郭青玉 邵加慶

1南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院 210000; 2南京大學(xué)附屬金陵醫(yī)院(東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院)內(nèi)分泌科 210002

肥胖與2型糖尿病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。2型糖尿病患者常合并脂代謝異常，單純控制血糖不能完全消除糖尿病患者發(fā)生冠心病等大血管并發(fā)癥的潛在隱患。因此，同時(shí)改善糖、脂代謝的異常至關(guān)重要[1]。由于傳統(tǒng)中藥具有多靶點(diǎn)治療的特點(diǎn)，因此，從天然產(chǎn)物中尋找安全、高效的降糖、調(diào)脂藥物成為了研究熱點(diǎn)。

大黃是從蓼科植物根莖中提取的蒽醌類(lèi)化合物，作為傳統(tǒng)中藥，在中國(guó)已有2 000多年的使用歷史。大黃具有瀉下攻積、涼血解毒、清熱瀉火、利濕退黃等功效。其主要成分大黃酸藥理作用廣泛，包括抗炎、抗氧化、抗纖維化、抗腫瘤、肝臟及腎臟保護(hù)作用等。近年有大量研究表明，大黃酸對(duì)肥胖、糖尿病、高脂血癥、非酒精性脂肪性肝病等代謝性疾病的治療作用顯著[2]。但其作用機(jī)制復(fù)雜，現(xiàn)從分子層面上對(duì)大黃酸改善糖、脂代謝的機(jī)制展開(kāi)綜述。

1 絲裂原活化蛋白激酶(MARK)信號(hào)通路

胰島素與受體結(jié)合后，激活胰島素受體磷酸激酶，導(dǎo)致胰島素受體磷酸化。胰島素受體底物(IRS)-1的磷酸化在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用，它可通過(guò)Ras-MARK信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞核內(nèi)的絲裂反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，最終影響細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和有絲分裂。MARK 作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的中樞分子，可以參與4個(gè)家族的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括c-Jun氨基端激酶(JNK)、p38 MAPK、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2和ERK5。大黃酸可以調(diào)節(jié)MAPK信號(hào)通路的多個(gè)位點(diǎn)。其中，研究發(fā)現(xiàn)JNK信號(hào)通路的激活可以使高脂飲食的正常小鼠發(fā)生肥胖，并出現(xiàn)高血糖、高胰島素血癥、糖耐量下降及胰島素抵抗等[3]。JNK信號(hào)通路中的多種膜受體，如死亡因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體1以及多種信號(hào)分子，如死亡因子受體、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素(IL)-1β均受大黃酸調(diào)節(jié)[4-5]。大黃酸可通過(guò)抑制JNK的磷酸化，改善其激活所致的胰島素抵抗及肥胖。既往眾多研究表明，IL-1β是引起胰島β細(xì)胞損傷及破壞的重要炎性因子，給予2型糖尿病大鼠IL-1β受體拮抗劑處理后，循環(huán)中炎性細(xì)胞因子水平下降，胰島素抵抗得到明顯改善。研究發(fā)現(xiàn)，100 mg/(kg·d)大黃酸可以顯著下調(diào)TNF-α和IL-1β水平，降低胰島素抵抗指數(shù)，保護(hù)胰島細(xì)胞[6]。IL-6是多種細(xì)胞分泌的一種具有生物活性的細(xì)胞因子，是炎性反應(yīng)的重要介質(zhì)。在胰島素抵抗及胰島素分泌缺陷時(shí)，高血糖促進(jìn)胰島細(xì)胞分泌大量IL-6，加速胰島β細(xì)胞凋亡。IL-6通過(guò)經(jīng)典途徑及反式信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑活化，這兩種活化途徑均包括JNK-MARK的轉(zhuǎn)導(dǎo)，小劑量大黃酸可通過(guò)抑制JNK-MARK通路，減少炎性因子IL-6的產(chǎn)生，最終減輕慢性低度炎性反應(yīng)及胰島素抵抗[7]。一項(xiàng)國(guó)外的研究發(fā)現(xiàn)，LIGHT是參與動(dòng)脈粥樣硬化的新型介質(zhì)，大黃酸可以通過(guò)降低LIGHT誘導(dǎo)的活性氧簇的產(chǎn)生及p38 MAPK的磷酸化，發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用[8]。2011年，Olsnes等[9]發(fā)現(xiàn)，ERK能夠調(diào)節(jié)TNF-α和IL-6的表達(dá)。Lin等[10]采用C57BL/6J小鼠，通過(guò)高脂飲食和鏈脲佐菌素(STZ)構(gòu)建2型糖尿病模型，發(fā)現(xiàn)在用25 mg/kg和50 mg/kg大黃酸處理后，小鼠血漿葡萄糖、甘油三酯和膽固醇水平顯著降低，肝臟脂肪變性明顯減少，胰島素水平升高，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)大黃酸減少了TNF-α和IL-6的表達(dá)以及ERK1/2的磷酸化，改善了氧化應(yīng)激指標(biāo)如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性。

