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胰島β細(xì)胞功能紊亂與2型糖尿病以及中藥的干預(yù)

2012-01-29 03:10:18王克柱劉保林
藥學(xué)與臨床研究 2012年4期
關(guān)鍵詞:時(shí)相高血糖胰島

王克柱,劉保林

中國藥科大學(xué) 中藥藥理教研室,南京 211198

糖尿?。╠iabetes mellitus,DM)是一組由遺傳和環(huán)境因素共同作用而引起的臨床代謝綜合征[1]。胰島β細(xì)胞功能紊亂和胰島素抵抗是2型糖尿病的兩個(gè)發(fā)病機(jī)制。早期胰島β細(xì)胞通過胰島素高分泌來代償這種胰島素抵抗?fàn)顟B(tài),來維持正常血糖水平,但是,到達(dá)某一個(gè)點(diǎn)以后,不能夠分泌足量的胰島素時(shí),此時(shí)就會(huì)發(fā)生糖尿病[2]。本文主要對(duì)胰島β細(xì)胞功能紊亂發(fā)生機(jī)制及相關(guān)藥物改善胰島β細(xì)胞功能的作用作一綜述。

1 2型糖尿病患者胰島β細(xì)胞分泌胰島素特點(diǎn)

正常人的胰島素分泌呈現(xiàn)雙相性。餐后血糖的迅速升高可引起胰島素的快速釋放,3至5 min達(dá)到高峰,之后迅速下降,此過程持續(xù)10 min左右,稱之為“第一相胰島素分泌”,之后胰島素分泌緩慢增加,并持續(xù)數(shù)個(gè)小時(shí),直至血糖水平恢復(fù)正常,稱之為“第二相胰島素分泌”[3]。葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素第一時(shí)相分泌受損是胰島β細(xì)胞功能障礙的最早標(biāo)志之一,在2型糖尿病早期階段,第一時(shí)相胰島素分泌減少或者消失,常低于50 mU·L-1,由于第一時(shí)相異常導(dǎo)致血糖升高,使第二時(shí)相胰島素分泌量增加,且分泌峰值時(shí)間向后推移。隨著患者胰島功能的衰竭,第二時(shí)相可無峰值出現(xiàn),最后基礎(chǔ)分泌也逐漸消失[4]。

2 糖尿病發(fā)展過程中,胰島β細(xì)胞功能紊亂的五個(gè)時(shí)相

Weir[5]等認(rèn)為糖尿病發(fā)展過程中存在5個(gè)時(shí)相,每個(gè)時(shí)相都存在胰島β細(xì)胞體積、表型和功能的變化。第一時(shí)相(代償期):胰島素分泌增多補(bǔ)償胰島素抵抗,以維持機(jī)體血糖平衡。此時(shí)相胰島β細(xì)胞復(fù)制及胰島新生與胰島細(xì)胞凋亡尚保持一定的平衡,胰島體積有所增大,仍然保持了葡萄糖介導(dǎo)的急性胰島素分泌的胰島β細(xì)胞分化功能。第二時(shí)相(穩(wěn)定適應(yīng)期):在血糖濃度維持在5.0~6.5mmol·L-1時(shí),糖刺激所致的胰島素分泌尚維持正常,但口服糖負(fù)荷所引起的胰島素第一時(shí)相分泌能力顯著下降而出現(xiàn)糖耐量異常,而第二時(shí)相的胰島素分泌上維持正常。此時(shí)相胰島β細(xì)胞數(shù)量及功能雖基本穩(wěn)定,但胰島細(xì)胞表征缺失和分化停止,伴有促凋亡的基因表達(dá)增加。第三時(shí)相 (早期不穩(wěn)定失代償期):當(dāng)血糖水平繼續(xù)快速升高到7.3 mmol·L-1時(shí),就進(jìn)入了短暫的早期不穩(wěn)定失代償期。此時(shí)胰島增生與胰島素抵抗關(guān)系出現(xiàn)失代償,不再相適應(yīng),胰島體積減小和胰島素分泌下降,病人可出現(xiàn)多尿和體重下降等癥狀。第四時(shí)相(穩(wěn)定失代償期):此期仍有部分胰島β細(xì)胞分泌足量的胰島素,防止酮酸癥的發(fā)生。大部分的2型糖尿病患者此時(shí)相會(huì)持續(xù)一生。研究表明,2型糖尿病患者此時(shí)相中胰島β細(xì)胞數(shù)量可以減少到50%,胰島β細(xì)胞去分化嚴(yán)重。第五時(shí)相(嚴(yán)重失代償期):胰島形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,胰島纖維化,β細(xì)胞數(shù)量損失嚴(yán)重,不能分泌足量的胰島素,從而產(chǎn)生酮酸癥和嚴(yán)重高血糖(見圖1)。

