损伤、胰岛素信号传导途径缺陷、胰岛素分泌减少和胰岛素抵抗。李秋月等[27]研究发现，糖尿病小鼠胰腺组织中的MDA 显著增加，说明高糖环境下聚集大量氧自由基于体内导致脂质过氧化，而抗氧化酶SOD 和GSHPx 的活性显著降低，更进一步导致氧自由基的堆积，细胞损伤加剧。ZHU D 等[19]发现菊苣酸通过激活Nrf2-Keap1 途径上调抗氧化酶HO-1 和NQO-1 mRNA 的表达，增强抗氧化反应；与糖尿病小鼠相比，抗氧化酶表达显著增加并且MDA 水平受到抑制。SCHLERNITZAUER A 等[18]研究报道了菊苣酸抑制L6 肌管细胞中ROS 的积累，并进一步说明菊苣酸与ROS 直接相互作用以降低ROS 对细胞损伤的影响；菊苣酸处理10 d 后增加了超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）最大活性，这种长期效应可提高细胞管理超氧阴离子和H2O2解毒的能力；研究还显示菊苣酸显著增加了MnSOD 的表达。MnSOD 在线粒体中可将超氧化物阴离子转化为H2O2，并迅速转移至胞浆[28]。菊苣酸对MnSOD 的这种作用有助于在细胞水平上保护线粒体免受氧化损伤，在生物整体上则表现为高表达的MnSOD 增强了生物对氧化应激的抵抗力，延长了寿命。

细胞凋亡是在多种基因共同调控下的细胞程序性死亡过程，Caspase 家族和Bcl-2 家族是最常见的调控因子。Caspase-3 在调控体内的细胞凋亡和炎症等重要过程中起关键作用；当前普遍认为Bcl-2 的作用是抑制凋亡，BAX 促进凋亡[29]；有研究显示，糖尿病大鼠胰腺组织中Bax/Bcl-2 及Caspase-3 水平升高，导致胰岛细胞凋亡，产生胰岛素抵抗[27,30]。ZHU D 等[25]研究发现菊苣酸抑制了MLD-STZ 诱导的小鼠Cleaved-Caspase-3 表达的升高以及降低Caspase-3 的表达，且STZ 组小鼠的凋亡相关蛋白Bax 和细胞色素c 的表达显著高于正常个体，菊苣酸的治疗则显著下调凋亡蛋白表达的增加。

氧化应激也能激活NF-κB 途径，提高MCP-1的表达，增加TNF-α 和IL-6 等炎症因子的产生，进而导致炎症反应和胰岛素抵抗[31-32]。NF-κB 与DNA 结合调控炎症进程，属于核转录通路[33]。MA X等[21]发现菊苣酸对糖尿病诱导的人脐静脉内皮细胞的抗炎作用可能归因于IκBα 的去磷酸化和上调，抑制随后p65 NF-κB 易位，减少了内皮细胞障碍与损伤。

慢性炎症常伴随着胰岛素抵抗的发生，通过促炎细胞因子的介导产生炎症，特别是TNF-α 和IL-6的介导[34]。TNF-α 通过激活p38 JNK 和p38 MAPK诱导胰岛素抵抗，是胰岛素抵抗发病的重要原因[35]；炎症中COX-2 活化是高脂诱导肥胖大鼠的胰岛素抵抗的重要原因[36]；此外，iNOS 在糖尿病和肥胖症中高表达，会产生的过量NO，通过胰岛素信号分子导致胰岛素抵抗[37]。ZHU D 等[19,38]的研究中报道菊苣酸抑制HepG2 细胞中细胞因子(NO、IL-6、TNF-α)的产生以及促炎酶iNOS、COX-2 的表达，进而抑制胰岛素抵抗细胞模型的炎症反应。

胰岛素抵抗通常与MAPK 信号通路相关，菊苣酸可抑制MAPK 通路中JNK 磷酸化减轻胰腺组织的凋亡，并调节胰岛素合成相关基因转录因子的表达，促进胰岛素分泌。JNK 在炎症通路、凋亡通路、胰岛素信号通路、胰岛β 细胞凋亡以及氧化应激导致的胰岛素分泌相关基因表达的抑制中起主要作用[39]。研究表明，在高葡萄糖胺诱导的细胞中，IRS-1 的307 丝氨酸磷酸化是对PKC 和JNK 磷酸化的响应，其激活后，p(Ser307)-IRS-1、PI3K/Akt 和下游途径被抑制，GLUT2 蛋白向细胞膜的转运被阻断，导致葡萄糖摄入减少[40]。ZHU D 等[38]观察到p38 和JNK MAPK 参与葡萄糖胺诱导的HepG2 细胞的葡萄糖转运，菊苣酸通过抑制MAPKs 的活化，明显提高葡萄糖摄取水平。

3 结语

菊苣酸作为一种从天然植物中提取的生物活性成分，相比化学药物副作用小，并且来源广泛，在调节糖代谢方面具有独特优势。菊苣酸作用于肝脏、骨骼肌、胰脏等胰岛素靶点，通过AMPK 通路、NF-κB 炎症通路、氧化应激等途径调节糖代谢、减轻炎症和治疗糖尿病。然而，目前对菊苣酸调节糖代谢的研究大多还处于动物实验验证阶段，有关临床评价相关研究较少，需要更进一步的研究进行完善。