2 磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B(PI3K-Akt)信號(hào)通路

PI3K-Akt信號(hào)通路是胰島素的主要下游分子通路。在動(dòng)物和人類(lèi)進(jìn)食后，由胰島β細(xì)胞分泌產(chǎn)生的胰島素與胰島素受體結(jié)合，使胰島素受體自磷酸化激活，進(jìn)而激活PI3K。PI3K作為第二信使激活A(yù)kt，活化的Akt通過(guò)促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)及糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)的合成、分泌、轉(zhuǎn)運(yùn)，增加糖原的生成，同時(shí)使叉頭蛋白O1失活，抑制葡萄糖-6-磷酸酶及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的表達(dá)及糖異生，最終降低血糖。在肥胖及2型糖尿病發(fā)生過(guò)程中，過(guò)多的游離脂肪酸和甘油三酯沉積在肝臟和肌肉中。在肝臟中，過(guò)多游離脂肪酸氧化導(dǎo)致線(xiàn)粒體呼吸鏈電子傳遞頻率加快，線(xiàn)粒體膜電位長(zhǎng)期處于高電位狀態(tài)并最終導(dǎo)致大量活性氧簇的產(chǎn)生，使IRS-1的絲氨酸和蘇氨酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化并抑制胰島素刺激下的IRS-1酪氨酸位點(diǎn)磷酸化，最終抑制IRS-1與 PI3K的耦合及PI3K-Akt信號(hào)通路的激活及細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取[11]。研究發(fā)現(xiàn)，在用STZ構(gòu)建的2型糖尿病小鼠模型中，肝組織中的糖原合成相關(guān)基因PI3K、Akt和GSK-3β磷酸化水平明顯降低。應(yīng)用大黃酸治療后能阻斷其磷酸化水平的降低，促進(jìn)糖原的合成，從而證明大黃酸可以通過(guò)激活PI3K-Akt信號(hào)通路，促進(jìn)糖原合成，最終改善糖尿病小鼠的胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)[12]。早在2008年，母義明教授就發(fā)現(xiàn)糖尿病造模組大鼠的胰島素抵抗明顯，GLUT4的表達(dá)較正常組明顯下降，而大黃酸治療組的糖尿病大鼠胰島素抵抗指數(shù)明顯改善，甚至接近于正常組水平，其作用與上調(diào)脂肪組織中GLUT4蛋白的表達(dá)而促進(jìn)脂肪組織對(duì)葡萄糖的攝取有關(guān)[13]。近期，李珂等[14]采用0.1 μmol/L、1 μmol/L、10 μmol/L、100 μmol/L的大黃酸處理C2C12肌細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大黃酸能增強(qiáng)胰島素受體及IRS的磷酸化水平，同時(shí)增加GLUT4的表達(dá)水平，提高胰島素信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)。FOXO位于PI3K-Akt的下游通路，可以調(diào)節(jié)糖、脂代謝。在肝臟中，胰島素通過(guò)抑制FOXO通路，減少葡萄糖的產(chǎn)生并增加葡萄糖的利用，而胰島素抵抗激活FOXO，導(dǎo)致高血糖和高甘油三酯血癥[15]。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以通過(guò)增加沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1的表達(dá)，抑制FOXO1的活性[16]。