圖1 糖尿病發(fā)生發(fā)展的五個(gè)階段示意圖

3 胰島β細(xì)胞產(chǎn)生功能紊亂的原因

3.1 糖毒性

糖毒性在2型糖尿病發(fā)展過程中起著非常重要的作用。當(dāng)血糖持續(xù)升高,超過16.6 mmol·L-1時(shí),胰島素的分泌量不但不隨血糖的升高而增加,反而會(huì)使β細(xì)胞分泌胰島素的能力顯著降低而發(fā)生持續(xù)高血糖現(xiàn)象,這就是所謂的“高血糖毒性作用”。這種高血糖毒性作用可以嚴(yán)重?fù)p傷胰島β細(xì)胞功能,胰島功能損害開始表現(xiàn)在有更多的未成熟的胰島素原進(jìn)入血液循環(huán),使成熟的胰島素?cái)?shù)量減少,高血糖使胰島素的質(zhì)量下降,胰島素的降血糖作用減弱,從而使血糖迅速升高,加重持續(xù)高血糖現(xiàn)象,進(jìn)而胰島素分泌量減少和高血糖走向惡性循環(huán)[6]。高血糖主要是通過氧化應(yīng)激反應(yīng)損傷胰島β細(xì)胞,使胰島細(xì)胞分泌胰島素異常。其可能的機(jī)制是:體內(nèi)過度升高的血糖經(jīng)過胰島β細(xì)胞代謝后,產(chǎn)生大量的活性氧自由基(ROS),與機(jī)體肝臟等其他組織細(xì)胞相比,胰島β細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶等抗氧化酶水平低[7],導(dǎo)致ROS在體內(nèi)蓄積。蓄積的ROS可以通過直接抑制胰島素基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá),也可以抑制胰腺-十二指腸同源盒-1(PDX-1)mRNA的表達(dá)、MafA蛋白的表達(dá)以及促進(jìn)凋亡,共同抑制胰島素的分泌,導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能損傷,進(jìn)而導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生(見圖2)。

3.2 脂毒性

圖2 氧化應(yīng)激與胰島β細(xì)胞功能紊亂的關(guān)系體內(nèi)過高的葡萄糖經(jīng)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生過多的活性氧(ROS)。胰島β細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶水平低,導(dǎo)致ROS在體內(nèi)蓄積。蓄積的ROS直接損壞胰島β細(xì)胞。

臨床上不難發(fā)現(xiàn),2型糖尿病病人在高血糖的同時(shí),往往伴有一系列脂質(zhì)代謝異常,以循環(huán)游離脂肪酸(FFA)和甘油三酯水平升高為主[8],還會(huì)伴有不同組織脂肪異位沉積[9]。故有學(xué)者提出了“脂毒性”學(xué)說:即高水平的FFA短期內(nèi)可以刺激胰島素分泌,長期則再酯化異位沉積于非脂肪器官,致使周圍組織對(duì)胰島素的敏感性降低,并使胰島細(xì)胞功能受損,最終導(dǎo)致T2DM的發(fā)生。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí):胰島細(xì)胞在高FFA環(huán)境中培養(yǎng)超過24~48 h(小時(shí)),葡萄糖刺激的胰島素分泌(GSIS)功能不同程度地受到抑制[10-13]。說明高FFA長期刺激胰島細(xì)胞則導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能異常。目前認(rèn)為FFA升高損傷胰島β細(xì)胞功能的機(jī)制有以下幾個(gè)方面:(1)FFA影響胰島素原基因的轉(zhuǎn)錄、活化、表達(dá)[14];(2)FFA使β細(xì)胞線粒體氧化磷酸化解耦連[15],抑制胰島素的分泌;(3)促進(jìn)胰島β細(xì)胞凋亡[16]等。

