黄连素治疗2型糖尿病研究进展

　　近年来，全球范围内糖尿病的发病率呈持续上升的趋势。根据最新的国际糖尿病联盟调查结果显示，到2011年糖尿病患者将达到3.66亿，每年会引起460万的人死亡。而2型糖尿病占据了将近90%的比例。2型糖尿病的起始治疗包括控制饮食和运动锻炼，随后给予口服降糖药物和注射胰岛素治疗[1]。多中心的临床实验表明以上的降糖药物虽然可以降低血糖进而减少发生并发症的风险，但是仍然存在一些不良反应，限制了它们在临床的广泛的应用。
　　糖尿病在中医中属于消渴的范畴，利用中医药治疗糖尿病已经有很长的历史，许多研究表明中药对糖尿病的治疗起到重要的作用。而中药黄连以及它的主要成分黄连素在治疗糖尿病的研究受到越来越多的关注[2]。黄连素是从中药黄连中分离出来的一种生物碱，经常被用于胃肠道感染。它在黄连中含量约5.2%～7.7%。黄连素的降糖作用首次在1988年被报道，是用于发生腹泻的糖尿病患者[3]。在过去的30年中，大量的临床实验报道了黄连素用于治疗糖尿病的研究，而且它在癌症、心血管疾病以及肝病等都有治疗作用。为了将来进一步明确黄连素的作用机制以及开发其在治疗糖尿病的潜能，笔者将近年来有关黄连素治疗的研究进展作一篇综述供研究者参考。
　　1 黄连素治疗2型糖尿病的临床实验研究
　　大量的国内临床研究报道了黄连素的降糖作用，尽管大多数实验设计需要完善，但研究表明其与二甲双胍具有相当的降糖效果。至今，黄连素已经被应用于几个临床实验中。研究显示，予以黄连素0.5 g每日3次在新发的糖尿病的患者中可以降低空腹血糖和餐后血糖[2]。而且与二甲双胍相比，治疗13周后糖化血红蛋白水平降低2%。除了降糖作用，黄连素还具有减低甘油三酯、胆固醇和低密度脂蛋白水平。在这2个中心随机双盲的实验中，在黄连素治疗后，糖化血红蛋白减低了0.9%，而且其他的指标包括血糖和血脂都得到显著改善。在短期的临床实验中，只有观察到少量的胃肠道不良反应如腹泻、胀气和便秘，肝功能没有明显的改变。但也有可以改善肝功能降低转氨酶的报道。这些表明，黄连素使用以上的应用剂量没有肝肾毒副作用。尽管国内研究表明，黄连素的确具有降糖作用，但只有通过大规模长期的临床实验才能准确评估其治疗糖尿病的疗效。
　　2 黄连素改善胰岛素抵抗动物实验研究
　　在体的动物实验研究表明，黄连素可减少食物的摄取、降低血糖血脂和改善胰岛素抵抗。db/db的小鼠予以2周的黄连素灌胃后，表现出体重的减轻和糖耐量的提高。而且，黄连素可通过降低高脂诱导Wistar大鼠的体重和甘油三酯水平来增强胰岛素的功能[4]。在抗凋亡方面，黄连素可通过下调Bax/Bcl-2的比率来抑制STZ诱导的小鼠胰岛细胞的凋亡[5]。黄连素可以显著降低四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠高血糖状态，降低肝脏糖原的含量，增加Akt和IRS的表达，同时还可以抑制GSK-3β的表达[6]。在高脂诱导的肥胖的小鼠研究中，黄连素可以降低体重，减少能量的摄入和血糖血脂的水平，并伴随着PPARγ的下调和GATA-3的上调，并且对肥胖小鼠没有任何的不良作用[7]。在饮食诱导的肥胖大鼠中，黄连素可以改善胰岛素抵抗，与二甲双胍具有相似的疗效[8]。另一项研究表明，STZ诱导的糖耐量受损的大鼠给予4周的黄连素，血浆游离脂肪酸、总胆固醇、甘油三酯和载脂蛋白B与二甲双胍组相比显著降低[9]。