3 核因子-κB信號(hào)通路

核因子-κB是一種具有多種多向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的蛋白質(zhì)因子，參與免疫調(diào)控，介導(dǎo)炎性反應(yīng)。在肥胖及胰島素抵抗的產(chǎn)生中，炎性因子TNF-α、IL-6通過(guò)磷酸化核因子-κB抑制蛋白(IκB)激酶(IKK)，使其活化，進(jìn)一步磷酸化IκB，最終活化核因子-κB信號(hào)通路[17]。同時(shí)活化的IKK能夠增加胰島素受體及IRS的絲氨酸磷酸化，從而抑制PI3K的蛋白酪氨酸磷酸化，使胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受阻，導(dǎo)致胰島素抵抗。此外，TNF-α、IL-6所形成的低度炎性信號(hào)狀態(tài)，會(huì)進(jìn)一步加速胰島素抵抗的發(fā)生[18]。大黃酸可以通過(guò)抑制IKK、IκB及核因子-κB的活性，發(fā)揮其抗炎活性，改善胰島素抵抗[8]。黃淼等[19]采用先天肥胖性2型糖尿病小鼠db/db模型發(fā)現(xiàn)，db/db對(duì)照組小鼠胰腺組織內(nèi)核因子-κB的表達(dá)明顯增多，大黃酸治療組(120 mg/kg,1%纖維素鈉溶解)小鼠胰腺內(nèi)表達(dá)核因子-κB的細(xì)胞明顯稀疏，血糖水平明顯下降，胰島素水平明顯升高，尤其是早期相胰島素分泌升高明顯。國(guó)外研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，大黃酸可以抑制新型動(dòng)脈粥樣硬化介質(zhì)LIGHT的表達(dá)，這一作用與大黃酸降低LIGHT誘導(dǎo)的活性氧簇的產(chǎn)生、IκB的磷酸化、核因子-κB的激活與TNF-α、IL-6的表達(dá)密切相關(guān)[8]。近年來(lái)也有研究表明，核因子-κB介導(dǎo)的炎性反應(yīng)在非酒精性脂肪性肝病中起關(guān)鍵作用。TNF-α通過(guò)TNF-α/核因子-κB信號(hào)通路，間接誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷和肝臟脂肪浸潤(rùn)。Wei等[20]研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸不僅抑制TNF-α的表達(dá)，而且還降低核因子-κB的表達(dá)和磷酸化及TNF-α下游信號(hào)磷酸化-核因子-κB/核因子-κB的比例，最終抑制免疫應(yīng)答，改善糖尿病小鼠的脂肪肝疾病。

4 AMP活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路

AMPK是一種廣泛參與調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝的激酶,被稱(chēng)為“能量感受器”。其活性主要受細(xì)胞中AMP/ATP比值的調(diào)節(jié)，一旦胞漿中AMP/ATP比例升高,或其他因素激活A(yù)MPK時(shí)，AMPK可增強(qiáng)葡萄糖攝取和利用,以及脂肪酸氧化,產(chǎn)生更多能量;同時(shí)抑制葡萄糖異生、脂質(zhì)合成及糖原合成等通路,減少能量消耗，從而使細(xì)胞能量代謝保持平衡[21]。AMPK的下游靶點(diǎn)羥甲基戊二酸CoA還原酶(HMG-CoA)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC)是甘油三酯和脂肪酸合成的關(guān)鍵酶，在脂代謝調(diào)節(jié)方面具有重要作用。激活的AMPK可以使ACC磷酸化而失活，抑制脂肪酸的合成。同時(shí)AMPK的激活可磷酸化下游靶蛋白固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c(SREBP-1c)，抑制其進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮作用。SREBP-1c是肝內(nèi)調(diào)控脂肪酸從頭合成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，直接參與調(diào)控有關(guān)脂肪酸、甘油三酯合成和葡萄糖代謝相關(guān)酶基因的表達(dá)，包括乙酰輔酶A合酶、ACC、脂肪酸合酶等，激活的AMPK抑制SREBP-1c的作用，抑制了脂質(zhì)的合成和攝取，從而減少脂質(zhì)沉積[22]。Sheng等[23]采用高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠為動(dòng)物模型，基因分析和Western 印跡分析表明，大黃酸明顯抑制肝臟中SREBP-1c及其靶基因的表達(dá)。熒光素酶報(bào)告基因測(cè)定顯示，大黃酸通過(guò)其上游調(diào)節(jié)因子肝臟X受體(LXR)，抑制SREBP-1c的轉(zhuǎn)錄活性，降低脂肪酸合酶、ACC mRNA的表達(dá)，最終減少肥胖小鼠體重，改善胰島素抵抗，降低循環(huán)膽固醇水平，逆轉(zhuǎn)肝臟脂肪變性，使肝功能趨于正常。該團(tuán)隊(duì)另一項(xiàng)體外研究表明，大黃酸可以直接與LXR結(jié)合，同時(shí)可以呈劑量依賴(lài)性地拮抗脂肪細(xì)胞3T3-L1及肝瘤細(xì)胞中由LXR激動(dòng)劑GW3965所致的LXR靶基因的高表達(dá)，例如脂肪酸合酶、硬酯酰輔酶A去飽和酶1、ACC。在肥胖小鼠白色脂肪組織、肌肉及肝臟中，大黃酸降低LXR靶基因的表達(dá)，同時(shí)拮抗LXR對(duì)解耦聯(lián)蛋白(UCP)-1的抑制作用，并且顯著增加肥胖小鼠棕色脂肪組織中UCP-1基因的表達(dá)，在不影響小鼠攝食量和排泄物脂肪含量的情況下，完全抑制高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠體重及脂肪的增長(zhǎng)，改善糖耐量，降低血清膽固醇水平，改善肝功能[24]。Lin等[10]研究進(jìn)一步證實(shí)，大黃酸通過(guò)抑制SREBP-1c的活性，降低2型糖尿病小鼠血漿甘油三酯、膽固醇、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶水平，改善非酒精性脂肪性肝病的氧化應(yīng)激，減少肝臟脂肪變性。