3.3 糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)

高級(jí)糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)是指在無酶催化條件下,葡萄糖分子游離醛或酮基與蛋白質(zhì)氨基通過親核加成反應(yīng)形成糖基化蛋白。近年大量研究證明,在高血糖狀態(tài)下蛋白質(zhì)發(fā)生的非酶糖基化在糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)病中起著重要作用。AGEs毒性主要途徑是:AGEs與AGEs受體(RAGE)結(jié)合,激活一系列胞內(nèi)信號(hào)通路,促使細(xì)胞產(chǎn)生血管細(xì)胞黏附分子(VCAM-1)[17]、內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子(ICAM-1)和一些炎性因子如白介素-1(IL-1)、白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子(TNF-α)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)[18]。炎性因子可以作用于胰島素通路,阻斷了胰島素的分泌及作用(見圖3)。

圖3 高級(jí)糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞功能紊亂的原理圖

AGEs與AGEs受體(RAGE)結(jié)合,激活一系列胞內(nèi)信號(hào)通路,包括核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)。NF-κB激活后,促使細(xì)胞產(chǎn)生一系列的粘附因子(VCAM-1,ICAM-1)以及炎性因子(TNF-α,IL-6,VEGF)。炎性因子可以作用于胰島素通路,阻斷了胰島素的分泌及作用。

4 中藥成分改善胰島細(xì)胞功能紊亂

目前上市的口服降糖藥主要有磺酰脲類(格列苯脲系列)和雙胍類(二甲雙胍)等。前者因通過刺激胰島β細(xì)胞分泌胰島素而表現(xiàn)出較強(qiáng)的降糖作用,一直作為一線藥而應(yīng)用。國外多項(xiàng)基于長期臨床觀察的調(diào)查表明,長期服用格列苯脲系列藥物控制血糖并不能有效阻止糖尿病的發(fā)展和心血管并發(fā)癥的發(fā)生,糖尿病的致殘率和致死率并無顯著下降,而胰島功能紊亂持續(xù)性發(fā)展或缺失是其重要原因。有報(bào)道,臨床2型糖尿病人的胰島體積只有正常人的50%[19]。在胰島結(jié)構(gòu)和功能已顯著受損的情況下,繼續(xù)給予磺酰脲類藥物刺激胰島素分泌,無疑是加重胰島的負(fù)擔(dān),使其長期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致胰島功能的不可逆型缺失。二甲雙胍降糖作用雖然較弱,因其通過改善胰島素抵抗,增加組織對(duì)糖的攝取利用而表現(xiàn)出胰島素增敏作用,有效減輕了胰島的負(fù)擔(dān),表現(xiàn)出改善胰島功能的有效作用。臨床調(diào)查已證明,長期服用二甲雙胍可有效降低2型糖尿病的發(fā)展和減少心血管損害并發(fā)癥的發(fā)生,并可有效降低死亡率。所以二甲雙胍在沉寂十多年后,又重返口服降糖一線藥[20]。

目前上市的治療2型糖尿病的中藥新藥制劑達(dá)30余種,只注重考慮刺激胰島細(xì)胞,促進(jìn)胰島素的分泌;在藥效評(píng)估中偏重單純的降糖作用,而對(duì)糾正胰島功能紊亂和改善胰島素抵抗認(rèn)識(shí)不足。因此針對(duì)改善胰島功能紊亂設(shè)計(jì)的中藥新藥尚未問世,但學(xué)者們也在這方面做了一些中藥成分的研究。