在四氧嘧啶加高脂高胆固醇诱导的糖尿病大鼠中，黄连素可显著降低空腹血糖，血清TC，TG，LDL-c，增加HDL-c以及NO的水平；而且还可以显著抑制MDA的增加，提高SOD和GSH-px的表达；组织学检测提示可以部分恢复受损的胰腺细胞[10]。由高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝大鼠中，黄连素可通过提高IRS-2的表达来改善胰岛素抵抗状态，说明其可用于非酒精性脂肪肝治疗[11]。黄连素可通过增加胰岛素的分泌，促进β细胞的再生，增加抗氧化酶的活性和降低脂类的氧化来发挥对糖尿病大鼠的保护作用[12]。但是，也有学者提出黄连素在肝脏中对胰岛素信号通路没有影响，而是通过减少糖元合成基因PEPCK和G6Pase发挥作用。同时，转录因子FoxO1，SREBP1，ChREBP的活性降低[13]。在高脂饮食加STZ注射诱导的糖尿病仓鼠中，黄连素可显著改善胰岛素抵抗状态和糖尿病的症状，可能机制是通过提高肝脏的LXRα和PPARα mRNA水平降低SREBPs mRNA的水平来实现的[14]。 　　3 黄连素改善胰岛素抵抗的作用机制
　　3.1 改善胰岛素的功能 黄连素对胰岛细胞的作用是有争议的。之前的研究表明，黄连素对体外β-TC3细胞没有促进胰岛素分泌的作用[15]。在新发的2型糖尿病患者中，它还可以降低空腹胰岛素的水平，但是在注射胰岛素的糖尿病控制不佳的患者中，黄连素确升高空腹和餐后C肽水平[2]。数据表明，黄连素尽管没有直接刺激胰岛素的分泌，但是可能会提高对口服降糖药物无反应的患者的胰岛功能。但是，其他的研究者报道在自发的1型糖尿病小鼠模型中，黄连素通过对胰岛的保护发挥降血糖的作用[5，16]。在黄连素治疗的db/db的小鼠中没有显示出增加胰岛细胞的数量和胰岛素水平的效果。因此，这表明黄连素可能通过2种途径调节胰岛功能。在典型的2型糖尿病具有明显的胰岛素抵抗的患者中，黄连素通过增加胰岛素敏感性来降低血浆胰岛素水平。但是，在1型糖尿病和2型糖尿病晚期的患者，β细胞功能衰竭，黄连素通过修复胰岛细胞来增加胰岛素的分泌是通过其抗氧化和抗酯化的作用实现的[12]。
　　3.2 对脂类代谢的影响 无论是在临床还是动物实验研究中，黄连素都可以改善脂类代谢，可以降低TG，TC，LDL水平[10]。而且，在肌肉与肝脏中TG含量显著减低，肝脏脂肪化减轻。黄连素降低胆固醇水平与诱导LDL受体在肝脏的表达相关，可能是通过激活ERK来延长LDL受体mRNA的半衰期来实现的[17]。因为在其他的细胞中没有观察到ERK的激活，所以黄连素的这种活性可能是肝脏特异性的[18-19]。另一项研究表明，黄连素对LDL受体的调控作用可以被JNK抑制剂阻断。而黄连素激活JNK很可能诱导LDL受体的表达[20]。