5 過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體(PPAR)信號(hào)通路

PPAR是一種核激素受體，可以被脂肪酸及其衍生物激活。PPAR有3個(gè)亞家族，它們參與三大代謝的調(diào)節(jié)、炎性反應(yīng)與細(xì)胞凋亡等重要過(guò)程。PPARα調(diào)節(jié)肝臟或骨骼肌脂代謝相關(guān)基因的表達(dá)，以清除循環(huán)或細(xì)胞中的脂質(zhì)。PPARβ/δ參與脂質(zhì)氧化和細(xì)胞增殖。PPARγ是一種配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，在葡萄糖穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)合成及脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。已經(jīng)證明，PPARγ激動(dòng)劑是潛在的胰島素致敏因子，可以治療2型糖尿病，但是能夠使患者體重增加。相反拮抗劑拮抗PPARγ信號(hào)，可能會(huì)抑制C57BL/6小鼠脂肪細(xì)胞的分化、減輕體重及改善代謝紊亂。目前大黃酸對(duì)PPARγ的促進(jìn)或抑制作用存在爭(zhēng)論。部分研究人員以STZ構(gòu)建的2型糖尿病大鼠為動(dòng)物模型，發(fā)現(xiàn)糖尿病對(duì)照組肝臟內(nèi)的PPARγ表達(dá)明顯低于正常組，而大黃酸給藥組肝臟內(nèi)的PPARγ表達(dá)明顯高于糖尿病對(duì)照組，因此認(rèn)為大黃酸可以作為一種新型PPARγ的激動(dòng)劑，改善糖尿病大鼠空腹血糖及胰島素敏感性[25]。另外一部分學(xué)者則認(rèn)為大黃酸為PPARγ的拮抗劑。Zhang等[26]研究表明，大黃酸可以拮抗吡格列酮對(duì)PPARγ的活化，同時(shí)調(diào)節(jié)一系列PPARγ靶基因的表達(dá)，如脂蛋白酯酶、分化簇36、ACC等，這些基因的表達(dá)均與脂肪酸的合成及氧化密切相關(guān)。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，大黃酸通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)熱基因UCP-1、UCP-3及脫碘酶2的表達(dá),增加能量的消耗，最終減輕肥胖小鼠的體重。以上結(jié)果表明，大黃酸可以通過(guò)調(diào)節(jié)PPARγ通路，阻斷高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖。近期,李佳佳等[27]運(yùn)用體外培養(yǎng)3T3-L1前脂肪細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)大黃酸可以顯著抑制對(duì)3T3-L1前脂肪細(xì)胞的分化，減少胞質(zhì)中的脂滴積聚，同時(shí)可以呈劑量依賴(lài)性地降低3T3-L1前脂肪細(xì)胞中甘油三酯的含量。PPARγ能夠刺激前脂肪細(xì)胞分化為成熟脂肪細(xì)胞，與脂肪形成密切相關(guān)。該實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)80 μmol/L大黃酸能夠顯著下調(diào)脂肪誘導(dǎo)分化轉(zhuǎn)錄因子PPARγ的表達(dá)。脂肪酸合酶是PPARγ下游涉及脂類(lèi)存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)脂代謝的靶基因，其受PPARγ的調(diào)控，增加脂肪細(xì)胞中脂滴的積聚，大黃酸40 μmol/L、80 μmol/L能夠顯著降低脂肪酸合酶mRNA的表達(dá)，從而抑制胞質(zhì)內(nèi)脂質(zhì)的積累。

6 展望

大黃酸改善糖、脂代謝的機(jī)制復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)，其中大黃酸對(duì)很多分子的促進(jìn)或抑制作用尚未明確。但是隨著大黃酸提純技術(shù)的不斷提高，使其更深入的研究成為可能。相信隨著研究的深入，大黃酸及其新型制劑必將在代謝性疾病的臨床治療中發(fā)揮重要作用。