陳培[21]研究發(fā)現(xiàn),銀杏葉提取物(extract Gingko biloba,EGb)表現(xiàn)出對(duì)胰島β細(xì)胞的保護(hù)作用。銀杏葉提取物的主要成分是以黃酮苷形式存在。此類化合物中含有不飽和基團(tuán),易受氧化攻擊,分子進(jìn)入細(xì)胞后,參與了氧化還原反應(yīng),消耗了活性氧自由基等,從而表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗氧化、清除自由基、抑制脂質(zhì)過氧化等作用能力[22]。銀杏葉提取物可以通過降低胰島β細(xì)胞內(nèi)的氧化性的物質(zhì)的含量,部分逆轉(zhuǎn)環(huán)境變化導(dǎo)致的氧化應(yīng)激,改善胰島β細(xì)胞功能結(jié)構(gòu)和胰島素分泌功能。大鼠2型糖尿病模型中,此類化合物表現(xiàn)出促進(jìn)胰島β細(xì)胞分化增殖、促進(jìn)細(xì)胞活化等作用,其可能的機(jī)制是:降低體內(nèi)ROS的蓄積,促進(jìn)PDX-1 mRNA的表達(dá)、MafA蛋白的表達(dá)以及抑制β細(xì)胞的凋亡。

山藥多糖(yam polysaccharide)是從山藥塊莖中分離提取的活性成分,實(shí)驗(yàn)證明,山藥多糖對(duì)于糖尿病動(dòng)物具有明顯的降糖作用,其降糖機(jī)理可能是通過保護(hù)糖尿病大鼠的胰島細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)的[23-24]。楊宏莉[25]采取體外培養(yǎng)大鼠胰島細(xì)胞發(fā)現(xiàn),胰島細(xì)胞在高糖刺激下,山藥多糖可以顯著的提高胰島素的釋放量,對(duì)胰島細(xì)胞增殖有明顯的促進(jìn)作用,保護(hù)其活性,其機(jī)制與凋亡抑制基因(bcl-2)表達(dá)增強(qiáng)有關(guān)。Bcl-2的表達(dá)增強(qiáng)抑制了胰島細(xì)胞的凋亡,這提示山藥多糖對(duì)糖尿病病變導(dǎo)致的胰島細(xì)胞損傷修復(fù)可能發(fā)揮一定的作用。

劉曉萍[26]探討了石參水提物對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的2型糖尿病小鼠模型的影響。結(jié)果顯示,石參水煎液能明顯降低2型糖尿病小鼠的空腹血糖,顯著改善受損的葡萄糖耐量,促進(jìn)胰島素的分泌,降低血清甘油三酯和游離脂肪酸水平,對(duì)胰島β細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用。鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)糖尿病的作用機(jī)制是通過誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的ROS,破壞胰島細(xì)胞,導(dǎo)致胰島細(xì)胞壞死和胰島素分泌減少而誘發(fā)糖尿病[27]。Lin等人[28]發(fā)現(xiàn),石參水提物中含有黃酮類、皂苷和還原性多糖,而大部分的黃酮類衍生物都表現(xiàn)有強(qiáng)烈的抗氧化活性。Yen等[29]研究表明,石參甲醇提取物在體外能顯著降低ROS活性,顯示出良好的抗自由基活性,進(jìn)而推測(cè)石參醇提物保護(hù)胰島細(xì)胞功能,促進(jìn)胰島素分泌的功能很有可能由其抗自由基活性所介導(dǎo)。同時(shí)石參醇提物可以降低血清甘油三酯和游離脂肪酸水平,表明石參可以改善糖尿病小鼠脂質(zhì)代謝紊亂的作用。胰島素抵抗與游離脂肪酸循環(huán)有密切的關(guān)系,游離脂肪酸的升高會(huì)導(dǎo)致骨骼肌胰島素抵抗和肝臟的胰島素抵抗。此外,氧化應(yīng)激也可以導(dǎo)致胰島素抵抗。故而推測(cè)石參醇提物通過降低循環(huán)中的游離脂肪酸或減輕氧化應(yīng)激水平,進(jìn)而改善糖尿病小鼠胰島素抵抗。