　　3.3 抑制线粒体的功能 黄连素可能通过抑制线粒体ATP的合成来增加AMP/ATP的比率进而激活AMPK[8，21]。在20年前，研究者就发现黄连素可以抑制体外分离的大鼠肝脏中NAD相关的呼吸作用，而且被随后的研究所证实[22-24]。在体外培养的细胞中黄连素也可以抑制线粒体的功能，实验观察到可以减低氧的消耗增加糖酵解。而上述变化可以上调AMP/ATP的比率。因此，笔者推测AMPK的激活可能是黄连素抑制线粒体功能的结果。结果也显示适度的抑制线粒体的功能可以提高糖的代谢。最近，有研究者报道黄连素可通过抑制电子传递链复合体I来降低肌细胞的呼吸作用[25]。线粒体是通过氧化磷酸化反应产生ATP的主要生物器。ATP几乎负责生物体内所有的代谢反应包括糖原的合成，脂肪的合成以及胆固醇和细胞外基质的合成。黄连素发挥作用的多样性可能与其抑制线粒体功能密切相关。线粒体的抑制可能在黄连素降低血糖、血脂，预防脂肪肝等作用中占据主要地位。但是，具体详细的作用机制还需要进一步的实验研究。
　　3.4 AMPK信号通路的激活 大量研究已经表明，黄连素是AMPK的激动剂。AMPK可监测细胞内能量代谢， 是细胞内主要的能量感应系统[26]。众所周知，激活AMPK可以增强胰岛素敏感性，调节线粒体的功能，而AMPKα亚基的磷酸化对激活AMPK是必要的。许多研究显示，黄连素可显著促进此部位发生磷酸化，体外实验表明，在细胞给予黄连素刺激0.5 h后AMPK的磷酸化开始增加并且至少会维持16h[8，21，27]。AMPK由α，β与γ 3个亚基组成，而α亚基有2种亚型α1和α2。在骨骼肌细胞组中，黄连素通过同时刺激2个α亚型来调节细胞内能量代谢[28]。肝脏激酶B1（LKB1）和钙调蛋白依赖性激酶Ⅱ （CaMKK Ⅱ）是AMPK 2个主要的上游激酶。有趣的是，黄连素不仅通过磷酸化AMPK亚基来激活AMPK，而且还可以诱导LKB1与CaMKK Ⅱ的磷酸化[29]。但是，在LKB1敲除的细胞中，黄连素对AMPK的激活没有受到影响，这说明黄连素对AMPK的作用是不依赖与LKB1或CaMKKβ的[25]。黄连素还可以通过激活AMPK信号通路来保护内皮损伤，提高内皮依赖的血管舒张能力并下调炎症前的反应[30-31]。
　　3.5 对糖脂代谢靶器官转录因子的调节 机体中发生糖脂代谢最为活跃的组织为肝脏、脂肪和肌肉。黄连素调节糖脂代谢的作用在此3种靶器官体现的更为明显。追究其本质，多数是对核内的转录因子进行调控，进而影响相关基因的表达和沉默来调控糖脂代谢活动。肝脏作为糖代谢的中心，无疑成为黄连素作用效应研究的重点。在肝脏内，许多转录因子参与了糖原以及脂类的合成，如FoxO1，SREBP1，ChREBP，在黄连素的作用下，这3种转录因子的表达都显著降低[13]。还有研究报道，在肥胖和糖尿病的啮齿动物中，黄连素可降低肝重、肝脏与血浆的甘油三酯和胆固醇水平。而这些效应可能是通过增加肝脏的X受体α（LXRα），PPARα/δ，减少PPARγ的表达来调控的[14，32]。在小鼠的肝脏细胞中，黄连素可提高肝细胞核因子4α（HNF4α）的表达并且诱导肝脏葡萄糖激酶的激活，但二甲双胍没有类似的作用[33]。脂肪的含量在胰岛素抵抗的发生发展过程中扮演了重要的角色，黄连素可以抑制内脏脂肪的堆积，而体外的研究表明，其可抑制脂肪细胞的分化减少脂类的积累。这种作用很可能是由于其下调了几种脂质合成基因的表达，包括PPARγ，C/EBPα，SREBP-1c，脂肪酸合成酶，乙酰辅酶A合成酶，脂蛋白酯酶等[34-37]。因为大多数的脂类合成基因都是PPARγ和C/EBPα的下游靶点，抑制这2个基因的表达被认为是黄连素抑制脂类合成的主要机制。相比之下，在2型糖尿病啮齿类的白色脂肪组织中，黄连素可上调PPARα/δ/γ，LXRs，CDK9等，但是减少SREBPs的表达[38]。在体内与体外实验结果中，黄连素表现出的差异可能与其浓度有关。高浓度的黄连素可直接抑制脂肪细胞的PPARγ，但是在体内的实验中低浓度的黄连素表现出相反的效应。肌肉的萎缩是慢性疾病包括糖尿病的主要特征。然而，报道显示，黄连素无论在野生还是糖尿病小鼠中通过抑制线粒体的功能和刺激肌肉萎缩基因-1来促进蛋白的降解和抑制蛋白的合成进而可以促进肌肉的萎缩[39]。但是也有研究表明黄连素可以改善糖尿病大鼠肌肉的萎缩，增加肌肉中糖原的储存和降低甘油三酯的含量。进一步研究显示，黄连素可逆转在肌肉中表达量下降的CDK9和细胞周期蛋白T1。黄连素还可以提高骨骼肌组织中PPARα/δ的表达降低PPARγ的表达，与罗格列酮和非诺贝特有相似的效应。这些具有争议的数据可能是由于实验方法的不一致造成的。直接注射黄连素就可以造成肌肉的萎缩，而口服黄连素却可以改善肌肉萎缩，这其中的蕴含的机制还尚须进一步的探索。 　　3.6 抗氧化和抑制还原酶的活性 氧化应激和还原酶的激活都与糖尿病并发症密切相关，几个研究团队已经报道了黄连素在此方面的作用。在高脂高能量饮食加STZ诱导的糖尿病大鼠模型中，黄连素可显著降低丙二醛水平，增加过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶以及谷胱甘肽的活性[40]。另外，还可以提高糖尿病大鼠的认知状态，降低血糖，改善氧化应激和胆碱酯酶的活性[41]。尽管大多数的研究表明黄连素具有抗氧化能力，但是也有关于它不影响糖尿病大鼠氧化应激的状态[42]。因此，黄连素的抗氧化作用仍需要进一步的探究。
　　糖尿病肾病是糖尿病的一种微血管并发症，几项研究表明，黄连素对于糖尿病肾病有良好的疗效。在STZ诱导的糖尿病大鼠中，给予黄连素治疗后，空腹血糖、血尿素氮、肌酐以及24 h尿蛋白显著降低，这可能是与抑制肾小球系膜区的醛还原酶，降低氧化应激，调节细胞外基质合成和细胞的增殖有关[43-44]。而在四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠中，黄连素可降低空腹血糖的水平、肾重/体重比率、尿素氮、肌酐和24 h尿蛋白，并且还可抑制肾脏的增生，转移生长因子β-1的合成，纤维连接蛋白和IV型胶原蛋白的积累。黄连素的这些肾保护效应可能是通过抑制SphK-S1P信号通路实现的[45]。而且在体外的细胞实验中也证明了黄连素可以直接抑制醛还原酶的活性[46]。
　　4 结论与展望
　　黄连素是从中药黄连中提取的单体，是一种很有临床应用前景的降糖药物。它具有调节糖脂代谢功能已经被各种临床实验与动物实验广泛证实。其改善胰岛素抵抗的主要机制是通过抑制线粒体的功能、加速糖元的分解以及激活AMPK信号通路。另外，黄连素可能会抑制α-糖苷酶的活性，进而抑制肠道对糖的吸收。在新诊断的2型糖尿病患者中，黄连素可以通过增强胰岛素敏感性来降低循环中的胰岛素浓度。但是，在胰岛β细胞功能障碍的患者中，黄连素可以通过修复胰岛的功能来增加胰岛素的分泌。与其他临床应用的降糖药物相比，由于黄连素还具有降血脂作用，所以对于糖尿病患者尤其是已经有心血管并发症的患者来说获益更大。由于循证医学才是临床实践的金标准，所以黄连素能否应用于糖尿病以及其并发症尚需要大规模的多中心的临床实验去评估。
　　[参考文献]