大量研究表明,植物中的黃酮化合物,如槲皮素、蘆丁、兒茶素等B環(huán)上有鄰酚羥基的化合物具有較強(qiáng)的抗氧化性作用。研究表明,番石榴葉中含槲皮素或槲皮素苷元的黃酮類化合物,對(duì)糖尿病小鼠胰島組織結(jié)構(gòu)及合成分泌胰島素功能具有保護(hù)作用。王波[30]在STZ制備糖尿病小鼠模型中,對(duì)胰腺組織免疫組化和HE染色發(fā)現(xiàn),糖尿病小鼠胰島組織結(jié)構(gòu)發(fā)生病理性的改變,如胰島中出現(xiàn)淀粉樣沉淀,胰島和胰島β細(xì)胞的數(shù)目、密度、體積減少,胰島素表達(dá)減少,胰島β細(xì)胞變性,β細(xì)胞凋亡增加。胰島損傷的結(jié)果造成了胰島β細(xì)胞功能障礙,胰島素合成和分泌減少,導(dǎo)致糖尿病進(jìn)一步惡化。在給予番石榴葉提取物后,發(fā)現(xiàn)糖尿病胰島病理改變減輕,主要表現(xiàn)為胰島的數(shù)目和體積增加,內(nèi)分泌細(xì)胞變性程度減輕,抑制糖尿病的繼續(xù)惡化。其可能的原因與其抗氧化作用抑制自由基生成,或清除過量的氧自由基有關(guān)。

檳榔堿是從中藥檳榔果中提取的生物堿。元竹青[31]在研究高果糖誘導(dǎo)的大鼠2型糖尿病模型基礎(chǔ)上,采用檳榔堿干預(yù)模型大鼠,從胰腺組織形態(tài)觀察,TUNEL凋亡檢測(cè)都可以發(fā)現(xiàn)5 mg·kg-1檳榔堿有較好的胰腺細(xì)胞保護(hù)作用。對(duì)凋亡關(guān)鍵基因Bc1-2/Bax檢測(cè)發(fā)現(xiàn),5 mg·kg-1檳榔堿能夠上調(diào)Bc1-2/ Bax比值,提示檳榔堿保護(hù)胰腺細(xì)胞可能是通過上調(diào)抑制凋亡基因,減少細(xì)胞凋亡,增加細(xì)胞數(shù)量相關(guān)。在研究胰島素分泌受損中,發(fā)現(xiàn)檳榔堿能有效逆轉(zhuǎn)2型糖尿病模型大鼠胰腺PDX-1基因表達(dá),使其水平降低,同樣能增加糖尿病模型大鼠胰腺中與胰島素分泌及糖代謝密切相關(guān)的胰島素(insulin)、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(GLUT2)、葡萄糖激酶(GK)的基因表達(dá),有效地增強(qiáng)了胰島素的分泌。

5 小 結(jié)

胰島β細(xì)胞功能的正常對(duì)維持血糖平穩(wěn)有相當(dāng)重要的作用,尤其是胰島β細(xì)胞的“第一相胰島素分泌”對(duì)控制餐后血糖起到關(guān)鍵性作用。當(dāng)β細(xì)胞功能受損時(shí),胰島素分泌障礙,控制血糖水平降低,反之,當(dāng)血糖持續(xù)升高時(shí),高血糖會(huì)反過來進(jìn)一步損傷胰島β細(xì)胞,加重了胰島β細(xì)胞的負(fù)擔(dān),導(dǎo)致病情惡化。從胰島β細(xì)胞功能代償期發(fā)展到糖尿病期,經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)期,需要較長的時(shí)間。前三期通過藥物干預(yù)可以保護(hù)及改善胰島β細(xì)胞功能,從而延緩糖尿病病程,減少并發(fā)癥的發(fā)生,提高患者的生活質(zhì)量。

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血糖超標(biāo)這些都不能吃了嗎
自我保健(2021年4期)2021-06-16 07:36:46
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